미생물 균형은 토양 생태계의 균형

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미생물 균형이 깨지면 토양생태계의 균형도 깨진다 건강한 생육뿐 만아니고 토양병해를 억제하는 데도 미생물의 다양성은 중요하다. 토양에 다양한 무기영양분 운영자 자연농업에서 그토록 중시하는 미생물 균형이란 오염되지 않은 토양과 같이 다양한 미생물상이 회복된 상태를 의미한다. 미생물의 균형은 영양분의 균형을 담보하기 때문에 건강한 작물의 생육을 위해서는 절대적으로 필요한 요소이다. 건강한 생육뿐 만아니고 토양병해를 억제하는 데도 미생물의 다양성은 중요하다. 토양에 다양한 무기영양분이 존재하게 되어 병원균의 번식을 억제하기 때문이다. 기능성을 강조하는 시판미생물은 단기적으로 시각적인 효과는 있을지 몰라도 장기적으로는 미생물의 균형을 깨게 된다는 사실을 간과해서는 안된다. <편집자 주> 농업생태계란 무엇인가 농업의 궁극적 목표는 밭이나 논에 작물을 재배하여 품질이 좋은 농산물을 많이 수확하는 것이다. 그러나 생산성이나 경제성을 너무 중시하면 포장과 그 주변에 서식하는 다른 생물, 예를 들어 토양미생물, 작물의 줄기나 잎에 서식하는 미생물이나 곤충, 잡초, 새 등을 무시해버리기 쉽다. 목적하는 작물만 재배하면 된다는 생각에 비료를 많이 주고 연작하면 생각하지도 못한 병해충이 출현하게 된다. 이것을 농약으로 계속 방제하면 또 생각지 않던 질화균이 사멸하여 생리장해가 생기고 천적생물이나 새까지도 소멸하여 피해가 걷잡을 수 없을만큼 심해진다. 양분도 물을 통해 외계와 연결되어 있어 과잉시용하면 지하수나 관개수가 오염되는 일이 생긴다. 한 포장이라고 해도 그 안에는 작물이나 가축을 포함한 많은 종류의 다양한 생물군이 공존하여 상호관계하며 균형을 유지하고 있다. 그래서 이러한 생물군은 주변의 환경에서 양분 등을 흡수하고 불필요한 대사산물을 배출하며 대사산물과 약한 생물은 다른 생물에 잡아먹히는 등 양분원소의 물질순환이 이루어지고 있다. 또 생물군의 균형이나 물질순환은 밖에서 가해지는 자연이나 인간의 힘에 의해 새로운 안정상태에 이르기까지 변동하기 쉽다. 포장에 서식하는 생물 전체와 물질순환에도 눈을 돌려야 한다. 즉 이러한 생물들은 별도의 안정상태를 향해 변동하기 쉽다는 것을 인식하여 포장을 관리해야 한다. 작물이나 토양도 농업생태계 중에 포함되어 있다. 작물과 토양은 상호의존 관계이고 한쪽의 생장에 의해 다른 한쪽도 생장한다. 어느 한쪽이 혼란되면 다른 한쪽도 혼란스러워진다. 먹이사슬과 물질순환 작물이나 잡초가 만들어내는 유기물이 토양에 환원되거나 뿌리에서 방출되면 배고픈 미생물이 활동을 시작한다. 유기물 중 뿌리에서 분비되거나 물에 용해되는 저분자 성분을, 주로 세균이나 당사상균이 분해하여 증식한다. 고분자 성분은 주로 곰팡이가 분해하여 증식한다. 이 때 분해되어 생긴 저분자 성분의 일부를 취하여 세균이 또 증식한다. 이렇게 유기물 파편 위에 세균이나 곰팡이가 증식하는데 이것을 아메바와 같은 커다란 미생물이 습격한다. 아메바에는 껍질을 가지지 않은 나(裸)아메바와 먹이를 먹는 부분을 제외한 부위가 껍질로 덮힌 유각(有殼)아메바가 있다. 보통의 나아메바는 세균을 먹이로 하고 유각아메바는 완전히 분해된 유기물 파편을 먹이로 한다. 또 톡토기, 선충, 지렁이 등의 토양동물이 유기물 파편과 미생물을 모두 갉아먹는다. 