250 This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://
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J. Mushrooms 2018 December, 16(4): 250-256 http://dx.doi.org/10.14480/JM.2018.16.4. 250 Print ISSN 1738-0294, Online ISSN 2288-8853
© The Korean Society of Mushroom Science
*Corresponding author E-mail : [email protected]
Tel : +82-63-238-4051, Fax : +82-63-238-4035 Received October 31, 2018
Revised November 30, 2018 Accepted December 6, 2018
양송이버섯 재배용 자주식 배지교반기 개발
박환중1 · 유병기1,* · 이성현1 · 이찬중2 · 김영호3
1
국립농업과학원 스마트팜개발과
2
국립원예특작과학원 버섯과
3
새터영농조합법인
Development of self-propelled windrow turner for button mushroom compost
Hwan-Jung Park1, Byeong-Kee Yu1,*, Sung-Hyeon Lee1, Chan-Jung Lee2, and Yeong-Ho Kim3
1
Smart Farm Development Division, National Institute of Agricultural Science, RDA, Jeonju, Jeonbuk, 54875, Korea
2
Mushroom Research Division, National Institute of Horticultural & Herbal Science, RDA, Eumseong, Chungbuk, 27709, Korea
3
Seteo Farming Association Corporation, Buyeo, Chungnam, 33177 Korea
ABSTRACT:
The windrow turner, widely used for outdoor fermentation of mushrooms in Europe, has been improved by using rice straw instead of wheat straw in accordance with Korea’s actual situation. It was compared with conventional excavator work, and the results were as follows. Agitation performance was 81 m
3/hr, which was 2.8 times higher than 28.6 m
3/hr of excavator. As a result of the temperature distribution in the pile at the end of the fermentation stage, it was found that the temperature at the lower part of the pile was 5
oC higher than that of conventional pile. This was more favorable for aerobic fermentation.
Meanwhile, ash ratio of prototype (30.9±1.1%) was higher than that of control 28.4±1.6%. In the case of prototype turner agitation, the yield of mushroom cultivation was 880 kg/66 m
2, that was 22.9% higher than the conventional control yield of 716 kg/66 m
2.
KEYWORDS: Agaricus bisporus, Compost mixer, Compost property, Mushroom compost, Self-propelled windrow turner
서 론
양송이(Agaricus bisporus)배지는 짚에 축분, 석고 등을 섞어 교반하여 호기 발효시켜 만든다. 양송이는 이 배지 를 저온살균(pasteurizing)하고 후발효(conditioning)하여 암모니아를 제거하고 종균을 접종하여 활착시킨 후 복토
