콩과 작물의 활용

콩科 작물을 응용할 줄 알아야 농업에 성공한다!

값비싼 비료 가격을 절약하고 유기농업을 위해 퇴비와 함께 주목받고 있는 것이 '콩과 작물(한해살이와 여러해살이)'이다. '콩과 작물'이 공기의 질소를 체내에 흡수시키는 능력이 있다는 것은 이미 잘 알려져 있으나, 그밖에도 많은 능력이 있다는 것은 별로 알려져 있지 않았다.
일본의 진보성향 농업전문지 「現代農業」(1946년 창간)에서는 '콩과 작물'의 잘 알려져 있지 않은 여러 기능을 소개했다. 그 내용을 알아본다.

Ⅰ. 「콩科 작물」의 능력은 광범위하다.

 

 

 

 

 

※ 콩 박사에게 듣는 콩科 작물의 콩 지식

콩과 작물이 갖고 있는 질소고정력은 어느 정도인가? 어떤 구조인가? 질소고정 이외의 콩과 작물의 효용은?  콩 박사에게 들어본다.

「콩科 작물」의 생물고정질소는 공업 생산의 2배 이상

Q : 박사님. 콩과 작물에 의한 공중질소 고정이라는 것은 어느 정도의 양인지요. 식물(작물)종류에 따라서도 다르겠지요?

답 : 대두를 예로 들면, 과거의 연구에 따라 숫자에 폭이 있는데, 적게는 10a에 10kg 정도, 최대는 45kg라는 보고가 있습니다. 그 외 콩과 작물의 최대치는 강낭콩 17kg, 땅콩 21kg, 잠두콩 33kg라고 하니까, 대두의 질소고정 능력은 콩과 작물 가운데서 꽤나 높은 편입니다. 단, 대두보다는 클로버가, 클로버보다는 알팔파가 질소고정량이 더 많다고 알려져 있습니다. 그 외 녹비로 잘 쓰는 콩과 작물로는 세스바니아가 5.9~26.7kg, 크로타라리아가 12.5kg라는 연구도 있습니다.
대기의 성분에서 79%가 질소이고, 20%가 산소, 1%가 불활성가스입니다. 질소가 80%를 차지합니다. 지구의 규모로 볼 때 이 질소가스에서 인간이 에너지를 소비하여 공업적으로 생산하는 질소비료는 연간 8,000만 톤입니다. 그에 비해 콩과 작물 등 생물에 의해 대기에서 고정되는 질소는 18,000만톤이나 된다고 추정됩니다. 어떻습니까? 이것을 비료로 살리면 안 된다는 법은 없지 않습니까!


콩 농사 다음에 벼를 심었을 때 벼가 쓰러지는 것은 질소고정 때문?

Q : 분명히 앞그루 대두 다음에 고시히카리를 심으면 잘 쓰러진다고 하는데요?

답 : 그렇지 않습니다. 앞그루 대두 다음 벼가 쓰러지는 것은 대두로 인해 흙이 비옥해졌지만 그 원인은 아니지요. 대두를 수확하면 토양의 질소는 감소합니다. 왜냐하면 대두는 공중질소를 고정하여 체내에 흡수하는데, 그것은 대두가 쓰는 질소의 30~70%이고 나머지는 땅에서 흡수합니다. 더구나 흡수한 질소 가운데 70%는 콩으로 보내니까 기타 비료분을 보충하지 않고 콩을 수확한 다음 벼를 심으면 땅은 피폐해질 수밖에 없습니다.

Q : 그렇다면 왜 고시히카리는 쓰러질까요?

답 : 대두를 기르기 위해 논을 밭으로 만들면 논일 때는 느리던 흙 속의 유기물 분해속도가 빨라지기 때문입니다. ‘건토乾土 효과’라는 것이지요. 무논일 때는 유기물의 분해보다 축적 쪽이 강해서 ‘정기 예금’처럼 축적되었던 질소가 밭이 되면서 ‘자유입출금 통장’이 됩니다. 즉 단백질 등 이용하기 어렵던 형태의 성분이 질소분해가 진행되어 아미노산, 암모니아, 초산 등 쓰기쉬운 질소로 변하기 때문에 대두 농사 다음에 벼농사 때는 흡수가 잘 됩니다. 밭 상태가 계속되어 예금을 다 쓰고 나면 건토 효과도 없어집니다. 보충하지 않으면 논밭은 피폐해질 뿐입니다. 하지만 콩과 작물을 녹비로 쓰면 상황은 달라집니다. 공중질소 고정으로 콩과 작물이 비축한 질소가 유기물로서 흙 속으로 들어가니까 토지는 비옥해집니다.

질소비료가 많으면 근립균 활동은 저하

Q : 공중질소 고정이란 것이 대단한 힘이네요. 그런데 콩과 작물은 어떻게 공기의 질소를 체내에 흡수할 수 있을까요?

