기타농법자료

가시복 2013. 1. 5. 19:06

쉽게 배우는 농업 미생물

 

1. 미생물(微生物 : Microorganism)이란?

 

가. 미생물과 효소의 차이

 

 친환경 농업에 대한 관심이 점점 높아지고 있는 요즘 농가 현장을 다니다 보면 농민들의 미생물에 대한 관심이 많아지고 또한 미생물을 이용한 농업용 자재도 눈에 띄게 증가된 것을 보게 된다. 농민들이 미생물에 대한 정확한 이해와 함께 자재를 사용하고 농사를 짓는다면 보다 더 효율적인 농업 경영을 할 것이라 생각이 되고 때로 안타까운 것은 농민들의 미생물에 대한 맹신을 이용하여 일부 미생물 제품이 만병통치식으로 팔리는 것을 볼 때에 안타깝기도 하다. 그래서 농민들이 이해하기 쉽도록 미생물에 대한 이야기와 미생물이 토양에서 어떠한 역할을 하는지 나름대로 정리해 보도록 하겠다.

 먼저 농민들이 사용하는 미생물에 대한 용어 정리부터 제대로 집고 넘어가야 겠다. 보통 농민들이 효소제라고들 많이 알고 계시는데 이 효소제는 미생물 제품이 아니고, 유익한 미생물이 자라면서 식물 생장에 이로운 물질들을 분비하게 되는데 이때 미생물이 분비한 물질들을 이용하여 만든 제품이다. 물론 여기에는 미생물도 들어있지만 미생물보다는 미생물이 분비한 물질이 더 유용하게 사용되는 것으로 생균제, 종균제, 발효제라는 것이 미생물 제품이고 효소제는 미생물과는 좀 다른 개념이다.

 효소(酵素 : Enzyme : 엔자임)라는 것은 커다란 영양물질(가령 예를 들면 쌀밥, 돼지고기, 김치등을 큰 영양물질이라 합니다)을 사람이나 식물이 잘 흡수할 수 있는 아주 작은 형태(포도당, 아미노산, 지방산등을 작은 영양 물질이라 합니다)로 잘게 분해하여 주는 물질이다. 즉 효소는 밥과 같은 탄수화물(炭水化物 : Carbohydrate : 카보하이드레잇)을 녹여서 포도당으로 만들어 우리 몸이 흡수할 수 있도록 도와주고, 돼지고기와 같은 단백질(蛋白質 : Protein : 프로테인)을 녹여서 아미노산으로 만들어 준다. 우리 사람도 효소를 많이 만들어 분비하는데 대표적인 것이 침과 눈물을 그 예로 들 수 있다. 침은 밥이나 전분과 같은 물질을 전문적으로 녹여주는 효소이고, 눈물은 지방이나 단백질을 전문적으로 녹여주는 효소이다. 그러므로 효소라는 것은 커다란 물질을 잘게 녹여주는 물질로서 사람을 포함한 동물들은 이러한 효소를 체내에서 왕성하게 분비하는데 반해 식물은 이러한 효소를 만들 수가 없다. 그리고 1개의 효소는 1가지 물질만을 분해하는 특이성이 있다. 즉, 1개의 효소가 여러 종류의 물질을 분해하지는 못 한다는 말이다. 그래서 단백질(Protein)을 분해하는 효소는 단백질분해효소(Protease : 프로테아제)라고 말하고 섬유소(Cellulose)를 분해하는 효소는 섬유소분해효소(Cellulase : 셀룰라아제)라고 하듯이 각 효소마다 그 특징에 따라 이름이 붙여져 있다.

 그러면 식물체와 효소는 무슨 관계가 있고 식물은 효소가 왜 필요한 것일까?

 

나. 토양속 미생물의 작용

 농민들이 토양에 작물을 심기 20일전쯤에 퇴비나 유박비료 등을 토양에 살포한 후 경운(耕耘, 로타리)을 하게 되는데 퇴비나 유박비료에는 식물이 흡수할 수 없는 형태인 섬유소(纖紐素 : Cellulose : 셀룰로스)가 주성분으로 이루어져 있다. 섬유소는 분해되면 포도당이라는 영양물질로 잘게 부수어 지는 물질로서 포도당이 서로 일렬로 10,000개 이상 연결된 긴 고분자 물질로서 식물은 이 거대한 영양덩어리인 섬유소를 포도당으로 잘게 분해할 능력이 없으며 누군가에 의해 잘게 분해되어지기 전에는 섬유소를 흡수할 재주가 없는 것이다. 이때 토양 내에 상당히 많은 밀도로 서식하고 있는 미생물이 결정적인 역할을 해주게 되는데, 토양 미생물이 섬유소를 분해하는 효소를 분비하여 농민들이 토양 속에 넣어준 유기물들을 잘게 녹여주게 된다. 그러면 거대한 영양물질인 섬유소는 미생물이 분비한 효소에 의해 포도당으로 분해되어 지고 식물 뿌리는 이 포도당을 흡수하는 과정을 거친다.

 

다. 미생물 단위의 이해

 토양 1g속에는 미생물이 대략 10,000,000,000마리 정도가 서식하고 있는 것으로 알려져 있는데 아직까지 우리가 미생물 실험실에서 토양내 미생물을 분리할 수 있는 것은 1% 내외밖에 안된다. 이제 우리가 토양 미생물의 1%를 이해하고 있는데 토양내 역병, 시들음병 곰팡이 등을 사멸시킨다는 것은 다소 힘든 이야기이다. 토양중에는 우리가 알지도 못하는 무수한 미생물들이 서식하고 있는데 토양 생태계의 일정한 질서에 의해 미생물간의 견제와 협조를 통하여 균형을 이루고 있으며 이러한 균형이 파괴되어 지면 토양의 힘(지력 : 地力)이 약화되어 병충해가 다발하는 것이다. 미생물이 몇 마리인지는 실험실 분석을 통하여 셀 수 있는데 이때 미생물을 세는 단위로 c.f.u.(Colony Forming Unit : 콜로니 포밍 유닛)를 사용한다. 미생물 제품에 일반적으로 써있는 것이 Bacillus subtilis 2 ×106 cfu/g 이라고 되어있는데 이것은 바실러스 섭틸리스(미생물 영문이름은 항상 옆으로 글자가 누운 형태인 이태릭체로 써야 한다)라고 하는 미생물이 제품 1g 당 2,000,000마리가 들어있다는 뜻이다. 즉 2×106이라는 것은 2에다가 0이 6개(106)붙어있다는 뜻이다. 그러므로 3×105라는 것은 3에다가 0을 5개 (10의 윗첨자 5 : 105) 덧붙여주면 300,000(삽십만마리)가 되는 것이다. 그러면 5×108이라는 것은 5에 0이 8개 붙은 500,000,000(5억마리)이라는 뜻이다.

 

라. 유익균과 병원균

 미생물은 육안으로 관찰하기 힘든 작은 생물로서 원생동물류(原生動物類 : Protozoa), 조류(操類 : Algae), 사상균류(곰팡이 : 絲狀菌類 : Mold), 세균류(細菌類 : Bacteria), 바이러스(Virus)등을 합하여 이야기를 하는데 세균의 크기는 보통 1-2마이크로미터(㎛)인데 1마이크로미터는 1㎝를 10,000등분한 작은 크기이며 참고로 요즘 농업 현장에서 은(銀 : Silver)을 나노 크기(Nano size)로 분쇄한 은 나노 제품을 항균제로 사용하는 실례가 있는데 여기서 일컫는 나노 크기란 1마이크로미터를 다시 1,000등분한 아주 작은 크기이다.

 미생물은 인간에게 유용한가 아닌가를 기준으로 유익균과 병원균으로 분류하는데, 유익균으로는 농작물 재배에 해로운 진딧물과 같은 해충을 죽이는 곤충병원성 곰팡이(Lecaniicillium : 레카니실륨, Beauveria : 보베리아)와 술과 빵을 만들때 사용하는 효모(이스트 : Yeast), 우리의 몸에 상처가 났을때 곪지 않도록 방지하는 항생제를 분비하는 페니실륨(Penicillium), 과자나 청량음료에 사용되는 원료인 포도당(葡萄糖 : Glucose)을 생산하는 아스퍼질러스(Aspergillus), 항암제, 항생제등을 생산하는 방선균(放線菌 : Actinomycetes), 김치나 우유를 발효시키는 유산균(乳酸菌 : Lactic Acid Bacteria), 광합성세균(光合成細菌 : Photo Synthetic Bacteria), 토양 오염을 정화해주는 슈도모나스(Pseudomonas)등 그 종류나 수는 매우 다양하다.

 병원균으로는 식물에 병을 일으키는 역병(疫病 : Phytophtora : 파이톱소라), 탄저병(炭疽病 : Colletotrichum : 컬레토트리큼), 도열병(稻熱病 : Pyricularia : 피리큘라리아) 그리고 14세기 유럽을 휩쓸며 유럽인구의 75%를 사망케한 흑사병(黑死病 : Yersinia : 여시니아 : 일명 페스트), 결핵균(結核菌 : Mycobacterium : 마이코박테리움)등 그 종류나 수 역시 매우 다양하다.

 

마. 토양의 힘(地力)

 앞에서 설명한 것과 같이 토양내에는 많은 종류의 미생물들이 서로 협조와 견제를 통하여 공존하고 있으며 토양내로 유입되는 유기물들을 분해하여 식물에 유익한 영향을 주고 있다. 또한 토양내 미생물들은 효소라는 물질외에 호르몬, 비타민, 유기산, 식물성장 촉진물질등 여러 유익한 물질들을 배출하게 되며 이때 배출된 물질을 식물이 흡수하여 식물의 성장에 이용하게 된다. 그러므로 토양내에 서식하는 미생물의 종류와 수가 많고 다양할수록 지력이 살아있다라고 말을 해도 무리가 아닐 듯 하며 이러한 토양이 농경에 적합한 토양이 되는 것이다.

 예로부터 우리 선조들의 농업은 토양내 미생물들을 활성화시키기 위하여 많은 양의 발효 퇴비를 사용하여 토양의 힘을 높이는 것으로 농사가 시작되어 왔다.  

 

2. 세균(細菌 : Bacteria)에 대하여

 

가. 자가 미생물 발효 액비 제조와 악취

  농가에서 미생물을 이용한 발효 액비를 만들 때 불쾌한 악취가 발생하여 이것을 사용해야 할지 버려야 할지 궁금해 하는 농민들을 많이 보아왔다. 예를 들면 요즘 농민들이 광합성 세균을 직접 배양하여 영농에 이용을 하고 있는데 이때 배양 시 암모니아가스(똥냄새)가 많이 발생하여 농민들은 당연하게 광합성 세균에서는 이러한 악취가 발생하는 것으로 알고들 있다. 그러나 원래 광합성 세균만을 배양할 때는 암모니아 가스 발생은 없고 수소가스 냄새만이 발생하여 그렇게 역한 냄새가 나질 않는다. 이러한 현상이 발생하는 원인은 농민들이 광합성 세균을 배양할 때 원하는 광합성 세균 외에 농민들이 인식하지 못하는 때에 오염된 미생물이 함께 들어가 배양되어 악취가 발생하는 것인데 이러한 악취를 방지하기 위하여 농민들은 오염된 미생물을 미연에 방지하기 위하여 나름대로 발효에 사용되는 통을 깨끗이 씻고 또 거기에 들어가는 원료들도 깨끗하게 세척하여 집어넣는다. 그러나 이러한 일련의 과정으로 냄새가 없어질 수는 없다. 왜냐하면 농민들이 아무리 깨끗하게 씻는다 하여도 오염 미생물의 발생을 완전하게 차단할 수 없기 때문이다. 보통 실험실에서는 미생물을 배양하기 위하여 121℃로 15분 동안 가열하여 오염 미생물을 죽이고, 목적하는 미생물을 잡균이 없는 무균실(Clean bench)에서 조심스럽게 접종하기 때문에 농가에서는 아무리 애를 써도 재료를 121℃로 가열할 수 있는 방법이 없으며 설령 그렇게 한다고 하더라도 재료와 미생물을 집어넣을 때 잡균이 오염되는 것을 막을 수 없기 때문이다. 그래서 농민들이 사용할 때는 일반 지하수에 미생물 배지를 집어넣고 그냥 편하게 냄새가 나는 상태로 배양하여 사용하는 것이 수월하며 이러한 상태의 미생물을 사용해도 그 안에는 광합성 세균이 배양되어 있으므로 사용하는 데는 크게 문제가 없다. 그러면 왜 미생물을 살균할 때는 꼭 121℃에서 멸균을 하는 것일까?

 

나. 121℃와 멸균의 관계

 통상 미생물들은 주위 환경이 열악할 경우, 예를 들면 먹이 고갈, 수분 부족, 급격한 pH 변화, 급격한 온도 상승, 산소의 유무 등의 여러 가지 조건에 노출되면 거의 죽게 되는데 이러한 악조건에서도 생존할 수 있는 미생물들이 있다. 바로 내생포자(Endospore : 식물의 씨앗과 같은 개념으로 씨앗과 같이 저장이나 관리가 쉬움)를 형성할 수 있는 능력을 가진 균이다. 내생포자라는 것은 미생물이 위에 언급한 여러 가지 극한 조건에 처하게 될 때 죽지 않고 극한 조건에 저항하여 자기 몸을 두꺼운 보호막으로 둘러싸서 자기 몸을 보호하며 아무런 활동도 하지 않고 가만히 죽은척하고 있는 미생물 형태로서 웬만한 열이나 pH 변화에도 별다른 영향 없이 생존할 수 있다. 그러다가 주위조건이 좋아지면 보호막을 풀어 버리고 다시 왕성하게 활동을 재개한다. 이때 이러한 내생포자까지 완전하게 죽일 수 있는 온도가 121℃이다. 그러므로 농민들이 사용하는 지하수, 각종 발효용 재료에 들어있는 내생포자균을 완전하게 죽이기는 거의 불가능한 일이다. 이러한 내생포자를 형성할 수 있는 능력을 가진 대표적인 세균(細菌 : Bacteria)이 Bacillus 미생물이다. 이 미생물은 토양 내에서 가장 많이 서식하며 일반적인 조건하에 배양하기 용이한 세균인데 Bacillus라는 뜻은 현미경으로 관찰하였을 때 긴 막대기 형태로 보이는 세균을 통칭하여 부르는 것으로, Bacillus 라는 이름은 우리나라 김씨, 이씨, 박씨등과 같은 성씨와 같은 개념이다. 그러므로 Bacillus 미생물이라고 하면 아주 광범위한 개념이고 Bacillus 다음에 오는 이름에 따라(예를 들면 Bacillus subtilis는 우리 사람으로 비교한다면 Bacillus가 성이고 subtilis가 이름인 것이다) 그 미생물의 특성을 알 수 있다. 미생물학에서는 앞에 나오는 Bacillus를 속명(屬名)이라 부르고 뒤에 오는 subtilis를 종명(種名)이라 부르는데 속명과 종명이 같이 나란히 나와야 정확한 미생물 명칭이 된다. Bacillus 미생물은 친환경에 관심이 없더라도 농민이라면 한번쯤은 들어봤거나 사용을 해본 아주 일반적인 미생물인데 유독 Bacillus 미생물만을 이용한 제품이 그렇게 많은 이유는 무엇일까?