를 하여 재배하는 특성이 있다(Grivensven, 1988). 병버섯 재배와 액체종균기술을 사용할 수 있는 다른 농산버섯은 우리나라의 생육기술이 정상급 수준에 있으나 양송이는 이런 기술을 사용할 수 없는 재배특성으로 인해 재배기술 이 매우 뒤쳐져 있는 실정이다. 1960년대에 양송이버섯 인공재배가 도입된 후 현재까지도 재배기술 확립이 미흡 하여 수확량이 불안정한 상태라고 보고되었다(Kim et al, 2010). 또한 양송이버섯의 수량은 배지의 품질에 크게 영 향을 받는다(Llama et al, 2014). 우리나라는 양송이 배지 를 만드는 유기질재료로 주로 볏짚을 사용하기 때문에 서구의 퇴비제조방법과는 일치되지 않는 부분이 많이 있 다. 유럽에서는 1990대 중반 Nothern Ireland 에서 벙커 용기(bunker)에서 배지를 만드는 방법이 개발되어 퇴비 를 야외에서 발효하는 방법이 대체되기 시작되었다 (Shanna et al 1991,1996, Lyons 2000). 네덜란드를 비롯 한 유럽에서는 씨엔씨(CNC), 후이만(Hooymans), 워크로 (Walkro)사 등 대형 배지제조전문회사가 있어서 터널에서 밀짚과 축분을 호기발효시킨 1차 배지(phase I), 이것을 터널에서 56oC로 저온살균하고 5~8일간 컨디셔닝시켜 암
한 3차 배지(phase III)를 만들어 농가에 보급하고 있다 (Kim, 2017, Mark, et al 2016). 농가에서는 이 3차 배 지에 피트모스로 된 복토를 함께 입상하여 양송이를 재 배한다. 국내에서는 1960년대에 양송이 재배가 보급된 이후 볏짚에 계분과 석고를 인력으로 섞어 2~3일씩 쌓 아두기를 5~7회 반복하여 호기발효시켜 1차 배지를 만 들었다. 이것을 재배사에 입상하여 재배사에서 2차 배지 3차 배지를 만들고 그 위에 흙을 복토하여 양송이를 재 배하여 왔다. 1990년대 이후 인력부족 및 힘든 교반작 업을 생력화하기 위하여 굴삭기에 포크날을 달아서 교 반을 하는 것이 일반화 되어 왔다. 그런대 굴삭기 교반 은 인력작업에 비해 정밀도가 떨어져 단위면적당 수확 량이 1989년 19.7kg/m2에서 2017년 11kg/m2으로 감소 하였다(MAFRA, 1997, 2018). 본 연구에서는 유럽에서 벙커와 터널시스템이 개발되어 보급되기 전에 1차배지 생산에 많이 사용되던 윈드로우 터너(windrow turner) 를 우리나라 실정에 맞게 볏짚을 사용하여 양송이용 1 차 배지를 생산할 수 있도록 개발하였다. 유럽의 양송이 배지용 윈드로우 터너는 밀짚을 기본재료로 사용하는 기계로 개발되어 밀짚보다 부드러우면서도 질겨 인장력 이 밀짚보다 2배 이상 높은 볏짚을 사용해야하는 우리 나라 실정에 적용이 어려운 점이 있다. 본 연구에서는 우리나라 실정에 맞게 볏짚을 주원료로 사용하여 1차 배지를 만들 수 있도록 교반기를 개발하여 관행 굴삭기 작업과 비교하였다.
재료 및 방법
배지교반기 개념 및 착안점
저속으로 회전하는 대형 드럼에 달려있는 여러 개의 러 그가 배지재료를 걷어 올려서 드럼 뒤쪽 위쪽에 있는 고 속으로 회전하는 소형스피너에 넘겨준다. 이 스피너에 의 해 배지재료가 날아가서 쌓여 배지더미를 만드는 방식이 다(Fig. 1.). 배지재료가 러그에 따라 올라가고 스피너에 의해 날아갈 때 앞에서 뒤로 움직일 뿐만 아니라 좌우로 도 움직이도록 러그와 스피너 날을 반대방향 사선으로 배 치하는 것을 착안점으로 하였다.
걷어올림 러그 배치 및 러그형상 설계요인시험
러그를 1개씩 사선으로 부착하는 경우(Fig. 2. a) 와 러 그 3개를 1조로 하여 사선으로 부착하는 경우(Fig. 2. b) 밀짚퇴비와 볏짚퇴비에 대하여 걷어올려지는 상태를 조사 하였다. 또한 이등변삼각형 러그(Fig. 3. a)와 직각삼각형 러그(Fig. 3. b)의 러그 형상에 따른 볏짚이 걷어 올려지 는 특성을 조사하였다.
픽업드럼의 적정회전수 분석
시험에는 절단되지 않은 볏짚을 사용하였으며 1시간 침 수하여 건진 후 1일간 방치하였다가 계분과 볏짚을 3:10 의 비율로 섞어 관수하여 수분함량을 70~75%로 조절하 였다. 본 퇴적 후 2~3일 간격으로 교반하였다. 교반초기 에는 물에 적신 짚의 성격이 뻣뻣한 특성이 있으나 발효 되면서 점점 부드러워지고 탄성보다는 소성이 강해지는 성격이 있어 복원력도 줄어드는 경향이 있다. 따라서 물 성에 따른 픽업드럼의 적정 회전수를 인버터를 사용하여 변화시켜가며 작업상태를 조사하였다.
