미생물의 농업 이용과 환경 보전-발효합성형 토양과 작물생산 1

[파이랑]

이 자료는 일본 오끼나와 대학의 히가 테루오 교수님의 저서 『미생물의 농업 이용과 환경 보전-발효합성형 토양과 작물생산』(1992)을 제주관광산업고의 김형신 선생님이 요약한 것입니다.

제 1 장 미생물 이용의 새로운 관점

1. 미생물을 이용한 농업의 비약

  (1) 에너지 이용의 효율화와 재이용

  미생물 이용만이 아니라, 사물의 응용에는 개념(concept) 설계가 중요하다. 개념 설계의 기본은 우선 목표를 설정하고, 그 목표를 실현하기 위한 다양한 방법을 세우는 것으로 그 목표를 구성하는 재료와 환경 및 기술을 높은 수준에서 상호 연결할 필요가 있다. 따라서 미생물을 응용하는데 있어서는 우선 농업에 대한 철학이 있고, 그 농업을 실현하기 위한 수단으로서 미생물을 응용하는 것이 순서이다.

  이상적인 농업이라고 하면 여러 가지 논의가 가능하겠지만 안정적이고 건강한 먹거리를 생산하여 생산자와 소비자 모두에게 경제적, 정신적인 가치를 부여하고, 나아가서는 환경을 적극적으로 보전하며, 영속성, 자기 완결성, 자기 증식성을 유지하면서 인구 증대에 대한 먹거리의 책임을 다하는 모습이 복합적으로 연결되어 있는 상태가 바람직한 모습이라 할 수 있을 것이다.

  농업 생산은 태양 에너지와 물과 탄산가스를 기본으로 하는 광합성에서 시작하여 그 에너지를 질소 대사에 연결시킴으로써 성립하고 있는데, 그러한 원재료들은 본래 무료인 셈이다.

  "무에서 유를 만드는 것이 농업"이라고 하면 듣기는 좋지만, 경제행위로서 보면 효율이 무척 나쁘다. 그 이유는 태양 에너지 이용률이 낮은 데 있으며, 이 문제를 해결하려면 종합적인 수단으로 대응할 필요가 있다. 태양 에너지의 이용률은 이론적으로는 10～20%의 범위라고 하지만, 실제로는 1% 이하이다. 사탕수수와 같이 광합성의 효율이 높은 C4식물에서도 그 생육 최성기때 1시간에 6～7%를 넘는 것이 고작이고 보통 다수확이라고 하는 경우에도 3% 이하밖에 이용하지 못하고 있다.

  지금까지의 연구로 엽록체에 의한 광합성의 한계가 명확해졌다. 따라서 물질 생산의 수준을 올리는 남은 방법은 엽록체에서 사용되지 않은 가시 광선과 태양 에너지의 80% 가까이를 차지하는 적외선(열로 되어 있는 부분)의 이용, 그리고 이미 유기물로서 고정된 동식물의 잔사를 유기 에너지로서 재이용하는 등의 방법밖에 남아 있지 않다.

  광합성 세균과 남조류는 유기물이 존재할 경우 녹색 식물이 이용할 수 없는 700～1100 나노메타의 파장을 그 활동원으로 이용하는 능력이 있다(그림 1). 그 때문에 가스나 열로 되어 소멸되는 유기물을 가스와 열로 변화시키지 않고 식물이 재이용할 수 있게 하는 능력을 가지고 있는 것이다.

  또 유기물을 가용화하는 발효균군도 식물이 유기물을 직접적으로 이용할 수 있는 환경을 만들어 내는 능력이 있다. 이처럼 태양 에너지를 직접․간접적으로 이용하고, 유기물을 유기 에너지(아미노산과 당류, 각종 활성 물질)로서 유효하게 이용하지 않는 한 지금까지의 한계를 돌파하기 어렵다.

  또 농약, 화학 비료의 오용과 과용에 의한 환경 오염과 환경 파괴 문제를 근본적으로 해결하려면 그 원인이 되는 농약과 화학 비료를 사용하지 않아도 비용 면에서 그것을 상회하는 효과를 내는 새로운 기술을 개발하는 것이 바람직하다.

  경운과 나지화(裸地化)에 의한 표토의 유출은 토양의 열악화는 물론 수질 오염과도 결부되어 있으며, 나아가 농수축산 폐기물과 하수, 생쓰레기 등도 먹거리와 관련된 큰 오염원이 되어 있다. 또 논에서 많이 발생하는 메탄가스나 유기물의 분해로 발생하는 탄산가스도 대기권에 나쁜 영향을 미친다는 지적이 있다.

  어쨌든 현재의 농업 생산은 직접 간접으로 대량의 오염원을 만들어 내고, 많은 자기 모순과 자기 파괴적 상황을 추가하고 있는데 그러한 오염을 유효에너지로 변화하여 농업 생산에 끌어들이지 않는 한 근본적인 해결은 불가능하다.

  이러한 배경을 생각하면 지금부터의 농업 기술은 지구 수준의 에코시스템(생태계)을 전제로 하면서 이러한 문제의 해결책을 종래와는 다른 새로운 분야에서 구할 필요가 있다. 그 중에서 가장 유망하다도 생각되는 것이 미생물의 세계이고 그러한 눈으로 미생물의 응용을 생각하면 저절로 길이 보일 것이다.

  (2) 무농약, 고품질, 초다수확을 위하여

  다시 말할 나위도 없이 농업은 자연 방임이 아니라 자연과 대응하는 경제 행위이다. 따라서 포장의 조성은 물론, 각종 기반 정비와 재배 작물도 대부분 인위적인 수준에서 이루어진다.

  이러한 견해에서 보면 재배 환경의 구성 요소인 미생물의 세계를 인위적으로 제어하여도 이상한 것은 아닌데, 자연주의자나 자연 농법 또는 유기 농업을 지향하는 사람들은 이상하게도 이러한 생각에 강한 거부감 내지는 반감을 가지고 있다. 그 뒤에는 미생물은 어디에나 있다는 단순한 생각과 유기물만 주면 좋은 미생물이 자연적으로 증식한다는 안이한 생각이 있기 때문이다.

  분명히 그런 예가 있기는 하지만 유기물의 입수가 용이하거나 규모가 적은 경우에 한정되어 있고, 일반화하는데는 특별한 조치가 필요하다. 지금까지의 실적을 볼 때 이 원칙은 적지 적작에 합치된 경우이고, 무농약이라는 희소 가치적인 조건에서 경제성이 성립하고 있는 것이 대부분이다. 그러나 농업이라는 관점에서는 품질, 수량의 비약적인 향상이 바람직하다. 이것이 의도적으로 토양의  미생물상을 관리해야 하는 이유이다.

  적지 적작이 농업의 기본적 구성 요소라는 점을 부정할 생각은 털끝만큼도 없으나 시장 원리를 전제로 하는 경제적인 관점과 먹거리의 안정적인 공급이라는 입장에서 생각하면 농지를 놀리지 않고 계속적으로, 또 경제적으로 이용할 필요가 있다. 작물의 품종 개량은 이러한 기본에 입각하여 행해지고 있어 남방 원산의 가지나 호박, 기타 다수의 작물이 품종 개량을 주축으로 하고 있으며, 재배 기술의 발전을 또 다른 축으로 하여 전에는 부적지였던 지역까지 상당한 수준으로 재배가 확대되고 있다. 그 결과 안정적인 식량 공급에 크게  공헌하고 있다는 것은 어떤 자연주의자도 부정할 수 없는 현실이다.

  뒤에서 다시 서술하겠지만 품종의 특성과 토양 미생물, 특히 근권 미생물의 양태는 불가분의 관계에 있으며 토양 미생물의 관리 없이는 지금까지의 농업 기술의 한계를 돌파하기 어렵다고 할 수 있다.

  왜냐하면 지구의 생물과 생물 환경의 진화는 유기적으로 기능하는 생명의 최소 단위인 미생물에 의해 지탱되고 있고, 그 대부분이 눈에 보이지 않는 생명의 최소 단위의 존재가 기본으로 되어 있기 때문이다. 더 깊이 파고 들어가면 그 독립 생명체의 최소 단위에 강한 영향을 미치는 바이러스와 마이코플라스마의 세계, 그 다음으로는 무기의 세계, 물의 세계, 나아가서는 광의 세계 등 끝이 없다. 비약적인 생산기술의 발전을 생각할 경우 작물이 갖는 표면적인 유전적 능력만이 아니라 그 잠재 능력까지도 끌어낼 필요가 있다.

  생산력에 대한 이러한 개념이 확립되면 작물 재배에 있어서 광의 세계, 무기(흙)의 세계, 생명과 무생명을 연결하는 물의 세계, 바이러스의 세계, 미생물의 세계, 식물의 세계, 동물의 세계가 서로 연결되어 있다는 것을 알게 된다. 즉 진화학적인 조립을 전제로 하는 새로운 생물 생산 기술이 출현하게 된다.

  농업에서 낮은 생산성은 에너지 전환의 연결이 나쁘기 때문이고, 그 이유는 작물의 생리적 요인과 그것을 둘러싼 환경 및 다른 생물적 요인에 의해 일어나고 있다. 그 중에서 미생물이 하는 역할은 아주 다양한데 생리 활성 물질의 생성에 의한 생육 촉진과 병해충 저항성의 강화, 생육 환경의 보전, 품질에 관여하는 많은 부수적 효과 등이 있으며 관리 방법에 따라 상상을 초월하는 큰 차이가 나타난다.

  그 결과 무농약, 무화학 비료, 낮은 비용으로 고품질, 초다수라는 종래 농업 기술로는 불가능하다고 했던 세계도 보이기 시작하고 있다. 재배의 요체는 우선 눈에 보이지 않는 부분의 토대를 구성하는 미생물의 기반을 튼튼히 해야 한다는 것을 숙지할 필요가 있다.

 2. 미생물 관리의 가능성과 필요성

  (1) 자연 생태계 원리와 미생물 이용

  농약과 화학 비료의 과용과 오용은 농업 생산 환경을 파괴할 뿐만 아니라, 생산물의 안정성 문제를 일으키기도 한다. 급격히 확대되는 자연 농법이나 유기 농업 운동도 이러한 근대 농법에 의한 자기 모순과 자기 파괴적인 역할에 대한 경종이며 자연 생태계의 원리에 부합되는 농업을 추구하고자 하는 것이다.

  이러한 배경에서 최근에는 생태계를 중시하는 농업 방식에 대한 저서가 출판되고, 윤작 체계의 재인식, 천적의 이용과 미생물의 응용 등이 주목을 받게 되었다. 어느 것이든 그 나름의 성과를 거두고 있으면서도 일반화할 수 없는 장해를 포함하고 있다. 미생물 이용에 대해서 말하면, 그 장해의 대부분은 재현성의 문제와 동시에 미생물 자재를 공급하는 쪽의 자기 주장이 너무 강하기 때문에 생기는 자기 모순인 경우가 적지 않다.

  예를 들면 어떤 미생물이 어느 병에 유효하다고 하는 한정적인 전제 조건을 모든 병해에 효과가 있는 것처럼 착각하거나, 어떤 조건에서 극적인 효과가 확인되기 때문에 그 결과를 널리 적용해도 될 거라는 지레 짐작을 초래하는 것이다. 또 영업상 타사와의 차이를 강조하기 위하여 어느 특정 미생물의 밀도만 높이는 농약에 의존하는 발상으로 시종일관하는 경우에도 같은 결과를 가져오게 된다.

  저자는 전부터 시판되고 있는 미생물 자재는 전부 모아 계속 시용하면 반드시 효과가 있고, 그 효력도 일정 수준에 달하면 반드시 장기적으로 안정될 것이라고 주장해 왔다.

