먹이사슬과 토양건강
생물들은 그들의 먹잇감을 반영한다. 예를 들어, 원생생물은 세균이 많은 곳에서 풍부하다. 세균이 곰팡이보다 우점하는 곳에서의 선충은 세균을 포식하는 선충이 곰팡이를 포식하는 선충보다 훨씬 많다. 관리방법에 따라 먹이사슬은 변화한다. 예를 들어, 경운을 줄인 농업방식에서는 세균에 대한 곰팡이의 비율이 증가하고 지렁이와 절지동물의 비율이 더 풍부하게 된다.
복잡성이란 무엇인가?
먹이사슬의 복잡성이란 토양 내 생물종과 다른 생물종과 요인이다. 예를 들어, 세균 포식성선충 10종을 갖는 토양은 세균 포식성선충, 곰팡이 포식성선충, 일반 포식성선충을 포함하는 10종의 선충보다 덜 복잡하다. 복잡성은, 아주 오래된 더글라스 전나무가 자라는 토양에서 나타나는 먹이사슬을 아래 그림으로 나타낸 것 같이, 결정될 수 있다. 이 먹이사슬 도표의 각 박스는 토양계 내에서 비슷한 역할을 하는 기능적 생물집단을 나타낸다. 에너지의 이동이 화살표로 표시되었고 한생물이 다른 생물을 먹이로 할 때 발생한다. 복잡한 생태계는 단순한 생태계보다 더 많은 기능적 집단과 더 많은 에너지 이동이 이루어진다.
토양계를 떠나기까지 에너지의 회전율은 각 생태계의 기능적 군락의 수에 따라 다르다. 더글라스 전나무계 내에서는, 한 생물에서 다른 생물로 또는 기능적 그룹간의 에너지 전환이 20회 이상 일어난다. 반대로 동굴이나 식물잔재물이 거의 없는 재배지에서는 토양생태계 도식에서 오른쪽으로 진행되는 고등포식자를 많이 갖지 못한다. 에너지와 양분은 몇 안 되는 생물에 의해 순환될 것이다. 토양관리 방법에 따라 토양에서의 기능적 군락과 복잡성의 수는 바뀌게 된다. 농지와 같이 토양관리의 강도가 심한 계는 기능적 군락의 수가 다르다. 작물선택, 경운작업, 식물 잔재물 관리방법, 농약의 사용과 물의 관개방법은 토양생물들의 터전을 변화시키고 먹이사슬의 복잡성을 변화시킨다.
복잡성이 주는 잇점
토양내에서의 생물학적 복잡성은 양분의 순환, 토양구조의 형성, 병충해 발생 주기와 분해 과정에 영향을 미친다. 연구자들은 관리되는 생태계 내에서 얼마나 그리고 어떤 종류의 먹이사슬의 복잡성이 토양 형성 과정에 최적인가를 아직까지 밝혀내지 못하고 있다.
양분의 순환.
생물이 먹이를 소비할 때 그들 자체의 생물량이 늘어나게 되며 배출도 증가하게 된다. 작물생물에 있어서 매우 중요한 배출물로 암모늄이 있다. 암모늄과 기타 속효선 양분들은 식물뿌리를 포함한 다른 생물에 의해 빠르게 흡수된다. 생물의 종류가 많을수록 식물이 이용하거나 이용할 수 없는 형태로 빠르게 양분이 순환된다.
양분의 보유
질소의 무기화와 식물에게 방출이 가해지면, 토양 내 먹이사슬은 식물이 빠르게 자라지 않도록 질소를 보유하거나 고정시킬 수 있다. 토양유기물과 유기생물 속에 있는 질소는 이동성이 작고, 무기태의 질산태질소와 암모늄보다 근권으로부터 덜 유실되는 경향이다.
