서 론
국내 양돈사육두수는 2010년 976만두에서 2019년기준 1,119만두로 약 13%가량 증가하였고, 이에 따라 양돈산업에서 발생되는 온실가스 배출량 또한 증가하였다 (Statics Korea, 2019). 온실가스 발생에 영향을 미치는 요인으로는 산업에너지, 폐기물, 축산 등이 있는데, 축산부문에서 발생하는 온실가스 배출량은 약 3.2%를 차지한다.
축산 부문 중 장내발효 과정에서 발생하는 온실가스는 약 20.7%로 그 중 양돈은 장내발효 온실가스 배출의 7.4%를 차지하여 온실가스 배출에 영향을 미치는 요인 중 하나로 인식되고 있다. 이에 정부에서는 2030년 까지 2018년 기준 40%의 온실가스 배출량을 감축하기로 하였다. 하지만 현재 국내에서 자체적으로 돼지 장내발효 메탄 배출량에 대한 실험이 진행된 바가 없으며, IPCC GL (2006)의 default 값인 1.5 kg (head/year)을 사용하여 국내 메탄 배출계수를 산정하고 있다.
돼지의 장내발효 메탄 배출량에 영향을 미치는 요인으로는 사료성분, 섭취량, 사육온도 등이 있고, 그 중 사육온도는 돼지의 사료섭취량, 사료효율 및 생산성에 큰 영향을 준다 (Miller et al., 2012). 돼지의 장내발효 메탄 배출량에 관한 연구에 대해서는 몇차례 진행된 바 있지만 (Ulrich et al., 2012; Henry et al., 2011; Ji et al., 2011) 돼지 사육온도에 따른 메탄 배출계수를 평가한 사례가 많지 않다.
따라서 본 연구는 사육온도가 돼지 장내발효 메탄 발생량에 미치는 영향에 대해 평가하고자 수행되었다.
재료 및 방법
1. 메탄 배출량 측정 시스템 제작
본 연구는 실시간 메탄 측정기를 이용하여 실시간으로 챔버 내부 메탄 및 산소 농도, 환기량, 온도 등을 모니터링 하였다. 메탄농도는 메탄센서 (Precision: 0.25 ppm, T90 time: ≤1.8S, Resolution: 0.01 ppm)를 이용하여 실시간 측정되었고, Ring blower (max 1000 L/min)를 이용해 약 300 L/min으로 환기하였고 유량은 전자식 유량계 (Mass flower meter)를 이용해 실시간 유량을 측정하였다. 또한 cctv를 설치하여 챔버 내 시험돈의 상태를 확인하였고, 챔버 내부의 산소 농도 및 온도 문제 발생 시 스마트폰으로 알람이 전송되게 하였다.
메탄 배출량은 다음의 식 (1)을 이용하여 계산하였다.
2. 메탄 배출량 측정 챔버 제작
메탄 측정용 챔버의 내부 구조물은 Figure 1과 같이 모돈스톨, 외부 구조물은 아크릴과 프로파일을 이용하여 2.4 m (L) × 1 m (W) × 1.5 m (H)의 크기로 발생하는 메탄이 손실되지 않도록 밀폐되어 제작되었고 공기가 환기될 수 있도록 챔버 앞, 뒤에 입기구와 배기구를 제작하였다. 배기구에는 Ring blower를 설치하여 비육돈 적정 환기량에 준하여 공기를 순환하였고, Mass flow meter로 실시간 유량이 측정되었으며 평균 312.96 ± 10.22 L/min으로 유지되었다. 또한 챔버 내부 4개의 fan을 설치하여 발생한 메탄과 공기가 균일하게 희석되도록 하였다.
챔버의 가스 회수율의 확인하기 위해 Recovery test를 3회 진행하였으며, 평균 98.7 ± 2.1%의 회수율을 확인하였다.
3. 사육온도에 따른 메탄 배출량 측정 실험
본 연구는 충남도 축산기술연구소의 실험사육장에서 실시하였고, 시험축은 6개월령 비육돈 (100 ± 4.05 kg) 2두를 대상으로 비육돈 적정사육온도인 15~20°C (Miller et al., 2012)를 기준으로 저온 (13°C), 고온 (25°C)로 설정하여 각 2일씩 실험을 진행하였다.
본 실험에 들어가기에 앞서 실험사육장의 메탄 배경농도를 10시간 동안 측정하여 외부 메탄농도의 영향 여부를 확인하였다 (2.19 ± 0.27 ppm).