  이러한 짬뽕식의 방법은 우선 학자나 연구 기관에서 관심조차 갖지 않을 수밖에 없다. 왜냐하면 어느 미생물의 작용으로 그러한 효과가 나오는가, 또 미생물 상호의 영향은 어떻게 성립하는가를 하나 하나 증명하는 것이 곤란하기 때문이다. 요컨대 학문으로 성립될 수 없다는 이유 때문에 아무리 경이적인 성과가 나와도 학문적이라는 형용사 앞에 분쇄될 운명에 있는 것이다.

  현재의 실적이 있는 시판 미생물도  전부 눈으로 효과를 보여 주면서 개개의 책임으로 개척한 역사가 있다. 이 짬뽕식의 배경에는 자연 생태계의 원리가 있다. 자연 생태계는 그 구성 요인의 정보량, 즉 모수의 질과 양에 의해 성립되며, 그 구성 요인의 종류가 많고 수가 많을수록 고차적인 상호 작용을 형성하기 때문에 고도로 안정된 상태를 유지하게 된다. 이러한 매우 상식적인 생각을 토양 미생물상에 적용하면 전술한 바와 같이 되는데, 미생물이 눈에 보이지 않기 때문에 이러한 간단한 것도 이해되지 않는 경우가 많다.

  한마디로 미생물이라고 하지만 변호가 많고 그 종류도 유해한 것부터 유용한 것까지 다양하다. 지력이 높은 수준에서 안정된 밭은 유기질의 함유량이 많고, 미생물의 종류나 수가 대단히 많다.

  (2) 토양 미생물상의 관리는 가능하다

  일반적으로 토양 미생물상을 인위적으로 관리하는 것이 곤란하다고 한다. 지상부의 눈에 보이는 분야에 대해서는 제초, 솎음, 중경, 시비, 관수 등의 재배 관리가 비교적 쉽다. 이에 비해 지하부의 눈에 보이지 않는 미생물은 거시적인 방법으로는 곤란하다. 더구나 수많은 종류와 천문학적인 수, 번식력을 생각하면 관리는커녕 체념이 앞서는 것이 보통이다.

  실제 쉽게 미생물이라고 하지만 그 종류는 천문학적으로 많으며, 지구상의 식물을 단순히 식물로 부르고 있는 이상으로 모호한 것이다. 왜냐하면 식물은 광합성 기능이라는 공통항이 있지만 미생물은 다양한 합성, 분해에 관여하고 있고, 호기, 혐기, 호광, 혐광, pH와 온도에 대한 변동의 범위 등을 고려하여 그 다양함은 식물에 비할 바가 아니다.

  미생물을 응용할 때 가장 장애가 되는 것은 이러한, 눈에 보이지도 않고 그 숫자와 종류가 천문학적이라는 생각 때문이다. 따라서 인간이 배양한 미생물을 토양에 사용하여도 이미 현존하고 있는 토양 중의 미생물 수에 비하면 무척 미미하고, 또 기존에 살고 있던 미생물을 이길 수가 없다고 생각한다. 그래서 실험실의 한정된 조건에서는 성공하여도 그 결과를 토양에 응용하기가 곤란하다는 것이 지금까지 대부분의 인식이었다.

  이러한 생각은 지금도 뿌리깊이 남아 있어 미생물의 응용에 커다란 장해가 되어 있다. 때문에 수많은 유용한 미생물 자재가 햇빛을 보지 못하고 사라지고 있는 것도 사실이다. 토양 미생물상의 관리가 불가능하다는 생각의 바탕에는 토양 중의 미생물은 외래의 미생물에 대해 대부분 적대적으로 작용한다는 오해가 있다. 또 밭 토양은 삼림 토양과 달리 유기질도 적고 항상 불안정한 상태에 있기 때문에 삼림의 정균 토양같이 될 수 없다는 전제도 포함되어 있다.

  확실히 대중요법적으로 미생물을 끌어들이기만 해서는 바로 효과가 나오지 않는 경우가 많다. 일반적으로 토양 미생물의 대부분은 무해하며 유해한 것은 극히 일부이다. 그러나 어떠한 순간에 유해한 미생물이 급증하는 조건이 만들어질 때 유해균이 돌출하는 것이고 그 조건이 소실되면 원래 상태로 돌아가는 성질이 있다.

  화학 비료와 농약을 중심으로 하는 기술 체계에는 그러한 구조적인 약점이 있으며, 또 시장 경제를 배경으로 하기 때문에 연작을 하지 않을 수 없는 사정도 있어서 유해균이 돌출하기 쉬운 조건이 되어 있다. 이런 토양에 대중요법적으로 유익한 미생물을 투입해도, 그 미생물의 증식 조건과 반대로 되어 있는 경우가 많다. 따라서 효과를 내기 위해서는 유해 미생물에게 불리하고 유용 미생물에게 유리한 토양 및 시비 관리로 바꿀 필요가 있다.

  예를 들면 토양 미생물상은 연중 쉬지 않고 변화하고 있으며, 그 변호가 지상부의 상태를 지배하고 있다. 온대 채소의 대부분은 아무리 여름형으로 육종되어 있어도 여름의 고온기에는 병해충이 많이 발생하여 농약 없이는 재배가 불가능해진다. 이 경우의 토양 미생물 상황을 보면 고온기에는 미생물의 절대량이 현저히 증가할 뿐 아니라 부패균의 주체를 이루는 후자리움의 점유율이 높으며 저온기에는 그 반대 경향을 나타낸다.

  이 원리에 착안하여 여름의 지온을 야간만이라도 낮추어 미생물의 활동을 어느 정도 억제시키거나 길항 미생물을 많이 사용하여 후자리움의 점유율을 저하시키면, 여름의 고온기에도 무농약으로 재배할 수 있게 된다. 이러한 사례를 생각하면 토양 미생물 관리의 중요성과 가능성을 이해할 수 있다. 또 잎에 살고 있는 미생물도 토양 미생물도 상호 관련되어 있는 경우가 보통이다.

  (3) 인위적인 미생물 시용의 필요성

  대다수의 사람은 '자연계에는 유용한 미생물이 존재하고 있으므로 인공적으로 배양한 미생물을 사용하지 않아도 유기물의 시용 방법에 따라서는 토양 중에서 유용한 미생물이 증식하지 않을까' 하는 의문을 가지고 있다.

  예를 들어 해초나 어분 같은 해산물이나 게껍질 등의 키틴질이 많은 물질을 연속적으로 시용하면 미량 요소의 균형이 파괴되면서 유용한 방선균이 증대하여 비교적 짧은 기간에 병해 억제 토양이 된다는 것이 경험적으로나 이론적으로 알려져 있다. 그러나 토양 미생물의 세계는 지상부의 식물 세계보다도 한층 복잡하다 유용한 미생물이 발생할 기회는 삼림의 생태계처럼 우연에 지배되고 있다.

  식물에도 다양한 종류가 있고 그 종류가 영에서 완전한 생태계를 형성하는데는 수 백년의 시간을 필요로 한다. 게다가 그 식물이 식용으로서 이용할 수 있는가 없는가의 문제는 또 다른 선택의 문제이다. 미생물의 세계도 그와 유사하다. 다종 다양한 미생물이 번식하여도 그것이 유용한가 아닌가는 또 다른 차원의 과제이다.

  결론부터 말하면 시간의 제약을 생각하지 않고 유기물을 계속 시용하면 어느 경우에 유용한 미생물이 증가할 가능성도 있으나 그것은 어디까지나 우연에 지배되고 있으며, 일반적으로 생각되고 있는 만큼 확률이 높은 것은 아니다. 특히 공중에서 날아드는 아주 적은 유용 혐기성균의 경우 그 집적의 확률은 극단적으로 낮아진다.

  이러한 배경에서 인공적으로 배양한 유용 미생물을 작물의 종자를 뿌리듯이 토양에 시용하고 잘 정착시키는 방법을 강구할 필요가 있는 것이다.

  (4) 미생물 이용 기술의 기본

  농업에서 미생물의 응용은 토양 개량, 병해충의 억제, 품질과 수량의 증대, 생력화 등 다양한 방향이 있으며 서로 관련되어 있다. 따라서 그 상호 효과를 효과적으로 높이는 것이 미생물 이용의 기본이며 농약이나 화학 비료처럼 단순하고 대증 요법적인 생각으로는 성과를 충분히 올리기가 곤란하다.

  미생물을 응용하는 경우 미생물이 일정 수준 이상의 밀도가 되고, 미생물이 생성하는 물질이 생산에 플러스로 작용하는 수준에 달해야 효과가 나타난다는 것을 기본적으로 전제해야 한다. 따라서 아무리 유효한 미생물이라도 이 조건을 무시하면 효과가 전혀 없으며, 특히 화학 비료나 농약같이 기계적으로 사용하는 것은 의미가 없다.

  다른 말로 표현하면 미생물도 의지를 갖고 있는 살아 있는 생물이다. 그 살아 있는 생물이 최대한 활발하게 작용할 수 있도록 준비하는 것이 미생물을 이용하는 쪽의 책무이며 그러한 기본 이념이 없는 한 미생물을 제대로 활용하는 것은 곤란하다. 미생물 이용의 기본은 자연 생태계의 얼개에서 배우는 데 있다는 것은 이미 서술한 바와 같은데, 식물의 종류, 먹이가 많으면 많을수록 미생물의 종류도 많아진다는 특질이 있다.

  이러한 원리를 생각하면 이용하는 유기질의 종류는 다양해야 하며, 또 토양의 구성 인자도 복잡해질수록 좋은 결과가 된다. 따라서 바크면 바크, 볏짚이면 볏짚 한 종류만 쓰는 것보다는 100분의 1, 또는 1,000분의 1이라도 다른 유기물이 섞여 있는 것이 좋다. 따라서 토양 개량에 있어서도 다양한 토양으로 객토하고 물리 화학성이 다른 것을 보다 많이 시용하여, 다양한 미생물이 증식할 수 있는 조건을 구비할 필요가 있다.

3. 미생물상을 중심으로 한 토양의 분류

  지금까지의 토양 연구는 주로 물리성과 화학성이 중심이 되어 왔고, 물리화학성과 생물성에 대한 분야는 크게 뒤져 있다. 특히 미생물 분야에 대해서는 상대가 눈에 보이지 않을 만큼 암중모색적이고 재현성 확인 문제에서 노력은 많이 드는데 비해 성과는 적고, 그 다양성에 혼란되어 자신을 잃기가 쉽다. 이러한 경우 단순하게 틀을 정하여 유형별로 분류하거나, 미생물 생태계의 형성 방식에 주의하고, 작물에 대한 영향을 확인하는 일에서 시작하여 많은 사실을 집약, 유별(類別)하여 하나의 방향성을 정하지 않으면 안된다.

  토양 미생물의 동정, 분류에 대해서는 아직 모르는 분야가 대단히 많다. 이러한 상황에서 토양 미생물상으로 토양을 분류하는 것은 독단이 될 수도 있지만, 작물 생산이라는 입장에서 토양 미생물상을 관리하자면 하나의 기준이 필요하게 된다.

  이 경우의 기본적인 기준은 미생물 쪽에서가 아니라 인간 쪽에서의 관리상의 분류라는 점이다. 이러한 개념이 성립하면 미생물은 지상부의 작물과 같은 관점에서 관리할 필요가 있고 어느 수준까지 관리가 가능한가 아닌가에 따라 그 성과가 달라진다.

  이상의 시점에서 미생물의 기능과 그에 기초한 토양의 분류를 과거 10여년의 응용 연구와 재현성을 가미하여 정리하면 다음과 같다.(자세한 것은 뒤에 후술).

  (1) 미생물의 기능 - 부패, 발효, 합성

  토양 중에는 다양한 미생물이 있는데 대부분은 분해와 합성의 계로 나눌 수 있다. 분해의 계는 그림 2와 같이 산화 분해와 발효 분해로 크게 나누어지고, 발효 분해는 다시 유용 발효(단순히 발효라고 부른다)와 유해 발효(부패라고 부른다)로 나누어진다. 한편 합성의 계는 질소 동화와 탄소 동화로 나누어진다.

