Ⅰ. 서 론
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 실험용 인큐베이터
2. 모니터링 및 분석장치
3. 돈분열량 측정방법
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 사육단계별 환경 및 생육 데이터 분석
2. 환경 및 생체데이터 상관성 분석
Ⅳ. 결 론
Ⅰ. 서 론
국내 1인당 돼지고기 소비량은 2025년 기준 29.2 kg으로, 20년 전 (2005년, 17.8 kg) 대비 약 64% 증가하며 축산물 소비가 장기적으로 꾸준히 확대되고 있다 (KREI, 2026). 이러한 수요 증가에 대응하기 위해 국내 양돈 산업은 점차 규모화 및 집약화되고 있으며, 이에 따라 대형 양돈 농가에서는 사료비와 에너지 비용이 동반 상승하고 있다. 인건비를 제외한 축사 운영비의 약 56%가 사료비와 전기비로 구성되어 있어 (Statistics Korea, 2023), 농가의 수익성을 높이기 위해서는 내부 환경의 정밀한 제어와 자원 이용 효율의 개선이 필수적이다. 이러한 배경에서 ICT 기반의 스마트축사 기술이 양돈 산업의 생산성 향상을 위한 핵심 대안으로 주목받고 있다.
그러나 양돈 농가의 수익성 및 생산성 최적화를 위해서는 단순한 사료 투입량 증대나 환경 제어만으로는 충분하지 않다. 사료로 공급된 에너지가 돼지의 증체로 전환되는 효율, 즉 에너지 전환 효율 (energy conversion efficiency)의 정밀한 모니터링 및 관리가 요구된다. 특히 돈사 내부 환경 요소인 온도, 습도, 환기량, 암모니아 농도는 돼지의 대사와 섭식 행동에 직접적인 영향을 미치며, 이들 환경 변수가 적절히 제어되지 않으면 에너지 전환 효율이 저하되어 생산성과 수익성이 동시에 감소할 수 있다 (Oh et al., 2023).
이러한 에너지 전환 효율을 정량적으로 평가할 수 있는 방법 중 하나가 돈분 에너지 분석이다. 돼지가 섭취한 사료는 주로 성장, 체온 유지, 대사 과정을 지원하는 데 사용되며, 이 과정에서 체내에서 이용되지 않은 에너지는 돈분 형태로 배출된다. 본 연구에서 돈분열량은 봄베열량계를 이용하여 측정한 건물 (dry matter, DM) 기준 단위 질량당 총에너지 (kcal/kg DM)로 정의한다. 이는 사료로 섭취된 총에너지 (gross energy) 중 체내에서 이용되지 않은 부분에 해당하며, 에너지 분배(energy partitioning) 관점에서 사료 에너지가 생체 에너지로 전환된 정도와 미이용 사료 에너지를 간접적으로 평가할 수 있는 지표이다 (Noblet and van Milgen, 2004).
양돈 생산성 향상을 위한 기존 연구는 주로 사료 효율성과 에너지 대사 과정에 초점을 맞추어 왔다. Gutierrez and Patience (2012)는 돼지의 사료-에너지 효율을 결정하는 대사적 기전을 고찰하고, 에너지 대사 과정이 사료 효율에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 여러 연구에서 사육 환경의 변화가 돼지의 대사율과 사료 에너지 전환에 영향을 미치며, 환경 제어가 생산성에 중요한 역할을 함이 보고되었다 (Renaudeau et al., 2011; Mayorga et al., 2019). van Erp et al. (2018)은 자돈의 성장률 차이가 에너지 손실보다 사료 섭취량에 의해 주로 설명됨을 보고하였다. 그러나 기존 연구들은 대부분 사료 이용 효율성과 환경 요인의 개별적 영향에 초점을 맞추었으며, 돈분에 포함된 에너지 분석을 통해 성장 단계 및 환경 변수와의 상호작용 패턴을 정량적으로 규명한 연구는 상대적으로 부족한 실정이다.
