• 재료 및 방법
• 결과 및 고찰
• 1. 가축분뇨의 시용에 따른 하계사료작물의 CP(Crude Protein) 및 TDN 수량 변화
• 2. 가축분뇨의 시용에 따른 하계사료작물의 사료가치의 변화
• 3. 가축분뇨의 시용이 사료작물의 재배면적 당 한우 사육능력

우리나라는 예로부터 농업에 축력을 이용하기 위해 한우를 사육하여 왔으나 축력이 기계화로 대체되어 한우를 부업으로 사육하는 농가는 점차 사라지고 대규모 사육농가가 증가되고 있다(통계청, 2010). 부업으로 하는 축산 농가는 볏짚 등 농가부산물을 자급사료로 활용하고, 순환농업을 하였으므로 환경에 영향을 미치지는 않았으나, 대규모 사육농가는 환경오염 뿐만 아니라 사료의 절대량이 부족하여 곡물사료와 조사료를 대량으로 수입하고 있는 실정이다(농촌진흥청, 2005).

최근 국제 곡물가격이 폭등하면서 곡물사료 및 조사료의 수입가격 상승은 축산농가의 경영악화의 원인이 되어 조사료의 자급생산이 절실하게 요구되고 있다. 특히 가축분뇨를 활용한 유휴 농경지나 답리작으로의 조사료의 생산은 사료비 절감뿐만이 아니라, 가축분뇨의 퇴비시용에 의한 환경오염 해결과 화학비료를 대체한 농산물 생산 등에 기여할 것으로 생각된다(Jo et al., 2008).

조사료 생산을 위한 화학비료의 과다한 투입은 염류집적과 유실에 따른 지표수의 오염 및 질산태 질소의 지하수 오염 등을 초래할 우려가 있다(Schechtner, 1978; Jo, 1989). 

이에 반해 가축분뇨는 질소 이외에 인산이나 칼륨 등의 미량원소 및 비료성분을 함유하고 있어 식물체의 영양소원이 되며 수용성이기 때문에 포장에 사용할 경우, 일반 유기질비료보다 빠른 비효를 기대할 수 있다. 또한, 토양 내에서는 분뇨 중에 포함된 유기물에 의해 물리성이 개선되므로 토양개량제로서의 경제적 가치를 인정받고 있다(Whitehead, 1995). 특히, 액상 우분뇨는 각종 영양분을 함유하고 있는 동시에 미량요소의 주공급원도 되고 있어 전, 답 및 산지토양에서는 보수력과 보비력을 높이고, 토양침식의 저항력을 높여주어 토양의 구조개선에 크게 기여하고 있다(Schechtner, 1978; Sommerfeldt et al., 1988).

그러나 이러한 가축분뇨도 과다한 시용으로 인한 염류의 집적은 양분 상호간 길항작용을 초래하여 특정한 원소의 과잉 또는 결핍 증상을 나타낼 뿐만 아니라 염기간의 불균형, 염해 및 토양으로 부터의 양분유실을 초래할 수 있어 적정 시용수준과 시용시기를 규정하여야 한다(Bracker, 1982). 

유럽 등 해외에서는 가축분 시용을 통한 조사료 생산성 향상을 위한 많은 연구가 수행되고 있다. 국내에서도 하계사료작물인 옥수수와 수수-수단그라스 교잡종, 호밀, 이탈리안 라이그라스 등의 생산성을 향상시키기 위한 연구가 최근 수행되고 있지만 해외의 활발한 연구 활동에 비하면 미미한 실정이다(축산연구소, 2007). 

따라서 본 연구는 환경오염을 감소시키고, 안전한 축산물의 생산에 기여할 수 있는 조사료를 효율적으로 생산하기 위해 대표적인 하계작물인 옥수수와 사초용 수수에 액상 우분뇨와 발효우분을 시용하여 작물의 생산성과 사료가치를 평가하며 토양의 지력 향상과 가축분뇨의 자원화를 위해 가축분뇨의 적정 시용수준을 구명하고, 단위면적당 한우의 사육능력을 추정하였다.