  일반적으로는 발효와 부숙과 부패를 혼동하고 있는 경향도 적지 않다. "퇴비를 자연 발효시킨다"는 말에서 보듯이, 정확하게는 부숙이라고 해야 할 것을 발효하고 표현하고 있는 예가 많기 때문이다.

  부패한 그림 2에서도 알 수 있듯이 유기물의 분해 과정에서 미생물 활동에 의해 다량의 에너지를 가스나 열로 방출하고, 식물과 동물에 대해 유해한 중간 물질과 효소 저해 물질을 생성하고 급속히 무기화하는 계이며, 무해하게 될 때까지 장시간 숙성시키는 것도 부패로 칭하고 있다.

  이에 대해 발효란 미생물 활동에 의한 에너지의 방출이 매우 적어, 산화 분해의 20분의 1정도의 에너지로 불용성 유기물을 비교적 단기간에 가용화(흡수되는 상태)하는 유기물 유효화(가공)의 계이다. 한편 합성이란 이 분해물들을 먹이로 하여 질소 고정이나 광합성 등에 의해 외부 에너지를 끌어들이는 것이다.

  광합성에 관해서는 남조류나 녹조류와 같이 호기적으로 완전 광합성을 하는 것이 있는가 하면 광합성 세균과 같이, 혐기 조건에서 불완전 광합성을 영위하는 것까지 그 종류가 다양하다. 질소 합성을 하는 미생물도 호기성의 아조토박터나 근류균, 남조류 등 종류가 다양하다.

  (2) 부패, 발효, 합성의 상과 관련성

  부패, 발효, 합성의 계는 앞의 그림 2와 같이 토양 중에서는 동시 진행의 형태를 띠는데, 어느 계의 비율이 높은가에 따라 토양의 좋고 나쁨이 결정된다.

  유기물의 생성은 극단적으로 말하면 플러스 전자를 끌어들이는 것이고, 붕괴는 플러스 전자를 방출하는 것이다. 그 주도점이 역할을 하고 있는 것이 수소 이온이다. 그 수소 이온이 산소와 결합하여 물로 돌아가면 특별한 문제가 없지만, 황화수소나 탄화수소, 기타 악취가 나는 부패 물질(환원 물질)로 변하는 데 문제가 있다.

  예를 들면 그림 3에서 보듯이 토양이 수소 이온을 흡착하고 더 나아가 광합성 세균 등의 합성형 미생물이 우세하게 작용하여 이 부패 물질들을 당 등으로 합성하는 계가 강하게 작용하면 생산성이 높은 토양이 된다.

  토양 관리와 유기물의 유효 이용, 지력의 유지 증진을 위해서는 환원상의 수소, 즉 식물에 유해한 탄화수소와 황화수소를 혐기적으로 끌어들여 식물에  유용한 물질을 합성하고, 뿌리 등에 산소를 제공하는 광합성 세균과 같은 불완전 광합성균 쪽이 좋다.

  한편 유기물의 분해 도중에 발생하는 메탄가스나 황화수소 등의 환원 물질은 질소 합성 미생물의 활동을 현저하게 억제한다. 이 경우에 광합성 세균과 같이 환원 물질을 이용하는 합성균이 존재하면 산소 부족은 되지 않는다. 따라서 혐기적 환경에 있어서도 그 능력을 충분히 발휘할 뿐만 아니라 단독의 경우에 비해 몇 배의 질소 고정을 하게 된다.

  광합성 세균은 광합성만 하는 것이 아니라 질소도 고정하는 것으로 알려져 있는데, 토양 중에서 아조토박터와 공존하면 질소 고정 능력이 더욱 강화된다고 한다. 따라서 토양을 합성형으로 만들기 위해서는 광합성 세균과 질소 고정균의 역할을 충분히 인식 활용할 필요가 있다. 가장 이상적인 것은 부패보다는 발효가 우세한 역할을 하고 발효계와 합성계가 강하게 결합된 발효 합성형이다.

  (3) 미생물의 기능으로 본 토양의 분류

  이상의 부패․발효․합성의 상호 관련 방식, 어떠한 미생물이 주체로 되는가에 따라 토양을 아래와 같이 나눌 수 있다.

  ① 부패형 토양

  토양 중의 사상균 중에서 푸자리움 점유율이 높고(15～20% 이상), 질소분이 높은 생 유기물을 시용하면 악취가 나고 구더기가 생기거나 여러 가지 해충이 모인다. 병해충이 발생하기 쉽고, 생 유기물의 시용은 유해하게 된다. 일반 토양의 90% 이상이 부패형 토양이다. 무기 양분이 불용화하여 토양은 굳어지고 물리성도 나쁘다. 논에서는 가스의 발생이 현저하다.

  ② 정균형 토양

  항균 물질 등을 생성하는 미생물이 많고, 토양 병충해가 발생하기 어려운 토양을 정균형 토양이라 한다. 페니실리움이나 트리코데르마, 스트렙토마이세스 등의 활동이 강하고 사상균 중 푸자리움 점유율이 5%이하가 되는 토양으로 병해충의 발생이 매우 적다. 질소분이 높은 생 유기물을 넣어도 썩는 냄새가 적고, 분해 후는 산 흙의 표토 냄새가 난다. 토양도 비교적 단립화가 촉진되어 투수성도 양호해진다. 병에는 걸리지 않지만 수량은 좀 낮은 편이다. 그러나 여기에 ④의 합성형이 결합하면 높은 생산력을 가지게 된다.

  ③ 발효형 토양

  유산균과 효모 등을 주체로 한 발효 미생물이 우점(優點)되어 있는 토양으로, 생 유기물을 시용하면 향긋한 발효 냄새가 나고 누룩곰팡이가 많이 발생한다. 후자리움 점유율도 5% 이하로 내수성(耐水性) 단립 형성 능력이 높고, 토양이 부풀어 오르며 토양의 무기 양분의 가용화가 촉진된다. 토양 중의 아미노산, 당류, 비타민, 기타 생리 활성 물질이 많아지거나 작물의 생육을 가속적으로 촉진한다. 논에서 가스의 발생을 억제된다.

  ④ 합성형 토양

  광합성 세균과 조균류, 질소 고정균 등의 합성형 미생물이 우점하고 있는 토양으로, 수분이 안정되어 있으면 소량의 유기물만 시용하여도 토양이 비옥해진다. 푸자리움 점유율도 낮고 ②의 전균형 토양과 결합되는 경우가 많다. 논에서 가스의 발생은 억제된다. 그리고 발효계와 이 합성계가 강하게 결합하면 발효 합성형 토양이라는 가장 이상적인 토양이 된다.

  이상 매우 개략적으로 분류를 하였는데, 각 토양간에 명확한 구분점은 없고 서로 겹치는 부분도 있으며 각각을 대표하는 미생물군의 종류와 성격에 따라 편의상 분류한 데 지나지 않는다. 정균력을 갖는 한편 발효 합성 능력이 좋은 토양이 이상적이며 이것을 어떻게 실현하는가 하는 것이 미생물상 관리인 중심 과제이다.

  (4) 기능으로 본 미생물상 관리의 포인트

  미생물상을 적절하게 관리하면 토양의 물리성과 화학성도 자연적으로 개선되기 때문에 토양의 모재(母材)에 결점이 없다면 특별히 토양을 개선할 필요는 없다. 그러나 보다 고품질의 다수확을 목표로 한다면 종래의 상식적인 토양 개량은 필요하다.

  미생물상 형성은 목적으로 하는 미생물이 토양에 정착한 경우에 일어나는데, 어느 특정한 종류만을 돌출시키는 것은 곤란하고 생태적으로 무리로서 정착시키는 것이 핵심이다. 예를 들면 정균형 토양이라고 하면 호기성, 혐기성, 호산(好酸), 호알칼리를 불문하고 항균물질을 내는 그람 양성균군을 쌀겨와 깻묵, 어박 등으로 증식시켜 균의 밀도가 상당히 높아진 시점에서 퇴비 등의 유기질과 동시에 토양에 시용하면 비교적 용이하게 정균형 미생물상을 형성할 수 있다.

  토양의 종류가 매우 다양하기 때문에 효과가 아주 다르게 나타나는 경우가 많다. 한 번 시용해도 완벽한 경우가 있는가 하면 여러번 시용하여도 전혀 효과가 없는 토양도 있다. 후자의 경우, 일반적으로는 효과가 없다고 판단하기 쉬운데, 균의 성질에 차이가 없다면 수분을 충분히 주고 양질의 유기질(쌀겨, 깻묵, 어박 등)을 10아르 당 100～200kg 정도 미생물의 시용시에 가용하면 의외로 효과를 나타내는 경우가 있다.

  미생물의 응용 시험은 화학 비료나 농약과 같이 결정된 패턴이 없기 때문에 편의상 화학 비료, 농약 시험에 준하고 있으며, 농도와 횟수가 기준이 된다. 그 결과 재현성의 문제에 결점이 있다고 하여 햇빛을 보지 못하고 사라지는 예가 너무나 많다.

  상식적으로 말하면 미생물의 시용 효과는 사용된 미생물이 우점적으로 정착하여 안정적으로 작용하는 경우에 비로소 발휘되는 것이다. 극단적으로 말하면 농도와 횟수는 기준 정도에 불과하며 절대적인 의미를 갖는 것은 아니다. 중요한 것은 효과가 날 때까지 양질 유기물 등을 계속 시용하여 효과가 나올 수 있는 준비를 해 주는 것이다.

  계속 사용하여 효과가 있다면 그 토양은 틀림없이 바람직한 미생물상을 형성하게 된다. 이러한 과정을 거쳐 한번이라도 미생물상이 안정되면 유기질의 부족이나 극단적인 건조 또는 담수, 과다한 생유기질의 시용 등이 없는 한, 그 효과는 장기가 지속되며 관리하기에 따라서는 반영구적으로 된다.

  아무리 강력한 미생물이라도 단일종으로 되면 토양 조건에 따라 재현성에 결함이 생기게 된다. 그 대책은 각종 유용균이 상호 보완적이 될 수 있도록 가능한 한 종류를 많게 하고 무리로서 정착시키도록 하면, 변이 방지도 용이하고 효과도 안정적으로 된다.

  발효성 토양에서나 합성형 토양에서나 그 원리는 같은데, 처음부터 정균형, 발효형, 합성형 미생물을 섞어서 시용하면 비교적 빠른 시간 내에 정균력 있는 발효 합성형 토양으로 전환시킬 수가 있다.

4. 환경 보전을 위한 미생물 이용

  표토의 유실 방지, 농약과 화학 비료에 의한 토양 및 수질 오염, 농축수산 폐기물에 의한 수질 및 토양 오염, 하수 및 생쓰레기에 의한 오염이 문제가 되고, 그 외에 논의 메탄가스와 유기물 분해에 의한 탄산가스의 증대는 대기권의 파괴에도 직접적으로 관계되어 있다. 그러한 오염은 자기 완결적인 재순환이 곤란하기 때문에 인구의 집중과 증대에 따라 가속도가 붙어 더욱더 증가하는 성질이 있다.

  어느 정도 오염원이 되지 않을 가능성이 있는 화학 비료와 농약 제품의 출현도 기대되기는 하지만, 유기물에 의한 오염은 유용한 자원으로서 회수하는 구조를 확립하지 않는 한 근본적인 문제 해결은 곤란하다.

  분해되기 어려운 화학 합성 물질(오염 물질)이 미생물에 의해 분해되는 예가 토픽으로 되는 경우가 있는데, 실제 실용 단계에서는 증식 조건이나 효과적인 이용법이 충분하지 않기 때문에 기대할 만한 결과가 얻어지는 예가 적다. 만능 미생물이 존재하는 것은 아니기 때문에, 화학적으로 만들어져 자연계에서 분해가 곤란한 물질은 인위적으로 확실하게 회수하여 처리하는 것이 원칙이다. 따라서 분해되기 어려운 합성 물질에 의한 오염원에 대해서는 아무리 엄하게 대처하여도 지나치지 않다.