따라서 본 연구는 스마트축사 환경에서 돼지의 성장 단계별 돈분열량을 측정하고, 내부 환경 요소 (온도)와 생체 데이터 (체중, 사료 섭취량, 음수량) 간의 상관성을 정량적으로 분석하는 것을 목적으로 하였다. 이를 통해 돈분열량의 환경제어 실시간 피드백 변수로서의 활용 가능성 및 성장 단계별 사양관리 최적화 평가 지표로서의 적합성을 분석하였다. 구체적으로, 돼지 사육용 환경제어 챔버를 활용하여 내부 온도, 사료 급이량, 급수량 등에 대한 실시간 모니터링 시스템을 구축하고, 체중 변화, 돈분열량 등의 생육 데이터를 수집·분석하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 실험용 인큐베이터
본 실험은 전라북도 김제시 공덕면에 위치한 실험용 환경제어 챔버 (이하 인큐베이터)에서 수행되었다 (위도 35°48´59´´N, 경도 126°53´23´´E). 일반 상업용 돈사는 방역 문제로 인해 다양한 환경 조건에서의 실험 수행이 제한되므로, 본 연구에서는 환경 변수의 독립적 제어가 가능한 인큐베이터를 활용하였다.
인큐베이터는 총 2개 동 (A동, B동)으로 구성되었으며, 각 동의 규모는 폭 3 m, 길이 8 m, 높이 3 m이다 (Fig. 1). 시설 구조는 밀폐형으로 설계되었으며, 한쪽 측벽 상단에 타공판 입기구를, 지붕에 2개의 배기구 (Φ 250 mm)를 설치한 음압식 환기시스템을 적용하였다. 배기구에는 인버터 제어형 축류송풍기 (rated air flow: 약 1,500 m³/h, 정압: 60 Pa)를 설치하여 내부 정압을 -10~-20 Pa 범위로 유지하였으며, 시간당 환기 횟수 (Air Changes per Hour, ACH)는 동계 기준 약 5~8회로 운영되었다. 배기구에서 배출되는 공기는 공기정화장치를 거쳐 악취를 제거한 후 외부로 방출되도록 하였다. 내부 적정 온도는 25°C로 설정하였으며, 600 W 보온등 5개를 이용하여 온도를 보조 조절하였다.
실험 동물은 3원 교잡종 (Duroc × Yorkshire × Landrace)을 사용하였으며, 동별로 10두씩 총 20두를 입식하여 2022년 11월부터 2023년 2월까지 약 4개월간 사육하였다. 초기 체중이 상이한 두 집단 간 성장 패턴을 비교하기 위해, A동에는 평균 체중 39 kg의 육성 초기 개체 (이유 후 육성돈, 약 70~80일령)를, B동에는 평균 체중 17 kg의 이유자돈(약 35~40일령)을 입식하였으며, 출하 시 각각 평균 116 kg, 101 kg까지 성장하였다. 본 연구에서 사용한 성장 단계 구분은 NRC (2012) 기준에 따라 이유자돈 (weaning piglet, ~25 kg), 육성돈 (growing pig, 25~60 kg), 비육돈 (finishing pig, 60 kg 이상)으로 분류하였다. 사료와 음수는 자유 급이·급수 (ad libitum) 방식으로 무제한 공급하였다.
2. 모니터링 및 분석장치
가. 환경 모니터링
인큐베이터 내부의 환경 조건을 모니터링하기 위해 온도 및 습도 센서 (TH-1010W, Wise Sensing Inc., Korea)를 각 동의 평면 중앙부 인근 (입기구 측벽으로부터 약 1.2 m, 단변 측벽으로부터 약 1.5 m 떨어진 지점), 바닥으로부터 1.5 m 높이에 설치하여 데이터를 수집하였다. 센서를 평면 중앙부 인근에 설치한 이유는 측벽 가까이에 설치할 경우 외기 및 외피 전도열의 직접적인 영향으로 인해 측정값이 시설 내부 평균 환경을 대표하지 못할 가능성이 있기 때문이다. 측정 위치 및 센서 설치 모식도는 Fig. 3에 제시하였다. 수집된 환경 데이터는 농업환경모니터 (aM-31 6100, Wise Sensing Inc., Korea)로 전송하여 5분 간격으로 실시간 저장하였다. 다만, 동계 운전 중 데이터 로거의 간헐적 작동 이상으로 약 50일간의 내부 온·습도 데이터가 누락되었으며, 결측 구간은 후속 상관분석에서 동일 일자의 모든 변수와 함께 listwise deletion 방식으로 제외하였다.
