바이오차를 농경지에 활용할 때 단독으로 토양에 투입하는 방법도 있지만, 퇴비와 함께 일정 기간 숙성한 뒤 사용하는 방법도 주목받고 있습니다.

바이오차와 퇴비를 함께 숙성시키는 것을 흔히 바이오차-퇴비 공숙성(co-composting) 또는 바이오차 처리 퇴비라고 합니다. 이 과정에서는 바이오차가 단순히 퇴비와 섞여 있는 것에 그치지 않고, 퇴비화 과정에서 발생하는 수분과 유기물, 양분, 미생물 등과 상호작용하면서 물성이 달라질 수 있습니다. 연구에서는 이러한 공숙성 과정이 퇴비의 성숙도와 양분 보유, 미생물 활성 등에 영향을 줄 수 있는 것으로 보고되고 있습니다. (PubMed)

그렇다면 왜 굳이 바이오차를 토양에 바로 넣지 않고 퇴비와 함께 숙성시키는 것일까요?

1. 바이오차가 퇴비의 양분을 흡착할 수 있기 때문이다

바이오차의 가장 중요한 특징 중 하나는 다공성 구조와 넓은 비표면적입니다.

바이오차 내부에는 눈에 잘 보이지 않는 미세한 기공이 존재합니다. 이 때문에 주변의 물질과 상호작용할 수 있는 표면이 넓습니다.

퇴비화 과정에서는 질소, 인, 칼륨을 비롯한 다양한 양분이 유기물의 분해 과정에서 이동합니다.

이때 바이오차가 함께 존재하면 일부 양분과 암모늄 등의 성분이 바이오차 표면이나 공극에 흡착될 수 있습니다. 연구에서도 바이오차를 퇴비화 과정에 첨가하면 질소와 인의 보유 및 용탈 감소에 도움이 될 가능성이 보고되었습니다. (PubMed)

즉,

퇴비의 양분

→ 분해 과정에서 이동

→ 바이오차가 일부 흡착

→ 퇴비 내부에 양분 보유

라는 과정이 이루어질 수 있습니다.

2. 바이오차가 퇴비화 과정의 물리적 환경을 개선할 수 있다

퇴비화가 제대로 진행되려면 적절한 수분과 산소 공급이 중요합니다.

퇴비 원료가 지나치게 밀집하면 내부의 공기 이동이 제한될 수 있습니다.

바이오차는 다공성 구조를 가지고 있기 때문에 퇴비 혼합물의 물리적 구조에 영향을 줄 수 있습니다. 여러 연구를 종합한 결과, 바이오차 첨가는 퇴비의 물리화학적 특성을 개선하고 미생물 활성과 유기물 분해를 촉진하는 방향으로 작용할 수 있는 것으로 보고되었습니다. (PubMed)

따라서 바이오차는 단순한 탄소 소재가 아니라 퇴비 더미 내부의 환경을 조절하는 구조적 소재로도 활용될 수 있습니다.

3. 미생물이 활동할 수 있는 공간을 제공한다

퇴비화의 핵심은 미생물입니다.

미생물이 유기물을 분해하면서 열이 발생하고, 유기물이 점차 안정된 형태로 변화하면서 퇴비가 성숙해집니다.

바이오차의 다공성 구조는 미생물이 부착할 수 있는 표면을 제공할 수 있습니다.

특히 바이오차와 퇴비가 함께 존재하면 바이오차 표면에 미생물과 유기물, 양분이 상호작용하는 미세환경이 형성될 수 있습니다. 공숙성 과정에서 미생물 군집과 효소 활동이 변화할 수 있다는 연구 결과도 보고되어 있습니다. (PubMed)

따라서 바이오차를 퇴비와 숙성시키는 것은 바이오차를 미생물 활동이 일어나는 환경에 미리 노출시키는 과정으로 볼 수 있습니다.

4. 바이오차가 퇴비의 수분 환경에 영향을 줄 수 있다

바이오차의 공극은 물을 저장하고 이동시키는 데 영향을 줄 수 있습니다.

