< 연구 결과요약서 >
소 속 학 교 조 선대학 교여자 고등학 교 책임 지도교 사 표O현
참여 학생 이O은, 김O원, 박O영
과 제 명 장수풍뎅이 유충 분변토 재활용 방안 모색
연구목표 장수풍뎅이 유충 분변토가 식물 생장에 미치는 영향 및 비료로써의 가치 판단
연구개요 및 내용
□ 이론적 배경 및 선행연구
○ 환경 문제로 인해 화학 비료를 대체할 천연 비료에 대한 연구가 활발하다. 특히 지렁이 분변토에 대한 연구가 많은데, 지렁이는 다양한 유기성 폐기물을 장내 미생 물을 통해 분해하여 식물의 흡수를 도와 식물 생장 향상에 도움을 준다. 장수풍뎅이 유충도 지렁이와 같은 방식으로 소화 작용을 한다. 이러한 지렁이와 장수풍뎅이 유충의 유사점에서 장수풍뎅이 유충 분변토도 지렁이 분변토와 유사한 작용을 할 수 있을 것이라 추측하였다.
○ 장수풍뎅이 유충 분변토가 식물 생장에 미치는 영향을 조사한 한 선행연구에선 성분은 비료로써 나쁘지 않으나, 식물 생장을 억제한다는 결과가 나왔다. 다른 연구에선 분변토의 산성도가 강알칼리성이기에 식물 생장 향상에 도움을 주지 못한 것이라 서술되었다.
□ 연구 주제 선정(목적 및 필요성)
○ 곤충과 인간은 밀접한 관계를 맺고 있으나 곤충 연구는 다른 연구들에 비해 생소하게 느끼는 사람이 많기에 곤충 연구의 필요성을 느꼈다. 또한, 환경문제 등의 이유로 화학 비료를 대체하고 효과가 우수한 천연 비료가 필요하다고 생각하 였다.
○ 교내 곤충 동아리(INSECT ACADEMY) 회원으로서 동아리 활동 중 발생하는 다량의 장수풍뎅이 유충 분변의 처리 방안을 모색 중 분변토를 식물의 비료로 사용하는 방안을 떠올렸다. 장수풍뎅이 유충 분변토를 식물의 퇴비로 활용해보며 식물 성장과 영양 상태를 점검하여 퇴비로써의 이용가치를 검증하고자 한다. 특히, 다른 비료들을 비교 대조군으로 설정하여 상용화 가능성을 판단하고자 한다.
□ 연구 방법
○ 장수풍뎅이 유충 분변토와 다른 대조군들을 이용하여 작물을 재배한 후, 작물의 생장률을 측정하여 비교한다. 비교 결과를 통해 장수풍뎅이 유충의 분변토가 다른 대조군들에 비하여 얼마나 영향력이 있는지를 확인한다.
- 대조군 : 지렁이 분변토, 영양토, 시판 비료 - 작물 : 상추, 고추, 애호박
- 측정 요소 : 길이, 중량
※ 제한점 : 학교에서 진행하기에 실험 공간이 제한되고, 구성성분 등의 세부
적 측정이 불가하다.
□ 연구 활동 및 과정
○ 전체적인 과정 (시간순)
- (1차 실험) 본교 뒤편에 두 개의 텃밭을 만들었다.
- (1차 실험) 상추, 고추, 애호박 모종을 텃밭에 둘로 나눠 파종하였다.
- R&E 컨설팅에 참석하여 대학 교수님들과 질의응답 시간을 가졌다.
- 실험에 사용할 장수풍뎅이 유충 분변토를 장수풍뎅이 유충 사육장에서 채취하 였다.
- 장수풍뎅이 유충 분변토의 산성도를 여러 차례 측정하였으나 선행연구와 다른 중성으로 나왔기에 팀원들과의 토의 끝에 중화작업 없이 진행하였다.
- (1차 실험) 한쪽 텃밭의 작물에는 시판 비료를, 다른 한쪽에는 장수풍뎅이 유충 분변토를 투여하였다.
- 외부 변인 통제를 위해 순무를 이용한 실내 추가 실험을 계획하였다.
- R&E 중간발표회에 참석하여 중간보고를 하고 교수님들께 평가를 받았다.
- (1차 실험) 상추가 여러 차례 고사하였고, 실험에서 배제하였다.