나. 생체 데이터 측정
돼지의 생육 데이터를 수집하기 위해 개체별로 이표 (ear tag)를 부착하여 식별하였으며, 매일 동일한 시간 (오전 9시)에 체중, 사료 섭취량, 음수량을 측정하였다 (Fig. 2). 체중 측정에는 돈형기 (weighing crate)를 사용하였다. 돈형기는 돼지의 원활한 유도와 측정 작업의 용이성을 고려하여 설계되었으며, 0.1 kg 단위까지 측정이 가능하다. 측정 오차를 최소화하기 위해 개체당 3회 반복 측정 후 평균값을 사용하였다. 사료 섭취량은 건식 급이 방식을 적용하여, 매일 동일한 시간에 투입한 사료량과 잔량의 차이로 산출하였다. 음수량은 디지털 급수계 (Hanseo Precision Digital Remote Monitoring Water Meter, Hanseo Precision Instrument Co., Ltd., Korea)를 이용하여 일일 물 섭취량을 기록하였다. 실험 기간 동안 모든 공시 동물은 전문 관리인에 의해 사양 관리되었으며, 총 20두 모두 폐사 없이 출하되었다. 인큐베이터 내부 구조 및 주요 장비의 배치는 Fig. 3에 제시하였다.
3. 돈분열량 측정방법
가. 시료 채취
돈분열량 측정을 위해 매일 각 동에서 무작위로 선정된 6두 (A동 3두, B동 3두)의 신선 분변을 채취하였으며, 분 시료 채취는 안정적 시료 확보가 가능했던 체중 약 71 kg 이하 구간에서 수행되었다. 시료는 배변 직후 슬랫 바닥에 떨어진 분변 중 요 (urine)에 오염되지 않은 부분을 선별하여 50 mL 코니컬 튜브에 수집하였다 (Fig. 4(a)). 채취된 시료는 변질 방지를 위해 4°C에서 냉장 보관한 후 24시간 이내에 실험실로 운송하였다.
나. 열량 측정
돈분열량은 봄베열량계 (Bomb Calorimeter 6100, Parr Inc., USA)를 이용하여 측정하였다 (Fig. 4(b)). 봄베열량계는 단열된 버켓 내부에 물을 채우고, 물속에 잠긴 원통형 봄베 내에서 고압 산소 조건 하에 시료를 완전 연소시켜 발생하는 열에너지를 측정하는 장치이다. 측정 전, 시료는 물리적·화학적 성분 차이로 인한 층 분리를 방지하기 위해 균질하게 혼합하였다. 혼합된 시료 1 ± 0.05 g을 봄베열량계의 시료 용기에 투입한 후, 봄베를 완전히 밀폐하고 순도 99.9%의 산소를 약 30 bar (≈ 3.0 MPa)로 주입하였다. 이후 점화선을 통해 시료를 연소시키고 발생 열량을 측정하였다. 각 시료에 대해 5회 반복 측정을 실시하였으며, 최댓값과 최솟값을 제외한 3회 측정값의 평균을 해당 시료의 돈분열량으로 산정하였다. 본 연구에서 보고하는 돈분열량은 모두 봄베열량계로 측정한 건물 기준 단위 질량당 총에너지로 표기하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 사육단계별 환경 및 생육 데이터 분석
본 연구에서는 약 4개월간의 인큐베이터 실험을 통해 초기 입식 체중이 상이한 두 사육 집단 (A동: 육성 초기 39 kg 입식, B동: 이유자돈 17 kg 입식)의 환경 및 생육 데이터를 수집하고, 성장 단계 및 동별 변동 패턴을 비교 분석하였다.
가. 동별 성장 패턴 비교
A동은 초기 체중 39 kg에서 출하 시 116 kg까지 약 77 kg 증체되어 평균 일당증체량 (Average Daily Gain, ADG) 약 0.64 kg/d로 성장하였고, B동은 초기 체중 17 kg에서 출하 시 101 kg까지 약 84 kg 증체되어 평균 ADG 약 0.70 kg/d로 성장하였다 (Fig. 5(a)). 동일 사육 기간 내 B동의 ADG가 A동보다 약 9% 높게 나타났으며, 이는 B동이 이유자돈–육성돈 구간 (체중 17~60 kg)을 포함하여 단백질 축적률이 높은 성장 단계의 비중이 상대적으로 컸기 때문으로 판단된다 (NRC, 2012). 또한 두 집단의 체중 곡선은 사육 후반부로 갈수록 일별 증가폭이 점차 둔화되는 양상을 보였으며 (Fig. 5(a)), 특히 비육 후기 (체중 90 kg 이상 구간)에서 ADG 둔화가 뚜렷하였다. 이러한 패턴은 후술하는 사료 섭취량의 감소 경향 (Fig. 6, 체중 80~90 kg 구간 변곡점) 및 측정 구간 후반부에서 나타난 돈분열량 증가폭의 둔화 경향 (Fig. 7)과 일관되며, NRC (2012) 비육 후기 성장곡선에서 나타나는 증가폭 둔화 경향과도 부합한다.