시작기 제작
설계 요인시험의 결과를 반영하여 Fig. 4 및 Table 1과 같이 시작기를 제작하였다. 또한 픽업드럼의 러그를 붙인 사선방향과 스피너 날의 사선방향이 반대로 되도록 배치 하여 배지재료가 러그를 따라 올라갈 때에는 바깥쪽으로
Fig. 1. Conception of compost turner
Fig. 2. Lug set type of compost turner
Fig. 3. Lug shape of compost turner
힘을 받고 스피너에 의해 날아갈 때에는 안쪽으로 힘을 받도록 하여 교반효과를 높이도록 제작하였다. 그리고 배 지 재료의 물성에 따라 픽업드럼의 회전속도와 주행속도 를 인버터를 이용하여 조절할 수 있게 하였으며, 교반 중 에 발효과정 중 날아가 수분을 보충할 수 있도록 물탱크, 펌프, 노즐로 구성된 살수장치도 구비하였다. 또한 볏짚은 밀짚에 비하여 2배 이상 질기므로 교반토크가 크게 걸린
다. 따라서 교반 중에는 속도를 낮추어 주행하여 높은 교 반토크를 낼 수 있도록 하고 교반없이 이동할 때에는 속 도를 높일 수 있도록 인버터를 사용하여 구동륜의 속도를 조절할 수 있게 하였다. 조향을 위하여는 구동륜마다 독 립된 기어드모터를 부착하여 독립적으로 조절할 수 있도 록 하여 전후진 및 자기자리에서 360도 선회도 가능하도 록 하였다. 이동이 아닌 교반작업 중에는 타이머로 설정
Fig. 4. A schematic diagram of the self-propelled windrow compost turner
Table 1. Specification of prototype self-propelled windrow compost turner
Item Type and specification
Dimension (L×W×H) mm Weight(kg)
Source of power
6,430×2,740×3,300 6,300
Three phase electric (Maximum power: 30KW)
Windrow Size(Height×Width)mm 1,600 × 1,900
Drum
Diameter×width(mm) Drum geared motor Pickup lugs installation Lug height(mm)
1,400 × 2,000
15KW×4P×1/30, (speed changed by inverter) reduced speed RS#120chain(15T-39T) triple lug 9 sets 4 lines
180
Spinner Spinner motor
speed(rpm)
15KW×6P, V-Belt 3 raw(140-450mm) reduced speed 380
Drive-wheel Drive-wheel geared motor speed change
1.5KW 1/300 by each wheel
Inverter(0~15% in turning work, 0~100% in moving work)
하여 무인 작업도 할 수 있도록 하였으며, 유무선 리모콘 으로 운전할 수 있도록 하였다.
관행작업과 시작기 성능 조사 비교 분석
관행의 굴삭기에 포크날을 부착하여 교반하는 작업과 양송이 배지교반기 시작기로 교반하는 작업에서 시간을 측정하여 재배사 1동당(균상면적 165 m2) 들어가는 노동 시간을 분석하였다.
