오 인 환 명예교
수(건국대학교)
질소(N)는 모든 생명체의 기본요소이다. 질소결합물은 토양, 대기, 그리고 하천 어느 곳에서도 존재한다.
인간에 의하여 야기된 과부하로 인한 자연적 질소순환과 예민한 시스템의 교란은 환경에 영향을 주고 건강에도 미친다. 독일의 경우에 질소결합물의 50% 이상은 농업을 통하여 환경에 도달한다. 나머지 동일한 양은 산업, 운수업, 그리고 가정에 의한다.
질소는 농업에 있어서 비료로 사용되는데, 양질의 높은 수확을 얻고자 함이다. 이를 위해 충분한 영양소를 공급하여 토양의 비옥도를 유지해야 한다. 농사짓는 토양에서 과다 살포로 인한 질소초과가 생긴다. 농지이용 (62%) 이외에 축산 (38%)에서도 질소초과가 발생한다. 질소의 과다와 예민한 생태시스템으로의 전이는 환경에 상당한 영향을 줄 수 있다. 살포된 질소비료가 작물에 의하여 흡수되지 않으면 지하수와 지표수, 그리고 대기 중으로 옮겨갈 것이다. 그곳에서 질산염으로 지하수를 오염시키고, 지표수에는 부영양화를 초래하고, 토양의 생태시스템에도 영향을 미친다.
또한 대기를 통하여 암모니아가 예민한 생태시스템에 도달하면 부영양화와 산성화의 부정적 효과를 갖게 한다. 발생하는 온실가스는 기후에 영향을 주며, 결국 자연의 질과 종의 다양성에 부정적 결과를 미친다. 다음에는 수질과 대기질 위주로 살펴보았다.
지하수에 대한 영향
질소는 토양에서 여러 형태로 존재한다. 우선 암모니움 형태(NH₄+)로 토양입자와 결합되어 있다. 시간이 경과하면서 토양미생물에 의하여 질산염(NO₃-)으로 변한다. 질산염은 토양에서 유동성이 강하며, 특히 가을철 수확 후에 강한 비가 내리면 토양 속으로 침투하여 지하수로 옮겨간다. 지하수에서 - 이어서 음용수로 - 질산염은 특정한 조건 하에서 건강에 문제를 일으키는 아질산염으로 바뀐다. 그래서 1991년에 대부분의 유럽지역에서는 음용수에서 질산염의 한계치를 50 mg/L로 정하여 모니터링을 하고 있다.
지표수에 대한 영향
농업에서 질소결합물의 대부분은 지하수에, 그리고 농사에 이용되는 지표면을 씻겨낸 물은 지표수에 도달한다. 하천이나 호수, 그리고 바다에는 초과된 영양소가 흘러들어가고 해당되는 호소에는 부영양화가 생긴다. 질소가 과도하게 공급된 호소에는 해초류와 같은 작물의 원초적 생산물이 증가하게 한다. 그것은 다시 호소에 심각한 산소결핍을 가져오고 동물이나 식물의 생육에 부정적 조건을 초래한다.
최근 축산에서 퇴·액비를 살포할 농경지가 없을 경우에 정화처리방법도 허용하겠다고 한다. 축사뇨오수의 정화처리에서 호기혐기의 과정으로 질산화, 탈질화를 효율적으로 운용하면, 처리수의 총 질소함량(T-N)을 허가대상농가에서 250 mg/L, 공동규모에서는 60 mg/L 이하로 기준치 맞추기가 수월해진다. 질소가 78%를 차지하는 대기로 옮겨간 질소는 강우 때 다시 지표면으로 내려와 작물에 흡수됨으로서 질소의 순환이 이루어진다.
대기에 대한 영향
가축분뇨에 있어서 총질소(T-N)에 대한 암모니움(NH₄)의 비율은 축분에 있어서 15%, 슬러리는 약 50%, 그리고 뇨에 있어서는 거의 95%에 달한다. 가축분뇨의 저장과 살포 과정에서 암모니움은 산소와의 반응으로 암모니아(NH₃)로 바뀌고 대기 중으로 확산된다. 암모니아는 주로 대규모의 축사에서 배출된다. 암모니움은 작물이 이용하기에 용이한 형태이나 암모니아 가스가 되면 대기오염 물질이 된다. 퇴액비의 살포 시에 암모니아 손실의 크기는 토양과 기후조건에 좌우된다. pH 값이 높거나 완충능력이 작거나 토양수분이 적거나 온도가 높을 때, 그리고 바람은 암모니움의 가스화를 촉진한다.
암모니아는 건강을 해치는 2차적 미세먼지의 전단계 역할을 한다는 얘기가 있다. 그러나 아직 축산에서 암모니아와 미세먼지의 상관관계에 대한 연구보고를 접하지는 못했다. 다른 한편 암모니아는 인접하는 생태시스템에 해를 끼친다. 이끼나 지의에서는 대기 중 농도가 소량이라도 종다양성에 변화를 가져온다. 따라서 예민한 생태시스템에서 암모니아의 축적은 생물다양성에 위험을 초래할 수 있다.
독일산업표준(DIN)에서는 축사 안의 암모니아 농도를 0.05 L/m³ 이하로 권장하고 있다. 가축의 건강, 냄새감소 등의 이유에서다. 산소의 존재 하에서 암모니움이 암모니아 가스로 변하기 때문에 축사와 가축분뇨의 처리에서 신속하게 이루어져야 하며, 축사바닥은 항상 깨끗하게 마른 상태를 유지하여야 한다. 그렇게 함으로 잔존물의 생화학적 분해를 억제한다. 가축분뇨의 호기성 처리에서는 암모니아의 발생을 최소화해야 하고, 규모가 큰 농가에서는 산소가 없는 상태의 혐기성 처리를 하며 생산되는 메탄가스로 전기를 생산한다면 암모니아의 발생을 없게 하며, 항간에 회자되고 있는 탄소중립에도 기여할 수 있다.
질소는 생명체에 필수불가결한 요소이며 다양한 질소결합물로써 자연에 존재한다. 앞서 살펴본 독일의 경우보다 우리나라는 전체 산업에서 농업이 차지하는 비중, 또 농업에서 축산업이 차지하는 비중도 상대적으로 작기 때문에 덜 심각하다고 볼 수 있다. 그렇다 하더라도 주어진 배출기준치를 잘 지켜서 환경에 부하를 주지 않도록 노력해야 한다. 가축사육에서 환경에 해를 줄 수 있는 질소결합물이 생성하는 핵심단계를 잘 이해하여 대처한다면 수질과 대기질의 보존에 일조를 할 수 있겠다.
축산신문, CHUKSANNEWS
