유기물의 시용 효과와 퇴비 제조 방법
농업과학기술원 최 두 회 1. 서론
과학문명이 발달하고 인구가 증가하면서 식량문제 해결을 위한 영농방법으로
과도한 화학비료시용이 행해져 왔다.
이로 인하여 토양으로부터 유기물 수탈에 의한 지력악화는 물론 화학비료 편중으로
연작 장해가 빈번히 발생하고 양분이 유실되어 하천에 유입 부영양화로 하천이 오염되는 지경에 까지
이르렀다.
최근에 와서 이러한 상황을 인식하고 환경과 자연 생태계를 보전하면서 작물을 안정적이며
지속적으로 생산할 수 있는 기술체계 변화를 위해서 정부에서는 친환경 농업 육성 정책으로 1997년에
환경농업 육성법을 제정하여 농업으로 인한 환경오염을 줄이고 지속가능한 환경친환적 농업을
장려하고 있다.
환경 친화적 농업을 위해서는 토양의 지력을 증진시켜 양분의 유실을 줄이는 것이 우선 해결해야할
과제이며 이를 해결하기 위해서는 유기물을 시용해야만 된다.
그렇다고 유기물이라면 어떤것이든 다량으로 시용하면 토양 및 작물생산에 유리할 것이라는 생각은
잘못이며 부적절한 유기물 시용이나 과도한 유기물 시용은 마치 화학비료를 다량 사용했을 때와 같이
작물피해는 물론 토양을 더욱 악화 시킬 수도 있다.
결국 토양에 시용하는 유기물은 미생물의 분해 작용을 받아 잘 부숙되고 적당한 무기성분을 함유하고
유해 중금속 등 유해 물질이 함유되지 않은 양질의 퇴비이어야 한다.
본고에서는 이러한 유기물을 토양에 시용했을 때 토양중에서의 유기물이 작용하는 여러 가지 효과와
양질의 퇴비를 제조하는 방법을 설명하고자 한다.
2. 토양유기물의 정의
토양 유기물은 양적으로 볼 때 적은양이지만 토양에서의 역할은 대단히 크다.
토양유기물은 토양 CEC(양이온 치환용량)의 반이상을 차지하며
토양의 이화학적 생물적 성질에 미치는 중요한 인자이다.
토양 유기물이라함은 각종 동식물 유체가 토양에 들어가서 여러 가지 미생물에 의하여 분해되어
본래의 조직이 변질되거나 합성되어 갈색 또는 암갈색의 일정한 형태가 없는 교질상의 복잡한 물질로
되는 것을 말하며 토양 유기물 또는 부식이라고 한다.
부식은 토양 유기물 가운데 부식화된 부분이며 그 화학적 구조, 구성 및 성질은 복잡하고 다양하며
아직도 정밀하게 구명되지 못하고 있다.
3. 토양 유기물과 지력
토양의 생산력을 지력이라 하는데 지력은 토양의 물리적․화학적 성질에 의해 좌우된다.
토양의 물리적․화학적 특성을 개선 시키기 위해서는 여러 요인이 있지만 가장 중요한 것이
유기물(부식)시용이다.
토양 부식은 작물에 직접 영양분을 공급도 하고 시용한 영양분을 흡수 저장하며 양분 세탈을 줄이고
미생물 번식을 촉진하여 토양의 이화학적 특성을 개선하므로서 지력을 유지 증진시켜
작물 생육을 이롭게 하는 것이다.
4. 토양 유기물의 특성
1) 유기물 효과
토양중 유기물의 주요효과로서는 첫번째로 작물생산과 직접 연관된 양분의 공급 효과이고
두번째는 양분이외의 것으로 토양물리적, 화학적 성질을 개선하여 작물의 생육배지로서 토양을 좋게 하고
여러 가지 장해에 대한 토양의 완충능을 높이는 의미(안정부식)로서의 효과이며,
세번째는 토양생물성의 개량이다. 양분의 공급효과는 유기물에 함유된 무기성분은 다량원소 이외에
미량원소도 소량 함유하고 있고 이들 성분은 서서히 분해되어 이용되므로 지속적인 양분 공급효과도 있다.
토양의 이화학적 개선 효과로는 거친 유기물이 토양에 혼입되면 공극을 형성하여 배수, 통기가 좋아진다.
중점토에서는 토양 물리서의 개량이 문제가 되므로 차라리 유기물이 미생물에 의해 분해되지 않는 쪽이
좋을 때도 있지만 시용 유기물이 미생물에 의해 분해되어 형성된 토양 유기물 즉 안정 부식은
당초 시용 유기물보다는 작물생육에 보다 유익하다.
토양 유기물은 시용 유기물에 비해 비료성분을 지니는 힘인 양분 보유력(CEC), 떼알 구조 형성능 등의
능력이 확실히 증대된다.
유기물을 시용하면 토양중의 미생물이 유기물 분해에 관여한다. 이것은 말할 것도 없이 유기물은
미생물의 먹이가 되기 때문이며 토양중 미생물의 대부분은 유기 영양 미생물이라고 불리는 그룹으로
유기물을 먹이로 하여 생활에 필요한 에너지와 세포구성 성분을 얻고 있다.
미생물은 입이 없으므로 자신의 몸체보다 큰 유기물의 조각을 그대로 먹을 수가 없다.
그래서 우선 균체박으로 각종 효소를 분비하여 셀룰로스, 전분 등의 고분자물질을 (포도당) 등의
저분자 물질로 분해한 다음 저분자 물질을 균체에 흡수하는 것이다.
글루코스 등을 분해시켜 에너지 물질(ATP)을 만들기도 하고 단백질, 지방 등의 필요한 세포성분을
합성하기도 한다. 따라서 토양 미생물은 유기물이 없이는 생활할 수 없다.
그래서 미생물은 유기물중의 탄소를 무엇보다도 많이 필요로 하는 것이다.
미생물이 유기물을 분해할 때에 필요로 하는 양분을 탄소와의 비율로 질소는 1/15정도, 인산은
1/28～55, 칼리는 1/14～140정도이다.