퇴비화 과정에서는 수분이 너무 많으면 산소 공급이 떨어지고, 반대로 지나치게 건조하면 미생물 활동이 제한될 수 있습니다.

바이오차를 함께 넣으면 바이오차가 수분의 일부를 보유하면서 퇴비 내부의 수분 분포에 영향을 줄 수 있습니다.

다만 바이오차의 원료와 입자 크기, 퇴비의 수분 함량에 따라 결과가 달라질 수 있기 때문에 바이오차를 많이 넣는다고 수분 관리가 자동으로 좋아지는 것은 아닙니다.

5. 바이오차의 표면 특성이 변화할 수 있다

이 부분은 바이오차를 미리 숙성시키는 중요한 이유 중 하나입니다.

갓 만들어진 바이오차는 열분해 과정에서 만들어진 비교적 안정적인 탄소 구조와 다양한 표면 특성을 가지고 있습니다.

그런데 퇴비와 함께 숙성시키면 바이오차 표면에 퇴비에서 나온 유기물과 무기성분이 흡착되고, 미생물과 상호작용하면서 표면의 화학적 특성이 변화할 수 있습니다.

연구에서는 퇴비화 과정이 바이오차의 표면 작용기, 양분 함량, CEC 및 유기물과의 상호작용에 영향을 줄 수 있다고 보고하고 있습니다. (PubMed)

즉, 숙성 과정은 단순히 바이오차와 퇴비를 섞어 놓는 과정이 아니라 바이오차의 표면을 농업용 토양 환경에 적응시키는 과정으로 볼 수 있습니다.

6. 작물이 이용할 수 있는 양분 환경을 만드는 데 도움이 될 수 있다

바이오차 자체는 일반적인 질소비료처럼 작물에 빠르게 많은 양분을 공급하는 자재가 아닙니다.

반면 퇴비에는 질소, 인, 칼륨을 비롯한 다양한 양분과 유기물이 포함되어 있습니다.

따라서 두 소재를 함께 사용하면 각각의 장점을 보완할 수 있습니다.

바이오차

→ 탄소 저장

→ 다공성 구조

→ 양분 흡착 및 보유

퇴비

→ 유기물 공급

→ 다양한 양분 공급

→ 미생물 활동 지원

이러한 특성이 결합하면서 토양에서 보다 안정적인 양분 순환 환경을 만드는 데 도움을 줄 수 있습니다. 실제 메타분석에서도 바이오차가 포함된 퇴비의 토양 적용이 토양 총질소와 유기물 증가 및 작물 생산성 향상과 연관된 것으로 보고되었습니다. (PubMed)

7. 질소 손실을 줄이는 데 도움이 될 수 있다

퇴비화 과정에서 특히 주의해야 하는 양분이 질소입니다.

유기물 분해가 진행되는 과정에서 질소가 암모늄 등의 형태로 전환되고, 조건에 따라 암모니아로 손실될 수 있습니다.

바이오차를 퇴비화 과정에 첨가하면 암모늄이나 일부 질소 화합물이 바이오차에 흡착되어 손실을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

한 글로벌 메타분석에서는 바이오차 첨가가 퇴비의 암모늄성 질소를 감소시키고 질산성 질소와 총질소를 증가시키는 방향의 결과가 보고되었습니다. 또한 암모니아 배출도 감소하는 경향을 보였습니다. (PubMed)

다만 이러한 효과는 바이오차의 종류와 퇴비 원료, 수분, 산소 공급 및 투입량에 따라 달라질 수 있습니다.

8. 퇴비의 성숙과 품질에 영향을 줄 수 있다

좋은 퇴비는 단순히 유기물이 많이 들어 있는 것이 아니라 충분히 분해되고 안정화된 상태여야 합니다.

미숙한 퇴비를 농경지에 바로 사용하면 작물 생육에 부정적인 영향을 줄 가능성이 있습니다.

