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농사

농사에 있어서 인(燐)의 역활

by 성공의문 2013. 1. 9.


인(燐, 영어: phosphorus)은 화학 원소로 원자 기호는 P(←라틴어: Phosphorus)이고 원자 번호는 15다. 질소족에 속하는 다가 원자로 인산염과 모든 생물 세포 내에서 발견된다. 반응성이 높아 자연 상태에서는 순수한 인의 형태로는 존재하지 않는다. 여러 동소체가 존재하며, 비료의 주요 성분이기도 하다. 그밖에 화약, 성냥, 불꽃놀이, 농약, 치약, 세제 등에도 쓰인다.

- 위키백과



인에 대해 자세히 알아보자.


“민물 다음으로, 인은 지구상에서의 인류의 서식에 대한 가차 없는 한계가 될 것이다.” 고 20년 전에 빌 몰리슨은 Permaculture: A Designers’ Manual에서 적었다. 우리의 식량 시스템에서 인 재활용을 고안하는 것은 그만큼 중요하다. 인은 작물을 재배하는데 필수적인 요소이며, 그것이 없으면 초콜릿도 벚잼도 없다.


토양 속에 있는 인을 활용하기

많은 토양 속에서 인은 충분한 정도로 자연적으로 존재한다. 그렇지만 화학적으로 잠겨 있어서 식물에게 이용가능 하지 않을 수 있다. 서구와 북미의 대부분의 농지 토양들은 엄청난 양의 과인산염(superphosphate)으로 과도 공급되어 있는데, 그 결과로 인들은 다른 원소들과 결합되어 토양에서 사용되지 못하고 있다. 


그 결과, 인의 농도는 750ppm까지도 올라가는데, 곡물을 재배하는데는 단지 45ppm만이 필요하다. 토양 속에 인의 양이 충분한지를 알아보는 가장 확실한 방법은 토양 검사를 하는 것이다. 인의 양이 충분하지만, 식물들이 인 부족 증상(자줏빛 잎들, 발육이 저해된 줄기들)을 보이면, 인 추출하는 전문가 팀 - 즉 균류( fungi)의 도움이 필요하다. 균류들은 토양에서 부식 전문가들이다. 그들이 분비하는 효소들은 그들이 리그닌, 셀룰로스, 곤충들의 키틴질과 동물 뼈들을 분해하게 해준다. 그것들은 그대로는 박테리아들이 잘 소화하지 못한다. 한 숟가락의 건강한 토양 속에는 육안으로는 볼 수 없는 수 미터의 균사(hyphae)가 들어 있다.


어떤 균류 종의 팁(끝)들은 극도로 중요한 기능을 수행한다. 그들이 생산하는 강산(strong acids)은 문자 그대로 바위를 부수고 거기에서 인을 추출하게 해준다. 이 균류들은 식물 뿌리와 상호공생관계를 형성하여 이 식물들에게 인을 전달해준다. 그들은 균근(mycorrhizal) 균류라고 불린다.


균근 균류들은 나무 뿌리의 표면적을 700-1000배로 확대한다. 그들은 식물에서 수 미터나 되는 아주 먼 거리에서도 인을 수확하여 균류 네트워크(plasmic streaming이라고 불린다)를 통하여 가져 올 수 있다. 인은 식물들이 만든 설탕(포도당)과 교환되어 나무에게 가져온다. 균류는 엽록소(chlorophyll)가 없기 때문에 광합성을 할 수 없다.


나무 묘목(Seedling), 관목 그리고 다년생식물은 묘상(nursery)에서 재배하는 동안에 균근 균류를 접목할 수 있다. 식물에 맞는 균류 포자(spore)인지 확인해야 한다. 기존 나무와 관목의 뿌리에는 뿌리 근방에 구멍을 파고 뿌리 가까이 균근 균류 포자들을 집어넣음으로써 접목할 수 있다. 일년생과 야채들의 씨는 접종물(즉 포자)와 섞을 수 있지만, 양배추 류, 비트 그리고 시금치들은 균근 균류와 공생관계를 맺지 않는다. 접종물을 가게에서 사지 않고 직접적으로 만들어 볼 수도 있다.