이와 같이 미생물은 균체 증식을 위하여 다른 양분에 비해 탄소를 다량으로 필요로 하기 때문에
토양중 미생물의 입장에서 보면 유기물 특히 유기태 탄소가 부족한 상태에 있는 경우가 많다.
유기태 탄소가 함유된 유기물이 토양에 투여되면 이를 분해하여 먹이로 이용하는 미생물 수가 증가된다.
결국, 미생물은 살기 위하여 유기물을 필요로 하므로 유기물을 사용하면 필연적으로 미생물이
유기물을 분해한다. 그 과정에서 유기물의 여러 가지 효과가 발현되는 것이다.
2) 퇴비와 화학비료와 다른 점
과거에는 주로 볏짚, 보리짚과 같은 농산부산물을 이용하여 퇴비를 생산하였으나 최근에는
가축분뇨 (돈분, 계분 등)와 톱밥을 수분조절제로 사용하여 공장에서 생산된 퇴비가 대부분으로
과거의 퇴비보다 양분함량은 현저하게 높아졌다.
퇴비의 품질에 대한 척도로 탄질비가 이용되며, 탄질비 15이하인 퇴비는 분해됨에 따라 질소가
쉽게 방출되나 C/N율이 15이상일 경우 미생물의 균체합성에 필요한 탄소는 많지만 질소는 부족하므로
토양중에 존재하는 무기태 질소 마저 미생물의 균체합성에 이용되어 때로는
질소기아 현상을 일으키기도 한다.
유기물의 탄질비를 보면 볏짚은 약 80, 보리짚은 약 120이므로 미생물은 활발하게 증식이 계속되고
토양중의 무기태 질소의 유기화도 계속된다.
거칠은 유기물이 토양에 시용되면 유기물이 분해되어 상당량의 CO2로 낮아가고 일부는
미생물의 에너지원으로 이용되면서 C/N율은 낮아지게 된다.
이분해성 유기물이 분해되어 없어지면 그것을 먹이로 증식한 미생물도 사멸하여
균수는 비교적 일정한 수준을 유지한다. 그러므로 먹이가 없어지면 균수는 서서히 감소한다.
이러한 일련의 과정 중 균체는 질소의 저장고 역할을 한다. 균체의 탄질비는 5～8정도이므로
볏짚이나 퇴비에 비하여 질소를 농축시킨 것이다.
따라서 균체가 사멸하면 다른 균체에 의하여 이용되므로 질소의 축적이 계속 되어진다.
결국 극단적으로 유기물의 종류에 따라 다르겠지만 탄질비가 낮은 유기물 즉 가축분, 오니,
두과식물의 경엽등을 제외한 보통 유기물의 질소는 속효성인 화학비료에 비하여 장기간을 두고
서서히 작물에 이용된다. 이것이 양분공급의 면에서 화학비료와 유기물의 차이점이라 할 수 있다.
화학비료를 충분히 사용하지 못하던 시대에 지효적인 유기물의 시용은 초기 생육이 좋지 못하였다.
그러나 현재 작물재배에 있어서 초기생육은 화학비료로 정상생육이 가능하다.
일반적으로 작물이 이용하는 질소의 약 반은 외부에서 시용한 질소에 의하고 나머지 반은
소위 토양중 지력 질소를 이용한다는 것이다.
외부에서 시비한 질소는 생육과정중 생육초기에 이용되고 지력 질소는 생육후반이 주로 이용되고 있다.
화학비료는 속효적인 까닭에 퇴비시용시초기 생육 부진 같은 현상은 볼 수 없다.
또한 화학비료는 시용하면 곧 흡수된 반면 일시적으로 대량 시용하면 농도장해를 일으키고,
과번무를 초래하여 수량이 떨어지는 경우가 있으므로 여러번 나누어서 시용하지 않으면 안된다.
지력질소라고 하는 것은 화학비료 이외의 질소의 총칭으로 토양 유기물에서 유래된 것이다.
퇴비 시용 초년도에는 퇴비 중 질소의 15%가 무기화되고 나머지는 익년에 토양 유기물로 되고,
분해되어 질소를 방출한다.
화학비료의 질소도 당년에 흡수되는 것은 약 50%뿐이며, 나머지 중 20～30%는 토양외로 유실되고,
또한 20～30%는 토양유기물과 결합하여 토양부식이 된다.
토양 부식과 결합된 질소는 서서히 방출된다. 이러한 지력 질소는 작물에 이용되고 정상적으로
생육이 되는 것이다.
3) 미생물에 의한 인산의 가용화
지금까지 양분의 공급면에서 유기물의 역할은 질소를 중심으로 연구되었으며 인산에 관해서는
그다지 연구되지 않았다. 우리 나라에는 인산의 가용화에 어려운 강산성 토양이 많다.
인산은 토양중의 알루미늄, 철, 칼슘 등과 결합하면 작물 이용이 불가능한 불용성이 되므로
별도의 인산비료가 없던 때 우리 나라 토양 특히 화전(化田) 등 인산결핍으로 수량이 형편없었다.
이 문제는 1970년대에 이르러 용성인비 및 복합비료 등의 비료가 개발되고 시용량, 시용 방법,
시용 시기 등 시용기술이 개발됨으로서 인산문제는 해결되었다.
인산은 알루미늄 등과 결합하여 용해가 어려운 인산화합물로 되는데 구연산등의 유기산을 첨가하면
인산이 용해되어 작물이 이용할 수 있은 형태가 된다.
즉 철과 알루미늄과 같은 양이온과 결합되어 있는 인산이 인산이온으로 유리상태로 되어
용출되어 나오는 것이다.
그런데 이러한 반응을 일으키는 미생물이 토양에 존재하고 있다.
인산용해균이라고 불리워지는 것으로 토양중의 세균과 사상균의 1～10%가 인산 용해능력을 갖고 있다.
인산 용해균은 유기태 탄소가 많고 분해되기 쉬운 유기물을 시용하면 유기산을 체외로 왕성하게
분비하여 주위에 있는 용해가 어려운 인산화합물을 용해하여 작물이 이용할 수 있게 될 수 있다.
용해된 인산은 유기산이 없어지면 재차 토양중의 알루미늄 등과 결합하여 불용화 한다.
