비공생성 토양 미생물에 의한 질소 고정

 

N Fixaition by Nonsymbiotic Soil Microorganisms

 

토양의 질소 고정작용은 자유생활세균(free-living bacteria)과 남조류(bue-green algae)등 몇 종류들에 의해 일어난다. 남조류는 자가영양생물이어서 빛, 물, N2, CO2, 그리고 필수영양물질만 있으면 살아갈 수 있다. 남조류의 개체수는 일반적으로 배수가 잘 된 토양보다 물이 많은 토양에 많이 존재하고 있다.

 

남조류들은 빛을 필요로 하기 때문에 농작물이 자라고 있는 토양에 단지 적은 양의 질소만 공급할 수 있다. 사막이나 반건조 지역에서는 남조류나 지의류(lichen)들이 우기에만 활동을 하면서 짧은 기간 동안 상당한 질소를 공급해 준다.

 

남조류에 의한 질소 고정은 열대 논토양에서 경제적으로 중요한 역할을 한다. 그리고 다른 생물들이 남조류에 의해 발생한 질소를 사용하는 것은 토양 형성의 초기단계에 상당히 중요하다.

 

온대와 열대의 수중에서 Anabaena azolla(남조류) 와 Azolla(수중고사리)의 사이에 공생관계가 존재하는데, 수중고사리의 잎의 갈라진 틈에 있는 남조류는 외부의 불리한 환경으로부터 보호받으면서 기주식물(수중고사리)의 질소 필요량를 대신 제공해 준다. 이 공생관계의 중요한 특징은 수중고사리의 광흡수능력이 아주 크기 때문에 자유 생활을 하는 남조류가 질소고정을 하는 것을 제한한다는 것이다.

 

그리고 열대지방에만 발견되는 Beijerinckia 생물은 수많은 열대 식물의 잎표면에 살면서 질소를 고정해 준다. 동남 아시아의 Azolla는 논농사에서 녹색거름, 가축의 사료, 다른 농작물에 퇴비, 그리고 잡초방지제로서 수 세기 동안 사용되어 왔다.

 

캘리포니아에서 Azolla와 Anabaena의 질소고정 공생관계는 계절마다 105kg N/ha를 제공하고 쌀의 질소 필요량의 75%가량 공급해 준다.

 

그리고 녹색거름으로 사용될 경우 50∼60kgN/ha를 공급하며 열매가 맺기 전까지 벼가 잘 자라도록 한다.

 

어떤 질소고정 세균은 뿌리표면에서 자랄 수 있고 어느 정도 옥수수, 잔디, 수수, 쌀, 사탕수수, 밀, 그리고 다른 고등식물의 뿌리조직 내에서 살고 있다.

 

Azospirillum brasilense는 가장 많이 질소고정을 한다고 밝혀졌는데, A. brasilense를 농작물에 접종시키면 접종에 따른 반응이 아주 다양하지만 대부분 식물의 성장과 질소 영양을 향상시킨다고 보고되고 있다.

 

대부분의 연구에서 이러한 미생물의 접종이 농작물의 성장에 이득이었다고 하며 실험으로 인한 식물의 반응들은 질소고정의 이외의 다른 요인에 의한 것이라고 한다. 몇 가지 발생 가능한 반응들은 식물영양소 소비의 증가, 토양의 삼투압 변화, 호르몬 작용, 그리고 토양의 NO3- 환원을 높이는 것들이 있다.

 

Azotobacter- 와 Clostridium- 에 접종된 씨앗은 질소를 단지 최대 5kgN/ha만큼 공급받을 뿐이라서 이런 비공생성 생물은 집약적 농업에서 질소 공급을 위해 사용하는 것은 뚜렷한 성과를 거두기 어렵다고 하겠다.

 

토양 질소의 형성 Forms of Soil of N

 

토양의 총 질소 함유량은 하층토(subsoil) 0.02%에서 이탄토양(peat) 2.5%에 이르기까지 다양하다. 미국 대부분의 경작된 토양의 상층 1ft의 질소농도는 0.03∼0.4%정도이다. 그리고 토양질소는 무기나 유기 질소형태로 발생하는데, 표층토에서는 95%이상의 질소가 유기 질소로 존재하고 있다.

 

무기 질소 화합물 Inorganic N Compounds

 

토양 질소의 무기물들은 암모늄(NH4+), 아질산염(NO2-), 질산염(NO3-), 아질산 산화물(N2O), 산화질소(NO), 그리고 질소원소(N2)를 포함하는데, Rhizobia와 다른 질소 고정 미생물에 의한 사용을 제외하고는 불활성 상태로 존재한다.

