[펌] 토양 먹이그룹(Soil Web)이 주도하는 천이

[펌] 토양 먹이그물Soil Food Web이 주도하는 천이

 

※ 출처 : 박상길 선생,  facebook

 

 

1년생 농작물이 자라는 경작지 토양과 식재 디자인에 주로 적용되는 다년생 초본 및 목본이 자라는 산림 토양의 특성은 서로 다르다.

- 곰팡이는 1년생 식물에게 해롭지만, 다년생 및 목본식물도 그와 같은가?
- 산성토양은 1년생 식물에게 적절하지 않지만, 다년생 및 목본식물도 그와 같은가?
- 비옥한 토양Fertile Soil과 건강한 토양Healthy Soil은 서로 동의어인가, 밭이 아닌 정원에 필요한 토양은 이 중 어떤 것인가?

이와 같은 질문에 답하기 위하여 The New American Landscape(2011. Timber Press) 중 일레인 잉햄Elaine Ingham 박사가 담당한 제 10장 토양 건강관리Managing Soil Health의 일부 내용을 소개한다.

인위적 교란이 없는 모든 땅은 점점 더 복잡성을 갖추는 쪽으로 자연스럽게 진화해 간다. 불모지에서 초본류가 자라는 땅으로, 다음엔 관목류로, 그 다음엔 교목류로, 마침내 극상 단계의 숲으로 이어진다. 식물 종의 특정한 군집이 이처럼 다음 단계로 이행하는 천이과정을 주도하는 것은 세균bacteria과 곰팡이fungi가 차지하는 상대적인 비율 그리고 토양에서 이들을 먹고 살아가는 포식자들predators의 변화이다. 본질적으로, 토양 먹이 그물은 오랜 시간에 걸쳐 세균이 우점하는 단계로부터 곰팡이가 우점하는 단계로 옮겨간다. 이와 같은 변동을 제어하는 것은 식물이다. 왜냐하면, 식물의 뿌리가 분비하는 삼출물exudate과 식물의 죽은 사체는 초기에는 세균이 선호하는 것이었다가 후에는 곰팡이가 선호하는 것으로 바뀌기 때문이다.

토양천이를 좀 더 자세히 살펴보기로 하자. 불모지에서 식물이 자랄 수 있는 상태가 되기 이전에 광합성세균photosynthetic bacteria이 활동하기 시작하면서 세균 군집이 먼저 정착을 이루어야 한다. 이들은 대기 중 질소와 탄소를 흡착하여 유기물을 생성한다. 또한, 질소를 고정하고 암석에서 여러 양료를 추출해낸다. 세균 군집이 미세집합체microaggregate를 형성해가면서, 더 많은 종류의 세균이 자리를 잡고 생존할 수 있는 터가 마련된다. 어느 순간 충분한 양의 세균이 존재하게 될 것이고 그에 따라 원생동물protozoa이 초기 토양에서 질소 순환을 개시할 것이다. 질산태 질소nitrate(NO3)*가 증가하여 충분히 흙 속에 쌓이게 되면, 천이 초기단계의 식물이 자라기 시작한다. 이와 같이 천이 초기단계 또는 교란이 일어난 후 자라는 식물을 우리는 잡초weeds라고 부른다. 그러나, 이와 같은 초기 정착 식물은 세균성 먹이와 곰팡이성 먹이를 토양에 추가적으로 공급하기 때문에 다른 종류의 미생물 군집microbial community이 발달하게 된다. 곰팡이가 그들의 기능을 제대로 수행하면서 토양 구조는 개선되고 양료의 유형과 양은 변화하며 더 많은 수의 포식자들이 자라게 된다. 이 때 양료 순환nutrient cycling은 보다 활성화되고 결국 새로운 토양환경에 잘 적응하면서 초기의 일년생 잡초종을 억제할 수 있는 다른 식물종들이 자리를 잡는 천이의 다음 단계로 이행하게 된다.

● 질산태 질소nitrate(NO3): 일년생 식물이 흡수하는 질소로서 세균이 우점하는 토양에서의 질소 형태.
● 암모늄태 질소ammonium(NH4): 다년생 식물이 흡수하는 질소로서 호기성 곰팡이가 우점하는 토양에서의 질소 형태.

● 질소 순환: 호기성 곰팡이가 우점하는 토양에서는 암모늄태 질소가 질산태 질소로 분해되지 않는다. 하지만, 세균이 우점하거나 세균이 선호하는 먹이(식물이 분비하는 삼출물)가 존재할 경우 질산화 세균nitrifying bacteria이 암모늄태 질소를 질산태 질소로 전환시킨다.

토양 먹이그물이 보다 복잡해지고 곰팡이 군집이 서서히 그러나 확실히 증가하면서 잡초는 더 이상 기세를 떨칠 수 없게 된다. 대신에, 세균이 우점하던 상태에서 곰팡이가 조금 더 많거나 세균과 곰팡이가 서로 균형을 이루는 상태로 바뀌면서 채소와 작물 그리고 목초지용 식물이 승자가 된다. 토양 생물을 형성하는 자연발생적인 과정이 계속 진행되면서 새로운 형태의 양료가 활용가능해지고 공기와 수분이 점점 더 토양 깊숙이 통과하는 가운데 토양구조는 개선된다. 그 결과 식물종의 변화가 다시 발생한다. 세균보다 곰팡이가 더 늘어나고, 토양이 세균을 먹이로 삼는 포식자bacterial predators보다 곰팡이를 먹이로 삼는 포식자fungal predators를 부양하게 되면서 다년생 초본, 관목, 낙엽교목 그리고 침엽수가 다음 승자가 된다.

● 천이와 pH: 토양 천이과정에서 호기성 곰팡이aerobic fungi가 분비하는 유기산organic acid 때문에 토양은 점점 더 산성화되어 pH는 보통 5.5~7.0을 보인다.

● 그림 설명: 토양의 생물학적 천이는 식생 천이의 원인이다. 식물 잔사체 속의 곰팡이성 먹이의 증가는 보다 큰 곰팡이 군집의 생성을 가져 오고 그 결과 토양은 후기 천이단계에 속하는 식물이 살아가기에 적합한 서식처로 변하게 된다.