Imagine if someone invented machines to suck carbon out of the atmosphere — machines that were absurdly cheap, autonomous, and solar powered, too. Wouldn’t that be great? But we already have these gadgets! They’re called plants.
The problem is, plants die. So there’s one hurdle remaining: We have to figure out how to lock away the carbon in dead plants so that it doesn’t just return to the atmosphere. The obvious place to put that carbon is into the ground. And so, for years, scientists and governments have been urging farmers to leave their crop residue — the stalks and leaves — on the ground, so it would be incorporated into the soil. The trouble is, sometimes this doesn’t work: Farmers will leave residues on a field and they won’t turn into carbon-rich soil — they’ll just sit there. Sometimes, the whole process ends up releasing more greenhouse gasses than it locks away.
This has left people scratching their heads. But now a simple idea is spreading that could allow farmers to begin reliably pulling carbon out of the atmosphere and into their soil.
Clive Kirkby was one of those government agents urging farmers to leave dead plant residues in their fields. He was working in New South Wales, Australia, where farmers traditionally have burnt off their wheat stubble after harvest. Kirkby implored farmers to stop. Instead of torching all that plant residue and releasing the carbon into the air, he told them, let it stay on the ground. It seemed like a win-win: The carbon was harmful in the air, where it contributed to the greenhouse effect, and beneficial in the ground, where it made the soil rich.
As he was proselytizing, Kirkby began to bump heads with an agronomist named John Kirkegaard. “Look, Clive,” Kirkegaard would say, “the best treatment here is burn and cultivate — that’s the one that’s growing the best crops.”
This made Kirkby crazy. Burning was bad enough, and cultivation, which essentially means plowing, was also exactly the opposite of what he wanted. When farmers break up the soil with cultivation it releases some of the carbon stored there, according to conventional wisdom. But Kirkby had to admit that Kirkegaard had data on his side. The agronomist would show him the numbers, and it was clear that the soil organic matter (which holds the carbon) wasn’t increasing. In some cases, it was decreasing.
“I’ve been returning the stubble to the ground now for six years, and it’s just not going into the soil,” Kirkegaard told him.
The way that soil locks up greenhouse gas has been frustratingly mysterious, but the basics are clear: After plants suck up the carbon, the critters (microbes and fungi and insects) swarming in the topsoil chew up plant molecules, subjecting them to one chemical reaction after another as they pass through a fantastically complex food web. If everything goes right, the end result is microscopic bricks of stable carbon, which form the foundation of rich black soil.
Kirkby knew that there must be some mysterious quirk of this topsoil ecosystem that was thwarting him. But how do you investigate a complex, microscopic community that lives underground? There are just so many different organisms eating each other, and cooperating, and parasitizing one another, that we have no clue what’s going on there. People are studying it — but mostly they are reporting that the soil microbiome, as it’s called, is far more confusing than anyone suspected.
Kirkby, however, came up with an idea, that in theory, might allow farmers to manipulate the soil microbiome without having to understand everything that was going on in that black box. He pursued this idea for years, and though he was already nearing retirement age, went back to school and earned a PhD as he assembled evidence. If he’d simply tried to win his original confrontation with Kirkegaard, they’d have remained locked in a stalemate. Instead, because they allowed their minds to be shifted by the evidence, that adversarial relationship was tremendously productive. Kirkby came full circle when Kirkegaard took him on as a post-doctoral fellow (at the age of 66, Kirkby had to be one of the oldest postdocs ever).
The idea that drove Kirkby was elegant in its simplicity. “The way you get carbon into the ground,” he said, “is to take plant residue and turn it into microorganisms.” To grow microorganisms you have to feed them.
They will eat corn stalks and wheat straw, but that, alone, is not a balanced diet. That’s like giving people nothing to eat but a mountain of sugar. There are certain elements that all creatures on earth need to build the bodies of the next generation: carbon, nitrogen, phosphorus, sulfur, oxygen, and hydrogen. These six elements are the basic ingredients of living organisms. By leaving stalks and stems on the fields they were providing a lot of carbon, and oxygen and hydrogen comes easily from the air, but the bugs were lacking in nitrogen, sulfur, and phosphorus. Provide enough of these missing building blocks, Kirkby figured, and the soil microbes would finally be able to consume the plant residue. He tried it. It worked.
One lab test provides a dramatic visual of how this works. The scientists added wheat straw to two pans of sandy soil, and fertilized one with nutrients. That pan looks like rich compost. The untreated control looks as lifeless as the surface of Mars.
I saw this picture recently when I met, via Skype, with Kirkby, Kirkegaard, and another collaborator named Alan Richardson. All work at the Australian government’s Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation. They crowded together in front of the computer in Kirkegaard’s Canberra office.
“That’s moist soil with chopped up wheat straw on the left,” Kirkegaard said. “There’s no reason why that shouldn’t have decomposed, except for the fact that nutrients are missing. When you give them the nutrients, all the wheat straw is gone, and you get the results of the microbial activity and their bodies and it creates a whole lot of…”
“Humus!” cried Kirkby. He spoke with enthusiastic, rapid-fire intensity, his accent pinching the vowels through the nose: “With the right balance of nutrients you get a population explosion. And that’s what you want. The carbon is in the soil’s organic matter, and that’s essentially dead bug bits. And live bugs. Humus!”
Richardson, who stood leaning against the far wall, chimed in, gruff and sedate compared to Kirkby. “Historically we’ve fertilized the crop,” he said. “We’ve been interested in the crop. The paradigm shift is in thinking that you have to fertilize the system, the microbes and all that. And through that you support the crop.”
Instead of simply trying to optimize for the plants, they’ve realized, you can optimize soil along with the plant – you can optimize the whole system.
The three men explained that, when they looked at soil organic matter from around the world, the proportions of nutrients — the ratio of carbon atoms to nitrogen, for instance — are stunningly consistent. The organic matter is microbes. And if you want to build more of it, you have to give the microbes the right ratios of nutrients to build more tiny, cellular bodies.
Instead of trying to identify every soil microbe and understand what it’s doing, they have hit upon a way of treating the whole mess like a super-organism that responds in predictable ways.
The scientist Richard Jefferson, who introduced me to this work, calls it breeding by feeding: We don’t actually know what these microbes are that we’re breeding; we only know that when we set out the right proportions of food, they click into high gear.
