친환경 재배와 미생물 이해

친환경 재배와 토양 미생물 이해

 

 

 

 

 

 

토양에는 다양한 미생물이 살고 있다. 미생물은 각각의 생활 과정을 통해 다양한 물질의 변환을 실시하고 있다. 다양한 물질 변환은 부식의 집적과 공중 질소고정, 근류박테리아, 작물 양분의 공급 등 농업에 도움이 될 수도 있고, 토양 병해 및 탈질 황산 환원 작용에 의한 벼 뿌리의 부패 등 해가 될 수도 있다. 토양 중 미생물의 존재는 유기물의 분해 및 콩과 식물에 의한 질소 고정 암모니아태 질소에서 질산태 질소로의 변화 등을 통해 이미 17, 18 세기 경부터 알려져 있었다. 그러나 그 존재가 확인된 것은 현미경이 발명된 이후이다.

 

토양 미생물의 종류

일반적으로 토양 미생물이라 고하는 것으로, 박테리아, 방선균, 사상균, 조류, 원생동물 등이 있다. 그러나 그 양과 활성에서 농업에 중요한 것은 세균, 방선균, 사상균이다. 경작지 토양의 세균 수는 표층 토양 1g 당 백만~ 100억에 달한다. 방선균은 세균과 사상균의 중간 크기를 갖고, 경작지의 표토 1g 당 10만~100만 정도 서식하고 있다. 방선균의 균 군은 항생제를 생산하는 것으로 의학에서도 중요한 균 군이다. 사상균은 토양에서는 대부분 균사 상태로 존재하고, 포자 상태의 것은 적다고 생각한다. 균사의 크기는 직경이 3 ~ 10μm (1μ는 1000 분의 1mm) 정도로 길이가 육안으로 관찰되는 정도까지 커진다. 포자 상태 사상균 수는 경작지의 표토 1g 당 1만~10만이 존재하고 있다.

 

토양 환경과 미생물의 작용

이러한 미생물은 토양 환경에 따라 다양하게 변화한다. 예를 들어, 논과 같이 담수에 의해 산소가 제한된 장소에서는 사상균이나 방선균이 감소하고 세균이나 조류 등이 증가한다. 또한 박테리아 중에서도 산소가 적은 곳을 좋아하는 혐기성 균이 증가한다.

밭의 경우에는 일반적으로 토양이 산성화하면 세균 수가 감소하고 상대적으로 사상균의 비율이 증가되어 결과적으로 경작지로 바람직하지 않은 상태가 된다. 미생물의 생활환경으로 토양과 미생물은 서로 영향을 미치고 있다. 예를 들어, 박테리아는 흙 부분에 흡착되거나 토양 단 입자의 안과 밖으로 다른 세균 군이 공존하기도 한다. 한편, 토양 세균의 분비하는 물질로 단 입자 형성이 촉진되어 토양 구성이 개선된다.

 

유기물 시용과 미생물

유기물 시용이 토양 미생물에 미치는 영향은 두 가지 측면이 있다. 하나는 유기물을 넣으면 미생물이 증가해 그 시신이 서서히 분해, 무기화된 식물의 영양분이 되는 측면이다. 또 유기물을 넣으면 많이 활성을 가진 미생물 군을 늘리고 그 결과 좋은 일도 나쁜 일도 일어난다. 예를 들어, 미숙 유기물 등을 시용하면 후사리움 및 피슘균 등 병원성 단일 균 군이 일시적으로 증가시키는 경우가 있다. 또 반대로, 방선균 및 트리코데루마 속 균 등의 들어간 완숙 퇴비를 넣어 병원균의 일시적 증가를 생태적으로 막을 수 있다. 이렇게 건강한 토양 미생물상에 하기 위해서도 유기물을 시용하는 경우는 유기물의 완숙 정도, C / N 비율, 시용시기와 사용량을 충분히 생각할 필요가 있다.