바이오차를 퇴비화 과정에 함께 사용하면 유기물 분해와 미생물 활동, 퇴비의 물리·화학적 특성에 영향을 줄 수 있으며, 일부 연구에서는 퇴비의 성숙도와 품질 향상 가능성이 보고되었습니다. (PubMed)

따라서 바이오차와 퇴비를 함께 숙성하는 목적 가운데 하나는 토양에 투입하기 전에 보다 안정적인 유기물 자재를 만드는 것이라고 볼 수 있습니다.

9. 바이오차의 단점을 완화할 가능성이 있다

바이오차는 유용한 소재이지만 항상 즉각적인 효과만 나타내는 것은 아닙니다.

특히 일부 바이오차는 높은 pH를 가지고 있으며, 원료에 따라 염류나 무기성분 함량도 높을 수 있습니다.

또한 바이오차의 표면 특성에 따라 토양에 존재하는 양분과 상호작용하면서 초기 생육에 영향을 줄 가능성도 있습니다.

퇴비와 함께 숙성하면 바이오차 표면에 유기물과 양분이 결합하면서 바이오차가 토양에 투입되기 전부터 어느 정도 ‘충전’되는 효과를 기대할 수 있습니다.

이 때문에 바이오차와 퇴비를 단순히 따로 투입하는 것보다 공숙성한 형태가 더 효과적일 가능성이 있다는 연구들이 있습니다. 다만 모든 토양과 작물에서 동일한 결과가 나타나는 것은 아닙니다. (PubMed)

10. ‘바이오차 + 퇴비 혼합’과 ‘공숙성’은 다르다

이 부분은 블로그에서 설명할 때 특히 중요한 내용입니다.

단순 혼합

바이오차와 완숙 퇴비를 사용 직전에 섞어 사용하는 방식입니다.

공숙성

바이오차를 퇴비화가 진행되는 과정에 처음부터 함께 넣고 숙성시키는 방식입니다.

둘은 비슷해 보이지만 과정이 다릅니다.

공숙성 과정에서는 바이오차가 퇴비화 과정에서 발생하는 수분, 양분, 유기물, 미생물과 장기간 접촉하기 때문에 바이오차의 표면 특성이 변할 수 있습니다. (PubMed)

따라서 공숙성 바이오차를 단순히 “바이오차와 퇴비를 섞은 것”으로만 이해하면 실제 특성을 제대로 설명하기 어렵습니다.

11. 숙성 과정에서 바이오차가 양분을 미리 머금을 수 있다

바이오차를 토양에 바로 넣었을 때와 퇴비와 함께 숙성한 후 넣었을 때 가장 큰 차이 가운데 하나는 바이오차 표면에 어떤 물질이 존재하느냐입니다.

숙성 과정에서 퇴비의 유기물과 양분이 바이오차의 표면과 공극에 접촉합니다.

그 결과 바이오차가 일종의 양분 저장 공간처럼 작용할 가능성이 있습니다.

이후 토양에 투입되면 바이오차에 흡착되어 있던 일부 양분과 토양 용액 사이에서 교환이 일어날 수 있습니다.

따라서 공숙성 바이오차는 단순한 탄소 소재보다 양분을 함께 가지고 있는 토양개량재에 가까운 특성을 나타낼 수 있습니다.

12. 토양 미생물 환경에도 영향을 줄 수 있다

퇴비는 다양한 미생물과 유기물을 포함하고 있고, 바이오차는 미생물이 부착할 수 있는 다공성 표면을 제공합니다.

두 소재를 함께 숙성하면 퇴비의 미생물 군집과 바이오차의 표면 구조가 상호작용할 수 있습니다.

이러한 변화는 이후 토양에 적용했을 때 토양 미생물 군집과 양분 순환에 영향을 줄 가능성이 있습니다. 공숙성 바이오차가 토양 생물상과 미생물 군집의 다양성에 영향을 줄 수 있다는 연구 결과도 있습니다. (PubMed)

다만 미생물이 많아진다는 것만으로 작물 생육이 반드시 좋아진다고 단정할 수는 없습니다.