All this helps explain why organic farms often capture more carbon. In adding compost to amend the soil, organic farmers are adding the same ratios of nutrients. The organic claim that fertilizing with synthetic nitrogen kills off soil life actually makes sense, Kirkby said; it’s just that the problem has nothing to do with the nitrogen’s artificiality. The trouble is that farmers are applying the nitrogen without the other nutrients necessary to nurture the microbiome.
“As agronomists, we talk about nutrient-use efficiency,” Kirkegaard said. “Now, the best way to have high nutrient-use efficiency is to mine the organic matter, because that comes to you for free. You’re wanting to put on juuuust enough nutrients to feed the crop and not have any left over. And that just means the other crop, under the soil, the microbial crop, misses out. As a result, we’ve lost about half the organic matter in land we’ve been using for agriculture.”
This stopped me. If this is old news, why haven’t we been putting it to work? Why the confusion when no-till fails to capture carbon? Why the mystery surrounding the ability of organic farming to do so?
Sometimes good information simply doesn’t spread everywhere it should go, Lal said, with a note of weariness. This isn’t a exactly breakthrough, he said, but he welcomed the work and said he hoped people would pay attention this time. When he followed up with an email, he wrote: “The theme addressed is very important and it must be brought to the attention of general public and policy makers.”
When I initially spoke with Kirkby, Kirkegaard, and Richardson, they had been forthright in telling me that we’ve known about this golden ratio of nutrients for a long time. They also noted that there were other scientists like Sébastien Fontaine publishing similar papers. In a follow-up email, Richardson wrote, “What we think is new is the direct connection between the soil microbiome and the [soil organic matter], which is mediated by [the ratio of nutrients]. We think that our set of recent papers provides some of the first real evidence that underpins this connection and shows evidence that the dynamics can in fact be changed.”
Jefferson says the Australians are being modest, and conservative with their claims. Connecting the well-known nutrient ratios with the microbiome truly is a breakthrough, he said.
“Now they have a mechanism to explain how this works, which allows you to make predictions, so you can imagine experiments driving this forward. one of the things that’s exciting for me is that this really bridges empiricism and scholarly science nicely. There have been tens of thousands of anecdotes noted about the performance of small scale, traditional agriculture — empirical studies or stories of small farmers who do exciting things in terms of performance and resilience. It has been largely dismissed by the hard-core science community because it has not been scalable and replicable. We can’t take one farmer’s success and move it to the next farmer or the next ecosystem because we have no understanding of how it works — complex systems don’t extrapolate well, they don’t work out of context.”
In other words, when we see an organic farmer building up the soil and achieving amazing results, it’s hard to copy it because we don’t know what to imitate. What is it that makes this work? The type of fertilizer? The local microclimate? The prayer the farmer says before breakfast? The work coming out of Australia provides the traction to separate superstition from the stuff that gets results.
Both Lal and the Australian scientists agree that there’s still one more major hurdle, which may have kept this information from spreading: These nutrients cost money. If farmers were paid for locking up carbon, they would gladly buy the fertilizers, Lal said, but right now the reimbursements are far too low. Even at the high point of the carbon markets, when people were paying $30 per ton, it would not be enough to reimburse farmers. “It costs $800 a ton of CO2 to do geological sequestration, you know, pumping carbon underground,” he said. “If farmers could get even a tenth of that, $80 a ton, I know many soil-poor farmers would participate.”
Kirkby thinks that, by tinkering with the soil microbiome, farmers might see enough gains to pay for the extra inputs. There’s already evidence that the soil microbes can help suppress plant disease and improve dirt quality. Extending this concept of growing a healthy system, not just a healthy crop, could yield profits.
“We’re probably not going to increase yields incredibly, but we might be able to improve incrementally,” Kirkby said. “In a sandy soil we might improve water-holding capacity. In a heavy clay soil we might reduce diseases a little bit — added together it might pay for the nutrients at the end of the day.”
One thing is certain: If agriculture were able to switch from an emitter of carbon to an absorber of carbon, the effect would be huge. Plants, those cheap carbon-removal machines that nature has given us, work well. If we can get them to make our dinner while they are also sucking up greenhouse gas, what a coup that would be.
But it would be an even greater coup if we could begin, as these scientists have done, to understand how to manipulate whole ecological systems — rather than just systems that have been simplified and stripped down to easily controllable parts.
Cover crops have the potential to provide multiple benefits in a cropping system. They prevent erosion, improve soil’s physical and biological properties, supply nutrients, suppress weeds, improve the availability of soil water, and break pest cycles along with various other benefits. The species of cover crop selected along with its management determine the benefits and returns.
Cover Crop Termination Guidelines
The termination guidelines provides information on termination of cover crops on non-irrigated cropland. They were created by NRCS, Risk Management Agency (RMA), Farm Service Agency (FSA), and other public and private stakeholders to address concerns about cover crops’ impact on crop insurance. Click here for termination guidelines.
In the News
Radish cover crops control weeds in wild seed production - Wild grass and flower seed growers can better control weeds by planting radishes as a cover crop prior to seeding, results of a trial at the Aberdeen Plant Materials Center show.
Cover Crop Plant Guides
The following plant guides describe the characteristics of some commonly used cover crops. They provide assistance in selecting appropriate cover crops, when and how to plant and when to terminate or incorporate the plant into the soil.
Plant Guide for Cereal Rye (Secale cereale L.) (PDF; 122 KB) Rye is a 3-6 feet tall, cool season, annual grass. Uses include livestock forage, hay, wildlife food, cover crops, green manure, and weed suppression.
Plant Guide for Crimson Clover (Trifolium incarnatum) (PDF; 326 KB) Crimson clover is commonly used as a winter or summer annual cover crop in rotation with vegetables or field crops (Clark, 2007). It can be used alone or as part of a mixture with other legumes, small grains, and winter annual grasses.
Plant Guide for Cowpea (Vigna unguicula) (PDF; 88 KB) Cowpea (Vigna unguiculata) is an annual, summer cover crop that can be used for food, forage, hay, green manure, and wildlife.
Plant Guide for Field Mustard (Brassica rapa ssp. rapa) (PDF; 299 KB) Field mustard (Brassica rapa ssp. rapa) is an annual or biennial forb that is used as forage, cover crop, or biofumigant. There are also horticultural cultivars used as vegetable crops including turnip and rapini or broccoli raab.
