토양과 발효

[황골농장]

발효의 개념 최근 발효비료 전토양 발효 등 발효라는 용어를 많이 듣는데 무언가 미생물이 활동하는 것이라는 추측은 가지만 정확한 뜻의 설명은 어려운 것이다. 최근에는 쌀겨를 논, 밭에 사용한다든지 균체비료(菌體肥料)를 만드는 사람도 많아 발효가 농업에도 일상화 되어있다. 우선 발효란 발효식품을 생각하면 된다. 막걸리, 간장, 된장, 김치, 젓갈, 맥주, 요구르트, 치즈 등이 발효식품이다.
메주를 예로 들면 콩을 삶고 빻아서 덩이를 지어 매달면 발효가 되어 간장과 된장의 원료가 되는데 땅속에 파묻으면 악취가 나면서 썩어 없어진다. 공중에 매달면 호기성 환경으로 낫토균이 번식되고, 차례로 젖산균과 효모가 증식되지만 땅에 파묻으면 공기가 잘 안 통하는 혐기성 환경이 되어 부패균인 낙산균(酪酸菌:Butyric Bacteria)이 번식되어 부패하듯이 환경을 만들어주는 조건에 따라 전혀 다른 방향으로 미생물의 먹이가 되는 것이다.
소는 풀만 먹는데도 호랑이보다 체구가 크고 힘도 세다. 풀이 내포한 식물성 단백질만으로는 체구가 커지고 거대한 힘이 나올 수 없지만 소는 위장이 4개이고 단계마다 유효 미생물이 증식되고 있어 필요한 동물성 단백질도 이런 미생물들이 합성하기 때문에 가능한 것이다.
유기물이 발효되면 미생물에 의해서 인체가 합성하지 못하는 수많은 종류의 영양소를 만들어 섭취할 수가 있는 것으로 한국 사람도 주식은 식물성이지만 생활함에 있어 육식을 주로 하는 서양 사람에 비하여 조금도 뒤떨어지지 않는 것이다. 화학비료를 쓰던 시기에는 유기질 비료를 등한시했고, 그 이전에는 유기질 비료를 주로 사용하면서도 무관심했지만 환경농업에 관심이 쏠리자 작물의 뿌리도 미생물이 분해 합성하는 물질을 필수적으로 이용한다는 사실이 알려지면서 농민들도 발효의 원리와 속성을 이해하지 않으면 안되는 시대가 되었다.
맛있는 된장도 미생물에 의해서 만들어진다. 단순히 삶은 콩과 소금을 혼합한다고 해서 된장특유의 맛과 향을 기대할 수는 없으며 이들을 발효시키고 숙성시켜야만 맛있는 된장이 되는 것이다. 그리고 이렇게 숙성시키는 역할을 미생물이 하는 것이다. 콩은 어떻게 요리해도 맛이 있는 식품이지만 된장을 만들어 먹으면 더욱 별미가 나고 영양가도 풍부해진다. 이는 원료인 대두에는 없었던 비타민, 호르몬, 독특한 맛, 향기, 등 몸에 좋은 물질을 미생물이 만들어 주었기 때문이다. 부패균이 침범하기 전에 발효균이 우점(優占)한 형태가 되어 보존성도 좋아진다. 이것이 발효다.
된장의 원리는 이해가 되지만 담그는 방법에 따라 맛이 천차만별이 되는 것으로 이는 발효균의 환경을 어떻게 조절하느냐에 따라 달라지는 것이다. 균비(菌肥)를 만들거나 쌀겨를 이용하는 것도 발효균의 환경을 잘 만들어주는 작업일 뿐이다. 된장이 만들어지는 과정을 살펴보자.
삶은 콩을 으깬다.(단백질, 지방, 탄수화물)→메주균이 분해한다.(아미노산, 지방산, 당류) 젖산균이 번식한다.(젖산이 생성됨)→유기산의 증가(젖산, 사과산, 호박산, 초산) 효모균이 번식한다.(아미노산이 생성됨)→글루타민산 생성
이처럼 된장 원료는 단백질, 지방, 탄수화물이지만 된장의 맛과 향은 젖산, 아미노산, 글루타민산 등 유기산의 맛이다. 사실 된장의 맛과 냄새란 젖산균의 분비물로 맛이 좋을 뿐 아니라 건강에도 유익한 것으로 결국 된장은 유기산이 근원이며, 미생물과의 공동작업으로 만들어 지는 것이다.
유기질 발효비료도 된장과 동일한 과정으로 만들어지고 있다. 된장이 원재료보다 훨씬 고급 영양원으로 변화되는 것과 같이, 균비와 유기질 발효비료도 최상의 효력을 발휘하게 된다. 어떤 작물이든 한가위 유기질 비료를 일주일에 한줌정도로 소량씩 뿌려주는 것만으로도 놀랄 정도로 수확량이 많아지고, 맛과 선도유지가 좋아지며, 병해와 생리장해등도 별로 없이 건강한 생육이 된다.
그런데 요즘도 작물 생육에 유익하다는 특종의 미생물을 배양실의 배지에 순수배양을 하여 토양에 공급하는 방법을 택하고 있으며 그런 상품들이 농민들을 현혹하고 있지만 태고 때부터 균형을 이루고 서식하던 미생물이 없어지거나 감소한 원인은 환경이 파괴되었기 때문인데 단기간 인큐베이터에서 순수 배양된 것이 열악한 토양환경에 적응하여 살아갈 수는 없는 것이다. 
재래식 방법으로 만든 누룩으로 술을 빚었을 때와 상품화 된 고지균으로 누룩을 속성으로 만들어 술을 빚었을 때는 분명히 맛과 향이 다르다. 현미경적으로는 틀림없이 동일한 미생물이지만 인간이 아직 밝히지 못하는 차이가 있음을 의미한다. 또한 같은 재래식 누룩을 만들더라도 만드는 계절과 첨가하는 재료 및 수분과 온도에 따라서도 맛과 향이 달라지기 때문에 특이한 솜씨를 가진 사람에게 무형문화재라는 칭호까지 부여하고 있는 것이다.