사료는 매일 09:00 am, 15:00 pm 2회 1.5 kg씩 급여 하였으며 음수는 자동급수장치를 통해 자율적으로 음수가 가능하게 하였다. 또한 매일 사료잔량과 음수량 및 분뇨 배출량을 측정하여 건물소화율을 측정하였다.
결과 및 고찰
사육온도가 돼지의 사료섭취량, 소화율 및 건물소화율에 미치는 영향을 Table 1에 나타내었다. 사료섭취량은 저온사육 시 평균 2.97 ± 0.01 kg, 고온 사육 시 2.90 kg으로 사료섭취량은 사육온도에 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 이는 고온 사육시에 돼지의 사료 섭취량이 낮아 진다는 선행연구 결과와 상반된 결과를 보였다 (Wendy et al., 2020).
Table 1.
Comparison of chamber feed intake and dry matter in take between low and high temperature.
소화율의 경우 저온사육 시에 25.92 ± 1.48% 고온사육 시에 28.91 ± 0.64%로 고온사육이 저온사육에 비해 약 10% 높은 결과를 보였다. 고온사육 시 heat stress로 인해 돼지의 소화율이 감소한다는 선행연구 결과가 있지만 (Morales et al., 2016), heat stress 조건인 31~37°C 이상에서 사육될 경우 고온 스트레스로 인해 돼지 소화율에 영향을 준 것으로 보이며, 본 연구는 고온 사육 기준이 25°C 로 설정되어 돼지의 heat stress 온도 범위에 비해 낮은 온도로 설정된 결과로 판단된다.
건물소화율은 저온사육 시 74.08 ± 1.48% 고온사육 시 71.09 ± 0.64%로 저온 사육 시 고온 사육에 비해 건물 소화율이 약 4% 높은 결과를 보였다.
Table 2는 챔버의 온도와 환기량 결과로 저온사육 시에 13.9°C, 고온사육이 24.7°C로 유지되었다. 환기량은 사육온도와 관계없이 저온 사육 시에 307.1 L/min, 고온사육 시에 318.85 L/min으로 적정 환기량 (RDA, 2000)에 준하여 일정하게 유지되었다.
Table 2.
Comparison of chamber temperatures and ventilation rate between low and high temperature (Mean ± S.D.).
사육온도에 따른 메탄 농도와 배출량은 Table 3에 나타냈다. 저온사육 시 돼지 장내발효 메탄 농도는 13.85 ± 2.5 ppm, 고온 사육 시 메탄농도는 20.6 ± 8.2 ppm으로 고온 사육 시에 메탄농도는 저온사육 시에 비해 약 33% 높은 결과를 보였다. 이는 저온사육 시 장내 미생물 활동과 신진대사를 억제하여 메탄 생성을 억제 할 수 있다는 선행 연구결과와 일치 하였다 (Liu et al., 2013).
메탄 배출량의 경우, 저온사육 시에 3.2 ± 0.5 mg min-1 head-1, 고온 사육 시에 4.5 ± 1.7 mg min-1 head-1으로 메탄 농도 결과와 비례하여, 고온사육 시에 메탄배출량이 저온사육에 비해 약 29% 높은 결과를 보여, 낮은 사육온도가 돼지 장내발효 메탄 배출량을 감소시킨다는 선행연구와 유사한 결과를 보였다 (Henry et al., 2011; McAllister et al., 1996).
Table 3.
Comparison of methane concentration and emission between low and high temperature (Mean ± S.D.).
결 론
호흡챔버를 통한 메탄 발생량 실험에서 저온사육시 온도는 13.9 ± 0.5°C, 고온사육시 온도는 24.7 ± 0.3°C로 측정 되었다. 사육온도에 따른 사료섭취량은 일정했으나, 소화율의 경우 고온사육이 저온사육에 비해 약 10% 높은 결과를 보였다. 메탄 배출량의 경우 고온사육이 저온사육에 비해 약 29% 높은 결과를 소화율이 메탄발생량과 연관이 있다 판단된다. 하지만 메탄 발생량과 소화율에는 개체간의 차이가 있어, 시험돈 2두로 메탄 발생량과 소화율을 대표 하기에는 다소 어려운 측면이 있으며, 추후 다양한 개체와 저온과 고온 스트레스 범위를 고려한 온도설정을 통해 돼지의 소화율 및 메탄 발생량에 관한 추가적인 연구가 필요하다 사료된다.
