@農자료창고

레오나르도 다빈치가 이런 이야기를 했다고 합니다. "우린 발 아래 흙에 관해 아는 것보다 천체의 움직임에 관해 아는 게 더 많다." 그리고 현대의 토양학자들은 여전히 그러하다고 이야기한답니다. 흙을 알아야 농사가 사는데 말이죠. 

흙은 인간을 기릅니다. 흙에서 자란 식물과 그에 의존하며 사는 가축을 먹고 사니까요. 그런데 건강한 흙은 이렇게 인간의 건강과 연결될 뿐만 아니라, 토양침식을 막으며 기후변화의 영향도 완화시킬 수 있습니다.

먼저, 토양을 건강하게 하면 음식을 통해 인간의 건강을 개선시킵니다. 덮개작물 -녹비로 알려져 있죠- 은 토양을 비옥하게 하고자 땅이 놀 때 농민들이 심는 작물입니다. 예를 들어, 농민이 콩을 수확한 뒤 땅을 그대로 비워두기보다는 토끼풀을 심기로 하는 식이죠. 그렇게 땅이 놀 때 덮개작물을 심어 놓으면 그냥 놀릴 때보다 흙과 상호작용을 하고, 뿌리를 통해 영양분을 교환하며 비옥하게 만듭니다. 그렇게 되면 비료 없이도 농사가 잘 되고, 또 잡초도 적어져 농약 같은 것도 덜 써도 되지요. 외국에서는 사슴이나 먹는다고 하여 buckwheat이라 불리는 메밀도 아주 좋은 덮개작물입니다. 이걸 심으면 나중에 수확해서 국수나 묵 같은 건강식을 만들어 먹어도 되겠지요.

다음으로, 토양침식은 건강한 흙에서는 줄어들 수밖에 없습니다. 흙속의 미생물들이 활발히 활동하면 이것이 풀처럼 작용해 흙이 떼알구조를 이루도록 돕지요. 그렇지 않으면 흙이 밀가루처럼 풀풀 날려 버릴 겁니다. 그런 흙은 당연히 비바람에 침식이 훨씬 심하겠지요. 그런데 농약을 너무 치면 흙속의 복잡하고 미묘한 관계를 형성하며 살고 있는 미생물들이 죽어 사라지게 됩니다. 그러면 흙의 떼알구조도 무너지고 밀가루 같은 흙이 되어 버리는 것이지요. 떼알구조의 흙은 물을 잘 머금고 있으면서도, 또 물이 너무 많으면 그건 배수해 버리는 특징도 있습니다. 그래서 가뭄에도 작물들이 가뭄을 덜 타고, 비가 너무 많이 와도 침수 피해를 덜 받아 농사에 아주 좋답니다. 이런 건강한 흙이 여러 이유로 그 건강을 잃고 침식되기 시작하면 악순환의 고리에 빠져 계속해서 나빠지게 되지요. 사람이나 흙이나 건강할 때 건강을 잘 지키고 볼 일입니다.   

마지막으로, 덮개작물이나 목초 등을 활용해 흙을 건강하게 함으로써 기후변화의 영향도 완화시킬 수 있지요. 덮개작물이나 목초를 심으면 그들이 흙에 뿌리를 박고 살면서 기후변화의 원인이 된다는 대기 중의 이산화탄소를 변환시킵니다. 뭐 그 양이 얼마나 되고 얼마나 효과가 있는지에 대해서는 저도 잘 아는 바는 아니지만, 어쨌든 미약하나마 기후변화를 줄이는 데 일조하지 않겠습니까. 이렇게 덮개작물이나 목초 같은 걸 심으면 흙만 건강해지는 게 아니라 그걸 이용해 가축을 잘 키울 수도 있겠죠. 요즘 겨울에 사료작물을 심으라고 농진청에서 엄청 권고하더만요. 현장에서 얼마나 실천될지는 모르겠습니다만. 

자, 농사를 잘 지으려면 흙이 건강해야 합니다. 그리고 흙이 건강하려면 덮개작물 같은 걸 잘 활용해야 합니다. 그러니 농진청에서 권고하는 사안을 받아들여서 한번 속는 셈 치고 따라해 봅시다. 이러저러한 덮개작물이 많은데 어떤 것이 필요할지 고객상담센터에 전화해서 귀찮게 묻고 따지고 그래 봅시다. 농사도 잘 짓고, 인간도 건강하게 하고, 지구를 살리는 일은 그리 어렵지 않을지도 모릅니다. 

작물을 바꾸면 그에 따라 토양미생물도 바뀐다는 사실을 밝힘.

토양층

로마시대부터 활용된 돌려짓기는 식물의 영양을 개선하고, 병이 퍼지는 걸 억제한다. Nature의 ‘ISME 저널’에 발표된 새로운 연구에서는 박테리아와 균류, 원생동물이 토양을 기름지게 하는 데 미치는 지대한 영향을 밝혔다.