재료 및 방법

본 실험은 사일리지용 옥수수 “31P72”와 사일리지 및 사초용 수수 “SS405”를 2010년 5월 25일 파종하여 8월 30일까지 대구대학교 부속농장 실습포장에서 98일간 수행하였다. 이들 토양의 이화학적 특성은 Table 1과 같다.

Table 1. Chemical characteristics of the soil in experimental site.

옥수수는 75 × 15 간격으로 2립을 점파하여 5엽기에 하나만 남기고 모두 제거하였으며, 수수교잡종은 50 cm 간격으로 40 kg/ha를 옥수수와 동일한 날에 조파하였다.

처리는 공히 무시비구를 대조구로 하고 화학비료인 인산(150 kg/ha)과 칼리(150 kg/ha)를 기비로 시용한 PK구와 인산(150 kg/ha)과 칼리(150 kg/ha) 및 질소(200 kg/ha)를 시용한 NPK 구 그리고 발효우분 및 액상우분뇨를 화학비료 질소성분량 100%(200Nkg/ha)와 150%(300Nkg/ha)수준으로 시용한 구 등 총 7처리 3반복의 난괴법으로 배치하고, 구당 면적은 10m²(2m× 5m)으로 하였다.

시용된 가축분뇨는 6개월 이상 부숙 발효한 것으로 발효우분의 건물함량은 평균 60.8%, T-N 함량은 1.39%이었고 액상우분뇨의 건물함량은 평균 19%, T-N 함량은 0.104% 이었으며, 화학비료는 인산과 칼리를 각각 ha당 150 kg 씩 파종당일에 기비로서 전량 시비 하였고 질소는 요소를 2회 분할 시용하였다.

시험이 실시되었던 지역의 기상조건은 Table 2에 나타내었다. 30년 평균 기온과 강수량을 비교해 볼 때 2010년 월 평균기온은 거의 30년 평균기온과 비슷하였으나, 8월이 2.1 정도 높았고, 2010년 강수량은(생육기간 전체 494.9 mm) 30년 평균의 강수량(생육기간 전체 588.8 mm) 보다 133.9 mm 적었다. 성장이 시작되는 5월에 강수량이 낮아 스프링클러를 이용하여 관개수를 공급하였다.

Table 2. Meteorological data during the growth period in 2010 and the averages for 30 years.

옥수수와 사초용 수수의 생초수량은 파종 후 98일째에 지상에서 5 cm 높이로 예취하여 시비 수준에 따른 단위면적당 생초무게를 측정하였다. 건물함량은 각 구마다 2주를 선발하여 65 순환열풍건조기에서 48시간 건조시킨 다음 건물율을 계산하고 이를 기준으로 하여 단위면적당 건물 수량을 산출하였다. 건조된 시료는 Wiley mill로 분쇄하여 AOAC법(1990)으로 ADF(Acid Dertergent Fiber)와 NDF(Neutral Dertergent Fiber)의 함량은 Georing & Van Soest(1970)에 의해 분석하였다. TDN(total digestible nutrients)과 RFV(relative feed value)는 Nahm(1992)과 Linn & Martin(1989) 등의 계산식에 의하여 다음과 같이 구하였다.

TDN = 88.9 − (0.79 × ADF%)
RFV = (DMD × DMI)/1.29
DMD(dry matter digestibility) = 88.9 − (0.799 × ADF%)
DMI(dry matter intake) = 120/NDF%

또한 얻어진 조단백질(Crude protein, CP) 함량과 가소화양분총량(Total digestible nutrients, TDN)을 건물수량과 곱하여 단위면적당 조단백질 수량과 가소화양분총량 수량을 구하였다. 이들은 한우사양표준(농촌진흥청, 2007)에 의거 한우 암소 약 450 kg이 일일 증체 400 g 목표로 하여 조사료 급여비율을 70% 급여할 시에 필요한 조단백질과 가소화양분 총량은 1일 각각 426.3 g과 3.479 kg을 기준으로 하여 조단백질과 가소화양분 총량에 의한 단위면적당 연간 한우 사육능력을 추정 평가하였다(Jo, 2003; 유 등, 2006).