  자연계의 정화력은 빛과 물과 미생물의 상호 작용에 의한 경우가 많으며, 일반 화학 물질의 분해도 이러한 결합의 고리 안에서 성립하고 있다. 본서는 작물 생산에 대한 미생물의 응용을 주안점으로 하고 있다. 따라서 농업 또는 농약이 만들어낸 오염 물질 대책과 그에 관련된 환경 파괴 대책을 언급의 범위로 하는데, 미생물의 세계를 보면 이러한 문제에 답을 해주는 것도 많이 있고 매우 생에너지적인 것도 있다.

  지구 환경의 진화도 미생물의 활동에 의해 지탱되고 있다. 석탄기 지구의 탄산가스 농도는 현재의 30여 배나 되고 기온도 3℃ 이상이나 높으며 메탄가스나 황화수소 등의 농도도 매우 높아, 현재 생물의 대부분이 살 수 없는 상황이었다. 현재적 감각으로 보면 태고의 지구는 오염의 극치를 이루고 있었던 것이다.

  이러한 상황에서 크게 활약하여 지구의 환경을 변화시키는 데 공헌한 미생물 중에 현재는 소수파가 되어 조용하게 있는 것도 있다. 통성 혐기성의 광합성 세균이나 화학 합성 세균군, 남조류 등은 그 대표적인 예라 할 수 있다. 지구상의 유기물이 증대하고 산소가 증가함에 따라 호기적 분해균의 비중이 높아져 현재는 미생물이라 하면 분해의 세계라는 생각이 상식으로 되어 있다.

  오염에는 두 가지 유형이 있다. 현재의 탄산가스 문제처럼 그것이 유해하지는 않아도 어느 특정 물질의 분포가 변화함에 따라 결과적으로 환경이나 인간에 악영향을 미치는 것과, 그 존재 자체가 직접적으로 유해한 성질을 갖는 경우가 있다.

  이러한 오염도 인간이나 생물을 빼고 지구라는 입장에서 생각하면 원래 지구에 존재하는 물질이 다양한 형태로 변화되어 존재하고 있는데 지나지 않으며, 진화의 흐름에서 본다면 오염 그 자체는 분명히 환경의 퇴행 현상이다.

  이러한 흐름을 생각하면 현재의 호기적 분해균을 중심으로 한 오염 대책에는 한계가 있고 또 새로운 오염 물질을 만들어 낼 위험성도 있다. 따라서 오염에 관한 대책은 혐기 및 호기 분해를 조합하고 분해와 재합성을 조합할 필요가 있으며, 그 결합이 안정적으로 되면 제4장에서 말하는 자기 완결형 오염 대책이 가능해 진다.  

제 2 장 발효 합성형 토양과 작물 생산

 1. 유용 미생물의 종류와 기능

  "이 세상에 쓸모없는 것은 없다"는 자연의 철이 앞에서 본다면 유용 미생물이란 어리석은 이야기이다. 병해충의 발생하는 것을 병해충의 입장에서 보면 발생 조건이 갖추어져 있기 때문에 나타나는 것이며 대자연 순환의 한 부분에 지나지 않는다는 달관도 당연한 것이다.

  유용한가 무용한가는 인간의 입장을 중심으로 분류한 것이며 어디까지나 인간의 입장에서 내린 정의에 불과하다. 그러므로 여기서 말하는 유용 미생물이란 인간의 생활이나 생산 활동, 환경 보전 등에 대해 적극적으로 작용하는 미생물인 것이다.

  육안으로 식별할 수 없는 매우 작은 생물을 미생물이라 부르고 있는데, 한마디로 미생물이라 하지만 바이러스와 같이 유전 정보만을 갖는 것부터 버섯을 만드는 균류까지 다종 다양하고 온도와 pH, 산소의 조건, 세대 변천의 방식에 따라 분류되며, 그 분류 방법은 식물의 분류보다도 훨씬 복잡하다. 그러나 어떤 목적을 달성하기 위해 미생물을 응용하는 경우 앞장에서 말한 토양 미생물상 관리의 개념과 유기물의 분해와 재이용의 흐름을 참고로 하면 어느 정도의 기준이 만들어지게 된다.

  (1) 생물학적인 분류

  유용 미생물을 더욱 구체적으로 이해하기 위해서는 분류법의 기본에 따라 어느 미생물이 어느 위치에 있는 가를 아는 것이 응용상 매우 중요하다. 미생물이라고 하면 그 크기가 문제되는데 그림 4와 같이 매우 다양하다.

  본서에서 응용 예로 다루고 있는 미생물은 세균에서 단세포 조류(藻類)까지이며 세균 중에는 광학 현미경으로 식별이 곤란한 것도 있다.

  다음으로 생물계에 있어서 미생물의 위치부여에 대해서는 그림 5와 같이 고등 원생생물과 하등 원생생물, 및 바이러스에 속하는 것으로 대별된다. 각각의 기본적인 구조는 그림 6과 같다. 바이러스는 다른 미생물의 핵 또는 핵밖에 포함되어 있는 유전정보인 DNA 또는 그 메신저인 RNA의 끈 또는 구형의 덩어리 뿐으로 그 자체가 증식하는 것은 불가능하고 다른 생물의 세포 중에 들어가 자기를 복제하는 특이한 성질을 가지고 있다.

  세균이나 남조류(스피룰리나, 기타)는 세포의 구조가 매우 단순하고 핵박이 없어 원핵 미생물로도 불리고 있다. 구조가 단순하여 유전자 치환이 비교적 쉽기 때문에 많은 실용 예가 확인되고 있다. 균류나 조류 및 원생 동물까지 진화하면 세포의 구조도 일반 고등생물과 기본적으로 거의 동일해지거나 상당히 복잡해진다.

  (2) 유용 세균류의 종류와 기능

  이용의 관점에서 본서에서 말하고 있는 유용 미생물군에 속하는 세균류는 표 1에 나타난 속의 것으로 그람 음성균과 그람 양성균이 있다. 양자의 구별은 그람 염색법으로 염색되는 것을 양성, 염색되지 않는 것을 음성이라 하는데, 그람 음성균에는 병원성이 많은데 비해 그람 양성균에는 항생 물질을 생성하는 것이 많다. 대표적 유용균인 유산균과 유용 방선균군의 대부분이 그람 양성균이다. 그람 염색성별의 혐기성 세균의 특징은 표 2에 나타난 바와 같다.

  그람 음성균에는 유해 발효의 원인이 되는 낙산(酪酸)을 생성하는 것이 많은 반면 양성균에는 전혀 없다. 생물의 최소 단위는 미생물이고, 독립된 자기 증식형의 미생물은 세균과 남조류이다. 남조류는 호기통성 혐기로 단독 또는 공생으로 광합성이나 질소 고정을 하는 능력이 있고 이용 방식에 따라서는 무비료로도 상당한 성과를 거둘 수 있다.

  합성계 미생물은 병원 예방이나 억제 능력이 높으므로 토양 관리에 있어서 종균의 시용은 물론 그러한 미생물이 증식하도록 무농약으로 하거나 유기물을 증시하고 수분을 안정적으로 공급하는 노력을 하는 것이 중요한 점이다. 그에 비해 분해형 미생물에는 유해한 것도 다수 존재하고 특히 혐기성이 강해질수록 그 정도가 심해진다.

  유산(乳酸) 발효를 중심으로 하는 엔실리지나 발효 퇴비를 만드는 과정에서 혐기 상태가 너무 지나치면, 낙산 생성균의 활동이 활발해 지고 악취를 발하며 부패(유해 발효)하여 실패하는 예가 있다. 이러한 경우에는 여러 번 뒤집어 주어 미생물상을 유산균이 중심이 되도록 되돌려 주는 것이 중요한데, 대부분의 경우 방치하여 유해 미생물이 집적되고 있다.

  이러한 상태의 퇴비를 시용하면 병충해가 많이 발생하게 된다. 특히 다습 조건이 되면 그 경향이 현저하며, 퇴비를 많이 주면 병해충이 다발하는 경우는 예외 없이 낙산 생성균이 우점하고 있는 상황이다. 녹비 시용의 실패 예도 같은 현상이다. 논에서 가스가 발생하는 것은 메탄 생성균이 작용하기 때문인데 그러한 유해 발효(부패)를 방지하려면 그람 양성인 유산 생성균의 밀도를 높일 필요가 있다.

  유산 생성균은 40℃ 이하의 조건에서 쌀겨나 깻묵, 어분 등의 양질 유기질로 미호기(微好氣) 상태에서 배양하면 폭발적으로 증식하는 성질이 있다. 이렇게 하여 증식한 것을 10아르 당 30～50kg 정도 시용하면 유해한 그람 음성 혐기성균을 억제할 수 있다. 그러한 토양에 질소분이 높은 생 유기물을 시용하면 악취가 없는 하얀 균사상이 나타나게 된다. 악취가 남거나 검은 곰팡이 등이 생기는 경우는 아직 부패균 그룹의 밀도가 높은 상태라고 판단해도 좋으며 배양균을 더 중시해야 한다.

  작기를 바꿀 때나 추비할 때마다 유산 생성균이 증식할 수 있는 관리를 계속하면, 생명의 최소 단위인 원핵 미생물계는 확실하게 정균 및 유효 발효력을 갖게 된다. 이 경우 유산 생성균에만 치우치면 유기질의 분해가 현저히 촉진되기 때문에, 유기질의 시용량이 적을 경우 지력이 급격히 저하할 위험이 있다.

  이러한 결점을 보완하기 위해서는 과잉 분해된 가용성 유기물을 다른 형태로 유지시켜 주지 않으면 안된다. 일반 미생물은 유산의 살균 작용에 의해 억제되기 때문에, 그 소화 능력이 있는 미생물군이나 공존 능력이 있는 미생물군에 한정되게 된다.

  (3) 합성 미생물의 종류와 기능

  앞에서 말한 남조류와 광합성 세균은 광합성과 질소 고정 능력이 있는 합성 미생물이다. 광합성 세균은 그람 염색으로는 음성균이지만 그람 양성인 유산균과의 공존이 가능하다. 그 이유는 산소의 요구도 차이도 있지만, 광합성 세균이 합성의 계를 가지고 각종 유기산을 먹이로 할 수 있기 때문이다.

  남조류도 유산 생성균과 공존 관계에 있고 토양 유기물의 증대와 비옥화에 관여하고 있어 유산 생성균의 결점을 보완하는 중요한 역할을 하고 있다. 광합성 세균의 성질에 대해서는 논의가 덜 된 점도 있지만, 수분 조건이 적당하고 유기질이 충분히 있으면 밭에서도 증식하는 성질이 있고 표 3에 나타난 바와 같이 호기성 광합성 세균도 확인되고 있어 양성적 성질을 갖는 것도 적지 않다.

   미생물에 의한 질소의 고정은 무화학 비료 재배의 큰 관심사인데, 그 중심이 되는 것이 원핵 세포 미생물에 속하는 남조류이다. 본서에서 말하는 질소 고정 미생물군은 표 4에 나타난 속의 미생물로 이해해도 좋고, 유산 생성균과 공존할 수 있는 성질을 가지고 있다.

공생생활형(共生生活型)                    주된 미생물

                       란조(藻) Anabena, Nstoc(Azolla 지의류(地衣類)와 공생)

                       방선균  Frankia(오리나무와 공생)

                       근립균  Rizobium(콩과식물과 공생)

독립생활형(獨立生活型)

   호기성균            란조                 Anabena, Nstoc sp.         

                       아조토박타           Azotobacter sp.

                       메탄산화세균         Methylomonas sp.

