KR100252469B1 - 퇴비 제조용 미생물 제제 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

기탁번호 제 KCTC 0407BP 호로 기탁되어 있고, 축산 폐기물의 퇴비 제조에 사용되는 바실러스 서브틸리스, 패니바실러스 마세란스 및 로도슈도모나스 sp.로 이루어진 미생물 제제 YC-5는 축산 폐기물로부터 양질의 퇴비를 속성 생산할 수 있고 국내 토착성이며 악취 제거 및 식물 생장 촉진 물질 생성능이 우수하고 자체 생산이 용이하며 경제성이 있는 미생물 제제로서, 축산 폐기물에 상기 미생물 제제, 락토바실러스 애시도필러스 및 락토바실러스 플란타럼을 첨가하여 축산 폐기물로부터 양질의 퇴비를 속성 생산할 수 있다.

Description

퇴비 제조용 미생물 제제 및 그 제조방법
[산업상 이용 분야]
본 발명은 퇴비 제조용 미생물 제제 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축산 폐기물로부터 시설 채소 재배 등에 사용되는 유기질 비료의 생산을 위한 미생물 제제 및 상기 미생물 제제에 사용되는 분리 미생물들을 최소한의 설비 및 생산비로 배양할 수 있도록 배양 공정을 간편화하여 경제성을 제고한 상기 미생물 제제의 제조방법에 관한 것이다.
[종래기술]
일반적으로 화학 비료의 사용은 농작물의 수확량을 증대시키나 종국적으로는 토양을 척박하게 하는 결과를 낳는다. 따라서 토양 개량제 등의 다양한 역할을 수행하는 유기질 비료 즉 퇴비의 사용이 절대적으로 요구된다. 유기질 퇴비의 효과로는 퇴비중에 함유된 비료 성분의 효과 및 유기물이 분해되어 만들어지는 부식 효과를 들 수 있다. 퇴비 중에는 질소, 인산 및 칼륨을 비롯하여 작물 생육에 필수적인 미량 원소가 다량 함유되어 있으므로 이를 사용할 경우 미량 원소의 결핍에 따른 작물의 피해를 막을 수 있다.
한편 최근에 축산 폐기물에 대한 규제 강화와 유기 농법에 의한 고부가가치의 농산물 생산에 관심이 모아지면서 이와 관련된 미생물 제제의 수요 및 공급이 크게 증가하고 있다. 그러나 지금까지 미생물 제제의 제조 및 유통에 대해 아무런 법적, 제도적 규제 장치가 없어 용도에 맞지 아니한 수입 미생물 제제의 남용과 전문 지식이 부족한 소규모 업체가 무분별하게 제조한 미생물 제제의 유통이 빈번하게 이루어지고 있으며 이에 따라 미생물 제제의 효능과 관련하여 농민들이 받고 있는 피해와 미생물 제제에 대한 불신감이 크게 늘어나고 있는 실정이다. 사료 첨가제, 축분 처리제 및 유기질 발효(퇴비화) 촉진제 등의 목적으로 사용되는 미생물 제제의 개발은 수입 대체에 따른 외화의 낭비를 막을 수 있을 뿐만 아니라, 화학 비료 및 농약의 사용 경감에 따른 영농비의 절감, 유기 농법에 의한 고품질의 무공해 농산물 생산에 따른 농가의 소득 수준 향상에 기여할 수 있다는 점에서 그 중요성이 매우 크다.