- (2차 실험) 각각의 흙(영양토, 시판비료 첨가, 지렁이 분변토 첨가, 장수풍뎅이 유충 분변토 첨가)을 담은 4개의 화분에 성장정도가 비슷한 순무 새싹을 옮겨 심었 다.
- (2차 실험) 평일 낮, 같은 시각에 광합성을 위해 실외로 꺼내기도 하며 외 부변인을 통제하였다.
- (2차 실험) 이미 자란 새싹을 옮겨 심은 것의 변인 가능성이 언급되었기 에 발아 직전의 씨앗을 다른 4개의 화분에 파종하여 함께 진행하였다.
- (1차 실험) 고추를 수확한 후 열매의 길이 및 중량을 측정하여 통계를 냈다.
- (2차 실험) 방학 중 실외에 꺼내지 못하여 고사하였기에 2차 실험이 종료 되었다.
- (1차 실험) 애호박이 아직 열매가 맺히지 않았기에 측정은 불가피하게 연 기되었다.
연구성과
□ 연구 결과
○ 장수풍뎅이 유충의 분변토로 재배한 고추의 개수는 29개, 평균 무게 7.27g, 평균 길이 8.51cm 이었으며, 시판 비료로 재배한 고추의 개수는 39개, 평균 무게 9.29g, 평균 길이 9.03cm 이었다.
○ 2주 후 다시 관찰한 결과, 장수풍뎅이 유충 분변토로 키운 고추의 성장이 빨라져 둘의 차이가 거의 보이지 않았다.
□ 결과 해석 및 논의
○ 처음 측정한 자료의 경우, 장수풍뎅이 유충의 분변토로 키운 고추와 시판 비료로 키운 비료로 키운 고추의 개수를 비교한 결과, 장수풍뎅이 유충의 분변토로 키운 고추의 개수 29개, 시판 비료로 키운 고추의 개수 39개로 시판 비료의 개수가 더 많은 것이 확인된다. 또한, 고추의 중량과 길이를 측정한 결과 장수풍뎅이의
분변토로 키운 고추의 평균은 7.27g, 8.51cm 이었으며, 시판 비료로 키운 고추들의 평균은 9.29g, 9.03cm로 시판비료로 키운 고추의 생장률이 더 높은 것으로 확인된 다.
□ 결론 및 제언(시사점 및 향후 계획)
○사전 선행연구에 의하면 장수풍뎅이 유충의 분변토는 강알칼리성으로 비료로써 의 기능을 하지 못한다고 하였으나 중성을 띄는 장수풍뎅이 유충의 분변토는 작물 을 키울 수는 있다는 결론이 나왔다. 하지만 고추실험에 따르면 시판비료보다는 좋은 결과물을 얻지 못하였다. 추후에 측정할 애호박의 생장률도 시판비료측이 더 높게 나온다면 장수풍뎅이 유충 분변토는 시판비료를 대체하기에는 무리가 있다고 볼 수 있다. 그러나 장수풍뎅이 유충 분변토측이 더 높게 나온다면 애호박에 한해서는 시판비료를 대체할 수 있을 것으로 보인다.
○장수풍뎅이 유충 분변토가 시판된다면 장수풍뎅이 유충을 사육하는 사육장에서 는 분변토를 처리할 방안이 생기게 되고 , 농가에선 화학비료보다 안전하게 사용할 수 있는 비료가 생기게 될 것이다. 화학 약품이 쓰일 곳에 장수풍뎅이 유충 분변토가 대체되면 환경오염을 막을 수 있게 될 것이다.
주요어 장수풍뎅이 유충 분변토, 비료
< 연구 결과보고서 >
1. 개요 □ 연구목적
○ 곤충 관련 연구가 늦다.
○동아리 활동중 발생하는 장수풍뎅이 유충의 분변토 처리방안을 모색중 비료로써 사용 을 해보기로 했다.
□ 연구범위
○자연, 환경 분야
○비교군, 대조군으로 설정한 비료를 작물에 투여하며 열매를 비교한다.