겨울용 가축 먹이인 담금먹이(엔시레이지)를 보더라도 동일한 재료인데 사이로에 저장할 때 다져 밟는 정도에 다라 썩어서 못 먹이는 경우, 초봄이 되어서야 겨우 먹일 수 있는 경우, 제 때에 발효되어 요긴하게 사료로 이용할 수 있는 경우가 생긴다. 또한 엔시레이지는 젖산균에 의한 젖산발효로 만들어지는 것이지만 젖산균을 인위적으로 접종하는 일은 없는 것이다.
같은 원리로 우리가 김치를 집집마다 만들어 먹지만 김치를 담글 때 젖산균을 인위적으로 접종하는 일은 없듯이 농업용 미생물도 인큐베이터에서 특수한 배지에서 속성 배양하여 접종할 필요는 없는 것이다. 다만 그 미생물이 서식하고 왕성하게 번식할 수 있는 환경만 만들어주면 된다.
인큐베이터에서 속성으로 배양한 미생물은 토양에 투입되어도 허약한 체질이기 때문에 다른 자생균들과의 경쟁에서 살아남을 수가 없는 것이다. 즉 과거 개념의 미생물이 아니라 시간이 걸리더라도 스스로 번식할 수 있는 환경에서 때를 기다려 생물상(生物相)이 복구되기를 기다려야 하는 것이다. 이 토양환경의 복구를 앞당겨 주는 것이 한가위 유기질비료가 담당할 역할인 것이다.
한 셀러리농장을 하는 농부는 무지의 소치로 5년간 파괴된 토양의 영양균형을 회복시키는데 10년이 걸렸다고 술회한 적이 있다. 미생물도 경쟁자가 수없이 많은 조건에서 보이지 않는 힘으로 유익한 균들이 유해균을 누르고 고지를 점령하려면 장기간의 세월을 요구하는 것이다. 따라서 토양의 생물상을 회복시키기 위해서는 무균 상태에서 순수 배양하는 미생물이아니라 모든 잡균과 경쟁을 하면서 고지를 확보할 수 있는 환경으로 관리되어야 한다.
♥전토양 발효의 효과♥ 일본은 이미 수년 전에 미생물의 먹이로서 쌀겨나 기타 유기물을 지표면에 살포하기만 하면 미생물의 활동이 왕성해져서 밭 토양은 단립화가 촉진되고 무논의 토양은 점액층이 발달하여 제초효과도 있다는 발표를 한 적이 있다. 그러나 토양이 발효된다는 것은 이해할 수 없다. 또는 토양 자체는 발효될 수가 없는 것 아니냐는 반론을 제기하는 사람들이 있어서 토양 전문가를 통하여 토양의 발효라는 의미를 재 규명하고, 토양과 미생물의 관계를 깊이 있게 조명하는 내용이다.
토양 중의 원소도 미생물의 영양원이 된다. 도대체 토양이 발효된다는 말은 무엇을 의미하는 것일까? 이론적으로 설명하면 대단히 복잡한 것이지만 이해하기 쉽게 말한다면 토양중의 원소를 미생물이 먹고 배설하는 전 과정을 의미한다고 말할 수 있다. 생물이 섭취하는 미량원소를 통상 미네랄이라고 말하는데 그 명칭과 토양중의 함량은 <표 1>중에서 원소 16종중에서 ?표가 붙은 산소, 탄소, 질소의 다량원소를 제외한 나머지 성분들을 가르키는 것이다.
산소, 탄소, 질소는 토양성분이 아닌 수소를 합하여 유기체 전체 원소의 96%를 차지하는 다량원소로서 미네랄의 범주에서는 제외한다. 미네랄 원소들은 물에 용해되기는 어렵고 대부분이 구용성으로 유기산에만 용해되는 특성이 있다. 참고로 대기의 구성요소는 질소:78%, 산소:21%, 나머지 1%는 아르곤, 수증기, 이산화탄소, 네온, 헬륨, 그립톤, 수소, 크세논, 오존 등으로 이루어져 있다. 식물들의 광합성작용에 필수적인 이산화탄소는 대기 중에 함유율이 0.03%에 불과하지만 이는 가장 이상적인 배합율을 유지하고 있는 것이다.
식물이 살아가기 위해서는 여러 가지 원소가 필요한 것 같다. 이들 가운데 세가지 즉 탄소, 수소, 산소는 공기 중에서 취한다. 그러나 다른 원소들 즉 인, ‘칼륨’, 질소, ‘칼슘’, ‘마그네슘’, 철, 유황, 그리고 미량의 붕소, 망간, 구리, 아연, 염소, ‘몰리브덴’은 흙에서 나온다. 이들 중 처음 세가지는 “기본 원소”로 간주된다. 이들 원소들을 흙에서 많이 빼어 낸다면, 그러한 원소를 보충해 주어야 후에 식물이 건강하게 자랄 수 있다.
위와 같이 토양에 포함된 원소들은 화학적으로 유기산에 용해되어 토양을 전층 발효 시키는 미생물에 의해 섭취되었다가 다음은 식물의 뿌리에 흡수된다. 즉 이들 미생물은 뿌리보다도 강력한 유기산으로 토양입자에 고착된 성분을 용해 흡수하여 자기 몸의 구성성분을 만든다. 결과적으로 식물은 스스로는 용해 흡수할 수 없는 토양원소들을 미생물들을 통하여 흡수하게 되는 것이다. 그 증거로 전층 발효로 점액층이 발달된 논에서 자라는 벼는 규산이 풍부하게 흡수되어 잎이 빳빳이 서고 병해에도 강한 생육성을 나타낸다.
미생물 세포의 구성성분 토양 발효에 관여하는 미생물은 분류학상으로는 종속영양균으로 사상균(곰팡이), 세균(메주균), 젖산균, 효모균, 초산균 등이다. 이들 미생물의 몸체를 구성하는 기관은 여러 가지 기능으로 분화되지만 구성성분은 다른 동식물과 같고 수분 외에 탄수화물, 단백질, 지방 등의 유기성분과 앞에서 말한 미네랄 등으로 이루어져 있다. 한편 발효에 관하여는 미생물은 자신이 필요로 하는 탄수화물과 단백질 및 지방 등의 고분자 화합물은 스스로 만들지를 못하고 고등동식물이나 독립영양균이 합성한 양분을 얻어먹는 방법을 택하고 있어 종속영양균이라 하는 것이다. 다만 미량을 요구하는 미네랄 성분은 강력한 유기산으로 토양 중의 성분을 용해시켜 흡수하는 능력은 있다.