교반작업에 따른 배지 변화 조사
2018년 7월 25일 함수율 17%의 중량 170 kg 볏짚원형 베일 45롤을 1시간 침수 후 1일간 가적하였다가 26일 16 시 함수율 20%의 계분 2.4톤과 혼합하여 본적을 하고 5 일간 놓았다가 2일 간격으로 관행 굴삭기로 뒤집기를 하 여 쌓아 놓기를 하고 3번째 교반전에 석고 350kg을 첨가 한 후 절반씩 나누어 절반은 관행 굴삭기로 교반을 하고 절반은 개발한 시작기로 교반을 하며 온도, 함수율, 회분 율, 볏짚의 길이 변화 등을 측정하였다. 회분율 측정은 농 촌진흥청 비료의 표준분석법과 시료채취방법(고시 제 1996. 6호)에 준하여 수분을 측정하고 건조된 시료에 대 하여 550oC의 회화로에서 2시간 동안 가열하여 측정된 건물 대비 무기물(Ash)의 비율로 측정하여 부숙도를 산정 할 수 있도록 하였다. 볏짚의 길이 변화는 3곳 이상에서 34개씩의 볏짚길이를 측정하여 평균과 표준편차를 구하였 다. 또한 탐침형온도계를 배지에 설치하여 온도분포를 측 정하였다. 배지의 단면 온도분포는 Golden software사에 서 나온 Surfer 10프로그램을 사용하여 분석하였다.
버섯수확량 비교시험
앞에서 관행과 시작기로 생산한 배지를 부여의 버섯농가 동일 재배사에 절반씩 입상하여 수확량 비교시험을 하였다.
결과 및 고찰
걷어올림 러그 배치 및 러그형상 설계요인시험 결과 드럼에 러그를 1개씩 사선으로 붙인 경우는 뻣뻣한 밀 짚은 걷어올려져서 작업이 가능하였으나 부드러운 볏짚은 걷어올려지지 않았다(Fig 5. a). 그러나 러그 3개를 한조 로 하여 드럼에 부착한 경우는 러그 3개의 윗 부분이 면 을 형성하여 밀짚뿐만 아니라 볏짚도 작업이 가능하였다 (Fig 5. b).
러그의 형상에 따른 작업특성은 이등변삼각형 러그는 짚이 미끄러져 떨어져서 작업능률이 떨어지는 경향이 있 었으나 직각삼각형 러그는 미끄럼 발생이 적어 작업능률 이 높았다.
드럼의 회전수 결정
드럼의 픽업날 끝의 선속도가 2.5 m/s이상이 되면 배지 재료가 픽업되어 스피너 날에 닫지 않고 날아가 교반효과 가 줄어드는 경향이 있었고 선속도가 너무 낮으면 배지재 료를 빨리 올리지 못하여 작업속도가 낮아지는 경향이 있 었다. 그런데 부숙초기에는 배지 내의 공간이 많고 볏짚 의 탄성이 높으므로 2 m/s 내외의 작업이 적당한 것으로 분석되었다. 그러나 부숙이 진행되어 감에 따라 배지의 조밀도가 높아지고 탄성이 감소하며 소성이 증가하는 경 향이 있었는데, 부숙이 많이 된 발효후기에 발효초기와 같은 속도로 작업을 하면 배지더미에 러그자국의 홈만 생 기고 걷어 올려지지 않는 경우가 생겼다(Fig. 6). 이런 경 우는 드럼의 회전수를 줄여서 러그 끝의 선속도를 1 m/s 내외로 낮추어 조정하면 작업이 무난하였다. 이는 회전수 를 줄이면 배지재료에 생겼던 러그가 지나간 자국이 다음 러그가 지나가기 전에 매워지는 시간이 확보되기 때문인 것으로 판단된다.