유기물을 시용하면 인산 용해균이 증식하여 가용성 인산을 이용하는 균도 증식되어 결국 균체는
인산의 저장고이고, 인산이 알루미늄 등과 재결합하는 것을 방지하여 인산의 불용화를 억제 할 수 있다.
보통의 밭과 초지에서는 균체의 증식과 사멸이 끊임없이 반복되는 과정에서 인산이
균체에서 방출 이용되는 것이다.
년간 ha당 밭에서는 평균 15.6kg의 인산이 균체에서 방출된다고 본다.
균체에서 방출된 인산이 곧바로 작물에 전부 흡수된다고는 할 수 없으나 그 양은 무시할 수 없다.
비료로서 작물에 시비한 인산의 이용효율은 5～10%로 낮아 ha당 100kg의 인산을 시용하였을 때
작물에 흡수되는 인산은 5～15kg에 불과하다.
이렇게 볼 때 균체에서 인산이 방출되는 양이 동량 또는 그 이상인 것이다.
유기물의 질, 량, 시용 시기를 연구하여 인산 용해균에 의한 인산 가용화, 균체에서 방출조건 등은
앞으로 연구할 과제로 생각되며, 실제 포장에서도 유기물을 시용함으로 이러한 과정이 일어난다고 생각된다.
또한 작물에 의한 화학비료의 이용율은 연구결과도 화학비료와 퇴구비를 동시 시용할 때 인산의 경우
17%에서 31%로 높아지는 것이 인정되고 있다.
지금까지는 이와같은 이용율 향상은 유기물이 무슨 이유인지는 모르나 시비 인산의 불용화를
억제하기 때문이라고 해석되여 왔다.
이것은 유기물 시용으로 인산 용해균이 난용성 인산을 용해하면 일단 잡균의 균체로 옮겨지고
그 후 균체로부터 방출되어 작물에 흡수된다고 설명하고 있다.
유기물의 효과로서 그다지 주목되지 않았던 인산공급은 미생물의 역할을 살펴봄으로서
이해할 수 가 있는 것이다.
4) 유기물 시용에 의한 토양 생물상 개선
유기물 시용은 토양중 미생물을 변화시키므로 연작 장해를 줄일 수 있다는 연구결과가 많이 보고 되었다.
이들 보고에 의하면 토양중에는 수만종의 미생물이 존재하며 이들 미생물을 유용미생물과
병원성 미생물로 구분하기는 어렵고 일반적으로 유기물을 시용하면 유용미생물의 증식이 많아져
병을 일으키는 미생물의 증식을 억제하며 병의 발생은 적어진다.
예를 들면 살균한 토양에 고추의 역병을 일으키는 균을 접종하면 어린 고추의 약 50%가 감염되지만
잡균이 공존하고 있는 생흙에 역병균을 접종하면 감염율은 뚜렷하게 감소한다.
이것은 말할 것도 없이 병을 일으키는 균과 다른 균과의 싸움이라고 하는 길항작용이 생겨서
병을 일으키는 균이 적어지기 때문이다.
연작을 하면 토양중의 미생물은 단순화되기 때문에 병이 발생하기 쉽다.
따라서 연작을 하고 유기물을 시용하지 않으면 단순화된 균만이 증식되므로 병의 발생은 많다.
작물을 재배하면 작물뿌리에 적응하는 균이 증가한다.
균은 뿌리에 붙어 뿌리의 사이에서 증식하고 수확후에는 잔뿌리와 이병된 수확물 잔사에 감염되어
살아 남아 있다.
다음에도 똑같은 작물을 재배하면 잔뿌리와 수확물 잔사에 남아있던 균들이 새뿌리에 감염되어
재차 증식된다.
그러므로 작물의 근권에 생활하고 있는 미생물은 현재 재배하고 있는 작물보다도 앞의 작물이 중요하다.
5) 토양 물리성 개량효과
유기물과 토양광물과의 차이를 스폰지와 모래로 비교하면 스폰지는 탄력이 강하여 부드럽고 모래는
단단하여 사각사각 거린다.
이 둘을 물에 담근 후 꺼내어 놓으면 모래에 들어있던 물은 거의 없어지지만 스폰지에는
다량의 물이 들어있다.
모래가 아니고 모래보다 고운 점토의 경우 건조한 점토는 손으로 부수려고 하여도 잘 부스러지지 않는다.
또 물에 놓으면 허물허물하여 형태가 없어지고, 물이 많으면 녹아서 흘러버린다.
점토는 모래보다 다량의 물을 함유하지만 건조하면 대단히 딱딱하게 된다.
그러나 이 스폰지의 부드러움은 물을 함유하거나 함유하지 않더라도 그다지 변화하지 않는다.
바로 이 스폰지의 작용이 토양 유기물의 작용인 것이다.
유기물이 많은 토양은 부드럽고 보수성이 크다. 또한 경운하기가 쉽고, 다소 강우와 한발이 있어도
작물의 생육에 미치는 영향는 적다. 이런 유기물의 효과는 유기물의 종류에 따라 다르다.
예를 들어 섬유질이 많은 우분은 섬유질이 적은 계분이나 돈분보다 용적중 (토양무게의 비료).
용수량 (토양보수력의 비교), 도수성 (토양중 물의 이동성), 토양 수축성, 토양의 강도 (경운의 용이성)에
미치는 영향이 크므로 토양 개량 효과가 크며 시용량이 많을수록 그 효과도 커지는 경향이다.
이 물리성 개선효과는 모래 또는 점토가 많고 유기물이 적은 토양에서 큰 효과가 기대된다.
물리성 개선 주효과는 토양의 떼알구조의 효과이다. 유기물이 많은 토양은 손으로 만져보면
뭉실뭉실하고 부드러움을 알 수 있다.
이것은 토양중 물의 이동과 통기에 영향을 미칠 뿐만 아니라 미생물의 활성에 미치는 영향도 크다.
이 떼알구조는 유기물이 미생물에 의하여 분해되는 과정에서 미생물이 분비하는 점액물질에 의하여
만들어지기도 한다.
물리성 즉, 흙이 딱딱하여 투수성과 통기성이 나쁜 토양은 뿌리의 신장이 나빠 작물생육이 좋지 않다.