식물들의 인 흡수의 최적 범위는 pH 6.0 – 7.5인데, 이를 벗어나면 인은 이동 불가능 하게 된다. 전통적인 방법은 알칼리 토양에는 황(sulfur)을 , 산성 토양에는 석회(lime)를 첨가함으로써 pH를 조절하는 것이다. 규모가 크면 이 방법은 비용이 꽤 든다. 그러나 산성토양에 잘 견디는 북 관목 블루베리 같은 식물들을 키울 수도 있다. 이 맛있는 과일의 최적 pH 범위는 3.5 – 4.8 pH로서, 이보다 더 pH가 더 높으면 죽는다. 이 정도로 낮은 pH에서는 인이 이동불가능 한 데 어떻게 해서 식물들이 자랄 수 있나? 그것은 산성토양에서 잘 견디고 인을 추출하는데 낮은 pH를 전혀 개의치 않는 균근 균류와 공생관계를 통하여 인을 받기 때문이다.


균근 균류와 제초제 

표토의 균류 또는 박테리아들을 증가시킴으로써 pH를 조절할 수도 있다. 톱밥이나 조각 난 가지들 같은 갈색의 유기물 덮개(mulch)를 사용하여 균류들을 부양하고 pH를 낮출 수 있다. 또는 신선한 녹색의 덮개와 유공의 퇴비 차들을 사용하여 박테리아 성장을 부양하고 pH를 7보다 약간 더 올릴 수도 있다. 그 이유는 박테리아 점액(slime)은 알칼리이고 , 균류에 의해 분비된 산들은 산성으로서 토양 pH를 낮추기 때문이다.


그렇지만, 어떤 영양분들은 낮은 pH에서 이용 가능하고, 다른 영양분들은 높은 pH에서 이용 가능하다. 토양의 pH는 미소한 터마다 변해야 되는데, 그것을 통제하는 것이 건강한 토양의 역할이다. 석회나 황으로만 해결하려 하면, 전체 생물 시스템은 이 인풋에 의해서 일시적으로 결정되면서, 미소 지역들의 pH 변화의 양은 제한될 것이다. 그러므로, 화학작용에 의해 인을 활용하기 위해 미네랄을 적용하기보다는 필수 요소들의 추출을 보증하고 그것들의 연속적인 재활용을 지지하는 활기찬 토양 먹이사슬( food web)의 성장을 촉진해야 한다.


인 비료 고르기

세계 전역에는 아마존 분지, 자바 또는 호주 토양처럼 인이 자연적으로 결핍되어 있는 토양들이 많다. 다른 토양들은 부적절한 농법에 의해 손상을 입었다 - 벌거벗은 토양이 빗물에 노출되어 인들이 씻겨 내려가고, 작물의 과잉 수확에 의해 고갈되고, 그들의 자연적 먹이사슬은 파괴되어서 식물들은 인공비료 말고는 섭취할 것이 없게 되었다. 토양 먹이사슬이 복구될 수 있지만, 충분한 인이 없는 곳에서는 농부가 그것을 되돌려놓아야 한다.


유기 농부들에게 있어, 인의 주요한 원천 중의 하나는 지상의 인산염(phosphate) 바위이다. 고질의 인산염 바위 비료는 불화물(fluoride), 중금속 또는 방사능 우라늄 같은 오염물질이 없어야 한다. 그것은 유기물질, 멀치, 퇴비 그리고 퇴비 차와 함께 직접적으로 토양에 적용될 수 있는데( 1헥타르 당 100kg) 토양 생물들이 고양되고, 박테리아, 균류 그리고 다른 미생물들의 활동을 통하여 식물들에게 영양을 공급할 수 있게 된다. 또 다른 방법은 균류가 많은 퇴비에 인 바위를 집어넣어서 균류들이 바위를 용해 가능한 형태로 변모시키든지 아니면 특별한 인 - 퇴비를 마련하는 것이다. 식물에게 균근 균류(mycorrhizal fungi)를 접목시키면 인 바위 비료들의 효과가 크게 증대된다.


인 비료가 멀치(뿌리덮개,mulch) 아래가 아니라 위에 뿌려질 수 있음이 코스타리카에서 발견되었다. 이 아이디어는 인이 산성 열대 토양에서 구속되는 것을 방지하려는 것이었다. 그리고 그것은 작동했다. 콩 산출은 3배 이상 증가했다.

채굴 중에 인 바위 층들 사이에서 씻겨간 진흙도 또한 비료로 쓰일 수 있다. 이 진흙의 입자들은 자연 인산염으로 쌓여 있는데, 콜로이드(아교질) 인산염(colloidal phosphate)라고 불린다. 진흙 덕분에 인은 인 바위에 있는 인보다 더 쉽게 식물들이 흡수할 수 있다. 그것은 퇴비 더미 위의 비료(manure)와 함께 쓰이든지 토양에 직접 사용될 수 있다.-비료 산(manure acids)은 인산염을 용해하여 , 다시 인산염은 비료의 질소를 안정화 시킨다.


