우리나라에서

발생하는 가축분뇨는 연간 46.5백만톤 (MIAFF, 2012)으로, 그 중 88.7%는 퇴비와 액비로 자원화되 고 있으며, 9.1%는 정화처리되고 있다. 그 동안 가축분뇨 일부 가 해양 투기되었으나 2012년부터 런던협약으로 해양투기가 전 면 금지되고 있는 실정이어서, 자원화율을 높이기 위하여 전국 에 공동자원화시설을 구축하여 농민들에게 공급하거나 바이오 가스 생산시설을 만들어 전기를 생산하고 남은 소화액등을 액 비로 사용하는 등 많은 노력을 기울이고 있다(Lee at al., 2011). 가축분뇨는 충분한 발효과정을 통하여 액비화시켜 농업 에 활용한다면 양분을 공급하고 유기물질을 순환시키는 등 작 물 생장에 중요한 역할을 하며(Lee & Ahn, 2003), 토양의 양 이온 치환 용량과 유효인산 증가(Yadav et al., 2000; Kim et al., 2008), 미생물 활성 증진(Kanazawa & Yoneyama, 1980), 킬레이트 기능(Summerell & Burgess, 1989) 등 작물 생육에 이로운 효과를 얻을 수 있다. 그러나 적정수준으로 시비하지 않는다면 잉여양분이 토양으로부터 유실되어 수계에 큰 영향 을 미칠 수 있다(Murayama et al., 2001; Sweeten, 1988). 이러한 환경오염을 방지하고 친환경적인 이용을 위해 가축분 뇨를 효율적으로 이용하기 위한 연구가 진행되고 있으며 (Choudhary et al., 1996; Frost et al., 1990), 가축분뇨 사용 을 확대하기 위해 가축분뇨 액비 이용기술 매뉴얼(RDA, 2010; RDA, 2012)이 작성·보급되었다. 사료작물은 과거에 주 로 밭에서만 재배되어 오다가 최근 들어 한우 사육이 급증하 면서 논을 이용한 사료용 옥수수, 청보리, 이탈리안 라이그라 스(IRG), 호밀 등 조사료의 재배면적이 증가하고 있다. 일반적 으로 농가에서 사료작물의 생산성을 높이기 위해 다비 또는 과비하는 경향이 있다(Yang et al., 2009). 최근 경종농가에서 는 화학비료의 가격 상승으로 인해 가축분뇨 액비를 사용하는 농가가 급증하는 추세이다(Lee et al., 2011). 특히 동계와 하 계에 걸쳐 화학비료를 이용하여 사료작물을 재배할 경우 경종 농가는 생산비가 증가하면서 농가소득이 감소하게 되어 조사 료 공급에 차질이 생길 수 있다. 그러므로 논에서 가축분뇨 액비를 활용한 자원순환형 사료작물 작부체계를 유지하게 되 면 하계에는 사료용 옥수수나 수단그라스를 재배하여 겨울철 에 소에게 급여할 수 있고 동계에는 청보리 등을 재배하여 여 름철에 급여하므로서 농가 경영비 절감에 크게 기여할 수 있 을 것이다. 그러나 겨울철에 가축분뇨 액비를 이용한 청보리 재배기술은 개발되어 있으나(Lee et al., 2011) 여름철에 사료 용 옥수수에 대한 재배기술은 미미한 실정이다. 따라서 본 연 구는 사료용 옥수수 재배를 위한 돈분뇨 액비와 화학비료의 시용방법을 달리하여 식물체의 수량 및 사료가치와 토양 무기 성분조성에 미치는 영향을 조사하였다.