6) 유기물과 뿌리의 활력
작물이 토양과 밀접한 관계를 갖는 것은 뿌리 부분이다. 지상부의 생육은 뿌리의 생장에 의하여
지탱되므로 뿌리의 생장이 매우 중요하다.
일반적으로 보면 유기물 함량이 많은 토양이 모래나 점토를 주체로 한 토양보다 뿌리의 생장이 좋다고
하는 것에 의문을 갖는 사람은 없을 것이다.
보통 작물의 생육에 따라 뿌리는 신장 (뿌리의 신장에 따라 작물이 생육하는 것이라고 한다) 하지만
뿌리의 신장 속도는 토양의 경도에 의하여 영향을 받는다.
유기물을 시용하여 토양구조가 떼알구조로 만들어지면 작물의 뿌리는 떼알구조의 사이로 신장하게 된다.
유기물이 많은 토양은 보수성이 좋을 뿐만 아니라 통기성도 좋아져 물이 이동하기 쉬우므로
한해와 습해를 받기 어렵다.
따라서 유기물 시용은 작물의 뿌리생장에 적합한 장소를 제공한다고 할 수 있다.
유기물중의 양분은 미생물에 의하여 분해되어 뿌리에 공급된다.
온도가 높아져 작물의 생육이 왕성하게 되고 양분요구도가 높아지면 미생물의 활동도 왕성해져
유기물을 분해하여 양분을 공급한다.
그 외에도 토양 유기물은 그 분해과정에서 비타민, 생리활성물질 (호르몬 물질)을 생성하여 작물의
생육을 돕기도 하며, 항생물질을 생산하여 병원균의 활동을 억제하기도 한다.
최근 미생물이 생성하는 생리활성물질에 기대를 갖는 사람도 많다. 작물에 비타민과 같은 물질을
시용하면 생육이 촉진되는 작물도 있다.
이러한 효과는 모든 작물이 똑같은 것은 아니다. 본래 작물은 자기 스스로 비타민을 합성하는
능력이 있으나 작물에 따라 차이가 있다.
옥수수, 밀, 완두콩, 강남콩, 무 등은 비타민 합성 능력이 높아 비타민 첨가효과가 없으나
다른 작물에서는 첨가효과가 인정된다고 한다.
토양중 비타민 함량은 토양유기물함량과 비례한다. 일반적으로 밭은 적고, 낙엽이 많이 쌓여 있는
삼림의 표토에는 대단히 많다.
본래 비타민 함량이 많은 곳에서 자라는 수목은 자기 스스로 비타민을 합성하지 않으나,
비타민이 적은 곳에서 자라는 밭작물은 자기 스스로 합성한다.
5. 토양유기물의 유지 및 증진 방안
토양유기물이 많은 토양은 그렇지 못한 토양보다 생산력이 크기 때문에 토양에 일정량의 유기물을
유지 또는 증가시킨다는 것은 실제 농업에 있어서 중요한 과제이다.
특히 경작지의 유기물은 매년 재배 환경 조건에 따라 다량 소모되므로
이것을 유지 또는 증가시키기 위해서는 유기물의 계속 시용이 중요하다.
우리 나라 논의 경우 1작에 반당 75kg의 부식이 소요되고 2모작의 답리작일 때는
반당 37.5kg (1,2모작 11.3kg/10g)이 소요되므로 유기물을 시용할 때믄 이를 고려하여야 한다.
경작지 토양의 유기물 함량을 높이는 방법으로는 다음과 같은 것을 생각할 수 있다.
① 모든 식물의 유체는 토양으로 되돌려 주어야 한다.
② 토양 보전 농법 등을 실시하여 토양 침식에 의한 토양유실을 막아야 한다.
③ 수량을 높일 수 있는 토양 관리법을 적용해야 한다.
④ 필요 이상으로 땅을 갈지 말아야 한다.
⑤ 유기물을 시용할 때는 토양의 조건, 유기물의 종류를 고려하여야 하며
윤작을 하여 질이 좋은 토양유기물이 많이 집적되도록 하여야 한다.
6. 퇴비제조의 기본과 응용
1) 퇴비화의 정의
퇴비화는 유기물이 미생물에 의하여 분해되어 안정화되는 과정이며 그 최종 물질은
환경에 영향을 주지 않아야 하고, 토양에 사용 할 수 있어야 하며.
저장하기에 충분한 부식토 상태의 물질로 변화시키는 생화학적 공정 또는 고체 폐기물의 유기성분을
인위적으로 만든 조건하에서 연속적으로 생물학적 처리를 하는 것으라고 정의한다.
2) 퇴비제조의 목적
안전하게 작물을 생산하기 위해서는 퇴비의 사용이 필요 불가결하다.
좋은 퇴비의 시용은 토양의 물리성․화학성․미생물성이 개선되어 작물이 생육하기 좋은 환경을 만든다.
이러한 목적을 위하여 여러 가지 유기물을 퇴적하면 미생물의 분해에 의하여 퇴비가 만들어진다.
이 퇴비의 목적을 정리하면,
① 유기물의 탄소율을 20전후로 함으로서 사용후의 급격한 분해,작물의 질소 기아를 방지한다.
② 유기물에 함유된 유해성분을 미리 분해하여 장해를 미연에 방지한다.
③ 유기물주의 유해해충, 잡초의 종자를 고열에 의하여 죽인다.
④ 오물감을 없애므로 취급이 쉬우며, 안심하고 사용할 수 있다.
3) 퇴비화 과정
퇴비화 과정은 볏짚류, 가축분, 식물 유체 등과 같은 신선 유기물이 미생물에 의하여 분해되어
작물이 이용할수 있도록 분해시키는 것을 말한다.
유기물이 분해되는 과정에서 C/N율, 수분, 온도 등에 의해 분해되는 기간이 달라지며
탄소는 분해되어 미생물의 에너지원으로 질소는 영양원으로 이용되면서 미생물 번식이 지속된다.
