서 론
최근 국내 축산업은 가축분뇨 처리, 미세먼지 및 축산 악취 등의 문제로 환경오염의 주범이라는 인식이 높아지고 있다. 특히, 악취에 대한 민원 중에 약 36%가 축산시설에 의한 것이며, 그 중 양돈 농가에 의한 민원이 34.6%로 가장 많았다 (ME, 2018). 악취방지법이 시행됨에 따라 축산시설은 악취 배출시설로 지정되었고 (ME, 2005), 가축사육 제한 조례 권고안에 따라 주거지역 일정 거리 이내에 사육을 제한하고 있으며 (ME, 2014), 국가적으로 다양한 축산업의 문제를 해결하고자 규제를 강화하고 있다.
악취는 동물의 후각을 자극하여 불쾌감 및 혐오감을 일으키는 냄새로 다양한 자극성 물질에 의해서 나타난다 (ME, 2005). 축산 악취 물질은 다양한 환경 조건에서 미생물에 의해 생성된 휘발성 물질 및 중간 대사 산물이 대기로 방출됨에 따라 발생하며 (Lee and Lim, 2011), 주변 환경, 사양 관리 및 분뇨 처리 방법 등에 따라 물질의 종류와 발생량이 다르게 나타난다. 주요 악취 물질로는 암모니아, 황화합물, 휘발성 지방산, 인돌, 스카톨, 페놀, 알코올 및 카보닐 등이 있다 (Curtis, 1993). 환경부에서 22종의 지정 악취 물질을 공시하고 있으며, 축산농가에서는 이보다 다양한 물질이 고농도로 배출되고 있는 것으로 보고되고 있다. 이에 최근 축산 악취 저감에 대한 필요성이 증가하고 있다.
악취 물질의 저감 방법은 물리적, 화학적 그리고 생물학적 방법이 있다. 물리적 악취 물질 저감 방법은 축사 내 배기팬에 덕트를 설치하여 바이오필터 처리를 하거나 (Nicolai and Janni, 1997), 냉각회수법을 이용하는 방법이 있다 (Stuetz and Frechen, 2001). 화학적 악취 물질 저감 방법으로는 KMnO4 (Emanuel, 1965), H2O2 (Hollenback, 1971) 및 O3 (Wu et al., 1998)과 같은 산화제를 이용하여 악취 물질을 산화시키는 방법이 대표적이다. 그러나, 물리·화학적 악취 저감 방법은 농가의 경제적인 부담을 높고 안전에 대한 우려도 있다. 반면 생물학적 악취 물질 저감 방법은 비교적 저렴하고 사용이 쉬우며, 농가에서는 환경 개선제의 사용을 가장 선호하고 있다. 그 중 미생물은 항생제 대체재로 주로 사용되었으나 (Pollmann et al., 1980), 최근 축사의 다양한 환경을 개선할 목적으로 이용되기 시작했고, 그 수요는 점차 증가하고 있다 (Lee, 2008). 국내 축산 농가의 약 60% 가량이 악취 저감을 목적으로 미생물을 사용하고 있다고 보고되고 있으며 (Yoon et al., 2009), 악취 저감을 목적으로 사료에 첨가하는 생균제가 68%가량으로 가장 많은 것을 보고되고 있다 (Sung et al., 2017). 사료에 첨가하는 생균제가 장내에 영향을 주기까지 약 4~5주의 시간이 소요되는 것으로 보고되었고 (Lee and Choi, 2010), 가축분뇨에 살포하는 형태의 미생물은 살포 직후 40~72%의 암모니아 저감 효과를 나타낸 것으로 보고 하였다 (Lee and Lee, 2010). 그러나, 이전 연구에서 악취 저감을 위한 미생물의 급여와 살포의 효과가 미미하다는 연구도 함께 보고되었다. 이에 축산농가에서 시판된 생균제 혼합 환경개선제에 대한 검증을 요구하고 있다.
따라서, 본 실험은 시판하고 있는 생균 함유 환경개선제의 급여 및 살포가 한우 가축분뇨 유래 암모니아 및 황화수소 발생에 미치는 영향을 알아보고자 본 연구를 수행하였다.