과인산염(Superphosphate) 비료는 화학적으로 처리 된 인 바위로부터 만들어진다. 그것들은 고농도이고 아주 반응을 잘하므로 추천되지 않는다. 밭에 뿌려지면, 그것들은 칼슘, 철, 마그네슘, 그리고 알루미늄과 반응하여 몇 초 안에 식물에 이용될 수 없는 화합물을 만든다. 그것들은 또한 미량원소(trace element)와 반응하여 그것들을 사용불가능 하게 만듦으로서 마이크로 영양분들의 결핍을 야기한다. 과인산염들은 수용성이고 식물들이 그것들을 융화할 기회를 갖기 전에 빗물에 의해 쉽게 씻겨간다. 


그것들은 나중에 호수와 강의 부영양화(eutrophication)를 일으킨다. 비료 속의 고농축 인(10 이상)은 균근 균류에 치명적이라는 것은 말할 필요도 없다(11). 그렇지만 , 과인산염은 장점도 갖고 있다; 그것들은 불순물이 제거되었기 때문에 우라늄 같은 독성 물질을 포함하지 않는다. 반면에 단점도 있다. 그 순화 과정에서 나온 쓰레기들은 슬래그 백에 저장되는데, 그것들은 종종 관리되지 않고, 우라늄을 포함하기 때문에 방사능이 나온다. 이 더미에서 나오는 불화물(Fluorides)은 지하수 오염을 야기하기도 한다.


인이 풍부한 또 다른 물질은 구아노-새 또는 박쥐 똥이다. 바다 새에 의해 먹힌 물고기 뼈에는 많은 인이 포함되어 있고 따라서 바다 새 구아노에는 높은 수준의 인이 포함되어 있다. 구아노는 태평양 또는 칠레와 페루 해안의 작은 섬들이에 수 세기에 걸쳐 축적되어 왔다. 그것은 대량으로 채굴되어 지금은 심하게 고갈되었다. 인 이외에, 구아노에는 높은 수준의 질소와 칼슘이 포함되어 있다. 그것은 그 원천에 따라서 , 새 것 , 반-화석화 된 것 또는 화석화 된 것이 있다.


인은 연못의 진흙 , 민물의 홍합(mussel) , 물고기 배설물 , 조류 또는 최근의 화산재들에서고 발견된다. 나래지치(comfrey), 루핀(lupine) , 전동싸리(sweet clovers),쐐기풀(nettle),살갈퀴덩굴속(vetch) 같은 많은 식물들은 인을 축적하므로 녹색 비료로 쓰일 수 있다. 그렇지만 , 콩과식물(legume)에 의해 공기 중에서 질소가 고정되는 식으로 인이 생산되는 것은 아니다. 그것들은 한 장소에서 인을 뽑아내어 다른 곳으로 놓을 뿐이다.


자기 자신의 인 공장 세우기


나무의 박쥐 집

당신 근처로부터 인을 모으고 싶으면 , 작은 박쥐 배양소를 만드는 것도 한 방법이다. 당신 이웃에 박쥐들이 살고 있다면 , 그것들을 위해서 박쥐 집을 지어줄 수 있다. 박쥐들은 거기에 쉬러 오고 배설물을 그 아래에 남길 것이다. 박쥐 집 아래에 컨테이너를 설치하여 그것들의 구아노를 모으면 된다. 추가적인 이점은 곤충을 먹는 박쥐는 많은 양의 나방, 모기, 파리 , 메뚜기 그리고 귀뚜라미들을 먹는다는 것이다. 그들은 곤충 통제의 고도의 전문가들이다. 단지 1시간 동안에 한 마리의 갈색 박쥐는 1200마리의 모기들을 잡는다. 사실상 , 그것들은 모기들을 먹는데 너무나 효과적이어서 인도에서는 캘커타 전역에 박쥐 배양소들을 설치하는 것이 과도한 수의 모기들을 다루는 방법으로 간주되었다(12).

박쥐들을 좋아하지 않으면, 또 다른 종류의 인 공장-비둘기 집을 고려할 수도 있다. 비둘기들은 주로 씨들을 먹는데, 씨에는 보통 인이 풍부하게 들어 있다. 그들의 똥에는 질소도 풍부해서 농장에 유용하다. 중동에는 지금도 여전히 그것들을 기르는 사람들이 있다. “모든 요소는 많은 기능들을 수행해야 한다.”는 퍼머컬쳐 원리를 어떻게 비둘기들에 대해 적용할지 궁리하고 있다면, 비둘기들은 편지를 전달할 수 있다는 것을 상기하라.


