Introduction
Materials and Methods
시험재료
밀웜분변토 특성분석
작물 재배시험
토양 화학성 분석
Results and Discussion
밀웜분변토 성분분석
배추 생육 및 수량비교
토양화학성 변화
Conclusion
Introduction
최근 곤충산업의 성장에 따라 갈색거저리 (Tenebrio molitor L.)를 비롯한 식용곤충의 사육 규모가 확대되고 있으며, 이에 따라 사육 과정에서 발생하는 분변토 (frass)의 처리 및 활용 방안 마련이 중요한 과제로 대두되고 있다. 곤충 분변토는 곤충의 배설물과 사육 잔사가 혼합된 부산물로서 유기물과 질소, 인산, 칼리 등 식물 생육에 필요한 양분을 함유하고 있어 유기성 비료 자원으로서의 활용 가능성이 주목받고 있다 (Nyanzira et al., 2023; Zunzunegui-Pacho et al., 2024; Verardi et al., 2025). 식물생장촉진 미생물과 생리활성물질을 함유하여 작물 생육을 촉진하고, 토양 건강성 향상 및 일부 토양병해충의 밀도를 감소시키는 효과가 밝혀졌으며 (Poveda, 2021), 곤충분변토와 탈피각 혼합물에서 유래한 키틴질에서 토양 미생물 활성과 토양병해충 억제 효과가 확인되었다 (Anedo et al., 2024). 뿐만 아니라 화석연료 기반 비료에 대한 의존도를 낮추고 음식물 및 농업 부산물을 고부가가치 비료로 재활용함으로써 자원순환과 순환경제 실현에 기여할 수 있는 지속가능한 농업 자원으로도 평가되고 있다 (Amorim et al., 2024; Ashworth et al., 2025).
최근 연구에 따르면 갈색거저리 분변토는 높은 유기물과 질소 함량을 함유하고 있으며, 비소 (As), 카드뮴 (Cd), 크롬 (Cr), 납 (Pb) 등 유해 중금속 함량은 매우 낮은 수준으로 나타나 비료 자원으로서의 안전성과 활용 가능성이 확인되었으며 (Verardi et al., 2025) 작물 재배에서 무기질 NPK비료처리와 동등한 수준의 생육과 미생물 활성을 촉진하여 토양기능 개선에도 기여한다고 보고되었다 (Houben et al., 2020). 국내에서는 식용곤충 산업의 성장과 함께 주로 식품 산업화, 대량사육 기술 개발에 관한 연구가 활발히 수행되어 왔으며 (Kim et al., 2022; Kim et al., 2025) 최근 농업분야에서도 Kim et al. (2023a)가 갈색거저리 분변토를 상토에 혼합처리하여 재배한 인삼 새싹의 생육이 향상됨을 보고함으로써 유기질비료로서의 활용 가능성을 제시하였으며, 2024년 흰점박이꽃무지 (Protaetia brevitarsis) 분변토가 비료공정규격에 신규 등록되어 비료 원료로 활용할 수 있는 제도적 근거가 마련되었다 (RDA, 2024).
산업곤충 분변토의 농업적 활용이 확대되기 위해서는 다양한 작물 및 재배환경에 미치는 영향과 토양개선 효과를 객관적으로 검증할 수 있는 연구가 지속적으로 축적될 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 갈색거저리 분변토의 이화학적 특성 및 안전성을 평가하고, 배추 재배지에서의 처리에 따른 생육, 수량 및 토양 화학성 변화를 조사하여 비료 원료 및 부산물비료 자원으로서의 활용 가능성을 검토하고자 하였다.
Materials and Methods
시험재료
본 시험에 사용된 갈색거저리 분변토는 강원곤충산업협회로부터 제공받아 사용하였다. 갈색거저리는 사육시설 내에서 온도 25 - 27°C, 상대습도 60 - 70%의 조건에서 사육되었으며, 밀기울 (wheat bran) 100%를 사료로 공급하였다. 분변토는 갈색거저리의 유충기에 발생한 배설물을 수집하였으며 시료의 균질성을 위하여 5 mm 체로 체질하여 잔재물을 제거한 후 시험재료로 사용하였다.