2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구
○ ○ 이론적 배경 1. 분변토
최근, 화학 비료가 토양을 오염시킨다는 이유로 분변토를 비롯한 퇴비를 사용하는 경우가 많은데, 분변토 중에서도 지렁이 분변토에 대한 연구가 꽤나 활발하다. 지렁이 가 사는 토양에서는 식물이 잘 자란다고 알려져 있다. 관련된 한 연구(송준상 외, 1993)에서 지렁이는 다양한 유기성 폐기물을 장내 미생물을 통해 분해하여 식물이 쉽게 이용할 수 있는 물질로 전환시킨 분변토를 배설하여 식물 생장률 향상에 도움을 준다는 사실이 검증되었다. 또한 다른 연구(성재준, 2011)에서는 지렁이의 분변토를 퇴비로 준 상추에서 사람이 섭취시 유해한 질산염의 함량을 저감되고 비타민 C 등의 영양소 함량을 증가되는 결과가 나왔다. 이런 선행 연구들을 통하여 다른 생물의 분변토도 비슷한 효과를 보이지 않을까 라는 생각에 도달하였다.
2. 장수풍뎅이 유충 분변토
곤충은 자신의 몸에 공존하는 수많은 미생물에서 생장과 대사활동에 영향을 받으며 특히, 그 미생물 중 다양한 생리활성 물질을 생산하는 방선균이 대표적이다(Kikuchi, 2009; O’Brien and Wright, 2011; Scott et al., 2008; Seipke et al., 2011, 2012: 최용석 재인용). 한 연구(이혜원 외,2013)에 따르면 장수풍뎅이 유충의 장내에는 다양한 종류
의 방선균이 서식하고 있으며, 이 방선균들은 다양한 항균효과 및 효소활성을 지니고 있기에 장수풍뎅이 유충의 분변토가 식물의 생장에 긍정적인 영향을 끼칠 것이라고 하였다.
○ 선행 연구
한 선행연구(최용석, 2016)에서 장수풍뎅이 유충의 분변토의 성분은 다른 퇴비에 비하여 중금속함량이 낮고 유기물함량이 높았으나 토마토의 생육을 억제한다는 결과 가 나왔다. 그러나 한 특허(KR10-1579410, 2015)에 따르면 장수풍뎅이 유충의 분변토 가 강알칼리성을 띄기에 농작물의 생육 저하 문제가 발생한다고 되어있다. 이를 보아 산성도 문제를 해결하면 충분히 장수풍뎅이 유충의 분변토가 퇴비로써의 역할을 해낼 수 있을 것으로 추측된다.
□ 연구주제의 선정
○ 학생들의 협업과 노력
팀원들과 실험을 위해 토양과 분변토를 거르고 토양의 pH를 측정하여 중화작업의 여부를 판단하였다. 작물을 선정하는 과정에서도 선행조사와 토의를 반복적으로 진행 하였고 작물에 대해 잘 아는 교내 선생님께 찾아가 여쭈어 보았다.
○ 전문가들의 조언
외부 변인요인들이 많다. 그러니 화분같이 작은 규모로 실내에서 해보는 것이 어떤가.
또한, 잘 자란다는 기준이 애매하고, 장수풍뎅이에 대한 조사가 필요해 보인다. 분변토 를 활용한 기존 연구가 있는지 확인해볼 필요가 있다. 곤충이 미래 식량으로 많이 이야기가 되고 있으므로 필요성을 더 해도 설득력이 있을 것이다.
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□ 연구 방법 ○ 실험
장수풍뎅이 유충 분변토와 다른 대조군들(지렁이 분변토, 시판 비료, 학교 흙 등)을 이용하여 작물을 재배한 후, 작물의 생장률을 측정하여 비교한다. 비교 결과를 통해 장수풍뎅이 유충이 다른 대조군들에 비하여 얼마나 영향력이 있는지를 확인한다.
□ 연구 활동 및 과정 ○ 실험
장수풍뎅이 유충 분변토와 다른 대조군들(지렁이 분변토, 시판 비료, 학교 흙 등)을 이용하여 작물을 재배한 후, 작물의 생장률을 측정하여 비교한다. 비교 결과를 통해 장수풍뎅이 유충이 다른 대조군들에 비하여 얼마나 영향력이 있는지를 확인한다.
