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지렁이를 이용한 유기농법이 토양환경과 식물의 생장에 미치는 영향

The Effects of Organic Farming by Earthworm Casts on Growth of Plants

KSC (Kyunghee Science Club)김지은, 박예림, 전수정, 조민지

지도교사 김지광

경 희 여 자 고 등 학 교

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목차

초록

I. 선행연구의 고찰

1. 붉은줄지렁이(Eisenia fetida)

2. 분변토

3. 지렁이의 사용

4. 식물 생장의 조건

5. 유기농법

II. 탐구 설계

III. 탐구 결과

1. 실험 준비

(1) Pilot test

(2) 실험기구 설치

2. 실험 경과

3. 실험 결과

Ⅳ. 탐구 결론

Ⅴ. 참고문헌 및 논문

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그림, 표 목차

그림

그림 1. Pilot test를 위한 세미나와 화전 지렁이 농장 견학

그림 2. Pilot tset에 사용된 사육상자

그림 3. 본 실험을 위한 사육상자의 설치

그림 4. 심은 직후 토마토 모습

그림 5. 3주 후 토마토 모습

그림 6. 5주 후 토마토의 모습

그림 7. 7주 후 토마토의 모습

그림 8. 9주 후 토마토의 모습

그림 9. 일반흙과 분변토의 길이와 가지 수 차이

그림 10. 일반흙과 분변토의 뿌리 차이

그림 11. 흙 알갱이의 크기

그림 12. 일반흙과 분변토의 토양구성비

표

표 1. 심은 직후 토마토 길이

표 2. 9주 후 일반흙과 분변토에서 생장상태 비교

표 3. 일반흙과 분변토에서 자란 토마토의 뿌리 무게차이

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초록

지렁이의 배설물인 분변토는 일반적인 흙에 비해 식물 생장에 유용한 성분

을 다수 포함하며 구조적으로는 떼알구조를 이루어 토양의 물리적 기능을

증대시켜준다. 본 실험의 목적은 이러한 분변토를 이용한 유기농법을 활용하

여 식물 재배 시 일반적인 흙에서 자란 식물과 어떤 차이를 보이는 지 알아

보는 것이다.

따라서 분변토와 일반흙에 각각 토마토 세 그루씩, 총 여섯 그루를 토양 외

의 다른 조건을 모두 동일하게 유지하며 재배한다. 실험 결과 분변토에서 자

란 토마토 줄기의 길이는 일반 흙에서 자란 토마토보다 약 1.2배 더 길고

가지 수는 약 1.5배 많았으므로 분변토가 토마토의 생장에 도움을 주었음을

알 수 있다. 또한 뿌리의 폭은 약 1.2배 넓으며, 길이는 약2배 더 길고 무

게는 약 3배 더 무거우므로 분변토의 떼알구조가 뿌리의 발근력에 긍정적

인 영향을 미쳤음을 알았다

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Ⅰ. 선행연구의 고찰

1. 붉은줄지렁이(Eisenia fetida)

지렁이는 환형동물문, 빈모강에 속한다. 전 세계적으로 이 그룹에 속하는

종류는 약 3,500종에 이르며, 사막과 극지 같은 곳을 제외한 대부분의 지역

에 분포한다.

지렁이는 지표면이나 토양 속에서 짝짓기를 한 뒤에 개체는 수정되며, 각각

난낭을 생산한다. 난낭은 종에 따라서 1개 또는 4 ~ 7개, 많게는 20개 이상

알이 들어 있고, 그 수는 종과 환경상태에 따라 20개에서 수백 개에 이른다.

양호한 토양상태에서 난낭 속에 있는 시간은 보통 8 ~ 20주이며, 막 깨어난

지렁이는 약 10주에서 길게는 1년이 걸려 성적인 성숙에 도달한다. 양식 지

렁이인 붉은줄지렁이(Eisenia fetida)는 1년에 성체 1마리가 3 ~ 4천 마리

까지 증식할 수 있다.

2. 분변토

염분이 많은 토양에 파종을 하면 뿌리 발근이 힘들어 편차가 심한데 분변

토를 밑거름으로 넣고 파종하면 발아율과 뿌리 발근력이 탁월해 편차가 없

이 잘 자란다. 또한 분변토가 밑거름으로 들어간 작물의 성장 속도가 훨씬

빠르다.

시중에서 판매하는 퇴비는 대부분 미생물을 접종해서 고온 발효시킨 아직

미숙 퇴비로 암모니아 가스 등이 작물에 나쁜 영향을 미칠 수 있지만 분변

토는 지렁이가 흙과 유기물을 먹고 배출한 것이므로 완전히 숙성된 천연유

기질 퇴비다. 즉 분변토를 밑거름으로 다량 사용하고, 생육 도중 비료로 사

용해도 장애가 전혀 없으며 토양 중화 기능도 가지고 있다.