 

다. Bacillus 미생물 제제의 특성

 농민들이 현장에서 사용하는 미생물 제품 중 거의 90%이상이 Bacillus 미생물이 들어있는데 Bacillus 미생물을 배양하여 내생포자 형태로 만들어 일정 밀도를 제품 내에 집어넣으면 1-2년이 지나도 제품 내에 일정 밀도의 미생물이 그대로 살아있게 된다. 즉 다시 말하면 제품병속에서는 미생물이 활동할 수 있는 좋은 조건이 아니므로 Bacillus 내생포자가 아무런 활동도 안하면서(가스발생이 없어 병의 형태가 불룩해지지 않음) 포자형태로 가만히 들어 있다가 나중에 농민이 그 제품을 구입하여 토양이나 작물에 살포하게 되면 토양속에는 공기도 있고 온도와 pH도 적당하기 때문에 포자형태를 벗어버리고 원래의 Bacillus로 되돌아와 왕성하게 활동을 하는 것이다. Bacillus 미생물은 일반 토양, 담수 등에 널리 분포하며 단백질이나 전분과 같은 물질을 아미노산이나 포도당으로 분해하는 효소를 분비하는 특성이 있다. Bacillus 미생물중에 대표적인 것이 Bacillus subtilis, Bacillus thuringiensis(약자로 흔히 B.T.미생물이라고 명칭함) 그리고 Bacillus polymyxa등이 있다. Bacillus subtilis는 subtilin, bacilomycin등을 분비하고 Bacillus polymyxa는 polymycin을 분비하는데 이들 물질은 다른 미생물을 죽이거나 성장을 방해하는 역할을 한다. Bacillus thuringiensis는 BT라는 미생물로 널리 알려졌는데 이 미생물의 내생포자에는 독소(endotoxin)가 들어있어서 이 독소를 섭취한 나방의 애벌레는 내장이 녹아서 죽게 된다. 그래서 살충용 미생물로 널리 사용되고 있는 것인데 이러한 미생물들이 포자를 형성하는 능력이 없다면 이렇게 농업에 이용될 수 없었을 것이다. 참고로 인간에게 탄저병(식물의 탄저병원균은 Colletotrichum으로 곰팡이임)을 일으키는 미생물은 Bacillus anthracis라고 하는 세균인데 이 세균은 사람의 질병을 유발하는 병원성 미생물 중에서 내생포자를 형성할 수 있는 몇 안되는 미생물이기에 생물무기로 사용되는 것이다. 이 미생물을 배양하여 내생포자로 만들어 건조시켜 백색 분말로 만들어 높은 상공의 비행기에서 뿌려도 죽지 않고 바람에 날려서 사람의 폐속으로 흡입이 되어 사람을 죽게 만드는 것인데 이질, 장티프스, 식중독, 비브리오 등 대부분의 병원성 미생물은 내생포자를 형성할 수 있는 능력이 없으므로 온도가 조금만 내려가도 죽기 때문에 생물무기로 이용되지 못하는 것이다. 혹시라도 이러한 무시무시한 병원균들이 내생포자를 형성할 수 있는 능력을 가졌다면 인간이 이렇게 까지 문명을 이루며 살아가기는 힘들었을 것이며 하나님의 우리 인간에 대한 특별한 배려라고 볼 수 있다. 반면 내생포자를 형성하지 못하는 미생물들 특히 유산균이나 광합성 세균과 같은 이로운 미생물들은 배양 후 오랜 기간동안 생존해 있을 수 없기 때문에 농업용으로 제품화하기에는 해결해야 할 어려운 문제들이 많아 이러한 미생물을 제품에 적용하기가 쉽지 않다.    

 

라. 세균의 분류

 미생물, 특히 세균을 분류할 때 그램 양성균(Gram positive bacteria), 그램 음성균(Gram negative bacteria)으로 분류하는데 이는 세균의 껍데기(세포막)의 형태에 따라 나누는 것으로 어떤 분류에 속한 균이 유익한 균인지 해로운 균인지 나누기는 좀 어려운 이야기이다. 그램 양성균에는 우리가 잘 알고 있는 Bacillus, 토양 내에서 유기물을 왕성하게 분해하는 Clostridium, 사람의 피부 및 점막에 기생하여 화농(고름)을 발생시키는 Staphylococcus, 식물의 뿌리 발육을 촉진시키는 젖산을 분비하는 유산균, 키틴질을 잘 분해하는 방선균등이 이에 속하며, 그램 음성균에는 Escherichia(대장균), 식중독 원인균인 Salmonella(살모넬라), 식물의 청고병균인 Pseudomonas(슈도모나스), 발효 액비를 만들 때 표면에 하얀 거품이나 피막을 형성시키는 Acetobacter, 공기중에 있는 질소(N2)를 식물이 사용할 수 있는 형태(NH4+)로 전환하여 주는 질소고정 미생물인 Azotobacter 등이 있다. 세균을 설명할 때 여러 가지 특징이 있지만 여기에서는 그 대표적인 역할을 이야기한 것으로 Pseudomonas가 청고병만을 일으키는 것은 아니다. Pseudomonas 종류 중에는 식물 역병 곰팡이(Phytophthora), 시들음병 곰팡이(Fusarium)를 죽이거나, 오염된 토양을 복원시켜주는 이로운 미생물도 많이 있는데 이 미생물은 내생포자를 형성할 수 있는 능력이 없기 때문에 실제 이용에 많은 어려움이 있다.

 이번에는 주로 세균 미생물에 대하여 이야기를 하였는데 다음장에는 곰팡이 미생물에 대하여 이야기를 하기로 하며 이러한 미생물을 농가에서 어떻게 이용을 할 수 있는지에 대하여 알아보기로 하겠다.

 

3. 곰팡이(균류 : Mold)에 대하여

 

가. 농업의 중추적인 역할을 수행하는 곰팡이

 곰팡이하면 일단 지저분하고 불결한 곳에서 서식하는 것으로 인식이 되고 곰팡이는 우리 인간에게 주로 피해를 주는 것으로 인식이 되어 있는 것이 사실이다. 그러나 우리가 알고 있는 지저분한 곰팡이가 우리 생활 특히 농업에서 빼놓을 수 없는 역할을 하고 있는데 오늘은 이러한 곰팡이에 대하여 설명을 하도록 하겠다.

 만일 곰팡이가 없었다면 우리 인간이 요즘 80세 이상의 장수하는 것이 그리 쉽지는 않았을 것이다. 왜냐하면 곰팡이의 일종인 Peniciilum spp.를 배양해서 페니실린(penicillin)과 같은 항생제를 생산하고, Fusidium coccineum이라는 곰팡이는 후시딘산(fusidic acid)을 생산하는데 이러한 물질들을 추출 정제하여 약국에서 판매하는 연고와 같은 제품으로 만들어 상처난 곳에 발라서 세균의 침입을 차단하는데 사용된다. 이외에도 곰팡이를 이용하여 우리 생활 전반에 응용하는 것은 수도 없이 많기에 여기에서 일일이 열거하기란 쉽지 않다. 농업과 관련하여 농가에 피해를 주고 있는 응애, 진딧물, 선충 그리고 노린재와 같은 농업해충에 기생하여 죽이는 곤충 병원성 곰팡이(entomopathogenic fungi)가 있는데 이러한 곰팡이에 대하여는 다음에 이야기하도록 하겠다.

 

나. 곰팡이는 균류에 속한 미생물

 생물이 서식할 수 있는 토양에서 가장 중요한 역할을 하고 있는 미생물을 꼽으라고 한다면 아마 곰팡이가 여기에 해당될 것이다. 일반적으로 우리가 알고 있는 곰팡이는 다른 말로 균류(菌類, fungi)라고도 하는데 버섯(mushroom), 곰팡이(mold), 그리고 효모(酵母, yeast)로 분류된다. 그러니까 정확한 표현은 균류가 맞고 곰팡이는 균류에 속한 미생물로 일반 토양에서 미생물의 생물량을 계수한다면 균류가 으뜸일 것이다. 여기에서는 편의상 곰팡이와 균류를 같은 표현으로 사용하도록 하겠다.

 토양내의 미생물의 밀도를 측정할 때 세균은 마리수의 파악이 가능하지만 곰팡이는 기다란 균사체(菌絲體, mycelia)로 구성되어 있어서 그것을 정확한 마리수로 계수하기는 불가능하고 단지 곰팡이의 균사량으로 따지는 것이 정확한 방법이다. 곰팡이는 세균처럼 단일 종이 따로 따로 서식하는 것이 아니라 길게 실처럼 연장해서 사방으로 개체수를 증가시키는데 이렇게 실처럼 길게 연결된 것을 균사체라고 한다. 토양 1g당 50-100m 길이의 균사체가 발견되는데 때로는 500m가 넘는 경우도 있다. 마릿수에 비하면 토양에 서식하는 세균이나 방선균에는 미치지 못하지만 생물량(生物量, biomass)에 있어서는 토양내 중심적인 부분을 차지하고 있다. 토양 환경이 다양한 곳에서 곰팡이는 예외 없이 관찰이 되는데 강한 산성을 띤 토양이나, 논 같은 침수지 그리고 염의 농도가 높은 토양에서도 발견된다. 곰팡이는 세균과는 달리 호기성 생물(好氣性 生物, aerobes)이기 때문에 성장하는데 산소의 공급이 필수적이다. 즉 공기가 있는 곳에서만 서식이 가능하다는 이야기이다. 그렇기 때문에 토양 수 분함량이 지나치게 높아 공기가 부족한 상태에서는 자라기가 어렵다. 또한 배양에 적합한 온도는 40℃ 이하에서 자라는 것이 일반적이므로 고온에서는 성장하기가 곤란하다. 그러나 곰팡이는 극한 조건에서 견뎌낼 수 있는 씨앗형태인 포자(胞子, spore)를 형성할 수 있는 능력이 있으므로 극한 조건에서는 죽지는 않지만 포자 상태로 그 생명력만을 유지하고 있다. 곰팡이의 포자는 세균의 포자에 비해 다소 약한 편으로 70℃이상에서는 사멸되는 것이 일반적이다.  

 

다. 곰팡이와 방선균의 차이

 농민들이 직접 쌀겨나 볏짚등을 이용하여 고체배양(퇴비화 작업)을 할 때 더미 표면위에 핀 하얗거나 쟃빗 솜털같은 것을 발견하게 되는데 이것이 곰팡이이며 이는 곰팡이의 호기성 특징에 기인한 것이며 더미속을 파보면 더 이상 솜털과 같은 곰팡이 균사체를 발견할 수 없다. 왜냐하면 더미속에는 충분한 공기가 공급이 안 되었기에 곰팡이가 서식할 수 있는 조건이 안 되기 때문이다. 간혹 더미속에 하얗게 균사체가 발견되어 곰팡이라고 생각하는 분들이 있는데 이것은 곰팡이가 아니고 방선균(放線菌, actinomycetes)이 서식한 것으로 방선균은 곰팡이보다 더욱 극한 조건에서 성장이 가능하다. 방선균은 곰팡이와 같이 균사체를 형성하여 자라기 때문에 곰팡이와 혼동을 하는데 엄밀히 따지면 방선균은 세균의 일종이고 냄새는 우리가 일반적으로 알고 있는 흙냄새를 풍기며 고온이나 일반 미생물이 분해하기 어려운 물질들을 분해하여 성장을 한다.

 일반적으로 농민들이 농가에서 직접 퇴비를 제조할 때 사용하는 재료들을 살펴보면 쌀겨, 볏짚, 파쇄목과 같은 섬유질이 풍부한 유기물들이 상당수를 차지하고 있다. 이러한 재료들의 구성성분은 섬유소(纖維素, cellulose)가 가장 많고 헤미셀룰로오스(hemi-cellulose) 그리고 리그닌(lignin)으로 되어있다. 이 3가지 물질이 서로 얽혀 있는 것이 식물체이며 이중 섬유소가 가장 분해하기 쉬운 물질이며 그 다음이 헤미셀룰로오스이다. 리그닌이란 물질은 분해하기 어려운 물질로서 곰팡이도 분해하기가 쉽지가 않다. 그러나 방선균은 리그닌을 분해할 수 있는 능력이 있기 때문에 퇴비화 과정 중 가장 마지막에 발견되는 미생물이 방선균이다. 이러한 미생물들이 퇴비화의 과정 중에 언제 어떻게 작용하는지에 대하여 설명을 하겠다.

 

라. 미생물 발효에 의한 퇴비 형성 이해

 예전에 시골에 가면 일반 농가 뒤편에 퇴빗간이라는 것이 있어서 소 외양간 바닥에 깔아놓았던 볏짚 등을 모아서 쌓아놓고 그러한 것들이 몇 개월 동안 자연 발효가 되면서 양질의 퇴비가 되고 그 퇴비를 다음해 농사짓기 전에 밭이나 논에 뿌리는 것을 본 경험이 있는데 지금으로 보면 농사짓기 전 기비를 공급한 것인 셈이다. 어렸을 때 외삼촌을 따라서 동네 냇가나 저수지로 낚시를 갈 때면 비닐 하우스를 짓기 위한 긴 대나무 하나를 뽑아 낚시대로 사용하고, 또 퇴빗간 주변을 파보면 새빨간 지렁이들이 꿈틀대는데 이것을 잡아다 낚시 미끼로 사용했던 추억이 아직도 눈에 선한데 이제는 그것이 다시는 해보기 어려운 추억으로만 남아 있을 뿐이다.

 그 당시 퇴빗간에서 유기물이 자연 발효될 때 초기 고체발효에 역할을 담당한 것이 곰팡이이다. 왜냐하면 쌓아 올려진 재료 중에 가장 분해하기 쉬운 섬유소를 곰팡이가 먼저 분해하기 때문이며 곰팡이가 볏짚을 분해하면서 발생되는 발효열에 의해서 서서히 더미속의 온도가 50℃ 까지 올라가게 된다. 온도가 상승되면 곰팡이는 활동하기가 어렵게 되어 고온성 세균이 그 다음 역할을 인계받아 퇴비를 분해하게 된다. 이러한 과정은 미생물의 활동이 활발한 때이므로 발효열이 계속 축적되어 급기야는 더미속의 온도가 70℃까지 상승하는데 이러한 온도에서는 일반 미생물이 서식하기에는 부적합하므로 이제까지 발효에 참여했던 미생물들이 급격히 사멸이 되어 더미속 온도가 서서히 식어가며 이때는 퇴비더미속의 성분은 분해하기 어려운 리그닌과 같은 물질이 주종을 이룬다. 6개월 정도 지난 후 이러한 퇴비화 과정이 끝나갈 때 쇠스랑으로 더미속을 파헤쳐 보면 아직도 김이 모락모락 피어나는 것을 볼 수 있는데 이때 그 더미속에 하얗게 점점이 박혀있는 균사와 같은 것이 관찰되는데 이것이 방선균이다. 그리고 그때의 퇴비는 상당히 가벼운 느낌이 나는데 이는 유기물의 구성성분이  미생물에 의하여 공기중의 이산화탄소와 열로 소멸되었기 때문이다.  

