Ⅰ. 서 론

우리나라 온실가스 장내발효 부문 메탄 배출량 통계(GIR, 2017)에 의하면 한∙육우가 66.3%, 젖소가 25.3%로 전체 배출 량의 91.6%를 점하고 있다. 현재 장내발효 메탄배출량 산정 은 Tier 1 방법(IPCC, 2006)을 이용하기 때문에, 한∙육우는 메 탄배출계수 47(kg/두/년)을 이용하고 있고, 젖소는 118을 사 용하였다. 농림부는 2019년까지 Tier 2 방법을 적용하기 위해 국가 고유의 메탄배출계수 개발을 목표로 하고 있지만, 현재 까지 보고된 장내발효 메탄배출계수 국내 연구결과는 주로 한우를 대상으로 하고 있고, 젖소는 수용가능한 호흡챔버 시 설이 없기 때문에 수행되지 못하였다. 육우는 90~130천두로 한우의 약 5%로 매우 적은 비율이지만, 육우는 한우보다 비 육기간이 짧고 증체 목표가 높으며 권장 건물섭취량이 2~3kg 높기 때문에 Tier 2 방법 적용을 위한 육우 메탄배출계수 개 발 연구도 수행되어야 한다고 판단한다.

육우의 메탄배출계수를 찾아볼 수 있는 국내 논문은 평균 체중 203kg(Lee et al., 2016)과 540kg(Bharanidharan et al., 2018)에서 수행되었다. 두 실험 모두, 우리나라의 비육우 농 가 약 80%가 이용하는 농후사료와 조사료의 분리급여 방식 과 약 20% 농가가 활용하는 TMR 조건에서 메탄배출량을 비 교하였고, 전자는 유의적 차이가 없었으나, 후자는 분리급여 가 약 12%의 낮은 유의적인 차이를 보여주었다. 메탄배출계 수는 두 논문이 각각 평균 21.4와 32.9로 Tier 1의 한∙육우 메 탄배출계수 47(IPCC, 2006)과 큰 차이가 있었다. 분리급여 방 식으로 체중 462kg의 육우에게 시판 농후사료를 급여한 실험 결과는 메탄배출계수 58(Woo et al., 2017)을 보고하는 등, 국 내 연구결과의 차이가 크기 때문에 국가 고유의 메탄배출계 수 등록을 위해서는 보다 많은 연구결과의 축적이 요구된다. 따라서 본 연구는 분리급여와 TMR 급여가 메탄배출량에 미 치는 효과를 건물 섭취 수준이 다른 조건에서 수행하였고, 또 한 현재까지 보고된 국내 연구와 본 연구에서 얻어진 개체 별 1일 건물섭취량과 1일 메탄발생량과의 관계를 분석하였다.

