서 론
재료 및 방법
1. 시험 토양
2. 시험용 여과 액비의 양분 함량
3. 토양검정 기반 비료사용 처방
4. 로메인 상추 생육 및 수량 조사
결과 및 고찰
1. 상추 생육과 수량 차이
2. 수확기 로메인 상추의 무기성분 함량 차이
3. 시험 전과 후 토양의 화학성 차이
4. 비료의 사용량과 구입 비용의 차이
5. 비용과 편익의 차이
결 론
서 론
2023년 우리나라 가축분뇨 발생량은 연간 총 50,871천 톤으로서 이중 돼지분뇨가 19,679천 m3(39%), 한·육우가 17,511천 m3(34%)이었다. 발생한 가축분뇨의 약 73%는 퇴비로 12%는 액비로 활용되며, 특히 돼지분뇨는 대부분 액비로 활용되는 것으로 나타났다(MAFRA, 2024). 가축분뇨 처리에서 수익/비용 비율은 1일 50 m3 처리시설의 경우 바이오가스+액비처리가 2.04, 바이오가스+정화 처리가 1.73, 퇴비화가 1.67, 액비화가 1.51, 정화 처리가 0.90으로 나타났고, 1일 200 m3 처리시설의 경우 퇴비화가 3.34, 바이오가스+액비처리가 3.11, 액비화가 2.60, 바이오가스+정화처리가 2.50, 정화처리가 1.56으로 나타나 액비처리가 정화처리 보다 경제성이 높았다 (Jo et al., 2019).
한편, 가축분뇨가 액비화되어도 이를 살포할 농경지 면적이 감소하였고 2023년 160.9만 ha에서 2028년은 158.3만 ha, 2033년 154.5만 ha로 점차 줄어들 것으로 전망되어(Kim et al., 2024), 기존과는 다른 액비 사용 기술이 요구된다고 하겠다. 비육돈이 배설하는 분뇨량과 그 처리비용이 양돈농가의 수익성에 영향을 미치기에(MAFRA, 2024) 기술혁신이 요구된다.
현행 슬러리 액비는 작물의 이앙이나 파종 전에만 살포할 수 있어서 여름철에는 사용물량이 많지 않다. 슬러리 액비의 이러한 문제점을 해결하는 방안으로서 여과 액비(filtered liquid manure) 사용 기술이 주목받고 있다. 여과 액비는 비료공정규격에 적합한 슬러리 액비에서 120 mesh 이상의 여과망을 통과한 액체 비료이다.(Lee D.B. et al., 2024) 여과 액비 사용은 첫째, 고형물과 부패성 유기물이 제거된 결과 악취 발생이 없어서 살포해도 민원이 발생하지 않는다. 둘째, 점도가 낮아져 스프링클러나 점적 호스를 이용해도 막힘없이 자동 살포가 가능하므로 러나 점적 호수로 작물에 줄 수 있으므로 계절과 무관하게 밑거름은 물론 웃거름으로 공급할 수 있다. 셋째, 시설 재배지의 관비재배에서 사용하는 고가의 수용성 비료 대신 여과 액비를 사용하면 비료값 절감 효과도 높다(Park et al., 2024).
한편, 액비를 사용하려면 토양검정을 바탕으로 한 비료사용 처방서에서 정한 양을 살포해야 한다(MAFRA, 2013). 액비는 원료의 성상과 그 공정도 다양해서, 제조된 액비의 질소, 인산, 칼리 등의 양분 함량의 변동이 크다. 따라서 액비를 이용한 양분 관리와 작물 생산 기술의 개발이 필요하다.
본 연구는 여과액비를 이용하여 로메인 상추 재배 기술을 개발하고 이에 따른 토양과 식물체 양분 함량 변화, 농가의 수익성 등을 분석하고자 수행되었다.
재료 및 방법
1. 시험 토양
본 연구는 강원특별자치도 횡성군 우천면 양적리 1-1 하우스 토양이었으며, 사양질의 상주통이었다. 시험 전과 시험 후 토양시료를 채취하여 실내에서 건조한 다음 0.2 mm체로 친 다음 화학분석용 시료로 사용하였다. 토양 중 양분 함량 분석은 농촌진흥청 토양화학분석법(NIAS, 2010)에 따랐다. 즉, 토양 pH는 토양과 증류수를 1:5 (w/v)로 혼합하여 30분간 진탕한 후 pH meter (Mettler Toledo, Switzerland)로 측정하였고, EC는 Conductivity meter (Mettler Toledo, Switzerland)로 측정하고 환산하였으며, 유기물은 Walkley-Black법, 유효인산은 Lancaster법으로 측정하였고, 교환성 K, Ca, Mg은 1 N ammonium acetate로 침출한 후 AAS (atomic absorption spectrophotometer, SpectrAA 55B, Varian, USA)로 분석하였다.