Plant Guide for Lablab (Lablab purpureus) (PDF; 306 KB) Lablab (Lablab purpureus) is an annual, summer cover crop that can be used for food, forage, green manure, cover crops, and wildlife.
Plant Guide for Pea, (Pisum sativum) (PDF; 335 KB) Peas are grown as green manures and cover crops because they grow quickly and contribute nitrogen to the soil (Ingels et al., 1994; Clark, 2007).
Plant Guide for Pigeonpea (Cajanus cajan) (PDF; 506 KB) Pigeonpea (Cajanus cajan) is a perennial, summer cover crop that can be used for food, forage, green manure, and wildlife.
Plant Guide for Sorghum (Sorghum bicolor L.) (PDF; 1 MB) Sorghum is used as a drought tolerant, summer annual rotational cover crop either alone or seeded in a warm season cover crop mixture.
Under Cover Farmer - This Youtube video produced for the NRCS East National Technology Support Center (ENTSC) showcases farmers experiences with cover crops.
Plant Materials Soil Health Study Blog - *USDA Connect USDA Employee Blog *Only USDA authenticated users can access this content) Use the Soil Health community and its forums as your centralized place to discuss and obtain resources to promote Soil Health! The National Soil Health and Sustainability Team sponsors this community.
한 연구진이 고산 지대의 초원에서 지렁이를 잡아먹는 딱정벌레가 있을 때 식물이 더 잘 자라는 것을 발견하고는 지렁이의 생태적 역할에 대해 시험을 했단다. 그리고 그 결과를 딱정벌레의 존재가 속흙의 토질을 향상시킨다고 <동물생태학 저널(Journal of Animal Ecology)>에 발표했다.
딱정벌레가 존재하면 아마 딱정벌레에게 먹히지 않으려고 지렁이가 더 깊은 흙속으로 파고 들어가는데, 이러한 일 때문에 지렁이가 속흙을 부수어서 영양분과 물이 그곳으로 이동한다는 것이다.
연구진은 천적인 딱정벌레가 없어서 지렁이가 겉흙에만 머물러 있을 때 발생하는 토양 개선 효과보다 속흙에 영양분과 물을 가져와 비옥하게 하는 것이 식물에게 더 좋기에 그렇다고 추측한다.
그래서, 작물이 잘 자라지 않는 것이 지렁이가 부족해서 그럴 수도 있지만, 지렁이가 도망다닐 천적이 없어서 그럴지도 모른다는 사실.
역시나 균형 잡힌, 다양성이 살아 있는 곳에서 농사도 더 잘 될 수밖에 없는 것인가 보다.
2013년 4월18일, 영국 서퍽에 있는 농지에서 바람으로 일어나는 토양침식의 모습. 사진: Alamy
새로운 보고서는 증가하는 세계 인구를 먹여살리려면 앞으로 40년 동안 식량 생산을 2배 이상으로 늘려야 할 것이라 한다. 그러나 세계의 식량 수요는 급격하게 증가하고 있으며, 여러 위기로 인한 제약이 늘어나고 있는 상황에 직면한 지구의 식량 생산력으로는 수십 억 명이 기아에 빠질 수 있다.
유엔은 세계의 인구가 이번 세기 중반까지 현재 70억에서 93억으로 늘어날 것으로 예상한다. 지난주 세계자원연구소(WRI)에서 발표한 보고서에 따르면, 이렇게 늘어난 인구를 위해 적절한 식사를 보장하려면 "이용할 수 있는 세계의 식품 열량이 2006년 수준에서 약 60%까지 늘어나야 할 것이다." 현재 식량 손실과 폐기 비율을 감안하면, 2050년 평균 일일 음식 요구량과 이용할 수 있는 식량 사이의 차이는 약 "1인당 하루 900칼로리(kcal) 이상이 될 것이다."
보고서는 이 과제의 뿌리에 복잡하고 상호연결된 환경적 요인들이 놓여 있음을 확인한다. 그중 대부분이 공업형 농업 자체에서 발생한다. 온실가스 배출의 약 24%가 농업에서 발생한다. 거기에는 가축이 배출하는 메탄, 화학비료에서 오는 아산화질소, 농기계와 화학비료의 생산 및 토지 이용의 변화로 인해 발생하는 이산화탄소가 포함된다.
보고서에서는 공업형 농업이 기후변화의 주요 공헌자임을 밝힌다. 그 결과 더 집중적인 "폭염과 홍수, 강수 주기의 변화" 등이 발생해 "세계의 작물 수확량에 부정적 결과는 불러온다."
실제로, 세계의 농업은 모든 담수 사용의 79%를 차지할 정도로 물을 매우 집약적으로 이용한다. 농지에서 일어나는 양분의 유실은 "죽음의 구역"을 만들고, "세계 연안의 수역을 악화시키며", 기후변화는 작물 재배 지역에 계속해서 물 부족 현상을 강화시켜 식량 생산에 어려움이 닥칠 것이다.
보고서는 또 다른 관련 요인들에 대해서도 경고한다. 지역적인 건조와 온난화로 인한 산림파괴, 연안 지역의 농경지에 영향을 미치는 해수면 상승, 늘어나는 인구로 인한 물 수요의 증가가 그것이다.
하지만 보고서에서는 근본적인 문제가 토지에 대한 인간 활동의 영향이라고 지적하며, 이렇게 추정한다.
"... 토양 황폐화는 세계의 작물 재배 지역 가운데 약 20%에 영향을 미친다."
지난 40년에 걸쳐, 약 20억 헥타르의 토양 -지구 면적의 15%에 해당(미국과 멕시코를 합친 것보다 큰 지역) - 이 인간 활동을 통해 황폐해졌고, 세계 농경지의 약 30%는 비생산적인 땅이 되었다. 그런데 침식으로 상실된 1mm의 겉흙이 만들어지려면 평균 100년이란 시간이 걸린다.
그러므로 사실상 토양은 재생불가능한, 급속하게 고갈되고 있는 자원이다.
시간이 다 되어가고 있다. 보고서에서는 보수적으로 봐도 12년 안에 북남미, 동서 아프리카, 유럽 중부, 러시아만이 아니라 중동과 동남아시아 등 주요 식량 생산지역에서 심각한 물 부족으로 난리가 날 것이라고 추정한다.