토양의 pH, 수분, 양분 상태와 작물 종류까지 함께 고려해야 합니다.

13. 그렇다면 얼마나 오래 숙성해야 할까?

여기서 주의해야 할 점이 있습니다.

모든 바이오차와 퇴비에 적용할 수 있는 하나의 ‘정답 숙성 기간’이 존재하는 것은 아닙니다.

퇴비의 원료, 수분, 산소 공급, 온도, 뒤집기 관리, 바이오차의 원료와 입자 크기 등에 따라 숙성 과정이 달라지기 때문입니다.

따라서 특정 기간만을 기준으로 완숙 여부를 판단하기보다는 퇴비 자체의 성숙 상태를 확인하는 것이 중요합니다.

예를 들어

온도가 안정적으로 낮아졌는지
악취가 강하지 않은지
원료 형태가 충분히 분해되었는지
수분 상태가 적절한지
식물 생육에 문제가 없는 성숙 상태인지

등을 종합적으로 판단해야 합니다.

14. 바이오차와 퇴비의 비율도 중요하다

바이오차를 너무 많이 넣는다고 효과가 계속 증가하는 것은 아닙니다.

바이오차의 투입량이 지나치게 높으면 퇴비의 물리적 특성이나 pH, EC 등에 영향을 줄 수 있습니다.

따라서 공숙성을 할 때는 퇴비의 원료 특성과 바이오차의 특성을 함께 고려해 적절한 혼합비를 설정해야 합니다.

특히 가축분 퇴비처럼 양분 함량이 높은 자재와 바이오차를 함께 사용할 때에는 질소와 인, 칼륨의 함량까지 고려해야 합니다.

15. 바이오차 원료에 따라서도 결과가 달라진다

모든 바이오차가 같은 효과를 나타내는 것은 아닙니다.

예를 들어

왕겨 바이오차
목재 바이오차
볏짚 바이오차
가축분 바이오차

등은 각각 탄소 함량과 회분, pH, 양분 함량, 표면 특성이 다를 수 있습니다.

따라서 퇴비와 숙성할 때도 바이오차의 원료에 따라 결과가 달라질 수 있습니다.

특히 가축분 유래 바이오차처럼 무기성분이 많은 제품은 퇴비 자체의 양분 농도까지 고려해야 합니다.

16. 공숙성 바이오차의 장점은 ‘균형’에 있다

바이오차와 퇴비는 성격이 서로 다릅니다.

바이오차는 안정적인 탄소와 다공성 구조라는 장점이 있고, 퇴비는 유기물과 양분, 미생물 활동이라는 장점이 있습니다.

이를 단순하게 정리하면 다음과 같습니다.

구분	바이오차	퇴비
주요 역할	안정적 탄소 공급	유기물·양분 공급
구조	다공성	유기물 중심
양분	원료에 따라 다름	비교적 다양한 양분
미생물	서식 공간 제공 가능	미생물 활동의 원천
수분	보유·이동에 영향	수분 공급 및 보유
토양 효과	장기적인 물리·화학적 개선	유기물 및 양분 공급

두 소재를 함께 숙성시키면 이러한 특성이 서로 보완될 수 있습니다.

17. 농업적으로 어떤 장점이 기대되는가?

공숙성 바이오차를 토양에 적용하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있습니다.

① 양분 보유력 개선

바이오차가 퇴비에서 유래한 일부 양분을 흡착하여 토양에서의 양분 이동과 손실에 영향을 줄 수 있습니다. (PubMed)

② 토양 유기물 공급

퇴비가 분해되면서 토양에 유기물을 공급하고 바이오차는 비교적 안정적인 탄소를 제공합니다.

③ 토양 구조 개선

바이오차의 다공성 구조와 퇴비의 유기물이 토양 입자와 상호작용할 수 있습니다.