톡토기는 원시적 형태의 곤충인데 이것과 진드기가 토양 중에는 많이 있다. 톡토기는 균체나 식물 파편도 먹이로 한다. 진드기 중에는 동물의 혈액을 흡입하는 진드기가 있는데 토양 중에는 식물의 파편이나 균체를 먹이로 하는 진드기가 많다. 선충에는 식물즙액을 흡수하는 것이 있는데 토양 중에서 증식하는 것은 균체를 먹이로 하고 있다. 지렁이도 식물 파편이나 균체를 먹이로 하고 있다. 이들은 도마뱀이나 두더지 등에 잡아먹히고 이것은 다시 새의 먹이가 된다. 이렇게 식물로 시작되는 생물은 먹고 먹히는 연쇄관계, 즉 먹이사슬을 만들고 있다. 이같은 관계 때문에 일반적으로 특정 생물군만이 이상적으로 증식하는 일이 없고 일정한 균형을 유지하는 것이다. 또 병원균 방제에서 작물에게 살포한 농약이 여러가지 생물체를 거쳐 새에 농축된다는 것도 알 수 있다. 생물, 특히 미생물은 여러 가지 대사산물을 만드는 능력을 가지고 있다. 체외로 방출된 대사산물이나 남은 먹이, 혹은 살아 있는 생물체나 죽은 시체가 다른 미생물이나 동물에 먹히는 과정에서 질소나 인산 등의 원소가 무기화되어 방출된다. 이것을 식물이 재흡수하여 생장한다. 지금까지 설명한 먹이사슬은 살아 있는 생물만을 대상으로 살펴본 관계인데, 살아 있는 생물뿐 아니라 그 외 여러 부분 사이에 존재하는 원소도 순환하며 이를 물질순환이라고 부른다. 농지의 질소순환 작물의 양분이 되는 질소나 인산 등은 농지를 순환하고 있다. 스웨덴의 보리밭을 조사한 결과에 따르면 이 밭에서는 1ha당 질소를 무기태 비료로 1백20kg 시용하며 비(雨)로도 3kg 유입되고 있다. 그런데 작물의 뿌리는 비료와 비로 인해 공급되는 질소를 합한 양보다 50kg이나 많은 1백82kg의 질소를 흡수하고 있다. 나머지 질소가 지력질소에 의해 보충되고 있다는 것을 알 수 있다. 보리 뿌리는 비료나 비에 의한 투입량보다 50kg이 많은 질소를 흡수하고 있다. 그렇다면 질소의 보급원은 무엇인가? 이 현상은 잔근의 64kg 질소 추가로 확인할 수 있는데 실제로는 설명이 안 된다. 이것은 탈질(脫窒)되어 가스로 공중에 휘산(揮散)하여 60kg, 비에 의한 토양유실이 27kg, 합계 87kg이 손실되기 때문이다. 이같은 사실은 다음의 계산에서도 알 수 있는데 1년간 토양유기물이 35kg, 경엽잔사가 21kg, 무기태 질소가 13kg나 감소한다. 합계 69kg의 질소가 이전의 축적분에서 방출되어 수지를 유지하기 때문이다. 밭 전체로 볼 때 막대한 양의 질소가 토양에 축적되고 있다. 일본 밭토양의 평균 전(全)질소함유량이 0.32%이다. 그러므로 깊이 20cm, 면적 1ha에 축적되어 있는 질소량을 계산하면 약 6천4백kg이 된다. 그래서 69kg의 감소는 대단한 것이 아니라고 생각할지도 모른다. 그러나 실제로 미생물이 분해할 수 있는 부분은 전체의 극히 일부이기 때문에 69kg을 보충할 수는 없다고 생각된다. 그래서 유기물의 보충이나 작물 잔사량이 많은 작물과의 윤작에 의해 지력을 유지할 필요가 생기는 것이다. 이것은 보통밭의 예인데 채소밭이나 시설토양에서는 흡수량 이상의 시비를 하고 있어 오히려 부영양화가 문제가 되고 있다. 이러한 현상을 막으려면 농지를 순환하는 질소량을 파악하여 그 부족분을 시비로 보충하여야 한다. 농지의 인산순환 인산은 순환하고 있다고 생각하는 경우가 드물다. 실제로 지력질소라는 말은 있지만 ‘지력인산’이라는 말은 없다. 