본 실험의 결과는 SAS package program(Version 8. 01, USA)을 이용하여 유의성을 검정하였고, 처리 평균간의 비교는 5% 수준의 최소 유의차 검정(Least significant difference test: LSD-test) 방법으로 하였다.

결과 및 고찰

1. 가축분뇨의 시용에 따른 하계사료작물의 CP(Crude Protein) 및 TDN 수량 변화

화학비료와 가축분뇨의 형태 및 시용수준이 하계사료작물의 건물량(DM), CP 및 TDN 수량에 미치는 영향은 Table 3과 같다.

Table 3. Effect of chemical fertilizer and cattle manure application on DM¹, CP² and TDN³ yields of corn and forage sorghum.

옥수수의 연간 건물(Dry matter; DM)과 가소화양분(Total digestible nutrients; TDN) 수량은 화학비료 NPK구가 각각 13.26과 9.58톤으로 무비구(6.46~4.27톤/ha), 화학비료 PK구(7.05~5.04톤/ha) 및 발효우분 100% 시용구(8.78~6.5톤/ha)보다 유의하게 높았으나(p < 0.05), 발효우분 150%구(각각 10.74와 7.67톤/ha), 액상우분뇨 100%구(10.11과 7.33톤/ha), 150%구(12.24와 8.84톤/ha)와는 유의적 차이는 없었다. 한편 가축분뇨 시용구간은 유의적 차이가 나타나지 않았지만 발효우분 보다는 액상우분뇨가 그리고 100% 시비구 보다는 150% 시비구가 높은 경향이었다. 조단백질(Crude protein) 수량은 액상 우분뇨 150%구가 0.78톤으로 가장 높았다(p < 0.05).

사초용 수수의 연간 건물수량은 화학비료 NPK구가 12.02톤/ha로 무비구와 화학비료 PK구의 각각 5.71과 6.53톤/ha 보다 유의하게 높았으나(p < 0.05), 발효우분 및 액상우분뇨구의 8.07~9.86톤/ha과는 유의적인 차이나 나지 않았다. 조단백질 수량은 화학비료 NPK, 발효우분 150% 및 액상우분뇨 150%구가 0.42~0.54톤/ha로 무비구 및 화학비료 PK구 보다 유의하게 높았다(p < 0.05). TDN 수량에서는 무비구 및 화학비료 PK구 보다 화학비료 NPK구와 가축분뇨 시용구가 유의하게 높았으며(p < 0.05), 가축분뇨 간에는 발효우분 보다는 액상우분뇨가, 시비수준에서는 100% 보다 150% 시비구가 높은 경향이었다. 가축분뇨 액비 시용에 따른 사료용 옥수수 및 수수*수단그라스 생육을 평가한 농촌진흥청(2010) 보고에 따르면 재배시 수량과 환경을 고려한 적정 시용 수준은 100%가 바람직하다고 하였다.

일반적으로 옥수수는 비료 요구량이 많은 작물로써 화학비료에 대한 적응성이 뛰어나며(박 등, 2005), 가축분뇨와 화학비료 시용 비교 시험에서도 화학비료 시용시 건물 수량이 현저하게 증가하였다고 보고하였다(Choi et al., 2010). 하지만 본 시험에서 옥수수의 건물수량은 가축분뇨 시용시 발효우분뇨 100% 시비구를 제외하고는 화학비료 NPK구의 76~92% 수준으로 유의적인 차이를 보이지 않았고, 사초용 수수의 경우 발효우분 및 액상우분뇨 모두 화학비료 NPK구와 유의적인 차이를 보이지 않아 앞선 연구와 다른 결과를 보였다. 또한, 수수 교잡종에 발효돈분 및 돈분액비 시용시 화학비료 시용에 비해 TDN 수량이 1~24% 증가되었으며(Lim et al., 2006), 가축분뇨의 시용은 화학비료 시용과 비교시 건물과 영양수량이 크게 감소하지 않았다고 보고하여(Jo, 2008), 초종, 가축분뇨 시용 수준 및 방법에 따라서는 가축분뇨 시용만으로도 건물수량 증대에 크게 기여할 수 있음을 시사하였다.