어느 정도 기간이 지나면 C/N율이 낮아지고 분해과정에서 생성되는 유해물질이 없어지는 단계에 이르면
퇴비화가 완료되었다고 한다. 이 과정을 부숙화라고 하며,
부숙화가 거의 끝난 단계를 완숙이라고 하나, 퇴비자재의 종류에 따라 다르므로 가끔 혼란을
일으킬 때가 있다.
4) 퇴비제조 조건
(가) C/N율
퇴비화에 적합한 C/N율은 30～35정도이다. C/N율이 이보다 낮은 경우는 탄소원이 제한요인이 되어
퇴비화가 지연되고 질소 손실을 유발한다.
C/N율이 이보다 높은 경우는 질소기아를 초래하며 퇴비화하는 기간이 지연된다.
(나) pH
퇴비화에 적합한 pH는 6.5～8.0 정도로서 대부분의 퇴비원료의 pH도 이 범위에 있다.
퇴비화 초기에는 유기산의 영향으로 pH가 약간 낮아지나 유기태질소의 암모니아화 작용으로
퇴비더미의 pH는 9.0 이상으로 상승하는 경우도 있다.
(다) 통기성
퇴비더미의 적정 통기량은 퇴비원료의 특성에 영향을 받지만 일반적으로
50m3/h/Dry ton 으로 알려져 있다.
통기성은 입자의 물리적 성질에 영향을 받기 때문에 입자가 작고 수분이 많은 재료는
팽화제(bulking agent)를 사용하여 통기성을 개량해야 한다.
팽화제는 우리나라에서 일명 수분 조절제라고도 하며 톱밥이 일반적으로 이용되고 있다.
(라) 수분함량
퇴비화에 적합한 초기 수분함량은 50～60% 범위이다.
수분함량이 40% 미만인 경우는 분해속도가 저하되며, 60% 이상인 경우는 호기성 미생물의 활성이
억제되어 퇴비화가 지연되고 악취를 일으키는 원인이 된다.
(마) 온도
퇴비화 과정중 온도는 40℃이하의 중온대와 40℃이상의 고온대로 구분된다.
유기물 분해가 가장 효율적인 온도 범위는 45～65℃ 범위이다.
신선유기물 퇴비화의 부수적인 효과중 병원균 사멸과 잡초씨앗의 불활성도 중요하기 때문에
고온대의 퇴비화 과정은 반드시 필요하다.
5) 퇴비화의 3단계와 성분의 변화
퇴비화 과정에서 미생물 중 혐기성균의 일부가 셀룰로스 분해에 관여하지만 유기물의 대부분은
호기성균에 의하여 분해된다.
퇴비화 과정의 첫 단계는 당 분해 시기이다.
이 시기는 분해되기 쉬운 단백질, 아미노산, 당질, 전분 등이 분해되는데 이 때에는
발육이 빠른 곰팡이와 세균에 의하여 분해가 이루어진다.
두번째 단계는 셀룰로스 분해 시기이다.
유기물이 분해되고 발열이 되어 퇴비중의 온도가 높아지면 미생물들은 리그린, 헤미셀룰로스와
결합되어 있는 셀룰로수를 분해하게 되는데 분해에 관여하는 미생물은 세균과 방선균이다.
이 시기의 퇴비온도는 60～80℃로 되어 일반 미생물은 활동하지 못하고 셀룰로스 분해에 관여하는
몇가지 고온 호기성의 방선균만이 셀룰로스 분해에 관여한다.
이때 산소를 가장 많이 소비하므로 산소의 공급이 필요하다.
세번째는 리그닌의 분해시기이다.
셀룰로스, 헤미셀룰로스의 분해가 끝나면 퇴비의 온도가 서서히 떨어지게 되어 리그린의 분해가 시작된다.
이때 관여하는 미생물은 담자균(버섯균)에 의하여 이루어진다. 난분해성 유기물이 안정화되는 기간이다.
6) 내용성분의 변화
퇴비화 과정은 앞에서 설명한 바와 같이 이분해성 물질(당질, 단백질, 전분)→헤미셀룰로스→셀룰로스
→리그린의 순으로 분해된다.
퇴비화됨에 따라 셀룰로스, 헤미셀룰로스와 같은 탄소화합물은 분해되어 이산화탄소로 공기중으로
달아나므로 전탄소 함량은 떨어진다.
이와 반대로 질소는 미생물체의 성분이 되기 때문에 어느 단계까지 감소하다가 일정하게 유지된다.
이 결과 C/N율은 낮게되고, 화학성분은 분해되어 감에 따라 전체 감량이 감소되는 경향을 나타낸다.
7) 퇴적 방법
퇴적 장소는 퇴비 제조 과정에서 생기는 물이 배수될 수 있는 장소가 좋다. 넓이는 수 m2정도가 되게
흙을 북돋아 기반을 만들던지, 콘크리트로 만들면 좋다.
퇴적규모는 5～6m2정도로 하며, 이 이상의 규모는 퇴적할 때에 통기가 좋지 않으므로
분해가 늦어지는 경우가 있다.
공기의 유통을 좋게 하기 위해서는 보리짙과 같이 공극이 맣은 자재를 사용하면 부숙이 촉진된다.
미생물의 활동에는 20～40℃ 범위의 온도가 최적이 된다.
이 때문에 겨울철에 퇴적할 때에는 초기에 미생물의 활동이 약하므로 보온을 할 필요가 있으며,
온도가 내려가기 쉽기 때문에 여름철보다 단단하게 밟을 필요가 있다.
또한 퇴비더미의 주위를 판자나 볏짚으로 덮는 것이 좋으며, 일정한 크기의 퇴비틀을 준비하여
두면 퇴비의 용량을 알 수 있으므로 편리하다.
미생물은 자외선에 약하므로 직사광선을 직접 받지 않도록 퇴비사의 지붕을 만들어 두는 것이 중요하다.
뒤집기는 퇴비원료를 균일하게 부숙시키기 위하여 필요하다.
뒤집기 횟수는 볏짚퇴비 구비에서는 2～3회 정도가 적당하지만, 톱밥과 같은 분해가 어려운
자재를 퇴적할 때는 퇴적초기에 주 1회, 중기 이후에는 1～2회의 뒤집기가 필요하다.
발효온도는 70℃정도가 적당하며, 저온이 되면 부숙이 늦어진다.