Ⅱ. 재료 및 방법

본 실험의 수행방법 대부분은 Bharanidharan et al (2018)과 동일하게 수행하였기 때문에 주요 내용만 간단히 기술하면 다 음과 같다. 분리급여 및 TMR 시험사료의 원료구성과 영양성분 은 Table 1과 같이 동일하였고, 농후사료와 조사료의 비율도 원물기준으로 73 : 27로 동일하였다. TMR 사료는 25kg 포장의 시판 사료를 구매 이용하였고, 분리급여를 위해 동일 회사에게 농후사료와 조사료 원료의 혼합을 각각 해줄 것을 의뢰하였다. 육우 6두(평균 체중 396.8±148kg)를 공시하여 개체별 체중 기준 1.8%의 사료급여 (원물 기준)조건에서 두 사료급여 방식의 비교 실험(실험 1)이 끝난 후에 개체별 체중 기준 2.4%를 급여하는 실험 2를 수행하였다. 공시축은 체중이 비슷한 3두씩 2개의 우방에 배치하여 평균 12일간의 시험사료 적응을 하였고 3두씩 3기의 호흡챔버(indirect open-circuit whole body respiratory chamber)에 6일간 수용하여 마지막 2일간 메탄발생량을 측정하 는 평균 18일간의 실험을 각각 수행하였다. 즉, 메탄발생량 측정 을 마친 3두는 우방으로 돌아와서 사료급여방식을 바꾸어 적응 을 시작하는 방식의 triplicated 2×2 design으로 시험을 수행하였 다. 공시축은 우방에서부터 개체 인식 자동 개폐 장치에 의해 설정된 사료량만 섭취하도록 하였고, 개체별 건물섭취량은 호 흡챔버에 수용된 기간 중 마지막 4일간의 결과를 이용하였다. 시험사료는 1일 2회(오전 9시와 오후 6시) 균등 분할 급여하였 고 시험기간 동안 미네랄블럭과 물은 자유 섭취하였다. 분리급 여에서는 조사료를 먼저 급여하고 40분 후에 농후사료를 급여 하였다. 호흡챔버(폭 137× 길이 256× 높이 200cm)는 사료조, 물컵 그리고 온도 조절과 습기 제거 기능이 있는 공조시설 (model ALFFIZ-WBCAI-051H; Busung, India)이 설비되어 있 고, 챔버 내∙외의 공기 시료 메탄분석은 tuneable diode LASER CH4 gas analyser (Airwell+7; KINSCO Technology, Korea)를 사용하였다. 챔버 내 공기는 25℃ 그리고 습도는 50%로 유지하 였고, 공기 유속을 600L/min (flow meter, model LS-3D; Teledyne Technologies, USA)로 설정하였다. 공시축이 호흡챔 버에 수용되기 전과 후에 각각 메탄 표준가스(25% mol/mol; Air Korea)를 이용한 회수율을 측정 (평균 80%)하여 최종 메탄 발생량 결과 보정에 사용하였다. 각 챔버 내 공기의 메탄농도는 챔버를 떠나는 공기(outlet)의 메탄농도와 챔버로 유입되는 (inlet) 공기의 메탄조성의 차이로 구하였다. 각 챔버의 가스 분석 과정을 보면, 먼저 메탄분석기에 90초간 inlet 공기가 들어 오고 그 중의 마지막 20초간의 분석값의 평균이 저장된 후에 120초 동안 outlet 공기가 분석기로 들어온다. 마찬가지로 그 중의 마지막 20초간의 분석치들의 평균값이 저장된다. 본 실험 에서는 24시간 동안 각 챔버별로 총 103회의 분석값을 얻었다.

공시축 체중은 각 실험 시작과 종료시에 측정하였고, 사료 잔량은 매일 아침 사료급여 전에 회수하여 무게를 기록하였 다. 배합사료와 조사료 그리고 TMR 시료는 열풍건조기를 이 용하여 60℃에서 72시간 건조한 후에 건물 함량을 계산하였 고, 건조 시료를 분쇄하여 조단백질 (Method 990.03; AOAC 2007)과 회분(Method 942.05; AOAC 2007) 함량을 분석하였 고, NDF와 ADF 성분 분석은 Van Soest 방법(1991)을 이용하 였다. 본 연구에서 처리구별 데이터들은 SPSS v23 프로그램 (IBM corporation, NY. USA)을 이용하여 처리구는 고정효과 (fixed effect), 실험 동물과 급여 기간은 임의 효과(random effect)로 하여 일반선형모델(GLM) 방식으로 분석하였다. 처리 구 평균값 비교를 위해 95% 신뢰수준에서 검증하였다(p<0.05).

Ⅲ. 결과 및 고찰

본 실험에서 체중의 1.8% 사료 원물섭취량(실험 1)은 체중 변화를 볼 때 육우의 유지요구량 수준으로 확인되었고 체중 의 2.4% 사료 섭취량(실험 2)은 1.4kg의 일당 증체가 가능한 것으로 나타났다(Table 2). 1일 평균 메탄생산량(g/d)은 TMR 처리구가 실험 1에서는 분리급여 보다 약 20% 높았으나 통계 적인 유의성은 없었고, 실험 2는 사료급여방법 간의 차이가 없었다(Table 3). 실험 1과 같이 체중의 약 2% 건물을 섭취한 이전의 실험에서(Lee et al., 2016) TMR 처리구의 육우가 약 6% 메탄생산이 많았지만 유의성은 없었고, 2.1%의 건물을 섭 취하고 0.65kg의 일당 증체를 보인 육우 실험(Bharanidharan et al., 2018)은 소화율의 차이는 없지만 메탄발생량에서는 TMR 처리구가 약 14% (p<0.05) 높았다. 메탄전변율(Ym, % 섭취에너지)에서도 TMR 처리구가 분리급여 보다 실험 1은 29% 그리고 실험 2는 6% 높았지만 유의적 차이는 없었다. 그 러나 이전의 국내 연구 결과(Lee et al., 2016;Bharanidharan et al., 2018)는 25%(5.5 vs 4.6) 그리고 14%(4.0 vs 3.5) 유의성 있게 높은 결과를 보였다. 국외도 연구 사례는 매우 적지만 완전 TMR(O’Neill et al., 2011)과 부분 TMR(O’Neill et al., 2012)가 perennial ryegrass 방목 조건 보다 건물섭취량은 물론 유지방 또는 유단백질 생산량당 메탄발생량이 모두 높았다는 보고와 사료 원료 구성이 동일한 조건에서 TMR 급여와 분리 급여간에 메탄전변율의 차이가 없었다는 보고(Holter et al., 1977)가 있다.

