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미생물이야기 토양미생물의 여러종류와 역할에 대해 살펴보자
2013-08-07 16:23:25
이엠생명과학연구원

토양미생물

 

미생물은 어디에나 생준하고 있지만 그중 토양속에 서식하고 있는 것을 말한다. 그 존재는 유기물의 분해나 콩과작물에 의한 질소고정, 암모니아태 질소에서 초산태 질소로의 변환 등을 통해 이미 18세기경부터 알려져 왔지만 워낙 미세하기 때문에 그 존재가 확인된 것은 현미경이 발명된 이후이다.

토양속에는 여러 종류의 다양한 미생물이 서식하고 있으며 다양한 물질 변환을 일으킨다. 토양 속에서의 주요 역할은 유기물은 분해하여 무기화 하는 것으로 그들 자신의 유체도 또 다른 미생물의 분해 기질의 대상물이 된다. 토양미생물의 활동은 토양 정화, 토양비옥토 현상, 작물양분 공급, 등 농업상의 유익한 작용도 있지만 토양 병해나 작물의 생육저하의 원인이 되는 등 유해한 작용도 있다. 또 토양생성의 초기단계에서는 토양광물의 용해나 유기물의 생산 등 토양화작용의 중심 역할을 담당한다.

토양미생물은 크게 세균, 방선균, 사상균, 조류, 원생동물 등 5종류로 나눌 수 있다. 그 개체수 및 활성도로 보아 농업상 중요한 것은 앞의 3종류이다. 이들 미생물은 토양환경에 따라 다양하게 변화한다. 예로 논처럼 담수에 의해 산소공급이 제한되는 장소에서는 사상균이나 방선균은 감소하고 세균이나 조류 등은 증가한다. 또 세균 중에서도 산소가 적은 곳을 좋아하는 혐기성균이 증가한다.

미생물과 그 생활환경으로서의 토양은 상호영향을 서로에게 미치고 있으며 세균은 점토에 흡착되거나 토양단립의 안과 겉에 각기 다른 세균군이 나뉘어 서식한다. 이들 토양미생물을 증가시키려면 토양환경을 개선하고 유기물 시용을 하는 것이 중요하다.

 

 

<습윤온대지대 토양 1㏊(깊이 15㎝) 속의 토양 미생물 개체 수 및 크기>

종 류

㏊당 ㎏

추정 개체수

크 기

세 균

2,600

2 x 1018

길이2~3 x 직경 1㎛

사 상 균

2,000

8 x 1016

직경 0.5~10㎛

방 선 균

220

6 x 1017

직경 0.5~0.8㎛

조 류

10

3 x 1014

-

원생동물

100

7 x 1016

100㎛이하

 

(1)토양미생물 분류

 

①세균(박테리아)

 

토양 속에서 가장 많이 볼 수 있는 미생물로 토양 미생물중에서 그 크기가 가장 작아 몇 ㎛(1㎛은 1,000분의 1m)이하이다. 격작 토양에서 그개체수는 표층토양 1g당 106(100만)-108(1억)마리에 달한다. 이는 1㏊당으로 환산하면 살아있는 체중으로 약 2,600㎏, 타소250㎏, 질소 40㎏, 인6㎏에 해당한다. 미생물균체는 죽으면쉽게 무기화된다는 점을 교려하면 이는 무시할 수 없는 양이다. 다라서 유기물 시용 등으로 균체량을 증가시키는 일은 저력을 증진하는 아주 효과적인 수단이 된다.

세균은 종류가 많기 때문에 다양한 유기물 및 무기물을 에너지로 이용하고들 있다. 생육하는데 유기물이 필요로 하는 것을 종속영양세균, 무기물만으로 생육하고 유기물을 필요로 하지 많는 것을 독립영양세균이라 부른다. 일반 세균군은 주로 전자에 속하지만 암모니아를 아초산으로 바꾸는 작용을 하는 아초산균, 아초산을 초산으로 바꾸는 초산균, 유황의 순환에 관계하는 유황세균, 철을 산화하는 철산화균 등은 후자에 속한다.

세균을 분류하는 중요한 요소로는 산소에 대한 반응이 있다. 생육하는데 산소를 필요로 하는 세균을 호기성세균, 산소가 있거나 없어도 생육이 가능한 세균을 통성혐기성세균, 산소가 있으면 전혀 생육이 불가능한 것을 절대적 혐기성세균이라 부른다. 논 등은 담수로 인해 산소가 제한되기 때문에 탈질균, 황산환원균 등 혐기성세균의 비율이 밭에 비해 높다. 또한 세균의 분류에는 현미경에 의한 형태관찰도 중요시된다. 형태가 구상(球狀)인지 간상(桿狀)인지 편모의 위치나 형태 또는 운동성의 유무에 따라 분류가 이루어진다. 그 외 그람 염색으로 세균이 스며드는지 그렇지 않은지에 따라 분류하는 방법도 있다.

