인분해효소를 급여한 산란계에서 배출되는 계분의 성상과 비료화에 관한 연구

본 연구는 전북대학교 동물실험윤리위원회에서 동물실험계획 승인을 받아 동물실험농장에서 진행하였다(JBNU 2021-0168). 60주령 하이라인 산란계 30수를 분변 채집이 가능한 30개의 개별 대사케이지에 분배하여 10주간 사양실험을 실시하였다. 실험계사는 완전 무창계사로서 계사 내부온도는 25±5°C였고, 점등시간은 매일 16시간으로 일정하게 조사하였다. 각 처리구는 기초사료에 인분해효소(Ronozyme HiPhos-L, 6-phytase produced by the strain of Aspergillus oryzae)를 0, 1,000 및 2,000 FTU/kg 수준으로 첨가하였다. 개별 케이지에 배치한 산란계에게 매일 일정한 사료(110 g/수)와 신선한 음용수를 제공하였으며, 기초사료는 KFSP (2012)에 부합되도록 대사에너지 2,750 kcal/kg과 단백질 16% 수준으로 배합하였다(Table 1).

산란계에게 인분해효소를 수준별로 급여한 후 배출되는 분변의 성상을 조사한 결과는 Table 3에 나타내었다. 건조 분변 내 질소, 인산 및 칼리의 함량은 인분해효소의 사료첨가 수준에 따른 차이가 없었다. 산란계 사료섭취(kg)당 배설된 생계분량은 인분해효소의 급여수준(0~2,000 FTU/kg)에서 1,276.49~1,381.69 g으로 유의적 차이가 없었다. 반면에 산란계 사료섭취(kg)당 발생한 건계분은 인분해효소 2,000 FTU/kg 처리구에서 0과 1,000 FTU/kg 처리구에 비해 유의적으로 감소하였다(P<0.05). 또한 배설된 질소, 인산 및 칼리의 양도 2,000 FTU/kg 처리구에서 0과 1,000 FTU/kg 처리구보다 감소하였다(P<0.05). 이것을 감축비율로 산정한 결과(Table 3), 인분해효소 1,000 FTU/kg 급여로 계분의 배출량은 건계분 12%, 질소 10% 및 인산 7%가 감소되었으며, 2,000 FTU/kg 수준에서 배출량은 건계분 28%, 질소 29%, 인산 12% 및 칼리는 23% 감소되었다. 이러한 결과는 Arguelles-Ramos et al.(2020)의 연구에서 미생물 유래 인분해효소의 550 FTU/kg 수준에서 계분의 함수율이 10% 이상 높았으며 결과적으로 양분 배출을 저감하였다는 결과와 일치하였다. 또한 가금 사료 내 인분해효소의 1,500 FTU/kg 수준의 첨가 급여가 영양소 배출을 감소한다는 다양한 선행연구 결과도 있다(Lalpanmawia et al., 2014; Kiarie et al., 2015; He et al., 2017). 그러므로 산란계 사료에서 인분해효소의 첨가로 배출된 건계분량이 감소하였으므로 국내 과잉되는 계분을 줄일 수 있을 것으로 기대되며, 인분해효소의 첨가를 통한 계분에서 유래된 양분 배출량 감소는 국가 양분수지 개선 효과가 있을 것으로 사료되었다. 추후에는 인분해효소 급여에 따른 사료 비용 상승과 계분 발생 저감에 따른 처리비용 감축을 비교하여 편익 구조를 연구할 가치가 있다.