밀웜분변토 특성분석
밀웜분변토의 비료 원료로서의 활용 가능성을 평가하기 위하여 이화학적 특성, 부숙도 및 유해성분 함량을 분석하였다. 모든 분석은 농촌진흥청 ｢비료의 품질검사방법 및 시료채취기준｣(RDA, 2024a)에 따라 수행하였다. 분석용 시료는 균일하게 혼합하고 이물질을 제거한 후 분쇄하여 사용하였다. 유기물 (organic matter, OM)은 회화법, 총질소 (total nitrogen, T-N)는 Kjeldahl법으로 분석하였다. 인산전량과 칼리전량은 시료를 산 분해하여 공시액을 조제한 후 유도결합플라즈마 발광분광분석기 (ICP-OES)를 이용하여 각각 인과 칼륨을 정량하고, 이를 P2O5와 K2O 함량으로 환산하였다. 산도 (pH)와 전기전도도 (electrical conductivity, EC)는 시료의 수용성 추출액에서 각각 pH meter와 EC meter로 측정하였으며, 수분함량은 건조감량법으로 분석하였다. 염분은 수용성 염화물을 정량하여 NaCl 함량으로 환산하였으며, 염산불용해물은 시료를 회화한 후 염산으로 분해하고 남은 불용성 잔사를 회화·칭량하여 정량하였고 부숙도는 솔비타 법으로 평가하였다. 유해성분은 비소 (As), 카드뮴 (Cd), 수은 (Hg), 납 (Pb), 크롬 (Cr), 구리 (Cu), 니켈 (Ni) 및 아연 (Zn)의 8종을 대상으로 하였으며, 산 분해 후 ICP-OES로 정량하였다. 분석 결과는 비료공정규격의 기준과 비교하여 비료 원료로서의 안전성과 농업적 활용 가능성을 평가하였다.
작물 재배시험
밀웜분변토 처리에 따른 작물 생육 반응을 평가하기 위해 강원특별자치도농업기술원 시험포장에서 재배시 험을 수행하였다. 시험작물은 배추(춘광)였으며, 8월 25일 정식하였고 11월 3일 수확하였다. 처리구는 무처리구 (control), 대조구 (compost), 기준구 (Frass-S), 배량구 (Frass-D)로 하였으며 대조구는 비료 공정규격 설정의 비효시험 방법 (RDA, 2024b)에 따라 유기질비료의 대조비료로 규정된 가축분퇴비를 사용하였으며 작물별 비료사용처방에 제시된 배추 표준시비량인 570 kg 10a-1를 처리하였다. 시험에 사용한 가축분퇴비의 전질소 함량은 1.40%로, 밀웜분변토의 전질소 함량이 4.14%로 약 3배 높았으므로 질소함량을 기준으로 밀웜분변토의 기준구 처리량은 190 kg 10a-1로 하였으며 배량구는 380 kg 10a-1로 처리하였다. 밑거름은 요소, 용성인비 및 염화칼리를 N–P2O5–K2O 기준 10.0–5.9–6.4 kg 10a-1 수준으로 배추 정식 1주 전 시용하였으며, 웃거름은 요소와 염화칼리를 N–K2O = 10.0 - 6.4 kg 10a-1 수준으로 정식 3주 후 1회 분시하였다. 시험은 4처리 3반복의 난괴법(Randomized Complete Block Design)으로 배치하였으며, 각 시험구 면적은 28 m2 (8.0 × 3.5 m)였고, 반복 내에서 4개의 처리구를 무작위로 배치하여 총 12개의 시험구를 조성하였다. 생육조사는 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사분석기준 (NIAST, 2012)에 따라 수확기의 생산량, 주중, 주폭, 주고, 외엽수, 구중, 구폭, 구고, 내엽수를 조사하였다. 처리 간 유의성 검정은 SPSS 프로그램을 이용하여 Duncan 다중검정법 (Duncan’s multiple range test, p < 0.05)을 적용하였다.