재료 및 방법
1. 환경개선제
본 실험에서 이용한 급여용 환경개선제는 Bacillus subtilis (1.0 × 108 CFU/g)와 Saccharomyces cerevisiae 1.3 × 108 CFU/g)를 1:1로 혼합하여 환경개선제 중 30% 이상의 비율을 나타내도록 제작하였으며, 한우 비육우에서 성장에 도움을 줄 수 있는 영양성분 추가하여 급여하였다 (Table 1). 살포용 환경개선제는 황산철 제7수화물 (Ferrous sulfate heptahydrate)을 주성분으로 하는 미네랄 혼합물 25%, Bacillus subtilis (1.0 × 108 CFU/g)와 Saccharomyces cerevisiae 1.3 × 108 CFU/g)를 1:1로 혼합한 생균제 25% 및 규산염 50%의 비율로 제작하였다 (Table 1).
Table 1.
Ingredient composition of probiotics mixed environmental improvement agent.
2. 실험설계
생균 혼합 환경개선제의 급여와 살포가 한우 가축분뇨의 악취물질에 미치는 영향을 평가하기 위하여 한우 거세우 18두 (533.0 ± 15.36 kg)를 공시하여 실험에 이용 하였으며, 2021년 6월 1일부터 2021년 8월 1일까지 60일간 실험을 수행하였다. 처리구는 환경개선제 비급여 처리구와 환경개선제 급여 처리구로 구분하여 3반복으로 실험을 수행하였으며, 실험 단위는 각 펜이며 펜 내에 한우를 3두씩 배치하여 실험을 수행하였다. 환경개선제는 사료에 50 g/d를 탑드레싱 방법으로 혼합하여 급여하였고, 환경개선제 급여가 한우 가축분뇨의 악취 물질에 미치는 영향을 알아보기 위해서 30일간 환경개선제를 급여한 후 30, 35, 45 및 60일에 직장에서 가축분뇨의 샘플링을 실시하였다. 사료, 물 및 미네랄 블럭은 자유롭게 급여하였다. 환경개선제의 살포가 한우 가축분뇨의 악취물질에 미치는 영향을 알아보기 위하여 환경개선제를 30일 이상 급여한 한우 비육우사 내 가축분뇨를 샘플링하여 살포용 환경개선제를 한우 비육우 분뇨 kg 당 100 g을 살포한 후 0일과 5일재에 악취 물질의 변화를 측정하였다.
3. 조사항목
(1) 악취 시료 채취
악취물질 평가를 위한 공기 시료는 1 L polypropylene병에 100 g의 우분을 넣은 후 평탄화하고 악취물질의 농도가 평형에 이루는 지점까지 20분 이상 질소 (N2, 99.999%)를 주입한 후 알루미늄 백에 공기를 표집하여 이용하였다. 악취 시료의 포집을 위해서 진공상태에서 정확한 유량이 들어갈 수 있도록 흡인상자 (205-1002-20, Top-trading, Seoul, South Korea)와 전동식 샘플링 펌프 (VGS-1, ASTEK, Daejeon, South Korea)를 이용하였고, 악취 시료 포집 직후 분석을 수행하였다.
(2) 암모니아, 황화수소, 악취강도, 및 pH
암모니아 (NH3), 황화수소 (H2S) 및 악취 강도 (OI)는 악취물질이 함유된 포집 공기를 휴대용 악취 측정기 (SKY 2000-M4, Locus Airtech, Suwon, South Korea)를 사용하여 측정하였다. 휴대용 악취 측정 결과의 신뢰도 검증을 위해서 검지관 NO.3L (ammonia 0.5~78 ppm) 및 GDT-4LT (hydrogen sulfide 0.05~4.0 ppm)를 이용하여 암모니아 및 황화수소를 측정하여 교차 검증 후 사용하였다. pH는 pH meter (Orion dual star, Thermo-Scientific Co., USA)를 이용하여 측정하였으며, 고형분 함량이 높은 샘플의 경우 3점 측정법을 이용하여 여러 지점을 측정한 후 평균값을 이용하였다.
