서 론
재료 및 방법
1. 시험재료 및 방법
2. 시험방법 및 시료채취
3. 조사 항목 및 방법
결과 및 고찰
1. 자돈 및 모돈 사료 내 광물질 (산화아연, 구리) 함량
2. 자돈과 모돈 분뇨의 이화학적 성상 및 중금속 함량 분석 결과
결 론
서 론
아연 (Zn)은 돼지의 신진대사에 중요한 역할을 하는 돼지 성장에 필수적인 미량 원소로서 1990년대 초부터 산화아연 (ZnO) 사료를 통해 이유후 설사 (PWD)를 조절하고 자돈의 성장을 촉진하는데 주로 이용되고 있다
산화아연은 사료섭취를 자극하는 brain-gut 펩티드의 분비를 조절하여 성장촉진 역할을 하고, 장내 장벽 기능을 향상시키며 또한 장내 융모에 대해 대장균 같은 병원성 박테리아의 부착을 감소시키는 것으로 입증되고 있다 (Moon, 2004). 그러나 아연은 중금속으로서 생체 이용률과 흡수율이 매우 낮기 때문에 돼지가 섭취한 대부분의 아연은 분뇨로 배설되고, 이는 퇴·액비 형태로 농지에 살포되어 토양과 지하수를 오염시킬 수 있으며, 특히 토양에 아연이 축적되면 중장기적으로 식물과 미생물에 독성의 위험을 초래할 수 있다 (Ko et al., 2016; Lee et al., 2011).
그렇기 때문에 유럽에서는 산화아연 사용으로 인한 환경오염을 방지하기 위해 2022년 6월까지 모든 EU회원국에 대해 산화아연을 함유한 동물용의약품 판매 및 사용을 전면 중단할 계획이며, 사용 허가 된 사료첨가제 또한 최대 허용 기준을 150 ppm으로 제한할 계획이다.
이를 바탕으로 우리나라에서도 가축분뇨 내 중금속에 의한 환경오염을 최소화하기 위해 가축분뇨처리 「가축분뇨의 관리 및 이용에 관한 법률 시행령」, 농촌 진흥청고시 「비료 공정규격 설정 및 지정」를 통해 축산농가에서 살포하는 퇴비의 아연 함량을 1,200 ppm이하로 제한하며, 비료 제조업체에서 판매하는 가축분퇴비의 아연 함량 또한 900 ppm이하로 제한하고 있으나, 규제기준에 대한 관리가 적극적으로 이뤄지지는 않고 있다 (RDA, 2015).
하지만 2020년 3월 25일 퇴·액비의 부숙도 검사가 의무화되고, 1년간 계도기간을 거쳐 2021년 3월 25일부터 본격적으로 시행됨에 따라 퇴·액비 내 구리, 아연 등 중금속 함량 기준에 대한 규제 관리가 강화될 것으로 전망되어진 다 (Im, 2007; Kang et al., 2017).
이에 따라 본 연구에서는 자돈생산 농장에서 저아연 사료를 급여했을 경우 분뇨 및 퇴비의 아연함량에 대한 조사를 실시하여 농장에서 분뇨를 처리하는데 문제가 되지 않는 사료 내 아연 함량의 적정 범위를 분석하였다.
재료 및 방법
1. 시험재료 및 방법
(1) 시험농장 선정
번식돈을 사육하여 자돈을 생산·출하하는 번식전문 (자돈생산)농장으로 돈사시설이 슬러리 형태이고, 분뇨처리방식은 퇴·액비화 방식을 취하며, 자체적으로 퇴비공장을 운영하여 가축분 퇴비제품을 생산·판매하는 농장을 선정하였다.
(2) 공시축과 시험기간
공시축은 시험구와 대조구 모두 평균체중 6~7 kg의 이유자돈 100두를 공시하여 약 4주간 사양시험을 진행하였고, 배설된 분뇨를 이용하여 약 9주에 걸쳐 퇴비화를 진행하였다.
(3) 시험사료
시험에 사용한 시험구 사료는 시중에서 개발·판매되고 있는 저 함량 아연 자돈사료를 이용하였다. 1주차에는 1호와 2호, 2주차에는 2호와 3호, 3~4주차에는 3호를 급여하였으며, 대조구 사료는 일반 자돈사료를 이용하였고, 사료단계별 급여 시기는 시험구와 동일하였다.
2. 시험방법 및 시료채취
(1) 자돈사 자돈 전입, 사료급여 및 자돈 전출
자돈사에서 자돈 전입 후 전출 전 (4주 이유기간) 일반 자돈사료 및 저아연 자돈사료를 급여하며 시험을 진행하였다 (NIAS, 2017).