 

식물 영양의 관점에서 보면 NH4+, NO2-, 그리고 NO3-는 가장 중요한 질소 성분인데, 이 물질들은 호기성 분해나 질소 비료의 첨가에 의해 만들어진다. 이 세 가지 물질들은 보통 토양 질소 총 함유량의 2∼5%를 차지한다. 그러나 N2O와 NO는 탈질산화작용(denitrification)을 통해 질소량을 줄이기도 한다.

 

유기 질소 화합물 organic N Compounds

 

토양의 유기 질소는 단백질, 아미노산, 아미노당, 그리고 다른 복잡한 질소 화합물의 형태로 존재한다. 총 토양 질소량에서 이 물질들은 다양한 비율로 존재하는데 20∼40%가 고정 아미노산, 5∼10%가 아미노당(hexosamine), 1%이하의 purine과 pyrimidine 파생물질. 하지만 이런 물질들의 50% 정도와 여기서 제외된 유기 질소들의 화학적 특징에 대해 아직까지 거의 알지 못하고 있는 실정이다.

 

단백질은 일반적으로 분해가 잘 안 되는 진흙, 리그닌(lignin), 그리고 다른 물질들과 섞여서 존재한다. 이동이 자유로운 아미노산의 생물학적 산화물은 NH4+의 중요한 원료가 되는데 상대적으로 토양에서 적은 양으로 존재하고 있다.

 

토양에서 질소 변환 N Transformations in Soils

 

식물에 사용 가능한 NH4+와 NO3-의 양은 질소 비료에 의한 것과 유기 질소의 무기화 작용에 의해 크게 좌우된다. 유기 질소에서 발생하는 식물이 사용 가능한 질소량은 질소 무기화반응(mineralization), 고정화반응(immobilization), 그리고 토양에서 NH4+와 NO3-의 손실 등에 영향을 주는 수많은 요인들에 의해 좌우된다. 토양 유기물질(OM)들은 모든 분해단계에서 유기물을 구성하며 부엽토(humus)라 불리는 상대적으로 안정된 물질들로 구성되어 있고 다소 빠른 분해를 저해하는 작용을 한다.

 

빠른 분해를 할 수 있는 유기물들은 신선한 농작물 잔류물(residue)로부터 안정한 부엽토에 이르기까지 다양하다. 그리고 새로운 잔류물과 부엽토의 전환(turnover)이나 순환(cycling)을 담당하는 초기의 미생물의 분해과정은 무기화반응(mineralization)과 고정화(immobilization)반응이 있다. 이런 반응들은 다른 물리, 화학적, 그리고 환경적 요인들과 결합하여 토양 유기물의 안정성과 식물의 무기질소 사용에 중요한 역할을 한다. 안정된 토양 부엽토를 형성하는 자가영양과 종속영양 미생물의 분해과정을 통한 농작물 잔류물과 그것의 분해에 대한 개념적 관계는 [그림1] 에서 보여준다.

 

이 구성물질들의 크기는 농작물 잔류물 발생에 영향을 주는 기후, 토양 형태, 그리고 토양과 농작물의 관리 등의 요인들에 의해 좌우된다. 상대적으로 적은 종속영양생물의 생물량(biomass, 토양유기물의 1∼8%)은 질소와 다른 영양물의 이용에 영향을 주는 무기화반응과 고정화반응에 관계되는 토양미생물과 동물상을 나타낸다.

 

또한 토양 OM의 가장 큰 구성물인 토양 부엽토는 미생물의 분해작용를 어느 정도 저해하지만 식물 생장에 중요한 토양의 물리적 상태를 최적으로 형성하고 유지하는 데 필수적이다.

 

질소 무기화반응 N mineralization

 

질소 무기질화란 유기 질소가 NH4+로 바뀌는 것을 말한다. 유기 질소의 무기질화는 종속영양미생물의 활동에 의한 aminization과 암모니아화(ammonification)라는 두 가지 반응으로 이루어지고 종속영양미생물은 에너지원으로 유기 탄소를 필요로 한다.

 

적당한 온도증가, 토양습도 그리고 풍부한 O2의 공급에 의해 무기화반응은 활발하게 일어난다. 분해과정은 물이 많은 조건에서는 늦은 속도로 일어나며 불완전하며 산소가 있거나 거의 없는 상태에서는 미생물의 호흡으로 NH4+가 방출되어 버린다. 토양 습도함유량이 미생물의 호기성과 혐기성 활동을 좌우한다(그림 2). 토양공극(pore space) 내 수분이 50∼70% 정도 있을 때 최대의 미생물 호기성 활동과 질소 무기화반응이 일어난다.

 

토양의 온도는 미생물의 활동과 질소 무기화에 영향을 강하게 준다(그림 2). 미생물의 활동에 최적의 토양 온도는 25∼35℃ 정도이다. 그리고 재배기간(growing season)동안 토양 습도와 온도의 변동은 질소 무기화반응에 영향을 미친다.