이러한 관점에서 현장의 축산 농가에서 발생되는 축산 폐기물을 처리·이용하여, 이를 시설 채소 재배 농가에서 효율적으로 퇴비화할 수 있도록 하는 연계 기술의 개발은 그 효용성이 지대할 것이다. 즉 축산 폐기물로부터 속성으로 안정된 유기질 비료를 생산할 수 있는 미생물 제제의 개발 및 미생물 제제의 경제적 제조방법 및 생산체제 기반 구축은 미생물 제제에 의한 혼란과 수입을 방지하고 영농비의 절감 효과를 도모할 수 있으며 유기질 비료의 제조, 사용 및 관리 방법에 대한 과학적 근거와 이론적 규명을 통하여 환경 친화적 유기 농업 기술과 농가 소득 증대 향상에 크게 기여할 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 축산 폐기물로부터 양질의 퇴비를 속성 생산할 수 있고 국내 토착성이며 악취 제거 및 식물 생장 촉진 물질 생성능이 우수하고 자체 생산이 용이하며 경제성이 있는 미생물 제제 및 상기 미생물 제제의 제조방법과 상기 미생물 제제를 이용한 축산 폐기물의 퇴비 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제제화 방법의 흐름도; 및
도 2는 퇴비화 과정 중 온도 변화를 나타내는 그래프.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 첫째 본 발명은 기탁번호 제 KCTC 0407BP 호로 기탁되어 있고, 축산 폐기물의 퇴비 제조에 사용되는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 패니바실러스 마세란스(Paenibacillus macerans) 및 로도슈도모나스 sp.(Rhodopseudomonas sp.)로 이루어진 미생물 제제 YC-5를 제공한다. 상기 축산 폐기물은 우분(牛糞), 돈분(豚糞) 및 계분(鷄糞)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
둘째 본 발명은 바실러스 서브틸리스 및 패니바실러스 마세란스를 세균 배양용 배지에서 종균배양하고, 상기 종균배양된 바실러스 서브틸리스 및 패니바실러스 마세란스를 발효조에 접종하여 본배양하여 상기 바실러스 서브틸리스 및 패니바실러스 마세란스를 생산하는 단계; 로도슈도모나스 sp.를 광합성 세균 배양용 배지에서 종균배양하고, 상기 종균배양된 로도슈도모나스 sp.를 발효조에 접종하여 본배양하여 상기 로도슈도모나스 sp.를 생산하는 단계; 및 상기 생산된 바실러스 서브틸리스 및 패니바실러스 마세란스와 상기 생산된 로도슈도모나스 sp.를 혼합하는 단계:를 포함하는 상기 미생물 제제의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 상기 본배양된 미생물 배양액들을 각각 흡착제인 질석 및 영양제인 쌀겨와 혼합하여 포뮬레이션(formulation)하여 2차배양하는 단계를 더욱 포함하는 것이 바람직하다. 상기 포뮬레이션시 상기 배양액, 질석 및 쌀겨를 질석의 함량이 전체의 50부피% 이하가 되고, 함수율(含水率)이 60부피% 정도를 유지하도록 혼합하고, 보조 영양제로 요소(urea), 인산소다(NaH2PO4) 및 마그네슘(MgSO4)을 더욱 첨가하는 것이 바람직하다.
셋째 본 발명은 축산 폐기물에 상기 미생물 제제, 락토바실러스 애시도필러스(Lactobacillus acidophilus) 및 락토바실러스 플란타럼(Lactobacillus plantarum)을 첨가하는 단계를 포함하는 축산 폐기물의 퇴비 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하면 하기와 같다.
Ⅰ. 미생물 제제용 우수 균주의 분리
본 발명에서는 먼저 농축산 시설로부터 발생되는 폐기물을 효율적·과학적으로 유기질 비료화하기 위하여 사용할 미생물 제제의 개발 및 생산을 위하여 다양한 환경내에 존재하는 우수 균주를 스크리닝하였다. 농축산 시설의 토양을 비롯한 토양 시료와 자연 발효 과정 중의 퇴비 및 기존의 시판용 미생물 제제 등을 대상으로 이들 환경내에 존재하는 다양한 미생물 군집의 구조적 특성을 조사하고 이로부터 각 환경내의 우점을 차지하는 균주를 중심으로 세균을 분리하였다. 미생물의 탐색은 퇴비 제조에 유용하게 사용될 것으로 사료되는 몇가지 생리 생화학적 특성을 대상으로 수행되었으며 우선적으로 분리된 균주를 특정 효소의 활성을 관찰할 수 있는 탐색용 평판배지에 배양하여 그 활성이 높은 균주를 선택하였다. 우수 균주의 탐색을 위하여 조사된 효소는 지방 분해 효소(lipase), 펙틴 분해 효소(pectinase), 단백질 분해 효소(protease), 전분 분해 효소(amylase), 셀룰로스 분해 효소(cellulase), 셀로비오스 분해 효소(β-glucosidase), 목질 분해 효소(xylanase), 요소 분해 효소(urease) 및 리그닌 분해 효소(ligninase)이다.
축산 시설 토양, 원예 농업 토양 등으로부터 각각의 시료를 채취하여 평판배지에 도말하여 배양한 후 우점종을 일차로 선발하였고 단일 탄소원을 넣어준 고체배지에 접종하여 형성되는 투명환을 통해 가시적으로 확인한 결과 114종의 세균 균주를 분리하였다. 선택배지를 사용한 유기물 분해능의 측정 결과 전분 분해 균주는 분리 균주 중 74종, 셀룰로오스 분해 균주는 72종, 목질 분해 균주는 59종 및 펙틴 분해 균주는 47종이었다. 이밖에 단백질 분해 활성은 분리 균주의 80% 이상에서 나타났으나 리그닌 분해 활성은 나타나지 않았다. 한편 고온에 내성이 강하고 최적 배양 온도가 50℃ 이상의 고온균이 29종이었고 나머지는 최적 배양 온도가 30∼37℃인 중온균으로 분리 균주의 대부분을 차지하였다.