토양 화학성 분석
갈색거저리 분변토의 작물 처리효과 검정을 실시한 재배지의 토양은 과천통이었으며, 모래 61.7%, 미사 31.2%, 점토 7.1%의 사양토 (sandy loam)였다. 비료 처리 전과 수확 후 토양을 채취하여 농촌진흥청 토양화학분석법 (NAAS, 2010)에 따라 분석하였으며, 시험재배지의 처리 전 토양 화학성은 Table 1에 나타내었다. 토양 시료는 각 처리구별로 표토를 채취한 후 균일하게 혼합하여 풍건하였으며, 식물체 잔재 및 이물질을 제거한 뒤 2 mm 체를 통과시켜 분석용 시료로 사용하였다. 토양 pH와 전기전도도 (EC)는 풍건토양과 증류수를 1:5 (w/v) 비율로 혼합한 현탁액에서 측정하였고, 유기물 (OM)은 Tyurin법으로 적정하였으며 총질소는 Kjeldahl법으로 분석하였다. 유효인산 (P2O5)은 Lancaster법으로 침출한 후 비색정량하였으며, 치환성 양이온 (Ca, K, Mg, Na)은 1 N ammonium acetate (NH4OAc, pH 7.0)로 침출한 후 ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry)를 이용하여 측정하였다. 양이온치환용량 (CEC)은 1 N NH4OAc (pH 7.0) 포화법으로 토양의 교환성 양이온을 NH4+로 포화시킨 후 에탄올로 잔류 NH4OAc를 제거하고, 1 N KCl로 치환·침출된 NH4+를 정량하여 산출하였다.
Results and Discussion
밀웜분변토 성분분석
시험에 사용된 갈색거저리 분변토의 이화학적 특성을 분석한 결과, 유기물 함량은 77.1%로 나타났으며, 총질소 (T-N), 인산 (P2O5) 및 칼리 (K2O) 함량은 각각 4.14, 3.29, 2.57% 였다(Table 2). 주 성분인 유기물뿐만 아니라 질소, 인산, 칼리도 가축분퇴비 보다 다소 높은 수준으로 분석되어 양분 공급원으로서도 활용이 가능할 것으로 판단된다 (Shim et al., 2022, Kim et al., 2023b). pH는 5.8이었으며, EC는 5.1 dS m-1였다. 수분 함량은 9.1%, 염분은 0.25%, 염산불용해물은 0.39%였으며, 부숙도는 완전부숙으로 판정되어 미숙 유기질비료 처리 시 발생할 수 있는 생육장해, 악취 등의 우려가 낮은 것으로 나타났다.
Table 2
Physicochemical characteristics of Tenebrio molitor frass
중금속 함량 분석 결과, 납 (Pb), 비소 (As), 크롬 (Cr), 카드뮴 (Cd) 및 니켈 (Ni)은 검출되지 않았으며, 수은 (Hg)은 0.00035 mg kg-1, 구리 (Cu)는 14.4 mg kg-1, 아연 (Zn)은 155.27 mg kg-1로 나타나 비료 공정규격에 제시된 유기질비료의 공시기준 이하로, 갈색거저리 분변토가 비료 원료로 활용될 때 중금속 축적에 따른 안전성 우려가 낮은 것으로 나타났다. Wróbel and Rybak (2019)은 갈색거저리가 중금속으로 오염된 먹이를 섭취할 경우 생존율 저하와 함께 단백질, 지방 및 탄수화물 함량이 감소하는 등 대사활동이 크게 영향을 받는다고 보고하였으며, Cho (2020)는 음식물 폐기물에 포함된 염분과 미세플라스틱이 동애등에 유충의 성장과 번데기 발생률, 먹이 분해효율에 영향을 미친다고 보고하여 사육에 이용되는 먹이원의 특성이 곤충의 생육에 영향을 미치며, 생산되는 분변토의 품질과 안전성에도 영향을 줄 수 있음을 시사하였다. 본 시험에서 갈색거저리의 사료로 사용된 밀기울은 사료로 널리 이용되는 식물성 원료로, 본 연구에서 공시기준 이하의 중금속 함량을 나타낸 결과와도 관련이 있을 것으로 판단된다. 곤충분변토의 이화학적 특성과 중금속 함량은 사육에 이용되는 먹이원의 종류와 품질에 따라 달라질 수 있으므로 사료원료의 안전성 평가와 함께 생산된 분변토에 대한 품질관리도 병행되어야 할 것으로 판단된다.