(2) 자돈 및 모돈 분뇨 슬러리 이송, 고액분리
자돈사 및 모돈 슬러리 피트의 분뇨 슬러리를 분뇨저장탱크로 이송한 후 각각 시료를 채취하고, 고액분리기를 이용하여 슬러리를 고상과 액상으로 분리한 후 고상과 액상시료를 각각 채취하여 이화학적 성상 및 중금속 함량을 분석하였다.
(3) 혼합고상 (자돈+모돈)과 톱밥 (수분조절재)혼합 및 퇴비화
분뇨 슬러리를 고액분리 한 혼합고상의 함수율은 70.05%이고 수분조절재인 톱밥의 수분함량은 19.62%로 혼합 시 함수율을 65%로 조절하기 위해 혼합고상 함량 88.2%대 수분조절재 함량 11.2%의 비율로 혼합하여 퇴비화 (호기성 반응기)를 진행시켰다.
시료 샘플은 톱밥 (수분조절재), 혼합고상, 부숙퇴비 각각 시료로 채취하였으며 이화학적 성상 및 중금속 함량을 분석하였다.
3. 조사 항목 및 방법
(1) 이화학적 성상 분석
시험구 및 대조구의 자돈과 모돈 분뇨의 슬러리, 고상, 액상, 부숙 퇴비는 분뇨 슬러리를 원수저장조로 이송한 후 각각 시료를 채취하고 고액분리기 (스크린+데칸타)를 이용하여 고상과 액상으로 분리하였으며, 원수, 고상, 액상 샘플로 수분, 유기물, 질소, pH 등 이화학적 성상을 분석하고 톱밥 (수분조절재)에 대해서도 동일한 항목의 이화학적 성상에 대해 분석 (농촌진흥청고시 제2020-29호 비료의 품질검사방법 및 시료채취기준)하였다 (Kim et al., 2018).
(2) 중금속 함량 분석
시험구 및 대조구의 자돈과 모돈 분뇨의 슬러리, 고상, 액상, 퇴비는 분뇨 슬러리를 원수저장조로 이송한 후 각각 시료를 채취하고 고액분리기 (스크린+데칸타)를 이용하여 고상과 액상으로 분리하였으며, 원수, 고상, 액상 샘플로 아연 (Zn), 구리 (Cu) 등 중금속 함량을 분석하고, 톱밥 (수분조절재)에 대해서도 동일한 항목의 중금속 함량을 분석 (농촌진흥청고시 제2020-29호 비료의 품질검사방법 및 시료채취기준)하였다 (Kim et al., 2018).
결과 및 고찰
1. 자돈 및 모돈 사료 내 광물질 (산화아연, 구리) 함량
(1) 일반 자돈사료 내 광물질 (산화아연, 구리) 함량
일반 자돈사료의 산화아연 함량은 Table 1에 제시한 바와 같이 1호 및 2호의 경우 2,500 mg/kg, 3호의 경우 2,000 mg/kg이며, 구리 (Cu) 함량은 1호의 경우 85 mg/kg, 2호 85 mg/kg, 3호 40 mg/kg이다. 산화아연 (ZnO) 과 구리 (Cu) 모두 3호의 함량이 가장 낮은 것으로 분석되었다 (Hong, 2021; Kang et al., 2010).
Table 1.
Heavy metal contents in pigret feed of control.
| Items | Piglet Feed No.1 | Piglet Feed No.2 | Piglet Feed No.3 | Mean |
| ZnO (mg/kg) | 2,500 | 2,500 | 2,000 | 2,333 |
| Cu (mg/kg) | 85.0 | 85.0 | 40.0 | 70.0 |
(2) 저아연 자돈사료 내 광물질 함량
저아연 자돈사료의 산화아연 함량은 Table 2에 제시한 바와 같이 1호의 경우 638.8 mg/kg, 2호 640.4 mg/kg, 3호 652. mg/kg이며, 구리 (Cu) 함량은 1호의 경우 104 mg/kg, 2호 105 mg/kg, 3호 117 mg/kg이다. 산화아연과 구리 모두 3호의 함량이 가장 높으며, 평균 아연함량은 644 mg/kg으로 일반 자돈사료 (2,333 mg/kg)의 27.6% 수준으로 분석되었다.
Table 2.