□ 연구 활동 및 과정
○ 시행착오 극복
처음 작물을 선정할 때에 상추, 고추, 방울토마토로 선정을 하였다. 하지만 상추와 방울토마토는 비료의 영향을 덜 받는 작물이라는 점을 고려하여 방울토마토 대신 애호박을 키우게 되었다. 또한, 실외에서 키우는 작물이 외부요인의 영향을 받기 때문 에 실내에서 순무를 키울 계획을 세우고 있다. 순무는 다른 작물과 다르게 무게측정으 로 비교가 가능하고 비료의 영향을 많이 받기 때문이다. 장수풍뎅이 유충 분변토가 중성을 띄고 있어 처음에는 당황스러웠다. 팀원들끼리 같이 생각을 해보니 원래 비료 는 시간이 지날수록 발효가 되면서 비옥한 좋은 비료가 된다는 점을 감안하여 보았을 때, 장수풍뎅이 유충 분변토도 자연 발효가 되었을 가능성을 생각해 내었다. 실제로 우리가 채취한 장수풍뎅이 유충 분변토는 작년부터 모아둔 것이다. 선행연구에서 분변토를 막 채취했을 때 염기성이었다고 하였으므로 시간이 지남에 따라 장수풍뎅이 유충 분변토가 자연 발효가 되었다, 라는 판단을 하였다.
○가설 설정
장내 미생물을 이용하여 소화를 하는 지렁이의 분변토 속 유기성분 등이 식물 생장 향상에 도움이 되고 있으며, 장수풍뎅이 유충도 장내 미생물을 이용하여 자신이 먹은 음식물을 분해한다. 이처럼 소화방법이 유사하므로 장수풍뎅이 유충의 분변토가 지렁이 분변토와 비슷한 성분으로 구성되어 있을 것이라 추측하였다. 이것으로 ‘장수 풍뎅이 유충의 분변토도 식물 생장 향상에 도움이 될 것이다.’ 라는 가설을 세웠다.
○실험 설계
장수풍뎅이 유충 분변토가 식물 생장 향상에 도움을 주며 다른 비료들의 대체품으로 사용할 수 있는지를 밝혀야 하므로 실험에 사용할 토양은 아무 처리도 하지 않은 일반 토양, 시판 비료 첨가, 지렁이 분변토 첨가, 장수풍뎅이 유충 분변토 첨가 토양으 로 총 4종류를 사용한다.
식물에 주는 효과를 단기적, 장기적 모두 관찰하기 위하여 성장 속도가 다른 식물로 상추, 고추, 애호박으로 총 3종류를 사용한다. 작물별로 생장률을 확인해야 하므로 상추의 경우에는 잎의 길이와 넓이를, 고추와 애호박의 경우에는 줄기의 길이와 열매 의 개수, 열매의 상태 등을 측정 기준으로 삼는다.
이 실험에서 장수풍뎅이 유충 분변토는 동아리 활동의 일환으로 사육하는 장수풍뎅 이 유충을 사용하였으며, 먹이는 발효톱밥을 사용하였다.
○실험과정
작물 모종을 본교 뒤편에 파종하였다. 그러나 분변토 작업을 하는 동안 작물의 성장이
생각보다 빠르게 진행이 되었기에 이것에 대한 대책을 마련하기로 하였다.
이 실험의 기본이 되는 장수풍뎅이 유충의 분변토를 채취한다. 채취 방법은 장수풍뎅 이 유충의 사육장에서 꺼낸 발효 톱밥에서 나무토막 들을 제거한 뒤, 체를 이용하여 발효 톱밥 속의 장수풍뎅이 분변물을 최대한 걸러서 분변물만 통에 담는다. 그 후 토양과 시판 비료, 지렁이 분변토와 아직 어떠한 가공 처리도 하지 않은 장수풍뎅이 유충 분변토의 산성도를 확인 하였다. 앞선 연구들과 다르게 장수풍뎅이 유충 분변토 의 산성도가 강알칼리성이 아닌 pH6~7정도로 중성을 띄고 있기에 다른 팀원들과 추론한 결과 이 분변토가 유충의 사육장에서 꺼낸지 꽤나 오랜 시간이 지났기에 자연 발효가 됬을 것으로 추측 했다. 실제로 우리가 채취한 장수풍뎅이 유충 분변토는 작년부터 모아둔 것이다. 선행연구에서 분변토를 막 채취했을 때 염기성이었다고 하였으므로 시간이 지남에 따라 장수풍뎅이 유충 분변토가 자연 발효가 되었다는 결론을 내렸다. 이에 따라 추가적인 중화작업의 여부에 대해 생각해 보았고 추가적인 중화작업을 하지 않고 진행하기로 결론이 났다. 또한, 1년동안 자연숙성된 비료를 발효된 장수풍뎅이 유충 분변토로 칭하기로 했다.