2. 시험용 여과 액비의 양분 함량
본 실험에 사용한 여과 액비의 N 함량은 1,608.1 mg kg, P2O5 함량은 412.8 mg kg-1, K2O 함량은 1337.0 mg kg-1이어서, 세 성분의 합계 함량은 비료공정규격의 기준치인 0.3% 이상이었다. 또한 여과 액비 중의 As, Cd, Hg 등의 유해 중금속 함량은 기준치 이하였으며, 유해 미생물인 대장균(Escherichia coli O157:H7)과 살모넬라(Salmonella spp.)는 검출되지 않아 비료공정규격에 적합한 비료였다(데이터 미제시).
여과 액비는 양돈분뇨를 호기발효 시킨 다음 부숙도 검사를 통과한 액비를 정치하고 고형물과 부유물을 가라앉힌 다음 액비의 상등액을 120 mesh 이상의 여과기로 걸러 제조하였다. 제조된 여과 액비는 전용 탱크차로 시험포장으로 운송하여 로메인 상추의 양분 요구량에 맞춰 여과 액비에 부족한 양분을 화학비료로 보충해 주고 밑거름은 물론 웃거름으로 사용하였다.
3. 토양검정 기반 비료사용 처방
시험포장의 토양검정 결과를 활용한 흙토람의 비료사용처방 프로그램(RDA, 2024)으로 산정한 10a당 질소 요구량은 11.8kg, 인 요구량은 3.0 kg, 칼리 요구량은 19.4 kg이었다. 이 량을 기준으로 화학비료 처방은 요소 25.8 kg 10a-1과 염화칼리 29.0 kg 10a-1을 물에 녹인 다음, 밑거름과 웃거름으로 각각 1:1 비율로 나누어 주었고, 제1인산칼리(KH2PO4) 5.75 kg은 전량 밑거름으로 주었다. 여과액비+화학비료 처리는 여과 액비 7.3 m3에 요소 0.46 kg, 염화칼리 16.2 kg을 녹인 다음 이를 밑거름과 웃거름으로 대등하게 나누어 주었다. 퇴비차는 200 L 통에 가축분 퇴비 500 g을 한냉사 주머니에 매달아 여기에 해조 추출물(Sea Food)과 설탕을 넣고 폭기하여 제조하였다. 제조된 퇴비차(Compost tea)는 물과 1:50의 비율로 희석하여 주 1회 관주 공급하였다.
4. 로메인 상추 생육 및 수량 조사
로메인 상추(품종명 진청) 20일 묘를 30cm × 30cm 재식 간격으로 2024년 9월 13일 정식한 다음 점적 관비를 하면서 상추를 재배하였다. 시험용 상추는 2024년 9월 정식하고 2024년 10월 25일 처리별 3 반복으로 생육량을 조사하였다. 작물체 생육 조사는 농촌진흥청의 농업 과학기술 연구 조사 분석 기준(2012)에 따라 수확한 날 엽수, 엽장, 직근직경, 생체중을 조사하였다. 식물체 시료를 채취하여 80℃ 드라이 오븐에서 건조한 다음 분쇄하여 식물체 분석 시료로 사용하였다(Figure 1).
식물체의 양분 함량 분석은 농촌진흥청 토양화학 분석법(Han et al., 1988)에 따랐다. 식물체 0.5 g을 삼각플라스크에 넣고 Conc. H2SO4 5 mL를 넣고 Hot plate로 가열하면서 H2O2를 넣어 분해하고 100mL Mass Flask에 채운 다음 양분 분석용 시료로 사용했다. T-N 함량은 Indo-phenol blue법, P2O5 함량은 Ammonium meta vanadate법, K2O, CaO. MgO 함량은 AAS(Atomic Absorption Spectrophotometer, SpectrAA 55B, Varian, USA)로 분석하였다. 통계분석은 SAS Software를 이용하였다.
