동애등에 유충에 돈분과 톱밥을 혼합 비율에 따라 첨가 시 조회분 함량에 미치는 영향

1. 서 론

최근 국내 양돈산업은 사육농가 수는 줄어들고 있지만, 사육 두 수는 오히려 증가하는 경향을 보이고 있다. 이는 양돈산업이 꾸준히 다두사육으로 변화하고 있을 뿐만 아니라 돈분뇨의 발생량도 증가하고 있다는 것을 반영한다. 예를 들어 농림축산식품부의 2023년 조사에 의하면 국내 총 가축분뇨 발생량은 약 5,087만 톤/년이며, 다른 축종보다 돈 분뇨 발생량이 약 1,968만 톤/년으로 가장 큰 비중인 39%를 차지한다고 하였다(MAFRA, 2024). 이 조사에서 주목할 점은 발생한 가축분뇨의 51.5% 즉 2,619만 톤/년이 축산농가에서 직접 처리되고 있으며, 나머지 48.5%는 가축분뇨 처리시설에 위탁하여 처리되고 있다는 점이다. 돈분뇨의 경우, 액상과 고상이 결합된 형태로 고액분리 시 고형분은 톱밥과 같은 수분조절재와 혼합 후 퇴비화 과정을 통해 유기질 비료로서 경작지 환원된다(Yun et al., 2012; Park et al., 2021). 이 과정에서 퇴비화에 의한 돈분 처리가 환경문제 발생을 줄이는 가장 유용한 방법이다. 양돈산업에서 가축분뇨를 처리하기 위해 톱밥과 같은 수분조절재의 사용은 유기성 폐자원을 안정화를 시킬 수 있어 퇴비화에 상당한 영향을 끼칠 수 있다. 특히, 축분을 이용한 퇴비화 과정에서 퇴비화 속도와 물질 변화는 축분과 수분조절재의 종류, 원료 혼합 비율 등에 따라 크게 달라질 수 있어 퇴비 안정화를 높이기 위한 방법이 필요하다(Yun et al., 2012). 이에 대한 방안으로 유기성 폐기물을 처리하고 영양분을 재이용할 수 있는 환경정화 곤충을 활용하는 것이다. 특히 동애등에(black soldier fly, BSF) 유충은 음식물 쓰레기와 축분 등의 유기성 폐기물의 영양소를 소화하여 동물 사료로 사용되는 단백질과 지방으로 전환할 수 있고, 농장에서 식물 성장을 위한 유기질 비료로 사용되기도 한다(Adjavon et al., 2021). 그러나 상기 연구와 같이 곤충을 활용한 연구도 진행되고 있지만, 돈분과 수분조절재(톱밥)의 적절한 혼합비율 및 곤충을 동시에 처리한 연구는 부족한 실정이다.

따라서 본 연구는 환경정화 곤충활용 측면에서 동애등에 2령과 3령 유충에 돈분과 톱밥 혼합 비율에 따라 첨가 시 조회분에 미치는 영향을 조사하고, 퇴비화 과정에서 어떤 역할을 하는지를 평가하였다.

2. 재료 및 방법

곤충사양시험은 중부대학교 반려동물학부 동물사양학 실험실에서 30일간 수행하였다. 동애등에 유충(2령과 3령)은 경기도 안성에 위치한 ㈜써큘러바이오에서 제공받았다. 돈분과 톱밥은 경상북도 영주의 양돈농장으로부터 공급받았다. 동애등에 유충은 15 cm × 10 cm × 10 cm 크기의 직사각형으로 된 투명 플라스틱 상자에서 사육되었다. 동시에 이 용기 뚜껑은 4면에 구멍을 뚫어 유충들이 호흡할 수 있도록 하였다. 유충의 사육 조건은 실험기간 동안 온도 23±1℃, 상대습도(%) 50±5, 광주기는 14L:10D로 설정하여 유지하였다. 실험은 두 개의 실험처리구로 Experiment 1과 2로 구분하여 다음에 제시된 첨가 비율에 따라 3반복으로 설계되었다.

• <Experiment 1>
• Control = 1 kg of pig manure + 0.1 kg of 2nd instar of BSF larvae
• T1 = a mixture of 0.8 kg pig manure and 0.2 kg sawdust + 0.1 kg of 2nd instar of BSF larvae.

• <Experiment 2>
• Control = 1 kg of pig manure + 0.1 kg of 3th instar of BSF larvae
• T1 = a mixture of 0.5 kg pig manure and 0.5 kg sawdust + 0.1 kg of 3th instar of BSF larvae
• T2 = a mixture of 0.6 kg pig manure and 0.4 kg sawdust + 0.1 kg of 3th instar of BSF larvae
• T3 = a mixture of 0.8 kg pig manure and 0.2 kg sawdust + 0.1 kg of 3th instar of BSF larvae

샘플은 라텍스 글로버를 이용하여 5일 간격으로 채취하였다. 약 10 g의 샘플을 채취하여 저울로 무게를 측정하고, 즉시 비닐백에 넣어 밀봉하여 바로 분석에 이용하였다. 조회분(crude ash) 함량은 AOAC(1990) 방법에 준하여 시료를 회화로에 넣고 550-600℃에서 완전히 태워 남은 잔존물의 무게차를 이용하여 분석하였다. 모든 샘플은 3반복으로 측정하였다. 통계자료는 SAS Version 9.4 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) package 프로그램을 이용하여 유의수준 p<0.05 수준에서 검정하였다. 처리구 간 평균 유의성은 Experiment 1에서는 T-test, Experiment 2는 완전임의배치법에 준하여 Duncan multiple range test로 분석하였다.