 지금은 농가 부산물을 이용하여 퇴비를 만들기는 다소 어려운 문제이며 농가에서 그 나마 손쉽게 사용할 수 있는 방법은 쌀겨나 볏짚을 재료로 고체배양한 것을 토양 개량제로 사용하는 것이라 현실적이라 할 수 있다. 예를 들면 쌀겨 100kg, 볏짚 2kg에 물 50리터를 붓고 혼합한 후 더미를 만들어 놓고 보온덮개로 덮어놓으면 요즘 같은 때에는 이틀이 지나면 더미속의 온도가 상승하기 시작하는데 더미속으로 손을 넣어 뜨겁다라고 느낄 때(40℃정도) 덮개를 젖혀 더미를 넓게 흩어놓아 열을 식힌다. 그렇게 더미를 흩어놓을 때 수증기가 발생되는데 반나절쯤 그렇게 놔두면 수증기도 더 이상 발생 안 되고 뜨겁지도 않다. 그러면 다시 헤쳐놓았던 것을 다시 더미를 쌓아 놓고 덮개를 덮어 놓아 발효가 진행되도록 하는데 하루나 이틀 후에 다시 더미속을 확인해 보면 또 다시 뜨거워 진 것을 알게 되는데 다시 더미를 헤쳐 놓아 수증기를 날리고 온도를 식히는 과정을 되풀이 한다. 이러한 과정을 서너 번 반복하다 보면 더 이상 더미속의 온도가 올라가지 않는데 이렇게 만든 것을 토양에 유기질 비료와 함께 넣어주면 양질의 토양 개량제와 종균제가 될 것이다. 예전에 우리 조상들이 퇴비를 만들때처럼 시간만 충분하다면 뒤집거나 하는 번거로운 과정을 거치지 않아도 자연스럽게 양질의 발효 산물이 생산되지만 보다 빨리 발효시키기 위해서는 뒤집는 과정이 필수적이라 할 수 있다.              

 

4. 미생물과 환경

 

가. 산소와 미생물의 관계

 토양은 미생물이 서식하고 있는 주요한 장소로서 토양내의 섬유소, 탄수화물, 단백질 그리고 호르몬, 유기산과 같은 유기물을 분해 또는 합성하는 과정이 활발하게 일어나는 곳이다. 작물이 자라나는데 필요한 토양의 유기물 함량은 전체 토양의 2-10% 정도를 차지하는데 상대적으로 수분함량이 많은 토양의 유기물의 함량은 80% 이상이 되며 습기가 많은 곳은 공기가 없어 미생물의 유기물 분해 작용이 매우 완만하게 진행된다. 미생물의 성장은 산소(공기)의 있고 없음에 따라 많은 영향을 받는데 공기가 있는 곳에서만 자라는 미생물을 호기성 미생물(好氣性 : aerobe)이라 하고 공기가 없는 곳에서만 자라는 미생물을 혐기성 균(嫌氣性 : anaerobe)이라고 한다. 우리 사람과 같이 공기가 없이는 살 수 없는 생물을 절대 호기성 생물(obligate aerobe)이라고 한다. 또한 미생물중에는 공기가 없어야 성장을 하지만 산소가 있어도 자랄 수 있는 미생물들도 있는데 이러한 미생물을 통성 혐기성 미생물(facultative anaerobe)이라고 한다.

 

나. 호기성과 혐기성 미생물

 가끔 농민들이 궁금해 하는 사항 중에 하나가 농사에 유용한 미생물은 호기성인지 아니면 혐기성인지에 대하여 물어오시는 분이 있는데 호기성이나 혐기성이나 토양 환경에 따라 작용하는 경우가 있으므로 어떠한 것이 특별하게 유용하거나 해롭거나 하지는 않다. 다만 호기성 미생물이 유기물을 분해하는 속도가 빠르고 유기물을 이산화탄소와 열로 바꾸기 때문에 암모니아와 같은 악취가 덜 한 반면, 혐기성 미생물은 토양의 유기물을 분해하여 다양한 유기산과 악취유발물질(암모니아)등을 생산하므로 얼핏 보면 해로울것으로 여겨지지만 사실 이러한 유기산과 냄새나는 물질이 식물에는 유용한 영양물질이 될 수도 있다. 호기적으로 유기물을 분해하게 되면 나중에는 리그닌과 같은 더 이상 분해되기 어려운 물질만 남게 되는데 그렇게 되면 식물 영양 생장에 필요한 물질을 공급하기 보다는 토양의 물리성을 개선하는 방향으로만 가게 되고 반면에 혐기적 발효만이 이루어지면 식물의 영양 생장 물질이 보다 더 많이 생성되게 되지만 암모니아나 황화수소와 같은 식물의 성장에 유해한 물질이 축적될 수 도 있다. 그래서 농가에서 퇴비나 식물영양액비를 제조할 때 다양한 미생물을 넣어 주게 되면 각 상황별 환경 조건에 따라 미생물들이 활발하게 활동을 하게 된다.

 

다. 토양 깊이와 미생물의 관계

 미생물이 산소의 유무에 따라 생장 정도가 다르기 때문에 토양에 있는 미생물의 밀도 또한 토양 깊이에 따라 그 서식 정도가 다양하다. 참고로 실험실에서 일반 토양 깊이에 따른 토양 1g당 미생물의 밀도를 측정하여 다음과 같은 (표-1)을 얻었다.

 

(표-1) 토양깊이에 따른 미생물의 밀도변화

토양 깊이(cm)

곰팡이

세균

방선균

10cm 이내

135,000

11,370,000

1,980,000

10-30

45,000

2,730,000

200,000

30-50

13,000

760,000

30,000

50-70

2,000

13,000

5,000

   

 곰팡이와 방선균은 거의 호기성 미생물이므로 토양의 지표면에서 주로 관찰되며 세균은 혐기성 및 통성 혐기성 균들이 있어 토양 깊이가 70cm이하에서도 관찰이 되었다. 농가에서 쌀겨를 이용하여 고체배양을 할 때 쌀겨 표면에 하얗게 곰팡이가 핀 것을 보면 곰팡이가 산소가 풍부한 곳에서 자라는 것을 알 수 있으며, 발효가 완료되어 더 이상의 발효열이 발생이 안 될 때 더미 내부에 하얗게 점처럼 찍혀있는 곰팡이와 같은 미생물이 관찰되는데 이것은 곰팡이가 아니고 방선균으로서 방선균은 고온에서도 생육이 가능하고 또한 일반 세균이나 곰팡이와 같은 미생물이 분해하기 어려운 난분해성 물질을 분해할 수 있는 능력이 있으므로 더미속에서도 발견이 된다. 그러므로 식물 재배에 있어서 공기 접촉이 활발한 곳에서는 곰팡이 또는 세균이 발생할 가능성이 많고 공기가 희박한 곳에서는 세균만이 서식할 수 있는 것을 알 수 있다.

 

라. 토양내 수분함량과 미생물의 관계

 토양내 수분함량 또한 미생물의 서식과 밀접한 관계가 있는데 이는 토양내 수분함량이 높으면 높을수록 혐기조건이 이루어져 미생물의 성장에 영향을 미치기 때문이다. 토양내 산소량이 적으면 혐기성 미생물이 우점하여 황화수소와 같은 나쁜 물질을 분비하게 하여 작물에 좋지 못한 영향을 끼치고 화학비료를 시용하더라도 가스장해와 같은 현상이 발생하게 되는데 이러한 일을 미연에 방지하기 위하여 토양 경운을 통하여 산소를 공급해 주는 것이며 이것이 토양에 로타리를 치는 이유이다. 이렇게 토양 환경에 따라 서식하는 미생물의 종류나 밀도에 큰 차이가 나는 것을 알 수 있는데 농민들이 각자의 토양 관리를 어떻게 하느냐에 따라 토양 미생물상이 다양화 되어 질 수 있다. 일반적으로 토양 내에는 수없이 많은 다양한 미생물이 상호 견제와 협조라는 균형 가운데 서식하고 있는데 이러한 균형이 깨지면 겉잡을 수 없이 토양의 미생물 밀도가 편협해 진다. 우리가 알고 있는 유용한 미생물이라고 하는 유산균, 광합성 세균, 선충 포식균 그리고 방선균과 같은 미생물은 토양의 조건이 조금이라도 악조건이 되면 그 밀도가 상당히 떨어지는 반면 역병, 시들음병, 잘록병 그리고 청고병과 같은 병원성 미생물들은 토양 조건이 배수불량이나 산소부족등과 같은 악조건이 되면 더욱 우점하는 것을 볼 수 있다. 또한 무분별한 인공 비료와 농약 사용 또한 토양 미생물 밀도를 편협하게 하는 한 원인으로 꼽을 수 있는데 일단 병원성 미생물이 토양에서 우점하게 되면 쉽게 다양한 미생물상이 서식하는 양호한 토양으로 되돌리기가 쉽지 않다. 그러므로 농가에서는 작물의 영양 관리 및 병해 관리에 관심과 주의를 기울이는 만큼 양호한 토양을 가꾸고 유지하는 관리에도 세심한 노력이 필요하다.

 

마. 과학영농의 첫걸음, 토양관리

 실험실에서 토양 미생물 분석을 하다보면 같은 지역의 토양인데도 미생물상에는 많은 차이가 있는 것을 관찰하게 되는데 이것은 농민 각자 토양 관리의 방식이 있으므로 발생되는 것으로 토양 미생물의 밀도나 종류에 따라 토양 관리가 이루어져야 진정한 과학영농이 실현될 것이라 생각된다. 농민들은 토양에 유기물을 시용할 때 일률적으로 사용하는데 이렇게 하기 보다는 토양의 토질에 따라 맞춤형 유기물 시비가 이루어져야 할 것이다. 농민들은 토질을 생각할 때 단순히 사질 토양이니 점질 토양이니 하는데 토질을 그렇게 단순하게 생각할 것이 아니라 각각의 토양속에는 천차만별의 미생물이 서식하므로 각자의 토양에 서식하고 있는 미생물에 맞추어 토양 관리가 이루어진다면 보다 더 체계적인 토양관리가 이루어질 것이다.

 한때 기회가 되어 일본 선진지 견학을 갔을 때 일이다. 쌀겨 농법을 이용하여 무농약 수도작 재배를 하고 있는 일본 농가를 방문하여 이야기를 나누던 중 논에 게 껍데기가 눈에 띄게 많이 있는 것을 보고 의아하게 생각하여 물어보았더니 그 농가의 대답이 자기 토양에는 방선균과 유산균이 주로 우점을 하고 있기 때문에 그 토양 미생물에 초점을 맞추어 일부러 게 껍데기로 구성된 유기질을 사용하였는데 그 후로 작물의 뿌리 성장도 좋아지고 문고병과 같은 병 발생도 적어 그 후로 계속 사용하고 있다라고 대답을 하여 주었다. 이 농가는 이미 토양 미생물상을 파악하여 토양 관리를 체계적으로 하고 있었던 것으로 이렇게 토양내 서식하는 미생물을 이용하여 토양 관리를 하는 것이 과학영농의 첫 걸음이라 생각이 되었다. 물론 이러한 영농이 하루 아침에 이루어 지는 것은 절대 아니지만 지금부터라도 체계적인 토양관리를 통한 병해충 방제를 해야지만 농업 선진국으로 진입할 수 있을 것이다. 물론 국내에도 게껍데기등을 발효시켜 액비로 이용하고 있는 농가를 수 없이 많이 보아왔지만 근본적으로 토양 미생물상을 파악한 후에 거기에 걸맞는 유기물 사용이 보다 더 합리적일 것이다.

 

5. 식물과 미생물의 공생

 

가. 이롭거나 또는 해로운 미생물

 어느 농민이 유산균을 토양에 우점화하기 위한 좋은 방법이 무엇인지에 대하여 문의를 해온 적이 있는데 그때 왜 유산균이 우점하기를 원하는지에 대하여 물었을 때 유산균은 좋은 균이니까 유산균만 토양에 많이 있었으면 좋겠다는 대답을 들었다. 우리나라 농민들은 나름대로 이로운 균과 해로운 균의 기준을 정확하게 가지고 있는 것 같다. 가령 고초균(枯草菌 : Bacillus subtilis : 마른 볏짚에서 채취할 수 있는 세균으로 단백질 분해 능력이 뛰어남), 누룩곰팡이(Aspergillus niger : 술을 만드는 데 사용하는 곰팡이로 전분을 분해하여 포도당과 같은 단순한 형태로 만드는 곰팡이), 효모(yeast), 방선균(放線菌 : Actinomyces : 현미경 관찰로는 곰팡이와 같이 긴 실처럼 된 균사를 이루고 있어 곰팡이로 오인할 수 있으나 세균임), 유산균(乳酸菌 : Lactic Acid Bacteria), 광합성세균(光合成細菌 : Photo Synthetic Bacteria)등이다. 반면에 해로운 균은 식물 역병 곰팡이를 비롯한 병원균들을 생각하게 되는데 식물 병원균이라고 일컫는 미생물들은 우리 농민들을 괴롭히기 위해서 병을 일으키는 것은 아니다. 단지 각자 미생물 고유의 효소들을 분비해서 나름대로의 생활사를 유지해 나가는 것이다. 그러면 우리가 생각하는 이로운 미생물들만 토양에 있다면 과연 우리가 기대하는 대로 식물에 병도 안 생기고 작물 수확량도 증가할 수 있을까?  

 아마도 우리 토양에 이롭다고 여기는 유산균만이 우점 해 있다면, 그때는 유산균이 지력을 빼앗고 작물의 성장을 방해하는 병원균의 일종으로 작용할 것이다. 유산균이 분비하는 젖산에 의하여 토양의 pH는 산성화가 될 것이고, 토양 속에는 공기가 안 통하는 혐기 조건이 되어 뿌리의 신장도 저조하게 될 것이다. 또한 흔히 듣는 고초균만이 우점하게 되면 섬유소로 구성된 볏짚이나 가랑잎 등은 분해되지 않고 계속 축적되기만 할 것이다. 이와 같이 토양 속에는 이로운 균, 해로운 균을 구분할 것이 아니라 다양한 미생물과 소동물들이 공존해 있는 하나의 생태계로 보는 것이 바람직하며 특정 미생물 집단이 우점 할 수 있는 특정 환경을 조성해 주는 것은 피해야 할 것이다.

 또한 농민들이 미생물에 대하여 생각하는 것 중에 하나가 호기성 미생물은 대부분 좋은 것이고 혐기성 미생물은 악취를 발생시키고 식물에 병을 일으키는 나쁜 미생물로 인식하고 있는데 호기성, 혐기성은 미생물이 성장하는데 산소의 필요 유무에 따라 분류해 놓은 것이다. 대표적인 호기성 미생물은 대부분의 곰팡이와 고초균, 뿌리혹박테리아 등이며 혐기성 미생물은 유산균, 광합성세균 등이 여기에 속한다. 호기성 미생물들은 유기물을 분해하여 최종적으로 이산화탄소와 물과 열을 발산하는 반면 혐기성 미생물은 유기물을 분해하여 유기산, 호르몬, 비타민 또는 효소 등과 같이 중간물질을 만드는데 이 중간물질이 우리 인간과 식물에게 아주 유용할 때가 많이 있다. 식물에 필요한 영양물질 중에는 혐기성 미생물의 산물이 많이 있다.  