Heavy metal contents in pigret feed of treatment.
| Items | Piglet Feed No.1 | Piglet Feed No.2 | Piglet Feed No.3 | Mean |
| ZnO (mg/kg) | 638.8 | 640.4 | 652.7 | 644.0 |
| Cu (mg/kg) | 104.0 | 105.0 | 117.0 | 109.0 |
(3) 모돈 (후보/임신/분만)사료 내 광물질 함량
모돈사료의 산화아연 함량은 Table 3에 제시한 바와 같이 후보돈, 임신돈, 분만돈 모두 130 mg/kg이며, 구리 (Cu) 함량도 모두 16 mg/kg으로 동일한 것으로 분석되었다.
Table 3.
Heavy metal contents in sow feed of control and treatment.
| Items | Reserve Sows Feed | Gestating Sows Feed | Delivery Sows Feed | Mean |
| ZnO (mg/kg) | 130.0 | 130.0 | 130.0 | 130.0 |
| Cu (mg/kg) | 16.0 | 16.0 | 16.0 | 16.0 |
2. 자돈과 모돈 분뇨의 이화학적 성상 및 중금속 함량 분석 결과
(1) 일반 자돈사료 급여 자돈 및 모돈 분뇨의 이화학적 성상 및 중금속 함량
일반 자돈사료를 급여한 자돈분뇨의 이화학적 성상을 분석한 결과 슬러리는 수분함량이 95.70%, 유기물 3.60%, 질소 0.36%, pH 6.33이고, 고상은 수분함량이 70.45%, 유기물 23.12%, 질소 0.91%, pH 7.46이며, 액상은 수분함량이 97.38%, 유기물 2.20%, 질소 0.23, pH 5.84로 나타났다.
중금속 함량을 분석한 결과 아연함량은 슬러리 627.50 mg/kg, 고상 2,610.14 mg/kg, 액상 392.38 mg/kg이고, 구리 함량은 슬러리 17.99 mg/kg, 고상 120.37 mg/kg, 액상 10.98 mg/kg으로 나타났다.
모돈 분뇨의 이화학적 성상을 분석한 결과 슬러리는 수분함량이 97.00%, 유기물 1.88%, 질소 0.19%, pH 6.97이고, 고상은 수분함량 70.38%, 유기물 22.16%, 질소 1.30%, pH 5.82이며, 액상은 수분함량 98.64%, 유기물 0.84%, 질소 0.09%, pH 7.03로 분석되었다. 중금속 함량을 분석한 결과 아연 함량은 슬러리 28.92 mg/kg, 고상 129.53 mg/kg, 액상 13.55 mg/kg이고, 구리 함량은 슬러리 1.33 mg/kg, 고상 27.74 mg/kg, 액상 0.56 mg/kg으로 Table 4와 같이 나타났다.
Table 4.
Chemical properties and Heavy metal contents in manure of control.
(2) 저아연 자돈사료 급여 자돈 및 모돈 분뇨의 이화학적 성상 및 중금속 함량
저아연 자돈사료를 급여한 자돈분뇨의 이화학적 성상을 분석한 결과 슬러리는 수분함량 95.83%, 유기물 3.65%, 질소 0.33%, pH 5.91이고, 고상은 수분함량 70.68%, 유기물 24.14%, 질소 0.87%, pH 7.02이며, 액상은 수분함량 97.59%, 유기물 2.12%, 질소 0.20, pH 5.58로 나타났다.
중금속 함량은 아연이 분뇨 슬러리에서 172.71 mg/kg, 고상 661.25 mg/kg, 액상 103.00 mg/kg이고, 구리는 슬러리 20.90 mg/kg, 고상 141.95 mg/kg, 액상 12.11 mg/kg으로 나타났다.
모돈분뇨의 이화학적 성상을 분석한 결과 슬러리는 수분함량이 97.26%, 유기물 2.00%, 질소 0.16%, pH 7.40이고, 고상은 수분함량 71.25%, 유기물 21.12%, 질소 1.29%, pH 5.96이며, 액상은 수분함량 98.96%, 유기물 0.76%, 질소 0.06%, pH 7.35로 나타났다. 중금속 함량은 아연이 분뇨슬러리에서 30.72 mg/kg, 고상 126.88 mg/kg, 액상 12.12 mg/kg이고, 구리는 슬러리 1.82 mg/kg, 고상 28.67 mg/kg, 액상 0.67 mg/kg으로 Table 5와 같이 나타났다.
Table 5.
Chemical properties and Heavy metal contents in manure of treatment.