“작물의 종을 바꾸면 토양미생물의 함유량이 크게 바뀌어, 결과적으로 식물이 영양을 얻고, 성장을 조절하며, 스스로 병해충을 막는 일을 도와 수확량을 증대시킵니다”라고 존이네스 센터의 Philip Poole 교수는 말한다. 

토양을 노리치 근처의 밭에서 수집했는데, 여기에는 밀과 귀리, 완두콩을 재배했다. 밀을 재배한 뒤, 크게 변하지 않고 남아 있었으며 그 안에 있는 미생물은 대부분 박테리아였다. 그러나 동일한 토양 표본에서 귀리와 완두콩을 재배하자 원생동물과 선충으로 확 전환되었다. 완두콩을 재배한 토양은 균류가 매우 풍부해졌다. 

“뿌리 근처의 토양은 밀을 재배하기 전과 후에는 비슷했지만, 완두콩과 귀리는 미생물의 다양성을 고쳐 놓았습니다”라고 Poole 교수는 말한다.

지구에 있는 모든 생물은 원핵생물(박테리아를 포함)과 진핵생물(인간과 동식물만이 아니라 균류를 포함)로 나눌 수 있다. 4주 정도 재배한 뒤 밀 주변의 토양은 약 3%의 진핵생물을 함유했다. 이것이 귀리와 완두콩에서는 12~15%로 상승했다. 균형의 변화는 작물을 몇 주가 아니라 몇 달씩 재배하는 밭에서는 더 심해질 수 있다.

분석은 기존의 증폭 DNA 표본에 의존했다. 이는 한 번에 박테리아 같은 하나의 분류학적 집단을 분석하려는 과학자들을 제한한다. 그건 또한 해당 집단에 존재하는 모든 것이 활성 역할을 담당하고 있는 것이라기보다는 분석된 것임을 뜻한다. 토양 1g당 5만 종 이상의 박테리아가 함유되어 있어서 이 작업은 엄청난 것이다. 

발현된 활성 유전자, 또는 RNA가 상대적으로 더 적은 것이 있다. 현재 계에 걸쳐 RNA를 시퀀스할 수 있어서 전체 스냅샷은 활성 박테리아와 균류, 원생동물 및 기타 토양미생물을 잡을 수 있다. 연구는 이스트 앵글리아 대학과 노리치 리서치파크의 게놈분석 센터와 협력하여 이루어졌다. 

“RNA 시퀀싱으로 우린 활성 토양미생물의 큰 그림을 볼 수 있습니다”라고 존이네스 센터의 박사과정 Tom Turner 씨는 말한다. 

“이를 통해 어떻게 그것들이 식물을 돕고 있는지를 포함하여 그들이 거기에서 하고 있는 일을 알 수 있게 해줍니다.”

“우리의 작업은 밭에서 농민들이 경험하는 걸 설명하는 데 도움이 됩니다”라고 Poole 교수는 말한다.

“최고의 종자는 최대의 잠재력을 발휘할 수 있는 최선의 농법과 결합되어야 합니다.”

“대규모 단작에서는 하나의 종만 계속 이어짓기하여 한 방향으로 토양을 끌어당기지만, 돌려짓기는 토양을 건강하게 한다는 이점이 있습니다.”

종자는 인간이 우호적인 박테리아를 접종하듯이 파종하기 전에 박테리아를 접종할 수 있다. 그러나 이 연구에서는 그렇게 하여 미생물의 다양성이나 수량을 획득하지는 못한다는 것을 밝혔다. 

또한 과학자들은 균류 병원균으로부터 뿌리를 보호하는 화합물인 아베나신(avenacin)을 정상적인 수준으로 생산할 수 없는 귀리 품종을 재배했다. 그들은 그 결과 토양에 균류가 더 높은 수준으로 함유되겠다고 예상했지만, 그 대신 원생동물 같은 기타 진핵생물의 다양성이 더 풍부해졌음을 발견했다. 

연구 결과는 토양에 이로운 미생물을 북돋는 식물 품종을 개발하기 위해 사용될 수 있다. 존이네스 센터의 과학자들은 이미 일반적으로 완두콩과 관련된 질소고정 박테리아와 연계할 수 있는 곡물 작물을 개발할 수 있는지 조사하고 있다.

“식물 유전자형의 작은 변화가 뿌리 주변의 토양미생물에 복잡하고 예기치 않은 영향을 미칠 수 있습니다”라고 Poole 교수는 말한다.

“과학자와 육종가, 농민은 이러한 효과를 최대한 활용할 수 있습니다.”

연구는 생명공학과 생물학 연구협의회(BBSRC)와 존이네스 센터의 핵심전략 교부금에서 자금을 지원받아 이루어졌다. 

전체 참조

Comparative metatranscriptomics reveals Kingdom level changes in the rhizosphere microbiome of plants by Thomas Turner et al. The ISME Journal advance online publication 18 July 2013; doi: 10.1038/ismej.2013.119

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-07/nbi-wcr071513.php