고온이 되면 양분의 감소를 초래하게 되고, 불에 탄 형태로 되기 쉽기 때문에 적당한 시기에
뒤집기하여 관리할 필요가 있다.
8) 2차 발효방법 (후숙)
안심하고 사용할 수 있는 퇴비를 만들기 위해서는 1차 발효로 불충분하므로
2차 발효로 후숙시킬 필요가 있다.
특히 톱밥과 같은 분해가 어려운 물질은 1차 발효 과정에서 셀룰로스와 리그린은 거의 분해가 되지 않아
미부숙된 난분해성 유기물이 안정화되는 기간이다.
후숙 단계에서는 고온성 미생물에 의하여 이 분해성 유기물의 분해가 완료되면 난분해성 유기물만
남아 분해속도가 느려지고 퇴비더미 온도도 40℃이하로 낮아지며 숙성단계에 관여하는 미생물은 같은
중온균이라도 초기단계의 중온효과는 다르며 주로 방선균이 활동한다.
9) 퇴비 제조 방법
① 고속 퇴비 제조법
가축분뇨를 이용한 퇴비제조법에는 부자재를 이용한 고속퇴비 제조법과 연속 퇴비 제조법이 있다.
이 방법은 수분 조절제와 가축 분뇨를 기계로 혼합하여 발효조에 넣고 부숙시키는 방법이다.
수분 조절제로는 톱밥, 수피, 왕겨, 볏짚을 이용하는 방법이다.
퇴비 생산기계로는 나무절단기, 분쇄기 및 봉제기가 필요하고 시설은 퇴비사, 원료저장용기
300m2, 발효조 세가지로 나누어진다.
발효조내에서는 공기를 주입할 수 있는 장치와 횡단 가능한 교반장치가 이동하며 뒤집기를 한다.
퇴비 원료는 탄소원으로 목재폐기물을 사용하고, 질소원으로 가축분뇨를 이용한다.
제 1 건조장에서 고체와 액체로 분리하여 수분함량을 65～70%로 한다.
목질자제는 절단기로 절단한 후 파쇄기로 분쇄하고 수분함량을 40～60%로 한다.
이를 가축분뇨와 혼합하여 발효조에 넣으며 수분함량이 60～65%정도가 되고
발효조내에 공기를 공급하여 호기성균에 의해 분해를 촉진시키는 방법이다.
② 연속퇴비 제조법
연속퇴비 제조법은 햇볕, 화력에 의하지 않을 뿐 아니라 수분조절제 (톱밥, 왕겨 등)를 사용하지 않고
퇴비를 만드는 방법으로 대규모의 퇴비공장보다 중소 규모의 양축농가에서 가능한 방법이다.
이 방법은 처음에만 생분을 건조시켜 퇴적하여 수분함량 30～40%의 퇴비를 만들어 종균퇴비로 하고,
이 종균퇴비와 생분을 1:1로 혼합 퇴적하여 재발효시킨다.
이때 수분을 60～65%정도로 하는데 수분함량이 이보다 높을 때는 종균퇴비의 양을 좀 많게 하던가,
수분이 이보다 낮을 때는 종균퇴비의 양을 적게한다.
재발효의 최적 수분함량은 58～65%로하여 퇴적기간중에 2～3회 뒤집기하여 퇴비화 한다.
발효가 끝난 퇴비는 그 양의 반은 퇴비로 사용하고 나머지 반은 생분과 혼합할 종균퇴비로 사용한다.
생분의 천일 건조는 종균퇴비를 만들때인 처음에만 실시하고 그 후에는 생분을 연속적으로 사용하여
퇴비를 만드는데, 계절에 관계없이 2～3주간이면 퇴비화 할 수 있는 방법이다.
7. 유기물 결정 방법
1) 시용 유기물의 성질 파악
시용하게 될 유기물을 다량 보유하고 있을 때 이용방법에 주의하지 않으면 안된다.
미숙유기물이면서 질소함량이 높은 유기물을 다량 시용하여 실패하는 예는 적지 않으며,
또한 반대로 C/N율이 높은 유기물을 다량 시용하여 작물의 표준시비량보다 더 많은 비료를 시용해야
될 경우도 많다.
유기물의 성질은 미숙 또는 완숙, 양분 함량의 다소 (주로 질소함량)에 따라 이용방법을 결정해야 한다.
2) 토양의 성질에 따라
유기물의 효과는 토양의 성질에 따라 다르다. 즉, 유기물 함량이 많고 적음에 따라 유기물의 시용목적이
달라진다. 즉, 토양유기물 함량이 3% 전후로, 3%이상일 때는 비료적 효과를 얻을 목적으로 사용되어지며,
그 이하인 경우에는 토양물리성을 개량할 목적으로 사용해야 한다.
또한 토양수분 함량의 상태에 따라 다른데 논과 밭의 배수가 좋은가,
나쁜가에 따라서도 유기물의 부숙도와 시용량이 달라진다.
3) 작물에 따라
유기물 시용은 논(벼)보다는 밭작물이 많고 밭작물도 노지 재배보다는 시설 재배지에서 사용빈도나
사용횟수가 많은데 주로 시설채소는 엽채류, 과채류가 재배되고 있다.
일반 노지 재배에서는 작물에 상관없이 유기물 시용에 별 문제가 없지만 시설 재배지내에서
엽채류는 질소량이 상대적으로 많이 함유된 가축분 퇴비를 과채류는 질소량이 적은 부엽토나
산야초 퇴비, 볏짚 퇴비 등을 시용하는 것이 합리적인 방법이다.
4) 유기물의 이용목적에 따라
유기물은 이용목적을 명확히 할 필요가 있다. 양분의 공급, 물리성개량, 미생물의 활성 증진 등의
목적에 따라 유기물의 종류, 시용량, 시용시기 등이 달라진다.
예를 들면 사질토양으로서 유기물 함량이 적고, 배수와 통기성이 좋은 경우에는
미숙 유기물과 질소함량이 다소 높은 유기물을 시용해도 장해가 유발되지 않지만,
점토가 많고 배수가 불량한 토양에서 미숙 유기물을 사용하면 장해가 유발되기 쉽다.