4. 통계분석
환경개선제 급여 및 살포에 따른 암모니아, 황화수소, 악취 강도, 및 pH에 미치는 영향을 알아보기 위하여 완전 임의 배치법으로 실험을 수행하였으며, 디자인 모델은 다음과 같다.
는 평균, 는 환경개선제 효과정 및 는 오차를 나타낸다. 본 실험의 결과는 SAS package program (9.4 version, SAS Inc., NC, USA)의 MIXED procedure를 이용하여 분석을 수행하였다. 본 실험의 실험단위는 펜이며, 처리구간의 유의성은 CONTRAST 옵션을 이용하여 repeated measurement를 수행하였다. 처리구간의 유의성은 p < 0.05 수준에서 검정하였으며, 경향성은 0.05 ≤ p < 0.10 수준에서 검정하였다. 모든 처리구의 평균은 최소자승평균 (least square means) 값을 표시하였다.
결과 및 고찰
생균제 혼합 환경개선제를 한우 비육우에 30일간 급여한 후 한우 가축분뇨의 암모니아, 황화수소, 악취강도 및 pH 결과를 Table 2에 나타냈다. 생균제 혼합 환경개선제를 급여한 한우 비육우의 대장에서 채취한 가축분뇨에서 발생한 암모니아 농도는 30~45일까지 유의적인 차이를 나타내지 않았으며, 60일 암모니아의 발생량은 생균제 혼합 환경개선제 급여 처리구에서 유의적으로 낮게 나타났다 (p = 0.027). 생균제 혼합 환경개선제를 급여한 한우 비육우의 대장에서 채취한 가축분뇨에서 발생한 황화수소의 농도는 30~60일간 모든 샘플에서 처리구간에 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 하지만, 생균제 혼합 환경개선제 급여 처리구의 60일 샘플에서 황화수소의 농도가 낮은 경향을 나타냈다 (p = 0.085). 악취강도 결과는 모든 시간의 샘플에서 처리구간에 유의적인 차이가 나타나지 않았으며, 60일 샘플에서 측정한 pH 결과는 유의적으로 차이가 나타나지 않았다. 생균제 혼합 환경개선제를 한우 비육우사 내에서 살포했을 때 암모니아, 황화수소 및 악취강도 결과를 Table 3에 나타나었다. 생균제 혼합 환경개선제를 살포한 후 5일 샘플에서 암모니아의 농도가 유의적으로 낮게 나타났다 (p = 0.001). 황화수소와 악취강도 결과에는 생균제 혼합 환경개선제의 효과가 유의적으로 나타나지 않았다.
Table 2.
Effect of feeding environmental improvement agent on the ammonia, hydrogen sulfide, odor intensity, and pH of Hanwoo steer manure.
Table 3.
Effects of spreading environmental improvement agent on ammonia and hydrogen sulfide, and odor intensity of Hanwoo steer manure.
가축분뇨에서 발생하는 암모니아는 미생물에 의해서 생성된 암모니아 질소에 의해서 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 가축분뇨의 질소를 미생물이 체단백질로 전환할 경우 암모니아 발생이 유의적으로 감소하는 것으로 보고하고 있다 (Misselbrook et al., 2002; Huijsmans et al., 2007). 양돈 슬러리에서 pH를 6, 8 및 10으로 조절함에 따라 슬러리 내 휘발성 지방산 및 암모니아성 질소의 농도 변화를 평가한 실험에서 pH 6에서 유의적으로 휘발성 지방산의 농도가 낮게 나타났고 암모니아성 질소가 유의적으로 높게 나타났다고 보고하고 있다 (Hwang et al., 2018). 가축분뇨의 암모니아성 질소가 pH 6 수준에서 유의적으로 높게 나타남에 따라 pH가 산성을 나타내는 것이 발생하는 암모니아 농도를 감소시킬 수 있음을 시사한다. 