수확 후의 잔재물은 발효 시킨다. 아직도 발효와 부패를 혼동하는 사람이 많다. 메주를 만들어 더운 방에서 숙성시켜 공중에 매달면 서서히 마르면서 발효되어 된장과 간장의 원료가 되지만 땅에 파묻으면 악취가 나고 썩는다. 공중에 매달면 호기성 환경으로 서서히 마르는 과정에서 습도가 60~40로 감소하고 이런 환경을 좋아하는 메주의 낫토균이 번식하는 것이고, 땅에 묻으면 다습하고 공기가 잘 안 통하는 혐기성 환경이므로 이런 환경을 좋아하는 낙산균(酪酸菌:Butyric Bacteria)이 번식하여 부패하는 것이다.
낫토균이 번식하는 곳에는 먹이사슬에 따라 젖산균과 효모가 순차적으로 번식하여 식물의 뿌리도 직접 흡수할 수 있는 아미노산 물질이 되지만 낙산균은 광합성 과정의 반대방향으로 콩을 완전 분해시켜 물과 탄산가스로 만들면서 광합성 때 태양열로 흡수했던 열을 다시 방출하여 식물의 뿌리가 흡수할 양분은 없고, 부패과정에서 발생하는 각종 유독물질로 뿌리에 해를 줄뿐이다.
메주를 띄우는 단계에서는 발효 속도를 빠르게 진행시키기 위하여 일시적으로 더운 장소에 두기 때문에 발효열이 나는 것을 못 느끼지만 약 40℃ 내외의 열이 난다. 그러나 많은 양이 부패할 때에는 광합성 과정에서 흡수된 열이 모두 방출되기 때문에 약 80℃ 내외의 고열이 난다. 이와 같이 발효와 부패는 동일한 재료일지라도 환경을 관리하는 방법에 따라 전혀 다른 결과를 초래하는 것이므로 과학영농을 하는 사람이라면 결코 그 개념을 혼동해서는 안 될 것이다.
도촌작목반 소속인 최종기(69세)씨는 평생을 농업에만 종사한 사람이다. 그는 이론적으로는 설명하지는 못하지만 50년의 농사경험을 통하여 그 이치를 터득하고 실천하는 사람이다. 그는 한가위 유기질 비료를 사용하는 외에도 평소에 수확을 하고 나면 밑줄기와 잎 및 뿌리가 남으므로 이를 죽이기 위하여 최대한 얕게(5cm)로터리 쳐서 약 1주일간 방치한단다. 일반 작물이라면 3~4일이면 습도가 40~50%로 마르지만 돌나물은 다즙성(多汁性)이기 때문에 1주일을 방치하는 것이다. 다시 메주의 발효와 비교하여 보면 수분과 통기성이 모두 일치하기 때문에 부패하지 않고 발효를 시킬 수 있단다.
이상과 같이 최종기씨는 금년도 벼농사 과정에서도 일부 면적에 제초기를 사용했던 일 외에는 논에 들어갈 일이 별로 없었단다. 특히 한가위 유기질 비료를 사용하면서 미생물을 역할을 극대화한 토양전층을 발효시킨다는 것은 참으로 이 시대에 획기적인 방법으로 과거처럼 중노동으로 퇴비자재를 만들 필요 없이 그 땅에 있는 토착미생물만 활성화시키면 간단히 해결된단다.
이렇게 해서 절약되는 노동력을 경영의 개선이나 재배면적의 확대에 돌리고 생육하는 벼를 자주 관찰함으로서 안전한 수확에 힘을 기울이는 것이 이제부터의 새로운 벼농사가 될 것이다. 특히 최종기씨는 다음번 농사에는 가을에 한가위 유기질 비료와 미생물 토양개량제 호미손을 살포하는 자제에 대두(大豆)도 30kg을 섞을 계획이라고 한다. 대두에는 제초효과가 있는 사포닌 성분이 함유되어 있다고 들었기 때문이다. 또한 금년 봄 가뭄에 논이 말라 완전 무경운을 실천하지 못했으므로 겨울동안 논물이 새어나가지 않도록 논둑도 완벽하게 정비해야겠다고 한다.
가을부터 이듬해 봄에 이르기까지 지속적인 토양의 전층발효에 힘씀으로서 획기적으로 토양의 단립화가 진행되고 특히 토양을 서서히 발효시킬수록 토양미생물상을 풍요롭게 하고 단립화의 효과가 더욱 커진다. 이렇게 지력이 회복되면 일어나는 놀라운 현상 가운데 하나가 수없이 늘어나는 지렁이에 있다. 지렁이가 토양의 단립화에 크게 기여하고 있는 것이다. 이러한 토양환경에서는 흡수시키기 어렵다는 인산과 일부 미네랄들이 한층 쉽게 흡수되므로 내병성도 커지고 농작물의 맛과 품질이 향상되는 것이란다.
또한 전층 발효는 저온발효가 효과적이다. 저온으로 발효되어야 발열이 적어 유기물의 영양가가 손실이 적어지고, 비타민, 호르몬, 효소 등이 제대로 생성되어 지력을 증진시킨다. 그 결과 시비량도 극단적으로 감소될 수 있다. 경운을 안해서 좋고, 노력하지 않아도 되고, 인간의 잔재주는 별로 필요가 없단다.