결과 및 고찰
1. 상추 생육과 수량 차이
수확기 로메인 상추의 엽수는 화학비료 처리구가 12.0매였고, FSLM+KCl 처리구는 12.9매, FSLM+KCl+Comtea 처리구는 12.7매였으나 통계적 유의차는 인정되지 않았고, 엽장과 엽폭도 처리간 유의차가 인정되지 않았다. 직근의 굵기는 FSLM+KCl 처리구가 12.0 mm로 가장 굵었으며, 다음으로 FSLM+KCl+Comtea 11.8mm, 화학비료 처리구 10.3 mm 순으로 통계적 유의차가 인정되었다. 상품 가치가 있는 10a당 수량은 FSLM+KCl 처리구가 1,991kg으로 가장 많았고, FSLM+KCl+Comtea 처리구가 1,925 kg, 화학비료 처리구가 1,703 kg으로 가장 낮았고, 통계적 유의차도 인정되었다 (Table 1).
Table 1.
Comparison of Romaine lettuce growth and yield at harvest stage.
Park 등(2024)은 오이 억제 재배시험에서 여과액비+제1인산 암모늄(MAP) 처리는 화학비료 처리와 비교하여 수량은 99.7% 수준으로서 통계적 유의차는 없었다고 하였다. Shim 등(2022)은 토마토에 시판 양액비료, 정제액비, 정제액비로 배양한 클로렐라 액비를 처리하고 초장, 엽수, 줄기 직경, 과실 수 등을 비교한 결과, 시판 양액비료 처리의 생육이 가장 우수했고, 클로렐라 배양액 처리, 정제액비 순이었다고 하였다. 이 실험은 질소 공급량은 동일하였으나 인산, 칼리, 칼슘, 마그네슘, 철, 망간, 붕소 등의 공급량이 달라서 이러한 결과가 도출되었을 것이다. Park 등(2010)은 SCB액비(slurry composting biofiltration liquefied fertilizer, SCBLF)와 화학비료로 시설하우스에서 토마토 재배실험을 한 결과, 생육과 수량에서 차이가 없었다고 하였고, Park 등(2011)은 반촉성 오이 재배에서 SCB 액비 관비 처리는 화학비료 관비 처리보다 상품과 수량이 통계적으로 유의하게 높았다고 하였으며, 토양검정에 의한 돈분뇨 액비는 화학비료의 질소와 칼리 시용량을 대체할 수 있다고 하였다.
2. 수확기 로메인 상추의 무기성분 함량 차이
수확기 로메인 상추 식물체의 양분 함량을 보면 전질소 함량은 화학비료 처리구는 4.4%, FSLM+KCl 처리구는 4.2%, FSLM+KCl+Comtea 처리구는 4.0%였으나 통계적으로 유의차는 없었고, 인산, 칼리, 칼슘, 마그네슘의 함량도 통계적 유의차가 없었다 (Table 2). 이는 토양검정 결과에 따라 처방된 N, P, K 투입량이 동일했기 때문으로 보여진다.
Table 2.
Content of inorganic elements of Romaine lettuce plants at harvest stage.
흙토람(soil.rda.go.kr)의 비료사용처방서를 발급하기 위해서는 1단계로 농가가 작물 재배지 토양을 채취하여 농업기술센터에 토양검정을 의뢰한다. 2단계로 농업기술센터는 토양의 양분 함량을 흙토람에 입력한다. 3단계로 농가는 흙토람에서 재배 작물을 선택하면 농경지의 양분보유량과 작물의 질소, 인, 칼리 요구량의 차이를 산정하여 비료 사용량으로 처방받을 수 있다(Lee and Ryu, 2022). 흙토람의 비료사용처방서를 사용한다면 화학비료 대비 값이 싼 비료를 사용하면서도 농산물 중 양분 함량은 비슷한 농산물을 생산할 수 있음을 알 수 있다.