                       유황세균             Thiobacillus thiooxidans

                       호기성광합성세균     Erythrobacterlongus

  통기혐기성균          내성포자형성간균    Bacillus,  Polymyxa

                        장내세균            Klebsiella, Pneumonia

                        방선균              Propioxibacterium

                                            shermarii

  혐기성균               내성포자형성간균   Clostridium

                                            Pasteurianum 

                                            Desulfotomaculum

                                            ruminis

                         유황환원균         Desulfouibrio

                         녹색유황세균       Chlorobium limicola

                         갈녹색광합성세균   Heliobacterium

                                            chlorum

 양성균                  홍색비유황세균     Rhodospirillium rubrum

 (빛이나 영양 조건에                        Rhodopseudomonoas sp.

의해서호기 혐기 양자의

성질을 갖는 것)           홍색유황세균      Chromatium sp.

                          남조              Plectonema boryanum

                                   질소고정 미생물의 종류

   그리고 표 5에 나타난 바와 같이 생명의 최소 단위로 되어 있는 원핵 세포 미생물계의 미생물상을 상대적으로 정균력이 있는 발효 합성형으로 만들면, 그 위의 진핵 세포 미생물계의 부패균 그룹이 억제되므로 유효 발효가 안정적으로 되는 아래가지가 완성된다.

  (4) 유용균류의 종류와 기능

  진핵 세포 미생물 중에서 발효 작용을 하는 미생물은 모두 진균류(진정균류)에 속한다. 균류에는 곰팡이로 부르는 균체가 사상(絲狀)으로 신장 분생하는 것과, 단세포 출아(出芽)에 의해 증식하는 효모가 있다. 이들 균은 5개의 종류로 유별되며 균류에 의한 병해도 모두 그 가운데 포함되어 있다.

  표 6은 유용 발효 및 정균에 효과가 있는 사상균(곰팡이)과 효모의 주된 속명을 나타낸 것이다. 어느 것이나 호기성 또는 미호기성인데, 그 가운데서도 효모는 비타민이나 호르몬 등의 생리활성 물질 생성 능력이 높고, 식물의 생장 촉진에 대해 현저한 효과가 확인되고 있다.

  지금까지 주로 정균, 발효 합성형 토양의 성립 조건에 대해 말했는데, 유산 생성 미생물의 대부분은 불용성 무기 인산 양분을 상당한 수준까지 가용화하는 능력이 있다. 또 화학 비료를 사용하지 않고 유기질 비료를 충분히 시용하여 토양을 발효 합성형으로 만들면, 균근균의 활동이 현저하게 활발해지는 것도 확인되고 있다. 식물의 생장에 미치는 생리활성 물질의 효과에 대해서는 검토해야 할 사항도 상당히 남아 있는데, 지금까지의 결과로 판단하면 흡비량과 동등하거나 또는 그 이상의 효과로 생각될 정도로 현저한 경우가 있다.

  이러한 점에 대해서는 다음에 기회를 보아 말하기로 한다. 한가지 부언하자면 미생물이라면 유기물의 조속한 무기화만을 기대하는 오해가 뿌리 깊게 남아 있다는 점이며, 그것이 미생물 응용에 있어서 커다란 장해가 되고 있다.

  (5) 근권(根圈) 미생물과 엽면(葉面) 미생물

  근권 미생물이란 뿌리가 활동하고 있는 토양 내에서 활동하고 있는 미생물이다. 근권 미생물상은 작물의 종류와 생육 상태에 따라서도 다른데, 뒤에 말하는 파나 부추 등의 병원 억제력이 있는 식물은 특이한 근권 미생물상을 형성한다. 그 때문에 식물 전반에 특유한 근권 미생물상이 형성된다고 하는 오해가 생기고 근권 미생물상의 제어는 곤란하다는 생각도 적지 않다.

  엽면 미생물에 대해서도 수많은 오해가 있고 병원균 등의 특수한 예를 제외하면 무시에 가까운 취급을 하고 있다. 그러나 동물과 식물은 모두 미생물의 옷을 입고 있다고 할 수 있을 정도로 식물의 엽면이나 근권은 미생물이 감싸고 있다. 그 주된 요인은 잎 표면과 뿌리에서 미생물이 모이는 물질이 분비되고 있기 때문이며, 그 분비물에 특이성이 있는 경우는 특이한 미생물상을 형성하게 된다.

  지금까지의 연구에 의해 대부분의 식물은 지상부에서 고정한 광합성 산물의 3～10% 이상을 뿌리를 통하여 근권에 분비한다는 것이 알려져 있다. 한편 잎 표면에서도 몇 %의 유기물의 분비되고 있고, 강우가 며칠간 계속되는 경우는 5～10%의 유기 물질이 유실된 다는 보고도 있다.

  그러한 사례를 생각하면 다소의 차는 있지만, 식물은 몸 전체에서 대사 산물을 분비하며 미생물의 옷을 입는 조건을 충분히 구비하고 있다. 파나 부추 또는 각종 저항성 품종 등 특수한 예를 제외하면 작물 거의 대부분의 근권이나 엽면 미생물은, 우연성에 지배되는 면이 강하며 그후 작물의 생리 상태에 따라 어떤 종의 미생물이 돌출 하는 것으로 생각할 수 있다. 유용 미생물을 응용하는 데는 이러한 식물에 직접 붙어 존재하는 미생물의 역할을 적극적으로 생각할 필요가 있다. 근권 미생물에 대해서는 후술하는 바와 같이 토양 미생물상을 발효 합성형으로 개량할 수 있고, 엽면 미생물에 대해서도 그 먹이가 되는 물질의 살포에 의해 변동하는 것이 확인되고 있다.

  표 7은 산동체 엽면에 당밀 0.1%액과 유용 미생물의 혼합액을 희석하여 살포하여 살포한 후 미생물의 변화에 대해 조사한 것이다. 당밀에는 각종 가용성 유기물이 포함되어 있기 때문에 엽면 미생물의 증가에는 상당한 효과가 확인되고 있다. 그 중에서도 호기성 질소 고정균의 증가는 현저하다.

 <표 7> 당밀의 엽면 살포에 의한 산동체의 엽면 미생물의 변화

                                                           (Wididana․Higa, 1989)

미생물군	무처리	0.1% 당밀 세포
곰팡이        × 122  후자리움      × 102  세균          × 104  질소고정균    × 103	12.41 8.42 3.89 1.42	63.33 14.02 9.24 10.28

  ※ 1g의 건조엽의 표면 미생물

 <표 8> 당밀의 엽면 살포에 의한 증수 효과 (단위 : g/㎡)

	피망	산동채
대 조 구 0.1% 살포구	747.97 964.42*	3,66070 4,136.47*

                                                           (Wididana․Higa, 1989)

   ※ 0.05%에서 유의

    살포횟수 : 피망 8회, 산동채 3회

   표 8은 표 7과 같이 당밀의 엽면 살포가 피망과 산동체의 수량에 미치는 영향을 본 것이다. 어느 것이나 유의차가 인정되는데 질소 고정균을 확인할 수 없었던 앞의 시험에서는 당밀의 엽면 살포 효과는 확인되고 있지 않다.

  이러한 상황을 생각하면 엽면의 미생물 관리도 무시할 수 없게 된다. 질소 고정균이 고정한 질소가 증수에 직접적으로 관여하는가 아닌가의 여부는 앞으로 검토해야 할 과제이다. 아조토박터 등의 호기성 질소 고정균은 질소 고정 외에도 생리 활성물질 생성 능력도 뛰어나며 엽면 및 근권 미생물로서도 중요하다는 것을 알 수 있다.

  엽면 미생물과 근권 미생물의 상호 작용에 대해서는 생리 활성 물질이나 항균 물질, 효소 저해 물질이라는 면에서는 분명해진다. 지상부, 지하부의 어느 한 쪽에서 플러스 또는 마이너스가 생긴 경우 곧바로 서로 영향을 준다는 것은 재배 경험이 있는 사람이면 누구나 쉽게 알 수 있는 상식이다. 특히 농약을 살포하면 엽면 미생물상의 교란은 물론이고 엽면의 보호 조직을 파괴하며, 비에 의한 엽면에서의 양분 유실 및 병해충의 침입을 조장하는 일이 많아 주의해야 한다.

   토양의 미생물상이 발효 합성형이면 엽면의 미생물상도 자연히 그 방향으로 변하기 때문에, 당밀과 아미노산류를 복합시킨 엽면 살포제도 효과적이다. 따라서, 앞으로의 엽면 살포 기술은 양분의 보급은 물론 엽면의 미생물 관리를 고려하는 것이 중요하며 호기성 유용 미생물의 옷을 입히려는 의식이 필요하다.

  (6) 균근균과 다른 미생물과의 관계

  균근균은 대부분 절대 공생균으로 식물의 뿌리에 균사를 박아 유기 양분을 받는 대신 식물의 뿌리가 흡수할 수 없는 미량의 인산 불용성 인산과 다른 무기 양분을 흡수하여 식물에 주는 것으로 알려진 미생물이다.

  그 중에서도 VA균근(Vesicular Arbusular mycorrhiza)은 범용성으로 가장 중요시되고 있다. VA균근이 붙지 않는 식물은 수생식물이나 세근이 많아 흡비력이 강한 몇 종류뿐이다. 인간 쪽에서 VA균근을 보면 완전히 뿌리의 분신이다. 그 증거로 VA균근균은 뿌리장해가 일어나는 조건에서는 사라지고 뿌리에 활력을 필요로 하는 곳에서는 위대한 힘을 발휘한다. 그러나 화학 비료를 많이 사용한 토양과 환원 물질이 많아 가스가 발생하는 토양, 그리고 제초제와 살균제를 사용한 토양에서는 접종한다 해도 정착하지 않는다.

  목탄과 병용하면 현저한 효과를 올릴 수 있어 무화학 비료 재배의 강력한 가능성을 가지고 있고 또 병해 억제 효과도 상당히 높다는 것도 밝혀져 있다. 그들의 작용은 건전한 뿌리가 각종 생리활성 물질을 생성하는 것과 유사하며, 토양 미생물상이 부패형인 경우는 뿌리와 마찬가지로 기능이 현저하게 저하된다.

<표 9> 효모 무균 여과액과 균근균의 병용이 산동채의 수량에 미치는 효과

                                                           (단위:g/㎡) (1989)

시용횟수	0	1	2	3
무처리구 균근균접종구	1,844 2,160	2,060 2,923*	2,614 3,891**	2,946 4,360**

※ 여과액 농도 5,000배, ㎡당 1회 3㎘ 사용                           

  따라서 VA균근균은 정균 발효합성 미생물과는 경합하지 않으면서 각각의 미생물이 만들어내? 생리활성 물질에 의해 그 능력은 현저히 높아지게 된다. 표 9는 균근균을 접종한 산돛애에 효모의 무균 여과액을 500배로 하여 시용한 결과인데, 큰 유의차가 확인되고 있고 양자의 상승 효과는 뛰어나다. 이들을 포함하여 VA균근균의 효과적인 이용을 생각할 경우 수질은 물론 토양을 정균, 발효, 합성적인 형태로 깨끗하게 하는 것이 요점이다.

 2. 발효 합성형 토양의 탁월한 기능

   부패․정균․발효 합성형 토양의 간단한 특성은 앞에서 말한 바와 같은데, 유기물의 분해 과정과 그에 연결된 미생물의 작용성과 그 생성물의 성질에 따라 보다 명확히 할 수 있다. 앞의 그림 2는 그러한 관계를 유기물 분해의 흐름 중에서 정리한 것인데, 실제로 토양에 있어서는 각각 혼재된 형태로 존재하며, 어느 부분이 돌출하는가에 따라서 미생물상의 특성이 나타나게 된다.

  (1) 부패형 토양의 확대 요인

  토양의 열악화(劣惡化)와 노후화를 다른 관점에서 보면 토양이 극단적인 부패형으로 되어 있는 상태이다. 좁은 의미의 부패형 토양이란 토양 중에 다수의 유해한 부패균이 정착하고 있는 것을 말한다.