용성인비의 다량시용에 의한 토양개량 기술이 보급되기 이전의 화산토에서는 시용한 인산이 난용화하여 작물에 흡수되지 않아 밭작물 생산은 인에 의해 크게 제한받았다. 하지만 요즘에는 인의 순환량이 극히 적어 순환을 고려하기 보다는 인산시용량을 늘려줌으로써 작물 증수에 힘쓰고 있다. 용성인비를 다량 시용한 화산토의 방목초지에서 인산의 순환을 조사한 연구가 있다. 이 조사대상 초지의 경우 연간 ha당 인산이 비료로 24kg, 비로 0.2kg이 투입되는데 뿌리는 토양에서 33kg을 흡수하여 투입량보다 8.9kg이나 많이 흡수하고 있다. 이것은 마른 목초의 경엽에서 6kg, 방목우의 분뇨에서 18kg, 합계 24kg이 계를 순환하여 다시 토양으로 환원되고 있으므로 가능하다. 결국 시비와 비, 추가로 경엽이나 분뇨 등의 합계 4백8.2kg이 토양에 투입되고 이중에서 뿌리가 33kg을 흡수하고 있는 것이다. 그런데 뿌리는 33kg을 흡수하는데 비해 뿌리에서 목초의 경엽으로 70kg이나 이행하고 있는 것은 이상한 일이다. 이것은 전년까지 생육한 목초가 뿌리로 축적되어 있어 인을 목초의 생장에 사용하는 것이고, 다년생 목초의 경우는 토양과 함께 뿌리가 양분의 저장원으로서 중요한 역할을 하고 있다는 것이다. 이 연구에서는 토양미생물의 관여는 언급하지 않았는데 ‘유효태P’가 ‘토양생물P’로 전부 이전된다고 생각할 수는 없다. 어쨌거나 토양개량한 화산토의 방목초지에서는 인산이 순환되고 있다. 인산시용량이 증가한 밭에서도 정도의 차이는 있지만 인산은 순환하여 ‘지력인’으로 공급되고 있다. 이것을 무시하고 매년 인산비료를 다량 시용하면 불필요한 인산이 과잉축적될 것이다. 심각해지는 토양파괴 지구의 표면을 덮고 있는 토양의 두께는 두꺼운 곳이 2m 이내로 사과껍질과 같은 모양을 하고 있다. 그 얇은 토양에 식물이 자라고 태양 에너지와 빗물을 받아 생물이 활동하는 물질이 생긴다. 화학반응에 의해 토양표면이나 저면에서 토양과 대기, 지각과의 물질교환도 행해지고 있다. 이렇게 토양이라고 하는 것은 입자나 유기물 파편을 포함한 비생물적 구성물인데 인간, 식물, 미생물, 동물이 서로 필요한 물질을 교환하고 있다. 이 교환의 형태에 따라 토양은 변화한다. 아프리카 등의 건조지나 반건조지에서는 비가 적고 식물 생산량도 적다. 그래서 인구가 증가하면 식량증산을 위해 가축방목을 늘린다. 인간도 집을 짓기 위해 나무를 자른다. 이렇게 식물이 합성한 유기물의 수탈량이 늘어나고 토양으로의 환원량이 감소한다. 토양을 응집시키고 있는 유기물이 감소하면 토양입자는 푸석푸석해져 풍화를 받기 쉽다. 사막화이다. 물부족이 작물생산을 저해한다고 해서 섣불리 관개를 하면 물에 용해된 염류가 증발에 따른 물의 상승과 함께 밑에서 위로 이동하여 표면에 염류가 집적한다. 사막화는 한층 더 진전된다. 미국의 반건조 지대에서도 아프리카만큼은 아니지만 문제가 생기고 있다. 모두 강우량이 5백∼1천㎖로 적은 초원이나 삼림을 개간한 밭이다. 목초를 재배했을 때는 토양침식이 문제되지 않았는데 경제성이 있는 옥수수나 콩을 조파하여 작물에 의한 토양피복률이 저하하면서 물에 의한 침식이 문제되었다. 특히 피복이 적은 봄에서 초여름에 강우가 집중되므로 더 심각해지는데 토양이 세립질로 침식을 받기 쉬운 상태이기 때문에 토양침식이 심각한 것이다. 주어진 자연조건에서 어떠한 작물을 위주로 한 농업생태계를, 어떻게 관리하느냐에 따라 토양은 변한다. 