본 연구에서 채집한 계분을 퇴비화하여 함수율과 양분 균형을 고려한 펠렛형태의 복합비료를 제조할 수 있었다(Fig. 1, 2). 인분해효소를 급여한 산란계에서 배출된 계분을 퇴비화(25~30% 함수율)하여 복합비료를 제조한 결과(Table 4, Fig. 1), 비료 내 계분 함량은 인분해효소 처리구간 69.8~ 71.6%로 유사하였다. 또한 인분해효소의 첨가수준(0~2,000 FTU/kg)에 따라 25% 함수율의 퇴비를 사용할 경우 질소 4.25~4.31%, 인산 3.41~3.45%, 칼리 3.39~3.43%이며, 30% 함수율 퇴비사용으로 질소 4.05~4.10%, 인산 3.23~3.29%, 칼리 3.25~3.30%로 확인되어, 인분해효소 급여가 비료의 양분 함량에는 큰 영향을 미치지 않았다(Table 3). 한편, 25% 함수율의 퇴비를 활용한 비료가 30% 함수율에 비해 양분 함량은 높았지만, 국내에서 계분퇴비의 평균 함수량이 30% 내외이므로 30% 함수율의 계분퇴비가 이용성이 높을 것으로 사료된다(Nam et al., 2010). 비료 내 평균 양분 함량(질소, 인산, 칼리)은 4-3-3%로 범용비료(21-17-17%)에 비해 낮았으나 양분균형 측면에서는 1-0.8-0.8%로 유사하게 제조될 수 있었다(Table 4, Fig. 1). 가축분 퇴비원료 중 계분은 돈분과 우분에 비해 양분 함량과 균형이 우수하여 약 15%의 계분이 단독원료로 사용되고 있다(Ahn et al., 2021). 본 연구에서도 계분퇴비는 함수율을 조절하여 복합비료의 주원료로 이용될 수 있음을 확인하였다.

Fig. 1. Compound fertilizer (example of Table 4): compost¹ from laying hens fed dietary phytase levels² + feed ingredients. ¹ Moisture content of compost: 25%; A, C, E, 30%; B, D, F. ² Phytase levels: 0 FTU/kg; A, B, 1,000 FTU/kg; C, D, 2,000 FTU/kg; E, F.

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Fig. 2. Compound fertilizer (example of Table 5): compost from laying hens¹ + feed ingredients². ¹ Moisture content of compost: 40%; A, D, G, J, M, 50%; B, E, G, K, N, 60%; C, F, I, L, O. ² Feed ingredients: soybean bran; A, B, C, distillers dried grains; D, E, F, rice bran; G, H, I, coconut meal; J, K, L, soybean meal; M, N, O.

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40~60% 함수율의 계분을 단미사료(대두피, 주정박, 미강, 야자박 및 대두박)와 혼합하여 복합비료를 제조한 결과(Table 5, Fig. 2), 단미사료는 계분과 비교하여 양분 함량이 높고 수분 함량이 낮으므로 비료의 수분과 양분 함량조절을 위해 활용될 수 있었다. 제조된 비료의 양분 함량은 대두박과 혼합 시에 가장 높았고, 계분퇴비의 활용성은 대두피를 이용하는 것이 가장 효율적이었다. 40% 함수율의 퇴비를 이용한 비료에서 50%와 60% 함수율의 계분을 이용한 비료보다 질소, 인산, 칼리가 일괄적으로 높았다.

한편, 퇴비의 구성비는 25~30% 함수율 퇴비를 이용할 경우 비료 내 69.6~71.6%를 차지하였고, 40~60% 함수율 퇴비는 비료 내 13.0~47.1%를 구성하였다. 따라서 계분처리량을 높이기 위해 계분의 함수율을 낮추기 위한 연구가 병행될 필요가 있다. 일반적으로 수분 함량이 높은 계분의 특성상 이를 낮추기 위해 양분이 거의 없는 왕겨나 톱밥을 이용하지만, 이것은 비료의 양분 감소와 부피 증가의 원인이 된다(Choi et al., 1996). 또한 비료공정규격에서 퇴비의 수분을 55% 이하로 업체에서 자율적으로 규제하도록 되어 있으므로 계분퇴비의 이용성을 높이기 위해서는 계분의 함수율을 낮추는 제조공정이 도입되어야 한다(Hansen et al., 1989). 또한 추후에는 이러한 복합비료 내 유해성분이나 유해균 조사가 필요하며 농작물에 공급하여 생육성상을 조사하는 연구가 필요하다.