세균은 일반적으로 중성내지 약염기성을 좋아하며 25~35℃가 가장 적당한 생육온도이다. 토양세균에서 개체수가 많은 것은 종속영양세균인 바실루스屬 이나 슈드모나스屬 등이다.

 

②사상균(곰팡이)

 

일반적으로 곰팡이라 불리는 호기성 종속영양 미생물로 버섯이나 효모도 이에 속한다. 사상균은 균사와 포자로 구성되며 균사의 크기는 직경이 3-10㎛정도이지만 영양상태가 좋으면 육안으로 관찰될 정도로 커지기도 한다. 사상균수는 경지의 표토 1g당 104(1만) - 105(10만)정도 존재한다.

 

사상균은 균사의 선단에 생기는 포자낭이나 분생자 등의 유성생식방법이나 기관에 따라 분류한다. 주요 균군은 자낭균류, 단자균류(버섯) 및 불완전균류이다. 토양 속에서는 페니시리움, 물골, 아스펠길스屬 등이 많으며 병원균이 많은 퓨자리움은 불완전균이다. 사상균은 약산성 환경을 선호햐며 생육온도는 20-30℃이지만 퇴비 속에서는 50℃에서 생육하는 것도 있다.

토양속 사상균의 가장 큰 역할은 유기물 분해이다. 입자가 큰 유기물의 골격을 이류고 있는 셀롤로스나 리그닌 등을 효율적으로 분해하여 다른 미생물들이 쉽게 분해 할 수 있도록 도와준다. 특히 담자균이 셀롤로스나 리그닌의 분해 능력이 크다.

사상균의 개체수 측정은 희석평판법(영양분이 들어있는 한천 배지상에 서식하는 균수를 콜로니로 측정한다.)이 일반적이지만 이 방법은 포자의 존재에 따라 큰 영향을 받기 때문에 토양시료를 현미경으로 직접 조사하는 직접검경법이 정확한 평가 방법이 된다. 하지만 이 측정법은 많은 노력을 요한다. 희석평판법에 의한 계측에서 사상균수는 경작지 표토 1g당 104(1만) - 105(10만)정도 존재한다. 논토양은 담수로 인해 산소 공급이 제한되기 때문에 표토 1g당 103(1천) - 104(1만)정도로 줄어든다. 밭 토양은 하층으로 내려가면서 감소한다. 직접검경법으로 측정해 보면 비옥한 밭토양이나 삼림토양의 표토 1g당 균사의 총 길이는 200-500m에 달한다.

 

③방선균

세균과 사상균의 중간 형태와 성질을 지닌 미생물로 경작지 표토 1g당 105(10만) - 106(100만)정도 서식하고 있다. 균사를 만들며 세포벽의 화학구조는 그람양성세균과 유사하다. 이 균군은 항생물질을 생산한다는 점에서 의학상 중요하다.

토양 속에 가장 많은 것은 스토렙토마이세스屬으로 퇴비 중에서 사모액티노마이세스屬이 많다. 방선균의 대부분은 호기성으로 중성 내지 약염기성을 선호하는 종속영양미생물이다. 스토렙토마이세스屬은 대부분 각종 항생물질을 생산하며 여러 색소를 만들어 특유의 냄새가 나는 것이 많다. 토양특유의 냄새는 방선균에 의한 것이다.

감자의 더뎅이병균처럼 식물병원성을 지닌 것도 드물게 있지만 토양 속에서는 셀롤로스나 리그닌의 분해에 관여하거나, 만들어진 항생물질이 사상균이나 세균을 억제하는 적용도 있기 때문에 미생물자재로서 주목받고 있다. 그 중에서도 키친분해균은 퓨자리움 등의 사상균을 억제하는 작용이 있기 때문에 토양병해억제효과가 기대된다.

 

④조류(藻類)

토양 속에는 단세포나 사상구조로 된 규조, 녹조 및 남조류 등 주로 3가지 조류가 주로 서식한다. 이들은 모두 클로로필이나 기타 색소를 지니며 빛에너지를 이용해서 탄산가스를 고정하는 광합성적 무기영양생물이다. 질소원으로 암모니아, 초산 등의 무기태 질소를 이용한다. 그 중에는 모두 남조류에 속한다. 조류의 경작지 토양 속 개체수는 건토 1g당 1만 이하라고 한다.

수분이 많은 습한 토양표면에서 잘 자라지만 실제로는 논의 물 속에서 증식한다. 논에서의 중요한 작용은




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