Characteristics of Manure and Estimation of Nutrient and Pollutant of Holstein Dairy Cattle

This study was conducted to determine fertilizer nutrient and pollutant production of Holstein dairy cattle by estimating manure characteristics. The moisture content of feces was 83.9% and 95.1% for urine. The pH of feces and urine were in the ranges of 7.0～7.4 and 7.5～7.8, respectively. The average BOD5, COD, SS, T-N, T-P concentrations of the dairy feces were 18,294, 52,765, 102,889, 2,575, and 457mg/ℓ, respectively. Dairy urine showed lower levels of BOD5(5,455mg/ℓ), COD(8,089mg/ℓ), SS(593mg/ℓ), T-N(3,401mg/l), and T-P(13mg/ℓ) than feces. The total daily produced pollutant amounts of a dairy cow were 924.1g(Milking cow), 538.8g(Dry cow), 284.4g(Heifer) of BOD5, 2,336.5g (Milking cow), 1,651.8g(Dry cow), 734.1g(Heifer) of COD and 4,210.1g(Milking cow), 2,417.1g(Dry cow), 1,629.1g(Heifer) of SS and 194.8g(Milking cow), 96.4g(Dry cow), 58.3g(Heifer) of T-N and 24.0g(Milking cow), 10.2g(Dry cow), 6.1g(Heifer) of T-P. The calculated amount of pollutants produced by a 450kg dairy cow for one year were 181.3kg of BOD5, 492.5kg of COD, 899.9kg of SS, 36.0kg of T-N and 4.1kg of T-P. The total yearly estimated pollutant production from all head(497,261) of dairy cattle in Korea is 90,149 tons of BOD5, 244,890 tons of COD, 447,491 tons of SS, 17,898 tons of T-N and 2,008 tons of T-P. The fertilizer nutrient concentrations of dairy feces was 0.26% N, 0.1% P2O5 and 0.14% K2O. Urine was found to contain 0.34% N, 0.003% of P2O5 and 0.31% K2O. The total daily fertilizer nutrients produced by dairy cattle were 197.4g (Milking cow), 97.4g(Dry cow), and 57.9g(Heifer) of Nitrogen, 54.2g(Milking cow), 22.2g(Dry cow), and 14.2g(Heifer) of P2O5 and 110.8g(Milking cow), 80.4g (Dry cow), and 39.5g(Heifer) of K2O. The total yearly estimated fertilizer nutrient produced by a 450kg dairy animal is 36.2kg of N, 8.8kg of P2O5, 24.6kg of K2O. The estimated yearly fertilizer nutrient production from all dairy cattle in Korea is 18,000 tons of N, 4,397 tons of P2O5, 12,206 tons of K2O. Dairy manure contains useful trace minerals for crops, such as CaO and MgO, which are contained in similar levels to commercial compost being sold in the domestic market. Concentrations of harmful trace minerals, such as As, Cd, Hg, Pb, Cr, Cu, Ni, Zn, met the Korea compost standard regulations, with some of these minerals being in undetected amounts.