답 : 지금까지 여러 번 이름이 나왔던 근립균 활동 때문입니다. 콩과 작물이 흙 속에서 뿌리를 내릴때 근처에 있던 근립균이 내는 신호를 감지하고 근모根毛 끝이 작동합니다. 이것이 ‘어서오십시오’라는 뿌리의 신호를 받고 근립균은 근모를 통해 콩과 작물의 뿌리를 통해서 속으로 들어갑니다. 그러면 뿌리에 글자 그대로 ‘근립根粒’이 생기며 근립균은 이 안에서 콩과 작물이 광합성으로 만든 당분을 흡수하면서 ‘니토로게나제’라는 효소를 방출하여 공기의 질소를 암모니아로 바꾸어 나갑니다.
단 토양에 질소비료가 많으면 근립균 활동은 저하되고 맙니다. 뿌리에 들어가는 근립균이 적어질 뿐만 아니라, 근립이 있어도 질소비료가 많은 환경이 되면 질소고정을 하지 않게 됩니다. 아마 콩과 작물자체가 토양의 질소비료 양에 맞추어 통제하는 것 같습니다. 토양에 질소비료가 많으면 콩과 작물은 공중질소 고정보다 토양에서 흡수하는 쪽을 선택합니다. 역으로 말하면 콩과 작물의 질소고정력을 살리려면 질소비료는 그다지 주지 않는 것이 좋습니다.

 

▲ 털갈퀴덩굴의 근립균, 콩과 작물의 종류에 따라 기생하는 근립균도 다르다. 엷은 분홍색은 활성이 높다는 증거다.

물에 강하고, 가뭄에도 강한 콩과 작물

Q, 콩과 작물의 질소고정력을 높이려면 그밖에 어떤 것을 주의해야 할까요.

답, : 근립으로의 질소고정은 호기好氣성 호흡으로 에너지를 얻을 필요가 있습니다. 그렇기 때문에 통기성이 중요하지요. 즉 산소가 필요합니다. 하지만 너무 습한 상태에 강한 콩과 작물도 있습니다. 세스바니아의 경우, 근립 외에 공중질소를 고정하는 ’경립莖粒’이 줄기에 생깁니다. 그렇기 때문에 뿌리가 물에 젖어 있어도 질소고정은 됩니다. 줄기로 질소고정이 되기 때문에 토양에 질소가 많아도 질소고정 능력이 저하되지 않는다는 특성도 있습니다. 세스바니아는 생육이 왕성하여 키가 3m를 넘을 정도입니다. 그렇기 때문에 유기물을 많이 확보할 수 있으며 뿌리도 깊이 자라는 것은 물런 밭의 물빠짐 효과도 높입니다.
난지暖地형 콩과 작물인 프아진비도 내습성耐濕性이 강합니다. 그렇기 때문에 최근에는 사료용 벼와 섞어 뿌려 단백질 함량이 높은 조사료를 만드는 연구도 하고 있습니다.

Q 반대로 가뭄이라면 어떨까요?

답 : 수분이 적어지면 질소고정력은 떨어집니다. 대두를 재배할 때 꽃이 필 때부터 익을 때는 벼 이상으로 수분이 필요합니다. 논두렁에 콩이 잘되고 두둑 사이에 물을 대어 대두가 잘된다고 하는 것도 여름 가뭄에 의한 질소고정력 저하를 피하기 때문입니다. 가뭄에 대한 강약은 콩과 작물의 종류에 따라 차이가 있습니다. 대두는 약하지만 땅콩, 잠두콩, 병아리콩 등은 비교적 강합니다.
통기성과 수분을 적절하게 할 수 있다면 질소고정력도 높아집니다. 조금전 대두가 지력을 뺏는다는 말을 했을때 대두가 쓰는 질소 가운데 질소고정 유래由來 몫은 30~70%라고 했는데, 이는 일본의 경우입니다. 일본보다 대두를 많이 심는 브라질은 70~90%를 공중질소로 메우고 있습니다. 일본의 대두도 앞그루였던 논이 가진 관수 기능을 활용하면서 통기성도 좋게 하고 질소고정능력을 더욱더 끌어올리면 수확을 올릴 수 있습니다.


C/N 비율로 추측할 수 있는 콩과 작물의 질소비료 효과

Q : 녹비로 갈아엎을 때 조심해야 할 것은?