 

토양 OM(유기물질)은 약 5%의 질소를 포함하고 있고 1회의 재배기간 동안 1∼4%의 유기 질소가 무기 질소로 무기질화가 이루어진다. 토양 내 총 질소 함유량이 증가함에 따라 유기 질소가 무기질화 되는 양은 증가하게 된다. 그러므로 토양 OM을 보존하고 증가시키는 토양 및 농작물 관리 계획은 농작물이 질소를 잘 사용하도록 하는 무기화반응에 크게 작용한다. 재배기간 동안 질소의 무기질화 되는 양은 측정가능 하다. 예로 토양이 4%의 OM을 포함한다면 2%의 무기화가 발생하게 된다.

 

그러므로, 매년 NH4+의 80lb N/a 가 무기질화되고 토양 용액에서 식물과 다른 토양 질소 반응에서 사용된다.

 

Aminization 종속영양 세균과 곰팡이는 OM의 분해과정에서 하나 이상의 반응에 관여한다. 세균은 곰팡이의 도움과 함께 중성과 알칼리 환경에서 단백질을 잘 분해하는 반면, 곰팡이는 산성 조건에서 유리하게 분해한다. 처음 분해과정에서 나온 최종 산물은 다음 분해과정에 사용되고 계속해서 완전히 분해될 때까지 분해반응에 참여하게 된다.

 

단백질 분해의 최종단계에는 아민(amine), 아미노산(amino acids), 그리고 요소(urea)가 만들어진다. 이 단계를 aminization이라 하고 아래와 같은 과정으로 나타낼 수 있다.

 

Ammonification 유기 질소의 aminization에 의해 만들어진 아민, 아미노산, 그리고 요소는 종속영양미생물에 의해 분해작용을 거쳐 NH4+로 방출된다. 이 단계를 ammonification이라 하고 아래와 같이 나타낸다.

 

호기성과 혐기성 세균, 곰팡이, 그리고 actinomycetes 들은 NH4+를 방출할 수 있고 이 NH4+는 아래의 여러 가지 형태로 바뀌게 된다.

 

1. 질화(mitrification)에 의해 NO2- 와 NO3-로 바뀐다.

 

2. 고등 식물들에 의해 바로 흡수된다.

 

3. 종속영양 미생물이 유기 탄소 잔류물을 분해하는 데 사용된다.

 

4. 생물학적으로 이용 불가능한 형태로 토양에 남게 된다.

 

5. N2로 바뀌어 대기로 천천히 방출된다.

 

질소 고정화반응 N immobilization

 

질소 고정화반응은 무기 질소(NH4+ 또는 NO3-)를 유기 질소로 바꾸는 것이고 간단하게 말하면 무기화반응의 역반응이라 할 수 있다. 만약 분해된 OM이 탄소에 비해 질소가 적을 경우 토양의 미생물들은 NH4+ 또는 NO3-를 고정시킨다. 미생물은 질소를 C:N의 8:1 비율로 필요하다. 그러므로 토양의 무기 질소는 빠르게 성장하는 미생물에 의해 사용되어 진다. 농작물 잔류물이 분해되는 동안 질소 고정작용은 토양의 NH4+ 또는 NO3-의 농도를 아주 낮은 수준으로 낮춘다. 토양 미생물은 식물보다 NH4+또는 NO3-를 더 효율적으로 사용할 수 있기 때문에 식물은 미생물의 고정작용으로 인해 쉽게 질소 부족 상태에 놓이게 된다.

 

그러나 다행히 대부분의 농작물 시스템은 충분한 질소 비료 사용으로 고정작용과 농작물의 질소 요구량을 보충해 준다. 낮은 질소 잔류량의 분해작용 후에 미생물의 활동은 감소하고 질소고정으로 다시 NH4+로 무기화될 수 있다.

 

새로 더해진 유기물이 탄소에 비해 많은 양의 질소를 함유하고 있다면 그 잔류물이 미생물의 분해에 충분한 질소를 공급할 수 있기 때문에 질소 고정은 일어나지 않는다. 무기 질소는 실제로 잔류물의 유기 질소가 무기질화되기 때문에 그 양이 증가하게 되는 것이다.

 

질소 무기화반응과 고정화반응에 영향을 주는 탄소와 질소의 비율

 

탄소(C%)와 질소(N%)의 비율은 농작물의 잔류물과 다른 유기물질, 토양 OM, 그리고 토양미생물에 포함된 이 두 물질들(탄소와 질소)의 상대적인 양을 나타낸 것이다. 부엽토와 토양 OM의 질소 함유량은 5.0∼5.5% 정도인 반면 탄소는 50∼58%에 이른다. 그래서 C/N의 비율은 약 9∼12정도가 된다.