  그러나 넓은 의미에서는 비록 균의 밀도는 낮아도 유기물을 시용한 경우에 부패균이 우점적으로 활동할 소지가 있는 토양이라고 할 수 있다. 그러한 토양은 유기물을 시용하여도 그 유기물의 환원상의 가스(탄화수소, 황화수소, 암모니아, 기타)로 변화하고 공중에 방출될 때 작물의 뿌리를 해칠 뿐만 아니라 그 물질들의 2차 대사에 의한 효소 저해 물질의 생성 때문에 생육이 현저히 억제되는 악순환을 겪고 있다. 또한 환원 상태에서는 무기 영양이 불용화하기 때문에, 토양의 경화는 물론 미량 요소의 결핍이 일어나기 쉬운 점 등 많은 결점을 가지고 있다.

  특히 질소를 중심으로 화학 비료를 많이 사용하면 토양 중의 유기물 분해가 급격하게 촉진되기 때문에 결과적으로는 토양 중의 미생물상이 치우쳐지고 빈약해진다. 그 때문에 항상 부패 분해형 미생물이 우점하기 쉬운 환경이 되고 병원성 미생물의 밀도를 높이는 원인이 된다.

  농약이나 제초제의 사용은 살포된 시점에서의 유해 유효를 불문하고 미생물을 모두 죽이는 결과가 되기 때문에, 토양의 유기물은 분해 도중에 남게 되고 그 후는 자연계에서 절대 다수를 점하는 부패균이 특히 우점하기 쉬운 상황이 된다. 저항성 병해충도 이 중도 상태가 존속하는 한 항상 출현할 수 있는 기회가 주어져 있고, 잔류독성이 강한 농약일수록 병해충의 저항성 유전자의 조환(組換)을 조장한다.

  이러한 급속한 부패형 토양의 확대는 토양이 갖는 본질적인 면을 못 본 결과이고 표면상으로는 토양 물리성의 악화와 연결된 것으로 보인다. 그 결과 토양 중의 산소 신앙을 만들어 내고, 토양 개량에 많은 부담을 주어 노력은 많이 들고 이익은 적은, 본질에서 벗어난 기술 체계가 확대되었다.

  (2) 유기 농업 및 정균형 토양의 한계

  유기 농업에 대한 평가는 사상적인 면과 건강의 유지 증진이라는 면에서 볼 때 매우 높은 가치가 있으나 경제성에 관한 평가가 문제되고 있다. 또 유기질의 다용과 오용에 의한 피해도 확인되고 있어, 그 때문에 일반화할 수 없는 측면도 있다.

  경험적으로 보면 지금까지의 밭에서 자연 농법이나 유기 농업을 실시하면, 대부분 급격한 감수를 초래하고 실패하는 경우가 보통이었다. 그래도 끈기있게 계속하면 3～4년째에 생산이 회복되기 시작하여 5～6년째에 안정된다는 예가 많다.

  그 중에는 10년 이상 걸린 예도 있으나 밭에 따라서는 1년째부터 기대할 만한 성과가 나타나는 경우도 있다. 이 경우는 원래 토양의 물리성, 물리화학성, 생물성이 서로 연결되어 있어 그 종합적인 결과가 병해의 발생을 억제하는 구조로 되어 있기 때문인데, 그러한 토양을 정균형 토양이라 부르고 있다. 미생물의 생태로 보면 정균 토양은 방성균과 세균의 밀도가 높고 부패에 관여하는 곰팡이가 적다. 그러나 이 현상은 나쁘게 말해서 유기물의 분해 과정으로 보면 곰팡이에 의한 초기의 급격한 분해 과정을 경과한 무해한 토양이라는 것에 지나지 않고, 그 원리는 완숙 퇴비를 주면 좋다는 것과 같은 이야기가 된다.

  앞의 그린 2에서 보면 산화 분해의 계에서 현상 유지형 및 축소형 재이용의 혼합이라 할 수 있다. 유기 농업에서 수년간의 생산력 저하는 축소형으로 되어 있는 경우가 많고, 안정되어 좋은 성과가 얻어지게 된 시점에서는 현상 유지형으로 되었다고 판단된다.

  따라서 미생물의 생태를 중심으로 자연 농법과 유기 농업을 전개시키는 경우는 완숙퇴비를 시용하여 정균 토양으로 하고, 그것만으로는 영양이 부족하므로 방선균과 세균이 증식하기 쉬운 깻묵이나 쌀겨, 어분 등의 유기 비료를 병용하여 첫해부터 성공하는 예도 있다. 이 방법을 계속 사용하면 토양은 정균형 토양으로 되어 간다.

  이러한 예를 종합적으로 생각하면 유기물을 아무리 많아 준다 해도 토양의 미생물상이 부패형으로 되어 있는 동안은 기대할 만한 결과를 얻기를 곤란하다고 할 수 있다.

  (3) 토양 개량으로 부패형에서 정균형으로 변화시킨다

  배수를 좋게 하면 병해충의 피해를 현저하게 경감시킬 수 있다는 것은 다습지대 재배의 상식이다. 배수가 토양 중 산소의 양을 증대시키기 때문에 유해한 혐기성균의 활동을 억제하고 또 뿌리의 활성을 높이는 데 큰 효과가 있다. 나아가 병해 다발 토양에 목탄이나 제오라이트, 슬래그, 연질 세라믹스나 몬모릴로나이트 등을 시용한 경우에도 병해 억제에 현저한 효과가 인정되고 있다. 이러한 재료들의 공통된 성질은 이온 치환 능력이 높고 물리화학적인 활성이 높다는 것이다.

  토양 개량에 있어서 물리화학성의 연구는 염기치환 용량(CEC), 즉 비료 유지력이 중심이 되어 있으며 자장이나 방사선, 반도체, 이온 교환 작용이 갖는 역할에 대해서는 경험적인 범위에 그치고 있다. 어느 것이나 직․간접으로 산화 환원 반응에 관계되어 결과적으로는 메탄가스, 황화수소, 암모니아 등의 환원 물질을 제거하거나 생성을 저지하는 것과 결부되어 있다.

  제오라이트와 목탄에 의한 토양 개량이 주목되고 있는 배경에는 다공질이라는 성질도 크게 관여되어 있으나, 수용성의 2가철과 과산화수소, 아니코(아스코르빈산철로 탈취제에 이용된다) 등 물리적으로 변화를 일으키지 않는 탈취제에 대해서도 같은 효과가 인정되고 있다. 어느 것이나 산화 반응으로 양전자를 제거하는 것이고, 원리적으로는 뿌리와 무기 영양에 산소를 제공하여 활성화하며 또 강력한 부패균의 억제 효과도 함께 가지고 있다. 그 때문에 토양을 부패형에서 정균형으로 변화시키는 기능을 가지고 있는데, 그 점에서는 주목할 필요가 있다.

  (4) 발효형 토양에서는 다량의 부식이 생성

  극단적으로 말한다면 어떠한 토양에서도 유기물을 시용하여 발효형 미생물을 우점시켜 장기간 유지할 수 있으면 토양은 발효형으로 변화한다. 발효형 미생물의 종류는 다종 다양하며, 그 생성물이 유해균의 번식을 돕는 것이 아니라면 곰팡이 그룹이라도 좋고 반드시 세균이나 효묘균일 필요는 없다.

  병해 억제나 유기물 가용화라는 면에서 생각하면 유산을 분비하는 그룹에 효모가 결합하는 형이 바람직하다. 또 발효형 미생물의 활동에는 토양 수분이 충분하게 유지될 필요가 있고, 논 등과 같이 산소가 적은 상태가 좋다. 따라서 토양을 발효형으로 변화시키는 경우는 부패형 토양에서의 기술 체계와는 달리 특히 초기에는 수분을 많게 관리하는 것이 바람직하다(후술).

  그림 7은 통기성이 좋은 부식을 거의 포함하지 않은 토양에 생부스러기 재료를 10아르 당 2톤 시용하고 유산균은 사용하여 발효형으로 만든 토양에서 액비를 병용하여 오이를 재배하고, 시용 40일 후부터 경시적으로 부식 함량을 측정한 것이다. 그림과 같이 토양의 부식 생성율은 무처리구에 비해 현저히 증가하고 있어 발효형 토양에서는 부식의 생성이 촉진되는 것을 나타내고 있다.

  (5) 발효 합성형 토양의 기능과 생육

  토양에 투입된 미분해 유기물을 고온이나 가스를 발생시키지 않고 발효, 분해함과 동시에 분해 과정에서 유해한 환원 물질을 합성적으로 유효하게 이용하는 계를 발효 합성형 토양이라 부르고 있다. 토양 중의 생 유기물 분해는 보통 부패형이다. 따라서 발효 미생물 처리를 하여도 부분적으로는 부패의 계가 남아 있다. 따라서 유기물의 유효 이용을 생각하면, 발효형 미생물만으로는 충분하지 않고 합성형 미생물을 결합시킬 필요가 있다.

  그림 8은 정균, 발효, 합성의 계가 유기적으로 기능하고 있는 경우의 토양 미생물상의 개념도이다. 토양 미생물의 이러한 구조가 유기물의 유효 이용은 물론이고 화학 비료가 갖는 마이너스적인 면을 상당한 수준으로 해소할 수 있다.

  이러한 계에서 생성되는 다양한 유기물은 아미노산, 당류, 비타민, 생리활성 물질, 에스테르 등으로 식물에 쉽게 흡수될 뿐만 아니라 다른 유효한 미생물의 먹이가 되기도 한다. 또 이온적으로 보면 논 이온의 활성 효과를 갖는 것이 많고, 토양의 내수성 단립의 형성에도 현저한 효과가 있다. 그 때문에 투수성, 보수성은 물론 무기 양분은 유효화하고(표 10), 토양 전체의 완충 능력이 강화되어 토양이나 환경 보전에 탁월한 효과가 있다.

  토양 중의 미생물상의 발효 합성형으로 되면 토양 내의 에너지가 무기, 유기에 관계없이 엔트로피(오염)로 존재할 수 없는 상태로 된다. 그 결과 토양은 아주 깨끗해지고 뿌리 활동에 대한 모든 장해 인자가 해소되게 된다. 또한 토양 중의 양분의 용출도 완만해지고 강산, 강알칼리 토양에서도 작물은 정상 생육을 나타내게 된다.

 <표 10> 발효 합성 미생물 처리가 토양 수분 및 땅콩의 수량에 미치는 영향

처리구	무처리	1회살포	2회살포	3회살포
저질소(mg%) 암모니아태질소(ppm) 질산태 질소(ppm) 유효태인산(ppm) 치환성 칼리(mg%) 치환성 칼슘(mg%) 치환성마그네슘(mg%) 전유기물 함량(%) pH(H2O) 수량(kg/20m2)	128 3.3 9 9 10 417 19 0.7 7.91 26.6	138 2.1 10 20 10 431 20 0.9 8.04 29.0	141 2.4 8 16 12 557 25 1.4 8.33 31.4	145 3.5 8 21 10 504 23 1.5 8.37 33.1

(1984) 

 ※ 발효 합성 미생물을 처리함으로써 전질소, 유효태 인산, 유기물 함량이 증가한다.