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분변토는 작물의 몸을 구성하는 질소와 탄소 함량이 매우 높고, 칼슘, 마그

네슘, 칼륨, 나트륨, 망간, 가급태 인산 등 무기양분도 풍부하다. 특히 지렁

이의 몸속을 통과하면서 무기성분들이 수용성으로 변해 작물이 편하게 먹을

수 있다. 분변토에 함유된 다양한 종류의 비타민과 아미노산은 효소와 식물

호르몬을 자극해 작물 생육을 활발하게 한다. 분변토는 가스 장애가 없고 유

용한 미생물이 다량 서식하고 있는 최고의 천연 유기질 비료이다.

분변토에 함유되어 있는 다양한 종류의 비타민과 아미노산은 효소와 식물

호르몬을 자극해 작물 생육을 활발하게 한다. 또한 분변토에는 천연 항생 물

질이 있어 입고병 증상이 거의 나타나지 않는다.

분변토에는 죽은 지렁이가 많이 함유되어 있다. 지렁이가 죽으면 강력한 소

화효소가 자기 몸을 녹여 즉석에서 비료효과를 볼 수 있는 단백질과 질산태

질소로 변한다. 분변토속에 녹아 있는 단백질과 질산태질소는 작물의 잎과

줄기 성장을 촉진 시킨다.

분변토에는 방선균, 사상균, 그람 박테리아, 포자형성 박테리아가 들어있다.

또한 바실러스속 미생물이 상당량 들어 있어 토양 병원성 곰팡이 포자를 파

괴하거나 용해하여 각종병원균의 발병을 억제하는 항생물질이 상당량 들어

있다. 대장균과 살모넬라균, 모잘록병(입고병)균 등은 직접 먹어치워 원천봉

쇄하며, 사과 검은별무늬병(혹성병)은 병원성균이 사는 집을 먹어버린다. 뿌

리썩음병과 위축병 등은 병원균의 생활조건을 악화시켜 발병을 줄인다.

분변토는 떼알 구조로 형성되어 있어서 보수성과 통기성이 높아 물빠짐과

보비력을 향상시키는 등 토양의 물리성을 좋게 한다. 떼알은 미생물 혹은 작

물뿌리에 의해서도 형성되지만 지렁이가 만드는 떼알이 단연 우수하다. 지렁

이 몸속을 거치면서 알갱이들이 강하게 달라붙어 내수성이 높기 때문이다.

3. 지렁이의 사용

경작토양이 대량 무기질 비료와 살충제로부터 벗어나 토양 비옥과 해충 조

절에 대한 생물학적 방식으로 대체됨으로써 지렁이 개체군 규모도 점차 증

가하고 있는 실정이다. 농작물 생산력과 토양 비옥에 있어 지렁이에 대한 기

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대감은 이러한 경향이 지속되면서 중요성이 날로 강조되고 있다. 지렁이가

유기물질을 분해한다는 사실은 오래 전 부터 알려져 왔다. 지렁이는 하수슬

러지, 종이슬러지, 음식물 쓰레기, 양조장 찌꺼기, 돼지, 소, 양, 말, 거위, 토

끼 등의 가축분뇨를 먹고 소화 할 수 있다.

전 세계적으로 사육되고 있는 지렁이는 약 10종 정도 알려져 있다. 이중

국내에 기록되어 있는 종은 붉은줄지렁이(Eisenia fetida), 줄지렁이, 팔딱이

지렁이(Perionyx excavatus) 등이며 국내에 사육되고 있는 종은 붉은줄지렁

이와 팔딱이지렁이이다.

4. 식물 생장의 조건

물은 식물체의 주요 구성 물질로, 식물의 90%이상이 물로 이루어져있다.

식물은 뿌리에서 양분을 흡수해 이동시키며 잎에서 광합성 작용을 통해 생

성된 양분을 축적한다. 흙은 식물이 성장하는데 있어서 식물을 기계적으로

지지해 주고 거름을 흡수할 수 있도록 전이시켜주는 역할을 한다. 식물 생장

시 필요한 필수 원소는 산소, 수소, 산소, 인, 황, 칼슘, 철, 칼륨, 인, 마그네

슘 등이 있다.

5. 유기농법

유기농법이란 화학비료나 농약을 전혀 또는 거의 사용하지 않고 야채나 과

일을 기르는 농법이다.