재료 및 방법

본 시험은 액비를 이용한 사료용 옥수수의 안정 재배법을 구명하기 위해, 김제시 소재 농가포장에서 2010년부터 2011 년까지 2년간 시험을 수행하였으며, 시험에 사용된 토양의 특성은 Table 2와 같이 전북통인 미사질양토로서 유기물함량 26.8 g kg^-1, 유효태 인산 141 mg kg^-1, 그 밖의 치환성 양이 온 함량이 옥수수 재배에 적합한 논토양이었다. 시험에 사용 된 사료용옥수수는 2000년에 육성되어 농가에서 많이 재배되 고 있는 광평옥을 사용하였다(Moon et al., 2001). 돈분액비는 인근의 익산·군산 축협 공동자원화시설에서 45일간 발효시킨 액비로서 총 질소 함량이 0.13%이며 그 밖의 성분의 함량은 Table 1에 나타내었다.

본 연구에서는 사료용 옥수수에 대한 가축분뇨 액비 시용법 을 구명하기 위하여 처리내용으로는 사료용 옥수수의 질소 표 준량 200kg ha⁻¹을 대조구로 하여 화학비료 100%, 액비 100%, 액비150%, 액비50% +화학비료50%, 액비70% +화학 비료30%, 액비70% +화학비료50%로 하였다. 밑거름 처리시 화학비료 100%는 총량의 1/2를, 액비 100%, 150%처리구는 전량을 그리고 나머지 액비 처리구는 파종 3일 전에 제시된 량을 살포하였고, 추비는 7 ~ 8엽기에 액비 100%, 150%처리 구를 제외하고 화학비료로 역시 제시된 량을 시용하였다. 시 험구에 액비를 각 처리별로 시용한 후에 로타리를 실시한 후 1.5 m 간격으로 배수로를 형성하였다. 파종일은 6월 10일부터 1주씩, 70 cm × 20 cm 간격으로 2조식으로 조사료 생산·이용 기술 교본(MIAFF, 2011)을 참고하여 파종하였다. 토양 및 식 물체 분석법은 농촌진흥청 농업과학기술원 토양 및 식물체 분 석법(NIAST, 2000)에 준하였다. 시험구별 각각 채취한 토양 은 실내에서 풍건하여 2 mm 체에 통과시켰고, pH와 EC는 토양과 증류수를 1 :5로 하여 초자전극법(Orion 520A, Boston, USA)으로 측정하였으며, 토양유기물은 Tyurin법으로 적정하 였다. 유효인산은 Lancaster법에 의한 비색계(UV-1650PC, Shimadzu Co., Japan)로 측정하였고, 치환성 양이온은 1M NH₄OAC로 추출하여 ICP-OPS (Varian Vistar-MPX, USA) 로 분석하였다. 액비 처리 후 오거를 이용하여 표토시료 (0 ~ 20 cm)를 채취하였고, 습토상태의 토양에서 NO₃-N을 Devarda alloy를 가한 후 NH₄-N로 전환시켜 Kjeldahl법으로 분석하였다. 이 때 시료는 습토상태로 분석한 후 토양수분을 보정하여 건토중 함량으로 산출하였다. 액비 처리별 사료용 옥 수수의 사료가치를 비교하기 위하여 시료를 건조시킨 후 조단 백질 분석은 AOAC(1995)방법에 따라 측정하였고, 중성세제불 용섬유소(Neutral detergent fiver, NDF) 와 산성세제 불용섬유 소(Acid detergent fiber, ADF) 함량은 Goering & Van soest 법(1970)으로 분석하였다. 가소화양분총량(Total digestion nutrient, TDN)은 TDN (%) = 88.9 − (0.79 ×%ADF) (Holland, 1990) 등식을 이용하여 값을 구하였고, 이상의 모든 분석결과 는 2010년 및 2011년도 값의 평균치로 나타내었다. 그 밖에 사료용 옥수수의 생육 및 수량조사는 농업과학기술연구조사기 준(RDA, 2003)에 준하였으며, 본 시험에서 얻어진 결과는 SAS(Statistical analysis system ver. 9.1)를 이용하여 분산분 석을 실시했고, Duncan's multiple range test에 의하여 5% 유의수준에서 처리구간의 통계적인 차이를 확인하였다.