본 연구에서 급여한 생균제는 성장함에 따라 아세트산, 프로피온산 등의 휘발성지방산을 생산하고 그에 따라 pH를 낮추는 역할을 한다. 따라서, 본 연구에서 생균제 혼합 환경개선제 급여 처리구에서 한우 비육우의 가축분뇨 유래 암모니아 발생이 낮은 이유를 설명할 수 있다. 그러나, 초기 30~45일의 가축분뇨 유래 암모니아 발생량에서 유의적인 차이를 나타내지 않았기 때문에 가축분뇨 유래 암모니아의 저감 효과를 보기 위해서는 장기간 꾸준히 급여해야 할 것으로 사료된다. 일반적으로 가축분뇨 유래 황화수소는 혐기소화가 진행되는 과정에서 다량 발생하는 것으로 보고되어 있으며, 대부분의 동물의 장기 내부는 혐기조건을 나타내기 때문에 발생 직후의 가축분뇨에서는 황화수소가 발생한다 (Zhu et al., 2000). 가축분뇨 유래 황화수소 발생 측면에서 가축에게 생균제의 급여는 황화합물의 원인 물질인 단백질의 황을 미생물이 이용함으로써 발생하는 황화수소 가스를 미생물체 단백질로 다시 환원하는 것에 있다 (Hill et al., 1970). 본 연구의 결과도 이전 연구와 유사하게 생균제의 효과로 인해 환경개선제 급여 60일부터 가축분뇨 유래 황화수소 발생량이 낮은 경향이 나타난 것으로 사료된다. 악취 강도에 영향을 미치는 물질은 황화합물, 질소화합물 및 휘발성 유기 화합물 등 매우 다양하다. 본 연구에서 측정된 악취 강도는 악취에 미치는 기여도가 높고 감지농도가 낮은 황화합물을 기초하여 계산된 모델을 활용하여 측정한 결과이다. 비록 본 연구에서 미생물의 급여가 황화수소의 저감에는 긍정적인 영향을 미쳤지만 악취강도 수치에 유의적인 영향을 미칠 수 있는 정도는 아닌 것으로 사료된다. 이전 연구 결과에서 미생물의 급여시 dimethyle sulfide 및 dimthyl disulfide의 발생량에 경미한 저감 효과가 보고되었고 (Kim et al., 2006), 일부 연구에서는 효과가 거의 나타나지 않은 결과도 보고되었다. 따라서, 한우 비육우에서 생균제의 급여가 다양한 악취 물질의 저감에 엄청난 효과를 주기보다는 꾸준한 사용을 통해서 우사 내 암모니아와 황화수소 가스를 낮추는데 도움을 주기에는 충분한 것을 사료된다. pH 결과에서는 유의적인 차이가 나타나지는 않았지만, 생균제 혼합 환경개선제 급여 처리구의 60일 샘플 pH 값이 조금 낮은 값을 보였다. 이는 암모니아 저감 결과에서 볼 수 있듯이 미생물 급여가 pH를 낮추는 효과를 간접적으로 보여주는 결과로 사료된다. 또한, 생균제 혼합 환경개선제를 우사 내에 살포한 처리구에서 암모니아의 저감 효과가 유의적으로 나타났기 때문에 생균제 혼합 환경개선제는 암모니아 저감에는 유의적으로 효과가 있는 것으로 사료된다. 종합적으로 생균제 혼합 환경개선제는 장기간 꾸준히 급여할 경우 가축분뇨에서 발생하는 암모니아 황화수소의 저감에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료되며, 우사 내 살포시 암모니아의 저감에도 긍정적인 영향을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
결 론
본 연구에서 한우 비육우에서 생균제 혼합 환경개선제의 급여 및 살포 효과를 평가하였다. 생균제 혼합 환경개선제의 급여 및 살포는 가축분뇨 유래 암모니아 발생량 저감에는 긍정적인 영향을 주었으며, 급여시 황화수소 저감에도 효과를 미쳤다. 그러나, 본 연구에서 생균제 혼합 환경개선제의 암모니아와 황화수소의 저감효과가 60일에 유의적으로 나타난 결과로 미루어 보아 장기간 급여 및 살포시 악취 물질의 저감 효과가 뚜렷하게 나타날 것으로 사료된다. 따라서, 생균제 혼합 환경개선제를 장기간 사용하면 농장 내 악취물질 농도를 낮추는데 긍정적인 영향을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