배추 생육 및 수량비교
갈색거저리 분변토 처리에 따른 배추 생육을 조사한 결과는 Table 3에 나타내었다. 기준량 및 배량 처리구는 무처리구와 비교하여 일부 생육 지표에서 유의적인 증가를 나타냈다. 주중, 주폭 및 주고는 처리 간 유의적인 차이가 없었으나, 외엽수, 구중, 구고 및 내엽수는 갈색거저리 분변토 처리구에서 유의적으로 증가하였다. 전반적으로 초장, 주폭 등의 외부 생육보다 내부 생육인 구중, 구고, 내엽수에서 증가하는 경향을 보여 결구 형성과 내부 엽의 발달에 긍정적인 영향을 미친 것으로 판단된다. 구중은 기준량 및 배량 처리구에서 모두 2.35 kg으로 나타나 무처리구 2.06 kg대비 각각 14.3% 및 14.0% 증가하였다. 구중은 배추의 상품성과 수량성을 직접적으로 반영하는 지표로, 본 시험의 수량 조사 결과에서도 기준량과 배량 처리구의 수량이 각각 377.5 및 375.7 kg으로 나타나 무처리인 354.7 kg 대비 각각 6.4%, 5.9% 증가하여 구중의 증가 경향과 유사한 결과를 나타냈다. 외엽수는 기준량 및 배량 처리구에서 각각 20.2장 및 20.0장으로 무처리구 17.5장보다 증가하였고, 내엽수 또한 기준량 및 배량 처리구에서 각각 31.9장 및 28.6장으로 무처리구 25.4장보다 증가하여 분변토 처리구가 배추의 엽 발달에 긍정적인 영향을 미친 것으로 판단된다.
Table 3
Growth characteristics of Chinese cabbage in response to Tenebrio molitor frass application.
| Treatment1 |
Yield (kg) |
Plant weight (kg) |
Plant width (cm) |
Plant height (cm) |
Number of outer leaves (ea) |
Head weight (kg) |
Head width (cm) |
Head height (cm) |
Number of inner leaves (ea) |
| Control | 354.7 ab2 | 3.64 a | 21.4 a | 44.0 a | 17.5 b | 2.06 b | 17.1 a | 35.7 b | 25.4 b |
| Compost | 358.5 ab | 3.69 a | 21.5 a | 43.8 a | 17.8 b | 2.07 b | 17.2 a | 37.0 b | 24.4 b |
| Frass-S | 377.5 a | 3.71 a | 21.9 a | 44.1 a | 20.2 a | 2.35 a | 17.3 a | 38.9 a | 31.9 a |
| Frass-D | 375.7 a | 3.69 a | 22.3 a | 44.7 a | 20.0 a | 2.35 a | 17.5 a | 38.7 a | 28.6 a |
Wanjugu et al. (2023)은 귀뚜라미 분변토를 아프리카 거미꽃 (Cleome gynandra)에 처리하였을 때 초장, 엽수 및 생체중이 증가하여 우분퇴비 및 화학비료 처리구와 비교하여 우수한 생육을 나타냈다고 보고하였다. 또한 Anedo et al. (2024)은 키틴이 첨가된 동애등에 분변토를 처리한 결과 감자의 생육과 상품수량이 크게 증가하였으며, 토양의 pH, 무기태 질소, 유효인산 및 CEC가 향상되었다고 보고하였다. 이는 본 연구에서 확인된 생육 증진 효과와 유사한 경향을 나타냈다.