나. 환경 조건의 적정성 평가
정상 수집 기간(73일)의 내부 평균 온도는 A동 22.1 ± 2.4°C, B동 21.8 ± 2.3°C, 상대습도는 A동 35.6 ± 5.1%, B동 35.0 ± 5.4%로 동별 차이는 크지 않았다 (Fig. 5(b)). 측정된 내부 온도는 NRC (2012)에서 제시한 비육돈 적정 사육 온도 (18~22°C)의 상단 경계에 위치하였으나, 이유자돈 적정 온도 (24~28°C)에는 미달하는 수준이었다. 그럼에도 불구하고 B동의 ADG가 A동을 상회한 점은, 600 W 보온등 5기를 통한 국소 보온이 이유자돈 단계의 저온 스트레스를 상당 부분 완화한 것으로 해석된다.
한편, 실험 기간 중 측정된 상대습도 (약 35%)는 일반적인 돈사 사육 권장 범위 (50~70%; MWPS, 1983)보다 낮은 수준이었다. 이는 의도적인 저습 환경 설계가 아니라, 동계 (11월~2월) 외기의 낮은 절대습도가 음압식 기계환기(ACH 5~8회/h) 운영에 따라 내부로 지속 유입되었고, 본 인큐베이터에 별도의 가습장치가 운영되지 않아 외기 조건이 내부 습도에 직접 반영된 결과로 해석된다. 이러한 환경 조건은 가습설비를 갖추지 않은 국내 동계 상업용 돈사의 실제 운영 환경과도 유사한 양상으로, 본 실험이 동계 저온·저습 안정 조건이라는 특수 환경 범위 내에서 수행되었음을 의미한다. 이에 따라 본 연구에서 도출된 환경 변수–돈분열량 상관성 분석 결과의 해석은 해당 환경 범위 내로 한정하며, 환경 변동폭이 큰 하계 고온다습기 및 환절기 조건에서의 추가 실험이 필요하다.
다. 데이터 누락 처리
실험 기간 중 데이터 로거의 간헐적 작동 이상으로 약 50일간의 내부 온·습도 데이터가 누락되었다. 본 연구에서는 결측 구간을 결과 해석에서 제외하기 위해 동일 일자의 모든 환경·생체 변수를 함께 제외하는 listwise deletion 방식을 적용하여 후속 상관분석 (Table 1)을 수행하였다. 이에 따라 환경 변수의 기술통계 (평균 온·습도 등)는 정상 수집 기간 (73일)을 기준으로 산출하였으나, 상관분석에는 체중·급이량·급수량·내부 온도 등 전 변수가 동시에 확보된 일자만을 포함하여 최종 30일분의 일평균 자료 (n = 30)를 사용하였다. 분석 기간 동안 환경 변동폭이 좁고 안정적으로 유지되었다는 점은, 본 연구의 환경 변수–돈분열량 상관성 분석 결과가 동계 안정 조건이라는 특정 환경 범위 내에서의 결과임을 의미한다.
Table 1.
Pearson correlation coefficients between pig manure calorific value and bio-environmental variables (n = 30)
| Variable | Pig manure calorific value | Body weight | Feeding amount | Water supply | Internal temp. |
| Body weight | 0.741** | 1 | - | - | - |
| Feeding amount | 0.333 | 0.647** | 1 | - | - |
| Water supply | 0.401* | 0.536** | 0.274 | 1 | - |
| Internal temp. | 0.114 | 0.397* | 0.243 | 0.310 | 1 |
2. 환경 및 생체데이터 상관성 분석
돈분열량에 영향을 미치는 주요 요인을 파악하기 위해 체중, 사료 급이량, 급수량, 내부 온도를 독립변수로 선정하고 Pearson 상관분석을 실시하였으며, 그 결과를 Table 1에 제시하였다. 상관성 분석에서는 결측 구간을 제외한 일평균 데이터 (n = 30)를 사용하였다.