그러나 안타깝게도 보고서에서는 또 다른 중요한 요인을 간과하고 있다. 그것은 석유와 식량 사이의 뗄 수 없는 관계이다. 지난 10년 동안 식량과 연료의 가격은 밀접한 상관관계를 지녔다. 이는 우연이 아니다.
지난주 다섯 가지 농상품 -옥수수, 밀, 쌀, 콩, 팜유-를 조사한 세계은행의 새로운 보고서는 석유 가격의 상승이 식량 가격이 상승하는 데 가장 큰 기여를 했다는 사실을 확인했다. 회귀분석을 통해 특정 요인의 영향을 조사하고자 설계된 대수를 기반으로 하는 그 보고서는, 소비 수준이나 농상품 투기에 비례하여 이용할 수 있는 세계의 식량 재고량보다 석유 가격이 훨씬 더 중요하다고 결론을 내렸다. 따라서 세계은행은 식량 가격의 인플레이션을 잡는 핵심으로 석유 가격의 움직임을 제어하는 것이 좋다고 권고한다.
석유와 식량 가격의 연결은 전혀 놀라운 일이 아니다. 미시간 대학의 연구는 산업화된 식량체계의 모든 주요 지점 -화학비료, 농약, 농기계, 식품가공, 포장, 운송- 이 석유와 가스 투입재에 매우 의존한다고 지적한다. 실제로 미국 경제를 지탱하는 화석연료의 19%가 식량체계로 가는데, 이는 자동차에 이어 두 번째이다.
1940년으로 돌아가면, 화석연료 에너지 1칼로리에 식량 에너지 2.3칼로리가 생산되었다. 현재 그 상황은 역전되었다. 1칼로리의 식량 에너지를 생산하기 위해 화석연료 에너지 10칼로리가 들어간다. 운동가이자 작가인 Michael Pollan 씨는 뉴욕타임스에서 이렇게 말했다.
"다르게 표현하면, 우리가 산업화된 식량체계를 통해 무언가를 먹을 때 우린 석유를 먹고 온실가스를 분출하고 있는 셈이다."
그러나 현재 고유가의 상태에 머물러 있다. 올해 영국 국방부의 평가에 따르면, 앞으로 30년 안에 1배럴에 500달러까지 오를 수 있다.
이러한 모든 요소가 점점 자멸적이게 되는 공업형 식량체계와 멈춤없이 증가하고 있는 세계 인구 사이의 수렴점으로 빠르게 접근하고 있다.
그런데 그 수렴점은 꿀벌의 치명적인 감소와 같은 예측하지 못한 일로 훨씬 빨리 올 수도 있다.
지난 10년에 걸쳐, 미국과 유럽의 양봉업자들은 연간 30% 이상의 벌떼가 사라지고 있다고 보고해 왔다. 그런데 지난 겨울 많은 미국의 양봉업자들은 40~50% 이상 사라지는 일을 경험했다. 일부 보고에서는 80~90%라고 한다. 전 세계에서 먹는 식량의 1/3이 수분매개체, 특히 꿀벌에 의존한다는 것을 감안할 때 이 현상이 세계의 농업에 미칠 영향은 치명적일 수 있다. 여러 연구에서는 농약, 기생진드기, 질병, 영양, 집약적 농법, 도시 개발 등 공업형 방식에 필수적인 요소들을 비판하고 있다.
그러나 특히 오랫동안 널리 사용된 살충제를 지목하고 있는 증거들이 있다. 예를 들어 유럽 식품안전청(EFSA)은 영국 정부의 유감에도 네오니코티노이드의 역할을 강조하여, 유럽연합에서 세 가지 일반적 살충제를 부분적으로 금지하는 것을 정당화하고 있다.
현재 그에 대해 지난주 최신 과학적 경고가 발표되어, 유럽 식품안전청은 꿀벌에게 "매우 심각한 위험"을 가하는 또 다른 살충제인 피프로닐fipronil에 주목한다. 또한 연구에서는 수분매개체에 대한 위험을 포괄적으로 평가하는 것을 금지하고 있는 과학적 연구의 큰 정보격차를 지적했다.
즉, 세계의 식량 상태는 이미 우리를 타격하고 있으며 앞으로 긴급조치가 없으면 더 심해질 위기와 긴밀히 연관된 최악의 상황에 직면해 있다.
그에 대한 답이 없는 것은 아니다. 지난해 과학자인 John Beddington 경 -17년 안에 식량과 물, 에너지 부족이란 최악의 상황에 대해 경고했던- 이 의장을 맡았던 지속가능한 농업과 기후변화에 대한 위원회는 더욱 지속가능한 농업으로 변화하도록 일곱 가지 구체적이고, 증거에 기반한 권고사항을 설정했다.
그러나 지금까지 정부는 그와 같은 경고를 무시해 왔다. 최근 리즈 대학의 연구는 아시아, 특히 인도와 중국, 파키스탄, 터키에서 앞으로 10년 안에 기후로 인한 심각한 가뭄이 옥수수와 밀 생산량을 엄청나게 저해하여 세계의 식량위기를 촉발할 것이라는 것을 밝혔다.
토양침식, 토양 악화, 석유 가격, 벌의 군집붕괴, 인구 성장이란 요소가 갖는 의미는 극명하다. 산업문명은 잠식되고 있다. 방향을 바꾸지 않는다면, 앞으로 10년 안에 세계의 식량 종말을 시작으로 역사에서 침몰할 것이다.
흙이란? 물, 바람, 기온 등에 의한 풍화작용으로 바위가 부서져 가루가 된 것으로, 여기에 동식물에서 유래한 유기물이 합쳐져 탄생된다. 흙
1cm가 생성되는 데에 걸리는 시간은 대략 200년 정도이다. 여기에 인간의 노동력이 더해져 작물의 생육에 적합하도록 토양이 숙전화되며 농지가 만들어지고 식량을 생산하는 기능을 갖는다.
하지만 최근 들어 쓰레기, 산업폐수, PVC 비닐, 방사능 등 각종 폐기물과 산성비 등으로 토양의 오염이 날로 심각해지고 있다. 또한 토양의 유실과 악화로 인해 앞으로 겉흙을 이용할 수 있는 기간이 약 60년 밖에 남지 않았다는 보고도 있는 등 흙이 죽어가고
있다는 우려의 목소리가 커지고 있다.