Fig. 5. Workability by different type of pickup lug
관행작업과 시작기 성능 비교분석
시작기 교반작업 성능은 81 m3/hr으로 굴삭기 28.6 m3/ hr보다 2.8배 높았으나 시작기로 작업할 경우에는 작업초 기에 시작기의 작업시작 위치로의 이동, 비산방지판설치, 교반 끝 부분 작업정리 등 교반작업 전후 작업에 약 15분 의 시간이 소요되었다. 우리나라에 평균적인 재배사 한 동(균상면적 165 m2)의 물량을 작업할 경우 초기에는 부 피가 커서 작업물량이 많고 후기에는 부피가 줄어서 작업 물량이 적어지므로 평균작업시간을 구한 결과 관행 굴삭 기 작업으로는 134분, 시작기로는 61분이 걸려 55%시간 을 절약할 수 있은 것으로 분석되었다. 그러나 배지생산 공장이나 대규모작업반에서 많은 양의 배지를 연속 생산 할 경우에는 교반작업을 무인작업으로 설정하고 전후 작 업을 할 수 있으므로 재배사 한 동(균상면적 165 m2)당 1 회 평균 배지교반시간이 46분에 가까워져 노력을 66% 절 감할 수 있는 것으로 분석되었다. 시작기에 의한 교반은 교반 정밀도가 작업자의 숙련도에 관계없이 확보할 수 있 다. 그러나 관행 굴삭기를 사용한 교반에서는 배지재료가 뭉쳐서 혐기발효를 유발하는 부분이 없도록 숙련된 작업 자가 고도로 집중하여 작업하지 않으면 배지 균일성 확보 가 어려워 버섯생산을 망칠 수 있으므로 작업자의 노동강 도가 매우 크다.
퇴비배지 물성 변화 조사 결과
물에 적신 볏짚을 계분과 10:3의 비율로 섞어 쌓는 본 적 이후 5일간 야적 후 관행방식으로 1, 2차 교반 뒤에 각 각 2일간 쌓아놓았을 때의 퇴비배지 내부 높이별 온도변 화는 Fig. 7과 같았다. 계분과 젖은 볏짚을 썩어쌓는 본적 이후 배지내의 높이별 온도는 처음에는 윗부분(꼭대기에 서 30 cm)이 가장 먼저 올라갔고 그 다음 중앙부분이 올 라가고, 마지막으로 아랫부분(바닥에서 30 cm)의 온도가 올라가는 경향이 있었다. 또한 윗부분의 온도는 낮이 되 면 온도가 떨어지는 경향이 나타나고 떨어지는 정도가 날 짜가 지나가면서 더 커지는 것을 보였는데 이것은 더운 낮에 퇴비 윗부분의 습기가 증발하면서 기화열을 빼앗아 가기 때문인 것으로 판단되었다. 굴삭기에 의한 1차 교반 후 2일간 및 2차 교반 후 2일간의 온도변화에서는 윗부분 과 가운데 부분은 온도가 올라갔으나 아랫부분은 거의 온 도가 올라가지 못하였다. 초기 1~2차 교반 기간에는 아랫 부분까지 충분한 발효를 위하여 교반간격을 3일 이상으로 하는 것이 더 바람직할 것으로 판단되었다.
3번째 교반에서는 석고를 혼합 후 절반씩 나누어 절반 은 시작기로 교반을 하였다. Fig. 8에서 3번째 교반 후 교 반기로 교반한 것이 4일과 5일 온도가 낮은 것은 굴삭기 로 석고를 혼합할 때 한 번 냉각되고 교반기로 교반할 때 또 냉각되어 관행보다 더 열손실이 많았기 때문이라고 사 료된다. 이후 교반기로 교반한 퇴비 중앙부 온도가 증가 하는 기울기가 관행 굴삭기로 교반한 것보다 높은 것은 그 만큼 퇴비가 고르게 혼합되고 공극이 확보되어 발효균 의 활성도가 높기 때문으로 판단된다.
6번째 교반 직전인 8월10일 오전 10시의 퇴비 배지의 온도분포는 Fig. 6과 같이 나타났는데 관행의 퇴비더미 아래 부분에서 50oC 이하의 저온부분이 나타나 호기발효 가 아닌 혐기발효 우려가 있는 것으로 나타났으나 시작기 로 교반한 것에서는 가운데 아래부분도 55oC전후로 나타 나 혐기발효 우려가 적은 것으로 판단되어 발효의 균일성 과 배지더미 중앙아래까지도 산소가 잘 전달되었을 것으 로 추정되었다.
볏짚의 길이와 함수율 회분을 조사한 결과는 Table 2와
Fig. 6. The shape of compost and lug by compost turner at
the last turning during outdoor fermentation, it was impossible to work if the pickup-lug linear velocity is more than 2.0 m/s.
