우분 퇴비화의 주발효과정 중 이화학적 및 미생물학적 파라미터의 변화

Changes in Physico-chemical and Microbiological Parameters during Active Composting of Cattle Manure

주재료와 부재료로서 각각 우분과 톱밥이 함유된 유기성 폐기물 퇴비화의 주발효과정 중 이화학적 및 미생물학적 파라미터의 변화양상을 조사하고, 이로부터 퇴비화의 평가에 이용할 수 있는 각 파라미터간의 상관관계를 분석하였다. 퇴비화 전과정동안 온도는 $30-65^{\circ}C$, pH는 7.5-9.5, 함수율은 50-60% 정도의 범위에서 변하였으며, 이 중 $40^{\circ}C$ 이상의 고온이 유지되는 주발효 기간은 약 16일 정도 지속되었다. 주발효 기간 중 시료내 총탄소, 총질소 및 유기물 함량은 모두 15% 이상 감소되었으나, C/N ratio는 뚜렷한 변화를 보이지 않았다. 주발효 후기에는 암모니아성 질소 함량이 급격히 감소하고 질산성 질소가 증가되는 경향이 나타났다. 미생물 군집내 중온균과 고온균의 개체수는 퇴비화 과정동안의 온도변화와 밀접한 관계를 보였다. 중온균은 $50^{\circ}C$ 이상의 고온발효 기간에 급격히 감소하다가 온도가 낮아지는 주발효 후기에 다시 증가하는 반면에, 고온균은 이와 반대의 변화를 보였으며 주발효 기간 중 고온균의 개체수는 중온균에 비하여 $10-10^2$배 높았다. 조사된 토양효소 중 amylase 활성은 중온균의 개체수 및 환원당량과 높은 양의 상관관계를, 고온균의 개체수와는 음의 상관관계를 나타냈다. 이와는 달리 상호 유의할만한 양의 상관관계를 보인 cellulase, xylanase 및 ligninase의 활성은 주발효 기간 중 지속적으로 증가하는 양상을 보임으로써, 주발효 기간 중 lignocellulose 분해미생물과 amylose 분해미생물간의 출현양상이 크게 다름을 보여 주었다.

Various physico-chemical and microbiological parameters of a composting system were compared with respect to their potential use for the monitoring and evaluation of composting processes for cattle manure. The temperature changed within a range of $30-65^{\circ}C$ during the whole composting process, and the period of active composting (>$40^{\circ}C$) persisted for 16 days. The concentrations of total carbon, total nitrogen, and organic matter decreased by 15% during active composting, but significant changes in C/N ratio were not observed. The decrease of temperature in the latter period of active composting caused a decrease of $NH_4^+-N$ and an increase of $NO_3^--N$ in the composting pile. When temperature exceeded $50^{\circ}C$, the population of thermophiles was higher than that of mesophiles by more than 1 or 2 orders of magnitude. Correlation analyses showed that amylase activity correlated positively with the population of mesophiles and reducing sugar content, but negatively with the population of thermophiles. Amylase activity was higher at the beginning of active composting, whereas cellulase, xylanase and ligninase activities which showed close relationship with each other, increased continually during active cornposting, suggesting the distinction of temporal niches between amylose-degrading and lignocellulose-degrading bacteria in the same habitat.