 

나. V-A 근균

 식물 뿌리에 침투하는 미생물은 병원균으로 인식을 하는 경우가 많은데 식물의 뿌리에 침투하여 식물 뿌리와 공생 관계를 맺고 있는 경우도 있다. 바로 균근균(菌根菌 : Mycorrhizal fungi)이라고 하는데 균근은 일반적으로 두 가지로 분류하는데 뿌리 표면을 감싸며 번식하는 균류를 외생균근(外生菌根 : Ectomycorrhiza)이라 하고 뿌리 세포와 세포 사이에 이어진 틈을 뚫고 균사를 뻗어 식물 조직에 침투해 있는 것을 내생균근(內生菌根 : Endomycorrhiza)이라 한다. 균근은 말 그대로 뿌리를 대신 해주는 가근(假根 : Rhizoid)과 같은 역할로서 식물 뿌리보다 더 길게 뻗어 식물에 필요한 양분을 흡수 제공해 주어 식물과 공생의 관계를 맺고 있다. 반면에 균근은 식물 뿌리로부터 분비되는 당, 아미노산, 유기산, 탄수화물과 같은 물질을 받아서 영양원으로 삼는다. 식물중에는 외생균근을 가지고 있는 것들이 상당히 많으며 난초나 과수, 감귤나무에는 내생균근을 가지고 있다. 일반적으로 토양 속에 질소와 인과 같은 성분이 부족할 경우 균근의 형성이 왕성한데 이는 균근이 뿌리 대신 흡수할 영양분을 찾아 사방으로 뻗어나가는 것 때문이며 질소 성분이 충분히 존재할 때는 굳이 균근이 뻗질 않아도 뿌리에서 쉽게 영양분을 공급 받을 수 있으므로 균근의 형성이 활발하지 않는 것을 볼 수 있다. 또한 뿌리를 외생균이 덮어줌으로써 병원균의 침입을 어느 정도 막아주는 방패막이 역할도 하고 외생균이 생산하는 휘발성 유기산이 어느 정도 살균 효과를 나타낸다고 하는 것은 이미 여러 연구 결과를 통해서 널리 알려져 있다. 이렇게 이로운 외생균근도 식물 뿌리에서 단당류를 많이 분비하는 식물에 집중적으로 번식을 하는데 대나무와 잔디와 같은 식물이 그 예이다. 소나무 밑둥 근처에는 송이버섯이 자란다. 그래서 송이버섯을 채취하기 위해서는 소나무의 밑둥을 잘 관찰하여야 하는데 낙엽과 고운 흙을 헤치며 버섯의 뿌리처럼 얽혀 있는 균사를 끝까지 추적을 해보면 소나무의 뿌리와 연결되어 있는 것을 발견할 수 있는데 이는 송이버섯이 소나무의 외생균으로서 소나무와 공생 관계에 있다는 것을 보여주는 것이다. 난(蘭)은 동양란과 서양란이 있는데 향기나 꽃이 아름다워 많은 재배 애호가들이 있는데 그 재배가 여간 까다로운 것이 아니다. 난의 종자(씨앗)는 상당히 작은데 일반 씨앗들과는 달리 배유(胚乳;씨젖)가 없어 스스로 발아하지 못하는 식물인데 이 난의 씨앗이 초기 영양분 없이 발아를 할 수 있는 것은 바로 난의 씨앗에 공생하고 있는 뿌리균 때문이다. 비록 배유는 없지만 난의 씨앗이 흙에 떨어지면 씨앗에 묻어있던 외생 균근이 토양속으로 균사를 뻗어 흙속에 있는 섬유소나 리그닌과 같은 고분자 물질을 포도당과 같은 단당류를 공급하여 난의 씨앗이 흡수하기 용이한 물질로서 공급을 해주는 것이다. 이로써 배유없는 난의 씨앗이 뿌리를 뻗어 성장을 할 수가 있는 것이다.  

 

다. 뿌리혹 박테리아

 식물과 공생하는 미생물중에는 뿌리에 혹을 형성하여 공기 중의 질소를 식물에 공급하여 주는 질소고정세균이 있다. 우리가 숨쉬고 있는 공기 중에는 질소 성분이 78%나 포함되어 있는데 여기에서 말하는 질소는 원소상태인 N2의 형태로 식물이 흡수할 수 있는 형태인 암모니아(NH4+)와는 완전 다른 형태로 식물에게는 그림의 떡과 같은 형태인데 대기 중의 질소를 식물이 이용할 수 있도록 해주는 자연의 작용이 천둥과 번개이다. 천둥과 번개에 의해 30,000℃ 이상의 초고온이 발생할 때면 대기 중의 질소가 식물이 흡수할 수 있는 유용한 질소 비료가 되어 하늘에서 떨어지는 것이다. 그래서 천둥 번개를 동반한 소나기가 지나가면 작물의 성장이 왕성해지는 것은 바로 이러한 맥락으로 이해할 수 있다. 자연 발생적인 방법 외에 미생물에 의해서도 대기 중의 질소를 식물이 흡수할 수 있는 형태인 질산으로 고정(固定 : Fixation)해 주는 역할을 하는 것이 있는데 바로 질소고정세균으로 주로 콩과 식물의 뿌리에 많이 서식하고 있다.  

 

라. 식물에 대한 미생물의 간접적인 작용

 이렇게 식물과 미생물이 직접적인 관계를 맺으며 공생하는 경우도 빈번하나 미생물의 효소 분비 작용에 의하여 간접적으로 공생 관계를 맺고 있는 것이 훨씬 많을 것이다. 토양 생태계 내부에서는 한 시도 쉬지 않고 끊임없이 물질변화가 진행되고 있는데 그러한 생화학적 변화의 매 단계 단계 마다 다양한 효소가 매개를 하고 있다. 예를 들면 토양에 투입된 볏짚이나 톱밥은 구성성분이 섬유소와 헤미셀룰로오스 그리고 리그닌으로 구성되어 있는데 이중에 분해가 가장 용이한 것이 섬유소로서 누룩곰팡이와 같은 진균류가 분비하는 섬유소 분해효소인 셀룰라아제에 의하여 포도당으로 분해되고 포도당을 또 다른 미생물이 분해하여 구연산과 같은 유기산을 생성하게 된다. 헤미셀룰로오스는 방선균과 같은 미생물이 분해를 하는데 셀룰로오스의 분해시간보다는 더 많은 시간을 요한다. 마지막으로 남는 물질이 난분해성 물질인 리그닌인데 이러한 리그닌 또한 여러 미생물의 대사 산물과 반응을 하여 새로운 토양 유기물 곧 부식(腐植 : Humus)이라는 물질을 만들게 된다. 이렇게 복잡한 반응들을 매개하는 온갖 종류의 효소가 토양 미생물에 의하여 분비되어 흙 속으로 분비된다.

 

6. 호기성/혐기성 미생물

 

가. 이산화 탄소를 만들어 지구온난화에 기여하는 호기성 미생물

 이전에 농민으로부터 전화가 왔는데 밭에 뿌렸을 때 하얗게 곰팡이가 피는 종균제를 구입을 하고 싶은데 어디에서 구입을 해야 하는지에 대하여 문의를 받았다. 농민들은 종균제를 뿌려서 밭에 곰팡이가 핀 줄을 믿고 있었던 것인데 사실은 그 농민이 사용한 종균제라고 하는 그 제품에는 그 밭에 핀 하얀 곰팡이가 들어 있다기 보다는 하얀 곰팡이가 필 수 있도록 하는 물질이 들어있다고 보는 것이 보다 더 정확한 표현일 것이다. 만약에 농민들이 밭 토양 표면에 하얀 곰팡이가 발생하길 원한다면 흑설탕에 쌀겨를 조금만 버무려서 밭에 뿌리면 몇 일 후에 밭에 곰팡이가 피는 것을 관찰할 수 있다. 이렇듯 대부분의 곰팡이는 지표면에 잘 피는 것을 볼 수 있는데 곰팡이는 반드시 공기가 있어야만 성장을 할 수 있는 호기성 미생물이기 때문이다. 그런데 이러한 호기성 미생물에 의해서 이산화탄소가 만들어지고 이 이산화탄소가 지구온난화에 기여를 한다면 믿을 사람이 얼마나 될까?  

 요즘 미생물에 대한 이야기를 쓰면서 새롭게 느끼는 것이 우리 생활이나 지구 환경 전반에 걸쳐 미생물의 영향이 안 미치는 곳이 거의 없구나 하는 생각을 하게 된다. 지구의 온도가 올라가면서 극지방의 빙산이 녹고 불어난 물 때문에 해일이 발생하는 등 온난화가 문제가 심각하게 대두되는데 이 지구 온난화에 기여하는 물질중의 하나가 대기 중에 있는 이산화탄소이다. 대기는 79%의 질소, 21%의 산소 그리고 0.03%정도의 이산화탄소로 구성되어 있는데 이렇게 소량의 이산화탄소가 지구의 온실효과를 유발하는 것이다.

 태양으로부터 나온 에너지가 지구 표면(땅)에 닿으면 그 에너지가 흙에 모두 흡수되는 것이 아니라 일부가 다시 반사가 되어 방출이 되는데 이러한 에너지를 복사에너지라고 한다. 이 복사에너지를 흡수하는 능력이 이산화탄소는 다른 기체에 비해 훨씬 뛰어난데 공기중의  이산화탄소가 복사열을 흡수하여 지표면의 온도가 상승하여 온실효과가 나타나고 이러한 이산화탄소의 농도가 높아질수록 지구의 지표면이 더욱 따끈따끈해 지는 것이다. 그러면 이러한 문제가 되는 이산화탄소를 누가 만드는 것일까?

 정답은 바로 우리가 알고 있는 호기성 미생물 대부분이 이산화탄소를 생성한다고 할 수 있다. 지구의 모든 생물체는 생존하기 위해서 어떤 방식으로든 에너지를 만들어야 하는데 동물은 외부에서 먹이를 섭취해서 생활해 나가는 생물이므로 종속영양생물이라고 하고, 식물은 광합성이라고 하는 작용을 통해 스스로 만들어 나가기 때문에 독립영양생물이라고 한다. 인간을 비롯해서 식물이나 미생물에 이르기까지 생존에 필요한 에너지를 얻기 위해서 호흡이라고 하는 작용을 하는데 호흡은 포도당이라는 물질을 천천히 태워가면서 모든 생물체의 에너지가 되는 ATP라는 물질로 만들어 가는 과정인데, 이때 효율적인 호흡을 하기 위해서는 최종적으로 산소가 필요하다는 것이다. 즉, 세포내에서 포도당을 태워 에너지를 얻기 위해서 산소가 필요한 것이며 태우고 난 후에는 이산화탄소와 같은 찌꺼기가 남아 외부로 배출이 되는 것이다. 이것이 우리 사람이 숨을 쉴 때 산소를 마시고 이산화탄소를 배출해 내는 원리인데 호기성 미생물도 세포내에서 같은 원리로 포도당을 산소와 함께 태워서 에너지를 얻고 부산물로 이산화탄소를 배출한다. 이와 같이 포도당을 태우는데 산소가 필요한 미생물을 호기성 미생물이라고 하는 것이다.  

 우리가 잘 알고 있는 호기성 미생물이 바로 대부분의 곰팡이와 Bacillus속에 속하는 미생물들인데 이러한 미생물들은 산소가 있어야만 성장하는 것으로 산소를 소비하고 이산화탄소를 배출한다.

 

나. 혐기성 미생물의 실체

 그러면 혐기성 미생물은 산소없이 어떻게 생존을 할 수 있는 것일까? 만약에 인간이나 동물 그리고 식물에게 산소를 공급해 주지 않으면 에너지를 얻지 못해서 죽게 되는데 대장균이나 효모와 같은 미생물들은 산소가 없을때는 호흡과정을 멈추고 산소가 없어도 가동될 수 있는 발효라는 과정으로 시스템이 전환된다. 발효는 포도당을 태우기는 하지만 호흡을 할 때처럼 완전하게 태워서 이산화탄소를 만들지는 못한다. 산소가 없다고 하더라고 미생물은 죽을 수는 없기 때문에 포도당을 대충 태워서 중간 물질을 만드는데 이 중간물질이 알코올과 다양한 유기산등이다. 물론 혐기과정중에서 항상 이로운 물질만 만드는 것은 아니고 암모니아, 황화수소와 같이 불쾌한 냄새를 유발하는 물질이나 우리 인간에게 해로운 물질도 만들어 내기도 한다. 그리고 혐기발효에서 얻어지는 에너지인 ATP도 호흡에서 얻어지는 것에 비해 1/20정도 밖에 얻질 못한다. 이렇게 효율은 낮지만 혐기발효가 발생이 되는 것은 미생물입장에서 볼 때에 그래도 산소가 없어서 죽는것 보다는 훨씬 낫기 때문이다. 혐기성 미생물은 좀 냄새나고 지저분하고 이유 없이 가까이하고 싶지 않은 병원균이라는 인식을 하고 있는데 어쩌면 우리 인간과 자연은 혐기성 미생물의 도움을 받아서 생활하고 있다고 해도 과언이 아니다. 항생제와 같은 의약품과 식품에 첨가하는 물질, 그리고 술, 빵, 된장, 요구르트, 치즈, 김치등이 모두 혐기성 미생물의 작품인 것이다. 게다가 토양속에서는 혐기성 미생물이 분비하는 젖산, 초산등과 같은 유기산에 의하여 식물의 뿌리 발근이 촉진되어 지는 것이다.