선택배지에서 투명환을 통해 가시적으로 확인한 유기물 분해능을 정량화하기 위하여 114종 분리 균주 각각의 전분 분해 효소, 셀룰로스 분해 효소, 목질 분해 효소 및 펙틴 분해 효소의 활성도를 진탕배양을 통해 조사하였다. 이를 위하여 분리 균주를 각각 YPB 액체배지에서 30℃, 18∼20시간 종균배양한 후 밀기울 액체배지에 옮겨 기능성 효소의 분비를 유도하면서 30℃에서 24∼72시간 동안 진탕배양하였으며 각 기능성 효소에 대한 정량적인 효소 활성을 DNS법을 이용하여 측정하였다. 이러한 효소 활성도의 정량화 실험을 통하여 효소 활성이 높은 37종의 균주를 선발하였다. 이들 균주는 글리세롤(20%) 저장법으로 장기 보존하고 영양 한천 배지를 사용, 주기적으로 계대하여 보존하였다.
Ⅱ. 미생물 제제용 우수 균주의 동정
상기의 미생물들을 최적 생육 배지에서 배양하여 세균은 그람 염색을 실시하여 그 형태를 관찰하였다. 또한 생리학적 특성 및 균체 화학적 특성을 조사한 결과를 종합하여 동정하였다. 그 결과 29종의 균주가 바실러스 속의 미생물이었으며 8종의 미생물만이 잔토모나스(Xanthomonas), 슈도모나스(Pseudomonas), 마이크로코커스(Micrococcus), 어비니아(Erwinia), 코리네박테리움(Corynebacterium) 속의 미생물로 밝혀졌다.
Ⅲ. 미생물 제제용 우수 균주의 선정
퇴비화 과정은 50℃ 이상의 고온에서 이루어지므로 퇴비용 제제를 생산하기 위한 미생물은 고온에서 활성을 나타내야만 한다. 따라서 동정한 미생물을 대상으로 50℃에서 정치배양과 액체배양을 거쳐 고온에서 자랄 수 있는 미생물을 16종 선발하였다. 이 균주들을 대상으로 YPB 배지에서 50℃, 14시간 배양한 후에 전분 분해 효소, 셀룰로스 분해 효소, 목질 분해 효소의 활성을 DNS법으로 정량하였다. 그 결과 50℃에서 배양한 일부 균주의 경우 효소 활성이 높은 것이 조사되었고 축분의 발효시 셀룰로스 성분의 분해가 어려운 점을 고려하여 셀룰로스 분해 활성이 높은 균주를 종균제 생산을 위한 균주로 선정하였다. 선정된 미생물은 모두 바실러스 계통의 균주로 바실러스 서브틸리스와 패니바실러스 마세란스였다. 이들은 다른 균주에 비해 55℃ 이상의 고온에서 활성을 나타내며 유기물을 분해하는 능력이 뛰어났다. 또한 축산 폐기물내에서는 휘발성 지방산이 많이 존재하며 악취의 원인으로 작용하므로 기존의 여러 환경에서 분리된 광합성 세균을 대상으로 휘발성 지방산의 제거 효과를 비교하여 우수 균주로 로도슈모나스 sp.를 선정하였으며, 송아지의 위에서 분리된 락토바실러스 균주들도 포함하도록 하였다.
Ⅳ. 미생물 제제의 생산체제 구축
농축산 시설로부터 발생되는 폐기물을 미생물에 의해 더욱 효과적으로 속성 분해하여 시설 원예 단지에 이용할 수 있는 유기질 비료로 만들기 위하여 미생물 제제화 작업을 수행하였다. 상기 선정 균주 중 미생물 제제화에는 바실러스 서브틸리스, 패니바실러스 마세란스 및 로도슈모나스 sp.를 사용하였다. 선정된 균주의 분류적, 생리적 특성을 감안하여 선택한 배지의 조성 및 배양조건은 하기 표 1과 같다.
미생물 대량배양을 위해 사용된 배지의 조성 및 배양조건
균주 배지조성(DW 1l당) 배양조건
바실러스 서브틸리스패니바실러스 마세란스 포도당 20g, 효모 추출물 4g(NH4)2SO42g,Na2HPO41gKH2PO41g, MgSO4·7H2O 0.1gFeSO4·7H2O 10mg, CaCl2·7H2O 20mg미량원소 2ml 진탕배양35∼45℃pH 7.0
로도슈도모나스 sp. 소디움-L-글루타메이트 3.8gDL-말릭 애시드 2.7gKH2PO40.5g, K2HPO40.5g(NH4)2HPO40.8g, MgSO40.2gCaCl253mg, MnSO41.2mg니코틴산 1mg, 티아민-HCl 1mg바이오틴 0.01mg 진탕/조도배양pH 6.830℃
상기 배지를 이용하여 각 균주를 삼각 플라스크에서 종균배양한 후 자체 설비한 간이발효조(배양기)에서 접종(접종량은 3∼5% 수준)하여 본배양하였다. 본배양은 항온실에서 수행하였으며 본배양을 위하여 사용된 배양기는 생산비를 최소화하기 위해서 발효조를 모형으로 시중에 유통되는 25l 물통을 이용하여 제작하였다. 선정된 미생물 중 산소를 필요로 하는 호기성 세균의 경우에는 대량 배양시에 산소의 공급이 대단히 중요하므로 에어 컴프레서를 연결하여 배양액의 교반 및 산소를 공급하여 폭기를 원활히 해줄 수 있도록 하였다. 또한 배양 도중에 부족한 영양원과 미네랄의 첨가 및 미생물의 생장 상태를 모니터링하기 위하여 배양기 뚜껑에 몇 개의 포트를 연결하였으며 에어 컴프레서에서 나온 공기를 분지하여 여러개의 배양기에 공급이 가능하도록 설치·제작하였다.