또 Ca이나 Mg의 가용화도 촉진된다. pH에 대해서는 8.5까지 상승하고 이하 중성

부근의 약 알칼리성에서 안정되는데 알칼리 장해를 일으키는 일은 없다

연도	작기 연작횟수	품종	수량kg/10a	위조병  근부병  뿌리혹선충
1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988	춘작(2) 추작(3) 춘작(4) 추작(5) 춘작(6) 추작(7) 춘작(8) 추작(9) 춘작(10) 추작(11) 춘작(12) 추작(13) 춘작(14) 계속중	새턴 새턴 새턴 미수  커스텀* 수광 커스텀 커스텀 커스텀 커스텀 커스텀 커스텀 커스텀	4,300 12,400 6,700 10,400 7,140 18,700 8,150 19,600 8,200 18,520 4,800 17,260 6,730	+++        +        +++    -         -         +    -         -         -    -         -         -    -         -         -    -         -         -    -         -         -    -         -         -    -         -         -    -         -         -    -         -        +++    -         -         -    -         -         -    -         -         -

<표 11> 정균․발효․합성형 미생물을 처리한 토마토의 연작

 ※  파스트커스텀 502,  + : 1 25% 이병, +++ : 50% 이상 이병,  - : 이병 없음

 ※ 1987년의 12연작 째에 뿌리혹선충을 접종하여 강제적으로 발생시켰으나 다음 회(13작째)에는 전혀 발생이 없었다. 춘작은 1월 파종하여 5월 하순 8월 중순 수확, 추작은 9월 파종하여 1월 중순 수확, 각 작기의 시비는 제1～10작의 질소량은 기비 10kg/10a, 제11～13작은 기비 없고, 추비는 질소량 17kg과 유기질 비료

  표 11의 성적은 pH 9.5의 강알칼리 모래상에 정균, 발효, 합성 등의 작용을 갖는 미생물을 처리하고 화학 비료를 병용하여 14연작을 한 결과이다. 처음에 병해충이 많이 발생하고 알칼리 장해가 나타난 곳에서도 몇 작기가 지나면서 피해는 아주 없어지고, 증수로 돌아서고 있다. 12연작째에서 뿌리혹선충을 접종하고 시들음이 보일 정도로 건조하게 관리하여 강제적으로 장해를 발생시켰으나 다음 작기에서는 완전히 소실되었다. 그림 9는 9연작째의 수화 개시기 상황이다. 그림 10도 마찬가지로 흙가꾸기를 한 오이의 연동 하우스에서 발효 합성형 미생물이 우점하도록 처리한 것이다. 무처리는 과번무로 잎도 많이 늘어지고 빛이 내부로 충분히 투과하지 않아 전체적으로 어둡다.

  그에 비해 처리구는 잎이 약간 작으면서 두껍고 곧추서서 빛이 내부까지 잘 투과하여 수광태세가 현저하게 개선되고 있다. 수량 및 품질에 대한 결과는 말할 것도 없고 후반의 병해충 피해 정도도 현저한 차이가 있음을 확인하였다. 약간 작으면서 두껍고 곧추서는 잎은 그 하나 하나의 광합성 능력은 물론 생태적으로도 광합성 능력이 높은 군란을 형성한다는 것은 이미 주지의 사실이다. 이러한 식물의 뿌리는 아주 하얀 세근이 여러 층에 뚜렷하게 확대되고 있고 흡수 표면적도 대단히 커져 있다. 그 눈에 보이지 않는 받침접시의 크기가 지하부와 지상부의 에너지를 효율적으로 이용하는 열쇠이다.

  (6) 발효 합성형으로 가는 길

  이미 설명한 바와 같이 자연의 미생물은 부패 분해를 중심으로 정균, 발효, 합성계의 균형 위에 성립하고 있다. 일반적으로 항상 부패의 계가 우점하는 상황에 있는데, 분해가 진행되면 정균의 수준까지는 도달한다. 완숙 퇴비를 시용하는 유기 농업은 이 수준에서 멈추고 있다.

  따라서 유기 농업이 유기물을 분해하여 얻은 무기의 질소원을 이용하는 부패 분해에 입각하고 있는 한 식량 생산에 대한 본질적인 해답을 얻기는 불가능한 것이다.

  토양을 발효 합성형으로 하는 데는 인공적으로 배양한 미생물을 시용하고 동시에 그것이 정착하는 조건을 만드는 것이다. 이렇게 하면 미생물상을 변화시킬 수가 있다.

  표 12는 표 11에 나타난 토마토 연작 토양에 유효 미생물(방선균, 광합성균, 효모, 사상균 등)을 시용한 결과의 미생물상과 병해 억제형 토양(정균형 토양) 그리고 일반 연작 토양의 미생물상을 비교한 것이다. 그 결과를 보면 인공배양 미생물의 시용 효과가 명확하게 나타난다.

	무처리	처리구
유산균     × 102  사상균     × 104  호기성균   × 106  방성균     × 105	0.00 1.74 5.67 0.59	3.56 3.07 9.62 0.22

 <표 13> 유산균의 토양에의 정착률 (재배 종료 후 35일)

 ※10⁸의 유산균을 시용하여 가라시나를 재배

  이 결과에서 주목해야 할 점은 셀룰로오스 분해균 밀도가 높고 부패형 토양의 주된 원인인 후자리움 점유율이 낮다는 것이다. 또 표 13에도 나타나듯이 유산균의 토양 정착도 비교적 안정되었다. 이러한 예를 양질의 발효 비료를 사용한 경우에도 많이 확인된다. 정균, 발효, 합성의 기능을 갖는 각종 미생물을 셀 수 없을 만큼 많이 혼합하여 시용하면, 표 5에 나타나듯이 생명의 최소 단위인 원핵 세포 미생물군이 유용화하고 그림 8과 같은 토양의 미생물상을 손쉽게 형성할 수 있다.

  (7) 오염 요인을 유효 에너지로 변환

  현재의 부패 분해를 전제로 한 농업 기술 체계로는 모든 면에서 한계가 있다. 이 문제의 해결에는 엔트로피가 발생하지 않는 계, 또는 엔트로피를 합성적으로 회수하는 계를 성립시켜 강화할 필요가 있다. 결론적으로 말하면 이 조건에 가장 가까운 것이 발효와 합성 세계를 조합하는 것이다. 이미 말한 바와 같이 발효란 유기물을 유기적으로 가용화하는 것이고, 그 가용화된 유기물을 식물의 생산 계로 끌어들이면 오염을 최소한도로 억제하면서 생산을 강화할 수 있다.

  발효의 계를 빌딩 해체를 예로 들어 설명하면, 그 빌딩에 사용되고 있는 목재나 유리, 콘크리트 블록, 철골 등의 구성 재료를 변형하거나 파괴하지 않고 회수하여 다시 새로운 건축재로서 신품처럼 재 사용할 수 있도록 하는 상태를 생각하면 된다. 따라서 비용이 아주 적게 든다. 이에 대해 산화 분해나 부패의 계는 유리를 원재료인 석영으로, 목재는 탄산가스와 물로, 블록은 모래와 석회로, 철골은 철광석으로 원형을 남기지 않을 정도의 무기적․일차적인 것으로 되돌려 버리는 계이다.

  반대로 빌딩을 세우는 경우를 예로 생각해 보면, 발효 생산물이 갖는 의미가 보다 구체적이 된다. 석영으로 유리를 만들고, 목재를 위해 나무를 기르고, 모래와 석회암으로 시멘트를 제조하여 블록을 만들고, 철광석으로 철을 만들고, 그 위에 규격화하여 거대한 에너지를 사용하여 빌딩을 만드는 것이 부패 합성형 건축 방식이다.

  한편 이미 규격화된 목재 유리, 블록이나 철골, 즉 빌딩을 발효 해체시켜 얻은 발효 생산물을 사용하여 매우 효율적으로 건축하는 경우는 발효 합성형 건축 방식이다. 이러한 효율성이야말로 발효 합성형 토양으로 전환해야 할 최대의 이유이다. 생물 생산에서 합성된 유기물을 가용화, 재 이용하는 것이 엔트로피 발생 방지의 기본이고, 그 기초량의 증대가 식량 생산의 자기 증식적 기술의 근간이 된다.

  유기물이 토양 중에서 부패에 의해 무기화하는 경우 유해한 중간 물질을 다양하게 발생시키는데, 광합성 세균 등의 합성균은 그 물질을 아주 낮은 에너지, 아미노산이나 당류로 재합성할 수 있는 능력을 갖고 있다. 다시 말해 엔트로피의 원인이 되는 것을 소재로서 재활용하고 유기 에너지로서 유효화하는 작용이다. 이것은 발효의 계가 이룰 수 없는 중요한 역할을 분담하고 있는 것이 된다.

  (8) 무기 영양설의 큰 오류

  지금까지의 문헌 중에는 작물의 양분 흡수에는 유기물이 무기화해야 비로소 흡수된다고 기록되어 있는 것이 대다수이고, 유기 상태로도 가용화되고 흡수된다고 말한 예는 매우 적다. 따라서 발효 미생물이나 합성 미생물에 의해 만들어진 가용성 유기물도 무기화되지 않으면 흡수되지 않는다고 생각하는 전문가도 적지 않다.

  그러나 코코넛이나, 토마토, 바나나 등을 배지로 이용한 무균 조직 배양에서도 알 수 있듯이 가용성 유기물은 상당한 속도로 식물에 흡수되는 성질이 있다. 특히 질소는 무기태나 유기태에 따라서 품질이나 수량에 현저한 차이가 확인된다. 무기 형태로 흡수된 질소는 아미노산을 거쳐 단백질로 되기까지 다량의 당류를 필요로 한다. 질소 과다의 피해는 그 때문에 생기는 것인데, 처음부터 프로린이나 메티오닌, 기타 유효 아미노산의 형태로 흡수되는 질소는 당류를 소비할 필요가 아주 적다. 그 결과 광합성 산물의 수지가 현저히 개선된다.

  발효 합성형 토양은 병해충이 적고 품질도 좋으며 또 수량이 많다고 하는 것은 앞서 말한 빌딩 건설의 원리와 같은 것으로, 건축물에 대해 소비하는 에너지가 최소한으로 억제되기 때문이다. 무기영양 흡수설에서는 수량의 증대가 품질의 저하와 결부되는 것은 자명한 이치이다. 이에 대해 유기 영양의 흡수에서는 품질, 수량이 상당히 높은 수준에서도 모순되지 않는다.

  이처럼 발효 및 합성 미생물의 활용에 의해 생물계에서 고정된 에너지를 무기화시키지 않고 유기 에너지로서 순환시키는 것이 가능해진다. 이렇게 하여 비로소 식량 생산은 자기 증식론적인 이론 구축의 원점에 설 수 있고 자기 완결적인 것으로 된다.

  이 새로운 기술 체계는 이제 겨우 시작된 것인데, 지금까지의 설명으로도 알 수 있듯이 종래의 농업 기술 체계와는 좌표축이 근본적으로 다른 것으로 이해할 필요가 있다.  

3. 발효 합성 미생물의 품질 향상, 증수 효과

  (1) 품질의 개념

  농산물은 품질 개념에는 여러 가지가 있지만, 먹거리에서 구하는 것은 우선 안전성이고 이와 함께 그 내용의 수준이며 또 양자를 표시하는 겉모양이다. 다시 말할 나위도 없이 화학 비료나 농약의 남용은 안전성과 내용을 손상하는 것이므로, 가능한 한 무농약, 무화학 비료가 원칙이다.

  겉모양이 내용은 본래 일치하는 것이다. 따라서 '모양은 나쁘지만 맛은 좋다'라거나 '모양이 좋아도 맛은 나쁘다'라는 말은 초보자 농업이나 양위주 시대의 이야기이고 전문 농가 입장에서는 금기 사항이다.

  품질의 내용도 작물에 따라 천차만별인데 의식동원(醫食同源)이라는 것이 결론이다. 맛은 개개인의 미각에 따라 다르기 때문에 명확하게 정의하기는 곤란하지만, 미각은 본래 육체의 안전을 지시키 위한 센서이다. 따라서 몸에 좋지 않은 것은 본질적으로 거부하는 것이다. 그러나 잡다한 먹거리에 접하다 보면 미각이 정상적으로 작동하지 않게 되어 인공 조미료도 좋아하게  된다.  그 점에서 아이들의 미각은 정확하다. 화학 비료나 농약으로 생산한 채소는 철저히 거부하는데 비해, 자연 농법이나 유기 농업으로 바람직한 상태에서 재배된 채소는 채소를 싫어하는 아이들도 즐겨 먹는다는 것은 부정 할 수 없는 사실이다. 맛의 본질은 "몸에 좋다"는 것이다. 먹기 싫어하는 것은 본래 있을 수 없는 것으로 처음 만났던 것이 내용적으로 나빴다는 기억이 남아 있는데 지나지 않는 경우가 보통이다.