반면 기준량과 배량 처리구 간에는 구중과 수량에서 뚜렷한 차이가 나타나지 않았는데, Houben et al. (2021)은 갈색거저리 분변토가 토양에서 빠르게 무기화되어 초기 양분 공급원으로 작용하며, 작물의 양분 요구량에 적합한 처리 수준을 유지하는 것이 중요하다고 보고한 바 있으며, 본 연구에서도 배량 처리구에서 기준량 처리구 대비 추가적인 증수효과가 크지 않았던 점을 고려하였을 때, 기준량 처리만으로도 배추 생육에 필요한 양분이 충분히 공급된 것으로 판단되며, 배량 처리보다 기준량 수준의 처리가 경제성과 환경성을 모두 고려한 적정 시용량으로 판단된다. Kim et al., (2023a)은 갈색거저리 분변토를 상토에 3% 혼합하여 인삼 새싹을 재배한 결과 발아율과 생육이 향상되었다고 보고하여 상토 혼합재 및 친환경 비료 자원으로의 활용 가능성을 시사하였다.
최근 Brempong et al. (2025)은 고랭지 배추 재배에서 완효성 및 속효성 비료 처리에 따른 질소 이용효율과 생산성을 함께 평가하여 비료의 시용 효과를 보다 종합적으로 해석하였다. 따라서 갈색거저리 분변토의 비료적 가치를 보다 명확하게 규명하기 위해서는 향후 식물체의 무기성분 함량과 양분 흡수량, 비료이용효율을 함께 조사하여 분변토의 양분공급 특성과 이용효율을 종합적으로 평가할 필요가 있을 것으로 판단된다.
토양화학성 변화
갈색거저리 분변토 처리에 따른 배추 재배 후 토양 화학성을 조사한 결과는 Table 4와 같다. 토양 pH는 6.9 - 7.3, EC는 1.20 - 1.23 dS m-1범위로 처리 간 유의적인 차이는 없었으며 갈색거저리 분변토 처리에 의한 산도 및 염류농도가 크게 변화하지 않은 것으로 나타났다. 토양 유기물 함량은 무처리구 (control)와 가축분퇴비 처리구 (compost)에서 각각 16 g kg-1으로 가장 낮았으며, 분변토 기준량 처리구 (Frass-S)에서는 18 g kg-1, 배량 처리구 (Frass-D)에서는 20 g kg-1으로 유의적으로 증가하였다. 처리량이 증가할수록 유기물 함량증가도 뚜렷하게 나타나 갈색거저리 분변토에 함유된 유기물의 공급에 의해 토양 유기물 함량이 증가한 것으로 판단되며 유기성 자원의 투입이 토양 유기물 축적에 기여한다는 최근 국내 연구결과와도 유사한 결과를 보였다 (Kim et al., 2025). 토양 총질소 함량은 0.09 - 0.11% 범위를 나타냈으며, 분변토 처리구에서 상대적으로 높은 경향을 보였으나 처리 간 뚜렷한 차이는 나타나지 않았다.
Table 4
Soil chemical properties after Chinese cabbage cultivation under different Tenebrio molitor frass treatments.
| Treatment1 |
pH (1:5) |
EC (dS m-1) |
OM (g kg-1) |
T-N (%) |
Av. P2O5 (mg kg-1) | Exch. cations (cmolc kg-1) |
CEC (cmolc kg-1) | |||
| Ca | K | Mg | Na | |||||||
| Control | 7.2a1 | 1.21 a | 16 b | 0.10 a | 424 a | 4.4 a | 0.14 b | 0.95 b | 0.05 a | 13.2 b |
| Compost | 7.3a | 1.21 a | 16 b | 0.09 a | 379 a | 4.3 a | 0.15 b | 0.94 b | 0.06 a | 14.5 ab |
| Frass-S | 6.9a | 1.20 a | 18 ab | 0.11 a | 466 a | 4.0 a | 0.30 a | 0.96 b | 0.04 a | 14.9 ab |
| Frass-D | 7.0a | 1.23 a | 20 a | 0.11 a | 463 a | 4.3 a | 0.24 ab | 1.12 a | 0.06 a | 14.8 ab |
유효인산 (available P2O5)은 처리구별로 379 - 466 mg kg-1범위를 나타냈으나 처리 간 유의적인 차이는 없었다. 또한 교환성 Ca와 Na 역시 처리 간 유의적인 차이가 나타나지 않아 갈색거저리 분변토 처리가 이들 성분의 토양 함량에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 판단된다.