토양구조, 침투력, 수분 보유력의 개선
많은 토양생물은 토양단립의 안정성과 형성에 관여한다. 세균의 활동, 유기물, 토양입자의 화학적 특성 등이 개별적인 토양입자에서 떼알구조의 미세토양단립을 형성하는 데 관여한다. 지렁이와 절지동물은 광물성의 미세토양단립과 유기물을 소모하여 소화관 내의 화합물로 코팅된 입상의 배설물을 만들어 낸다. 이러한 입상 배설물은 토양구조의 일부분이 된다. 곰팡이 균사와 모근은 서로 엉켜서 토양단립을 크게 안정화시킨다. 지렁이와 절지동물에 의한 토양 갈이는 토양단립의 안정성을 개선하고 공극률, 수분침투력과 수분 보유력을 증대시킨다.
질병 억제
복잡한 토양 먹이사슬은 수많은 생물을 품고 있어 질병을 일으키는 생물을 억제시킬 수 있다. 이들 경쟁자들은 식물 표면에 발생되는 토양 병원균을 억제할 수 있으며, 병원균을 억제하는 대사산물을 만들거나, 병원균을 먹거나, 먹이를 가로챔으로써 질병을 억제할 수도 있다.
공해물질의 분해
토양의 중요한 기능으로 물의 정화가 있다. 생물을 포함한 복잡한 먹이사슬은 다양한 환경에서, 다양한 공해물질을 소비하거나 분해한다.
생물의 다양성
먹이사슬의 복잡성이 클수록 생물의 다양성은 커진다는 것을 의미한다. 생물의 다양성은 생물의 총 수뿐만이 아니라 이들 종의 상대적인 풍부성과 기능적 군락의 수로 측정된다.
토양관리와 토양의 건강
건강한 토양은 식물의 생육과 물/공기의 질을 보전하는 데 기여하여 인류와 동물의 건강을 개선시킨다. 물리적인 구조, 화학적 조성과 생물학적 요인 등이 이러한 역할을 얼마나 잘하는가를 결정해준다.
토양 먹이사슬은 아래와 같은 중요한 토양의 기능을 갖는다.
1) 생물학적 활동능력, 다양성, 생산성을 유지함.
2) 수분의 이동과 양분의 용해를 조절함
3) 양분과 기타 원소를 순환시키거나 저장함.
4) 걸러주고, 완충작용을 하며, 분해시키며, 양분을 고정시키며, 오염원이 될 수 있는 유기/무기물질을 해독하기도 한다.
생물 사이의 상호작용은 이러한 기능을 더 향상시킨다.
성공적인 토양의 관리는 흙, 물, 공기, 식물, 동물, 인간을 포함한 모든 자원을 통괄하는 접근법을 필요로 한다. 수많은 관리전략에 따라 토양내 거주하는 생물과 먹이사슬을 변화시키고, 흙의 품질과 이러한 기능을 수행하는 흙의 능력을 변화시킨다. 관리방법에 따라 변화하는 복잡성과 토양의 건강성은 아래와 같다.
* 2년에 걸친 윤작을 하는 농장에 비해 윤작에 4가지 작물을 재배하는 농장이 더 풍부한 먹이자원(뿌리, 표층 잔재물)을 갖는다. 따라서 다양한 형태의 세균, 곰팡이, 기타 생물이 존재한다.
* 농장주변이 풀도 없이 깨끗하게 재배하는 곳의 절지동물은 수로, 테라스 또는 울타리를 갖는 농장보다 더 적다.
* 토양생물에 대한 영향은 농약에 따라 차이 나는데, 고도의 농약사용은 먹이사슬의 복잡성을 감소시킨다. 농약인 “메틸브로마이드”를 반복적으로 사용한 예에서는 일부 세균 이외에 대부분의 토양생물이 사라졌다.
먹이사슬과 탄소의 격리
토양 관리 방법에 따라 토양 유기물에 의한 탄소량의 차단을 증대시킬 수 있고 공기 중으로 방출되는 이산화탄소량, 온실 가스량 등을 감소시킬 수 있다.