④ 미생물 활성 지원

퇴비의 유기물과 바이오차의 표면이 미생물 활동에 영향을 줄 수 있습니다. (PubMed)

⑤ 작물 생육 개선 가능성

여러 연구를 종합한 메타분석에서는 공숙성 바이오차가 토양의 질과 작물 생산성에 긍정적인 영향을 보이는 경우가 보고되었습니다. 다만 효과의 크기는 토양 pH, 작물, 바이오차 원료와 투입량 등에 따라 달라집니다. (PubMed)

18. 사용할 때 주의해야 할 점

바이오차와 퇴비를 함께 숙성시키는 방법이 항상 동일한 결과를 보장하는 것은 아닙니다.

특히 다음 사항을 확인해야 합니다.

첫째, 바이오차의 품질입니다.

원료가 불분명하거나 오염 가능성이 있는 바이오차는 농경지 사용 전에 안전성을 확인해야 합니다.

둘째, 퇴비의 완숙도입니다.

미숙한 퇴비를 그대로 사용하는 것은 피해야 합니다.

셋째, pH와 EC입니다.

바이오차와 퇴비 모두 pH와 EC에 영향을 줄 수 있기 때문에 두 자재를 함께 사용할 경우 최종 혼합물의 특성을 확인하는 것이 좋습니다.

넷째, 양분 함량입니다.

특히 질소·인·칼륨 함량을 확인하고 기존 비료 사용량과 함께 관리해야 합니다.

19. 공숙성 바이오차를 사용할 때 토양검정이 중요한 이유

최종적으로 농경지에 적용하는 것은 바이오차 자체가 아니라 바이오차와 퇴비가 결합된 하나의 토양개량재입니다.

따라서 사용 전 토양검정을 통해

pH
EC
유기물
유효인산
치환성 칼륨
칼슘
마그네슘

등을 확인하는 것이 좋습니다.

특히 이미 유기물이나 인산이 충분한 토양에 양분이 많은 퇴비와 바이오차를 반복적으로 투입하는 경우에는 추가 투입량을 신중하게 결정해야 합니다.

마무리

바이오차를 퇴비와 함께 숙성시키는 이유는 단순히 두 가지 자재를 섞어 사용하기 위해서가 아닙니다.

퇴비화 과정에서 바이오차의 다공성 구조가 양분과 수분을 보유하고 미생물 활동에 영향을 주며, 동시에 퇴비에서 유래한 유기물과 양분이 바이오차의 표면과 공극에 상호작용할 수 있습니다. 이 과정에서 바이오차의 표면 특성과 양분 보유 특성도 변화할 수 있습니다. (PubMed)

결과적으로 공숙성한 바이오차는 안정적인 탄소를 제공하는 바이오차와 유기물·양분을 공급하는 퇴비의 장점을 결합한 형태로 활용할 가능성이 있습니다.

다만 바이오차의 원료와 제조 조건, 퇴비의 종류, 숙성 조건, 혼합비율, 토양 특성에 따라 결과가 달라질 수 있으므로 “바이오차와 퇴비를 함께 사용하면 무조건 좋다”라고 단정해서는 안 됩니다. 연구에서도 긍정적인 효과가 많이 보고되고 있지만 조건에 따라 효과가 달라질 수 있다는 점이 강조됩니다. (ScienceDirect)

따라서 농업 현장에서는 토양검정 → 바이오차 품질 확인 → 퇴비 상태 확인 → 적절한 비율로 공숙성 → 완숙 상태 확인 → 소규모 적용 → 작물과 토양 변화 관찰의 순서로 접근하는 것이 가장 합리적입니다.

결국 바이오차를 퇴비와 함께 숙성시키는 핵심은 바이오차에 퇴비의 양분과 유기물을 미리 접촉시키고, 두 소재의 장점을 토양에서 보다 안정적으로 활용하기 위한 준비 과정이라고 이해하면 좋습니다.