적응된 식물들

 

도토리 나무의 프로테오이드 뿌리 

루핀과 마카다미아 나무(macadamia)를 포함하는 일부 식물들은 인이 결핍된 토양에 적응하는 독특한 전략을 개발해왔다. 균근 균류와 연합하지 않고 , 그것들은 인 흡수를 고양시키려고 빽빽하게 밀집된 뿌리를 만든다. 그 뿌리들은 proteoid 뿌리라는 학명을 갖는데, 이것은 Proteaceae 식물과에서 나왔다. 하얀 루핀의 proteoid 뿌리는 특출한 능력을 갖고 있다: 그들은 구연산염(citrate)를 배출하여 그 뿌리 지대에 인의 이용가능성을 높인다.

proteoid 뿌리들에 있어 묘한 사실은 인 비료가 가해지면 그 식물들은 그 뿌리를 형성하지 않는다는 것이다. 많은 양의 인 비료가 가해져도 마카다미아 나무들은 인 결핍증을 나타낼 수 있다. 인이 토양에 있을 때는 , 비록 그 양이 작아도 이 식물들은 혼자서도 잘 자란다. 인이 충분하지 않을 때에는,인 비료 대신에 퇴비와 멀치가 사용될 수 있다.

  

마카도미아 도토리


인이 씻겨 내려가지 않게 막는 법

인 손실은 특히 나무가 거의 없고 폭우가 오는 벌거벗은 모래 토양들에서 일어난다. 숲과 같은 자연 시스템들은 1년에 1헥타르 당 0.1kg의 인을 상실하지만, 벌거벗은 농지에서는 1년에 1헥타르 당 100kg의 인을 잃을 수도 있다(15). 중토(heavy soil)나 양토(loam)에서 손실은 일반적으로 아주 작다. 환경 속의 대부분의 인은 불용성(insoluble) 형태로 되어 있고, 물에 녹는 질소와는 달리 , 토양 입자나 유기물질과 같이 씻겨 가버린다.


뉴질랜드 루핀 

이런 사실을 알기 때문에, 인을 보호하는 것은 쉽다. 좋은 토양 구조가 유기물질과 퇴비를 추가함으로써 만들어진다. 토양 생물계가 퇴비 차를 주조함으로써 더욱 개선된다. 퇴비와 더불어 그것들은 토양에 일군의 양분 재활용자들을 추가한다: 활동적인 박테리아, 균류,편모충( flagellate), 아메바 ,섬모충(ciliate) 그리고 유익한 선충류들(nematode). 이 미생물들은 그들 몸 속에 인을 간직하고 있고, 건강한 토양 먹이 웹 전체의 기능으로 그것이 재활용될 것이다.


어떤 박테리아 종들은 인 바위를 분해하여 식물들이 먹을 수 있는 형태로 인을 바꾸어준다는 것도 알아두자(16). 밭을 갈지 않는 것도 토양 침식을 막고 토양 생명들을 보호한다. 그리고 나무는 토지의 최소 30%에 심을 수 있다. 빗물로터 토양 침식을 막는 데는 그 무엇보다도 뿌리덮개(mulch)가 필요하다.


농부들은 소매에서 또 다른 에이스(비장의 무기) 즉 숯을 꺼낼 수 있다. 그것은 아마존 인디언 부족들에 의해 수천 년 간 시행되고 테스트 된 고대의 토양 개량제이다. 그들은 도자기 파편들과 숯을 사용하여 테라 프레타(흑토)를 창조하였는데, 그것은 지금도 비옥하다. 숯의 유공 구조( porous structure)는 미생물들에 대한 더할 나위 없이 좋은 서식지이다. 그것은 토양 속에서 아주 오래 동안 유지되고, 인을 포함한 양분들을 간직한다(17). 숯은 목재만이 아니라 벼 깍지(husk) 같은 농업 찌꺼기들로부터도 만들 수 있다.


산간 지역에서 런어프(run-off, 유실)을 늦추기 위해서는, 나무들을 빙 둘러서 둘레에 심고 그 사이에 작물들을 심는다. 이 둘레들은 질소 고정 나무들 또는 급속하게 성장하는 나무들로 심으면 된다. 그 나무들에서 친 가지들로부터 작물들을 위한 뿌리덮개를 얻을 수 있다.


베티버 풀 뿌리 

나무들 대신에 베티버 풀(vetiver)들을 그 둘레에 심을 수도 있다. 그것의 뿌리들은 3-4m나 깊이 자라고 , 토양 침식을 90% 정도 막고 지하수를 재충전 해준다(19) 몇 년이 지나면 ,가파른 언덕에 , 토양들이 둘레에 축적됨에 따라 자연적 테라스가 그 울타리 뒤에 형성된다. 그것은 도로 제방( embankments), 강둑을 안정화시켜서 토양 유실과 회수 정수에도 이용될 수 있다.