토양의 오염, 화학비료 농법에 대한 반성으로 등장한 유기농법은 합성화학물

질을 일체 사용하지 않고 유기물, 미생물 등을 이용하여 자연적으로 만들어

낸 자재를 사용하여 작물을 재배한다.

자연 본래의 생산력을 중시하고 자연의 생태적 균형을 존중하여 미생물, 식

물, 동물 등 공존하는 대상에 대하여 공생하는 방법을 모색한다.

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Ⅱ. 탐구 설계

일반흙과 분변토에 각각 토마토를 심고 같은 장소에 설치시켜 온도, 습도,

채광을 동일하게 유지시키며 규칙적인 시간에 일정한 양의 물을 공급한다.

위 조건 하에서 일반 흙과 분변토에서 생장한 각 토마토의 생장 발달 차이

를 통해 분변토에서의 식물생장이 활발하다는 것을 증명한다.

본 실험에서는 국내에서 가장 많이 사육되고 수요가 많아 가장 구하기 쉬

우며 다른 지렁이들에 비해 서식환경이 까다롭지 않아 사육하기에 용이한

붉은줄지렁이(Eisenia fetida)를 사용했다.

토마토는 이 실험을 시작한 시기인 5월에 가장 쉽게 구할 수 있고, 심는 시

기가 일치한다. 식물 재배의 장소인 경희여자고등학교는 햇볕이 잘 들고 통

풍이 잘 되며 일교차가 커서 토마토 재배에 적합한 환경을 가추고 있다. 또

한 토마토는 생장 과정이 뚜렷하며 육안으로도 생장속도를 관찰하기 쉽다.

따라서 생장이 위 조건에 부합하며 열매를 통해 토양의 비옥한 정도를 비교

적 쉽게 알 수 있는 토마토를 재배하였다.

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Ⅲ. 탐구 결과

1. 실험 준비

(1) Pilot test

-실험 목표

지렁이는 채광, 온도, 습도에 민감하다. 이 세 가지 요소가 부합하지 않을

경우 지렁이의 폐사율이 높아진다. 지렁이의 폐사는 실험에 큰 영향을 미치

므로 이로 인한 오차를 줄이기 위해 본 실험에 앞서 각각의 조원들이 지렁

이를 사육해보았다. 그 결과 지렁이의 알맞은 서식환경 조성을 위한 능력을

키울 수 있었다.

-실험 기간

2010. 11. 04 ~ 2011. 03. 02

-실험 방법

① 사전조사

지렁이와 분변토, 식물의 생장, 토성 분석 등 실험과 관련된 여러 정보들을

미리 검색해 숙지한 후 정기적인 세미나를 통해 정보를 교환하고 몰랐던 것

을 배우며, 궁금한 것을 질문할 수 있는 시간을 가졌다. 또한 화전 지렁이

농장으로의 견학을 통해 지렁이의 사육에 필요한 환경, 먹이를 확정하고 실

험 방향을 정하는 데 많은 도움을 받을 수 있었다.

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② 개인 지렁이 사육

본격적인 실험에 돌입하기에 앞서 서로 환경이 다른 조원들의 집에서 약

200g(250~300마리)의 지렁이를 사육해봄으로서 환경과 먹이에 따른 지렁

이의 폐사율과 건강 상태를 알아보고자 하였다. 이 실험을 통해 지렁이는 겨

울철 실외 환경에서는 폐사하기 쉬우며, 온도가 비슷해도 수분 공급과 먹이

제공에 따라 현저한 건강상의 차이를 보임을 알 수 있었다.

세미나 (2010.12.15, 11.01.22, 11.02.23) 화전 지렁이 농장 (2010.12.28)

그림 1. Pilot test를 위한 세미나와 화전 지렁이 농장 견학

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그림 2. Pilot tset에 사용된 사육상자

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(2) 실험기구 설치

① 합판 재질의 상자를 다음의 같은 규격

으로 2개 준비한다.

(가로) × (세로) × (높이)

= 120 × 60 × 50 (cm)

② 일정한 간격으로 배수를 위해 바닥에

구멍을 뚫는다.

③ 배수를 위해 뚫은 구멍으로 흙이 빠져

나가지 않도록 망을 깐다.

④ 분변토와 일반흙을 각 상자 안에 담는

다. 분변토는 화전 지렁이 농장에서

구매하였으며, 일반흙은 경희여자고등

학교 연못(선동호)에서 구하였다.

⑤ 흙 위에 토마토 모종을 심는다.

크기가 비슷한 토마토 모종을 일반흙

에 3개, 분변토에 3개 심었다.