작물에 하는 시비가 아니라 미생물에 영양을 공급하는 것이다. 이제까지 고정관념은 화학비료든 퇴비든 작물의 뿌리에 직접 영양을 공급하는 것으로 생각하여 왔다. 그러나 뿌리가 가장 좋아하는 유기태 양분으로 공급하려면 먼저 호기성 미생물이 좋아하는 유기질 비료를 토양의 표면에 살포하여 자연 발효를 유도하고 이들 미생물이 분해한 원소들이 토양속에 자연스럽게 흡수되도록 하여야 한다. 이것이 일본, 네덜란드, 덴마크와 같은 선진농업 국가들이 실시하고 있는 자연생태농법이다. 자연 속에서 식물들은 낙엽을 땅위에 떨어드리고 동물들은 나무근처에 배설물을 배설하고 죽어가며 곤충들과 미생물들이 이를 먹이사슬로 하여 유기태 양분으로 변화시킨 다음 다시 토양 속으로 환원시킨다. 한줌의 흙속에도 수십억의 미생물이 들어 있고, 이 미생물은 흙속에 활력을 준다. 이들 유기물들이 가장 잘 번성하는 곳은 맨 윗 층의 흙이다. 흙속의 무척추 동물 중 가장 가치 있다고 간주되는 지렁이는 지표면에 있는 부스러기들을 파괴시킬 뿐 아니라 흙을 뒤집어 공기를 유통시키는 일을 한다.
비옥한 흙에 일반적으로 박테리아, 곰팡이, 방사선균, 마름, 및 원생동물 등 미생물이 많이 들어있다. 이러한 미생물은 동식물이 죽을 때에, 거기에 들어있던 당분, 전분, 섬유소, 및 그와 비슷한 화합물을 먹는다. 그 대신 흙 속에 이산화탄소를 내놓으며, 죽은 물질을 식물이 사용할 수 있는 형태로 만든다. 이산화탄소는 습기와 합하여 탄산이 된다. 그것은 다시 토양 속의 무기물을 분해하는 일의 얼마를 수행한다. 우리의 농법도 이와 같은 자연 생태계의 절차를 다시 회복시켜야만 한다.
토양의 통기성이 중요한 이유(토양의 산소 공급의 중요성) 식물은 사람에 비해 극미량의 산소인 포화농도의 20%만 있어도 만족한 생명활동을 할 수 있어 토양의 양분을 자기가 필요량의 100%를 흡수하지만 토양용액의 산소농도가 떨어질수록 뿌리의 흡수량은 감소하여 포화농도의 2%에서는 고사(枯死)하고 만다. 토양속의 통기성이 떨어져서 식물에게 필요한 산소량이 감소할수록 수확량도 격감한다. 사람도 폐활량이 높으면 마라톤선수나 고산등산가가 되듯이 식물도 종류에 따라 산소부족에 견디는 힘이 다르다. 산소 농도 실험에서 생육실적이 고추는 3배 이상 차이가 나고 대부분의 작물은 차이가 크지만 오이와 가지는 약간의 차이가 날 뿐이었다.
산소부족은 토양속의 미생물도 격감하게 한다. 미생물은 뿌리와 공생관계를 유지하고 있어 뿌리가 무성해지면 미생물도 번성한다. 이들 대부분의 미생물도 산소호흡을 하므로 산소가 결핍되면 그 개체수가 격감하고, 공생관계를 가지는 뿌리도 활성을 잃는다. 통기성이 좋아야 미생물이 번성할 수 있다. 호기성균은 심토에 비하여 공기가 잘 통하는 표토에 20배 이상 개체수가 많고 유용 미생물인 방선균도 10배나 많음을 알 수 있다.
이들 미생물은 유기물을 분해하거나 뿌리로부터 분비물을 소화시켜 균체 단백질을 형성하였다가 평균 30분 후 사멸하면 분해되어 다시 2차균과 식물이 흡수할 수 있는 영양원이 된다. 광합성 세균의 용균물질을 공급하였을 때 토양 미생물의 증가현상을 실험한 것으로 미생물의 분해물질이 많을수록 살아있는 미생물의 개체수를 현저하게 증가시킴을 확인할 수 있다. 세균 수는 2배, 방선균 수는 4.4배, 사상균 수는 3배로 증가하였다. 특히 중요한 것은 방선균과 사상균의 비율이 50%나 커진 것이다. 일반적으로 방선균에는 병에 대한 길항균이 많고 사상균에는 병해균이 많은 것으로 방선균이 우세하면 병해 발생이 예방되는 것이다. 대부분의 사람은 결핵균을 가지고 있지만 이에 대한 저항균이 우세한 동안은 환자가 되지 않는 것과 같다.
산소가 부족하면 비료 흡수 능력도 떨어진다. 실험은 산소 분압이 2%일 때는 20%일 때에 비하여 생육량 감소가 토마토는 74%, 오이는 48%, 가지는 39%가 감소되었다. 토양의 산소 함량이 떨어지면 비료의 흡수량이 감퇴하는 것이다. 산소 공급량이 아주 나쁠 때는 칼리 흡수량의 장해가 가장 심각했다. 비료 성분은 토양에 시비된 양이 아무리 많아도 산소가 모자라면 미생물의 활동이 둔화되어 유기물의 환원과 흡수가 식물의 뿌리에서 방해를 받게 된다.

♥유기농산물의 허와 실♥

미국 미주리 대학 토양학과 교수 윌리엄 알브레히드 교수는 “사람이 식품을 고르는 기술은 소보다도 못하다”고 했다가 소비자들로부터 곤혹을 치른 적이 있다. 이는 현실을 직설적으로 표현한 것이었다. 방목장의 소에게 풀을 먹게 하면 자신들의 배설물의 비료효과로 싱싱하게 훌쩍 큰 풀은 안 뜯어먹고 깨끗한 풀들만 뜯어먹었는데 사람들은 크고 색깔이 진해서 탐스러워 보이는 것만을 골라 먹는 것이다. 참으로 소가 비웃을 일이다.
청과물을 크게 키우려면 질산태 질소를 많이 흡수시켜야 되는데 질산태 질소 자체는 인체에 해롭지 않지만 위 속에 들어가면 해로운 질산염으로 변화시키는 박테리아가 있어 이 변화된 질산염은 혈중 헤모글로빈을 메트 헤모글로빈(Methe-Hemoglobin)으로 변질시키고 산소와 결합될 적혈구에 먼저 결합해서 체내에 산소를 결핍시켜 치명적인 청색증 환자로 만들고, 발암물질로도 작용한다고 알려져 EU국가들은 엽채류의 질산태 질소 함량을3,000ppm 이내로 규제하고 있다.
