1. 서 론

제지 슬러지는 유기물과 무기물의 혼합 산업 폐기물로서 다량의 폐기물이 매년 발생하고 있어 이를 처리하기 위한 비용이 증가하고 있다.¹⁾ 제지 슬러지를 자원으로 이용하기 위한 노력들은 계속되어 왔으며, 가장 널리 쓰이는 방법은 하드보드,²⁾ 파이버보드,^3,4) 건축용자재 생산^5-7) 등이며, 최근에는 제지 슬러지를 사업장내에서 소각 처리 하면서 얻는 열에너지를 재활용하고 있다.⁸⁾ 시설도입이나 처리비용적인 측면에서 제지 슬러지 폐기물을 발생 형태 그대로 재활용하는 것이 가장 효과적인 방법으로 작물 생산 현장에 적용할 경우 이산화탄소 발생도 억제할 수 있어 여러 측면으로 폐기물의 효율적인 자원재활용이 가능할 것이다.

최근 도시 내에 거주하는 도시민들의 도시농업에 대한 요구가 증가되고 있는 실정이다. 도시농업은 신선하고 안전한 농산물을 공급하는 기능을 비롯하여, 휴식·여가·정서함양 기능, 농업이나 식물재배에 관한 체험기회 제공, 어린이에 대한 학습기회 제공, 지역에서 아름다운 경관 형성, 시가지의 과밀화 방지, 농업과 관련한 전통문화 계승 등 다양한 방면에 걸친 역할을 기대하고 있다.⁹⁾ 도시민이 농업에 참여하는 계기는 식물을 재배하는 과정에서 즐거움을 느끼기 때문이다. 여가시간이 늘어나고 고령화됨에 따라 가족 단위로 농업을 통한 취미활동과 자가소비용 채소생산, 지역공동체 형성 등 체험형 농업은 더욱 확산될 전망이다.¹⁰⁾ 2012년 전국 특별시, 광역시, 도 등 15개 지방자치단체에 참여하는 도시농업의 실태조사에서 도시텃밭 면적은 559 ha, 참여자수는 76만 9천명으로 조사되었다. 이는 2010년과 비교하여 텃밭 면적은 455 ha, 참여자수는 61만 6천명이 증가한 수치이다.¹⁰⁾

제지 슬러지를 이용한 작물생육에 미치는 기존 연구결과를 살펴보면 제지 슬러지 인공상토에서의 오이 생육은 무비 상토에서의 생육과 비슷한 결과를 보였으며, 코코피트를 첨가한 제지 슬러지 인공상토를 적용할 경우에는 그 효과가 훨씬 향상되었다고 보고되었고,¹¹⁾ 또한 토마토와 오이 플러그묘를 이용한 육묘용 상토로서의 가능성을 분석한 결과 제지 슬러지와 상업용 상토를 1:1로 혼합한 비율에서도 토마토와 오이 생육에는 차이가 없다고 보고되었다.¹²⁾ 이와 같이 과채류를 이용한 제지 슬러지의 상토로서의 적용 가능성이 보고되었으나, 최근 도시농업에서의 채소, 화훼 등 많은 원예작물들이 재배되고 있기 때문에 보다 다양한 작물들에 대한 적용 가능성 검토가 필요하다. 따라서 본 연구는 일반인들이 가장 선호하는 작물들 중 농업진흥청에서 재배 난이도가 가장 쉬운 작물로 분류된 상추(Lactuca sativa L.)를¹³⁾ 대상으로 원예용 상토와 제지 슬러지의 혼합비율이 생육에 미치는 영향을 분석하여 향후 도시농업에 제지 슬러지의 상토로서의 적용 가능성에 대해서 검토하였다.

2. 재료 및 방법

적축면 상추(‘선망’, ㈜농우바이오)를 105공 트레이(32 mL/cell)에 원예용 상토(토백이, ㈜성화)를 넣고 셀 당 2-3개씩 파종하여 비닐하우스에서 18일간 재배하였다. 수분공급은 105공 트레이를 별도로 제작한 용기에 넣고 지하수를 2-3일 간격으로 2 L씩 저면관수하였다. 원예용 상토와 제지 슬러지를 각각 8:2, 6:4, 4:6, 2:8(v/v)로 혼합한 다음 직경 18 cm × 높이 18 cm의 플라스틱 용기에 본엽이 3-4엽인 적축면 상추를 1개체씩 정식하여 혼합비율별로 10반복, 총 40개의 실험구를 조성하였다.