본 발명에 따른 제제화 방법을 도 1에 나타내었다. 본 제제화 방법에서는 본배양에서 얻어진 미생물 배양액은 흡착제로 공급된 질석과 영양제로 공급된 쌀겨와 혼합하여 포뮬레이션하고 2차배양함으로써 균체수를 더욱 증강시켰다. 질석의 경우 비중이 0.3 이하로 배양된 미생물의 흡착을 위해 쌀겨는 흡착된 미생물의 균체수를 최대로 증강시키기 위해 사용하였다. 본 제제화 방법에서 미생물 생장을 최적화하기 위하여 원균 배양액, 질석 및 쌀겨를 혼합할 때 질석의 함량이 전체의 50부피% 이하가 되고, 함수율이 60부피% 정도가 되도록 혼합하였다. 이러한 혼합비로 혼합기(리본 믹서)로써 균질하게 섞은 혼합체를 넓은 틀에서 일정한 높이로 고르게 쌓은 뒤 균체 수 증강을 위해 30℃ 항온실에서 후배양하였다. 이때 보조 영양제로 요소(urea), 인산소다(NaH2PO4), 마그네슘(MgSO4)을 첨가하였다. 보조 영양제의 첨가는 균체수 증강에 도움이 되며 제제화 전과정을 통해 원균 배양액 보다 균체수가 102∼103이상 증강하는 결과를 얻었다.
Ⅴ. 미생물 제제의 안정화
본 발명의 미생물 제제는 제제를 보존하는 기간과 관련하여 생존력(viability)이 중요한 요인이다. 토탄을 흡착제로 이용한 미생물 제제가 가장 광범위하고 보편적으로 이용되어 왔으나 토탄은 질석에 비해 수분 보유 능력이 떨어지고 경우에 따라서 미생물에 유해한 독성 물질을 생성시킬 수 있다. 또한 질석은 1800℃ 이상에서 풍화시킨 흑운모로서 미생물의 오염이 거의 없는 반면 토탄을 흡착제로 사용할 경우에는 원하지 않는 미생물의 오염이 발생될 수 있다. 그밖에 차콜을 사용하는 경우 미생물이 분뇨내에서 안정성이 떨어질 뿐만 아니라 토탄과 마찬가지로 수분 보유능이 상당히 저하되었다. 따라서 질석을 이용하여 미생물 제제를 생산한 경우 미생물의 생존력 및 보존성에 있어서 더 나은 효과를 얻었다.
상기의 방법으로 생산된 제제를 완전히 건조시키지 않고 포장하여 보존할 경우에 미생물 생존력이 2개월 후부터 107cfu/g 이하로 급격히 감소하므로 제제내의 수분을 제거시킨 후에 포장하여 사용하도록 하는 것이 더욱 바람직하였다. 또한 제제의 보관 온도를 저온(4℃)과 상온(20℃)에서 보관하면서 생균수를 조사한 결과 상온 보관의 경우 단기간일 경우에는 균체수가 1011cfu/g 이상을 유지하다가 3주 후부터는 곰팡이의 오염 및 균체수가 급격히 감소하는 결과를 보였다.
상기 미생물 제제는 1997년 11월 14일자로 생명공학연구소 유전자원센터 유전자은행에 기탁번호 제 KCTC 0407BP 호로 기탁되어 있다.
[실시예]
본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 구성 및 효과를 나타내는 본 발명의 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
퇴비의 소규모 생산
실시예 1∼2
본 실시예에 사용한 원료는 축사에서 배출된 우분과 수분 조절제로 사용된 톱밥이었다. 우분의 함수율은 90중량%였기 때문에 수분을 퇴비화 적정 수준인 60중량%로 조정하기 위해 수분이 20중량%인 톱밥을 혼합하였다. 이렇게 혼합된 물질을 0.5m3크기의 플라스틱 용기에 넣어 퇴비화를 실시하였으며 별도의 공기 공급을 위한 장치 없이 퇴비화 시작 후 2주 동안은 3일에 1회씩, 그 후에는 일주일에 1회씩 뒤집기를 실시하였다. 퇴비화의 규모는 0.4m3이었으며 처리 내용은 하기 표 2과 같이 하여 퇴비화를 실시하였다.