따라서 사람이 섭취하는 식품중의 질산태 질소는 적을수록 좋고, 원인 모를 질병들을 예방하는 비타민류와 골다공증을 예방하는 칼슘 및 철 등의 미네랄함량은 많을수록 좋다. 세계적으로 이름난 장수촌 사람들의 식품은 자연의 영양균형을 유지하고 있는데 문명국가 사람들은 더 좋은 식품을 개발한다는 목적으로 유전자 조작 농산물을 개발했는데 이는 원생종의 입장에서 볼 때 모두 돌연변이의 불구자이며 인간들은 그 기형식품을 먹으면서 건강을 추구하고 있는 것이다.
아직 유전자 조작식물을 섭취했을 때 국민들의 건강은 아무런 이상이 없는지 확실하게 밝혀진 자료는 없다. 혹시 골다골증 환자가 식이요법으로 사먹는 채소라면 칼슘이 500ppm인 것을 선택하는 것보다 1000ppm인 것을 선택하면 영양가 면에서 2배나 높은 것이므로 외관보다 영양가의 질을 중시해야 하는 시대이다. 겉보기에 크고 때깔이 좋아 보이는 유전자조작 식품은 저가 일 것이고, 생태적 농산물인 후자는 거칠어 보이므로 고가일 것이니 앞으로도 그 차이는 더욱 커진다.
소비자의 선택기준이 변해야 한다. 크고 색깔 좋은 것을 택하는 습관은 배고팠던 시대의 유산이다. 신세대가 그 습관에 젖어 있는 것은 전 세대로부터 배워서이며, 고정관념을 깨지 못하는 것이다. 10여 년 전에 일본에 갔을 때 토마토를 재배하는 일본의 밭 토양은 건조하고 이끼도 없었는데 한국의 밭 토양은 大果를 수확하기 위하여 습기가 축축하고 多肥로 토양표면에는 청색 이끼가 밀생하였었다. 습하면 병이 나는 것이고 농약 살포가 뒤따르는 것은 필연적이다. 일본의 농민에게 너무 건조하지 않느냐고 물었더니 요즘은 소비자들이 크기보다도 건강을 우선시 하므로 수확량은 떨어져도 건조하게 관리하지 않으면 안 된다는 것이었다. 유럽 사람들은 광우병, O-157균, 다이옥신 등의 파동이 있을 때 식품 공포증으로 생태적 농산품이 2배 이상 비싸도 줄을 서서 사는 일이 생겼다. EU 의회는 생태농업 지침을 각국에 전달하고, 그 지침에 따라 생태농업으로의 전환을 권장하고 있으며, 대부분의 국가들이 이에 참여하는 농민에게는 전체 소득과 맞먹는 지원금을 직불제로 주고 있다. 공익단체로 하여금 철저하게 지침을 관리토록 하여 현장 확인 원칙으로 인증 스티커를 부착하여 줌으로 신임도가 정착되고 있다.
유기퇴비도 과용하면 유해물질이 된다. 자연의 상태에서 가축의 분뇨는 지면에 배설되고 마르면서 질소분이 증발하고 나머지 성분만 토양에 들어가지만 재배를 할 때에는 강제발효를 시켜 전체를 토양에 혼합시키므로 질소분은 많은데 비하여 가축이 다량 섭취하는 미네랄은 항상 부족하여 식물이 요구하는 양분의 균형은 맞지 않는다. 또한 가축의 분뇨에는 다량의 방역용 항생제가 포함되어 있고 이는 식물에 그대로 흡수되어 식물도 인간도 그 피해를 그대로 입게 되는 것이다.
공기가 잘 안 통하는 내부에는 부패균이 활동하므로 퇴비더미 밑에서는 독성 침출수(浸出水)가 나온다는 사실만으로도 그 피해는 증명되는 것이다. 화학비료는 안 쓸 수 있다지만 해충과 병균은 질산태질소를 좋아하니 식물의 영양균형이 안 맞으면 기승을 부린다. 식물의 영양상식도 없는 관리자가 농약살포를 안 한다는 것은 믿어지지 않는 일이며, 선진국들은 질산태질소 함량도 규제하고 있는데 우리는 그 함량이 2~3배나 초과된 농산품이 아무런 거리낌 없이 유통되고 있다면 너무나 낙후된 것이므로 소비자의 인식부터 시급히 시정되어야 한다.
그동안 우리도 광우병, O-157균, 다이옥신, 구제역, 조루독감 등의 파동을 겪었고, 4대강 물고기의 떼죽음과 성교란 현상 및 거제도 백로의 떼죽음도 보았으며, 신세대엄마의 초유에 다이옥신이 국제 허용치의 30배나 들어 있었다는 충격적인 언론보도를 보고도 우리소비자들은 불감증 환자가 되어 있다. 화학비료와 농약을 생산하는 업자들과 또 이를 사용하여 작물을 재배하는 농부의 입장에서 보면 다행스러운 일이지만 국민 전체의 건강을 생각한다면 아찔한 일이 아닐 수 없다.
파괴되어 가는 지구의 환경 인자를 그나마 걸러줄 수 있는 것은 토양뿐이다. 토양 속에는 밝혀지지 않은 수십 만종의 미생물과 특수 기능을 갖고 있는 효소들이 있기 때문에 고엽제 성분인 2-4D는 2~5년, DDT는 20년, BHC도 30년이면 완전히 분해된다고 한다. 따라서 농업의 올바른 기술은 안전한 먹거리의 생산은물론 지구환경을 조절하는 중대한 기능을 수행할 수 있는 것이므로 더욱 정밀하고 발전된 농업기술이 요청된다.