 

뿌리 권 미생물

작물의 뿌리와 토양 미생물의 관계는 그 생활양식은 공생과 기생, 부생(腐生) 등으로 나눌 수 있다. 일반적으로 뿌리권 미생물이라고 부르는 경우는 작물과 특별한 관계 (공생, 기생)를 가지고 있지 않지만, 뿌리 근처에 살고 있는 미생물을 총칭하여 말한다.

 

뿌리 지역 토양 미생물 수

작물의 뿌리 지역의 토양은 뿌리의 분비물, 뿌리세포의 박리(剝離), 토양 양분의 농축, 뿌리 호흡에 의한 탄산가스 농도의 상승과 산소 농도의 저하 등에 의해 뿌리 먼 거리 지역 토양에 비해 환경이 크게 다릅니다. 이 결과 미생물 수도 뿌리권과 비뿌리지역 토양은 뿌리지역 토양이 압도적으로 많고, 세균, 방선균, 사상균은 작물의 종류 생육시기에 따라 다르지만, 미생물 수는 뿌리 지역 토양 것이 비뿌리지역 토양의 5 ~ 20 배, 5 ~ 35 배, 4 ~ 10 배에 달한다. 뿌리 권과 비 뿌리 권 미생물 수의 비율을 잡고 뿌리 권 효과라고 부르고 있다. 이 효과는 뿌리의 거리 감소, 5mm 전후로 사라진다. 즉, 뿌리 지역은 뿌리 거리 5mm 전후 곳을 말한다. 뿌리 권 미생물의 구성 뿌리 권 미생물은 단순히 미생물 숫자뿐만 아니라 구성도 비뿌리 권과 다르다. 예를 들어, 비 뿌리 지역 토양 박테리아는 아스로박터속 등 다양한 형태를 보이는 것이 많은 반면 뿌리 지역은 슈도모나스속 등의 음성 반응이 절반을 차지하고 있다. 또한, 그람 양성, 그람 음성이라 고하는 것은, 그램 염색하는 방법으로 염색 (양성) 또는 물들지 않는 (음성)하는 성질이다. 이렇게 뿌리 권에 미생물이 많은 것은 농업에 유리하며, 경쟁 또는 길항 작용에 의해 토양 병원균의 뿌리에 침입을 막는 역할을 하고 있다. 또한 동남아시아에서는 최근 벼 뿌리 지역에서 다량의 공중 질소가 고정되고 생산에 기여하고 있는 것으로 밝혀 왔다.

 

세균 (박테리아)

세균 (박테리아)은 토양 미생물 중에서 가장 작은 수 μm 이하이다. 그러나 균수 가장 많은 밭의 표토 1g 중에 희석 평판 법 (토양 희석 물을 영양분을 포함 한천 배지와 혼합 출현하는 콜로니를 세는 방법)에서 100만 ~ 1억, 직접 검사 거울 방법 (토양 현탁액을 직접 현미경으로 관찰하고 세균수를 세는 방법)에서 10억에 달한다. 이것은 10a 당하면 원시 체중으로 300kg 탄소 30kg, 질소 5kg, 인산 0.6kg에 해당한다. 미생물 균체 사망하면 무기화되기 쉽고 작물이 이용하기 쉬운 성분인 것을 생각하면, 이것은 무시할 수없는 금액이다. 따라서 유기물 시용 등에 의해 균 체중을 부화시키는 것은, 지력 유지 증진에의 유효한 수단이 된다. 단, 유기물 시용에 있어서는 앞서 언급했지만, 유기물의 완숙 정도, C / N 비율, 시용시기와 사용량을 충분히 생각할 필요가 있다.

 

세균의 종류

박테리아는 다양한 유기물과 무기물을 에너지원으로 이용할 수 있다. 박테리아가 성장하기 위하여 유기물을 필요로 하는 유기 영양 세균, 무기물만으로 성장하고 유기물을 필요로 하지 않는 것을 무기 영양 세균이라고 부르고 있다.