그림 3. 본 실험을 위한 사육상자의 설치

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2. 실험 경과

토마토를 심은 후 약 9주간 관찰했다. 토마토는 일반흙과 분변토에 각각

3그루씩 심었으며 분변토는 일반흙에 비해 흙의 색이 어두우며 만졌을 때

수분이 많이 느껴졌다. 토마토를 3주 동안 관찰한 결과, 토마토는 일반흙에

비해 분변토에서 잎이 더 무성해졌으며, 첫 토마토가 열렸다. 5주후,

토마토들이 햇빛이 잘 비추는 쪽으로 자라는 것이 보였다. 7주후, 이전에

설치한 지지대보다 토마토가 더 많이 자라 보다 큰 지지대로 교체하였다. 약

8주차에는 장마로 인해 약간의 피해를 입었다. 열매가 떨어지고 가지가

꺾이기도 했다. 장마 기간 동안 토마토를 관찰한 결과 분변토가 일반흙에

비해 훨씬 물이 덜 고이고 배수가 잘 이루어진다는 것을 알 수 있었다.

9주후, 장마를 이겨낸 토마토 잎은 더욱 무성해졌으며 열매 수도 증가했다.

(a) (b)

그림 4. 심은 직후 토마토 모습

(a)는 일반흙에 심은 토마토이고, (b)는 분변토에 심은 토마토이다.

(a)는 (b)에 비해 흙의 색이 밝고 수분이 적었다.

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(a) (b)

(c)

그림 5. 3주후 토마토 모습

(a)는 일반흙에 심은 토마토이고, (b)는 분변토에 심은 토마토이다.

잎은 (a)가 (b)보다 무성했고, 길이는 (a)와 (b)가 비슷했다.

(c)는 (b)에서 첫 토마토가 열린 모습이다.

(a) (b)

그림 6. 5주후 토마토의 모습

(a)는 일반흙에 심은 토마토이고, (b)는 분변토에 심은 토마토이다.

점점 토마토들이 햇빛이 잘 비추는 쪽으로 자라는 것이 보였다.

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(a) (b)

그림 7. 7주후 토마토의 모습

(a)는 일반흙에 심은 토마토이고, (b)는 분변토에 심은 토마토이다.

처음에 설치한 지지대보다 토마토가 더 많이 자라 보다 큰 지지대로 교체하였다.

그림 8. 9주후 토마토의 모습

(a)는 일반흙에 심은 토마토이고, (b)는 분변토에 심은 토마토이다.

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3. 실험 결과

식물생장의 결과를 비교하기 위해서 위 표에 나와 있는 길이, 가지 수, 뿌리

길이, 뿌리 폭 뿌리 무게, 전체 무게 등 여섯 가지의 기준으로 비교한다. 일

반흙과 분변토에 심어져 있는 방울토마토를 뽑는다. 뿌리의 흙을 제거한 후

뿌리와 줄기의 경계를 자르고 가장 긴 가지의 길이를 재었다.

이 실험 결과를 아래의 표와 그래프로 나타내었다.

분변토에서 자란 토마토 줄기의 길이는 일반 흙보다 약 1.2배정도 더 길었

다.

일반흙 분변토

1 2 3 1 2 3

길이(cm) 18 17 19 20 19 18

표 1. 심은 직후 토마토 길이

일반 흙 분변토

1 2 3 평균 1 2 3 평균

길이

(cm)167 193 170 176.66 245 193 210 216

가지

수(개)5 4 4 4.33 4 9 5 6

뿌리길

이

(cm)

28 24 33 28.33 41 68 58 55.66

뿌리폭

(cm)7 6 10 7.66 7 10 11 9.33

뿌리무

게(g)2 6 3 3.66 5 10 3 6

전체무

게(g)

(뿌리

제외)

210 240 270 240 615 1050 510 725

표 2. 9주후 일반흙과 분변토에서 생장상태 비교

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0

1

2

3

4

5

6

7

뿌리무게(g)

6

3.66일반흙

분변토

(가)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

전체무게(g)뿌리제외

725

240

일반흙

분변토

(나)

표 3. 일반흙과 분변토에서 자란 토마토의 뿌리 무게차이

0

50

100

150

200

250

길이(cm)

216

176.66

일반흙

분변토

(가)

0

1

2

3

4

5

6

7

가지 수(개)

6

4.33

일반흙

분변토

(나)

그림 9. 일반흙과 분변토의 길이와 가지 수 차이

0

10

20

30

40

50

60

70

뿌리길이(cm)

55.66

28.33일반흙

분변토

(가)

0

2.4

4.8

7.2

9.6

12

푸리폭(cm)

9.33

7.66

일반흙

분변토

(나)

그림 10. 일반흙과 분변토의 뿌리 차이

가지 수는 약 1.5배, 뿌리 폭은 약 1.2배, 뿌리길이는 약 2배, 뿌리 무게도

약 2배, 전체 무게는 약 3배정도가 일반 흙에 비해 더 높았다.