돈분열량과 돼지 체중 간의 상관계수는 0.741 (p < 0.01)로, 통계적으로 유의한 강한 양의 상관관계가 나타났다. 이는 체중 증가에 따라 단위 질량당 돈분 내 에너지 함량이 증가함을 의미하며, 성장 단계별 사료 에너지 이용 양상의 변화를 간접적으로 반영하는 결과로 판단된다.
체중과 사료 급이량 간의 상관계수는 0.647 (p < 0.01)로 높은 상관성을 보였다. 체중 증가에 따라 사료 섭취량이 증가하고 성장 단계별로 사료 조성이 변화함에 따라, 분으로 배출되는 미이용 사료 에너지의 절대량과 단위 질량당 에너지 밀도가 함께 증가하는 것으로 판단된다. 급수량과 돈분열량의 상관계수는 0.401 (p < 0.05)로 중간 수준의 양의 상관관계를 나타냈다. 물은 에너지원이 아니므로 돈분열량에 직접적으로 기여하지 않으나, 음수량 증가가 장 내 수분 함량 및 분변 배출 속도에 영향을 미쳐 간접적으로 소화 효율에 관여할 수 있다 (Mroz et al., 1995; Sol et al., 2019).
한편, 본 연구에서는 인큐베이터 내부 온도와 돈분열량 간의 상관관계도 분석하였으나 (r = 0.114, p > 0.05), 통계적으로 유의한 관계는 확인되지 않았다. 이는 실험 기간 동안 내부 온도가 21.9 ± 2.3°C, 상대습도가 35.3% 수준으로 비교적 일정하게 유지되어 환경 변동폭이 크지 않았기 때문으로 판단된다. 본 연구에서 관찰된 환경 변수와 돈분열량 간의 무상관 결과는 동계의 안정된 환경 조건에서 산출된 것으로, 환경 요인 자체가 돈분열량에 영향을 미치지 않는다는 의미가 아니라 본 실험 조건에서는 변동 범위가 좁아 영향을 검출하기 어려웠음을 의미한다. 따라서 본 결과는 동계 안정 조건에서의 기초 데이터로 한정하여 해석되어야 한다.
Fig. 6은 돼지의 체중에 따른 일일 사료 섭취량의 변화를 나타낸 것이다. 체중 증가에 따라 사료 섭취량은 2차 다항식 형태 (y = -0.8869x2 + 12.42x - 2.8508)로 증가하였으며, 회귀분석 결과 결정계수 R2 = 0.9047로 높은 설명력을 보였다. 이유자돈기에서 육성기 및 비육기로 전환되는 기간 동안 일일 급이량은 자돈기 대비 약 1.9배 증가하였다. 급이량은 체중 80~90 kg 구간에서 최댓값에 도달한 후, 90 kg 이상의 비육 후기에서는 감소하는 경향을 보였다. 비육 후기의 사료 섭취량 감소는 두 가지 요인에 기인하는 것으로 판단된다. 첫째, 이 시기에는 단백질 함량이 낮고 에너지 밀도가 조정된 비육 후기 사료로 전환하여 지방 축적 및 육질 개선을 유도하기 때문이다. 둘째, 비육 후기에는 ADG가 둔화되어 대사 요구량 자체가 감소하는 생리적 특성이 반영된 결과이다 (NRC, 2012). 본 연구 결과는 스마트축사 환경에서 성장 단계별 자동 급이량 조절 알고리즘 개발 시, 체중 80~90 kg 구간을 급이량 전환점으로 설정하는 것이 적절함을 시사한다. 이러한 성장 단계별 급이량 조절은 사료비 절감과 영양소 과잉 공급 방지를 목표로 하는 정밀급이 접근과 일관되며, 돈분열량과 같은 단계별 에너지 이용 효율 지표는 이러한 전략의 의사결정 근거로 활용될 수 있다 (Andretta et al., 2016; Ferreira et al., 2024).
