퇴비의 중요성
작물에 필요로 하는 양분을 매년 토양에 공급하지 않고 지속적인 작물 생산성이 가능한 농경지는 지구상에서 극히 일부에 지나지 않는다. 그러므로 작물 생육에 필요한 양분을 보충해주어야만 우리가 원하는 농산물을 얻을 수 있다. 오래전부터 작물 생산을 위한 기본양분으로서 전통적으로 가장 많이 사용되고 있는 것은 퇴비로서 농업생산 활동에 중요한 위치를 차지하고 있다.
유기농업의 선구자로 여겨지던 알버트 하워드경의 연구는 작물의 품질은 토양의 건전성과 비옥도에 달려 있다는 결론을 도출한 이후 토양의 비옥도는 퇴비의 최종 산물인 유기물질로도 알려진 부식질이 매우 중요하다는 것을 증명하였다. 그래서 농민들은 6개월마다 두 차례 유기물 더미를 물리적으로 뒤집어주고, 수분을 유지하여 퇴비를 만들어 사용하도록 하였다. 이러한 자연에서 발생되는 자원들을 활용한 유기적 과정으로 만들어진 퇴비는 양분이 고갈된 토양을 살릴 수 있는 능력을 가진 천연 비료라 하였다.
한편 퇴비화를 통하여 식품 폐기물을 포함한 각종 유기물들이 호기성 미생물 전환 능력으로 인하여 산화되고, 무해한 생분해성 분획물로 전환되어 전 세계적으로 바람직한 재활용 방법으로 여기고 있다.
미국에서는 총 식량 생산량 약 35~40%가 폐기물로 발생되는데 환경과 경제에 대한 악영향을 줄여 지속 가능하고 분산된 방식으로 효율적으로 처리하여 농경지에 활용하고 있다. 그러나 관행농업에서 사용하고 있는 퇴비는 대부분 유기농산물 생산에 사용할 수 없으며, 유기농업에 사용 가능한 허용물질로 제조된 것이어야 한다.
오늘날 새로운 화학비료의 사용으로 인해 농부들은 식물의 건강이 위태로워졌음을 깨달고 있으며, 일부 소비자들도 화학적 농자재들을 사용한 농산물의 선호도가 떨어지고 있다. 이러한 화학비료의 새로운 위험성과 비선호도가 대두됨에 따라 특히, 유기농산물의 수요가 증가하고, 친환경 실천 농가들은 퇴비사용의 필요성과 중요성을 더욱 절실히 인식하고 있다.
퇴비는 토양에 유기물을 공급하며, 이러한 유기물은 부식화 (humus)되어 토양의 비옥도를 결정하는 중요한 인자가 된다. 토양부식은 식물에 다량요소와 미량요소를 공급하는 기능이 있으며 그 효과는 화학비료와 달리 완효성이며 지속적으로 양분을 공급한다. 특히 분해과정에서 탄산가스를 방출하여 식물의 탄소동화작용을 촉진시키고 작물의 생육을 촉진하는 물질을 분비하기도 한다.
퇴비의 최종산물인 유기물의 부식화는 토양 입자를 입단화시켜 떼알구조를 형성하여 토양의 통기성, 보수력 및 보비력을 향상시키며, 투수성을 제고시켜 강우 시 토양침식을 방지하는 기능도 수행한다. 떼알 조직이 잘 형성되면 토양에 물이 들어갈 틈과 공기가 들어갈 구멍이 생기게 되어 물과 산소의 공급이 향상된다. 또한 토양의 부식은 토양의 점토보다 양이온 치환능력이 더 크므로 부식질 토양은 양이온치환용량이 높아 완충능력을 향상시키는 기능을 한다.