제지 슬러지는 충북 청주시에 위치한 D사에서 신문용지와 인쇄용지의 탈묵 후 발생하는 슬러지를 공급받아 온실에서 넓게 펼쳐 자연 건조시킨 후 사용하였다. 이 제지슬러지는 중금속을 포함한 유해성분들이 환경부와 국토부의 기준치 이하로 검출되어 토양에 적용했을 때 유해하지 않다고 검증된 것이며,¹⁾ 원예용 상토는 육묘 시 사용했던 동일한 것을 사용하였다. 관수는 식물이 수분 스트레스를 받지 않도록 주 3회 관수하였으며, 추가 시비는 실시하지 않았다.

제지 슬러지와 원예용 상토의 혼합비율이 상추의 생육에 미치는 영향을 구명하고자 2016년 6월 17일부터 7월 28일까지 총 6주간에 걸쳐 주야간 평균온도 27.6°C, 상대습도가 70%인 충북대학교 부속농장 비닐온실에서 실험을 수행하였다. 측정항목으로는 초장, 엽장, 엽폭, 엽수, 엽면적, 엽록소함량, 엽록소형광, 엽색, 생체중, 건물중 등이며 생육 및 형태적 특성을 3주와 6주에 걸쳐 2회 측정하였다.

초장은 자를 이용하여 식물이 식재된 플라스틱 용기의 지면에서부터 정단부까지의 길이를 측정하였으며, 엽장과 엽폭은 위에서부터 3-4번째의 가장 큰 잎을 이용하여 측정하였다. 엽수는 1 cm 이상의 모든 잎에 대해서 측정하였으며, 엽면적은 엽면적측정기(Li-3000A, Li-Cor, USA)를 이용하여 총 면적을 측정하였다. 엽록소 함량은 엽록소측정기(SPAD 502Plus, Konica Minolta, Japan)를 이용하여 엽장과 엽폭을 측정했던 동일한 잎을 대상으로 엽맥을 피해 측정하였다. 엽록소형광은 엽록소함량을 측정한 동일 잎에 대해서 30분 동안 암적응 후 엽록소형광측정기(PAM-2000, Walz, Germany)로 Fv/Fm값을 구하였다. 엽색은 색차계를 이용하여 엽맥을 피해서 Hunter L값(명도), a값(적색도), b값(황색도)을 구하였다.

생체중은 흙을 제거한 후 흐르는 물에 깨끗하게 씻은 다음 지상부와 지하부로 구분하여 최대한 물기를 제거한 다음 전자저울을 이용하여 측정하였으며, 건물중은 열풍순환식건조기(HB-502M, Hanbaek Science, Korea)를 이용하여 70℃의 온도에서 48시간동안 건조시킨 후 전자저울을 이용하여 측정하였다. 모든 측정항목은 5반복하여 측정하였으며, 엽록소함량은 플라스틱 용기 당 5반복씩 총 25반복으로 측정하였다. 통계분석은 SAS(Statistical Analysis System, V. 9.3, Cary, NC, USA)를 이용하여 P<0.05 수준에서 DMRT(Duncan’s multiple range test)로 유의성을 검정하였다.

3. 결과 및 고찰

제지 슬러지 혼합비율에 따른 3주차 상추생육 결과는 Table 1과 Fig. 1에 나타낸 바와 같다. 엽수, 초장, 엽장, 엽폭, 엽면적은 원예용 상토와 제지 슬러지가 8:2 비율에서 가장 큰 것으로 나타났으며, 나머지 세 비율에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다. 가장 큰 폭의 차이를 보인 것은 엽면적으로 3.3-4배였으며, 그 다음으로 엽수가 약 2배, 그 밖의 항목은 약 1.5배 정도의 차이를 보였다. 결과적으로 생육초기에는 8:2 실험구를 제외하고는 제지 슬러지 비율이 증가할수록 생육이 저하되는 경향을 보였는데, 이는 제지 슬러지의 특성상 높은 탄질률(C/N ratio)에 따른 질소기아현상(nitrogen starvation)과¹⁴⁾ 칼슘(Ca), 철(Fe), 마그네슘(Mg) 등의 농도가 높아 상추의 초기생장에 영향을 준 것으로 판단되며,¹⁵⁾ 향후 제지 슬러지에 대한 이화학적 특성과 식물체 내 양분 흡수 등의 분석이 추가적으로 이루어져야 할 것이다.

Fig. 1.

Growth responses of Lactuca sativa at week 3 with four mixing ratio (Horticultural substrate:Paper mill sludge, 8:2, 6:4, 4:6, 2:8).

