6편 - 광합성작용과 공기

[한두레]

흙과 유기농업 이야기                  

한중열

6. 광합성작용과 공기

<홍종운박사 자료집 응용>

1) 농업은 과학이다. 그중에서도 제일 중요한 이론이 광합성작용이다.

광합성작용이란? 식물이 광(햇빛)을 이용하여 성장하며 무었인가를 만드는 것인데,

 그림에서 보듯이 물과 탄산가스를 합성해서 1단계로 만드는 것이 “포도당(C6H12O6)”인 것이다.

 이렇게 물과 탄산가스가 결합하면 달콤한 포도당이 된다는 것이 참으로 신비스럽다.

이것을 탄소동화작용이라고 하며, 이 작용은 햇빛이 강할수록, 탄산가스가 많을수록 촉진되는데, 어느 한계까지만 증가되며, 그 한계점을 광포화점, 탄산가스포화점이라고 한다.

여기서 꼭 알아야 할 것은, 탄소동화(광합성)작용의 반대되는 작용이다. 이것은 호흡작용이고 이화작용이라고도 한다.

 탄소동화작용은 식물이 햇빛에너지를 받고 물과 탄산가스(CO2)를 흡수하며 산소(O2)를 버리면서 포도당을 만드는 것으로, 그때 포도당에는 햇빛에너지가 축적된다.산소(O2)를 버린다는 표현은 애매하지만, 모든 생물들은 그 산소로 호흡하면서 살아간다.

 호흡작용은 탄소동화작용이 거꾸로 작용하는 것인데, 호흡할 때는 포도당이 분해되는 과정에서 탄산가스와 물이 방출되고 포도당에 축적되어 있던 햇빛에너지가 발산하는 것이고, 이것이 모든 생명체가 살아가는 원동력인 힘(에너지)이다.

 식물들이 쉽게 만들어 놓은 포도당은 아니겠지만, 단순하게 만들어진 포도당은 가장 쉽게 분해되어 에너지를 공급하기 때문에, 병원에서 영양제로 활용되고 있으며, 가축에게도 빠른 에너지를 공급하는 영양제로 쓰이며, 식물에게도 사용되고 있다는 것은 모두 아는 사실이다.

2) 2단계 포도당의 재합성

 일단 광합성작용에서 만들어진 포도당은 식물에 의해서 재합성되는데, 기본적으로 줄기와 잎 등을 형성하는 리그닌(목질부)과 셀룰로즈(섬유소) 등을 만드는데 쓰이고, 번식을 위해 꽃도 피고 열매를 맺기도 하는 주원료가 포도당이다.

 이때 식물의 종류에 따라 벼과식물은 포도당으로 탄수화물을 주로 만들고 콩과식물은 단백질, 깨 종류는 지방을 만드는데 이 모든 것을 유기물이라 칭한다.

 그리고 동물들은 식물이 만들어 놓은 유기물을 섭취하면서 호흡하고, 그 에너지로 살아가며, 그래서 동물의 몸체도 모두 유기물인 것이다.

 공기 중에 불과 0.03% 밖에 안되는 탄산가스가 인간을 포함한 지구의 모든 생명체의 밥, 즉 식량이라는 것이 놀랍다.

3) 공기는 비료다.

 공기의 구성은 아래의 표와 같이 질소가 제일 많고, 다음은 산소다. 그리고 탄산가스는 현재 0.035%로 예전 20~30년 전에는 0.03%보다 0.005%가 증가한 상태이며, 모두가 다 아는 사실로 이것이 지구의 온난화로 인한 환경오염이다. 하지만 아직도 공적으로는 공기중에 탄산가스 양은 0.03%로 표현되고 있다.

구 분	질소-N₂%	산소-O₂%	탄산가스-CO₂%		기타
대 기	79.01	20.93	0.03 ⇨	0.035 현재	먼지, 연기, 수증기, 메탄, 황화수소 암모니아 등의 가스 미생물 외 기타
표층토양공기	75~80	14~20.6	0.5~6
심층토양공기	75~80	3~10	7~18

 환경학자들은 탄산가스가 0.04% 정도가 되면, 기상이변은 훨씬 더 많이 발생할 것으로 예견하고 있으며, 인류의 멸망도 초래한다고 한다. 그래서 유기농업을 하는 이유도 화석연료를 더 적게 소비하여 온난화를 줄이기 위한 것이다.

 산소는 땅속으로 들어갈수록 줄어들고 탄산가스가 늘어나는데, 그 이유는 땅속의 수많은 미생물(좋은 토양 1g에는 1억마리 이상 생존)이 호흡하고, 식물의 뿌리도 호흡하기 때문이다. 그 호흡과정에서 미생물들은 탄산가스와 그 외에 암모니아가스, 메탄가스, 아황산가스 등 여러 종류의 가스들이 발생시킨다. 이러한 가스들은 뿌리를 상하게 만들 수 있기 때문에, 이러한 가스류들이 토양에서 배출되고 산소가 들어와야 하며, 이런 순환을 위해서는 토양의 통기성이 매우 중요한 것이다. 그 통기성이 좋으려면 입단화는 필수적이다. 그래서 토양의 입단화가 토양 지력에 으뜸이 되는 것이다.

그런데, 공기 중에 0.03%(3/10,000)의 매우 작은 양의 탄산가스[CO₂]가 식물이 가장 많이 섭취하는 필수영양소 탄소[C]의 영양(비료)원이다. 더군다나 탄소는 뿌리에서 흡수하는 것이 아니라 잎의 기공(식물의 숨구멍)으로 흡수한다. 이것을 기체비료라고 하며, 식물 몸체의 45%를 차지하는 탄소비료인 것이다. 또한 산소[O]도 기체비료이기도 하지만 물이 분해되어 흡수한다고도 알려져 있다.

많은 사람들이 식물은 뿌리로 대부분의 양분인 고체비료와 액체비료로 흡수한다고 생각하지만, 사실은 잎으로 먹는 기체비료가 더 많다는 것은 확실한 사실이다.

비료에는 고체비료, 액체비료, 기체비료가 있다.

 이러한 비료에 대한 더 구체적인 내용은 다음 7편 ‘비료이야기’에서 주요 비료(양분)에 관한 이야기부터 시작하여, 토양의 화학적 작용에 관한 내용을 하나씩 살펴본다.