한편, 부식은 토양 중 활성 알루미늄 생성을 억제하고 인산 고정을 방지할 뿐 아니라 토양 인산의 가용화를 촉진하는 역할도 수행한다. 토양 중에 부식 함량이 증가하면 토양 중 중소 생물과 미생물 수가 증가하고 종의 다양성이 확대되며 생물상이 안정된다. 그 결과 물질순환 기능이 증대되어 생물학적 토양 완충 능력이 강화된다. 또한 토양의 미생물 수와 활성이 증가되어 유해물질을 분해, 제거 및 안정화시키는 기능이 증대되기도 한다.
퇴비는 작물에 영양분을 직접 공급하는 동시에 토양의 이화학적 성질을 개선하여 작물의 생산성 향상은 물론 화학비료 및 농약의 사용을 절감시켜 환경보전에도 크게 기여하게 된다.
유기퇴비 제조방법
양질의 퇴비를 만들기 위해서는 많은 시간과 노력이 요구된다. 퇴비 재료인 각종 유기물들은 퇴비의 품질을 좌우하게 된다. 탄질비를 고려한 재료의 조성은 퇴비화 과정에서 퇴비원료 특성을 고려하여 적당한 비율로 잘 혼합하고, 퇴비 생산계획과 위치에 맞추어 퇴비더미 크기를 결정하여야 한다. 퇴비생산 기술에 따라 품질이 좌우되고, 퇴비화 과정 중에 양분이 손실되기도 하므로 제조기간 동안에 통기성, 수분함량 등 적절한 관리가 요구된다.
친환경유기퇴비 제조과정은 농가단위에서 구입이 용이한 유기물자원을 수집하여 탄소함량이 높은 재료를 주재료로 하고 깻묵 등 질소함량이 높은 식물성 유박을 가지고 퇴비제조 초기의 질소함량이 최소한 1%이상이 되도록 조절하여 공기가 잘 통하도록 야적한다. 뒤집기 작업은 온도가 높이 올라가지 않도록 2주 간격으로 실시하여 주재료에 따라 10~14주 야적 후 후숙시키면 양질의 친환경 유기퇴비가 제조된다.
친환경 유기퇴비 제조 크기는 6m3 규모로 가로, 세로를 각각 2m, 3m로 만든 후 공기가 잘 통하도록 1m 높이로 야적한다. 퇴비화 기간 동안 수분함량은 50~60%를 유지하고, 빗물에 의한 유출수가 발생하지 않도록 퇴비더미에 비가림을 설치한다.
가. 퇴비화 단계
① 발열단계
퇴비재료를 잘 야적하면 사용원료에 따라 1~2일 이내에 퇴비더미의 온도가 60-80℃ 까지 오르게 되는데 보통 6~8주 정도 지속된다. 이 단계에서는 박테리아의 활동이 왕 성하여 분해과정의 대부분이 이 기간 동안에 이루어진다. 고온은 박테리아에 의해 유 기물이 분해되는 과정에서 방출되는 에너지에 의한 것으로 퇴비화 과정의 현상이며, 또한 가장 중요한 과정이기도 하다. 이러한 열의 발생에 의해 유해한 병원균과 잡초 종자가 사멸된다.
퇴비화 과정에서 박테리아는 개체수를 증식하기 위해 다량의 산소를 요구하게 된다. 퇴비더미에서 고열이 발생한다는 것은 박테리아가 필요로 하는 산소가 충분히 공급되고 있다는 증거이다. 만약 산소가 충분히 공급되지 않는다면 박테리아의 개체수가 충분히 증식되지 않으며, 퇴비에서 악취가 발생하게 된다. 퇴비화 과정에서 박테리아가 충분한 활동을 하기 위해서 습도 또한 중요한 요인이다. 발열단계에서는 활발한 미생물 활성도와 높은 증산량으로 발열단계에서 수분 요구량이 높다.
② 감열단계
박테리아에 의해 유기물의 분해가 완료되게 되면 퇴비더미의 온도는 서서히 감소하 여 기온에 따라 25~45℃를 유지하게 된다. 온도가 감소함에 따라 곰팡이가 정착하기 시작하게 되고, 줄기, 섬유질, 목질부와 같은 분해되기 어려운 물질들의 분해가 시작된 다. 이러한 분해과정은 매우 서서히 진행되며, 퇴비의 온도는 올라가지 않는다.