그러면 지금 우리가 작물을 생산하고 있는 토양의 현주소는 어떠한가?
첫째는 항생제이다. 육류 1kg을 생산하는데 0.72g의 항생제가 쓰이고 있는 우리나라는 미국의 3배, 영국의 5배, 스웨덴의 24배가 되는
양을 가축의 사료에 또 질병 치료에 쓰고 있는 실정인데, 항생제는 축분을 통해 토양에 유입되어 흙 1g에 100억 마리 이상이 살고 있는 미생물의 숫자를 급격하게 낮추는 영향을 주고 있다. 토양에 잔류하는 항생제는 토양 미생물을 죽이거나 활동을 억제하고, 이는 유기물 분해를 지연시켜 화학비료의 사용량을 늘리는 요인이 될 수 있다.
둘째, 농약 사용량 역시 OECD 국가 가운데 1위를 차지할 정도이다. 전 세계
4위인 영국의 2배, 폴란드의 16, 캐나다의 21배 이상을 쓰고 있으며, 그 종류도 다양해 1,200여 종을 가지고 단위면적당 13.1kg을 쓰고 있는
실정이다.
셋째, 화학비료의 사용량도 만만치 않다. 화학비료의 사용량은 1ha당 242kg으로 세계 8위이다.
이렇게 농업에 항생제나 농약, 화학비료를 많이 쓰고 있는 실정이다. 이런 현실에서는 우리의 농산물이 세계 최고라고 소리칠 수도 없고, 외국으로 수출할 수도 없는 건 아닌지, 또 국내 소비자의 건강에 어떤 영향을 미칠지 생각해야 한다. 그리고 가장 큰 문제는
작물을 생산하는 흙이 숨쉬지 못하고 죽어가고 있다는 현실이다. 토양의 환경을 악화시키는 행위를 근절하지 못하면 고품질의 안전한 농산물을 생산하겠다는 말이 성립될 수 없다. 또 토양이 병든만큼 인간도 병들 수밖에 없다는 것도 명심해야 할 일이다.
이렇게 병들어 가는 흙을 살릴 수 있는 방법은 무엇일까?
첫째는 토양에 항생제, 농약, 화학비료 등의 투입량을 최소화하거나 중단하는 적극적인 노력이 필요하다. 박정희 정부에서 추진했던 식량자급을 위한 다수확 정책의 실천으로 밀식과 밀파(같은 면적에 종자를 많이 뿌리는 농법)를 하고 화학비료와 농약을 많이 사용하여 수확량을 높이겠다고
했던 지난 시절의 농법이 주류를 이루고 있는 현실에서, 항생제와 농약, 화학비료를 투입하지 않고 농사를 짓는다는 것은 상상할 수도 없는 일로서 그 실천을 주저하고 있는 것이다.
농약뿐만 아니라 비료나 퇴비조차 사용하지 않고 작물을 재배하는 자연농법의 창시자 일본 “기무라 아키노라” 씨는 산속의 식물들은 비료가
없어도 풍성하게 잘 자라고, 농약을 하지 않아도 가지가 휠 정도로 열매를 맺으며 해거리도 없다고 얘기한다. 또 우리나라에서 자연농법을
실천하고 있는 조영상 씨는 "도법자연(道法自然) : 자연에게 물어보고 자연을 따라야 된다." "자타일체(自他一體) : 몸과 땅(흙)은 둘이 아니라
하나"라는 뜻으로 자기가 사는 땅에서 생산되는 농산물이 좋다는 것을 의미(로컬푸드), "성속일여(聖俗一如) : 약도 과하면 독이 되고 독도 적당하면
약이 된다"는 의미로 토양 미생물 등을 잘 활용하면 좋은 역할을 기대할 수 있다는 뜻이다. "산야초 공생(山野草 共生) : 풀과 공생을 적극적으로
모색 할 때가 자연농법이 실천된다"고 주장하고 있다.
둘째, 녹비작물, 산야초와 공생공존을 통한 지구온난화 방지와 흙을 살리는 노력이 필요하다. 녹비작물을 재배하면 토양의 보습효과가
극대화되고, 토양의 비옥도가 상승하면서 병의 발생이 현저히 줄어든다는 연구결과가 많다. 이렇게 녹비작물을 이용한 초생재배를 하면 기후온난화로
새롭게 제기되고 있는 과수의 ‘조기개화’ 또는 기온 급강하로 인한 ‘동해나 냉해’ 및 여름철 초고온기에 지속적으로 발생하는 ‘토양 초고온화’로 인한 피해
등을 예방할 수 있다. 그뿐만 아니라 흙을 살릴 수 있는 일석삼조 이상의 효과를 거둘 수도 있다.
셋째, 흙(토양)을 자원 차원에서 다루는 정책의 전환이 요구된다. 흙은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있기 때문에 자원이라는 인식이 매우 부족하다. 흙은 생물과 같이 생겼다가 성숙하며 병들고 죽는 생명이 있는 자원이라는 인식이
매우 중요하다. 토양은 경관을 이루는 바탕이 될 뿐만 아니라, 생태계의 물질순환에서도 근본이 되며, 현재는 주말농장, 도시농업 등이 활발해지면서 토양에 대한 중요성을 알리고 공감대를 형성할 수 있도록 지원하고 홍보하는 정책이 필요한 때이다. 10~15cm의 겉흙에 세균, 곰팡이, 원생동물과 같은 토양 미생물과 선형동물(선충류), 땅강아지 등의
절지동물, 환형동물인 지렁이, 두더지 같은 척추동물 등 흙속에도 먹이그물이 존재한다는 사실을 잊어서는 안된다.
안전한 농산물을 소비자의 식탁위에 올려놓기 위해서, 즉 유기농업을 실천하기 위해서는 항생제, 화학농약, 비료 등을 사용하지 않아 흙속에
미생물 등을 기반으로 하는 먹이그물을 만들어 주어야 하고, 식물의 영양분을 공급해주기 위해 녹비작물을 재배해야 하며, 흙을 자원으로 보고
지원하는 정책의 전환이 필요한 시기가 지금이라고 판단된다.
유기농업의 실천을 위해 흙을 살려야 하는데 가장 쉽게 해결할 수 있는 것은 녹비작물을 재배하여 화학비료를 대체하고 병충해나 잡초로부터 약간의 자유로움을 얻을 수 있을 것이다.유기농업에 꼭 필요한 녹비작물이란 무엇인가?