 

다. 유산균과 광합성 세균  

 농업에 이용할 수 있는 대표적인 혐기성 미생물로 바로 유산균과 광합성세균을 예로 들 수있다. 유산균은 김치를 발효할 때 활동하는 세균으로 널리 알려져 있는데 우리 조상들은 배추를 소금에 절여 보관하는 과정을 통해 김치가 만들어지는 과정을 발견했는데 소금기가 많은 배추를 발효시킬 수 있는 미생물이 바로 유산균인 것이다. 요즘 토양이 딱딱하게 굳어지고 산소공급이 원활하게 이루어지지 않으며 염류 집적에 의해 여러 문제가 발생이 되는데 이러한 토양에 접목할 수 있는 미생물이 바로 유산균인 것이다. 유산균은 산소가 없고 염류가 있어도 활동을 하며 토양속에 불용화 된 인 성분을 가용성 인으로 전환 시켜줄 수 있는 몇 안되는 미생물중의 하나이기 때문이다. 그러나 시중에서 구입할 수 있는 농업용 유산균 제품을 구하기는 쉽지 않다. 왜냐하면 유산균은 포자를 형성할 수 있는 능력이 없기 때문에 실험실에서 아무리 훌륭한 유산균을 높은 밀도도 배양하였다고 하더라도 그 미생물을 빠른 시일 안에 사용하지 않으면 모두 사멸하여 버리기 때문이다. 그래서 유산균과 같은 미생물은 농가에서 직접 배양해서 사용하지 않으면 안 된다. 배양하는 방법은 우유에 쌀뜨물과 시중에 판매되는 유산균 음료중에 “살아있는 유산균 음료”라고 기재되어있는 제품을 구입해서 우유의 양에 1/100되는 양을 투입해서 뚜껑을 밀봉하고 30℃ 전후가 되도록 3-5일 보관하면 유산균이 배양이 된다. 이때 위에 뜨는 얇은 기름층(치즈)은 제거를 하고 사용을 하는 것이 좋다. 유산균은 살아있는 유산균 자체의 효과보다는 유산균이 분비하는 다양한 대사산물에 의한 효과가 더욱 이로운 것이다. 이렇게 배양된 유산균과 재료가 되었던 우유를 토양속으로 관수를 해주면 유산균이 분비한 다양한 대사산물과 살아있는 유산균이 토양에 공급이 되고 또한 재료로 사용했던 우유가 같이 공급됨으로 인하여 토양속에 적은 밀도로 존재하고 있던 유산균들의 먹이가 되어 토착유산균의 활성화에 도움을 주게 된다. 요즘 어린아이들이 섭취하는 음료수와 식물 영양제에 올리고당(Oligosaccharide)이라는 물질이 첨가되어 있는 것을 보게 되는데 여기에 사용된 올리고당의 역할은 비피더스균(Bifidobacteria)이라는 유산균을 활성화시키는 것이다. 또한 유산균이 아무리 농업에 이로운 미생물이라 하더라도 토양내에서 지속적으로 계속 우점화하지는 못 하는데 이유는 유산균의 밀도가 높아지면서 자신이 분비한 분비물에 의해서 결국에는 자기 자신이 해를 잆어 사멸화하기 때문이다. 그 후에는 효모와 같은 미생물이 바통을 이어받아 토양내 또 다른 미생물의 군집을 형성하게 되는데 이렇게 토양 내 미생물상은 수없이 많은 변화를 통하여 다양한 미생물들이 견제와 협조를 이루며 공존해 나아가고 있는 것이다.  

 

7. 미생물에 의한 퇴비 제조 원리

 

가. 미생물에 의한 퇴비화 과정 이해

 퇴비란 짚이나 농가 부산물등을 쌓아 놓고 뒤집어 가면서 자연상태에서 미생물의 작용에 따라 분해시킨 유기질 비료를 일컫는다. 볏짚, 낙엽, 소똥 그리고 다양한 농가 부산물을 이용하여 퇴비를 제조하거나 쌀겨를 이용하여 고체배양을 할 때 50%의 물과 함께 혼합하여 더미를 만들어 놓으면 2-3일 후에 더미 속의 온도가 올라가 40℃(사람이 온천탕에서 뜨겁다고 느끼는 물의 온도가 41℃ 정도임) 이상이 되는데 이때 더미속의 온도가 최대 50℃ 이상이 되지 않도록 하는 것이 좋다. 왜냐하면 쌀겨나 공기나 흙속에 자연적으로 존재하던 미생물들에 의하여 퇴비 발효가 이루어지는데 미생물들이 쌀겨와 같은 유기물질을 분해 발효하면 발효열이라는 열이 발생된다. 이는 사람이 밥을 먹을 때 몸에서 열이 나는 것과 같은 것으로서 미생물들이 발생하는 열에 의하여 더미속의 온도가 상승하여 뒤집지 않고 그대로 놓아두면 그 온도가 70℃ 까지 올라간다. 이렇게 퇴비 발효 초기에 역할을 하는 미생물은 성장하는데 공기가 필요한 바실러스균, 곰팡이들이 활동을 하며 퇴비더미 중에서도 비교적 분해하기가 쉬운 단백질, 전분과 같은 물질을 분해하여 유기산들을 분비하기 때문에 더미속의 pH가 약산성으로 변하게 된다. 또한 초기에 재료로 사용되어지는 유기물의 종류도 이왕이면 탄소함량과 질소함량비(탄질율 : C/N ratio : C/N비)를 15-25 되도록 적당히 맞추어 주는 것도 중요하다(맞추는 방법은 다음 시간에 자세하게 설명할 것임). 퇴비화에 사용되는 전체 유기물 재료중에 탄소함량이 많으면 바실러스등과 같은 세균에 의하여 유기산이 많이 생성되어 pH가 급격히 산성으로 되고, 반대로 질소함량이 재료에 많게 되면 암모니아와 같은 악취가 발생될 가능성이 높은 것이다. 하여튼 초기 퇴비화 과정은 바실러스와 같은 호기성 미생물들에 의해 온도가 고온으로 올라가고 유기산이 생성되어 pH도 산성쪽으로 가깝게 되는데 그 속에서 발효를 주도하던 미생물들은 자기가 발생시킨 고온에 의하여 자기가 죽게 된다. 즉 호기성 세균이나 곰팡이가 더미속의 산소와 단백질, 전분과 같은 먹이를 먹어치우면서 퇴비 발효를 진행하다가 자기가 낸 열에 의하여 결국은 자기가 죽게 되는 것이다. 이렇게 퇴비 발효의 주역이던 미생물들이 죽게 되면 더미속의 호기성 미생물이 주도적으로 발효를 하던 것이 중지됨에 따라 더미속의 온도는 더 이상 올라가지 않고 서서히 떨어지게 된다. 이렇게 온도가 떨어져 30℃까지 이르면 그 속에는 공기는 없고 분해하기 쉬운 물질들은 고갈되어 있는 상태가 되는데 이러한 조건은 혐기성 미생물들이 작용을 할 수 있는 환경이 되어 혐기적 발효가 진행이 된다. 그러면 혐기성 미생물은 도대체 어디에 있다가 온도가 70℃가 되는 때까지 죽지도 않고 있다가 갑자기 나타난 것일까?

 

나. 퇴비화 과정중 혐기성 미생물의 작용

 혐기성 미생물중에도 포자(외부환경에 저항할 수 있는 보호막을 두른 형태)를 형성하는 균이 있는데 초기 더미속에는 산소가 있는 호기성 조건이기 때문에 혐기성 미생물이 활동할지는 못하고 그저 포자만 형성한 상태로 존재만 하고 있다가 드디어 공기가 없고 유기물도 적당히 있고 또한 온도조건도 적정수준이 되니까 포자를 깨고 나와서 혐기 발효를 진행하게 되는 것이다. 혐기성 미생물도 호기성 미생물과 마찬가지로 유기물질을 분해할 때 발효열을 발생시키는데 이렇게 혐기성 미생물에 의하여 더미속의 유기물이 분해가 되기 시작하여 더미속의 온도가 다시 상승하게 된다. 그러나 이때는 혐기발효가 진행되기 때문에 호기적으로 발효할 때보다 암모니아나 메탄가스와 같은 악취가 발생할 수 있다. 이렇게 혐기성 미생물이 새로운 발효 주역이 되어 더미속의 온도를 70℃까지 올리게 되며 분해되는 물질은 단백질이나 전분보다는 분해가 잘 안되는 섬유소와 같은 물질이 분해가 된다. 그러다가 혐기성 미생물도 자기가 발생시킨 온도와 먹이의 고갈로 인하여 활동이 위축되는 상황이 재현된다. 그렇게 다시 더미속의 온도가 떨어지는 과정을 반복하게 되며 나중에는 더미속에 분해가 잘 안되는 난분해성 물질인 리그닌과 같은 물질만 남게 된다. 난분해성 물질중의 하나인 리그닌은 방선균과 같은 미생물이 분해할 수 있으므로 마지막에 활동을 하는 미생물은 바로 방선균이며 퇴비 발효가 완료된 내용물의 더미속이 하얀 점과 같은 곰팡이가 조밀하게 피어있는 것을 관찰할 수 있는데 이것이 바로 방선균이며 퇴비의 냄새를 맡아보면 우리가 익숙하게 맡아오던 흙냄새를 감지할 수 있는데 이는 바로 방선균이 분비하는 냄새인 것이다.

 

다. 퇴비속에서 부식의 생성

 이렇게 유기물의 퇴비화가 진행될 때에는 몇 종의 특정 미생물이 작용하는 것이 아니고 아주 다양한 미생물들이 합작을 하여 만들어 낸 위대한 작품으로서 토양속에서 쉽게 분해되기 어려운 나무껍질이나 톱밥, 볏짚 등이 다양한 미생물들의 단계적인 분해에 의하여 작은 물질로 분해되며 이렇게 분해된 아주 작은 물질들은 다시 엉겨 붙어 새로운 물질을 만들어 내는데 이러한 물질을 부식(腐植 : Humus)이라고 한다. 이러한 부식물질은 흙속에서 대체로 전체 무게의 10% 미만 정도가 들어있다.

 

라. 토양내 부식의 역할과 양이온치환용량

 일반적으로 토양속에는 작물의 성장에 필요한 다양한 영양물질인 무기염류인 미네랄이 풍부한데 이러한 미네랄들은 토양속의 아주 작은 입자인 토양 교질물과 부식에 붙어있는데 이렇게 토양내 입자들에 무기염류가 붙어있는 정도를 나타내는 것이 양이온치환용량(兩이온 置換容量 : Cation Exchange Capability : 약자로 CEC)이다. 농가의 토양을 분석할 때 빼놓을 수 없는 분석 항목으로서 토양의 비옥도를 나타내는 척도가 되는데 양이온치환용량이 크면 클수록 토양내에는 작물에 필요한 양분을 많이 보유하고 있는 것으로 보는 것이다.

 

마. 토양개량제의 제조 원리

 이렇게 퇴비를 제조할 때 유기물질을 쌓아놓고 물만 50%가량 보충해주고 가만히 놓아두면 위에서 설명한 것과 같은 단계적인 미생물 반응이 발생되어 양질의 퇴비가 만들어 지는데 그 소요되는 시간이 너무 많이 걸리는 것이 현실에 맞지 않다. 그래서 요즘에는 토양내 미생물상을 다양화시키고 유기물과 미생물 대사 산물을 공급하기 위하여 쌀겨를 이용한 미생물 발효를 하여 그 발효 산물을 토양에 살포하는 것인데 쌀겨를 이용한 발효에는 더미속의 온도가 50℃이상이 되지 않도록 유지하는 것이 중요하다. 이유는 더미속의 온도가 50℃ 이상 증가하면 호기성 미생물들이 사멸하게 되는데 이것을 방지하기 위하여 더미속의 온도가 50℃가 되었을 즈음에 더미를 파헤쳐서 더미속의 온도를 식혀야 한다. 더미속을 파헤쳐 놓으면 수증기가 발생이 되는데 이렇게 반나절 가량을 놓아두면 더 이상 수증기 발생이 되지 않는다. 그러면 다시 흩어졌던 쌀겨 배양물을 더미로 쌓아놓는데 이렇게 한번 발효가 시작되어 온도가 올라가면 그 다음부터는 12-24시간내에 더미속의 온도가 50℃이상 빠르게 상승하는 것을 관찰할 수 있다. 이렇게 다시 더미속의 온도가 50℃가 올라가면 다시 삽으로 파헤쳐 놓고 식으면 다시 더미를 만들고 하는 과정을 반복하다 보면 더미속의 온도가 더 이상 올라가지 않는 때가 오는데 그때가 쌀겨의 고체 배양이 완료된 시점으로 보아 그 발효산물을 토양에 살포하여 토양개량제내지 종균제로 사용하면 농가에 많은 도움이 된다. 이렇게 쌀겨와 같은 고체 유기물을 발효할 때 뒤집기는 상당히 중요한 과정으로 만약에 뒤집기가 이루어지지 않으면 쌀겨 더미속에는 혐기발효가 진행이 되어 악취가 발생할 것이기 때문이다. 쌀겨를 고체배양하여 완료가 되면 쌀겨가 많은 덩어리로 뭉쳐져 있는 것이 발견되는데 그 덩어리의 내부는 유익한 곰팡이의 덩어리이며 구수한 빵냄새와 향긋한 술냄새가 함께 나는 것을 알 수 있다. 쌀겨를 이용한 고체 발효물은 효모와 바실러스, 유산균, 누룩균과 같은 농가의 유익한 미생물들이 살아있는 덩어리이기 때문에 토양에 살포하면 토양의 염류장해와  염류집적 문제를 간접적으로 나마 해결할 수 있는 방법이 된다.  

 

8. 미생물에 의한 발효퇴비와 유기질 비료의 이해

 

가. 유기질 비료와 퇴비

 매섭던 추위도 이젠 지나가고 어느덧 봄의 기운이 일어나 절기로는 입춘과 우수를 지나 땅속의 나무 뿌리가 활동을 하기 시작한다는 때이다. 뿌리가 활동을 하기 때문인지 벌써 고로쇠 수액이 나와서 시판되고 있는 것을 보면 땅속은 벌써 봄이 시작되었구나 하는 것을 실감할 수 있다. 그러기에 요즘은 농사에 기본이 되는 유기질 비료를 준비하기 위해 농촌은 분주한 때이기도 하다. 얼마 전 강의 중에 유기질비료(대표적으로 유박비료)와 퇴비에 대한 질문을 받고 설명한 적이 있는데 오늘은 비료를 사용하는 실제 농민들이 유기질비료와 퇴비에 대한 정확한 개념을 정립할 수 있도록 설명하고자 한다. 물론 여기에도 미생물이 이 두가지 비료를 구분하는데 결정적인 역할을 하고 있는 것을 알려주기 위함이다. 우리나라 비료관리법에는 모든 비료를 보통비료와 부산물비료로 구분하고 있는데 그 구분은 다음과 같다

보통비료

부산물비료

1. 무기질 질소 비료(유안 외 14종)

2. 무기질 인산 비료(과석 외 4종)

3. 무기질 가리비료(황산가리 외 3종)

4. 복합비료(12종)

5. 유기질비료(어박, 유박 외 11종)

6. 석회질비료(소석회 외 6종)

7. 규산질비료(5종)

8. 고토비료(4종)

9. 미량요소비료(붕산비료외 3종)

10. 규인비료(1종)

11. 규인가리비료(1종)

12. 기타비료(제올라이트 외 5종)

1. 그린1급퇴비

2. 퇴비

3. 부숙겨

4. 재

5. 분뇨잔사

6. 부엽토

7. 아미노산 발효부산비료(액)

8. 부산동물질비료(액)

9. 가축분뇨발효비료(액)

10. 건계분

11. 건조축산폐기물

12. 부숙왕겨 및 톱밥

13. 토양미생물제제 및 토양활성제제 비료

비료관리법상 대표적 유기질 비료인 유박과 부산물 비료의 퇴비는 확실하게 구분되어져 있지만 실제적으로 주성분이 모두 유기질이라는 공통점이 있고 농민들은 유박비료는 비싸고 퇴비는 싼 것이라는 인식을 가지고 있다. 유기물의 정의를 보면 “생명체를 이루며, 생명체 안에서 생명력에 의하여 만들어 지는 물질 또는, 생물체를 구성하고 있는 물질 중에서 기본적으로 탄소를 포함해 수소, 산소, 질소 성분으로 구성되어 있고 태울 때 연기가 나고 재가 남는 물질”을 유기물이라고 한다. 그러므로 유박과 퇴비는 둘 다 성분상으로 볼 때 유기물이지만 그 차이점은 미생물에 의한 발효 여부에 따라 분류되어 진다.