③ 숙성단계
숙성단계의 퇴비는 무기물, 부식산, 난분해성 물질로 구성되고, 다양한 종류의 생물들 이 서식하기 시작한다. 이 단계의 끝부분에 도달하면 퇴비는 원래 부피에서 19~76%까 지 줄어들게 되며, 비옥한 토양과 같은 어두운 빛깔을 띠며 사용할 수 있게 된다. 장기간 보관하게 되면 비료로서의 가치는 점차 떨어지지만, 토양개량제로서의 기능은 향상 된다. 숙성단계의 퇴비는 발열단계보다 수분 요구량이 적어진다.
나. 유기퇴비 제조원료
양질의 친환경 유기 퇴비생산을 위한 유기물 자원들의 화학적 처리나 공정을 거치지 않은 Codex 국제기준에 부합되는 원료로서 가격이 저렴하면서 농가단위에서 구입하기 쉽고, 비료적 가치가 높은 유기물원이 효과적이다.
친환경 유기퇴비 제조에 사용이 가능한 대표적인 원료로는 볏짚, 팽화왕겨, 쌀겨, 쌀겨, 깻묵, 대두박, 유채박, 피마자박 등 농산부산물과 톱밥, 파쇄목, 수피, 버섯 폐배지, 낙엽 등 임산부산물 및 갈대, 억새, 떡 갈나무, 칡잎 등 산야초와 인광석, 황산칼리 고토, 석회석, 패화석, 백운석, 제올라이트 등 점토광물의 암석 분말들이 있다.
이러한 유기물원들은 오늘날까지 전통적으로 가장 많이 사용되고 있는 가축분과 함께 퇴비로서의 가치가 높고, 작물재배에 안전하여 퇴비생산 재료로 많이 사용되었다. 유기물 자원들은 특성에 따라 퇴비제조에 주재료와 부재료로 나누어 친환경 유기퇴비 제조에 사용하게 된다.
볏짚, 톱밥, 나무껍질, 파쇄목, 한약찌꺼기 등 탄소함량이 높고 부피가 많은 것은 퇴비제조의 주재료가 되고, 탄질율을 조절할 수 있는 쌀겨, 유박 등 질소함량이 높은 재료들은 부재료로 사용된다.
표 1. 퇴비제조 유기물원의 사용구분
전국 어디에서나 구입이 용이한 퇴비제조의 주요 유기물원인 볏짚은 탄소함량이 52% 이고, 질소함량이 0.7%로 탄질율이 77%정도, 인산함량이 0.3%, 칼리함량이 0.9%로 원료 자체로는 비료적 가치가 낮은 특성을 가지고 있다.
볏짚을 퇴비원료의 주재료로 선 택하였을 경우 탄질율을 낮출 수 있는 질소함량이 높은 쌀겨나 깻묵 등 유박의 부재료 혼합이 필요하다. 혼합정도는 퇴비 사용시기, 질소함량 등의 비료적 가치 및 유기물원의 비용 등 경제성을 감안하여 제조하는 것이 바람직하다.
그러나 친환경 유기퇴비 생산에 볏짚을 조합하여 만들 경우 부피 감소가 63 ~ 76%로 최종적인 퇴비량이 처음 투입 유기물량의 약 1/3 정도가 되기 때문에 작물재배 면적에 충분한 양의 퇴비를 생 산할 수 있도록 잘 산정하여야 한다.
이와 더불어 농가에서 많이 사용하고 있는 톱밥, 수피 등은 탄소함량이 53~55%로 탄질율이 170~680으로 매우 높고 질소 함량이 낮아 탄질율을 낮출 수 있는 부재료의 혼합하여야 양질의 퇴비생산이 가능해진다.