Fig. 7. Variation of temperature on different height in compost during initial period(mixing of substrate materials ~ 2nd
turning by excavator)같이 나타났다. 볏짚의 길이는 전체적으로는 처음 66±15 cm에서 시작기의 경우 35±10 cm, 굴삭기의 경우 45±15 cm보다 약간 짧아지는 경향을 보였으며 함수율은 큰 변
화는 없었다. 부숙도를 추정할 수 있는 회분율은 관행은 28.4±1.6%, 시작기의 경우는 30.9±1.1% 나타나 유럽에서 1차 배지완료시 30.0%로 보고(Griensven, 1988)된 것과 유사하였다.
버섯수확량 비교시험
버섯농가에서 같은 재배사의 절반씩 관행과 시작기로 교반하여 발효한 배지를 입상하여 버섯을 재배한(Fig. 10) 결과 각각 66 m2의 재배상에서의 수확량은 Table 3과 같 이 시작기 880 kg으로 관행 716 kg대비 22.9% 증수되는 것으로 나타났다.
적 요
유럽에서 양송이 야외발효에 많이 사용하던 윈드로우 터너를 우리나라 실정에 맞게 밀짚대신 볏짚을 사용할 수
Fig. 8. Variation of temperature on different height in compost during latter period(3rd turning?final turning).
Fig. 9. Temperature distribution on compost inside file(half
cross section at last stage of outdoor composting process)Table 2. Change of composts characteristics during different stages of outdoor composting process
Division Numbers
of day
Rice straw length(cm) Water contents(%) Ash(%) Average Standard
deviation Average Standard
deviation Average Standard deviation
Rice straw 0 66 15 17.0 0.5 10.7 0.4
After mixing poultry waste 0 54 16 68.8 2.4 16.7 0.4
Before first turning (excavator) 5 50 14 71.8 1.4 18.3 1.9
End of first turning period(excavator) 7 52 15 76.8 1.2 19.1 1.1
End of second turning period(excavator) 9 62 12 76.2 0.3 21.9 0.5
After mixing gypsum 9 62 12 69.4 5.9 24.8 2.9
End of third turning period (turner) 11 48 17 73.7 2.1 27.7 0.4
End of third turning period (excavator) 11 48 13 74.8 0.4 22.3 2.9
End of fourth turning period (turner) 13 51 15 71.6 0.7 28.5 2.6
End of fourth turning period (excavator) 13 38 12 72.3 2.4 27.0 5.3
End of fifth turning period (turner) 15 35 10 72.9 0.9 30.9 1.1
End of fifth turning period (excavator) 15 45 15 74.0 0.3 28.4 1.6
있도록 개량 개발하였다. 관행 굴삭기작업과 비교하여 조 사한 결과는 다음과 같다. 교반작업 성능은 81 m3/hr으로 굴삭기 28.6 m3/hr보다 2.8배 높았으며, 재배사 한 동(균 상면적 165 m2)당 1회 배지교반시간이 46분으로 관행보 다 노력을 66% 절감할 수 있는 것으로 분석되었다. 또한 야외발효 말기 배지더미의 온도분포 조사 결과 배지더미 중앙 아래부분의 온도가 관행보다 5oC 이상 높아 호기발 효에 유리한 것으로 나타났으며, 부숙도를 추정할 수 있 는 회분조사결과 30.9±1.1%로 나타나 관행 28.4±1.6%보 다 부숙정도도 높게 나타났다. 버섯의 농가 재배결과 수 확량이 시작기의 경우 관행 대조구 대비 22.9% 증수되는 것으로 나타났다.
감사의 글
이 연구는 농촌진흥청 연구사업(세부과제번호:
PJ012053012018)의 지원에 의해 이루어진 것입니다.
REFERENCES
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Fig 10. Comparison of cultivation characteristics.
(left: control, right: turner)