  품질을 구성하는 내용은 당, 단백질, 아미노산, 지질, 유기산, 미네랄, 비타민, 효소 활성, 항생 면역 물질 등 다양한데 어느 것이나 작물과 토양과 토양 미생물과의 공동 작업에 의해 그 수준이 결정된다. 품질을 고려할 경우 그러한 배경을 충분히 고려하여 흙과 작물이 갖는 능력을 최대한 활용할 필요가 있다.

  (2) 다수확과 고품질의 양립

  그림 11은 발효 미생물 처리에 의한 수량, 표 14～16은 발효 합성형 토양에서 재배된 당근과 땅콩의 품질 및 수량과 차(茶)의 품질에 대한 조사 결과이다. 어느 것이나 무처리나 일반의 것에 비교할 때 양, 질 모두 현저하게 뛰어나 발효 합성형 토양의 전형적인 모습이 되고 있다.

	대조구	엽면․토양처리	토양처리	엽면처리
수분(%) 당질(g) 카로틴 비타민 A 선충피해율 10a당 수량(kg)	90.5 7.6 4,000 2,000 1.5 900	90.2 8.2 6,100 2,800 0.1 1,800	89.2 8.8 6,000 3,000 0.1 2,000	90.1 7.5 5,000 2,300 0.2 1,300

  그림 12는 합성형 토양의 주역이 되는 광합성 세균(비유황균)을 고비타민 C 과수인 아세로라에 단독 시용한 결과이다. 아세로라의 비타민 C는 미숙과에 가장 많이 함유되어, 세계의 천연 비타민 C의 95%는 아세로라의 미숙과를 원료로 만들어진 것이다.

  무처리에서도 비타민 C가 딸기의 20배 이상이나 있는 경이적인 과일인데 광합성 세균 처리를 하면 비타민 C의 함량은 배가되고 있다. 이 4700mg이라는 수치는 현존하는 과수의 세계 최고치이고 바로 기네스감인 셈이다.

 <표 14> 당근의 수량과 품질에 미치는 정균, 발효 합성 미생물의 처리 효과

	대조구	500배구	1,000배구	2,000배구
수분(g) 단백질(g) 지질(g) 당질(g) 칼슘(mg) 비타민 B1(mg) 10a당 수량(kg)	9.0 21.6 39.4 13.9 47 0.68 200	9.0 21.9 48.8 15.5 60 1.51 328	9.0 21.7 49.8 13.9 60 1.83 339	9.0 226 46.0 16.2 60 1.42 354

<표 15> 땅콩의 수량과 품질에 미치는 정균, 발효 합성 미생물의 처리 효과

※미생물포화액을 각 배수로 희석하여, 15일에 1회, 합계 7회 시용

<표 16> 발효 합성 미생물 처리가 차의 성분에 미치는 영향

		처리구	무처리구
전질소 (mg)    클로로필 (%)    비타민 ℃ (mg)    아미노산 (티아닌)(g)    카테킨류		5.194 3.191 477.5 3.8	5.026 3.28 381.0 4.6
사미(沙味)	에피가로카테킨 (mg) 에피카테킨 (mg)	4.800 3.687	4.679 4.337
고미(苦味)	에피가로카테킨가레이트 (mg) 에피카테킨가레이트 (mg)	6.330 1.925	8.298 2.128
카페인 (자극물)(%)		2.46	2.70

                                     (품종 : 야부키타, 100g 중)(小野, 1990)

 ※ 1번의 평균 비타민 C의 함량은 371mg으로 되어 있다. 미생물 처리로 비타민 C가

 현저히 증가하고 떫은 맛, 쓴 맛 성분이 감소하여 품질이 현저히 개선되었다.

  이러한 경향은 모든 채소와 과수에서 보이고 있으며 발효 합성형 토양에 있어서는 품질과 수량이 양립하는 형태로 되어 있다. 그 기본적인 원리는 지금까지 말한 바와 같이 발효 합성 미생물에 의한 불용성 유기물 및 무기 양분의 가용화와 생리 활성 특질 등의 생합성에 유래하는 것이다.

  이미 이야기한 바와 같이 토양의 종합력이라는 관점에서 생각할 때 정균, 발효, 합성의 세 가지 조건이 유기적으로 기능하고 있는 토양을 발효 합성형 토양이라고 하는데, 그 가운데 하나라도 빠진다면 품질과 수량의 관계는 불분명해진다.

  자연계 있어서 생물 활동은 탄소와 산소를 축으로 하고 태양광을 에너지원으로 하는 유기 에너지의 존재에 의해 결정되고 있다. 그 유기 에너지가 질소와 결합함으로써 아미노산을 합성하고 그 아미노산이 축중합(縮重合)하여 단백질을 형성한다.

  단백질은 DNA의 설계사용서에 따라 생체의 형성에 필요한 모든 원시적인 역할을 갖고 생체의 원형질을 구성하여, 다양한 기능을 가지게 된다. 이 흐름에서도 알 수 있듯이 식물이 무기 질소를 다량으로 흡수하면 그 질소를 단백질로 변화시키기 위하여 체내에 함유되어 있는 당류를 그와 평형이 될 정도로 사용하기 때문에 양분을 축적할 여력을 잃어버리게 된다.

  그런데 이 여력이야말로 실질적인 수량이고 품질인 것이다. 질소의 동화에는 당류만이 아니고 각종 무기 요소도 직접, 간접으로 관여하고 있다. 질소의 과잉은 미량 요소 결핍과도 결부되어 있고 각종 대사계를 혼란시키는 큰 원인이 되어 있다.

  대사계의 혼란은 병해충 대책에서도 말한 바와 같이 각종 장해의 원인이 된다. 지금까지 대사의 흐름 중에 인위적으로 에너지를 첨가하는 것은 곤란하다고 했는데, 아미노산이나 각종 유기산 및 당류의 엽면 살포 효과를 확인하게 된 이후 이 생각은 밑바닥에서부터 부정되고 있다.

  그 결과, 프로린이나 메티오닌을 중심으로 각종 아미노산이나 유기산은 물론이고 복수의 식물 호르몬, 미량 요소, 당류를 배합한 엽면 살포제가 시판되게 되었다. 그리고 품질 향상, 증수, 과수의 수세 회복에 상당한 효과가 인정되고 있다.

  그 중에서도 제조 과정에서 발효 과정을 거친 것이 단순한 성분 배합보다 효과가 높으며, 특히 근권 시용을 동시에 하면 현저한 효과를 확인할 수  있다. 그것은 근권으로부터 유기 형태의 양분이 흡수된 결과임에 틀림이 없다.

  발효 합성형 토양이 되면 시용된 유기물의 대부분은 가용화 된다. 그 때문에 흡수된 유기물은 아미노산 등과 같이 유기체로 되어 있는 경우가 많고 단백질 합성의 과정에서 당류를 필요로 하는 비율이 아주 낮다.

  발효 합성형 토양에서는 무기 질소가 흡수되어도 가용성의 당류도 동시에 흡수되기 때문에, 잎에서 합성된 당류의 소모는 예상외로 적어, 결과적으로는 축적량이 증대하고 고품질 다수확이라는 종래 이론에는 없는 실체가 나타나게 된다. 또 발효 및 합성형 미생물이 만들어 내는 호르몬을 비롯한 다양한 생리 활성물질에는 광합성(그림 13)과 전류를 촉진하는 작용이 있어 무처리와 비교하면 30%이상의 차이가 나타나는 예도 적지 않다.

  (4) 경이적인 증수 효과

  같은 작물이라도 우량 사례를 조사해 보면 평균 2배 내지 3배의 수량이 나는 예도 적지 않다. 태양 에너지의 열수지에서 생각하면, 평균치의 2배나 3배라 하지만 극히 일부에 불과한 것이다. 따라서 초다수확이라는 현상도 모두 당연한 것이라고도 할 수 있다.

  표 17은 벼 포트 시험으로 발효 합성형 토양에서의 수량 변화를 본 것이다. 유기물로는 전년도 포트 면적의 볏짚을 넣고 발효 합성 미생물의 농도를 변화시켜 그 활동에 차이가 나타나도록 처리한 것이다.

  무처리구는 부패형 토양으로 간주해도 좋으며 수량은 10a로 환산하면 373kg 정도의 극히 상식적인 선이다. 이에 대해서 발효 합성 레벨이 약간 낮다고 생각되는 저농도 처리구는 무처리구에 비교하면 유의차가 있어 10a당 506kg로 되어 있다.

  미생물을 약간 고농도로 처리하여 토양 중의 발효 합성 능력을 높인 구는 10a로 환산하여 1,130kg에 달하고 있다. 품종은 고시히까리인데 도복도 없고 그 후의 반복에서도 이 수량을 상회하는 수치도 나타나고 있다. 이 수치가 바로 실용화될 수 있다고 할 수는 없지만, 실제로 무화학 비료, 무농약으로 안정적으로 수확하고 있는 예도 있다. 이러한 토양의 발효 합성 능력을 조사해 보면 시용된 유기물의 전 에너지와 태양으로부터 수용된 에너지의 전환율은 모두 합해 보아도 2% 이하이다. 응용 가능한 범위는 5～6%나 되고 현미로 10a당 1,800kg 이상 수확하는 것이 불가능하지 만은 않다.

처리	1주당  이삭수 (本)	㎡당  이삭수 (本 )	1이삭  립(粒)수 (粒)	㎡당 인(籾)수 (1,000粒)	등숙비율(%)	㎡당등숙입수 (1,000粒)	현미 천립수 (千粒數)	계산수량(kg/10a)
무처리 발효합성미생물 저레벨처리 고레벨처리	12.0 13.3  23.7	300 333 592	71.2 85.6 105.7	21.3 28.3 62.7	88.5 89.7 88.5	18.8 25.4 55.7	19.7 19.8 20.1	372 506 1,130

 <표 17> 발효 합성 미생물 처리의 정도 차이에 따른 수량차

 ※ 고레벨 처리는 저레벨 처리의 10배 농도로 처리

처리	평균 이삭수      (本)	1이삭 입수     (粒)	총립수    (粒)	등숙 비율     (%)	천립중    (g)	10a당 수량     (kg)
대조구  저레벨 처리  고레벨 처리	6.0 34.7  34.3	65.0  106.0 110.0	1,179  11,07 11,324	94.2 91.0 54.9	19.8 19.4 20.0	174 1,666 1,008

<표 18> 발효 합성 미생물 처리의 정도 차이에 따른 수량차

※ 고레벨 처리는 저레벨 처리의 10배 농도로 처리

  같은 흙으로 3년 정도 하면 미생물 처리 농도는 무관해진다.

  표 18의 결과는 표 17의 토양을 사용하여 같은 요령으로 미생물을 처리한 3년 후의 성적이다. 시간이 경과함에 따라 미생물 처리 농도의 효과 차이는 없어지고, 잔존 유기물에 의한 차이가 나타나게 된다. 특히 낮은 수준의 수량이 1,666kg으로 되어 있어, 10a당 1,800kg의 수확 가능성을 나타내는 것으로 주목할 만하다.

  현재 시판되고 있는 미생물계의 가격으로는 이 수치를 실현하기가 곤란하지만 수요에 따라서는 가격을 30% 이하로 쉽게 내릴 수 있다. 그러한 배경을 생각한다면 이 수치는 탈항 공론으로만 치부 할 수 없는 측면이 있다.