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미생물이야기 미생물상을 중심으로 한 토양의 분류
2013-08-06 12:39:18
이엠생명과학연구원

미생물상을 중심으로 한 토양의 분류

 

  지금까지의 토양 연구는 주로 물리성과 화학성이 중심이 되어 왔고, 물리화학성과 생물성에 대한 분야는 크게 뒤져 있다. 특히 미생물 분야에 대해서는 상대가 눈에 보이지 않을 만큼 암중모색적이고 재현성 확인 문제에서 노력은 많이 드는데 비해 성과는 적고, 그 다양성에 혼란되어 자신을 잃기가 쉽다. 이러한 경우 단순하게 틀을 정하여 유형별로 분류하거나, 미생물 생태계의 형성 방식에 주의하고, 작물에 대한 영향을 확인하는 일에서 시작하여 많은 사실을 집약, 유별(類別)하여 하나의 방향성을 정하지 않으면 안된다.

  토양 미생물의 동정, 분류에 대해서는 아직 모르는 분야가 대단히 많다. 이러한 상황에서 토양 미생물상으로 토양을 분류하는 것은 독단이 될 수도 있지만, 작물 생산이라는 입장에서 토양 미생물상을 관리하자면 하나의 기준이 필요하게 된다.

  이 경우의 기본적인 기준은 미생물 쪽에서가 아니라 인간 쪽에서의 관리상의 분류라는 점이다. 이러한 개념이 성립하면 미생물은 지상부의 작물과 같은 관점에서 관리할 필요가 있고 어느 수준까지 관리가 가능한가 아닌가에 따라 그 성과가 달라진다.

  이상의 시점에서 미생물의 기능과 그에 기초한 토양의 분류를 과거 10여년의 응용 연구와 재현성을 가미하여 정리하면 다음과 같다. 

  

 

(1) 미생물의 기능 - 부패, 발효, 합성

  

토양 중에는 다양한 미생물이 있는데 대부분은 분해와 합성의 계로 나눌 수 있다. 분해의 계는 그림 2와 같이 산화 분해와 발효 분해로 크게 나누어지고, 발효 분해는 다시 유용 발효(단순히 발효라고 부른다)와 유해 발효(부패라고 부른다)로 나누어진다. 한편 합성의 계는 질소 동화와 탄소 동화로 나누어진다.

  일반적으로는 발효와 부숙과 부패를 혼동하고 있는 경향도 적지 않다. "퇴비를 자연발효시킨다"는 말에서 보듯이, 정확하게는 부숙이라고 해야 할 것을 발효하고 표현하고 있는 예가 많기 때문이다.

  부패한 그림 2에서도 알 수 있듯이 유기물의 분해 과정에서 미생물 활동에 의해 다량의 에너지를 가스나 열로 방출하고, 식물과 동물에 대해 유해한 중간 물질과 효소 저해 물질을 생성하고 급속히 무기화하는 계이며, 무해하게 될 때까지 장시간 숙성시키는 것도 부패로 칭하고 있다.

  이에 대해 발효란 미생물 활동에 의한 에너지의 방출이 매우 적어, 산화 분해의 20분의 1정도의 에너지로 불용성 유기물을 비교적 단기간에 가용화(흡수되는 상태)하는 유기물 유효화(가공)의 계이다. 한편 합성이란 이 분해물들을 먹이로 하여 질소 고정이나 광합성 등에 의해 외부 에너지를 끌어 들이는 것이다.

  광합성에 관해서는 남조류나 녹조류와 같이 호기적으로 완전 광합성을 하는 것이 있는가 하면 광합성 세균과 같이, 혐기 조건에서 불완전 광합성을 영위하는 것까지 그 종류가 다양하다. 질소 합성을 하는 미생물도 호기성의 아조토박터나 근류균, 남조류 등 종류가 다양하다.

 

  (2) 부패, 발효, 합성의 상과 관련성

 

 부패, 발효, 합성의 계는 앞의 그림 2와 같이 토양 중에서는 동시 진행의 형태를 띠는데, 어느 계의 비율이 높은가에 따라 토양의 좋고 나쁨이 결정된다.