미생물도 모르면서 유기농업을 한다! 농업은 인간의 먹거리를 생산하는 신성한 직업이라 하여 농심(農心)을 가지고 임해야 한다는 철학적인 개념을 강조하는 사람도 많다. 그러나 그 사람들은 논밭에서 중노동을 하여보지 못한 사람들이다. 단지 힘드는 직업이지만 긍지를 가지고 종사하자는 격려의 뜻으로는 이해될 수 있을 것이다. 농민도 먹어야 되고, 입어야 되며, 자녀 교육도 남부럽지 않게 시킬 수 있는 수입이 있어야 한다. 그래서 경제작물을 선택하여 연작을 하게 되고, 같은 노력과 경비를 들일 바에는 고수익을 추구할 수밖에 없는 것이다.

연작을 하게 되면 그 식물에 친화성이 좋은 미생물만 번성하고, 기타 친화성이 적은 미생물은 먹이사슬 관계로 퇴출되므로 특정 병균이 나타났을 때 이에 대적할 천적균이 없어 그 병은 만연하고 연례행사로 발생한다. 미생물농업이란 미생물을 관리하는 농업이다. 토양에 유기물을 시비하는 것은 작물이 흡수하는 것이 아니라 미생물에게 먹이를 공급하여 그 분비물과 용균불질이 뿌리에 흡수되도록 하는 것이다. 그런데 미생물은 양분인 유기물의 종류, PH, 온도, 습도 등의 조건에 따라 활력이 변하는 것이기 때문에 미생물이 활력 있게 번식하도록 관리해야한다.
현재의 유기농업은 농산품을 유리한 값으로 팔기 위한 간판으로만 생각할 뿐 자기 토양의 미생물이 어떠한 상태에 있는지에 대하여는 전혀 무관심한 형편이다. 미생물을 관리한다는 것은 쉬운 일이 아니다. 비병원성 슈도모나스 균의 농업적 활용으로 유명한 일본 우쓰노미아 농업시험장의 기지마 씨의 저서 “길항미생물을 이용한 병해충 방제”(한국원예 기술정보센터에서 번역출판)를 보면 현재 산업적으로 활용하는 미생물이 많은 것 같지만 전체 미생물의 0.1%에 불과 하단다.
이런 단계에서 이들 미생물의 상호관계를 이해한다는 것은 불가능하므로 현재는 미생물의 다양성을 확보하는 것이 최선이다. 다양성이라는 말은 이름모를 미생물까지도 최대한 많은 종류가 존재하는 것이 좋다는 뜻이다.
실제로 현재의 농업적인 미생물활용은 모든 균의 특성과 기능을 규명할 수 없기 때문에 수많은 시행착오와 경험을 바탕으로 균 다양성 확보를 지상목표로 하고 있다. 즉 작물의 생육은 우선적으로 토양의 물리성과 화학성의 균형이 조정되어야  하지만 다음으로는 토양생물의 생태적 균형이 조정되지 않고는 건전하게 진행될 수가 없다.
일본의 토양진단으로 저명한 토양환경기술연구소의 부다 씨가 최근 나가노겐의 한 셀러리 단지의 토양을 2년에 걸쳐 완전히 양분균형이 맞도록 물리성과 화학성을 개량하여 주자 작황이 놀랄 정도로 개선되었는데도 석회결핍증은 완전히 없어지지를 않자 농업이란 물리성과 화학성 개선만으로는 완벽할 수 없는 것이고, 토양의 생물상도 개선되지 않으면 안 된다는 말을 했다.
토질 전문가들은 제일 먼저 ‘토양의 ‘페하’(pH)는 어떠한가?’를 질문한다. 그러면 “pH”란 무엇인가? 흙은 기본적으로 두 가지로 즉 산성과 ‘알칼리’성으로 구분된다. 0-14 눈금에서 0에서 6까지는 산성 토질이고, 7을 넘어 14까지는 ‘알칼리’성으로 간주된다. 7인 토양은 산성도 ‘알칼리’성도 아닌 중성으로 간주된다. 식물에 필요한 양분이 모두 흙속에 있더라도 산과 ‘알칼리’의 적절한 균형이 필요하다. 이래야만 식물은 흙 속의 양분을 온전히 사용할 수 있다.
토양의 생물상이란 토양미생물과 지렁이와 땅강아지 온갖 곤충들의 유충 등 소동물들을 의미하는 것으로 식물 생육에 미치는 그들의 상호관계는 인류의 종말까지도 풀리지 않을 비밀이 많은 것이다. 지렁이의 배설물에는 질소, 인 및 칼륨이 주변의 흙보다 다섯 배나 더 많이 들어 있다. 미생물은 퇴비에 적당하게 혼합되어 있으면, 디젤유, TNT 탄화수소 및 우라늄까지도 먹어 치울 수 있다. 확실히, 미생물은 강력한 존재다. 한 찻숟갈의 토양에도 그들은 50억개 이상을 포함할 수 있다!

토양의 물리성과 화학성은 각종 계측기와 분석 장치를 활용하면 그 함량을 정밀하게 파악하여 개선할 수 있지만 생물상은 전문가가 전자현미경으로 보아도 어떠한 종류의 미생물일 것이라는 추측만 할뿐 수백만 종의 미생물을 보는 즉시 종류를 식별하고, 기능을 판별할 수 있는 사람은 아무도 없다. 그러니 농민은 더욱 모를 수밖에 없다.
진단 기술과 미생물농업의 조합 미생물의 상호관계는 너무나 복잡하고 오묘하다. 논과 밭 토양에 서식하는 미생물이 차이가 있듯이 토양환경이 조금만 달라져도 서식하는 균종이 바뀌는 것으로 산소 공급이 잘되는 환경에서는 호기성균, 산소 공급이 부족한 환경에서는 혐기성균이 서식한다. 빛이 있는 환경은 호광성균이 번식 하지만 빛이 없는 환경은 혐광성균이 번식한다.
마찬가지로 PH가 조금만 변해도 균종은 바뀌는 것으로 김치가 맛이 들었을 때부터 시어질 때까지 같은 젖산균이지만 균종은 15종이나 바뀐다고 한다. 가축용 엔시레이지를 만들 때에도 같은 재료 같은 장소에서 만드는데도 밟아 넣는 방법에 따라서는 썩어서 못 먹는 것이 되기도 하고, 한 겨울이 되도록 발효가 덜되어 먹이지 못하는 경우도 있다. 그뿐 아니라 지온과 유기물의 다소에 따라서도 서식하는 균종은 무궁무진하게 변하는 것이다.