답 : 녹비분해 진행법은 C/N比(탄소율)에 의하여 결정된다는 것을 우선 염두에 두는 것이 좋습니다. C/N比가 높은, 곧 질소에 비해 탄소 비율이 높은 녹비의 분해는 늦으며 C/N比가 낮고 질소비율이 높은 녹비는 분해가 빠릅니다. 목질木質로 줄기가 탄탄한 녹비일수록 분해가 늦어집니다.
콩과 작물의 C/N比는 대개 20 이하로 낮아 분해가 빠릅니다. 갈아엎을 때 비료를 줄 필요는 없지만 주의할 것은 엎는 시기가 늦어지면 C/N比가 극단적으로 높아지는 종류가 있다는 것입니다. 예를 들면 크로타리아의 경우입니다. 꽃이 다 피고 생육이 진행된 크로타리아의 C/N比는 40이나 됩니다.
C/N比가 30을 넘으면 분해할 때 질소를 방출하지 않고 가두어 버립니다. 이러한 녹비를 갈아 엎을 때는 황산암모늄이나 석회질소로 질소를 보충하지 않으면 뒷그루 작물이 질소가 부족한 상태에 빠지게 됩니다. 다음 표는 C/N比가 어느 정도일 때 어느 정도의 질소성분(총질소량)을 함유하며, 뒷그루의 질소는 얼마나 감비되는지의 기준입니다. C/N比가 높을수록 뒷그루 작물이 이용할 수 있는 질소 비율은 떨어지게 됩니다. 또한 녹비를 갈아엎은 뒤 뒷그루의 파종과 아주심기를 할 때까지는 한달 이상 기다리는 것이 좋습니다.

 

 

 

콩과 작물, 섞어짓기로 생육이 잘되는 시스템

Q : 콩과 작물에는 녹비로 사용하는 것 말고 섞어짓기하면 생육이 좋아지는 현상도 있습니다. 콩과 작물이 고정한 질소는 같이 심은 다른 작물에게도 공급이 되는지요?

답 : 오이, 고구마, 대두(풋콩), 토마토, 피망, 땅콩 등 섞어짓기 효과가 있다는 예는 많이 나왔습니다. 뿌리에서 떨어진 근립, 떨어진 잎과 뿌리 등 콩과 작물인 경우는 다른 작물보다 C/N比가 낮아서 분해가 빨라 옆 작물에 거름기가 공급될 수 있습니다. 그러나 그뿐만이 아니라고 생각합니다. 지금까지 콩과 작물의 질소고정력을 중심으로 말했는데, 콩과 작물의 비료로서의 효용은 질소뿐만이 아닙니다. 예를 들어 흙 속에 고정되어 있는 인산이나 미네랄을 작물이 흡수하기 쉽게 하는 효과 등 콩과 작물의 뿌리에는 균근균이 공생하기 때문입니다.
백색클로버와 옥수수를 섞어짓기하여 옥수수 뿌리에 공생하는 균근균이 증가하였다는 보도도 있었습니다. 인산을 주지 않아도 인산을 준 것과 같은 수확량을 얻었다는 결과가 나왔습니다. 털갈퀴덩굴 다음에도 양파, 대두, 옥수수 등의 균근균의 증가율이 높았다는 연구도 있습니다.
콩과 작물과 돌려짓기, 섞어짓기하면 균근균 감수성 작물(아브라나과, 아가자과 이외)이라면 증식된 균근균 활동으로 인산의 흡수가 촉진된다고 할 수 있습니다. 특히 대두는 균근균 포자를 증식하는 능력이 강하다는 연구도 있습니다. 또한 땅콩에는 균근균 활동과는 별도로 철분과 붙은 난용難溶성 인산을 녹이는 특별한 능력이 있다는 것이 알려졌습니다.
콩과 작물로 인하여 흙 속에서 증식된 근립균이 질소고정 이외의 작용도 하고 있다는 연구도 있습니다. 콩과 작물을 벨 때 고사枯死하여 흙으로 돌아간 근립균이 콩과 작물 이외의 작물 뿌리 영역에서 증식하여 ‘식물생물植物生物 촉진근권세균促進根圈細菌(PGPR)’으로서 작물생육을 촉진한다고 합니다.

 

 

 

콩과 작물의 뿌리가 가져오는 수분 공급 효과

또 하나 최신 연구로 ‘식물 스프링클러’라는 기술이 개발되었습니다. 이것은 아주 재미있는 내용인데, 예를 들어 백색클로버, 알팔파, 세스바니아, 기마메 등 콩과 작물의 뿌리는 흙 속 깊은 곳에서 빨아올린 수분을 기공이 닫히는 밤에 표층의 마른 흙으로 배출한다는 것입니다. 알팔파 같은 재생력이 강한 식물이라면 지표 부분을 베어내 증산蒸散을 억제함으로써 낮에도 같은 현상이 일어나고 있는 것이 확인되었습니다. (「콩과 작물」외에 기니아그라스도 같은 작용을 합니다.)
이런 현상을 이용하면 건조한 곳에서는 뿌리를 깊이 내리는 기마메를 다른 작물에 섞어짓기함으로써 값싼 관개시설을 배치한 것과 같은 효과를 기대할 수 있습니다. 극단적인 건조지대가 아니더라도 섞어심은 클로버를 베어내 덮어주면 유기물을 덮어 수분이 공급되는 효과도 있으니 미생물의 활동이 한층 활발해질 수도 있습니다.