3. 시험 전과 후 토양의 화학성 차이
시험 전 대비 시험 후 토양의 pH는 화학비료 처리는 0.3, FSLM+KCl 처리는 0.6, FSLM+KCl+Comtea 처리는 0.6이 낮아졌다. 농작물은 토양의 표면에 흡착된 양이온을 흡수하고 그 자리에 광합성 산물인 H+이온을 토양에 방출한다. 이러한 이온교환의 결과로 토양 pH는 낮아진 것으로 해석된다. 토양 유기물 함량은 화학비료 처리구는 6 mg kg-1, FSLM+KCl 처리구는 18 mg kg-1, FSLM+KCl+Comtea 처리구는 10 mg kg-1이 줄었다. 본 실험에서는 퇴비를 주지 않고 작물 재배시험을 하였고, 그 결과 토양의 유기물이 산화된 것으로 보인다. P2O5 함량은 화학비료 처리는 70 mg kg-1, FSLM+KCl 처리는 234 mg kg-1, FSLM+KCl+Comtea 처리는 237 mg kg-1이 줄었다. 칼리 함량은 화학비료 처리에서 0.15 cmol+ kg-1가 줄었고, FSLM+KCl 처리에서는 49 cmol+ kg-1, FSLM+KCl+Comtea 처리에서는 51 cmol+ kg-1이 줄었다. 칼슘 함량은 화학비료 처리구에서 1.3 cmol+ kg-1, FSLM+KCl 처리구에서는 6.0 cmol+ kg-1, FSLM+KCl+Comtea 처리구에서는 3.9 cmol+ kg-1가 줄었다. 마그네슘 함량은 화학비료 처리구에서 0.2 cmol+ kg-1가 늘었지만, FSLM+KCl 처리구에서는 0.4 cmol+ kg-1, FSLM+KCl+Comtea 처리구에서는 0.2 cmol+ kg-1가 줄었다. 토양 전기 전도도는 화학비료 처리구에서 0.9 dS m-1, FSLM+KCl 처리구에서는 3.1 dS m-1, FSLM+KCl+Comtea 처리구에서는 0.9 dS m-1가 줄었다. 토양 전기 전도도는 화학비료 처리구에서 0.9 dS m-1, FSLM+KCl 처리구에서는 3.1 dS m-1, FSLM+KCl+Comtea 처리구에서는 0.9 dS m-1가 줄었다 (Table 3).
Table 3.
Comparison of soil inorganic elements between before transplanting and harvest stage.
이같이 시험후 토양에서 양분 함량이 전체적으로 감소된 것은 토양 검정에 의거 작물 생육에 필요한 만큼만 양분을 투입했고, 로메인 상추가 자라면서 토양 중의 양분을 흡수하였거나, 관수에 의해 작토층 이하로 용탈되었기 때문으로 보인다.
4. 비료의 사용량과 구입 비용의 차이
농작물의 양분 요구량은 재배하는 작물의 종류에 따라 다르며 농경지에 투입되는 비료에는 보통 비료인 화학비료와 가축분뇨 퇴·액비와 같은 부숙 유기질 비료, 유박과 같은 비 부숙 유기질 비료가 있다. 이들 비료 사용에 기인한 질소와 인의 총 사용량은 대기, 수질, 토양 환경에 미치는 영향이 커서 OECD 국가들은 질소와 인산의 수지 지표를 발표하고 있다. 우리나라는 34개 OECD 회원국 중에서 질소 수지 1위, 인산 수지 2위로서 양분 투입에 따른 환경오염이 심각한 국가로 분류되고 있다. 한국의 양분수지가 악화된 이유는 1990년~2017년 사이 농경지 면적은 20% 줄어든 반면, 가축분 퇴비의 ha당 투입량은 1990년 78 kg에서 2017년 157 kg으로 증가하였기 때문이다(Lim et al., 2021). 따라서 양분수지 개선을 위해서는 화학비료와 유기질 비료를 적절히 활용 기술, 농경지의 양분을 잘 흡수하는 작물 재배 기술, 비료 사용 컨설팅 사업이 필요하다고 본다.
Table 4는 처리 별로 비료 사용량을 나타낸 것이다. 화학비료 처리구에서는 10a당 요소(N2H8CO)는 25.7 kg, 염화칼리(KCl)는 30.3 kg, 제1 인산칼리(KH2PO4)는 5.5 kg으로 총사용량은 66 kg이었다. FSLM+KCl 처리구와 FSLM+KCl+Comtea 처리구는 액비 7.3 m3와 염화칼리 9.7 kg을 사용하였다. 즉, 여과액비(FSLM) 사용으로 10a당 요소 사용량은 25.7 kg (N: 11.8 kg), 염화칼리 사용량은 20.6 kg(K2O: 12.4 kg), 제1인산칼리 사용량은 5.5 kg(P2O5: 2.9 kg, K2O 1.5 kg)을 줄여서 화학비료 총사용량을 51.8 kg 줄일 수 있었다.
Table 4.
Amount of fertilizer applied among treatments.
| Treatment | FSLM1) | Urea | KCl | MKP2) | Sum |
| -------------- kg 10a-1 ----------- | |||||
| Chemical Fertilizer | 0 | 25.7 | 30.3 | 5.5 | 61.5 |
| FSLM+KCl | 7,300 | 0 | 9.7 | 0 | 7,309.7 |
| FSLM+KCl+Compost tea | 7,300 | 0 | 9.7 | 0 | 7,309.7 |
기존의 슬러리 액비는 주로 작물 심기 전에 살포하고, 작물의 양분요구량이 많은 6~9월엔 살포가 어렵다. 이에 반해서 여과 액비는 사계절 살포가 자유롭고 밑거름은 물론 작물이 자라고 있는 동안 웃거름으로 사용할 수 있다. 가축분뇨 공동자원화 시설에서 양돈 슬러리의 월별 수탁 물량은 6월~9월 양돈액비 탱크용량에 따라 결정된다. 여과 액비로 6~9월에 농지에 공급 가능 물량이 늘어난다면 기존의 탱크용량으로도 월별 수탁 물량을 늘려서 공동자원화 시설의 수익 증대는 물론 축산농가의 환경도 개선될 것이다.