 유박은 미생물에 의한 발효공정이 없이 원료 자체를 포장한 것으로 다양한 유박들은  질소와 인, 칼륨 등의 비료 성분이 정확하게 정해져 있으므로 비료성분을 표기할 수 있다. 그러나 퇴비의 경우는 농가부산물과 산업용 유기 부산물 등 여러 가지 재료를 혼합하여 세균, 곰팡이의 발효 미생물에 의한 발효과정을 반드시 거쳐야 하므로 사실상 제품의 비료성분 함량 표기가 어렵기 때문에 수분함량과 유해 성분 함량 및 유기물 대비 질소의 비율 정도만 표시하도록 공정 규격에 정해져 있다. 이러한 차이 때문에 유박비료는 냄새가 적고 수분함량도 15% 내외로 포장이나 운반, 보관이 용이한 반면, 퇴비는 미생물에 의한 발효가 진행된 것을 포장한 것으로 수분함량이 30% 내외로 포장하였더라도 온도와 주변 환경 조건이 적당하면 포장지내에서 후 발효가 진행되어 냄새와 가스가 발생할 가능성이 많기에 제품에 구멍을 뚫어놓아 제품이 팽창하는 것을 방지하고 있다. 유박비료는 퇴비에 비해 비료성분이 높고 속효성인 장점이 있어 작물생장에 도움을 주는 반면 토양에 비료로 투입되었을 때 토양 속에서 토양 미생물에 의하여 발효가 진행되어야 하므로 정식하기 약 20일전 미리 뿌려주어야 하지만 퇴비는 축산 부산물과 톱밥 등이 이미 미생물에 의하여 발효가 완료된 것이므로 토양에 투입되어 가스장해나 열장해로부터 자유로우며, 다양한 미생물과 발효과정에서 분비된 이로운 물질들(대부분 유기산과 부식)을 함유하고 있어 식물 생장에 도움을 준다. 또한 퇴비 내에는 비료성분 보다는 부식과 같은 물질이 있어 토양의 비옥도를 높이는 양이온 치환 용량에 도움을 주고 땅심을 높여주어 토양 활력을 회복하는 근본적인 역할과 축산 부산물 등을 재활용하는 측면에서 친환경적인 효과가 아주 높다. 그러나 일부 불량업체의 미숙퇴비의 경우 토양 속에서 후 발효로 인하여 가스와 열에 의한 피해와 각종 선충 및 뿌리혹 파리 등 병해충의 발생을 일으키는 문제가 발생되므로 이는 퇴비 공급 업계에서 해결해야 할 과제이다. 국내 유기질 비료로 사용되는 원료는 주로 식품 및 섬유공장의 부산물로서 거의 대부분을 외국으로부터 수입을 하고 있는데 수입시에는 반드시 검역과정을 거치지만 외래 병해충이 유입될 가능성 또한 배제할 수 없다. 그러나 양질의 퇴비는 사용되는 원료가 거의 대부분 국내산 부산물로서 70-80℃ 이상의 고온에서 발효과정을 거치므로 병해충이 사멸된다.

 땅심을 살리고 질 좋은 농산물을 생산하려면 잘 발효시킨 퇴비가 필수적이고 품질 좋은 퇴비를 생산하기 위하여는 양질의 원료에다가 발효기간도 3개월 이상이 되어야 하므로 땅심을 높이는데 있어서는 그 영향이 유박비료에 비해 훨씬 좋은 자재인데 농업시장에서 저가의 제품으로 인식이 되는 것은 퇴비의 품질 안정성이 떨어지는 것으로 생각된다. 현재 국내에 너무 많은 퇴비 제조 공장이 난립되어 제품 공급 경쟁이 치열해서 정말로 중요한 발효는 정상적으로 시키지 않고 생산량에만 급급해서 퇴비의 초기 원료 상태인 미숙퇴비를 제품으로 공급하고 이로 인한 피해로 농민들에게 불신을 가져온 것이 아닌가 생각된다.

 

나. 퇴비내의 부식이 산성화 피해를 방지

 토양에는 질소(N), 인(P), 칼륨(K), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 철(Fe), 망간(Mn), 붕소(B), 아연(Zn), 암모니아(NH4) 등 양성(+, 플러스)의 성질을 띠는 성분들이 많이 있는데 이러한 성분들은 토양에 존재하고 있다가 식물의 성장에 이로운 역할을 하는 양분들이 되고 토양은 이러한 양이온들을 붙잡고 있다가 식물에 전달을 해준다. 그런데 토양에는 이렇게 이로운 물질들만이 있는 것이 아니고 식물 생장에 별 도움 안 되는 물질도 있는데 이 물질이 바로 수소(H)이다. 토양이 산성화가 되었다는 것은 토양 내에 수소이온(수소이온은 H+로 표기하며 양성의 성질을 띤다)이 많이 있다는 것인데, 보통 토양의 산성도를 알기 위하여 토양 pH를 측정하는데 이때 토양 pH의 기준이 되는 성분이 바로 수소이온인 것이다. 토양 내에 수소이온이 많으면 많을수록 산성이 되는 것이고 적을수록 알칼리인 것이다. 그러므로 토양의 pH가 산성이 되었다는 것은 토양내 수소이온이 많아진 것이다. 그러면 도대체 농업에 별 도움 안되는 수소이온은 왜 생기는 것이며, 어떤 역할을 하기에 해롭다고 하는 것일까? 일단 수소이온은 토양 입자에 이미 붙어있던 이로운 식물 양분인 마그네슘, 칼슘 등과 같은 양이온들을 억지로 떼어내는 역할을 한다. 왜냐하면 수소이온은 토양입자 내에 붙어있고자 하는 욕구가 다른 양이온에 비해 매우 강하므로 그동안 토양 입자에 힘없이 또는 아무 생각없이 붙어있던 물질들은 수소이온이 나타나면 자기가 붙어있던 자리를 수소이온에게 내주어야 하는 것이다. 그런데 우리가 알고 있는 식물 양분들은 수소이온보다는 토양입자에 붙어있는 힘이 약하기 때문에 수소이온이 많으면 많을수록 자기 자리를 내주고 토양 속으로 나와서 방황하다 지하수로 내려가거나 또는 토양내 다른 성분과 결합하여 불용성 양분이 되기도 한다. 그러면 토양 입자내에 자리가 아주 많아서 수소이온의 존재 여부에 관계없이 많은 양분들을 잡아주면 좋을 텐데 안타깝게도 토양입자에는 양이온이 붙을 수 있는 자리가 한정이 되어 있기 때문에 수소이온이 자리를 다 차지해 버리면 다른 이로운 양분은 자리를 못 잡게 되고 토양입자는 작물에 내어줄 수 있는 성분이 없기 때문에 아무런 도움이 되지 못하는 척박한 땅이 되어 버린다. 이렇게 작물생장이나 토양 지력 증강에 있어서 아무 쓸데가 없는 수소이온은 작물이 생장할 때 자연적으로 발생이 되기도 하지만 화학비료를 토양에 살포하면 이 화학비료가 작물이 흡수할 수 있는 형태로 변하는 과정에서 발생이 되기도 한다. 양질의 퇴비에 많이 존재하는 부식이라는 물질은 토양 속에서 토양 입자와 같은 역할을 하는데 토양입자보다는 토양 내 양이온을 받아들일 수 있는 자리(능력)를 토양보다 2-5배까지 많이 가지고 있다. 그러므로 부식이 많으면 많을수록 토양 산성화를 완충할 수 있게 되며 토양의 비옥도를 높이는데 도움이 된다. 토양의 구조도 떼알구조가 좋다고 하는 것도 토양의 양분이 유실이 잘 안되기 때문이며 이렇게 토양에 유익한 부식은 톱밥, 볏짚 등과 같은 유기물을 미생물이 퇴비발효 할 때 많이 만들어 진다.

 

9. 미생물과 물의 관계

 가뭄이 걱정되는 요즘에 밤새 가는 빗줄기가 창문을 두드리며 내렸다. 봄을 재촉하는 이 봄비가 딱딱하게 메마른 우리 대지를 촉촉이 적셔주길 바라고 이 빗소리를 들으며 잠에서 깬 농부들의 가슴에는 기분 좋은 설레임이 가득하길 기도한다. 이렇게 내린 반가운 봄비에 의해 땅속에 있는 보이지 않는 농사꾼인 미생물들도 겨울 긴 잠에서 깨어나 한 철 농사를 준비하게 될 것이다. 토양에 자연적으로 서식하는 엄청난 미생물들도 적당한 수분이 공급되어야 활동을 하게 되는데 미생물의 활동과 수분과의 관계는 뗄레야 뗄 수가 없는 밀접한 관계이다. 그래서 오늘은 미생물의 활동에 있어서 물(수분함량)이 어떠한 역할을 하는지에 대하여 이해를 해 보기로 하자.

 

가. 미생물의 이동

 먼저 미생물들(특히 세균들)은 움직일 수 있는 것이 있고 움직일 수 없는 것이 있는데 이동할 수 있는 미생물은 미생물의 몸체에 기다란 꼬리(편모)같은 것이 한 개 또는 서너개가 달려있어서 이 채찍이 오리발과 같은 역할을 하여 빠르게 움직여서 미생물이 이동을 하게 된다. 남성의 정액 속에 들어있는 정자의 모양을 상상해 보면 이해가 쉬운데 정자는 몸통의 20배가 넘는 매우 긴 꼬리를 한 개 가지고 있는 것을 볼 수 있는데 미생물도 꼭 그렇게 생겨서 이동을 한다. 물론 현미경으로 볼 때 이 꼬리는 워낙 빠르게 움직이기 때문에 잘 보이지 않는다. 이렇게 이동할 수 있는 미생물들은 이리저리 움직이며 먹이를 찾아가기도 하는데 물은 미생물이 헤엄을 칠 수 있는 기반이 되는 것이다. 만약에 물이 부족해 메마른 환경이라면 미생물은 이동을 할 수 없을 것이고 미생물의 활동이 위축되어 결국에는 사멸되는 것이다. 반면 이동할 수 없는 미생물은 어떻게 먹이를 찾아서 생존을 할 수 있을까?

 

나. 움직이지 못하는 미생물들의 생존 방법

 일반적으로 미생물들은 미생물 몸체 바깥으로 다양한 효소라고 하는 물질들을 배출하는데 초기에 배출되는 효소(주위 정보를 탐색하는 전령과 같은 역할)는 물을 타고 움직여 사방으로 퍼져나가 어느 곳에 먹이가 있는지를 알려주어 안테나와 같은 역할을 하고 어느 방향에 먹을거리가 풍부하다는 정보를 받은 미생물은 그 방향으로 집중해서 그 먹이를 녹일 수 있는 또 다른 효소를 분비해 낸다. 그러면 커다란 먹이(주로 전분, 탄수화물, 섬유소와 같은 고분자 유기물)를 녹일 수 있는 효소들이 몰려가서 커다란 먹이를 잘게 잘게 부수어 미생물이 흡수할 수 있는 형태로 분해하고 이렇게 작은 형태로 분해된 포도당이나 아미노산과 같은 영양물질은 물을 타고 미생물에 이동이 되어 미생물이 흡수하게 되는 것이다. 이렇게 하찮은 미생물조차도 매우 근검절약하는 성질을 가지고 있어서 아무 계획 없이 귀중한 효소를 분비하지 않고 체계적으로 자기가 확실히 수집한 정보에 의해서만 움직이는 아주 정교한 생명체이다. 여기에서 효소는 주위의 환경을 파악하는 전령과 같은 역할, 분해자의 역할 등 미생물의 눈과 귀의 역할을 하며 이러한 전령과 같은 효소들은 물을 매개로 움직이며 정보를 수집하는 것이다. 1-2마이크로미터(1㎛-마이크로미터는 1㎝-센티미터를 10,000등분한 눈금)밖에 안 되는 아주 미미한 세균들에게서 이러한 일들이 벌어지고 있다는 것이 경이로울 뿐이다.  

 

다. 수분함량에 의하여 조성되는 호기적 조건, 혐기적 조건

 물은 미생물의 활동에 필수적인 요소로 작용하는 것인데 이러한 물도 미생물의 활동에 적당한 양이 있다. 이것이 적정 수분 함량이라고 하는 것인데 물의 적고 많음에 따라 미생물의 활동도 영향을 받지만 활동하게 되는 미생물의 종류에도 영향을 끼치게 된다. 적당한 물(수분함량)은 미생물의 활동에 도움을 주지만 물이 부족하면 미생물들이 활동하는데 여간 불편한 것이 아니다. 바로 옆에 먹이가 있는데도 그 먹이가 자기와 함께 물로 연결되어 있지 않으면 먹을 재간이 없는 것이다. 그렇게 되면 자기와 한덩어리 물로 연결되어 있는 다른 먹이를 구하기 위해 효소들이 찾아 헤메야 하고 그렇게 구한 먹이를 녹이기 위해 효소를 먼 길로 보내야 하는데 이러한 일련의 효소를 분비하는 과정이 모두 에너지를 소비하는 과정이므로 미생물의 입장에서는 여간 비효율적이고 불편한 것이 아니고 그나마 있던 물이 증발되어 고립되면 결국에는 먹이를 구하지 못하여 미생물이 사멸되는 것이다. 이렇게 건조는 미생물을 죽이는 가장 간편한 방법으로 가정에서 이불을 베란다에 널어 햇볕에 말릴때 이불에 서식하고 있는 미생물들이 건조가 되어 모두 죽는 것이다. 그럼 물이 풍부하여 항상 물속에만 미생물이 존재한다면 미생물들이 좋아하게 되지 않을까 하는 궁금함이 생기는데 그러한 조건을 아주 좋아하는 미생물이 있고 아주 싫어하는 미생물들도 있다. 미생물이 생존하기 위해서는 산소의 공급도 아주 중요한데 미생물의 활동에 적당한 수분함량이라고 하는 것은 생존에 필요한 산소도 얻을 수 있으면서 미생물이나 효소가 이동하는데 불편함이 없는 수분함량으로서 대략 40-60% 정도이다. 이 정도의 수분함량만 유지된다면 미생물은 번식과 활동을 지속적으로 할 수 있는 것이다. 그러나 수분함량이 너무 많아지면 산소를 구하기 어려워지게 되고 그동안 호기적으로 자라던 미생물들은 사멸되고 혐기성 미생물들이 자라게 된다. 흔히 유기물을 발효시킬 때 너무 많은 양의 물을 혼합하면 발효도 잘 안될뿐더러 온도도 상당히 더디게 올라가고 발효가 되더라도 혐기성 미생물이 자라게 되어 암모니아 가스나 황화수소와 같은 악취가 발생하게 되는 것이 과량의 수분공급에 의하여 혐기조건이 조성된 것에 기인된 것이다. 물론 물 자체에도 용존 산소라고 하는 것이 있어서 미생물이 이용 가능하지만 이것은 아주 소량으로 존재하기 때문에 퇴비를 만드는 초기 단계에서 일부 호기성 미생물이 자라며 발효를 주관하지만 오래가지 않아 물 속에 용해되어 있는 용존산소가 모두 소비되면 호기성 미생물은 급격히 사멸하고 혐기성 미생물들이 그 자리를 대체하게 된다. 그러면 여기에서 유산균이나 광합성세균과 같은 우리가 잘 알고 있는 혐기성 미생물이 자라게 하면 이러한 문제는 발생이 되지 않고 오히려 바람직한 현상이 되지 않겠느냐고 반문을 할 수 있다. 우리가 일반적으로 퇴비를 만들 때 사용하는 재료는 볏짚, 쌀겨, 풀 등이 대부분인데 이러한 재료들은 주로 섬유소라고 하는 성분으로 구성이 되어있고 이 섬유소는 유산균이나 광합성 세균에 의하여 분해가 되지 않는다. 분해가 되지 않는다는 이야기는 유산균이나 광합성 세균이 분비하는 효소에 의하여 섬유소와 같은 거대 물질이 포도당과 같은 저분자 물질로 분해가 되지 않는다는 뜻이다. 유산균은 자라기 위해 우유와 같은 먹이가 있어야하고, 광합성 세균은 이름 그대로 광합성을 하기 위한 빛이 있어야 하는데 퇴비 더미속으로 빛이 들어갈 리가 없으므로 자랄 수가 없는 것이다. 그래서 퇴비더미속에 수분함량이 높으면 발효도 안 되고 한참 지나서 악취가 발생하는 혐기성 미생물이 자라나는 것이다.