녹비작물이란 일종의 비료식물로서, 작물이 필요로 하는 영양분을 토양에 넣어줄 목적으로 작물재배 전 또는 재배중에 심어서 이용하는 것을 말한다. 녹비작물은 코와, 화본과, 경관 겸용 작물로 나뉘며, 각자가 지닌 장점에 따라 달리 이용하고 있다. 질소비료 대체효과가 뛰어난 콩과 작물에는 우리가 잘 알고 있는 자운영, 헤어리베치, 크림손클로버, 살갈퀴, 완두콩 등이 있으며, 양분의 흡수력이나 보수력이 뛰어나 토양개량에 탁월한 화본과 작물에는 호밀, 보리, 수단그라스, 옥수수, 이탈리안 라이그라스 등이 있다. 아름다운 꽃을 즐길 수 있는 경관 겸용 녹비작물은 크림손클로버, 메밀, 황화초, 파셀리아, 꽃양귀비, 수레국화 등이 대표적인 녹비작물로 재배되고 있다.
또 다른 녹비작물의 효과를 살펴보면,
첫째 지구를 살리기 위한 온실가스 배출 감축에 대한 녹비작물의 관심이 높아지고 있습니다. 좋은 녹비작물은 생육이 왕성하고 재배가 쉬워야 하며, 뿌리가 깊어 땅 속의 양분을 잘 활용하여야 하고 또한, 양분함량이 풍부하여 화학비료를 가능한 많이 대체할 수 있고, 줄기나 잎이 부드러워 토양 중에서 분해가 빨라야합니다.
둘째 비료 그 이상의 다양한 가치를 제공하고 있습니다. 녹비작물은 기본적으로 천연비료로서 높은 가치를 가지고 있으며, 그 외에도 농업생태계 보호와 생물다양성 증진, 도시민에게 아름다움과 여유를 제공하는 농촌경관 조성, 토양유실 예방과 염류제거, 수자원 보호, 미세먼지 제거 등 공기정화, 이산화탄소 흡수능력이 높아 농업분야의 온실가스 저감, 그리고 부수적으로 친환경농산물 인증, 밀원(꿀벌 생산에 필요한 식물)식물로 이용, 종자생산 등에 따른 농가소득 증대에도 기여하고 있습니다.
그러면 유기농업에서 가장 많이 활용되고 있는 헤어리베치에 대해 살펴보도록 하겠다. 헤어리베치는 두과작물로 공기중의 질소를 고정해 작물에 필요한 질소비료를 공급하며 잡초 억제효과가 좋아 피복작물로도 활용하고 있다. 헤어리베치는 9월 상순에서 10월 상순 사이에 파종하여 다음해 6월까지 생육하는데 그 이후에
크롬숀크로버.
크롬숀크로버 하고현상(여름에 풀이 죽는 현상)이 일어나 일생을 마감한다. 이 헤어리베치 2,000~2,500kg을 베어 토양에 넣으면 질소 20.2, 인산 5.5, 가리14.3kg/10a 함유하고 있어 인산질 비료만 조금 보충하면 화학비료를 하지 않고도 유기농업을 실천할 수 있는 천연비료라 생각하면 되겠다.
우리가 어렸을 때 자주 봐왔던 자운영은 화학비료가 없던 시절의 대표적인 비료를 공급할 수 있는 녹비작물이었다. 자운영도 두과작물로서 공기중의 질소를 고정해 10a당 15kg의 질소를 공급할 수 있어 수천년 전부터 아시아 지역에서 녹비작물로 흙과 혼합하여 거름을 만들어 썼다.
이렇게 유기농업에서 활용하고 있는 녹비작물의 기능성은 다양하다. 수단그라스, 네마장황 등은 토양선충을 방제하는 효과가 탁월해 하우스 재배농가들이 선호하고 있으며, 헤어리베치, 호맥 등은 잡초발생을 억제하는 효과가 있고, 자운영, 크롬숀크로버 등은 밀원식물 및 경관조성으로 녹비작물의 특성을 충분히 활용하면 화학비료, 농약을 대체할 수 있는 다양한 유기농업을 실천할 수 있다.
녹비작물이 흙을 살리는 이유는 무엇일까? 녹비작물은 유기물(짚, 산야초, 분뇨 등)이 주성분으로 흙 속에서 천천히 분해되면서 토양내 유기물 함량을 높인다. 흙(토양) 속에 녹비작물은 넣고 갈거나 잘게 부수면 분해과정에서 흙 입자의 결합력을 증가시켜 통기성(通氣性)과 보수성(保守性)을 향상시키며, 또한 퇴비를 분해하는데 관여하는 미생물들이 많아지면서 토양생태계를 건강하게 만드는 기능을 하게 된다.
2000년대 이후 국민들의 소득이 높아지고 건강에 대한 관심이 높아지면서 친환경농산물에 대한 선호도가 높아지고 healing, wellbeing 등 소비 트랜드 열풍과 맞물리면서 친환경농산물에 대한 수요는 계속적으로 증가하여 최근에는 곡물, 채소, 과일 중심에서 가공식품, 산업소재까지 확장되고 있어 유기농산물 생산을 위한 녹비작물에 대한 관심도 높아져 가고 있다.
선진국에서는 유기농법과 연계한 녹비작물의 효과와 이용연구를 통해 자연순환 농업 실천, 생물다양성 유지를 추구해 나가고 있고 개도국에서도 화학비료를 대체하고, 토양침식을 방지하며, 잡초의 과대한 생장을 억제하기 위한 차원에서 녹비작물의 연구와 현장적용 범위를 넓혀가고 있는 추세이다.
유기농업의 실천 차원에서 또 환경보전 및 농가경영비 절감 등의 목적으로 녹비작물을 전략적으로 육성해야 할 것으로 판단된다.
농업분야에서 온실가스 저감에 기여할 수 있어 탄소거래제 시행에 기여할 수 있으며, 토양, 수질보호 및 농업생태계 보호 등 1석 3조 이상의 효과가 내재되어 있고, 농가 입장에서는 비료구입 비용절감으로 비료용 원자재 가격상승에 따른 완충작용이 가능할 것이다.