5. 비용과 편익의 차이
처리별 10a당 로메인 상추 재배 농가의 2024년 11월 비료값으로 비교하면, 화학비료 처리는 요소 38,500원, 염화칼리 64,700원, 제1일산칼리 12,300원으로 총 115,500원이었다. 반면에 FSLM+KCl 처리와 FSLM+KCl+ Comtea 처리는 염화칼리 구입비인 20,700원이 전부였다. 그 결과 여과액비 사용으로 화학비료 구입비는 94,800원이 절감되었다 (Table 5).
Table 5.
Comparison of cost and benefit among treatments.
| Treatment | Cost(1,000￦ 10a-1) | Benefit(1,000￦ 10a-1) | ||
| Urea | KCl | MKP1) | Sales revenue | |
| Chemical Fertilizer | 38.5 | 64.7 | 12.3 | 4,854.2 |
| FSLM+KCl | 0 | 20.7 | 0 | 5,674.6 |
| FSLM+KCl+Compost tea | 0 | 20.7 | 0 | 5,485.7 |
여과 액비 사용에 따른 화학비료값 절감효과는 토양의 양분함량과 작물의 재배기간과 비료 요구량에 따라 다양하므로 다양한 작물에 대한 재배 효과 검증이 필요하다.
Lee et al.(2024)은 농림축산식품부가 시행하고 있는 축산악취 저감 사업에 여과액비 지원사업의 추가를 정책 제안하였고, 농림축산식품부도 이를 수용하였다(MAFRA, 2025). 이제 여과 액비 사업이 농림축산식품부의 정책사업을 통해 전국적으로 확산하면 여과 액비의 화학비료 대체 사용량도 통계치로 산출을 통해 우리나라의 양분수지 개선과 질소비료 유래 온실가스인 아산화질소(N2O)도 감축량도 산정할 수 있을 것이다. 또한 국가 지원으로 운영되는 공동자원화 시설도 여름철 여과 액비 사용으로 매월 양돈 슬러리 처리용량을 늘릴 수 있어서 수익성을 높일 수 있고, 양돈농가도 슬러리를 신속히 위탁할 수 있어서 축산 환경도 개선될 것이다. 국가의 환경과 경제 발전을 위해서는 가칭 여과 액비 사업단 운영처럼, 체계적인 정책사업의 추진도 바람직하다고 본다.
결 론
본 연구에서는 로메인 상추 20일 묘 재배에 필요한 비료사용량을 토양검정 기반 흙토람의 비료사용처방에 따라 질소, 인산, 칼리비료 사용량을 산정하였다. 2024년 9월 13일 작물을 심고 산정된 비료 사용량의 기준에 따라 화학비료, 여과액비+염화칼리, 여과액비+염화칼리+퇴비차를 2회 나누어 주고, 10월 25일 수확하였다.
여과액비 처리로 화학비료 처리보다 로메인 상추의 엽수가 많았으며, 직근도 굵었다.
처리간 로메인 상추 가식부의 질소, 인산, 칼리, 칼슘, 마그네슘 함량은 통계적 유의차가 없었다.
시험 전 토양보다 시험 후 토양의 pH, 유기물, 인산, 칼리, 칼슘, 마그네슘의 함량과 토양 중 전기전도도는 낮아졌다.
여과액비 사용은 10a당 화학비료 사용량을 56.3 kg 줄어서, 비료값을 94,800원 절감할 수 있었다.
여과액비+염화칼리 처리는 상추수량이 늘어 조수익이 10a당 820,400원 늘었다. 여기에 비료값 절감액을 더하면 농가는 10a당 총 915,200원의 경제적 이득을 얻을 수 있었다.
향후 다양한 작물에 대한 여과 액비 사용 연구를 진행하고, 화학비료 대체량의 통계화 방안, 이를 통한 국가적 양분수지와 아산화질소(N2O) 배출량 감축 효과를 규명하는 연구가 추가되어야 할 것으로 본다.