일반 세균 군은 주로 전자에 속하지만 암모니아를 아질산염으로 바꾸는 작용을 하는 아질산 균, 아질산을 질산으로 바꾸는 질산 균, 유황의 순환에 관계하는 유황 세균, 철을 산화 철 산화 균 등은 후자에 속한다. 세균을 분류하기 위해 또 다른 중요한 요소는 산소에 대한 반응이다.

성장하는데 산소를 필요로 하는 세균은 호기성 세균, 산소가 존재해도하지 않아도 생육 있는 박테리아를 통성 혐기성 세균, 산소가 존재하면 전혀 성장하지 못하는 박테리아를 절대 혐기성 세균이라고 한다. 예를 들어, 벼 등 담수에 의해 산소가 제한되기 때문에, 탈 窒菌 및 질산 환원 균 등, 혐기성 세균의 비율이 밭에 비해 높다.

세균의 분류는 이상과 같이 생육 조건에 따라 분리하는 방법 외에 현미경으로 형태를 관찰하고 분리하는 방법도 있다. 즉, 형태나 운동성의 유무, 편모의 위치 등에 따라 분류된다. 기타, 염색에서 세균이 물드는가 물들지 않는 하나로 분류하는 방법도 있다.

 

세균의 생활양식

토양 중의 세균은 보통 토양 입자에 흡착된 상태에서 생활하고 있으며 토양 용액 중에는 별로 존재하지 않는다. 또한 존재 양식도 하나하나 혼자가 아니라 덩어리(콜로니)를 형성하고 있다. 박테리아는 토양 입자 중점토 부분에 가장 많이 흡착되어 있으며, 몬모릴로나이트 및 벤토나이트 등의 2:1 형 점토, 카오리나이트 등의 1:1 형 점토보다 흡착 량이 많다. 또한, 세균 흡착 량은 토양 유형별로 보면, 화산재 토양 것이 비화 산성 토양보다 많다.

 

사상균의 분류와 역할

사상균 (곰팡이)은 일반적으로 토양 내에서 균사 상태로 존재하는 수많은 포자 상태의 것은 비교적 적다. 균사의 크기는 직경이 3 ~ 10μm하면 세균의 몇 배나 큰 상태이다. 또한 길이는 영양 조건에 따라 다르지만, 육안으로 관찰할 수 있는 정도까지 신장한다. 사상균은 균사 끝에 있는 포자를 넣는 포자 주머니 또는 분 生子 등의 유성 생식 기관의 형태, 생식 방법 등으로 분류된다. 주요 균 군은 조균류 자낭균류, 담자균류(버섯) 및 불완전 균류이다. 토양에는 페니실리움, 후자리움, 아스페르기루스 등 불완전 균류가 대부분을 차지하고 있다. 토양 사상균의 역할에서 가장 큰 특징은 유기물의 분해한다. 조대 유기물의 골격이 되는 셀룰로오스와 리그닌을 효율적으로 분해하고, 그 후에 일어나는 세균에 의한 분해를 용이하게 한다. 숲 토양은 셀룰로오스와 리그닌이 많은 낙엽이나 시든 가지가 두껍게 층을 이루고 있기 때문에, 균 군의 구성은 경작지 토양은 다른 세균보다 오히려 사상균 형이 되고 있다.

 

방선균

방선균은 세균과 사상균의 중간적인 성질을 가진 미생물이다. 토양, 동식물 체, 하천 등에 널리 분포하고 있다. 특히 토양에서는 다종 다수의 방선균이 발견되었으며, 수도 박테리아에 이어 많다. 방선균은 균사를 내고 일부를 제외하고 호기성이다. 방선균은 각종 항생제를 생산하는 것이 많고, 다양한 색소를 만들어 특유의 냄새도 발행한다. 토양에서 난분 해성 유기물의 셀룰로오스와 리그닌의 분해에 관여하거나 항생제로 사상균과 세균의 증식을 억제하는 작용을 하고 있다. 고도 알려져 있다. 방선균에는 감자 창가 병균과 같이 식물 병원성을 가진 종류도 드물게 있지만 대부분의 방선균은 부식의 생성과 분해, 토양 병원균 방제, 다른 측면에서 유용한 기능을 하고 있다. 또한, 소철 등에서는, 방선균 결절을 만들 수도 있다. 유익한 방선균을 토양에 계속하기 위해서는, 완숙 퇴비의 시용에 의해 통풍, 통수성을 양호하게 유지할 수 있어야 한다.