전자의 경우에는 토양의 입단화를 촉진하고 부식함량을 증가시키기 위하여 다량의 유기물 시용이
가능하고 효과도 기대된다.
그러나 후자의 경우에는 미숙퇴비 시용에 의한 작물 피해 위험성이 전자보다 훨씬 크기 때문에
완숙퇴비를 시용해야 되며, 분해가 어려운 유기물은 시용을 억제하던지, 시용량을 적게 하지 않으면 안된다.
전자의 경우에는 토양의 단립화를 촉진하고 안정부식을 생성하기 때문에 적극적으로
유기물을 사용하는 것이 좋으므로 작물에 장해가 나타나지 않도록 주의 하며 다량의 유기물
시용이 가능하다.
한편 후자의 경우에서는 가급적 유기물 시용을 피하고 작물의 돌려짓기를 하여 연작에 의한
피해를 줄이고 예방 차원에서 유기물을 시용하는 것이 좋다.
과 습답같은 곳에서 유기물의 시용효과가 기대되지 않는 경우도 있다.
8. 퇴비의 부숙도 검사
1) 관능검사
퇴비의 원료에 따라 특히 공동 퇴비장과 같이 주재료가 가축분뇨이고 여기에 부재료로
볏짚이나 왕겨 및 톱밥 등을 섞어서 퇴비를 만드는 경우는 그 배합 좋류와 비율에 따라 다르므로
오랜 경험의 축적이 필요하다.
일반적으로 퇴비자재를 쌓아 놓고서 부숙이 되어감에 따라 형태와 색과 냄새 등이 달라진다.
(가) 형 태
대체로 초기에는 잎과 줄기 등 그 형태가 완전하나 부숙이 진전되어감에 따라 형태의 구분이 어려워지며,
완전히 부숙되고 나면 잘 부스러지면서 당초 재료가 무엇이었는지를 구분하기가 어렵다.
(나) 색 깔
종류에 따라서 다양하게 나타나며 산소가 충분히 공급된 상태에서와 산소 공급이 부족한 상태에서
부숙된 경우도 색이 달라진다.
대체로 검은색으로 변해가는 것이 일반적이지만 볏짚만을 쌓아서 퇴비를 만드는 경우
속에서(혐기상태) 부숙된 것은 누런색을 띠게 되며 이것도 호기상태에서는 검은색 계통으로 변화하게 된다.
(다) 냄 새
종류에 따라 크게 다른데 볏짚이나 산야초 퇴비는 완숙되면 퇴비 고유의 향긋한 냄새가 나며,
계분 등 가축의 분뇨는 당초의 악취가 거의 없어진다.
(유기질 비료인 계분 가공 비료는 악취를 제거토록 되어 있음)
(라) 수분 함량
퇴적시 수분함량은 60% 전후지만 부숙 과정 중 수분이 증발하여 40～50%로 감소된다.
수분이 40～50%인 퇴비는 손으로 꽉 쥐었을 때 물기를 거의 느낄수 없는 상태로 손을 털면 묻었던
부스러기가 즉시 털어진다.
(마) 촉감법
이 방법도 퇴비화에 따라 원료가 분해되어 손으로 만져서 재료가 부스러지는 정도와 섬유질이
끊어지는 상태를 관찰하여 측정하는 방법이다.
(바) 현지에서 부숙도 판정법
|
색 깔 |
황～황갈색(2), 갈색(5), 흑갈색～흑색(10) |
|
형 상 |
원료의 형태유지(2), 상당히 붕괴(5), 형태를 알 수 없음(10) |
|
악 취 |
원료냄새 강(2), 원료냄새 약(5), 퇴비냄새(10) |
|
수 분 |
70% 이상(2), 60% 전후(5), 50% 전후(10) *수분 70% 이상 : 손으로 움켜지면 손가락 사이로 물기가 많이 남음 *수분 60% 전후 : 손으로 움켜지면 손가락 사이로 물기가 약간 남음 *수분 50% 전후 : 손으로 움켜지면 손가락 사이로 물기가 스미지 않음 |
|
부 숙 중 최고온도 |
50℃이하(2), 50～60℃(10), 60～70℃(15) |
|
부숙기간 |
가축분 자체 : 20일 이내(2), 20～2개월(10), 2개월이상(20) 축분+농산부산물 : 20일 이내(2), 20～3개월(10), 3개월 이상(20) 축분+톱밥 : 20일 이내(2), 20일～6개월(10), 6개월 이상(20) |
|
뒤 집 기 횟 수 |
2회 이하(2), 3～6회(5), 7회 이상(10) |
|
통 기 |
통기 안함(2), 통기함(10) |
|
점수합계 |
미숙 : 30점 이하, 중숙 : 31～80점, 완숙 : 81점 이상 |
2) 생물 판정법
(가) 지렁이법
지렁이는 단백질, 당류 등 많은 부숙물에 서식하지만 부식이 충분히 되지 않은 퇴적물에는
탄닌, 폴리펜올, 암모니아 등의 가스발생이 많아 싫어하는 경향이 있다.
이 방법은 지렁이의 생리적 감각, 즉 퇴적물에 대한 기피 행동을 관찰함으로써
퇴적물의 부숙도를 판정하는 방법이다.
(나) 발아 시험법
수피, 톱밥 등의 목질 자재에는 페놀성 물질이 함유되어 있으므로 미숙의 목질 자재퇴비에서
추출한 용액에 오이, 배추 등의 종자를 파종하여 발아력으로서 부숙도를 판정하는 방법이다.
(다) 유식물 시험법
일반적으로 미숙한 퇴비를 사용하면 유기물의 분해에 의하여 작물에 장해가 생긴다.
즉, 식물에 질소의 결핍과 같은 여러 가지 장해가 일어나는 경우가 많다.
따라서 해작용에 예민한 식물의 생육상황을 관찰함으로써 부숙도를 판정하는 방법이다.