제지 슬러지 처리 후 시간이 경과함에 따라 각 혼합비율에 따른 생육에 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(Table 2). 6주차 생육측정 결과, 3주차 조사 시 생육이 가장 우수하였던 8:2 혼합비에서 모든 측정 항목에서 가장 양호하게 생육하는 것으로 나타났다. 시간이 경과함에 따라 6:4 혼합비에서도 생육이 점진적으로 회복되고 있는 것으로 나타났다(Fig. 2). 이는 초기 생육을 억제했던 제지 슬러지 내에 포함된 다량의 무기성분인 칼슘(Ca), 철(Fe), 마그네슘(Mg) 등이 관수 시 어느 정도 용탈되었기 때문으로 판단된다.¹⁵⁾ 그러나 2:8 혼합비에서는 엽수를 제외하고는 3주차보다 모든 항목에서 오히려 생육이 저하되는 것으로 나타나 상추 재배에는 적합하지 않은 것으로 나타났다.

Fig. 2.

Growth responses of Lactuca sativa at week 6 with four mixing ratio (Horticultural substrate:Paper mill sludge, 8:2, 6:4, 4:6, 2:8).

지상부와 지하부의 무게를 측정한 결과, 3주차에는 8:2 혼합비의 지하부와 건물중을 제외하고는 지상부와 지하부의 생체중과 건물중이 다른 혼합비율에 비해 큰 것으로 나타났다(Table 3). 제지 슬러지 처리 6주차에도 지상부의 생체중과 건물중은 8:2 혼합비에서 가장 높게 나타났으며, 6:4 혼합비에서도 지상부의 생체중과 건물중에서는 유의한 차가 인정되었다(Table 4). 4:6과 2:8 혼합비는 3주차에는 8:2를 제외하고는 다른 배합비와 큰 차이가 없었으나, 6주차에는 두 혼합비 간에는 유의적인 차이가 나타나지 않았으나, 3주차와 비교하면 4:6 혼합비에서는 지상부의 생체중이 증가하였으나, 2:8 혼합비에서는 3주차와 전혀 변화가 없어 극심한 스트레스를 받고 있는 것으로 나타났다.

엽록소함량은 3주차에는 8:2 혼합비에서 가장 높게 나타났으며, 그 외의 혼합비에서는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 6주차에는 6:4 혼합비에서 가장 높았으며, 2:8 혼합비에서 가장 낮게 나타났다(Table 5, Table 6). 식물체의 스트레스와 관련하여 광화학반응 효율(Fv/Fm)을 보편적으로 사용하고 있는데, 3주차와 6주차 측정결과 모든 혼합비에서 최소 0.80에서 최대 0.84의 범위를 나타내 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 색차계를 이용하여 Hunter 값을 측정하고 밝기를 나타내는 L값과 붉은색과 노란색의 정도를 나타내는 a, b로 표시하는데¹⁶⁾ L값은 3주차에는 원예용 상토:제지 슬러지 혼합비율에 따른 유의적 차이가 없었으며, 6주차에도 혼합비율에 따른 유의적인 차이는 나타나지 않았지만 L값이 3주차와 비교하여 많이 감소하는 경향을 보였다. a, b 값은 3주차 측정에서는 원예용 상토:제지 슬러지 혼합비율에 따른 유의적인 차이가 나타나지 않았으나, 6주차에서는 원예용 상토 혼합비율이 증가할수록 붉은 정도를 나타내는 a값이 높아지는 경향이 나타났다.

4. 결 론

펄프 제지 산업에서 발생하는 산업폐기물인 제지 슬러지를 자원으로 재활용하기 위해 다양한 시도가 있어 왔지만 제지 슬러지 형태를 변형시키거나 추가 공정을 통한 이용은 경제적인 측면에서 지속가능하지 못한 한계점이 있다. 따라서 본 연구는 공정상 발생하는 제지 슬러지 형태로 이용 가능한 방법을 강구하기 위하여 자연건조 방식으로 인공상토를 만들어 이를 상업용 원예용 상토와 혼합한 후 도시농업을 위한 상추 생육 실험을 수행하였다. 원예용 상토와 제지 슬러지가 8:2 혼합비일 때 생육이 양호하였다는 결과를 도출하였으며, 6:4 혼합비에서는 초기에는 생장이 억제되다가 시간이 경과함에 따라 생장이 회복되는 경향을 보였다. 4:6과 2:8 혼합비에서는 생장이 현저히 억제되는 경향이 나타났다. 이상의 결과를 종합해 보면 도시농업용 상추 재배에 적용하기 위해서는 원예용 상토와 제지슬러지의 혼합비율은 8:2가 적정할 것으로 판단된다. 그러나 향후 제지 슬러지에 대한 이화학적 특성과 식물체 내의 양분 흡수와의 상관관계 등의 추가적인 분석이 이루어져야 할 것이다.