또한, 임산부산물들은 침엽수에서 생산되 었는지, 활엽수에서 생산되었는지의 원료에 따라서 페놀물질을 비롯한, 물리적 특성에 큰 차이가 있어 퇴비화 기간이 달라진다. 임산부산물 퇴비의 부피 감소는 약 20~35% 로 볏짚에 비하여 감소율이 낮다. 한편 팽이버섯 폐배지는 탄소함량이 54%이고 탄질율 이 볏짚보다도 낮은 43이며, 질소함량이 1.25%로 퇴비제조에 양호하여 양질의 친환경 퇴비 원료로 사용이 가능하다고 하겠다.
퇴비화에서 탄질율을 조절할 수 있는 가장 적절한 부재료인 쌀겨와 유박은 질소함량 이 2.3%와 6.5%, 인산함량이 4.3%와 3.0%, 칼리함량이 2.6%와 1.4%로 비료적 가치가 높아 다량원소 공급과 탄질율 조절제로서 매우 중요한 위치를 차지하고 있다. 아울러 산야초는 비료적 가치가 매우 우수하지만 산림보호정책과 농가의 생활구조 개선으로 산야초의 목본화에 따라 현실적으로 이용하기는 쉽지 않은 실정이다.
표 2. 주요 유기물 자원별 화학적 특성 및 성분함량 (건물기준)
다. 퇴비화 과정
1) 온도변화
퇴비화 과정은 명확하게 구분되어지지는 않지만 크게 앞에서 언급한 바와 같이 발열 단계, 감열단계, 숙성단계의 3단계로 구분할 수 있다. 퇴비화가 성공적으로 이루어지기 위해서는 50~65%의 수분함량을 유지하고, 통기성 및 C/N율을 잘 조절하여야 한다.
하절기와 동절기에 볏짚과 수피를 주원료로 한 퇴비화 과정동안 부숙온도 변화를 측 정한 결과 그림 2와 같다. 퇴비부숙 전 과정 동안 온도변화는 볏짚혼합 퇴비조합보다는 수피혼합 퇴비조합에서 높았다. 탄질율이 낮은 볏짚 퇴비제조 조합에서 온도가 서서히 증가하였고, 제조시기에 따라 차이가 있었다.
퇴비화 과정 중의 부숙온도 변화는 야적 직후 25℃에서 유기물이 분해가 시작되어 2일후부터 온도가 50℃ 이상으로 상승 하여 퇴비원료에 따라 50~80℃ 범위에서 온도가 지속된 후 퇴비 부숙완료 시점에는 대기온도와 비슷하였다. 하절기에 퇴비화는 미생물 활동이 활발히 이루어져 잘 진행되지만 11월 중순이후 동절기에는 기온이 떨어져 퇴비화의 진행이 잘 되지 않는다.
퇴비화 기간 중 온도의 변화는 미생물 활동에 의해 상승되었다가 점차 안정화된다. 노지에서 봄부터 가을까지는 퇴비를 사용하는 시기를 감안하여 친환경 유기퇴비를 제조하여야 하는데 퇴비화에 관 여하는 미생물의 활동이 원활한 11월 중순 이전에 퇴비제조를 완료해야 양질의 퇴비 생산과 이용이 가능해진다.
2) 이화학적 특성변화
퇴비화 과정동안 몇몇 이화학적 특성변화는 그림3과 같다. 퇴비화가 진행됨에 따라 볏짚혼합 퇴비와 수피혼합 퇴비조합 모두 pH가 지속적으로 증가된다. 퇴비화가 진행되 면서 혼합 유기물원에 따라 pH가 6.5~8.0으로 상승된 것은 유기물이 부식되어가기 때문이다.
전기전도도(EC)의 변화는 볏짚혼합 처리구에서는 지속적으로 급격히 증가하여 46.3dS∙m -1에 도달하였으나 수피혼합 처리구에서는 약간 증가한 후 퇴비 초기의 EC값 과 비슷한 경향을 보인다. 한편 유기물과 전질소 함량은 볏짚과 수피혼합 조합 모두 퇴비화 후기에 도달되면서 정도의 차이는 있지만 감소하는 경향이다.