 

혐기성 박테리아

앞서 언급했지만, 산소가 없는 상태에서만 생육 있는, 또는 산소가 없는 상태에서도 생육 있는 미생물 군을 혐기성 세균이라 고한다. 이 가운데 산소가 있어도 성장하는 것을 통성 혐기성 박테리아라고 한다. 토양은 모든 세균의 10 % 정도가 혐기성 세균이 차지하고 있다. 논토양의 경우는 담수하기 때문에 밭에 비해 혐기성 세균이 많다. 혐기성 세균은 탈 窒菌 및 질산 환원 균 일부 질소 고정 균이 포함되어 있다.

 

호기성 균

산소가 존재하지 않으면 성장하지 미생물을 호기성균이라 고한다. 호기성균에 대한 것이 혐기성 박테리아이다. 밭 토양은 호기성균이 혐기성 박테리아보다 압도적으로 많으며 논토양에도 호기성균이 많이 존재한다. 사상균이나 방선균은 호기성균이며 세균의 대부분도 호기성균이다.

 

니트로 균

암모니아를 질산으로 바꾸는 미생물을 질산균이라고 한다. 이 반응은 두 단계로 나눌 수 있다. 암모니아를 아질산염으로 바꾸는 미생물을 아질산 균, 또는 암모니아 산화 세균 말한다. 아질산을 질산으로 바꾸는 것을 질산 균 또는 아질산 산화 세균 말한다. 양자를 포함하여 질산균이라 고한다. 아질산균과 질산균은 단일 종류의 세균뿐만 아니라, 각각의 반응을 행하는 능력 있는 여러 가지 세균의 총칭이다.

 

아질산 균

토양에 암모니아태 질소를 시용하면 밭에서는 토양의 산화 환원 전위가 높고, 땅속의 산소가 풍부한 조건이라면 2주 정도에서 미생물의 작용에 의해 암모니아 → 아질산 → 질산하는 변화가 일어난다. 암모니아를 아질산염으로 바꾸는 작용을 가진 여러 종류의 미생물을 총칭하여 아질산이나 암모니아 산화 균이라 고한다.

 

암모니아 화성 균

토양 유기물 (부식), 퇴비, 슬러지 등의 유기물은 토양에서 미생물에 의한 분해 작용을 받아 유기 태의 질소가 암모니아태 질소가 방출된다. 이러한 유기 태질소가 무기화된, 암모니아태 질소가 될 암모니아 화성라고이 작용에 관여하는 미생물 군을 암모니아 화성 균이라고 한다. 이 작용은 특별한 것이 아니라 토양에 많이 살고 있는 세균, 방선균, 사상균 등 유기 영양 미생물의 작용에 의한 것이다.

 

철 산화 균

이가 철 이온을 삼가 산화하고시 발생하는 에너지를 이용하는 무철 산화 균기계 영양 세균, 철 산화 균이라고 부르고 있다. (Fe2 + - → Fe3 +). 논 및 밭에서 토양 pH가 거의 중성 (H2O pH가 6.6 ~ 7.0)에 가까운 경우의 반응은 화학적으로 진행한다. 그러나 pH가 2 ~ 3 강산성 조건에서 화학적 산화는 일어나지 않고, 철 산화 균에 의한 산화 반응이 진행됩니다. 산성 광산 폐수에서 상류 투명 있는데 하류로 따라 적갈색이 되는 것은 이 세균의 작용에 의한 것이다.

 

철 환원 균

논에서는 담수에 의해 공기가 차단된다. 따라서 삼가 철 미숙한 유기물의 존재, 미생물의 작용에 의해 이가 철 환원된다. 이 과정에 관여하는 세균 군을 철 환원 균이라 고한다.