 

공정한 몫

어떤 사람들은 자유시장이 희소한 자원들을 배분하는 가장 효율적인 방법이라고 말한다. 사실일 수도 있다. 누구냐에 달렸다. 희소한 자원들은 그것을 가장 필요로 하는 자에게 가는 것이 아니라 가장 많이 지불할 수 있는 자들에게로 간다.


빌 몰리슨을 다시 인용하면:

식물에 필수적인 요소들 중에서 , 인은 가장 희소하다. 그리고 그 원천은 그 지역에서 거의 나지 않는다. 사용되는 인 비료 중 , 유럽과 북미가 75%를 소비한다.(그리고 이 인풋의 결과로 가장 적게 얻는다. 과용, 과-관개 , 토양 관리의 빈곤 등이 그 원인이다.) 세계 기아를 줄이고자 한다면, 아프리카와 인도의 척박한 토양에 이 잉여 인들을 보내야 한다. 기적의 식물 같은 것은 필요 없다. 그러한 필수 자원들에 대한 전 지구적 윤리가 필요하다.


우리의 현재의 산업적 농업 시스템과 그것을 지탱하는 세계경제는 본질적으로 지속불가능 하다. 인과 같은 제한된 자원을 추출하여 쓰레기장에 보내거나 대양에 갖다 버리는 것은 말도 안 된다. 조만간 인 매장은 고갈될 것이다. 그 후에는 어떻게?. 대서양과 태평양에 대륙붕과 바다 산맥들에 인 광상들이 있기는 하지만(21), 그 채굴비용은 엄청 높을 것이다. 인을 재활용하는 것이 상식에 맞고 , 불가피하다.


이른 시기에 인 사이클을 완성할 수 있으면, 더 많은 인 바위들을 남기게 될 것이다. 그것들을 사용하여 토질을 개선하고 ,식물들을 심고 우리 지구를 다시 푸르게 할 수 있을 것이다.

saranmul블로그


References:

1. B. Mollison, Permaculture: A Designers’ Manual, 2004, p. 192.

2. Ibid

3. J. Lowenfells, W. Lewis, Teaming with Microbes, 2006, p. 53.

4. Ibid, p. 61.

5. Honglin Huanga, Shuzhen Zhanga, Xiao-quan Shana, Bao-Dong Chena, Yong-Guan Zhua and J. Nigel B. Bellb, Effect of arbuscular mycorrhizal fungus (Glomus caledonium) on the accumulation and metabolism of atrazine in maize (Zea mays L.) and atrazine dissipation in soil.

6. See also: K. Lewis, B. McCarthy, Nontarget tree mortality after tree-of-heaven (Ailanthus altissima) injection with imazapyr, Northern Journal of Applied Forestry, 25(2):66-72, 2008. In this study a herbicide imazapyr was injected to Tree-of-heaven (Ailanthus altissima), which in some regions is an invasive tree. The results showed that imazapyr injections not only killed all injected tree-of-heaven, but also 17.5% of neighboring (within 3 m) noninjected tree-of-heaven and eight other tree species 62 weeks after treatment. The possible ways of transmission of the herbicide were root grafts, mutually shared mycorrhizal fungi, root exudation and absorption, and/or leaf senescence.

7. Methodology: Integrated Production of Highbush Blueberry, edited by Danuta Krzewinska, 2005, p. 7.

8. See: chapter 9 “Ways of improving the agronomic effectiveness of phosphate rocks” in: F. Zapata and R.N. Roy, Use of Phosphate Rocks for Sustainable Agriculture, FAO 2004. Available at: http://www.fao.org/docrep/007/y5053e/y5053e00.htm#Contents

9. R. Bunch, Five Fertility Principles, The Overstory #20, http://www.agroforestry.net/overstory/overstory20.html, accessed on 16.01.2009.

10. P. Sullivan, Alternative Soil Amendments, ATTRA, http://attra.ncat.org/attra-pub/altsoilamend.html, accessed on 13.01.2009.

11. J. Lowenfells, W. Lewis, op. cit., p. 151.

12. Bats, The Ecologist, http://www.theecologist.org/pages/archive_detail.asp?content_id=352, accessed on 15.01.2009. In some parts of the world bats may carry viruses that are dangerous to humans. Before building a bat house in your backyard, please make sure there are no health concerns.