토양을 관리하려면 농업생태계 전체를 능숙하게 관리할 줄 알아야 한다. 재배관리에 의한 생물균형의 변화 우리나라는 평균 강수량이 1천3백㎖로 풍부하고 온난한 기후이므로 작물생산량이 높고 염류의 토양표면 집적도 적다. 여기에 토지를 평평하게 하여 물을 채운 논은 토양침식이 일어나지 않는다. 그러나 자연조건이 좋다고 해도 재배관리를 하는 농업생태계는 생물 균형이 변화한다. 연작장해가 없는 논이라 문제가 없다고 보면 안 된다. 최근에 논보리 재배가 부활하고 있는데 예전보다 수량이 높고 콤바인을 사용하므로 보리짚의 환원량이 훨씬 높다. 보리재배로 인해 벼의 불임장해(不稔障害)가 발생하는 경우가 있다. 다량으로 환원된 짚을 혐기적인 조건에서 미생물이 분해할 때에 낟알을 여물지 못하게 하는 유해물질이 생성되기 때문이다. 이 유해물질은 따뜻한 지방의 어떠한 논에나 있는 것인데 짚의 환원량이 많지 않을 때에는 생성량이 위험수위에 이르지 않고 별도의 균에 의해 분해되어 문제가 되지 않는다. 그러나 물이 담겨 있는 상황에서 짚의 환원량이 많을 때에는 유해물질 생성균의 활동이 분해균의 활동을 상회하여 유해물질이 축적된다. 짚의 환원량이 많아도 가물어 혐기적이지 않으면 유해물질의 축적을 회피할 수 있다. 그러나 비가 많이 오면 배수불량으로 인해 장해가 발생한다. 이 유해물질이나 그 생성균은 아직 밝혀지지 않았는데 안정된 논에서 재배관리를 변화시키면 미생물간의 균형이 깨져 생각하지 못한 장해가 일어날 수 있음을 보여주는 것이다. 초다수확 벼가 보급되어 짚의 환원량이 증가한 경우에는 유사한 일이 일어나지 말라는 법이 없다. 새로운 기술을 도입할 때에는 생태계 전체를 면밀히 관찰하여 불의의 사태가 발생하지 않도록 해야 한다. 식량수입에 따른 환경악화 현재 우라나라의 식량 자급률은 30%를 못미치고 있다. 따라서 나머지 부족분은 수입농산물로 충당하고 있는 셈이다. 이에 따라 생각하지 못했던 문제가 발생하고 있다. 수입 식량에 포함되어 있는 질소 성분은 적지 않은 양이다. 이들은 농지로 순환되는 것이 바람직하다. 그러나 농지의 식량생산이 저하되면서 농지가 받아들일 수 있는 양도 저하되었다. 따라서 식량수입의 결과는 농지 이외의 환경으로 질소가 방출되는 것으로 나타나게 되었다. 이러한 질소를 농지로 되돌릴 경우 비료를 전혀 사용하지 않아도 될 정도이다. 그러나 수입식량은 중금속 등으로 오염된 도시폐기물이 되어 폐기되기 때문에 농지의 오염을 초래할 수도 있다. 하수처리로 질소나 인을 완전히 제거하는 것은 비용면에서 아직 무리이다. 그 결과 질소나 인이 바다로 흘러가 이것을 이용하여 미소조류가 이상발생하고 적조현상에 의한 수질오염이 심각해진다. 물을 지키려면 우리나라 전체의 물질순환을 바르게 보존하는 것이 중요하고 그것을 위해서는 무엇보다 국내에서의 식량생산에 의한 물질순환이 필요하다. 식량을 생산하지 않고 농지를 배출물 처리장으로 만들면 물질순환이 이루어지지 않고 지하수를 오염시킬 뿐이다. 양분순환과 토착미생물 농업환경이 변화되면서 과거에 무엇을 넣어줄 것인가란 생각에서 ‘양분의 순환’을 어떻게 정상화시킬 것인가’에 초점을 맞추는 관리가 되어야 한다. 여기에서 토착미생물의 역할은 더없이 중요하다. 생태계 생물의 가장 기본인자가 되는 미생물의 균형이 회복됨으로 해서 단계별 먹이사슬이 회복될 수 있는 기본적 환경이 조성되기 때문이다. 제공 : 자연농업연구소