퇴비 제조에 사용된 미생물 제제의 조성
구분 처 리 내 용
실시예 1 우분 + 톱밥 + 쌀겨 + 바실러스 서브틸리스 + 패니바실러스 마세란스+ 락토바실러스 애시도필러스 + 락토바실러스 플란타럼
실시예 2 우분 + 톱밥 + 쌀겨 + 바실러스 서브틸리스 + 패니바실러스 마세란스+ 락토바실러스 애시도필러스 + 락토바실러스 플란타럼 + 로도슈도모나스 sp.
비교예 1
상기 실시예 1에서 처리내용을 우분 + 톱밥 + 쌀겨로 한 것을 제외하고는 실질적으로 동일하게 실시하였다.
결과 분석
시료 채취는 주기적인 뒤집기 후 골고루 혼합된 물질을 채취하였으며 채취한 시료는 음지에서 풍건하여 분쇄한 후 2mm 체를 통과한 시료를 분석에 이용하였다. 퇴비화 과정 중 화학성 변화를 하기 표 3에 나타내었다.
퇴비화 과정 중 화학성 변화
처리구 퇴비화 기간 pH(1:5) 전기전도도(dS/m) 총 C 총 N C/N비율
%
실시예 1 1 8.74 58.5 46.3 1.22 38.0
6 8.80 57.9 45.9 1.25 36.7
13 8.77 59.4 45.2 1.29 35.0
20 8.75 59.4 44.8 1.40 32.0
35 8.89 62.3 44.5 1.45 30.7
실시예 2 1 8.92 57.5 46.8 1.22 38.4
6 8.92 58.3 46.3 1.24 37.3
13 8.80 56.5 45.1 1.32 34.2
20 8.96 61.3 44.7 1.43 31.3
35 8.97 63.2 44.3 1.49 29.7
비교예 1 1 8.9 61.6 46.2 1.17 39.5
6 9.06 62.4 45.9 1.18 38.9
13 9.06 64.0 45.3 1.20 37.8
20 9.00 66.8 45.0 1.30 34.6
35 8.97 67.8 44.6 1.37 32.6
퇴비화 과정중 pH 변화는 산을 형성하는 미생물에 의해 이분해성 물질이 분해되어 유기산이 형성되면서 감소하고 단백질의 가수분해에 의한 암모니아 발생으로 pH가 상승된다. 상기 표 3에서 원료 자체가 초기에 pH 8.5 이상으로 비교적 높았으며 퇴비화가 진행될수록 pH는 8.5 이하로 낮아지지 않았다. 이와 같이 초기 pH가 높은 것은 축사에 오랫동안 있으면서 뇨의 계속적인 공급과 1차적으로 이분해성 물질의 분해가 이루어져 pH가 높아졌고 퇴비화 과정중 유기산의 생성이 많지 않았기 때문으로 추정된다. 또한 전기전도도가 높아지는 경향을 보이고 있지만 최초의 전기전도도값에 비해 크게 증가되지 않았다. 이것은 원료 자체의 전기전도도값이 상당히 높았기 때문에 전기전도도값에 큰 영향을 미치지 않은 것으로 판단된다. 초기의 전기전도도값이 높은 이유는 뇨의 계속적인 축적에 의한 결과로 추정된다. 유기물의 분해는 호기적 조건하에서 유기물이 미생물의 물질대사에 의해 생물학적으로 안정한 잔여 유기물, 물 및 이산화탄소로 산화되면서 열이 발생하는 반응이라 할 수 있다. 따라서 퇴비화 과정중 유기물의 분해는 탄소의 감소를 의미한다. 탄소의 감소율은 실시예 1에서는 1.8%, 실시예 2에서는 2.5%, 비교예 1에서는 1.6%로 실시예 2가 가장 큰 감소율을 보이고 있다. 질소원이 풍부한 퇴비는 작물의 영양원으로 바람직한 바, 질소량은 퇴비화 과정중 점점 증가하는 경향을 보이고 있으며 질소의 증가율도 실시예 2가 가장 많았으며 비교예 1이 가장 적었다. 퇴비화 과정중 C/N율은 부숙도를 평가하는데 많이 이용되었으며 퇴비화의 적정 C/N율은 25∼35로 알려져 있다. 원료에 대한 적정 C/N율의 중요성은 C/N율이 너무 낮거나 높으면 퇴비화가 느리게 진행되거나 제대로 퇴비화가 이루어지지 않고 중단되는 결과를 초래하기 때문이다. 초기의 C/N율에 대한 최종 C/N율을 비교해 보면 탄소의 감소가 크고 질소 증가가 컸던 실시예 2가 22.7%로 가장 큰 감소를 보였고 실시예 1 및 비교예 1은 각각 19.2, 17.5였다.