토양 먹이사슬이 유기물을 분해함으로써, 이산화탄소로 공기 중에 탄소를 방출시키거나 다른 형태의 토양 유기물로 전환시킨다. 유기물 중 불안정하거나 활성화된 조각들은 몇 년 동안 토양에 머물게 된다. 안정된 형태는 수십 년에서 수백 년 동안 토양에 잔류하게 된다. 물리적으로 안정화된 유기물은 토양생물의 도움에 의해 만들어진 토양단립 속에 보호된다. 부식화된 유기물은 세균과 곰팡이가 이들 물질을 만드는 데 기여하여 안정화되어 있으며, 토양생물에게는 너무 복잡하고 커서 분해할 수가 없다.
전망
먹이사슬의 기능들은 식물생육과 환경의 질을 개선시키는 데 필수적이다. 올바른 자원의 관리는 농장관리활동, 목장, 숲, 정원 등에 먹이사슬을 향상시키는 전략으로 통합될 것이다. 추가로 전체 계 내에서 먹이사슬의 기능에 대한 연구가 필요하며, 이것은 기술발전을 지원해줄 것이다. 토양먹이사슬의 기능을 유기하고 접근하는 데 필요한 기술은 토양관리자와 연구자를 보조하여 개발될 수 있으며, 그들은 토양의 생산성과 책임감을 향상시키기 위해 노력할 것이다. 수년 안에, 아래와 같은 생물학적 질문에 대해 답할 수 있는 진보를 기대할 수 있다.
건강한 먹이사슬이란 무엇인가?
어떠한 생물 군집이 고도화된 토양 이용에 필요한가를 결정하는 데 어떤 측정과 관찰이 이용될 수 있는지? 복잡성의 어떠한 수준이 생산성은 높이고 작물, 서식지 또는 숲의 유지에 최적인가?
생물의 형태와 종을 헤아리는 데 더 유용한 방법이 있는가?
“토양생물학 입문서”는 토양 먹이사슬을 6그룹으로 나누었다. 이들 그룹 간 최적의 균형을 달성하는 것은 먹이사슬을 관리하는 방법에 대한 하나의 접근법이다. 대안적으로, 그룹 내 존재하는 종과 복잡성을 동정하는 것은 토양의 생산성과 건강에 대한 또 다른 유용한 안내를 제공할 것이다.
토양생물을 어떻게 관리하여야 하는가?
미래에, 토양관리자는 경운시기, 퇴비 등의 시용, 특정 농약의 사용 등과 같은 관리방법을 결정하는데 더욱 정확하게 예측할 수 있게 될 것이다. 그들은 토양먹이사슬의 구성에 특정변화를 주는 방향으로 작업방향을 선택할 것이다.
토양생물학적 기능을 관리하는 데 드는 비용과 잇점은 무엇인가?
높은 다양성, 토양 생물군집 또는 복잡성을 달성하는 데는 비용의 산출이 필요하다. 이것은 양분의 순환, 질병억제, 토양구조 개선 등과 같은 토양생물학적으로 제공된 이익과 비교될 수 있다.
* 건강한 먹이사슬에서 양분의 순환과 보유력을 높임으로서 비료의 요구도가 낮아진다.
* 질산태 비료가 근권에서 토양생물에 붙잡혀 지하수로 유실되지 않는다.
* 생물이 공해물질을 효과적으로 분해하여 물의 질이 보호된다.
* 생물학적 활동이 토양구조를 향상시켜 물을 더 많이 흡수하고, 작물이 잘 이용할 수 있게 해준다.
* 토양생물이 토양구조를 안정화시켜 물과 바람에 의한 표토의 유실을 경감시킨다.
* 건강한 토양 먹이사슬이 개선으로 질병을 억제함으로써 농약의 사용을 감소시킨다.
출처 ; 카페 자연속의 사람들