이와 같이 친환경 유기농업에 사용이 가능하도록 제조된 유기퇴비들의 비료적 가치 (표 3)는 공장형 축분퇴비와 비슷하여 농가 주변의 유기물 부산물자원을 활용하면 양질 의 친환경 유기퇴비 생산이 가능할 것이다.
표 3. 유기퇴비의 비료적 가치
3) 부식산 함량변화
퇴비의 품질은 물질의 안정화와 부숙도에 의하여 결정되며, 이들은 부식산인 휴믹산과 풀빅산의 함량과 밀접한 관련을 가지고 있다. 부식산은 식물의 양분흡수, 종자발아 및 에너지 대사 등과 같은 작물생장에 직‧간접적으로 영향을 미치며, 동식물의 유기물 분해의 물질순환 과정에서 생성된다.
유기물 조합별 제조된 친환경 유기퇴비에 함유된 부식산을 분별 정량하여 보면 휴믹산이 차지하는 비중이 낮고, 풀빅산이 높다. 토양 비 옥도와 작물의 양분공급에 중요한 역할을 하는 부식산 함량은 수피, 파쇄목 등 임산부 산물을 주원료로 한 퇴비보다 볏짚을 주원료로 제조한 퇴비에서 현저히 높다.
표 4. 유기물 조합별 친환경 제조 퇴비의 부식산 함량
4) 미생물상 변화
퇴비화 과정 중에는 여러 가지 수많은 종류의 세균(Bacteria), 사상균(Fungi), 방선균 (Actinomycetes) 등의 미생물들이 관여하여 유기물들을 분해하게 된다. 이들 미생물들은 후기에는 주로 사상균이, 초기와 중기에는 중‧고온성 세균들이 퇴비화에 관여하고 있다.
퇴비화에 관여하는 세균들은 발육온도 조건에 따라서 20℃이하에서 생존하는 저 온성 세균(Psychrophilic bacteria)과 25∼40℃에서 잘 성장하는 중온성 세균(Mesophilic bacteria), 45℃이상에서 잘 생존하는 고온성 세균(Thermophilic bacteria)으로 구분할 수 있다.
고온성 세균은 수피혼합 퇴비조합보다는 볏짚혼합 퇴비조합에서 보다 많이 분리되었다. 퇴비화에 관여하고 있는 우점 미생물종은 Geobacillus thermodenitrificans, G. thermoglucosidasius, G. stearothermophilus 및 Ureibacillus terrenus 이었으며, 근연관계는 그림4와 그림5의 16S rDNA 서열에 의한 도표에 나타난 바와 같다. 퇴비화 과정에서 주로 관여하는 미생물들은 주로 세균이 담당하고 있다.
표 5. 퇴비화 과정의 미생물상(106CFU/g) 변화
5) 유기물의 전자현미경적 세포조직변화
퇴비화 과정에서 유기물은 미생물의 분해작용에 의해 안정화된 물질로 변화된다. 양질의 퇴비를 생산하기 위해서는 미생물 증식에 필요한 조건들이 충족되어야 한다. 퇴비화는 미생물들의 활동에 의하여 유기물이 분해되어 원래의 구조가 형태를 알아 볼 수 없도록 형태가 바뀌게 된다.
주사전자 현미경(SEM)을 이용하여 유기물 분해과정중 인 유기물원들의 미세구조 변화와 미생물의 활착정도를 관찰(그림 6)해 보면 퇴비화 초기에 있어서 유기물의 세포구조 변화는 적으나 볏짚과 파쇄목의 유기물 조직 내에 미생물이 활착되고 있는 것을 관찰할 수 있다.
유기물에 대한 미생물의 활착은 탄질율이 낮은 처리에서 활발하여 퇴비화 과정에 있어 탄질율은 무엇보다도 중요한 요인이라는 것을 알 수 있다. 퇴비의 부숙도를 판정하기 위해 여러 가지 방법이 적용되고 있으나 아직까지도 종합적으로 정확한 방법들이 제시되고 있지 못하고 있다. 전자현미경적 세 포조직변화는 퇴비 부숙도를 평가하고는 하나의 방법으로 사용 가능하다고 판단된다.