한편 식물 독성 실험은 퇴비의 부숙도를 평가하는데 유용한 방법중의 하나로서, 하기와 같이 실행되었다. 먼저 풍건된 시료와 증류수를 1:20(w/v)으로 혼합하여 환류냉각장치를 이용하여 70℃에서 2시간 환류추출하여 여과지로 여과하였고 9cm 여과지를 깔은 직경 9cm 페트리 접시에 이것을 5ml씩 넣고 배추종자를 10개씩 파종하였다. 파종 후 5일뒤에 발아상태와 유식물의 뿌리길이를 측정하였다. 실험은 3회 반복으로 실시하였으며 발아 지표(Germination index, G.I.)값은 비교예에서 얻어진 수치에 상대적인 수치로 계산하였다. 상기 식물 독성 실험에서 발아지표값과 뿌리의 평균 길이를 하기 표 4에 나타내었다.
퇴비화 과정 중 발아지표값과 평균 뿌리 길이
퇴비화 기간 실시예 1 실시예 2 비교예 1
뿌리길이(cm) G. I. 뿌리길이(cm) G. I. 뿌리길이(cm) G. I.
1 15.5 55 19.8 70 14.4 51
6 12.1 43 16.6 59 12.7 45
13 19.5 69 24.0 85 18.6 66
20 31.6 112 28.8 102 27.4 97
35 33.8 120 30.1 106 29.2 103
G.I. 값이 80 이상이면 식물에 독성이 없다고 보므로(Zucconi, F., et al. 1981. Evaluating toxicity of immature compost., Biocycle, March/April pp54∼57) 상기 표 4에서 실시예들 및 비교예에서 20일 이후 모두 80 이상의 값을 나타냄을 알 수 있어 식물의 생장에는 거의 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다.
또한 퇴비화 기간중 퇴비더미의 중심부에서 매일 온도를 측정하였다. 그 퇴비화 과정중의 온도 변화를 도 2에 나타내었다. 상기 도 2에서 퇴비화가 시작한지 3일이 지나면서 60℃ 이상까지 상승하였으며 15일간 계속 60℃ 이상의 고온을 유지하였다. 실시예들 및 비교예간의 온도변화에 대한 차이는 나타나지 않았으며 20일부터 점점 하강하였다. 초기에 온도가 급격히 상승한 것은 혼합물이 축사에서 6개월 이상 정치되어 있어 우분과 톱밥과 쌀겨의 혼합이 잘 이루어졌으며 쌀겨의 혼합이 퇴비더미에 공극을 크게 유지해 줌으로써 통기성을 양호하게 해 주었고 계속적인 뒤집기가 공기 공급에 많은 효과를 준 것으로 추정된다.
퇴비의 대규모 생산
실시예 3
본 발명의 미생물 제제의 돈분 퇴비화에의 적용 가능성을 조사하기 위한 퇴비화 실험을 20톤으로 논산시 소재 축협 퇴비 공장에서 실시하였다. 퇴비의 주원료는 돈분, 수분 조절제로 톱밥을 이용하였다. 돈분 자체의 함수율이 85% 이상이었기 때문에 함수율이 낮은 톱밥을 혼합시킴으로써 수분 조건을 65%로 조정하였고 실시예 2와 동일한 내용으로 처리하여 퇴비화를 실시하였다.
비교예 2
상기 실시예 3에서 돈분 + 톱밥으로 처리한 것을 제외하고는 실질적으로 동일하게 실시하였다.
결과 분석
온도 변화를 살펴보기 위해 퇴비 표면으로부터 30, 60, 90cm로 구분하여 온도를 측정하였는데 비교예 2의 온도 변화는 퇴비화 2일째 모든 부분에서 70℃로 상승하였다. 그 후 90cm 층은 뒤집기 전까지 60℃ 이상의 온도를 유지하였으나 30과 60cm 층은 온도가 급격히 하강하여 뒤집기 전까지 50℃ 이하의 온도를 유지하였다. 이와 같이 온도 차이가 큰 변화를 보이는 이유는 계속적인 공기 공급과 품온 유지가 90cm 층 보다 30, 60cm 층이 보다 어려웠던 것으로 판단된다. 뒤집기 이후에는 30과 60cm 층의 온도가 다시 급격히 상승하였다가 점점 하강하는 경향을 보이고 있었으며 90cm 층은 뒤집기 이후에 약간의 온도 상승이 보였지만 큰 차이를 보이지 않았다. 퇴비화 과정 중 화학성 변화를 하기 표 5에 나타내었다.