한편, 시용되는 가축분뇨의 형태에 따른 시험에 있어, 톱밥발효돈분 시용 보다는 우분액비 시용시 옥수수의 건물수량이 높았고(Na et al., 2006), 액상발효돈분 >톱밥발효돈분 >팽연왕겨발효돈분 순으로 옥수수의 건물수량이 현저하게 증가하였다고 보고하였으며(Choi et al., 2010), 또한 수수 ×수단그라스 교잡종 재배 시 액상 우분뇨의 경우가 발효 가축분뇨보다도 높은 건물과 영양수량을 나타내었다고 하였는데(Jo, 2008), 본 실험의 결과에서도 질소시용에 따른 건물생산효율(DMY kg/N kg)이 옥수수와 사초용 수수 액상우분뇨 시비구가 각각 18.25~19.27과 13.5~16.9로 발효 우분뇨 시비구의 11.6~14.27과 11.8~13.83 보다 높아 가축분뇨 형태에 따른 시비의 효과는 발효 우분뇨 보다 액상우분뇨 시용이 높은 건물이나 영양수량의 증대를 가져 올 수 있음을 보여주었다.

2. 가축분뇨의 시용에 따른 하계사료작물의 사료가치의 변화

화학비료와 가축분뇨의 형태 및 시용수준에 따른 하계사료작물의 사료가치는 Table 4와 같다.

Table 4. Effect of application of chemical fertilizer and cattle manure on contents of crude protein (CP), neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF) and total digestible nutrient (TDN) of corn and forage sorghum.

옥수수의 조단백질(CP) 함량은 액상 우분뇨를 100% 시용한구에서 7.21%를 나타내어, 무비구, 화학비료 PK구, 화학비료 NPK구 및 발효 우분 100% 시용구 보다는 유의하게 높았다(p < 0.05). NDF 함량에서는 이와는 반대의 결과를 나타내어 액상 우분뇨 100% 시용구가 48.39%로 가장 낮았다(p < 0.05). TDN과 RFV는 액상 우분뇨 100% 시용구가 각각 72.54와 139.92로 가장 높았으며(p < 0.05), 특히 액상 우분뇨 100% 시용구의 RFV는 화학비료 NPK구 보다 유의하게 높았으나(p < 0.05), 발효우분 150%구와 액상우분뇨 150%구와는 유의적 차이가 나지 않았다.

사초용 수수의 조단백질 함량은 화학비료 NPK구, 질소수준을 150% 시용한 발효우분과 액상우분뇨 구가 4.26~4.64%로 나타나 높게 나타났으며(p < 0.05), ADF와 NDF 함량은 화학비료 NPK구와 액상우분뇨 150%가 낮게 나타났다(p < 0.05). TDN과 RFV는 가축분뇨 시용구중 질소수준이 100%인 발효우분과 150% 액상우분뇨가 각각 49.25~49.92와 58.11~59.54로 높았다(p < 0.05).

 Jorgensen & Crowley(1972)은 적기에 수확된 옥수수의 조단백질 함량은 9.4%이며 Holland et al.,(1990)은 옥수수의 평균 조단백질 함량은 8% 이라고 보고하였다. 본 시험에서는 가축분 시용시 6.3~7.2%로 나타나 다소 낮은 함량을 보였지만, 액상구비의 시용시 옥수수의 조단백질 함량이 3.9~4.3% 이었다는 Na et al.,(2006) 보다는 높게 나타났다. 또한, Hwang et al.,(2006)은 가축분뇨의 시용으로 화학비료 시비구와 거의 유사하거나 높은 조단백질 함량을 나타낸다고 하였는데, 본 실험의 사초용 수수 사료가치 조사 결과에서도 거의 일치하였다.