(3) 저아연 자돈사료 급여 시 자돈분뇨 아연 함량 변화
저아연 자돈사료 급여 시 Table 6과 같이 자돈분뇨 슬러리의 아연함량은 일반사료 급여할 시 대비 72.5% 감소, 고액분리 고상은 74.7% 감소, 고액분리 액상은 73.7%가 감소하는 것으로 나타났다.
Table 6.
Changes in Heavy metal contents in manure of control and treatment.
| Items | ZnO Contents (As Fed, mg/kg) | ||
| Slurry | Solid | Liquid | |
| Control | 627.50 | 2,610.14 | 392.38 |
| Treatment | 172.71 | 661.25 | 103.00 |
| Change rate (%) | ∆72.5 | ∆74.7 | ∆73.7 |
일반자돈사료 급여시 부숙퇴비 아연함량은 3,017.9 mg/kg으로 기준 (1,200 mg/kg)을초과하여 부적합하였고, 저아연 자돈사료 급여시 부숙퇴비의 아연함량은 970.9 mg/kg으로 기준에 적합한 것으로 분석되었다.
저아연 자돈사료 급여시 부숙퇴비의 아연함량은 일반 자돈사료 급여시 부숙퇴비의 아연함량 대비 32.2% 수준으로 Table 7과 같이 분석되었다.
결 론
현재, 아연은 돼지 신진대사에 중요한 역할을 하여 주로 사료 내에 이용되고 있으나 중금속 함량이 많고 분뇨로 배출될 경우 토양과 지하수를 오염시키기 때문에 중장기적으로 식물과 미생물에 독성을 초래할 수 있는 위험성이 있다.
그로인해 유럽에서는 2022년 6월부터 산화아연을 함유한 동물용의약품 판매 및 사용을 전면 중단하였으며, 국내에서도 「가축분뇨법」, 「비료관리법」에 의거하여 사료 내 아연함량을 각각 1,200 mg/kg, 900 mg/kg으로 제한하고 있으나 규제에 대한 관리가 미비하다. 하지만 현재 축산환경 규제강화와 함께 이러한 기준에 대한 관리가 점차 엄격해지고 있는 추세이기 때문에 지속적인 연구가 필요하다고 사료된다 (ZZS, 2019).
사료관리법에 따르면, 자돈 사료 내 아연함량은 2,500 ppm이하로 첨가를 허용하고 있으며, 보통 배합사료 공장에서는 1,000~2,500 ppm 범위 내로 사용하고 있으나 부숙도 기준을 초과하고 있어 개정법 상 퇴비 1,200 ppm 액비 170 ppm 이하로 법적 허용치 기준을 설정하였다.
현행 허용기준법 상 자돈 사료 내 아연함량은 2,500 ppm 이하에서 개정법 상 2,000 ppm으로 20% 감축하고 있으며, 이에 대한 지속적인 여러 연구가 진행되고 있다.
위의 내용을 바탕으로 한 연구에 따르면 일반 양돈장의 자돈 구간에서 배합사료 내 산화아연 2,500 ppm을 첨가하였을 때, 분뇨 및 퇴비 아연 배출량이 2,197.1 mg/kg이 나왔으나 1,000 ppm을 첨가하였을 경우 1,049 mg/kg이 나와 약 52.2% 정도 낮게 나타났다 (NIAS, 2022).
본 연구에서는 번식전문농장에서 저아연 자돈사료를 급여할 시 분뇨 및 퇴비의 아연함량에 미치는 효과에 대한 시험을 실시하였다.
번식전문농장에서 자돈사료 내 아연함량 (원물기준)을 기존 사료 아연함량 대비 27.6% 수준으로 낮출 경우, 자돈분뇨 (고상) 내 아연함량 (원물기준)은 기존 분뇨아연함량 대비 25.3% 수준으로 낮아지게 되고, 퇴비 내 아연함량 (건물기준)은 기존 퇴비 아연함량 대비 32.2% 수준으로 낮아지며, 가축분뇨법에 의한 퇴비 내 아연함량 기준 (1,200 mg/kg) 대비 80.9% 수준으로 기준을 충족하게 된다.
시험결과를 바탕으로 가축분뇨법의 퇴비 내 아연함량 기준 (1,200 mg/kg)을 충족하기 위한 자돈사료 내 산화아연 최대 함량을 추정해 보면 약 833 mg/kg 이며, 기준초과 가능성에 대비하여 퇴비 내 최대 아연함량 기준을 1,100 mg/kg으로 낮게 임의 설정하여 자돈사료 내 산화아연 함량을 약 750 mg/kg 이하로 제한하여 관리할 필요가 있다고 사료된다.