작물을 재배하는 토양의 뿌리 근처에는 작물의 뿌리가 없는 토양에 비하여 미생물의 개체 수가  수십배 많아지고 균종에 따라서는 무려 1,000배 이상 많아지는 경우도 있다. 우리 속담 중에는  “목마른 사람이 우물을 판다”는 말이 있다. 미생물의 농업적 이용을 갈망하는 것은 농민이므로 균종의 명칭도 모르는 농민들의 경험을 통하여 확산되었던 기술이 학자들의 연구를 통하여  몇 가지 중요한 사실들이 규명되었으므로 이를 여기에 소개함으로서 막연한 유기농업이 아니라 밝혀진 이론에 근거하여 바른 기술이 정립되는데 기여가 되기를 바라는 바이다.
미생물도 먹이사슬이 있다. 매생물을 농업적으로 이용하는 과거의 방법은 유해균을 퇴치하는 유익균을 집중 배양하여 토양에 공급하는 단순한 방법이었다. 예를 들어 푸른곰팡이(페니실리움)는 부패균을 퇴치한다든가 트리코데르균은 균핵병균을, 파스퇴리아균은 시스트선충을 분해하고, 비병원성 슈도모나스균은 잘록병이나 만할병균을 억제하는 효과가 있다하여 이들 미생물을 배양실에서 인공 배양하여 토양에 투입하는 방법이었다. 그러나 이들 미생물의 생소한 이름을 기억하기도 어려울뿐더러 태고 적부터 존재하던 이들 유익균들이 불합리한 환경 때문에 사라졌는데 인위적으로 순수 배양한 균이라하여 그 토양에 정착하여 지속적으로 영향력을 발휘할 리가 없는 것이다.
따라서 이들 유익한 미생물을 배양하여 투입하기 이전에 이들이 정착하고 증식될 수 있는 환경을 먼저 조성해 주어야 한다는 것이 현재의 이론이다 이들 유익균들은 지구상에서 완전히 사라진 것이 아니라 활력만 잃었을 뿐이고 그들이 서식할 수 있는 장소에는 얼마든지 생존해 있다. 이와 같이 농업적으로 유익한 미생물도 그들이 정착하여 증식될 수 있는 환경만 조성하여 주면 그들 고유의 번식과정을 거침으로 증식된다는 것이다. 그런데도 우수한 종균을 발견했다하여 번식시설에서 평균 1주일 만에 대량 번식을 시켜 현장에 투입하고 있다.
누룩을 잘 띄워서 삶은 곡물이나 과일과 섞어서 산소가 공급되지 않는 혐기적 환경으로 장기간 보관하면 처음에는 누룩균이 증식하지만 종국에는 이들 누륙균의 분비물과 용균물질을 영양원으로 하는 효모균이 증식하여 알코올을 생산한다. 이렇게 생산되는 알코올은 에탄올이라 하여 현대과학으로는 공장에서도 생산되지만 발효를 통하여 만들어진 알코올과는 맛이 다르고 체내에 흡수되었을 때 기능도 다른 것으로 농업미생물도 미생물의 먹이사슬을 통하여 미생물 본래적인 발효 증식기간을 거쳐서 증식되어야 한다는 것이다.
식물은 유기태질소를 흡수하고 생리장해도 없다. 독일의 생화학자 리비히(J.V. Liebig)는 식물은 영양물질을 무기물로 흡수한다는 이른바 무기물 흡수이론을 1840년에 발표하였는데 그 이론은 160여년이 지난 지금도 연구기관에서는 절대적인 원리로 생각하고 있다. 그러나 일본 농업환경 기술연구소의 구마에박사와 시마네 농업시험장 마쓰모도박사는 그들의 공동연구를 통하여 질소는 무기물로 분해되지 않아도 유기태 질소로도 더 많은 양이 흡수된다는 사실을 입증하고 있다. 그런데 그 유기태질소는 질량이 8,000Dalton으로 효모의 세포벽 성분과 일치하는 것으로 보아 유기물을 분해 흡수한 미생물의 용균물질이라는 것이다.                                
무기물 흡수이론 대로라면 유기물→발효→암모니아태 질소→질산태 질소(NO)→뿌리의 순서로 흡수되는 것이며, (-)전하의 NO는 같은 (-)전하의 토양입자에 흡착되지 못하고 친수성이 강하여 농도가 진하면 뿌리를 썩게 하기도 하고, 식물체에 과잉으로 흡수되면 생리장해와 각종 병충해를 유발하지만  적합한 환경에서 미생물의 먹이사슬에 따라 완전히 발효되면 8,000Dalton의 유기태질소(NH 함유물질)로도 흡수되기 때문에 NO의 피해도 없고 작물이 건전하게 생육한다는 것이다. 즉 무기물 흡수론이 수정될 단계에 이른 것이다.
퇴비를 만들지 않고 토양을 발효시킨다. 옛날의 시골부자는 장터에 갈 때에도 개똥망태기를 메고 간다는 말이 있다. 개똥이라도 많이 주어다 논밭에 넣으면 많이 넣을수록 농사가 잘되기 때문이다. 또한 화학비료가 부족했던 1950년대 이전에는 퇴비더미가 큰 농가를 선정하여 관청에서 광목이나 밀가루를 상으로 주기도 했었다. 그러나 퇴비를 만들려면 엄청난 중노동이 따르는 것이므로 농촌인구가 노령화된 현재는 그 때처럼 퇴비를 만드는 사람이 아무도 없다.
화학비료가 토양과 인체건강에 해롭다는 사실이 알려지고 축산농가가 늘어나면서 이른바 유기농업이라 하여 축분을 많이 이용하기 시작했으나 축분이란 식물성사료의 성분 중 가축이 양분으로 섭취한 나머지가 배설된 것이므로 가축이 많이 섭취하는 미네랄이 부족하여 작물이 요구하는 양분의 균형과는 차이가 있는 것이므로 너무 많은 양을 장기적으로 투입하면 그 차이가 누적되어 작물은 영양불균형으로 정상적인 생육을 할 수가 없게 되는 것이다.