한편 Na et al.,(2006)은 질소질 시비수준이 증가할수록 조단백질 함량이 비례하여 증가한다고 하였지만 본 실험에서는 150% 액상 우분뇨의 시용수준이 100%의 경우보다 높았으나 발효우분의 시용구에서는 오히려 낮은 조단백질 함량을 나타내어 반대의 경향을 나타내고 있는데, 이에 대해 Lee et al.,(1994)와 Bracker et al.,(1982)은 고농도의 가축분뇨나 시용수준이 높게 되면 작물의 흡수량은 일정하기에 오히려 토양에서 염기간의 불균형, 염해 및 토양으로부터의 용탈수로 양분유실을 초래할 수 있어 양분공급이 부족할 수도 있다고 보고하고 있어 과다한 가축분뇨의 시용으로도 토양오염을 유발할 수 있는 가능성이 있으므로 무엇보다도 적정시용수준과 시용시기가 중요하다고 사료된다.

또한, 본 시험에서 액상 우분뇨를 100% 시용한 구는 TDN 함량과 RFV가 각각 72.5와 139.9를 나타내어 화학비료구 및 다른 가축분뇨 시용한 구보다 월등하게 높게 나타나 Jo et al.,(2008)이 보고한 결과와 일치하여, 한우 사양 시 가축분뇨 시용으로 재배된 옥수수를 사료로 이용하게 되면 높은 TDN 함량으로 인해 곡류 및 에너지원을 대체하는 효과가 기대된다.

3. 가축분뇨의 시용이 사료작물의 재배면적 당 한우 사육능력

화학비료와 가축분뇨의 형태 및 시용수준에 따른 하계사료작물의 조단백질 및 가소화양분 수량에 의한 단위면적 당 연간 한우 사육능력을 나타낸 것은 Table 5와 같다. 

Table. 5. Effect of application of chemical fertilizer and cattle manure on carrying capacity per unit area for livestock, fed by corn and forage sorghum.

한우 암소 약 450 kg을 일일 증체 400 g 목표로 하여 옥수수를 사료자원으로 70% 급여할 시에 필요로 하는 조단백질과 가소화양분 총량은 1일 각각 426.3 g과 3.479 kg(농촌진흥청, 2007)임을 감안할 때, 화학비료 NPK구가 각각 4.97과 7.55두(평균 6.26두)를 사육할 수 있어 무비구(평균 2.81두)와 화학비료 PK구(평균 3.07) 보다 유의하게 높았으나(p < 0.05), 발효우분 150%구와 액상우분뇨의 평균 5.24~5.97두와는 유의적인 차이는 나타나지 않았다.

사초용 수수 시험결과에서는 화학비료 NPK구가 각각 3.46과 4.69두/ha/년(평균 4.08두)로 사육할 수 있어 가장 높았으나(p < 0.05), 발효우분 150%, 액상 우분뇨 100%와 150% 시용구의 평균 2.63~3.38두와 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 가축분뇨 시용구간은 발효우분 보다는 액상 우분뇨가 높은 경향이었고, 질소 시비 수준간은 100% 보다는 150%구가 한우 사육능력이 높은 경향으로 나타났다.

Jo et al.,(2008)은 옥수수 재배시에 액상 우분뇨 시용구가 발효 우분구 보다도 단위면적당 연간 한우 사육능력이 약 0.1~0.8두 정도 높다고 하였는데 본 연구에서는 평균 0.95~0.67두 정도 높게 나타났으며, 사초용 수수 시험결과에서도 발효 우분구 보다 액상우분뇨 시용구가 조단백질과 TDN 함량에 따른 한우 사육능력에서 평균 0.22~0.27두/ha/년 높게 나타나 액상우분뇨 시용으로도 높은 한우 사육능력을 발휘할 수 있음을 시사하였다.