홀스타인 젖소 분뇨의 특성과 비료성분 및 오염물질 부하량 추정

2005년 말을 기준으로 우리나라의 농림업 생산액은 총 36.3조원으로 이중 축산업 생산액은 11.8조원으로 전체 생산액의 32.5%를 차지하여 가장 많은 비율을 점유하고 있으며(농림부, 2006), 유제품의 소비량도 꾸준히 증가하여 1인당 63.6kg의 우유․유제품을 섭취하는 것으로 나타났다(농촌경제연구원, 2005). 이 같은 성장은 축산농가들이 국제 경쟁력 확보를 위해 그동안 보여준 각고의 노력과 꾸준한 투자의 결과로 평가되고 있으며, 이제는 축산물이 국민의 식생활에서 없어서는 안될 중요한 위치를 차지하게 되었다. 우리나라의 가축사육두수는 1970년대부터 해마다 계속 증가하여 2005년 말 현재 한우 1,819천두, 젖소 479천두, 돼지 8,962천두, 닭 109,628천수가 사육되고 있으며 사육농가의 전업화로 인하여 농가수는 점차 줄어들고 있는 반면에 농가당 사육두수는 증가하고 있는 실정이다(농림부, 2005). 농가당 평균 가축사육두수는 한우 8.8두, 젖소 51.7두, 돼지 671.4두, 닭 813.0수이며, 이중 부업이 아닌 전업농으로 볼 수 있는 한우 50두 이상의 사육농가가 전체 한우농가의 2.9%, 젖소 50두 이상 사육농가가 46.8%, 돼지 1,000두 이상의 농가가 21.6%, 닭 30,000수 이상의 농가가 1.0%를 차지하고 있어, 젖소가 다른 축종에 비해 전업농의 규모가 가장 많이 이루어졌다고 볼 수 있다(농림부, 2005). 따라서 매년 축산농가로부터 발생되는 분뇨의 양도 증가되고 있으며, 1990년초부터는 가축분뇨가 작물의 비료원으로 쓰이는 순기능보다는 환경오염의 한 요인으로 지목되면서 토양, 수질 및 대기오염이라는 역기능이 더 부각됨에 따라 도시근교의 낙농가, 초지나 사료작물포를 확보하지 못한 목장, 상수원 보호구역내에 위치한 목장에서는 분뇨처리에 고심을 하지 않을 수 없게 되었다. 특히 체격이 크고 방목지 및 운동장 등의 야외에서 사육되는 경우가 많은 젖소는 다른 가축에 비해 분뇨배설량이 많을 뿐 아니라, 운동장 등 축사 외부에서 활동하는 시간이 많기 때문에 주변으로부터 환경을 오염시키는 주범으로 지목을 받아 왔다. 또한 조사료 생산기반인 동시에 생산된 분뇨를 환원해야 할 경지면적이 협소한 상황에서 이루어진 젖소의 규모확대는 가축분뇨의 토양에 대한 부하를 높이게 되었고, 하천의 수질을 오염시키는 환경오염의 주범으로 인식되어 왔다. 이와같은 대내외적인 요인으로 인해 낙농가들은 목장의 규모에 관계없이, 분뇨를 적절하게 처리하는 것이 목장관리에 필수적인 사항으로 인식하게 되었다. 가축분뇨는 2, 3차 산업에서 발생하는 폐기물과는 그 성격 자체가 판이하게 달라 제도적 접근 방식도 나라와 환경에 따라 현격하게 다르다. 미국과 EC의 경우는 가축분뇨 자체를 환경보전재(Natural Resource)로 규정하고 적정한 사용방법을 정립하여 계도(Guide) 하므로서 환경을 보전하는 적극적인 환경보전 제도를 채택하고 있으며, 일본의 경우는 방류수의 수질을 규제하는 소극적 환경보전 제도로 출발했으나 1993년부터는 환경보전형 농업(축산)으로 정책방향을 전환하여 실행해 오고 있다. 우리나라도 이미 1981년부터 가축분뇨에 의한 환경오염 방지제도(법)가 시행되어 왔으나 법의 시행으로부터 25년이 경과한 현재까지도 가축분뇨에 의한 환경오염은 사회로부터 계속 지탄을 받고 있는 상태이다. 가축분뇨의 처리방식은 축종이나 농가 경영여건별로 크게 다르나, 궁극적으로는 경작지에 퇴비․액비 형태로 살포하여 이용하거나 또는 정화하여 방류하는 방법으로 이루어지고 있다. 따라서 젖소분뇨 또는 슬러리 처리에 필요한 시설 또는 활용계획을 세우기 위해서는 젖소로부터 배출되는 분뇨의 특성뿐만 아니라 오염물질 및 비료성분 배출량 추정이 무엇보다 중요하다고 할 수 있다. 본 연구는 젖소분뇨를 효율적이고 적절하게 처리하기 위한 기초자료를 제공하고 국가단위 관리방안을 제시하기 위하여 수행하였다.