  유기물의 생성은 극단적으로 말하면 플러스 전자를 끌어들이는 것이고, 붕괴는 플러스 전자를 방출하는 것이다. 그 주도점이 역할을 하고 있는 것이 수소 이온이다. 그 수소 이온이 산소와 결합하여 물로 돌아가면 특별한 문제가 없지만, 황화수소나 탄화수소, 기타 악취가 나는 부패 물질(환원 물질)로 변하는 데 문제가 있다.

  예를 들면 그림 3에서 보듯이 토양이 수소 이온을 흡착하고 더나아가 광합성 세균 등의 합성형 미생물이 우세하게 작용하여 이 부패 물질들을 당 등으로 합성하는 계가 강하게 작용하면 생산성이 높은 토양이 된다.

  토양 관리와 유기물의 유효 이용, 지력의 유지 증진을 위해서는 환원상의 수소, 즉 식물에 유해한 탄화수소와 황화수소를 혐기적으로 끌어들여 식물에  유용한 물질을 합성하고, 뿌리 등에 산소를 제공하는 광합성 세균과 같은 불완전 광합성균 쪽이 좋다.

  한편 유기물의 분해 도중에 발생하는 메탄가스나 황화수소 등의 환원 물질은 질소 합성 미생물의 활동을 현저하게 억제한다. 이 경우에 광합성 세균과 같이 환원 물질을 이용하는 합성균이 존재하면 산소 부족은 되지 않는다. 따라서 혐기적 환경에 있어서도 그 능력을 충분히 발휘할 뿐만 아니라 단독의 경우에 비해 몇 배의 질소 고정을 하게 된다.

  광합성 세균은 광합성만 하는 것이 아니라 질소도 고정하는 것으로 알려져 있는데, 토양 중에서 아조토박터와 공존하면 질소 고정 능력이 더욱 강화된다고 한다. 따라서 토양을 합성형으로 만들기 위해서는 광합성 세균과 질소 고정균의 역할을 충분히 인식 활용할 필요가 있다. 가장 이상적인 것은 부패보다는 발효가 우세한 역할을 하고 발효계와 합성계가 강하게 결합된 발효 합성형이다.

 

  (3) 미생물의 기능으로 본 토양의 분류

 

 이상의 부패·발효·합성의 상호 관련 방식, 어떠한 미생물이 주체로 되는가에 따라 토양을 아래와 같이 나눌 수 있다.

  

① 부패형 토양

  토양 중의 사상균 중에서 푸자리움 점유율이 높고(15∼20% 이상), 질소분이 높은 생 유기물을 시용하면 악취가 나고 구더기가 생기거나 여러 가지 해충이 모인다. 병해충이 발생하기 쉽고, 생 유기물의 시용은 유해하게 된다. 일반 토양의 90% 이상이 부패형 토양이다. 무기 양분이 불용화하여 토양은 굳어지고 물리성도 나쁘다. 논에서는 가스의 발생이 현저하다.

  

② 정균형 토양

  항균 물질 등을 생성하는 미생물이 많고, 토양 병충해가 발생하기 어려운 토양을 정균형 토양이라 한다. 페니실리움이나 트리코데르마, 스트렙토마이세스 등의 활동이 강하고 사상균 중 푸자리움 점유율이 5% 이하되는 토양으로 병해충의 발생이 매우 적다. 질소분이 높은 생 유기물을 넣어도 썩는 냄새가 적고, 분해 후는 산 흙의 표토 냄새가 난다. 토양도 비교적 단립화가 촉직되어 투수성도 양호해진다. 병에는 걸리지 않지만 수량은 좀 낮은 편이다. 그러나 여기에 ④의 합성형이 결합하면 높은 생산력을 가지게 된다.

 

 ③ 발효형 토양

  유산균과 효모 등을 주체로 한 발효 미생물이 우점(優點)되어 있는 토양으로, 생 유기물을 시용하면 향긋한 발효 냄새가 나고 누룩 곰팡이가 많이 발생한다. 푸자리움 점유율도 5% 이하로 내수성(耐水性) 단립 형성 능력이 높고, 토양이 부풀어 오르며 토양의 무기 양분의 가용화가 촉진된다. 토양 중의 아미노산, 당류, 비타민, 기타 생리 활성 물질이 많아지거나 작물의 생육을 가속적으로 촉진한다. 논에서 가스의 발생을 억제된다.