결과 및 고찰

토양중 화학성 변화

돈분액비를 2년에 걸쳐 시용하여 사료용 옥수수를 재배한 후 토양의 화학성은 Table 2와 같다. 토양의 화학성 변화를 보면 pH는 대부분 처리구에서 큰 차이가 없었으나 액비 150%에서 6.2로 증가하였고 유기물의 경우 나머지 처리구는 시험전에 비교하여 감소하였으나 액비 150%처리구가 27.1 g kg^-1로 0.4 g kg^-1 증가하였다. 유효인산의 경우 액비 70%이상 분시구와 액비 100% 그리고 액비 150%처리구가 유 의적으로 증가하였으며 총질소는 화학비료구를 제외하고 모든 처리구가 증가하였다. 치환성 양이온중 칼슘과 마그네슘은 차 이가 없었고 칼륨과 나트륨은 액비를 처리한 처리구 모두에서 유의적으로 증가하였다. 이는 벼-맥주보리 재배시 돈분액비를 3년연용 처리했던 Lee et al. (2010)의 결과와 유사하였다. 이 는 액비자체가 칼슘과 마그네슘 함량이 상대적으로 적고 칼륨 과 나트륨 함량이 높은 것에 기인한 것으로 생각된다. 유효 인산의 경우 액비 150% 처리구는 분시를 한 처리구에 비해 유의적으로 증가되는 것으로 확인되어 인산집적을 방지하기 위해서는 돈분뇨를 5:5로 분시하거나 화학비료를 추비로 사용 하는 것이 적절할 것으로 생각된다.

논 조건하에서 성장하는 사료용 옥수수의 액비시용별 토양 중 NO₃-N의 함량은 Fig. 1과 같다. 모든 처리구에서 30일째 까지 NO₃-N의 농도가 낮아졌지만, 60일째에 액비를 전량 기 비처리구인 액비100%, 150%를 제외한 처리구에서는 증가하 는 경향을 보였다. NO₃-N의 농도를 처리방법별로 비교해보면, 5일째에 액비 전량기비구와 화학비료구는 액비·화학비료 혼용 구보다 상대적으로 NO₃-N가 높은 경향을 보였으나, 추비일인 60일째이후 부터는 NO₃-N가 모든 처리구에서 유의적은 차이 를 보이지 않았다. Lee & Chun (2004)은 액상분뇨 처리별로 초기에 NO₃-N 농도가 급격히 증가했다가 이후 점차 감소하여 처리별 큰 차이를 보이지 않는 이유로 작물의 생육이 양호하 게 되어 토양환경이 안정화 된 것에 기인한 것으로 생각하였 는데 본 연구에서 수확기에 가까울수록 큰 차이가 없는 것과 유사하였다. 액비를 전량 기비한 직후 NO₃-N의 농도가 최대 수치를 나타내고 점점 낮아진다는 내용은 MacGregor et al. (1974)의 내용과 일치하였고, 액비 처리 후 30일까지 감소하다 가 추비를 처리한 후 60일째까지 일시적으로 증가한 후 다시 감소하였던 화학비료 100%, 액비 100%, 액비50%+화학비료 50%구의 변화는 돈분뇨 액비를 이용하여 청보리 재배를 했던 Lee et al. (2011)등의 결과와 유사하였다.