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94.9

89.65

152.760.1

256.15

일반흙

A(g)

B(g)

C(g)

D(g)

E(g)

(가)

200

41.7584.05

48.3

80.85

분변토

A(g)

B(g)

C(g)

D(g)

E(g)

(나)

그림 12. 일반흙과 분변토의 토양구성비

일반흙 분변토

1 2 평균 1 2 평균

A(g) 114 75.8 94.9 162.4 237.6 200

B(g) 86.5 92.8 89.65 44.3 39.2 41.75

C(g) 151.2 154.2 152.7 80.9 87.2 84.05

D(g) 46.5 73.7 60.1 47.7 48.9 48.3

E(g) 243.4 294.9 269.15 78 83.7 80.85

지름의 길이 : E<0.15<D<0.2<C<0.3<B<0.5<A (cm)

그림 11. 흙 알갱이의 크기

이 표와 그래프를 통해 채의 구멍이 가장 큰 A에서 분변토가 일반 흙보다

2배 이상 나왔다. 반면에 가장 크기가 작은 E에서 일반 흙이 분변토보다 3

배 이상 나왔다.

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Ⅳ. 탐구 결론

지렁이의 배설물인 분변토는 지렁이의 소화과정에서 탄산칼슘에 둘러싸여

배설된다. 이렇게 배설된 분변토는 떼알구조를 형성하여 흙의 알갱이의 크기

가 일반흙에 비해 크다. 떼알구조를 형성한 분변토는 통기성, 수분침투성, 수

분 보유력과 같은 토양의 물리적 기능을 증대시켜준다. 또한 지렁이는 다양

한 먹이를 섭취함에 따라 여러 가지 필수 원소들을 섭취하기 때문에 분변토

에도 이 성분들이 포함되어 있다. 이러한 분변토의 이점들은 식물 생장에 있

어 긍정적인 영향을 미친다.

첫째, 본 실험에서는 분변토의 떼알구조를 확인하기 위해 크기가 0.15cm,

0.2cm, 0.3cm, 0.5cm인 채를 이용하여 흙 알갱이를 각 크기별 집단으로 나

누었다. 그 결과 분변토는 0.5cm 이상인 흙 알갱이가 일반흙에서 보다 약 2

배 더 많았다. 이를 통해 평소 육안으로만 확인했던 분변토의 떼알구조를 좀

더 정확하게 확인할 수 있었다.

둘째, 분변토가 토마토의 발근력에 긍정적인 영향을 미치는가를 알아보기

위해 토마토 뿌리의 폭, 길이, 무게를 측정해 보았다.그 결과 분변토에서 자

란 토마토는 일반흙에서 자란 토마토와 비교해 뿌리의 폭은 약 1.2배 넓으

며, 길이는 약2배 더 길고, 무게는 약 3배 더 무거웠으므로 분변토는 토마

토의 발근력 증가에 도움이 되었다고 추정할 수 있다.

셋째, 분변토가 토마토의 생장정도에 미치는 영향을 알아보기 위해서 분변

토에서 자란 토마토와 일반흙에서 자란 토마토의 줄기의 길이, 가지 수, 전

체 무게를 측정해 보았다. 분변토에서 자란 토마토의 줄기의 길이는 일반 흙

에서 자란 토마토의 것 보다 약 1.2배 더 길고, 가지 수는 약 1.5배 많았으

며, 전체 무게는 3배 더 무거웠으므로 분변토가 토마토의 생장에 도움을 주

었음을 알 수 있다.

위와 같은 실험결과를 통해 지렁이와 분변토가 식물 생장에 미치는 영향을

알 수 있다.

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Ⅴ. 참고문헌 및 논문

최훈근 <토양생물 지렁이를 이용한 폐기물 활용(2001.08.10 발행)>

최훈근 <열려라 지렁이 나라(2010.05.19 발행)>

에이미 스튜어트 <지렁이 (소리 없이 땅을 일구는 일꾼)(2005.05.03 발행)>

호수인, 노효청, 김건상 <지렁이를 이용한 생활쓰레기의 비료 효과에 대한

연구>

송준상, 이길철, 전성환, 이민도, 조경희 <분변토가 식물성장에 주는 영향>