지자체 중심으로 보급이 이루워질 경우, 경관자원 확보, 환경보전, 농촌지역의 관광농업화 등 지역경제 활성화 가능성이 매우 높아 행정당국에서는 지속적으로 관심을 갖고 지원정책을 펼쳐야 할 것으로 생각된다.
우리시에서도 전년에 친환경농업단지에 녹비작물을 심었으나 작년 겨울 이상기온과 잦은 강우로 녹비작물이 겨울에 언 피해를 입은 결과를 초래하여 생육상태가 불량한 곳이 많다. 이렇게 동사피해를 입지 않으려면 행정에서는 파종시기를 앞당겨 9월 중순까지는 파종이 완료되어야 하겠고, 농업인들도 배수구(물빠짐 도랑)을 잘 만들어 습해를 입지 않도록 노력 유기농업 인증면적 확대에 힘을 모아야 할 것으로 생각한다.
1900년대 초반, 미국의 농민들은 값싼 땅을 찾아서 남부의 평원으로 몰려들었다. 이 지역은 사실 강한 바람에 뜨거운 여름, 빈번한 가뭄으로 농사에 적합한 곳은 아니었다. 특히 1차대전 기간에 밀 가격이 폭등을 하면서 농민들의 이주를 부추겼다. 밀 가격의 폭등과 함께 토지 개발업자들은 "쟁기질하면 비가 온다"고 꼬드겼고, 농민들은 재빨리 수억 평의 초지를 밀밭으로 바꾸어 놓았다. 이로써 역사상 가장 참혹한 인간이 만든 재앙이 시작되었다.
"1930년대 초반, 가뭄과 대공황이 밀어닥치면서 밀 시장이 붕괴되었다. 예전에는 밀이 바다를 이루었던 곳이 평원을 훑고 지나는 바람에 무방비 상태로 노출된 건조한 겉흙에 뿌리를 내린 풀의 바다로 바뀌었다."
그때 일어난 황진 때문에 가축들이 죽고, 그 지역에 사는 사람들은 폐렴과 기관지염, 기침, 천식 등과 같은 호흡기 질환으로 고통을 받거나 죽어갔다. 결국 사람들은 견디지 못하고 집과 땅을 포기한채 서둘러 짐을 싸서 자신이 살던 곳을 떠났다. 1935년 4월 14일, 최악의 황진폭풍이 발생하며 그날을 "검은 일요일(Black Sunday)"이라 부른다.
아래의 영상에는 당시 그곳에서 살아남은 26명의 인터뷰가 나온다. 당시의 상황은 정말 끔찍하다고밖에 표현할 수 없다.
이 영상을 통하여 흙이 얼마나 소중한지, 그를 지키는 농법이 왜 중요한지 절실히 깨달을 수 있다.
<아프리카의 토양 지도>... 제목 그대로 아프리카 전역의 토양을 조사하여 그 결과를 지도로 집대성했다.
어떻게 이런 작업이 가능했단 말인가!
이를 바탕으로 여러 가지 활용이 가능하겠다.
특히 농업과 관련해서 중요한 역할을 하겠는데, 그것이 좋은 방향으로 이루어졌으면 참 좋겠다.
용량이 너무 큰 관계로 직접 올리지는 못하고 가장 아래에 출처를 걸어놓았다.
그리로 들어가서 참고하시길 바란다.
아프리카 토양의 특별한 점은 무엇인가
사상 최초의 <아프리카의 토양 지도>는 여러 질문에 답하고 설명하기 위하여 놀랄 만한 지도와 유익한 글, 멋진 사진을 사용한다. 유럽과 아프리카의 유명한 토양학자들이 이 특별한 자료를 만들기 위해 협력했다. 최첨단 컴퓨터 지도제작술을 사용하여, <아프리카의 토양 지도>는 대륙 전체에 걸쳐 토양의 변화하는 성질을 보여준다. 아프리카에서 발견되는 다양한 토양의 유형과 그것의 지역적, 세계적 쟁점과의 관련성을 기술하며 토양의 기원과 기능을 설명한다. 또한 이 책은 토양에 대한 주요 위협과 토양 자원을 보호하기 위해 수행하는 조치에 대해 논의한다. <아프리카의 토양 지도>는 일반적인 지도책 이상의 것이다. 이 책은 흔히 무시되는 천연자원인 토양에 대해 새롭고 포괄적인 해석을 제공한다. <아프리카의 토양 지도>는 이 지구상에서 생명을 위한 근본적인 재생불가능한 자원에 대한 중요한 참고자료이다.
<아프리카의 토양 지도>는 잊혀진 자원을 강조하고 있다
대부분의 사람들은 아프리카의 천연자원 가운데 토양은 그리 중요하게 생각하지는 않을 것이다. 그러나 건강하고 비옥한 토양은 식량안보와 주요한 환경서비스, 사회통합 및 아프리카의 국가들 대부분의 경제에 초석이 된다. 안타깝게도 아프리카의 토양은 1980년대 사헬 지역의 대기근과 최근의 니제르와 아프리카의 뿔 지역에서 치명적 결과를 불러온 흉년에만 대중에게 인식되고 있다.
토양은 많은 새천년 개발목표의 기초이다. 식량(아프리카에서 소비되는 열량의 약 98%가 토양에서 유래됨)과 사료, 땔감 생산을 위한 매체를 제공할 뿐만 아니라, 토양은 질소와 인, 탄소, 기타 영양분의 순환을 조절한다. 토양은 홍수의 위험을 감소시키고 지하수 공급을 보호한다. 토양 유기물은 그 무게의 10배 이상의 물을 저장할 수 있는 한편, 아프리카의 토양은 식물에 함유된 양의 약 2.5배인 약 200기가톤의 유기탄소를 저장한다.
아프리카는 지구에서 가장 비옥한 땅을 가지고 있지만, 대륙 대부분의 토양은 필수 영양분과 유기물이 부족하여 취약한 상태이다. 건조함과 사막화가 대륙의 약 절반에 영향을 미치는 한편, 나머지 절반 이상의 땅은 철과 알루미늄 산화물의 함량이 높은 늙고 매우 풍화된 산성의 토양이라는 것이 특징이기에(따라서 많은 열대 토양의 특징적인 색을 띤다) 농업에 활용하려면 주의깊은 관리가 필요하다. 열대우림의 토양은 본래 비옥하지 않지만, 대신 자연식생에서 유기물이 꾸준히 많이 공급되고 고온다습한 기후에 빠르게 분해된다. 이 순환이 깨지면(산림 벌채 등으로) 이 순환이 깨지면, 토양의 생산성이 급격히 감소하고 땅이 악화된다.