유기퇴비 시용효과 친환경 유기농산물 생산을 위하여 사용 가능하도록 제조된 퇴비시용 효과를 유기농가 현장에서 배추, 시금치, 파, 알타리무를 대상으로 시험을 실시하였다. 시설하우스 내 에 농산부산물인 볏짚과 임산부산물인 수피를 주원료로 제조한 유기퇴비를 시용한 결 과 배추, 시금치 및 파의 생육과 잎의 엽록소 함량의 차이가 없었다. 이러한 원인은 유기농업 재배지 토양에는 작물생육에 영향이 없을 정도로 토양 중 양분함량이 과다하기 때문이다
표 6. 자가제조 유기퇴비 시용에 따른 작물별 생육상황
퇴비는 토양 중 유기물 함량을 증가 또는 유지시키고, 작물이 필요로 하는 미량원소 등 양분을 공급해준다. 퇴비는 토양에 서식하고 있는 생물들의 활동에 의하여 양분을 지속적으로 방출시켜 줌으로써 장‧단기적으로 작물 생육에 도움을 준다.
pH가 중성인 퇴비는 산성 토양에서 양분의 가용화를 촉진시키고, 토양 병원균의 발생을 억제시킬 수 있다. 유기물이 토양 내 혼입되어 분해되는 과정에서 미부숙 퇴비는 몇몇 물질이 식물체 뿌리와 미생물 생육을 억제하는 효과를 나타내는데 잘 숙성된 퇴비는 이러한 물질이 분비되지 않아 더욱 효과적이다.
퇴비제조시 유의사항
퇴비는 퇴비재료와 시비해야 할 포장에서 가까운 곳에 위치하는 것이 이상적이다. 퇴비 더미가 집과 너무 가까우면 쥐나 뱀, 흰개미 등에 의해 피해 및 악취가 발생하기 때문이다. 또한 물과 가까운 그늘진 곳이 가장 좋으며, 물에 잠기는 곳은 피해야 한다.
퇴비제조는 사용할 농림부산물을 충분히 공급받을 수 있어야 한다. 만약 농장 주변에 유기물 자원이 충분치 않을 경우에는 외부에서 구입하여야 하기 때문에 유기퇴비 제조 원칙에 부합되지 않는다.
퇴비를 만드는 시기는 봄부터 가을 때가 좋은데, 기온이 너무 낮으면 부숙이 제대로 이루어지지 않기 때문이다. 퇴비 더미는 퇴비화 과정이 충분히 일어날 수 있도록 최소한 5m3 정도로 쌓아야 하며, 퇴비화 과정 동안 호기상태를 충분 히 유지할 수 있도록 가로 2m, 세로 3m, 높이 1m 이상이 되지 않도록 한다.
아울러 농경지 건전성 유지와 관련한 토양생태계 부하억제 기술과 친환경 퇴비를 영농활동에 적용하여 다양한 토양미소동물 군집 및 활성 유지를 위한 환경 보전형 토양 관리 기술들을 이해하여야 한다. 한번 망가진 환경을 다시 건전한 토양, 신선한 공기, 깨끗한 물, 동‧식물의 다양성이 유지될 수 있는 환경으로 복원하기 위해서는 천문학적 경비로도 쉽게 대체될 수 없다. 그러므로 생물학과 생태학을 고려한 미래의 농업은 생 물뿐만 아니라 인간과 친화적이며, 자연과 조화를 이룰 때 토양이 장기간 작물 생산성이 지속될 수 있을 것이다.
현재 지구는 점점 뜨거워지고 이상기상 현상들이 인간의 삶을 위해하고 있다는 것을 인식해야 할 것이며, 토양 생물들이 살아있을 때 우리 인 류도 편안히 자연과 공존하며 살아갈 수 있다는 것을 잊지 말아야 할 것이다.