Fig. 7은 돼지의 성장 단계에 따른 돈분열량의 변화를 나타낸 것이다. 본 연구의 돈분 시료 채취는 체중 약 71 kg 이하 구간에서 수행되었으며, 해당 범위 내에서 돈분열량은 이유자돈 (약 384 kcal/kg DM)에서 육성돈 (약 950 kcal/kg DM)을 거쳐 비육돈 초기 (체중 약 60~71 kg, 약 1,500~2,000 kcal/kg DM)까지 자돈 대비 약 5.2배 증가하였다. 체중에 대한 로그회귀 (y = 1095.4 ln(x) - 2729.8, R2 = 0.8083)는 측정 구간 후반부로 갈수록 증가 속도가 점차 감소하는 경향을 보였으나, 체중 71 kg 초과 구간은 본 연구의 분석 범위 밖에 해당하므로, 본 연구의 결과는 측정 구간 (체중 약 71 kg 이하)에 한정하여 해석하였다.
이유자돈기에는 체중 대비 장 표면적 비율이 높고 소화 효소 활성이 왕성하여 사료 에너지의 외관전장소화율 (Apparent Total Tract Digestibility, ATTD)이 일반적으로 85~90%에 달하는 것으로 보고된 바 있다 (Noblet et al., 1994; Stein et al., 2016). 따라서 섭취 에너지의 대부분이 체조직 합성 및 대사에 활용되며, 돈분으로 배출되는 미소화 에너지 비율이 낮게 유지된다. 이에 비해, 성장 단계가 진행됨에 따라 일일 사료 급이량이 크게 증가하고, 비육기에는 에너지 밀도가 조정된 사료로 전환되면서 분으로 배출되는 미이용 에너지의 절대량과 분 건물의 에너지 밀도가 함께 증가하는 것으로 판단된다 (Le Goff et al., 2002; Stein et al., 2016). 다만 개체의 ATTD 자체는 체중 증가에 따라 저하되기보다 위장관 발달 및 소화물 체류시간 증가로 유지되거나 소폭 상승하는 것으로 보고되므로 (Le Goff and Noblet, 2001; Noblet and van Milgen, 2004), 본 연구에서 관찰된 돈분열량 증가는 개체의 소화능 저하라기보다 성장 단계별 사료 조성 및 섭취량 변화에 주로 기인하는 것으로 해석된다.
본 연구에서 확인된 성장 단계별 돈분열량의 차이는 사료 에너지 이용 효율을 간접적으로 평가할 수 있는 지표로 활용될 수 있다. 다만, 본 연구의 결과를 종합적으로 고려할 때 돈분열량은 체중 및 성장 단계와는 강한 상관성을 보인 반면 동계 안정 조건에서의 환경 변수 (내부 온도)와는 유의한 상관성이 확인되지 않았으므로, 돈분열량은 환경제어의 실시간 피드백 변수보다는 성장 단계별 사양관리 (특히 단계별 사료 종류 및 급이량 결정) 최적화를 위한 평가 지표로 활용하는 것이 본 연구 결과상 더 적합하다고 판단된다. 향후 (1) 근적외선 분광법 기반 비파괴 분변 에너지 추정 기술이 개발되어 돈분열량의 일 단위 실시간 모니터링이 가능해지고, (2) 하계 고온기 등 환경 변동폭이 확대된 조건에서 환경 변수와 돈분열량 간의 상관성이 정량적으로 보완된다면, 돈분열량을 사양관리 평가 지표와 환경제어 보조 변수로 동시에 활용하는 통합 알고리즘 설계가 가능할 것으로 판단된다.
이상의 결과를 종합하면, 본 실험 조건에서 돈분열량은 (1) 체중과 강한 양의 상관성 (r = 0.741, p < 0.01)을, 사료 급이량 및 급수량과는 중간 수준의 상관성 (r = 0.333~0.401)을 나타내어 생체·사양 변수와 밀접하게 연동되는 반면, (2) 내부 온도와는 유의한 상관성이 확인되지 않아 환경 변수와의 즉각적인 연동성은 본 자료의 범위 내에서 관찰되지 않았다. 더불어 (3) 성장 단계별 분석 (Fig. 7)에서 돈분열량이 자돈기에서 비육돈 초기 (체중 약 71 kg)까지 약 5.2배 증가하는 단계별 누적 변동 패턴을 보였다. 이러한 세 가지 특성—생체 변수와의 강한 연동성, 환경 변수와의 약한 단기 반응성, 성장 단계별 명확한 변동 패턴—은 돈분열량이 환경 변동에 대한 분 (min)~시간 (h) 단위의 실시간 피드백 변수보다는, 주 (week)~성장 단계 (stage) 단위의 사양관리 의사결정 평가 지표로 활용하는 것이 보다 합리적임을 뒷받침한다.