퇴비화 과정 중 화학성 변화
처리구 퇴비화 기간 pH(1:5) 전기전도도(dS/m) 총 C 총 N C/N비율
%
실시예 3 1 7.34 34.0 51.8 1.65 31.4
5 7.27 33.7 51.1 1.68 30.4
8 7.09 34.7 49.9 1.65 30.2
12 7.13 35.6 50.5 1.63 31.0
19 7.25 36.3 49.6 1.63 30.4
27 7.24 36.9 49.1 1.74 28.2
비교예 2 1 7.27 35.6 51.5 1.64 31.4
5 7.36 34.3 51.9 1.56 33.2
8 6.43 35.0 51.0 1.62 31.5
12 7.24 36.9 51.7 1.69 30.5
19 7.50 36.0 49.9 1.66 30.0
27 7.46 39.4 49.2 1.70 29.0
pH의 변화는 뚜렷한 차이를 보이고 있지 않았고 pH가 두드러지게 낮아지는 경우는 없었던 것으로 보아 혐기적인 조건은 많지 않았으며 이분해성 물질은 미생물에 의해 쉽게 분해된 것으로 판단된다. 전기전도도는 초기에 34∼35dS/m였으며 퇴비화가 진행될수록 점점 증가하였으며 퇴비화 과정 중 점점 증가하는 경향을 보였다. 탄소의 변화를 살펴보면 원료의 탄소 함량은 51% 정도로 높았는데 이것은 수분 조절제로 톱밥을 혼합하였기 때문이며 돈분 자체의 질소 함량이 적어지는 결과를 초래하였다. 비교예 2에서는 퇴비화 27일째까지 2.7%가 실시예 3에서는 2.3%가 감소하였다. 질소는 퇴비화가 진행될수록 점점 증가하는 경향을 보였다. 탄소의 감소가 크지 않았기 때문에 상대적으로 증가율이 크지 않았으며 증가량은 비교예 2 및 실시예 3이 각각 0.9, 0.6%이었다. C/N 율의 경우에도 마찬가지로 탄소의 감소율과 질소의 증가율이 큰 비교예 2가 실시예 3에 비해 약간 더 크게 감소하였으나 그 차이는 크지 않았다.
작물 재배 실험
실시예 4∼5
실시예 4 및 5에서는 상기 실시예 1 및 2에서 제조한 퇴비를 사용하여 하우스 내에서 대규모 작물 재배 실험을 각각 수행하고 시료 처리에 따른 작물의 생육 및 수확에 대하여 조사하였다. 재배 실험은 공주군 우성면에 위치한 하우스에서 실시하였으며 재배 작물은 여름 오이인 가시오이를 공시 작물로 하여 1997년 7월 5일에 정식하여 동년 9월 7일까지 재배하였다. 대규모 퇴비는 우성면에 설치한 퇴비장을 이용하여 1.8톤 규모로 제조하였으며 1주일에 3회 정도 뒤집기를 실시하여 전체적으로 고르게 부숙이 진행되도록 하였다. 오이 재배에 이용된 면적은 약 260m2이었고 퇴비는 5.8kg/m2씩 사용하였다.
비교예 3∼4
상기 실시예 4∼5에 있어서 비교예 3에서는 상기 비교예 1에서 제조한 퇴비를 사용하고 비교예 4에서는 농가의 기존 퇴비를 각각 사용한 것을 제외하고는 실질적으로 동일하게 실시하였다.
결과분석
시료 처리에 따른 오이 성장은 각각 30주를 선별하고 50cm, 75cm, 100cm, 125cm, 150cm에 도달하는 주수를 일정 간격으로 각각 관찰하여 오이의 성장률을 하기 표 6에 나타내었다.
퇴비 시료에 따른 오이의 성장률
구분 성 장
50cm(13일) 75cm(17일) 100cm(19일) 125cm(21일) 150cm(23일)
실시예 4 키*경경(cm) 15(50%)5.5 13(43%)6.0 17(57%)6.8 18(60%)7.5 16(53%)8.2
실시예 5 키경경(cm) 18(60%)5.7 15(50%)6.2 26(87%)7.1 22(73%)7.7 21(70%)8.4
비교예 3 키경경(cm) 13(43%)5.4 10(33%)5.8 16(53%)6.8 13(43%)7.4 12(40%)8.1
비교예 4 키경경(cm) 13(43%)5.3 10(33%)5.8 17(57%)6.8 14(47%)7.3 13(43%)7.9
* 선별된 30주 중 해당 키에 도달한 주수 및 백분율
비교예 3 및 4에서 경경 및 키의 성장이 큰 차이를 보이지 않았으며 각 관찰 시기에서 측정 대상주 중 40∼50%의 주들이 해당 높이에 도달하였다. 그러나 실시예 4의 경우 초기에는 성장률이 비교예 3에 비해 10% 정도 증가하였지만 중기 이후에는 20% 이상의 증가율이 관찰되었다. 또한 실시예 5의 경우에는 17%와 30%정도로 실시예 4에 비해 더욱 현저한 성장률 증가가 관찰되었다. 또한 오이가 150cm 높이까지 성장한 23일째 해당 주들에 적심을 실시하게 되는데 비교예 3 및 4의 경우 40% 전후의 작물에 적심을 실시한 반면 실시예 4는 53%, 실시예 5의 경우에는 70%의 작물에 적심을 실시하였다.