관련 연구 결과가 아직 충분하지 않지만 TMR 급여가 분리 급여보다 1일 메탄배출량이 많고 메탄전변율이 높을 것으로 추정된다. 그러나 이러한 추정은 혼합 과정에서 사료편의 길 이가 짧아진 TMR 급여가 반추위 통과 속도의 변화 때문에 메 탄을 줄이는 사료급여전략이 될 것이라는 제안과는 상반된다. TMR 배합기를 이용해서 TMR을 만드는 과정은 분명 조사료 의 절단 또는 파쇄가 동반된다. Heinrichs et al. (1999)의 조사 에 의하면, 일반 목초는 19mm 이상의 것이 전체의 16~18%이 었지만, TMR은 7.1%로 큰 차이가 있었다. 또한 혼합 과정에서 사료길이가 27mm 이상의 것들이 반으로 짧아진다고 하였다. 이러한 결과는 본 실험과 같은 사료를 이용했던 Bharanidharan et al. (2018)의 연구에서 보고한 TMR 처리구 18.1% 그리고 분리급여 5.4% 와도 일치하고 있다. 즉 사료의 혼합과정에서 사료편의 길이가 짧아지기 때문에 반추위내에서 고상사료의 체류시간이 짧아질 것이라는 점과 메탄발생량과 반추위 통과 속도와는 역의 상관관계가 있다는 연구결과(Huhtanen et al., 2016)를 연결시켜서 나온 추론이다. 그러나 고상사료의 반추 위 통과속도와 반추위액의 반전률(dilution rate)은 메탄발생 량 변화 요인의 28%, 그리고 25%를 각각 설명한다고 한 Okine et al. (1989)의 논문과 TMR 메탄발생량이 더 많았다고 보고한 논문들에 따르면 TMR의 상대적으로 짧아진 사료편 과 반추위 통과속도 변화만으로 분리급여와 비교하여 메탄의 증감을 설명하기에는 무리가 있어 보인다. 또 하나 주의를 해 야 하는 고찰은 사료편의 길이와 전장소화율과의 관계이다. 사료편의 길이와 사료섭취량간에는 정의 상관이 있지만, 사 료섭취량이 전장소화율에 미치는 효과는 아직 명확치 않다 (Kononoff and Heinrichs, 2013a, b). TMR 급여와 분리급여의 사료편 길이 차이가 건물 및 영양소소화율에는 영향을 주지 않았다는 연구 보고 들도 많이 찾아볼 수 있고(Holter et al., 1977;Yan et al., 1998;Huuskonen et al., 2014;Bharanidharan et al., 2018), 사료편 길이 이외에 조사료 종류 그리고 조사료 와 농후사료의 비율, 이들의 상호작용으로 소화율 차이가 없 는 이유를 설명하고 있다(Maulfair et al., 2011)또한 소장에서 의 보상 소화율(Hoover, 1978)도 중요한 이유가 될 것이다.

본 실험은 사료급여 방식 차이에 의해 메탄생성량이 유의적 으로 변하지 않았지만, 기존의 국내 연구결과와 같이 TMR 급 여가 분리 급여보다 메탄발생량이 높았다. 본 실험과 체중당 사료섭취량은 다르지만 동일한 사료와 동일한 처리에 의해 수 행된 Bharanidharan et al. (2018)의 반추위 발효 성상과 미생물 다양성변화 조사 결과는 본 실험 결과 해석에도 필요한 여러 정보를 제공하고 있다. 분리급여의 경우, 농후사료 선택채식 에 의한 반추위 pH가 평균적으로 낮아지지 않도록 하기 위해 서 조사료 급여를 먼저하고 40분 후에 농후사료를 급여하였 고, 반추위 pH, VFA 비율, NH3-H의 평균 농도에서 차이가 없 지만 TMR 급여에서 메탄발생량이 유의적으로 증가하였다는 결과를 보여주었다. 그러나 각 VFA의 조성변화를 시간적으로 분석한 결과를 보면, TMR 급여는 분리급여 방식과 다르게 사 료급여 1.5시간 이후부터 propionate가 감소하고 acetate가 증 가하는 방향으로 변화하여 TMR 급여가 왜 상대적으로 높은 메탄을 생산하는지를 설명하고 있다. 이들 연구는 또한 박테 리아와 메탄생성균의 주요 우점균에서는 사료급여 방식 차이 간의 변화는 없지만 상대적으로 비율이 낮은 Coprococcus, Succinicalsticum, Butyrivibrio 그리고 Succinivibrio 등은 반추 위 VFA 조성의 시간적 변화 그리고 메탄생성과의 상관을 보 여주었다.