Ⅳ. 결 론
본 연구는 스마트축사 내 환경 요소 및 생육 요인이 돈분열량에 미치는 영향을 정량적으로 분석하기 위하여, 돼지의 성장 단계별 돈분열량을 측정하고 내부 환경 변수 (온도) 및 생체 변수 (체중, 사료 급이량, 급수량)와의 상관성을 분석하였다. 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
돈분열량은 돼지 체중과 강한 양의 상관관계 (r = 0.741, p < 0.01)를 나타냈으며, 이유자돈 (약 384 kcal/kg DM)에서 비육돈 초기 (체중 약 71 kg, 약 2,000 kcal/kg DM)까지 성장함에 따라 약 5.2배 증가하였다. 이는 성장 단계별 사료 조성 및 섭취량 변화에 따른 사료 에너지 이용 양상의 차이를 반영하는 것으로, 돈분열량이 사료 에너지 이용 효율을 간접적으로 평가할 수 있는 지표임을 시사한다.
사료 급이량은 체중 증가에 따라 지속적으로 증가하다가 체중 80~90 kg 구간에서 최댓값에 도달한 후, 비육 후기에는 오히려 감소하는 2차 다항식 형태 (상승–정점–감소)의 패턴을 나타냈다. 이러한 정점은 일당 증체량이 둔화되어 대사 요구량이 감소하고, 사료가 비육 후기용으로 전환되는 생리적·사양적 변곡점에 해당한다. 따라서 자동 급이 시스템에서는 이 구간 (체중 80~90 kg)을 기준으로 급이량을 무한정 증가시키지 않고 비육 후기 사료로 전환하도록 알고리즘을 설계하는 것이 적절하다.
본 연구에서 측정된 인큐베이터 내부 온도 (21.9 ± 2.3°C)와 돈분열량 간에는 통계적으로 유의한 상관관계가 확인되지 않았다 (r = 0.114, p > 0.05). 이는 실험이 수행된 동계 기간 동안 환경 조건이 비교적 일정하게 유지되어 변동폭이 크지 않았기 때문으로 판단된다. 따라서 본 연구에서 도출된 돈분열량은 환경제어의 실시간 피드백 변수보다는 성장 단계별 사양관리 최적화를 위한 평가 지표로서 활용하는 것이 적합한 것으로 판단된다.
본 연구의 결과는 성장 단계별 사료 종류 및 급이량을 자동으로 결정하는 정밀 사양관리 알고리즘 개발의 기초 자료로 활용될 수 있다. 특히 체중 80~90 kg 구간을 사료 전환점으로 설정하고, 본 연구의 측정 범위 (체중 약 71 kg 이하)에서 확인된 돈분열량의 변동 범위 (약 384~2,000 kcal/kg DM)를 사료 에너지 이용 효율의 정량적 평가 기준으로 적용할 수 있다.
다만 본 연구는 몇 가지 한계를 가진다. 첫째, 실험이 동계의 저온·저습 안정 조건에서만 수행되어 환경 변동폭이 좁았으므로, 환경 변수–돈분열량 간 상관성 결과는 해당 계절 범위로 한정된다. 둘째, 분 시료 채취가 체중 약 71 kg 이하 구간에서 이루어져, 비육 후기 (71 kg 초과)의 돈분열량 변화는 본 연구의 분석 범위에 포함되지 않는다. 셋째, 실험이 상업용 돈사가 아닌 소규모 환경제어 챔버에서 수행되어, 실규모 돈사의 사육 밀도·환기 조건과는 차이가 있을 수 있다. 따라서 본 연구의 결과를 일반화하기 위해서는 추가 검증이 필요하다.
향후 연구에서는 (1) 하계 고온기 등 환경 변동폭이 확대된 조건에서 환경 변수와 돈분열량 간의 관계를 보완하고, (2) 근적외선 분광법 등 비파괴 실시간 계측 기법을 적용하여 일 단위 모니터링 체계를 구축하며, (3) 실시간 체중 측정 시스템 및 자동 급이 장치와의 연계를 통한 통합 사양관리 체계로 확장될 필요가 있다.