교환성 K는 분변토 기준량 처리구에서 0.30 cmolc kg-1으로 가장 높았으며, 무처리구와 가축분퇴비 처리구는 각각 0.14 및 0.15 cmolc kg-1로 유의적으로 낮게 나타났다. 분변토 배량 처리구는 0.24 cmolc kg-1로 중간 수준을 나타냈다. 배추는 칼륨 요구량이 높은 작물로 재배기간 동안 토양 내 칼륨이 지속적으로 흡수되므로 재배 후 토양의 교환성 K가 감소하는 경향이 있으나 갈색거저리 분변토 처리구에서는 무처리구 및 가축분퇴비 처리구보다 높은 수준의 교환성 K를 유지하여 분변토가 토양 내 칼륨 공급 또는 유지에 기여할 수 있다는 기존 연구 결과와 유사하였다 (Houben et al., 2020). 교환성 Mg는 분변토 배량 처리구에서 1.12 cmolc kg-1로 가장 높았으며, 무처리, 대조구, 기준구 (0.94 - 0.96 cmolc kg-1)에 비해 유의적으로 증가하였다.
양이온치환용량 (CEC)은 무처리구에서 13.2 cmolc kg-1로 가장 낮았으며, 가축분퇴비 및 갈색거저리 분변토 처리구에서는 14.5 - 14.9 cmolc kg-1범위를 나타내어 상대적으로 높은 수준을 유지하였다. CEC는 토양 유기물 함량과 밀접한 관련이 있는 토양 특성으로, 분변토 처리에 따른 유기물 증가가 토양의 양이온 보유능 향상에 긍정적으로 작용한 것으로 판단된다 (Amorim et al., 2024). 갈색거저리 분변토 처리는 토양 pH와 EC, 유효인산, 교환성 Ca 및 Na에는 큰 영향을 미치지 않았으나, 토양 유기물 함량을 증가시키고 교환성 K와 Mg를 향상시키는 효과를 보였으며 양이온치환용량을 일정 수준 이상 유지함으로써 토양 비옥도 개선에 긍정적으로 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
Conclusion
본 연구에서는 갈색거저리 분변토의 이화학적 특성과 배추 재배에서의 양분 공급 및 토양 화학성 개선 효과를 평가하였다. 갈색거저리 분변토는 유기물 함량이 77.1%로 높았으며, 총질소, 인산 및 칼리 함량은 각각 4.14, 3.29 및 2.57%를 나타냈다. 또한 중금속 함량은 비료공정규격 및 유기농업자재 공시기준 이하였으며, 부숙도는 완전부숙으로 판정되어 유기성 비료 원료로서의 안전성을 확인하였다. 배추 재배시험에서는 갈색거저리 분변토 처리에 의해 구중, 구고, 외엽수 및 내엽수가 무처리구보다 유의적으로 증가하였으며, 수량은 기준량 및 배량 처리구에서 각각 377.5 및 375.7 kg로 무처리구 354.7 kg보다 6.4% 및 5.9% 증가하였다. 재배 후 토양에서는 유기물 함량이 무처리구의 16 g kg-1에서 분변토 기준량 및 배량 처리구에서 각각 18 및 20 g kg-1으로 증가하였으며, 교환성 K는 기준량 처리구에서 0.30 cmolc kg-1, 교환성 Mg는 배량 처리구에서 1.12 cmolc kg-1로 가장 높게 나타났다. 또한 CEC는 무처리구 13.2 cmolc kg-1보다 분변토 처리구 14.8 - 14.9 cmolc kg-1에서 높은 수준을 나타내어 토양 비옥도 개선 가능성을 확인하였다. 외형적인 비해 증상은 관찰되지 않았으며, 기준량과 배량 처리구 간 생육 및 수량 차이가 크지 않아 기준량 처리만으로도 배량과 유사한 생육 및 수량을 나타내어 적정 시용량으로 활용가능성이 높은 것으로 판단된다. 따라서 갈색거저리 분변토는 배추 재배에서 안전성과 양분 공급 효과가 확인된 유기성 자원으로서 부산물비료 원료 및 친환경 유기농업자재로 활용 가능성이 높을 것으로 판단된다.