○외부 전문가 자문
실험을 외부에서 하는 만큼 여러 외부 요인이 작용할 것이라는 우려가 있었다. 그것을 보완하기 위해 새로 내부에서 화분을 이용하여 추가실험을 진행하기로 결정하였다.
또한 생장률을 측정하는 기준이 명확하지 못하고 객관성이 충분히 확보되지 못한 것 같다, 라는 의견이 있었기에 측정기준을 좀 더 세부적으로 작성하기로 했다. 그리고 기존 연구들과 다른 독창성에 대한 부분도 더 채우고, 장수풍뎅이 유충의 분변토가 기존의 다른 비료들과 분변토들 보다 어떤 점에서 효율이 있는지를 작성하기로 하였 다. 이 실험의 목적을 세부적으로 작성하고, 이 연구를 하며 어떤 장애물이 있었고 어떻게 극복했는지에 관한 시행착오를 자세하게 작성하는 것이 도움이 될 것이라고 하셨다.
3. 연구 결과 및 시사점
□ 연구 결과
○연구과정
- 비료를 준비하고 투여했다.
○ 결과
-원래 장수풍뎅이 유충의 분변토와 다른 비교군으로 설정한 비료들과 비교하 여 어느 비료가 우수한지 보려 하였으나, 실내 추가 실험이 사정상 못하게 되며 비료를
비교하는 것이 무의미 하다고 판단을 하였다. 따라서 선행연구에 따르면 장수풍뎅이 유충의 분변토가 식물 생장을 억제한다 하였으나 고추와 애호박 열매가 열리며 적어도 식물 생장을 억제하지는 않는다는점, 또 다른 비료와 비료하였을 때 크게 뒤지지 않다는 점을 통해 이정도의 결과로만 만족하기로 하였다.
□ 시사점
○ 제일 크게 느꼈던 것은 우리가 정말 사소하다고 생각하는 부분도 다시한번 생각해보고 그들의 또다른 의미를 찾아보아야 한다고 생각한다. 어쩌면 정말 아무것도 아닌 분변토가 다른 화학비료와 시판비료들을 대체 할 수 있다는 가능성을 보았기 때문에 어떻게 우리가 보냐에 따라 다른 결과가 나올 수 있다. 따라서 우리는 다른 관점으로 생각하고 보이는 모습만이 다라고 판단하면 안된다.
4. 홍보 및 사후 활용
□ 사후활동
○우선 비료로써의 기능은 하기 때문에 위 사실을 장수풍뎅이 유충을 키우는 사육장과 농업을 하는 분들과 연계를 해주어 쌍생 할 수 있도록 할 것이다.
5. 참고문헌
○ 김영선, 이상범, 함선규, 임혜정, 최영철(2011). 동애등애 분변토의 혼합비율에 따른 토양이화학적 특성
○성재준(2011). 지렁이 분변토 추출액이 상추의 생육, 수량, 비타민 C 및 질산염 함량에 미치는 영향. 미출판 석사학위 논문. 단국대학교 대학원.
○송준상, 이길철, 전성환, 이민도, 조경희(1993). 지렁이 분변토가 식물성장에 미치는 영향. 유기성자원학회지, 1(2), 237-258.
○연광흠(2015). KR10-1579410, 대전, 대한민국특허청
이혜원, 안재형, 김민욱, 원향연, 송재경, 이성재, 김병용(2013). 장수풍뎅이 유충의 분변에 존재하는 방선균의 다양성 및 항균활성. 미생물학회지, 49(2), 156-164.
○최용석(2016). 장수풍뎅이 유충의 사육 및 분변토 이용기술 개발. 충청남도: 충청남도농 업기술원.
○ 하병덕(2013). 장수풍뎅이 분변에서 식물병원균에 대한 길항미생물의 선발 및 Bacillus amyloliquefaciens KB3의 대량배양 조건 - 공학석사학위 논문