 

라. 수분함량과 유기물 고체 발효 원리

 지난 이야기에서 쌀겨를 재료로 고체발효 할 때 쌀겨 100kg에 물을 50리터를 혼합하는 이유는 호기적 미생물 발효를 위하여 적당한 수분함량을 맞추기 위하여 물을 그 만큼 혼합한 것이고 온도가 40-45℃사이에서 뒤집어 주라고 한 이유는 미생물이 고온에 의하여 죽는 것을 방지하기 위한 것이다. 쌀겨를 이용하여 고체 발효를 하거나 퇴비를 제조할 때 더미속의 온도가 50℃이상 올라가는 것은 자연적으로 그렇게 되기 때문에 이상할 것이 없으나 그렇게 더미속의 고온이 형성되면 이제까지 발효를 주관해 오던 미생물들은 자기가 발생시킨 그 열에 의하여 자기가 죽는 현상이 발생되는 것이다. 그러면 발효가 주춤할 것이고 그 후에는 유기물의 분해가 더디 진행되어지고 혐기성 미생물이 자라나 악취가 발생되는 것이다. 그래서 유기물 발효 더미 속 온도가 40-45℃사이에서 뒤집기를 해주는 것은 더미속 열을 식히기 위한 것이고 뒤집을 때에는 수증기로 수분이 증발하기 때문에 초기에 맞추어 주었던 수분함량이 서서히 낮아지게 되는데, 이렇게 일련의 과정이 되풀이 되면서 지속적으로 수분이 증발하여 수분함량이 25%이하로 떨어지면 그때는 수분함량이 부족하여 호기성 미생물들의 활동이 급격히 저하되어 고체 발효가 정지되는 것이다. 고체발효가 정지되었다는 것은 미생물이 유기물을 모두 분해하여 정지된 것이 아니라 더 분해할 것이 있기는 하지만 수분함량이 떨어져 미생물이 활동하기에 적당하지 않은 환경조건이 조성되어 미생물의 활동이 정지된 것이며 여기에 다시 적당한 수분을 공급을 해주면 다시 온도가 올라가 미생물이 활동을 재개하는데 그렇게 하는 것은 시간이 너무 많이 소요되므로 한번만 고체 발효하여 농사에 이용하는 것이다. 이렇게 발효시킨 쌀겨더미에는 우리가 애초에 집어넣어주지는 않았지만 효모, 바실러스(고초균), 누룩균, 일부 유산균과 같은 이로운 미생물이 많이 서식하고 있으며 포도당, 유기산등과 같은 식물성장에 유익한 물질들도 많이 함유되어 있으므로 농사에 큰 도움을 줄 수 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

병해충의 생물학적 방제 배경 및 친환경 농업의 필요성

 

1. 현대 화학농법의 전개

 

 식물영양의 무기양분설(Mineral theory)을 주장하며 농화학의 새로운 장을 연 독일의 화학자 리비히(J. V. Liebig, 1803-1873)에 의해 1859년 미네랄 비료가 개발되어 농업에 적용하였으며 이렇게 시작된 화학비료에 의하여  농업의 생산성이 증대되고 농가의 일손 또한 획기적으로 덜어 농업인의 편의를 제공하여 왔다.

 

 19세기 후반에 들어와 프랑스에서 석회황합제, 보르도액, 미국에서 비산납, 시안화수소가스(청산가스), 송지합제, 석유유제 등이 발견되면서 화학제품으로서의 농약이 보편화되어 농업 해충 및 곰팡이병 방제에 일익을 담당하여왔다. 1938년 DDT가 합성되었는데 그 기능은 접촉, 소화중독을 겸비하고 잔효성이 크고 적용범위가 넓어 농약계에 일대 혁신을 가져왔다. 미국에서는 1950년대, 유럽에서는 1960년대에 오늘과 같은 화학비료, 제초제, 살충제, 살균제등의 화학물질의 사용이 보편화되어 본격적인 화학농업의 시대가 열리게 되었다.

 

2. 우리나라 농업 환경 변화 및 지력 상실 원인

 우리나라는 1956년에 충주비료, 1961년 나주비료 공장이 가동되면서 본격적인 화학비료 농업시대가 열리게 되었다.

 농산물의 고부가가치를 창출하기 위한 농업기술 개발에 힘입어 여름에나 먹을 수 있었던 과일들이 겨울철에도 시중 백화점에 유통되었는데 이러한 과일을 생산하기 위한 가온 시설 하우스의 보급과 첨단 영농 기계의 보급으로 말미암아 우리나라의 농업은 본격적으로 석유에너지에 의존하는 농업으로 발전하였다.

 1980년대 중반 특히 우리 가정 어머니들의 사회참여와 직장생활이 보편화되고 가정의 경제적 필요를 채우기 위한 노동시장 참여가 주부들의 집안 살림살이에 편리하고 간편함을 추구하게 되는 결과를 초래하게 되었다. 자연스럽게 가족의 먹거리를 손수 요리하기 보다는 일반 마트에서 손쉽게 구입할 수 있는 인스탄트 식품의 간편 조리로 전환되었고 이렇게 보편화된 도시 중심의 생활에서 사람들의 식생활 의식이 변하면서 가공식품, 편의식품, 외식업에 대한 수요가 폭발하면서 일어난 식품가공업의 발달은 현대농업의 진로를 새롭게 개척하게 되었다.

 화학농업, 기계농업에 적합하면서 가공을 위한 원료농산물의 대량생산을 가능케하는 작물과 동물의 선발 육성을 위한 생물공학이 발달하면서 현대농업은 보다 적극적으로 유전자 변형과 조작에 의한 새로운 종을 탄생시키고 더욱 더 많은 화학 비료와 농약, 제초제등의 사용을 불러왔다

 기계화되고, 화학화되고, 규모화되고, 전문화된 현대농업은 더욱 더 자연생태계와 단절 고립되어 가면서 한편으로는 “생물(식량)공장화”의 길을 걷고 있으며 이로 인하여 식량증산, 보기 좋은 농산물 생산을 위한 다양한 색소 및 향료, 호르몬, 방부제등의 사용이 보편화되고 각종 질병과 병해충 방제를 위한 화학약제들의 사용으로 자연과 식품 그리고 인간에게 독성 잔류로 인한 심각한 오염문제를 유발하게 되었다.

 즉석 조리 식품, 통조림 등의 수요가 높아지면서 농산물 가공 산업이 발전하고 농산물에 대한 가공도가 높아지면서 방부제등 더욱 더 많은 화학첨가제가 사용되었고 이에 발맞추어 식품 안정성 문제가 사회문제로 대두되었는데, 화학비료와 농약의 효과와 편리성을 누릴쯤에 도심 병원에서는 환자가 증가하기 시작하였는데 그 증세가 예전에는 보지 못하였던 기형아 출산, 유산, 유전적 변이, 아토피, 알레르기 등의 질병들이 만연해졌는데 그 원인으로 우리가 일상적으로 섭취하는 먹거리들이 안전하지 못하다는 점들을 소비자가 인식하게 되었다. 수많은 상점에서 진열되어 판매되는 농산물이나 식품들이 방부제, 색소, 향료, 항생제, 농약 그리고 화학비료 등으로 오염되었으며 그러한 것들이 우리 인체에 축적되어 이상 질병이 발생하게 되었다.

 이렇게 우리나라의 농업이 화학농법으로 발전하면서 우리나라 토양속에는 기존 서식하고 있는 미생물들의 세력 균형에 교란이 일어나기 시작하였다. 건강한 토양 즉, 지력이 살아있는 토양내에는 엄청난 밀도의 미생물이 서식하며 각자의 역할에 충실하며 생존하고 있다. 이러한 미생물들은 토양내에서 미생물들끼리의 견제 및 협조로 조화로운 균형을 이루고 있는데 농업에서의 이러한 미생물들의 가장 큰 역할은 토양속으로 들어온 유기질 비료들을 식물이 흡수할 수 있는 형태인 아미노산, 포도당, 비타민, 유기산등으로 변환시켜 식물의 성장에 큰 도움을 주고 있다. 또한 토양내에 불용화 되어있는 비료 성분들은 미생물이 분비한 유기산에 의하여 식물이 이용할 수 있는 형태로 전환되는등 그 역할은 무궁무진하다고 할 수 있다. 그런데 1960년대 화학농법의 활성화에 힘입어 토양내에 미생물의 역할이 필요한 유기질 퇴비가 살포되기 보다는 화학비료가 살포되어 직접 식물에 흡수가 되니까 토양내에서의 미생물의 역할이 축소되고 급기야는 그 밀도가 서서히 줄어나가게 되었다. 이렇게 줄어든 미생물중에는 토양내 병원성 곰팡이의 우점을 억제하고 있었던 미생물이나 토양 선충에 병원성 미생물로 작용하던 미생물이 포함되어 있었으니 이러한 유익한(인간의 관점에서) 미생물들이 사멸하면서 우리의 경작지에서는 역병, 탄저병, 시들음병, 선충, 토양응애, 바이러스 등의 온갖 병해충이 만연하기에 이르렀다.  

 그런데 아직까지도 토양의 지력회복에 대한 관심보다는 작물의 영양관리 및 병해충 관리에만 집중되어 있으니 토양내에 서식하는 미생물들은 그 개체수가 점점 줄어드는 상황에 이르렀다. 이렇게 토양 미생물의 밀도가 줄어들고 병은 점점 만연하고 작물의 면역력은 약해지다 보니 농경에 소요되는 자재등의 농업 비용은 점점 증가하게 되는 자연 파괴적인 농업현장이 되고 말았다. 이제는 토양의 지력 회복에 관심이 모아져야 하며 토양내 미생물들의 다양한 밀도 증진에 노력을 기울여 우리 선조들이 토양내에 지력을 충분히 북돋운 상태에서 파종을 하고 농사를 지었던 것처럼 지혜를 모으고 서로 힘을 합쳐 우리의 농업 경쟁력을 살려야 할 때이다.

 

3. 화학비료 특성

(화학비료를 시용하면 토양 pH가 낮아지고 토양 양분이 고갈됨)

 우리가 흔히 이야기하는 pH는 수소이온(H+)이라는 물질이 많으면 많을수록 산성에 가까워지고 적으면 알칼리라고 이야기 하는데 화학비료는 토양내에서 작물체에 흡수되는 과정에서 수소이온을 발생하게 된다. 물론 이때 발생한 수소이온을 토양속에 있는 아주 작은 토양입자가 흡수를 하게 되어 무해한 형태로 만들게 되나 수소이온이 너무 많아 토양 입자가 거의 수소이온으로 둘러쌓이게 되면 토양입자는 다른 역할을 감당하지 못하게 되어 궁극적으로 토양의 양분을 보유하지 못하는 척박한 토양으로 바뀌게 된다. 원래 토양입자들은 식물의 성장에 필요한 유익한 양분들을 많이 보유하고 있다가 식물체에 전달해 주는 역할을 하는데 유익한 양분들이 있어야 할 자리에 수소이온으로 가득차게 되니까 식물이 흡수할 것이 없는 비효가 낮은 토양이 되는데 이때 토양입자에 얼마만큼의 양분들이 붙어있는지를 측정해 수치로 나타낸 것이 양이온 치환 용량(CEC ; Cation Exchange Capability)이라 한다. 화학비료는 물에 잘 녹는 특성을 가지고 있는데 이러한 특성으로 식물체에 흡수가 용이하며 그 효과 또한 빠르게 나타난다. 뿌리기 쉬운 입상이나 액상형태로 유기질비료에 비하여 취급이 편리하고 냄새나 가격면에서 이로운 점이 있기에 화학비료의 사용은 급속히 증가되었다. 반면 살포되어진 화학비료중에 미처 식물체에 흡수되지 못한 것들은 토양내에 있는 철이나 칼슘 성분들과 반응하여 불용화가 되거나 또는 빗물에 떠내려가 지하수로 유입되고 비료가 녹아있는 지하수가 바다로 흘러들어가 조류의 이상 번식을 유발하여 적조 등의 부작용이 생겨 본의 아니게 어민들의 피해를 발생시키기도 한다. 요소(NH2)2CO2와 유안(NH4)2SO4과 같은 화학 질소 비료를 토양에 살포하면 작물이 이용할 수 있는 형태로 변하는 과정에서 많은 수의 수소이온이 생기는데 이때 생긴 수소이온에 의해 토양이 산성화된다. 또한 이 과정에서 암모니아태 질소가 많이 생성되는데 토양중에 산소가 부족해서 질산태 질소로 전환되지 못하면 암모니아 가스상태로 대기중으로 올라가는데 이 암모니아가스가 작물체 잎에 부착된 이슬이나 물과 결합하여 암모니아수가 되게 되면 잎에 피해를 주어 잎을 고사시키게 된다.