Fig. 1은 본 연구와 함께 육우를 이용하여 1일 메탄발생량을 보여준 국내 연구 논문(Lee et al., 2016;Woo et al., 2017;Bharanidharan et al., 2018)의 개체별 결과를 1일 사료섭취량과 의 관계로 보여주고 있다. 본 연구의 결과는 유지수준 섭취 혹은 최대 섭취 수준에서 얻어진 것으로 건물섭취량 당 메탄발 생량의 변이가 크게 나타나지만, 이전 논문들만의 건물섭취량 은 최소 3.5kg에서 최대 13.7kg까지 분포하고 있고, 1일 메탄생 성량과 매우 높은 상관관계를 보이고 있다. 육우에 적용할 수 있는 좀 더 신뢰도가 높은 회귀식을 얻기 위해서는 더 많은 연구 축적이 필요하지만, 현재까지의 연구결과로는 건물섭취 량 1kg 증가시 11.5g의 메탄이 더 발생하는 것을 추정할 수 있다. 한우를 이용한 실험에서는 11.5g/kg DMI(Bharanidharan et al., 2018), 또는 이보다 높은 약 15g(Seol et al., 2012)과 약 21g(Seol et al., 2011)의 보고도 있지만, 외국의 자료 보다는 낮은 값이다. Charmley et al. (2016)은 호주의 젖소 220두, 비육 우 813두의 결과를 메타분석하고 20.7g의 기울기를 제시하였 고, Bell et al. (2016)은 영국과 호주의 결과를 기초로 22.2g을 얻었다. 우리나라의 사양환경이 영국이나 호주보다 농후사료 급여량이 많은 점을 고려할 때, 기울기 값이 낮을 수 있고 이는 국가 고유 메탄배출계수도 외국의 결과보다 낮은 수 있다는 점을 시사한다고 사료된다. 아직 등록된 메탄배출계수 사례가 없지만 외국의 사례보다 낮은 계수를 심의할 경우 고려되어야 할 부분이다. TMR 급여의 장점으로 반추위 pH 저하 방지 (Maekawa et al. 2002)와 대사성 질병 발생율 감소(Østergaard and Gröhn, 2000), 유생산(Gordon et al. 1995;Yan et al. 1998)과 충분한 조사료 섭취에 의한 유지방(Maekawa et al., 2002)의 증대 등을 이야기한다. 따라서 TMR 급여가 사료효율이 높고, 단위생산물 당 메탄발생량도 낮을 것이라 예상하는 의견이 있 지만, 본 연구와 이전의 연구 결과를 종합해 보면 TMR 급여는 오히려 분리급여 보다 메탄발생이 높을 것으로 사료된다. 향후 그 원인을 명확히 밝히기 위한 연구들이 수행이 필요하다.

Ⅳ. 요 약

TMR 급여와 분리급여가 반추위 메탄발생량 변화에 미치 는 효과를 연구한 사례가 많지 않다. 본 실험은 1일 실험사료 를 체중의 1.8%(실험 1) 그리고 2.4%(실험 2) 수준에서 급여 하면서 triplicated 2×2 Latin square design을 이용하여 실험을 수행하였다. 각 실험에는 6마리의 Holstein steer를 이용하였 고 2개의 군으로 나누어 각각 TMR 급여 또는 분리급여를 하 였다. 공시 사료의 농후사료와 조사료 비율은 73% 그리고 27%이었다. 두 실험 모두 사료급여 방식 간의 1일 메탄발생 량 차이가 없었다. 현재까지 보고된 국내 연구와 본 연구에서 얻어진 개체 별 1일 건물섭취량과 1일 메탄발생량과의 관계 를 분석한 결과, 메탄발생량 (g/d) = 11.5 (±1.3) × 건물섭취량 (kg/d) + 14.2, R2 = 0.73, p<0.001의 회귀식을 유도하였다.