수량 및 이삭비율

액비 시용방법별 사료용 옥수수의 수확기 생육과 수량은 Table 3과 같다. 먼저 옥수수 생체중을 살펴보면 액비100%구 에서 35톤 ha⁻¹ 수준으로 가장 낮은 값을 보였고 액비100%를 제외하고 42톤 ha⁻¹ 이상을 나타내었다. 건물중에서는 화학비료 100%, 액비150%, 액비70%+화학비료50%구에서 15톤 ha⁻¹ 이 상을 나타냈으며, 액비 50% +화학비료50%와 액비 70% +화 학비료30%구는 화학비료 100%대비 평균 95%수준이었으나 액비100%구는 질소100 표준구의 지수 100에 비해 79%로 화 학비료 100%보다 21%나 낮은 지수를 나타내었다. 이삭은 액 비100%처리구가 15.3톤으로 가장 작았고 나머지는 모두 17톤 이상의 수량을 보였고 특히, 액비70%+화학비료50%처리구에 서 18톤으로 가장 많은 수량을 보였다. 이들 수량은 간장, 엽 수, 직경, 엽면적 등이 각 처리방법에 따라 영향을 받아 차이 가 나타난 것으로, 액비150%와 액비70% +화학비료50%구는 옥수수의 키가 크고 엽수가 많으며 엽면적이 넓은 반면 액비 100%구는 이들 생육특성요인이 저조한 값을 나타내었다. Lee & Chun (2004)은 건국대학교 실습포장에서 화학비료와 액상분뇨 를 처리하여 사료용 옥수수를 재배하였는데 석고처리 후 액상 분뇨 처리구에서 18.6톤 ha⁻¹ 을 수확하였고 나머지 액상분뇨 분시처리구와 화학비료 분시처리구는 13.5 ~ 14.1톤 ha⁻¹ 의 수 량을 보여 본 시험에서 액비를 분시한 결과와 낮거나 유사한 수량을 보였다. Kim et al. (1989)은 토양 pH가 5.2 ~ 5.9내 외의 토양의 지력증진을 위해서 별도의 석회시용이 요구된다 고 하였고 앞서 Lee & Chun (2004)도 석고처리후 액비시용 에서 화학비료 대비 39%의 증수효과를 보였다. 본 시험토양 조건은 pH가 6.0이었으나 추후 pH가 낮은 다른 논에서는 석고시용을 통한 액비시용효과 증진연구가 필요하리라고 생 각된다.

돈분뇨 액비와 화학비료 시용방법에 따라 사료용 옥수수의 식물체 각 부위에 영향을 미치는지 알아보기 위해 Table 4와 같이 식물체 부위별 생체중에 대한 이삭비율를 살펴보았다. 식 물체 부위별 생체중은 화학비료100%, 액비150%, 액비70% + 화학비료50%구에서 잎, 줄기, 이삭무게가 나타난 반면에 액비 100%구에서는 이들의 값이 낮게 나타났다. 그러나 식물체 전 체 무게에 대한 이삭비율은 화학비료100%, 액비150%, 액비 70% +화학비료50%구에서 각각 39.3%, 38.4%, 39.9%로, 전 체 무게가 가장 가벼웠던 액비100%구의 이삭비율 43.5% 보 다 더 높은 비율을 보였다. 옥수수의 사료가치중 이삭비율은 전체 품질을 좌우하는 중요한 요소라고 Kim et al. (1993)은 보고한바 있다. 또한 시험 재배시 우수품종의 이삭비율이 52.1%이였고 1988년에서 1989년까지 농가조사결과 26.4 ~ 47.2% 비율을 보였다고 하였다. 또한 Kim et al. (1999)은 중부지방의 시험결과 암이삭의 비율이 대부분 50%이상이라고 하였고 대관령지역에서 시험한 Lee et al. (2005)는 50%에 육박하는 비율을 보였으나 본 연구에서는 약간 낮은 비율을 나타냈다. Ji et al. (2009, 2011)은 남부지역과 중부지역 논에 서 사일리지용 옥수수 품종별 생육특성을 비교하였는데 본시 험에서 사용한 품종과 같은 광평옥의 경우 중부지역에서는 건 물중이 19.8톤 ha⁻¹이 생산되었으나 남부지역에서는 14.0 ha⁻¹ 생산되어 지역별 생산량 차이가 크다고 보고한 바 있다. 이는 지역적으로 남부지역이 중부지역에 비해 옥수수 생산성과 품 질측면에서는 낮아지는 것을 시사한다고 생각된다.