이 방법은 식물에 대한 질소 기아 및 생육 저해물질 유무의 판정은 가능하지만 질소 과잉 퇴비에
관해서는 부숙도의 판정은 매우 어려운 경우가 있다.
|
판정법 퇴비종류 |
일 반 퇴 비 |
구 비 |
가축분톱밥퇴비 |
목질자재퇴비 | |||||||||
|
볏짚 |
보리 짚 |
초목 질 |
우분 |
돈분 |
계분 |
우분 |
돈분 |
계분 |
바 크 |
제지 슬러지 |
톱밥 | ||
|
현 장 판 정 법 |
색 별 법 |
○ |
○ |
․ |
․ |
․ |
․ |
○ |
○ |
․ |
× |
× |
○ |
|
냄 새 법 |
․ |
․ |
․ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
△ |
․ |
○ | |
|
촉 감 법 |
○ |
○ |
○ |
․ |
․ |
|
○ |
○ |
○ |
○ |
× |
○ | |
|
돈모 당기기 |
× |
× |
× |
× |
○ |
× |
× |
|
× |
× |
× |
× | |
|
온도 측정법 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ | |
|
이 화 학 분 석 에 의 한 판 정 법 |
pH 측정법 |
․ |
․ |
․ |
○ |
○ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
|
EC 측정법 |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ | |
|
네슬러법 |
○ |
․ |
․ |
× |
× |
× |
○ |
○ |
△ |
○ |
△ |
○ | |
|
디페닐아민법 |
○ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
○ |
○ |
○ | |
|
수세잔사물 중량법 |
◎ |
◎ |
△ |
△ |
△ |
× |
○ |
○ |
○ |
○ |
× |
○ | |
|
콩고레드법 |
○ |
○ |
△ |
△ |
△ |
× |
△ |
△ |
△ |
× |
△ |
○ | |
|
비닐봉투법 |
× |
× |
× |
○ |
○ |
○ |
× |
× |
× |
× |
× |
× | |
|
생 물 판 정 법 |
지렁이법 |
○ |
○ |
△ |
△ |
△ |
△ |
○ |
○ |
○ |
× |
△ |
△ |
|
발아 시험법 |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
․ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ | |
|
유식물법 |
○ |
○ |
○ |
○ |
․ |
․ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ | |
|
화분관생장법 |
○ |
○ |
○ |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
△ |
○ |
○ | |
◎ : 적용가능한 최고 방법
○ : 적용가능
× : 적용불능
△ : 적용가능 하지만 자료 부족
․ : 판정이 어려워 다름 방법도 병행해야 한다.
10. 부숙지표로 사용되는 방법
(1) 미생물적 판정
온도측정법, BOD, COD, 효소활성, 비닐봉투법, 지표미생물의 존재, 산소 소모법, CO2측정법
(2) 생물적 판정
발아시험법, 유식물 시험법, 지렁이 이용법, 화분관 신장법
(3) 물리적 판정
색변화, 미세형태 관찰, 입경별 잔사 중량법
(4) 화학적 판정
고형물의 C/N비, 물추출액의 C/N비, 환원당비, nitrate법, pH, EC, 암모니아 불검출, 유리아미노산법,
Gel크로미토그래피, 악취, EC, paper chromatography
(5) 부식물에 의한 판정
원형여지법, 부식물질함량, 침전부식비율
(6) 종합적 판정 : 평점법, 판별스코어
(7) 퇴비발열에 의한 부숙도 평가
○ 퇴비를 4l 가 되게 모아서 수분함량이 50%범위로 조절한다.
○ 수분이 조절된 퇴비를 18℃～22℃의 실내에서 2l 또는 1.5l 의 보온병에 느슨하게 채운다.
○ 보온병 바닥으로부터 5cm지점에 온도감지침을 넣고 매일 실내와 용기내의 온도를 기록하여 \
둘 사이의 차이를 측정한다.
|
실온과의 차이 온도 |
안정성 등급 |
등 급 설 명 |
주 요 분 류 |
|
0～10℃ |
Ⅴ |
매우 안정되고 숙성된 퇴비 |
완성퇴비 |
|
10～20℃ |
Ⅳ |
알맞게 안정된 후숙된 퇴비 |
활성퇴비 |
|
20～30℃ |
Ⅲ |
자재가 분해중인 활성퇴비 |
활성퇴비 |
|
30～40℃ |
Ⅱ |
미숙하고, 매우 활성인 퇴비 |
활성퇴비 |
|
40～50℃ |
Ⅰ |
원료그대로의 퇴비 |
신선퇴비 |
11. 불량 부산물 비료(퇴비) 사용에 의한 피해 사례
1) 비닐하우스 참외 가스 피해(전북익산)
- 미부숙 퇴비 과다시용에 의한 가스 피해(‘96.1)
2) 사업장 폐기물에 의한 고추, 수박 피해(경기 평택)
- 유해물질(중금속등) 함유 폐기물 과다시용 피해(‘96.6)
3) 축분퇴비 과다시용으로 고무나무 가스피해(경기 고양)
- 미부숙 가축분 퇴비 과다시용 피해(‘96.7)
4) 유해물질 함유 퇴비사용에 의한 시설고추 피해(경남 고성)
- 유해 유기화합물(석유 화합물)에 의한 피해(‘96.12)
5) 유해물질 함유 퇴비사용에 의한 시설참외 및 수박 피해(경북 상주)
- 유해 유기화합물(석유 화합물)에 의한 이상증상(‘97.3)
6) 사업장 폐기물 과다시용 피해(경기 포천)
- 피혁 폐기물을 가축북 퇴비로 속여 공급(‘97.6)
7) 사업장 폐기물로 제조된 퇴비에 의한 작물 피해(충북 옥천)
- 각종 유기성 폐기물을 퇴비원료로 혼합퇴지 제조(‘97.6)
8) 미부숙 퇴비 과다시용에 의한 담배 피해사례(전북 익산)
- 공급업체에서 무상으로 가축분 퇴비로 속여 공급(‘97.8)
9) 사업장 폐기물 퇴비사용에 의한 배나무 피해사례(경기 평택)
- 돈분퇴비에 사업장 폐기물 혼합후 농가에 공급(‘97.7)
10) 유해 폐기물 농경지 매립에 의한 농작물 피해(경기 시흥)
- 농가의 농경지 임대후 폐기물 무단매립후 농지 조성(‘97.9)
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