10억 명 이상의 인구와 성장, 갈등 또는 경쟁하는 수요(예를 들어 수출용 환금작물의 재배, 생물연료의 생산, 야생생물 보호구역의 보존, 탄소 격리, 광석 채굴, 도시 이주와 도시의 확장 등)는 건조함과 사막화에 놓인 이외의 땅에 대해 집중적이고 점점 강해지는 압력을 가하고 있다. 토양 악화는 복합적인 결과를 낳는다. 아마 직접적으로 가장 압력을 가하는 것은 특히 아프리카 전역에 있는 소농들의 1인당 식량 생산량의 감소일 것이다. 토양에서 경작되는 작물의 수확은 영양 순환을 깨뜨리고, 추가적인 투입재를 필요로 하게 된다. 아프리카의 여러 곳에서 토양은 거름을 투입하는 것보다 훨씬 빠른 속도로 영양분을 잃어가고 있다. 농촌의 빈곤으로 농민들은 무기질 비료의 비싼 가격(세계에서 화학비료의 사용량이 가장 낮은 곳이 아프리카임)이나 농기계의 부족 때문에 충분한 영양분을 활용할 수 없다. 영양분의 함량을 향상시키고 토양비옥도를 회복시키는 오랫동안 묵히는 것과 같은 전통농업은 토지에 대한 압력이 증가하고 전통적인 유목생활을 제한하는 토지소유의 변화 때문에 실행하기 어려워졌다.
그러나 토양의 중요성과 토양의 특성에 따른 환경서비스의 다양성은 사회에서 충분히 널리 알려지지 않았다. 문제의 일부는 점점 도시사회의 많은 사람들이 식량을 생산하는 과정과 접촉하는 일이 사라지고 있다는 점이다. 대부분의 사람들은 슈퍼마켓의 진열대에서 상품을 찾을 수 있다고 생각하며 토양에 의해 한계에 부딪치거나 그 역할에 대해 어떠한 고마움도 느끼지 않는다. 토양비옥도를 높이는 데 중요한 영양순환과 유기물 관리 같은 개념은 대부분의 사람들에게 수수께끼일 뿐이다. 토양학자 집단과 일반 대중 사이의 대화가 너무 적다는 것이 문제를 악화시키고 있다. 토양과 관련된 인쇄자료의 대부분은 대학이나 학술지 수준에 맞춰져 있어, 일반 대중이 쉽게 다가갈 수 없다. 흥미를 가진 사람들이 토양의 가치를 이해하고 귀중한 자원을 보존하는 데에 도움을 줄 쉽게 이해할 만한 자료가 부족하다.
결과적으로 대중이나 정치인 들이 토양을 주제로 삼지 않게 되는 것이다. 그러나 일부 토양학자와 정책입안자들이 일반 대중과 정책입안자, 토지 관리자, 여타 과학자들에게 토양의 중요성과 세계적 의미에 대해 더 많이 알리고 교육해야 한다고 점점 자각하고 있다. 이는 특히 지속가능하게 토양을 활용하는 데 실패한 결과 놀랄 만큼 대규모로 사막화와 기근, 내전, 경제적 붕괴, 인간의 고통이 발생하는 아프리카의 토양에서 참으로 그렇다.
유럽위원회의 공동연구센터에서 아프리카 연합과 유엔 식량농업기구와 협력하여 프로젝트를 시작한 것은 이러한 맥락에서이다. 사상 최초의 <아프리카 토양 지도>를 만들기 위하여 유럽과 아프리카의 토양 전문가들을 불러모았다. 목표는 일반 대중과 의사결정자, 정치인, 교사와 여러 분야의 과학자들까지 대상으로 하여 아프리카에서 인간 존재에게 토양이 얼마나 중요한지에 대한 자각을 높이는 출판물을 만드는 것이었다.
이 지도책은 간단하고 명확한 방식으로 아프리카 전역의 변화하는 토양의 양식만이 아니라, 지속가능한 사용을 통하여 점점 위협받고 있는 이러한 천연자원을 보존하고 관리해야 하는 이유를 설명한다. 그 중심에는 사상 최초로 아프리카 대륙 전역에 있는 다양한 토양들의 특징을 비전문가들도 이해할 수 있는 방식으로 보여주는 주석이 달린 지도들이 있다. 이 지도책은 아프리카의 토양에 대하여 네 가지 접근법을 활용한다:
향상된 지식기반은 침식과 영양분 및 유기물의 감소, 염류집적, 산성화, 다짐현상이나 산사태의 위험에 처한 지역을 확인하고 토양의 상태를 평가하여 육지의 자원을 가장 적절하게 활용하기 위한 효과적인 정책개발과 의사결정을 용이하게 한다. 현재 토양자원과 아프리카 전역의 동향에 대한 현행의 일관적이고 비교할 만한 자료가 매우 부족하다. 토양 상태의 변화와 기능에 대한 정량적 평가가 거의 불가능할 정도로 국가들 사이에 일관성이 없다. 또한 자료의 부족은 상황을 측정하는 지표를 개발하기 위한 노력에 방해가 된다.
또한 교육과 관련하여 모든 토양교육에서 관리와 개발이 우선시되어야 한다. 과학에 기반하는 교육을 받지 않고 토양 정보를 수집할 수 없을 것이다.
농업, 폐기물, 도시개발이나 광산 등과 같은 지역에서 토양의 질에 대한 현행 정책과 토지 이용관행이 미치는 영향을 평가하기 위한 수단을 확립하고, 토양과 그 기능의 지속가능한 이용을 보장하기 위하여 지역 문제의 주요한 쟁점을 처리하는 실천프로그램도 함께 수립하기
아프리카 전역에 있는 토양학자와 토지이용전문가 들이 정보망을 형성하도록 지원한다. 그러한 운동은 정보를 교환하고 개선하고, 지속가능하게 토양을 이용하는 정책의 개발과 실천을 위해 더 포괄적인 지식을 개발하는 데에 도움이 될 것이다.
<아프리카의 토양 지도>는 FAO의 Global Soil Partnership과 세계의 토양 악화를 되돌리고 줄이기 위한 Rio+20 회담의 최종선언을 지지한다.