액비시용별 사료용 옥수수의 사료가치를 나타낸 것은 Table 5와 같다. 전체 조단백질 함량은 6.2 ~ 7.7%로 나타났 고, 그중 이삭은 6.9 ~ 8.0%로 상대적으로 높은 값을 보였다. TDN함량은 식물체 전체가 71.0 ~ 73.0%이고 이삭은 73.1 ~ 76.7%로 역시 이삭에서 높았다. 그러나 ADF에서 식물 체 전체가 21.1 ~ 24.0%, 이삭은 12.0 ~ 13.8%로 이삭에서 낮 았고 NDF 또한 식물체 전체가 41.2 ~ 45.2%이었으며 이삭은 27.7 ~ 32.8%로 낮은 결과를 보여 조단백질 결과와 상반되었 다. 사료가치 평가결과는, 화학비료구, 액비150%구, 액비 70% +화학비료30%구, 액비70% +화학비료50%구에서 조단백 함량이 높았으며 ADF 함량이 낮아 가소화 양분 총량이 높았 으며 조단백질 함량이 높았다.

이상의 결과에서 나타난 바와 같이 논 조건에서 화학비료를 대체하여 가축분뇨 액비를 이용한 옥수수 재배시 증수와 사료 가치를 높이기 위해서는 일시에 액비 100%전량을 사용하는 것보다는 화학비료와 2회 분할 시용하는 것이 유리하다. 특히, 액비 150% 전량 기비시용은 수량성 면에서 액비70%+화학비 료50%와 유사하나 초기 과다시비로 토양으로부터 유실될 가 능성이 크기 때문에 액비70%를 처리하고 추비로 액비 또는 화학비료50%를 처리하는 것이 옥수수 사료가치를 높이는데 효과적이라 판단된다.

적 요

본 연구는 가축분뇨를 화학비료로 대체하기 위해 사료용 옥 수수 재배시 돈분 액비의 적정 시용방법을 구명하고자 화학비 료100%, 액비100%, 액비150%, 액비50% +화학비료50%, 액 비70% +화학비료30%, 액비70% +화학비료50%를 처리한 후 작물의 수량 및 사료가치, 토양변화 등을 조사하였다. 토양의 화학성 변화중 pH와 치환성 Mg는 시험전에 비하여 큰 변화 가 없었으나 그 밖의 성분들은 화학비료구를 제외한 액비처리 구의 경우 약간씩 높은 함량을 나타내었다. 토양중 NO₃-N함 량과 옥수수 생육초기에는 화학비료100%, 액비150%, 액비 70% +화학비료50%처리구가 그 밖의 액비와 화학비료 분시구 보다 높았으나 생육후기로 갈수록 처리간에 큰 차이가 없었다. 사료용 옥수수의 전장, 직경 및 생체수량은 화학비료100%, 액 비150%, 액비70% +화학비료50%처리구에서 가장 양호하였고 액비100% 전량기비처리구에서 가장 낮았다. 특히, 수량은 액 비150%처리구와 액비70%+화학비료50%에서 유사하였으며, 액 비100%에서 79%로 가장 저조하였다. 사료용 옥수수의 조단 백질과 사료가치도 역시 액비150%, 액비70%+화학비료50%에 서 가장 높은 값를 나타냈지만, ADF와 NDF 함량은 가장 낮 은 값을 나타내었다. 이상의 결과를 종합해 보면 논 조건에서 화학비료를 대체하여 가축분뇨 액비를 이용한 옥수수 재배시 증수와 사료가치를 높이기 위해서는 일시에 100%전량을 사용 하는 것보다는 2회 분할 시용하는 것이 유리하며 특히, 액비 70%를 처리하고 추비로 화학비료50%를 처리하는 것이 토양 비옥도를 유지하면서도 생산성을 높여 주며 화학비료를 50% 수준 절감해줄 것으로 생각된다.