  

④ 합성형 토양

  광합성 세균과 조균류, 질소 고정균 등의 합성형 미생물이 우점하고 있는 토양으로, 수분이 안정되어 있으면 소량의 유기물만 시용하여도 토양이 비옥해진다. 푸자리움 점유율도 낮고 ②의 전균형 토양과 결합되는 경우가 많다. 논에서 가스의 발생은 억제된다. 그리고 발효계와 이 합성계가 강하게 결합하면 발효 합성형 토양이라는 가장 이상적인 토양이 된다.

  이상 매우 개략적으로 분류를 하였는데, 각 토양간에 명확한 구분점은 없고 서로 겹치는 부분도 있으며 각각을 대표하는 미생물군의 종류와 성격에 따라 편의상 분류한 데 지나지 않는다. 정균력을 갖는 한편 발효 합성 능력이 좋은 토양이 이상적이며 이것을 어떻게 실현하는가 하는 것이 미생물상 관리인 중심 과제이다.

 

  (4) 기능으로 본 미생물상 관리의 포인트

 

 미생물상을 적절하게 관리하면 토양의 물리성과 화학성도 자연적으로 개선되기 때문에 토양의 모재에 결점이 없다면 특별히 토양을 개선할 필요는 없다. 그러나 보다 고품질의 다수확을 목표로 한다면 종래의 상식적인 토양 개량은 필요하다.

  미생물상 형성은 목적으로 하는 미생물이 토양에 정착한 경우에 일어나는데, 어느 특정한 종류만을 돌출시키는 것은 곤란하고 생태적으로 무리로서 정착시키는 것이 핵심이다. 예를 들면 정균형 토양이라고 하면 호기성, 혐기성, 호산, 호알칼리를 불문하고 항균물질을 내는 그람 양성균군을 쌀겨와 깻묵, 어박 등으로 증식시켜 균의 밀도가 상당히 높아진 시점에서 퇴비 등의 유기질과 동시에 토양에 시용하면 비교적 용이하게 정균형 미생물상을 형성할 수 있다.

  토양의 종류가 매우 다양하기 때문에 효과가 아주 다르게 나타나는 경우가 많다. 한 번 시용해도 완벽한 경우가 있는가 하면 여러번 시용하여도 전혀 효과가 없는 토양도 있다. 후자의 경우, 일반적으로는 효과가 없다고 판단하기 쉬운데, 균의 성질에 차이가 없다면 수분을 충분히 주고 양질의 유기질(쌀겨, 깻묵, 어박 등)을 10아르당 100∼200kg 정도 미생물의 시용시에 가용하면 의외로 효과를 나타내는 경우가 있다.

  미생물의 응용 시험은 화학 비료나 농약과 같이 결정된 패턴이 없기 때문에 편의상 화학 비료, 농약 시험에 준하고 있으며, 농도와 횟수가 기준이 된다. 그 결과 재현성의 문제에 결점이 있다고 하여 햇빛을 보지 못하고 사라지는 예가 너무나 많다.

  상식적으로 말하면 미생물의 시용 효과는 사용된 미생물이 우점적으로 정착하여 안정적으로 작용하는 경우에 비로소 발휘되는 것이다. 극단적으로 말하면 농도와 횟수는 기준 정도에 불과하며 절대적인 의미를 갖는 것은 아니다. 중요한 것은 효과가 날 때까지 양질 유기물 등을 계속 시용하여 효과가 나올 수 있는 준비를 해 주는 것이다.

  계속 사용하여 효과가 있다면 그 토양은 틀림없이 바람직한 미생물상을 형성하게 된다. 이러한 과정을 거쳐 한번이라도 미생물상이 안정되면 유기질의 부족이나 극단적인 건조 또는 담수, 과다한 생유기질의 시용 등이 없는 한, 그 효과는 장기가 지속되며 관리하기에 따라서는 반영구적으로 된다.

  아무리 강력한 미생물이라도 단일종으로 되면 토양 조건에 따라 재현성에 결함이 생기게 된다. 그 대책은 각종 유용균이 상호 보완적이 될 수 있도록 가능한 한 종류를 많게 하고 무리로서 정착시키도록 하면, 변이 방지도 용이하고 효과도 안정적으로 된다.

  발효성 토양에서나 합성형 토양에서나 그 원리는 같은데, 처음부터 정균형, 발효형, 합성형 미생물을 섞어서 시용하면 비교적 빠른 시간 내에 정균력 있는 발효 합성형 토양으로 전환시킬 수가 있다.




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