 요소의 분해도중에 발생된 수소이온의 일부는 탄산이온과 결합되어 수소이온이 감소하지만 유안의 경우는 생성된 수소이온이 전부 토양을 산성화시키는 방향으로 작용하기 때문에 유안이 토양을 더 많이 산성화시키며 비료의 효과도 빨리 나타난다. 인산질 비료의 일반적 특성은 토양중에 쉽게 녹지 않으며 토양 입자의 표면에 흡착되며 또한 철, 알루미늄, 석회등과 결합되어 과다하게 시용하면 토양에 집적이 잘 되는 비료성분이다

 가리비료는 논이나 밭에서 양이온 상태로 분해되어 작물이 흡수하고 남는 성분은 토양 교질과 흡착되어 토양 중에 남아있어 인산과 같이 과다하게 시용하면 토양에 집적이 잘 된다

 

4. 부산물 비료의 특성과 문제점

 흔히 농촌에서 사용하는 부산물 비료의 일종인 볏짚이나 파쇄목, 낙엽등은 섬유질이라고 하는 성분으로 구성되어 있는데 이 섬유질은 포도당이라는 물질이 일렬로 길게 연결되어 있는 물질을 총칭하는 것이고 이러한 커다란 물질이 식물체가 이용할 수 있는 포도당으로 잘게 잘라지기 위해서는 효소라고 하는 물질이 있어야지만 가능한데 이 효소라고 하는 물질은 토양에 서식하고 있는 수 많은 미생물들이 분비한다.  부산물 비료는 그 부피에 비하여 양분의 총량이 적고 수분함량이 높으므로 운반, 보관 및 사용에 적지않은 수고와 노력이 필요하다. 과거의 산야초와 볏짚을 이용한 섬유질 자원은 비료성분 함량이 적고 유기탄소 함량이 많아 미생물의 에너지원이나 토양의 물리성 개선에 유리했고 화학적 특성이 거의 일정하였다. 그러나 최근에 사용하는 유기자원은 곡물사료로 사육되는 가축분뇨와 산업부산물로 발생되는 유기성 폐자원으로 재료에 따라 비료성분의 차이가 커서 저농도 복합비료라고 할 수 있다.

 

5. 시설하우스에서의 연작장해와 토양관리

 현대농업에서 비료와 농약의 사용은 필수 불가결하여졌지만 작물 재배 측면에서 가장 기본이 되는 토양 관리 시비관리 윤작 지력증진의 실천 없이 비료와 농약의 과다 사용은 지력을 저하시켜 궁극적으로 식물의 면역력이 저하되고 병약한 농작물과 맛과 향이 미흡한 농산물을 생산하게 되었다

 사람도 좋아하는 음식에 따라 음식을 골라먹듯이 식물도 그 식물만이 흡수하기 좋아하는 양분이 있어 그 양분을 집중적으로 흡수하는데 우리 사람의 경우 남은 음식물은 버리면 되지만(물론 음식물 쓰레기가 점차로 사회 문제로 대두되지만...) 토양속의 식물은 흡수하지 않고 남은 영양원들은 그래도 토양속에 잔존하게 되면 토양속의 다른 양이온들과 결합하여 불용성 양분으로 남게되는데 이러한 현상이 1-2년내에 그치는 것이 아니라 10년 이상이 지속되면 쌓이게 되는 양분은 계속 토양에 집적이 되는데 이러한 현상에 의하여 연작장해가 발생이 되는 것이다

 우리나라 시설하우스 재배 현황을 살펴보면 대부분 재배단위가 약 150 - 200평 규모단위의 단동 또는 연동의 작업단위로 재배지가 고정화된 극히 집약화된 재배형태이고 특성상 제한된 면적내에서 한정된 작물만을 계속 재배하는 연작이 불가피한 실정이며 일반적으로 시설 재배지에서 나타나는 현상은 연작장해, 염류집적, 토양병해충 등이 있다

 땅을 기반으로 농사를 짓는 농업의 특성을 무시한 수익위주의 연작에 의하여 토양의 지력이 소모되는 등 여러 부작용을 초래하고 있는데 같은 땅에 동일한 작물을 계속 재배하면 염류집적 및 병충해 발생 등의 연작장해에 따라 작물의 생육과 생산량이 저하될 수 있다. 특히 채소 연작 및 시설재배에 화학비료와 농약을 다량 사용하여 연작하면 토양내에 서식하는 미생물상에 직접적인 영향을 미쳐 궁극적으로는 토양 병충해가 쉽게 만연하는 경향을 볼 수 있다.

 

참고문헌)

 

Taiz & Zeiger (역자 전방욱), 식물생리학 제3판, 라이프사이언스, 2002.

W. G Hopkins (역자 홍영남외 4인), 식물생리학, 을유문화사, 2001.

강보구, 화학비료의 특성과 문제점, 친환경농업의 이론과 실제, 2000.

신영오, 흙과삶, 연세대출판부, 2000.

조성진, 비료학, 향문사, 1996.

최양부, 한국적 환경농업에 대한 성찰과 새정립, 친환경농업의 이론과 실제, 2000.

 

 

토양 관리의 중요성 및 올바른 관리 방법

 

1. 지력은 왜 필요한가

 벼등 대부분의 식물은 자기 또는 다른 식물에 대하여 독성을 지니는 페놀성 산을 생산하는데 대부분의 경우 흙속에서 미생물의 작용으로 해독되어 버린다. 요즘 농약과 인공합성 유기화합물이 토양속으로 빈번히 들어오기 때문에 흙이 지니는 유해물질의 분해 해독작용이 특히 주목받고 있다

 지력이 낮고 흙속의 미생물상이 빈약하고 그 능력이 충분히 발휘되지 않는 흙의 상태에서는 유해물질의 분해 해독이 이루어지지 않고 흙속에 여러 가지 유해물이 축적되어 작물자체가 자기 중독을 일으킨다

 

2. 올바른 농업의 실천

 

가 잃어버린 자연의 혜택

 농업은 돈벌이가 되지 않기 때문에 농민들은 공장에 일하러 다닌다. 그렇지만 최근 활발한 설비투자와 과잉자금이 토지 투기붐을 일으킨 결과 지가는 놀라울 정도로 폭등해 버리고 도시 근교의 경영규모가 작은 농가들은 농지를 생산수단이 아니라 단지 재산으로서 보유하고 지가상승을 기다리고 있다. 따라서 이러한 농지에서는 올바른 재배가 이루어질리 없고 농지는 황폐되어 버린 양상마저 일부에서 나타나고 있다. 지가상승에 의한 토지자산가치의 급상승이 토지의 농업이용에 있어서 큰 질곡이 되어버린 것이다 그 결과 농가의 생산의욕은 감퇴되고 토지를 집약적으로 관리하지 않고 있다

 본래 대로라면 경지에 환원되어 경지의 생산성을 높일 가축분뇨조차도 퇴구비의 사용감소와 대규모 사육 원인이 되어 수질 오염을 일으키고 있다

 오랜 세월 계속되어 온 우리나라 공업 우선 정책이 농촌의 일손 부족을 초래하고 흙에 뿌리를 둔 농촌과 산촌의 쇠퇴와 자연의 황폐를 초래했다고 할 수 있다.

 

나. 인간성 회복을 위한 흙으로의 회귀

 농촌은 식량과 원료를 공급할 뿐 아니라 국토의 황폐화를 막는 중요한 역할도 있다  현재 화석연료의 소비로 발생된 탄산가스의 증가등 대지 조성의 악화가 지구 규모에서 문제가 되고 있는데 농업은 작물의 광합성 작용을 통해 이산화탄소를 소비하고 산소를 생산한다.

 

 단순히 농산물을 시장가치만으로 농업을 평가해서는 공업에 이길 수가 없다. 국토와 환경보전 인간성회복의 장 등 농업이 가지는 다면적인 역할을 종합하고 이것을 평가하여 공업과 동일하게 농촌과 산촌에도 그 나름대로의 자본투자를 할 필요가 있다.

 

다. 농업과 흙의 관계

현대농업의 특징(공업화 농업)

-. 윤작 간작 혼작등이 감소하고 이와 반대로 단작과 연작이 증가하여 전반적으로 작물종이 현저히 단순화 획일화 되고 있는 것이다.

-. 농작업 전반에 걸쳐서 기계의 사용이 진전되고 화학비료와 농약이 많이 사용되는 것이다.

-. 기반정비의 발달과 비닐하우스 재배등에서 보여지는 바와 같이 농업 생산이 장치와 되는 것이다.

-. 유기물의 투하량이 감소하고 그 대신 무기물인 화학비료 토양 개량자재등이 많이 시용되는 무기화의 경향이 강하게 보이는 것이다.

 현대농업에서 생산물의 대부분은 농업생태계의 외부로 반출되어 버린다. 그리고 그것을 인간에 의해 직접 소비되든지 아니면 가축 가금의 사료가 되어 간접적으로 인간에 의해 소비된다.

 환원에 있어서도 이러한 소비형태와 강하게 결부되어 있는데 과거와 같이 다시 농업 생태계로 회귀되는 비율은 낮아지고 있다. 지금까지의 환원에 대신하여 농업생산을 대신하여 농업생산을 유지하고 있는 것은 농업생태계의 외부로부터 투입되는 화석에너지 그 밖의 공업이 제공하는 물질인 것이다. 다만 우리 나라에서는 이러한 에너지와 물질의 거의 모든 것을 해외에 의존하고 있다는 사실을 잊지 말아야 한다.

 현대농업은 분명히 경제 합리성이라는 측면에서는 정말 이치에 잘 맞는 것이지만 자원생산성의 측면에서는 오히려 저하되고 있는 것이다. 예를 들면 에너지 측면에서 보면 현대농업은 농산물을 한 번 생산하는데 1.7배의 화석에너지를 소비하고 있다. 그 결과 자원과 환경의 문제를 심화시키고 지력 즉 흙의 생산기능을 상실케 하고 있다.

 

라. 농업생태계란 무엇인가?

 우리 농업도 옛날에는 토지에서 생산되는 유기물을 최종적으로 다시 퇴비 구비 배설물 등의 형태로 토지에 되돌려지는 완전한 순환체제를 가지고 있었다. 또 임야에서 생산되는 유기물을 직접적으로 절단하여 경지에 집어넣는 것도 경지의 생산력을 유지하고 높이는데 크게 도움이 되었다. 과거 우리 농업은 이와 같이 생산-소비-환원이라는 자연계의 물질 순환경로에 따라 영위되었고 폐기물이나 공해를 배출하지 않는 것이었다. 모든 생물과의 공생과 균형위에서 성립해 왔으며 이것이야 말로 본래 농업의 모습이었다고 말할 수 있다. 인력과 축력에만 의존하여 농업을 하고 있는 우간다와 인도등과 같은 나라에서는 태양에너지가 식량으로 전환되는 비율은 각각 0.0013%, 0.0017%로 매우 낮다. 이에 대해 공업이 발달하여 석유 석탄 등의 에너지를 이용하고 화학비료 농약과 트랙터 등을 사용하고 있는 선진 공업국의 경우에는 식량으로 태양에너지가 전환되는 비율은 0.0067% 즉 인도의 약 4배로 높은 수준이다.

 이렇게 보면 농업발전의 역사란 간단히 요약해서 말하면 화학비료 농약 기계 등 인간이 발명 개발한 것을 자연 순환계속에 넣어 생산력을 높여 온 과정이라 말할 수 있다.

 

마. 생태계조화형 농업으로 가는 길

 그러나 생산성의 향상만을 추구해온 근대농업은 에너지와 농업자재를 대량으로 소비하고 그 결과 생태계와의 조화를 깨뜨리고 말았다. 즉 보다 단순한 생산방식으로 기울고 경지에서 유기물을 탈취하고 또 농약의 다량 투입 등에 의해 귀중한 환경을 파괴해 버린 것이다. 생산성과 경제성만을 너무 중시하면 우리나라의 집약적인 채소 재배밭에서 볼 수 있듯이 바로 단일작물을 연작하게 되어 예상하지 못한 병충해가 돌연 발생하고 또 연작장해를 일으키게 된다. 눈앞의 경제적 합리성과 노동 생산성만을 추구한 나머지 농업이 본래 지니고 있는 큰 특징인 물질순환이 무시되고 그로 인하여 지력저하와 환경오염이 발생되는 것이다. 지금까지와 같은 환경파괴적인 농업생산방식을 고치고 환경보전적인 농업생산방식으로 전환해가야 한다. 더구나 이러한 전환은 지금까지의 생산성을 낯추지 않고 이루어져야 한다. 환경을 파괴하지 않고 높은 생산성을 유지하면서 안전하고 양질의 농작물을 많이 수확하기 위한 방안이 절실히 모색되어져야 한다. 이것이 장래 환경보전형 농업의 명제라고 말 할 수 있다. 이렇게 해서 생태계가 가지는 재생산 기능을 보전하고 지구적 시야에서 농업생산을 지속적으로 발전시켜 나가는 것이 격심한 현실을 극복하기 위해 필요하다.

 

바. 한국적 환경농업에 대한 성찰과 새정립(최양부 박사 저서중에서)

 1994년 이전까지만 해도 한국에서의 환경농업은 농업에 의한 환경파괴를 걱정하고 환경파괴에 의한 밥상오염을 걱정하는 정말 극소수의 의식화된 농민들에 의한 생명운동이었다. 식량증산을 정책목표로 한 톨의 쌀이라도 더 생산하기 위해 농민들을 독려하는 정부 당국의 공공연한 간섭과 통제 속에서 환경농업은 뜻을 같이 하는 몇몇 의식화된 농민들이 외로운 자기와의 싸움이었다. 그러던 것이 1994년 김영삼대통령의 문민정부 시절 환경농업에 대한 적극적인 관심으로 농림부 내에 환경농업과가 신설되고 환경농업을 실천하는 중소농가들에 대한 국가적 지원이 검토되기 시작하면서 환경농업은 새로운 국면을 맞게 되었다. 각기 다른 환경농업단체들이 환경농업 발전에 공동으로 노력하기 위해 1994년 9월 28일 처음으로 환경농업 실천운동 비정부단체들이 모여 환경보존형 농업생산/소비자 단체 협의회(현재 환경농업단체연합회)를 결성하고(94, 11, 8)환경농업법 제정을 위한 3년여에 걸친 노력을 경주 드디어 1997년 11월 18일 환경농업 육성법이 국회를 통과하였다.

 그 후로 여러 단체도 많이 생겨나고 정책 예산지원등이 확대되었지만 단체간의 갈등이 유발되고 소비자의 친환경농산물에 대한 불신등이 팽배해지고 있다. 이런일들이 왜 벌어지는지는 한마디로 환경농업에 대한 우리 사회와 환경농업인들 간의 철학과 믿음의 정립보다는 환경농업을 또 하나의 정치적 상품화, 상업적 상품화의 수단으로 이용하고자 하는 유사환경농업인이 대량으로 생겨나기 시작하면서 악화가 양화를 구축하는 현상이 일어나는 것으로 본다 환경농업의 실천과정에서 하루에도 수십번씩 밀려오는 농약과 비료 사용의 유혹을 물리치기 위해 고독한 자기와의 싸움을 이겨내고 있는 진정한 환경농업인의 피땀에 대한 이해와 존경보다는 환경농업의 진지한 실천보다는 한번 쉽게 돈을 벌어보려고 달려들어 한 두해 적당히 하는 척 하다가 실패하고 떠난 유사환경농업인들이 오히려 늘어나고 있고 그 때문에 환경농업에 대한 사회적 인식은 물론 농업인들의 인식도 나빠지고 있기 때문일지도 모른다. 이제 우리는 잠시 멈추어 우리가 왜 환경농업을 실천해야 하는지 환경농업은 무엇인지 유기농업과 자연농법은 어떻게 다른 것인지 그리고 어떻게 하는 것이 올바른 실천의 길인지를 다시 한번 생각해 볼 시점에 와 있다.

출처 : 블루베리평택시연구회
글쓴이 : 평택블루베리 원글보기
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