상기 결과와 같이 오이의 성장이 미생물 제제 첨가에 의해 증가하였을 뿐만 아니라 실시예 4 및 5에서 작물의 생장 지표라고 할 수 있는 발화 시기가 2∼3일 정도 빠르게 나타났으며 꽃 수의 증가 속도는 더 큰 것으로 관찰되었다. 그러나 비교예 4에서는 비교예 3과 유의성 있는 차이가 관찰되지 않았다. 따라서 미생물 제제를 이용한 퇴비를 이용하면 작물의 성장과 생장을 촉진시켜 작물의 재배 기간을 단축하게 할 수 있을 뿐만 아니라 과실의 출하 시기를 앞당길 수 있는 잇점을 가져다 줄 수 있다. 또한 오이의 총수확량을 조사하여 하기 표 7에 나타내었다.
오이의 총수확량
구분 총수확량(kg) 과중(g/과) 과장(cm) 과폭(cm)
실시예 4 2024 25.9 35.1 13.0
실시예 5 2130 26.2 35.5 13.2
비교예 3 1895 24.4 34.2 12.8
비교예 4 1923 25.0 34.4 12.9
그 결과 비교예 3에 비해 실시예 4에서 약 7%, 실시예 5에서는 12.4% 정도로 크게 증가한 반면, 비교예 4에서는 1% 정도의 차이가 관찰되었다. 과실의 모양이나 색깔에 있어서는 차이를 보이지 않았다. 평균 과중의 증가를 살펴보면 비교예 3에 비해 실시예 4에서 6%, 실시예 5에서 7%, 과장은 3%와 4%로, 그리고 과폭은 2%와 3%정도로 각각 증가한 것으로 관찰되어 미생물 제제를 이용한 퇴비가 과실의 질을 약간 증가시킨 것을 알 수 있다.
본 발명의 미생물 제제는 축산 폐기물로부터 양질의 퇴비를 속성 생산할 수 있고 국내 토착성이며 악취 제거 및 식물 생장 촉진 물질 생성능이 우수하고 자체 생산이 용이하며 경제성이 있는 미생물 제제로서, 축산 폐기물에 상기 미생물 제제, 락토바실러스 애시도필러스 및 락토바실러스 플란타럼을 첨가하여 축산 폐기물로부터 양질의 퇴비를 속성 생산할 수 있다.

Claims (6)

  1. 기탁번호 제 KCTC 0407BP 호로 기탁되어 있고, 축산 폐기물의 퇴비 제조에 사용되는 바실러스 서브틸리스, 패니바실러스 마세란스 및 로도슈도모나스 sp.로 이루어진 미생물 제제 YC-5.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 축산 폐기물은 우분, 돈분 및 계분으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 미생물 제제 YC-5.
  3. 바실러스 서브틸리스 및 패니바실러스 마세란스를 세균 배양용 배지에서 종균배양하고,
    상기 종균배양된 바실러스 서브틸리스 및 패니바실러스 마세란스를 발효조에 접종하여 본배양하여 상기 바실러스 서브틸리스 및 패니바실러스 마세란스를 생산하는 단계;
    로도슈도모나스 sp.를 광합성 세균 배양용 배지에서 종균배양하고,
    상기 종균배양된 로도슈도모나스 sp.를 발효조에 접종하여 본배양하여 상기 로도슈도모나스 sp.를 생산하는 단계: 및
    상기 생산된 바실러스 서브틸리스 및 패니바실러스 마세란스와 상기 생산된 로도슈도모나스 sp.를 혼합하는 단계:
    를 포함하는 제 1 항의 미생물 제제의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 본배양된 미생물 배양액들을 각각 흡착제인 질석 및 영양제인 쌀겨와 혼합하여 포뮬레이션하여 2차배양하는 단계를 더욱 포함하는 제 1 항의 미생물 제제의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 포뮬레이션시 상기 배양액, 질석 및 쌀겨를 질석의 함량이 전체의 50부피% 이하가 되고, 함수율이 60부피% 정도를 유지하도록 혼합하고, 보조 영양제로 요소, 인산소다 및 마그네슘을 더욱 첨가하는 것인 제 1 항의 미생물 제제의 제조방법.
  6. 축산 폐기물에 제 1 항의 미생물 제제, 락토바실러스 애시도필러스 및 락토바실러스 플란타럼을 첨가하는 단계:
    를 포함하는 축산 폐기물의 퇴비의 제조방법.
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