여기에서 자연림의 속성을 연구하게 되었고, 아무리 울창한 숲이라도 유일한 비료원인 낙엽은 10a당 1톤 정도이므로 논밭에 투입하는 유기물도 1톤을 초과하면 반드시 부작용이 생긴다는 것이다. 또한 자연림의 낙엽은 지표면에서 발효되어 토양에 녹아 들어가는데 사람은 발효를 촉진하고 비료분의 유실을 막는다 하여 깊은 토양에 파묻는 것이다. 토양의 깊은 곳은 산소 공급이 부족한 혐기적 조건이므로 자연히 혐기성 미생물로 인하여 부패하여 지표면에서 발효되는 자연림과는 다른 방법을 택하는 것이다.
따라서 현재의 미생물 농업에서는 유기물을 깊이 5cm 이내로 토양에 섞어 호기성 발효를 시켜야 하며, 투입량도 자연림과 같이 그 지면에서 생산된 수확 잔재물 만으로 충분하다는 것이다. 물론 초기 1~2년간은 다비재배 때보다 수확량은 감소될 수 있지만 즙액진단 방법으로 영양관리를 하면 화학비료를 사용하는 방법보다 수확량도 증가하고 양분의 균형을 갖춘 건전한 먹거리가 생산된다는 실증이 여러 농가에서 입증되고 있다.
산소를 시비한다. 땅도 숨을 쉰다. 땅속에는 뿌리도 호흡을 하고 미생물도 산소호흡을 하는 것이 대부분이므로 끊임없이 이들이 소모하는 산소가 공급되어야 한다는 것으로 토양학에서는 산소 확산율이라는 용어를 사용하는데 뿌리와 미생물이 활동하는 토양에서는 시간당 약 70cc(ml)의 노폐가스가 배출되고 반대로 같은 양의 신선한 공기가 땅속으로 들어간다는 것이다. 물론 이 량은 자연조건에서의 것이고 사람이 경작을 하는 토양은 식물의 밀도가 높아 산소 요구량이 더 많을 수밖에 없는데 관리자와 관리기가 늘 밟고 다니므로 산소 확산율은 떨어지는 것이다. 예를 들어 칼리성분 대부분 뿌리가 많은 에너지로 능동적인 흡수를 해야 하는데 산소가 결핍되면 양분의 분해가 불충분하여 에너지 생산량이 적고 모자라서 칼리 흡수량이 적어지며, 체내에서는 양분의 이동이 제대로 안되어 다른 조건들이 아무리 좋더라도 작물의 생육은 불충분하게 된다.
그래서 경작하는 토양에는 산소를 인위적으로 공급하는 것이 필요한 것이다. 10여년전 탄산가스를 잎에 시비하면 증수효과가 있다고 할 때 이를 믿고 따르는 사람은 별로 없었다. 그러나 실시하여 본 농가들로부터 증수효과가 있고, 작물도 건강해지더라는 소문이 퍼지면서 비로소 인정받게 된 것과 같이 이론적으로 수긍이 가면서도 상용화되기까지는 많은 시간이 걸릴 것이다. 땅을 경윤하는 이유는 토양에 산소의 양을 풍부하게 집어넣기 위함인 것이나 작물이 재배되는 동안에는 속수무책이었다. 현재는 많은 양의 산소를 물에 녹여서 관수하는 방법이 개발되어 있다. 산소 발생제인 분말을 물에 녹여 포화농도의 몇 배로 만들 수도 있고, 과산화수소를 서서히 분해시켜 포화농도의 수십 배로 농축시켜 관수하는 방법도 개발되어 땅속에서 산소가 부족되는 일은 얼마든지 예방할 수 있다.
경운 할 필요가 없다. 논밭을 새로 경작하려면 경운부터 하는 것이 상식화 되어있다. 그러나 생각해보면 경운을 한다는 것은 병주고 약주는 일이다. 지도기관은 아직도 깊이갈이를 권장하고 있지만 깊이 갈려면 마력수가 큰 트랙터를 이용해야 되고, 트랙터의 굵은 바퀴가 토양 전면을 모조리 밟고 지나가므로 하층은 매년 다져놓기만 하면서 경토만 뒤집어 놓는 형국이 된다. 물론 뒤집힌 토양은 잡초가 억제되고 토양성분의 산화를 촉진하는 효과는 있지만 하층토가 다져지는 피해가 훨씬 크다는 것이다.
모든 식물은 자기 몸을 지탱하고 가물 때 수분의 비상흡수를 위하여 수많은 직근이 뻗어 내려가고, 일단 수확을 하고나면 이들 직근이 분해되어 상하층에 통기와 배수공 역할을 하는 것인데 트렉터가 다져놓아 막혀버리는 것이다. 대면적 경작을 하는 나라에서는 기계경운이 불가피한 선택이겠지만 경작조건이 우리와 비슷한 일본에서는 무경운 재배면적이 갈수록 증가하고 있다.
무경운 재배를 하는 농가들의 말로는 실제로 폭우가 왔을 때 경운을 한 밭은 3일이 지나도 밭이 질어서 들어갈 수가 없지만 경운을 안한 밭은 2일 만이면 밭에 들어가 작업을 할 수 있다고 한다. 분해된 뿌리의 흔적을 통하여 계속 공기가 통하고 있기 때문에 미생물이 지속적으로 활동을 하므로 단립화가 촉진되어 균경이 된다는 것이다.
이상에서 검토한 바와 같이 미생물의 속성을 이해하고 제대로 관리하면 토양환경이 자연상태로 복구되어 건강상 유해하지 않은 농산물을 관행의 경작방법보다도 증수할 수 있는 것이므로 단순논리의 유기농업이 아니라 명실 공히 생태적 농업이 실천될 수 있을 것이다.

(주)대덕 바이오텍/대전대리점 영업팀장:이창엽.

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