3. 결과 및 고찰

Table 1은 동애등에 2령 유충을 돈분과 톱밥에 첨가 시 조회분에 미치는 영향을 제시하였다. 통계적 유의성은 10일 결과를 제외하고 두 처리구 간에 0일, 5일, 15일, 20일, 25일 그리고 30일에서 차이가 있는 것으로 확인되었다(p<0.05). 동애등에 2령 유충에 돈분만을 처리한 대조구의 조회분 함량은 시간이 지남에 따라 증가하는 경향이었다. 이 대조구의 결과는 Jang and Choi(2024) 연구 결과와 비슷한 수준의 조회분 함량이 관측되었다. 돈분과 톱밥을 4:1 비율로 처리한 결과는 동애등에 유충 2령에 의해 초기에는 조회분 함량이 증가하지만 그 이후에는 점차 감소하는 것으로 관측되었다. 이러한 차이는 돈분과 톱밥을 섞어 퇴비화 과정에서 조회분 성분은 동애등에 유충의 영양과정과 미생물의 발효에 의해 영양소 공급과 퇴비의 물리 화학적 성질을 변화시켰기 때문인 것으로 판단된다. 한 예로, 돈분 슬러리(pig slurry)로부터 고액 분리한 돈분은 수분 함량이 높기 때문에 퇴비화 효율 향상을 위해서 탄소원을 공급하거나 수분조절을 위한 팽화재(bulking agent)가 반드시 필요하다는 점에서 찾을 수 있다(Yun et al., 2012).

Table 1.

Effects of 2nd instar of BSF larvae on crude ash (%) of pig manure mixed with sawdust as a function of time in Experiment 1

Fig. 1은 동애등에 3령 유충을 돈분과 톱밥 첨가 비율에 따라 첨가 시 조회분에 대한 결과를 요약하였다. 0일과 25일에서 분석한 결과는 모든 처리구에서 통계적인 차이는 없는 것으로 나타났다(p>0.05). 나머지 기간에는 모든 처리구 간에 통계적 유의성이 인정되었다(p<0.05). Experiment 2에서 대조구의 결과인 동애등에 3령 유충은 Experiment 1의 대조구의 동애등에 유충 2령 조회분 함량과 비슷한 수준으로 분석되었으며, Jang and Choi(2024) 연구 결과와 비슷한 범위에 있었다. 특히 조회분 함량은 대조구 < T3 (4:1비율) < T2 (3:2 비율) < T1 (1:1 비율) 순으로 낮아졌다. 이점은 돈분과 톱밥의 비율이 동애등에 유충의 선택에 의해 조회분 함량도 다르다는 것을 보여주었다. 다른 연구에 의하면, 가축사체와 톱밥의 혼합 비율은 100:0과 30:70보다 50:50 비율이 렌더링을 위한 가장 최적의 비율이라고 하였다(Choi et al., 2012). 본 연구는 돈분에 톱밥을 첨가하여 동애등에 유충에 활용 시 퇴비화 과정에서 조회분 함량이 변화되는 것은 확실하며 동애등에 3령 유충에서는 1:1 비율이 최적비율로 간접적으로 제시할 수 있다.

Fig. 1.

Effects of 3th instar of BSF larvae on crude ash of pig manure mixed with sawdust as a function of time (*p<0.05). Treatments mean Control = 1 kg of pig manure + 0.1 kg of 3th instar of BSF larvae; T1 = a mixture of 0.5 kg pig manure and 0.5 kg sawdust + 0.1 kg of 3th instar of BSF larvae; T2 = a mixture of 0.6 kg pig manure and 0.4 kg sawdust + 0.1 kg of 3th instar of BSF larvae; T3 = a mixture of 0.8 kg pig manure and 0.2 kg sawdust + 0.1 kg of 3th instar of BSF larvae in Experiment 2.

4. 결 론

본 연구는 환경정화 곤충인 동애등에 2령과 3령 유충을 돈분과 톱밥의 혼합 비율에 따라 첨가 시 조회분 함량에 미치는 영향과 퇴비화 과정에서는 어떤 역할을 하는지를 평가하였다. Experiment 1에서는 동애등에 2령 유충에 돈분만을 처리한 대조구와 비교할 때, 돈분과 톱밥을 4:1 비율로 처리한 구에서 조회분 함량이 크게 감소되었다. Experiment 2에서는 시간이 지남에 따라 조회분 함량이 대조구 < T3 (4:1비율) < T2 (3:2 비율) < T1 (1:1 비율) 순으로 낮아졌다. 두 실험은 돈분에 톱밥을 첨가하여 동애등에 유충의 활용 시 퇴비화 과정에서 조회분 함량이 변화되는 것은 확실한 것으로 판단된다. 특히, Experiment 2의 경우, 돈분과 톱밥 혼합 시 최적 비율은 1:1로 간접적으로 제시할 수 있다. 그러나 중요한 점은 퇴비 안정화에 영향을 미치는 중요한 요인이 수분 함량이다. 따라서 또 다른 영양소인 조회분, 조지방과 연관된 연구를 통해 최적 비율을 결정하는 연구가 필요하다.

REFERENCES

• Adjavon, F. J. M. A., Li, X., Hu, B., Dong L., Zeng, H., Li, C., Hu, W., 2021, Adult house fly (Diptera: Muscidae) response to black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) associated substrates and potential volatile organic compounds identification, Environ. Entomol., 50, 1037-1044. [https://doi.org/10.1093/ee/nvab073]
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• MAFRA (Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs), 2024, https://www.mafra.go.kr/bbs/home/792/570156/artclView.do
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