 

질소가 무기화반응이나 고정화반응이 일어나는 것은 토양 미생물에 의해 분해되는 OM의 C/N 비율에 의해 결정된다.

 

예로 일반적인 토양은 식물의 질소 흡수량에 따라 0.294mg이 무기화반응에 사용된다. 다양한 C/N 비율을 가진 잔류물이 토양에 주어진다면 식물의 질소 흡수량이 0.294mg보다 많거나 작은 경우에 따라 각각 질소 무기화반응이나 고정화반응으로 일어난다. 이 연구에서 C/N 비율이 대략 20 : 1 에서 고정화반응과 무기화반응의 경계선이 나누어짐을 알 수 있다.

 

토양에 잔류물의 첨가에 따라 발생하는 질소의 무기화반응과 고정화반응의 과정은 일반화된 그래프로 표현할 수 있다. 새로운 유기물의 분해에서 최초의 단계동안 종속영양미생물의 수가 CO2의 양과 더불어 급격하게 증가하게 된다. 만약 새로운 물질의 C/N 비율이 30:1보다 크다면 아래 그래프의 상단부분의 검은 부분에서 나타나는 것처럼 질소 고정화반응이 일어난다.

 

그리고 부식이 일어날 때, C/N 비율이 낮아지고 에너지 공급이 감소하며 영양분 공급이 줄어들기 때문에 몇몇 미생물의 개체군이 죽고 결국에는 질소의 고정작용과 함께 새로운 평형관계에 도달하게 된다. 결국 무기 질소의 마지막 수치는 원래의 수치보다 높아진다.

 

일반적으로 C/N 비율이 30:1보다 큰 유기물질이 토양에 주어질 때, 토양의 질소는 초기의 분해 과정동안만 고정된다. 하지만 비율이 20∼30사이일 때, 무기 질소의 방출이나 고정작용도 없게 된다. 만약 유기물이 C/N 비율이 20보다 작을 경우, 일반적으로 무기 질소가 분해단계에서 방출되어 버린다. 그리고 새로운 유기물질의 양과 형태에 따라 OM이나 부엽토에서 비율이 증가하게 된다.

 

이 분해과정의 순환에 필요한 시간은 OM의 양, 무기질소의 공급량, 미생물의 공격에 대한 저항성(리그닌, 왁스, 그리고 지방의 기능), 온도, 그리고 토양 습도 등에 따라 결정된다. 또한 토양에 첨가된 잔류물의 질소 함유량은 질소가 고정이 될 건지 아니면 무기질화 될 것인지 예견할 수 있다.

 

토양 OM에 질소 무기화반응과 고정화반응의 효과들

 

미개간 토양에서 부엽토의 함유량은 토성(soil texture), 지형, 그리고 기후 조건에 의해 결정된다. 일반적으로 OM 함유량은 매년 비슷한 온도와 재배식물인 경우 기후가 따듯한 것보다 시원한 곳이 더 높고 강수량이 증가함에 따라 증가하게 된다. 이런 차이는 낮은 온도에서 OM 산화를 위한 환원 전위와 강우량의 증가로 인한 생물량(biomass) 생산량의 증가와 관련이 있다.

 

부엽토 함유량은 미세 토양 조직에서 더 많고 향상된 토양 수분 저장능력과 낮아진 부엽토 산화 전위 때문에 미세 토양 조직에서 생물량을 증가시킨다. OM 함유량은 수풀보다 경작지가 더 높다. 이런 관계는 일반적으로 배수가 잘 된 토양 조건에서 잘 적용이 된다. 배수가 잘 되지 않은 조건에서는 호기성 분해작용이 늦춰지고 유기 잔류물들이 온도와 토양 조직과 상관없이 높이 쌓이게 된다.

 

평형상태를 유지하고 있는 표토(topsoil)의 C/N 비율은 대략 10∼12 정도이다. 일반적으로 하층토(subsoil)에서는 탄소가 더 적게 포함이 되어 있기 때문에 비율이 낮아지게 된다. 미개간 토양은 상대적으로 안정된 토양미생물군과 일정량의 식물 잔류물의 투입, 그리고 낮은 질소 무기화작용들이 있다. 만약 토양이 경작이 이루어진다면 질소 무기화반응은 곧바로 빠르게 증가한다. 농작물 잔류물의 적절한 순환 없이 계속해서 재배가 된다면 결국에는 토양 내 부엽토의 함유량을 줄이게 된다. OM 함유량의 급격한 변화는 질소 무기화의 양을 감소시켜서 농작물의 질소 이용률을 떨어뜨린다.

 

질산화반응 Nitrification

 

토양의 NH4+ 일부는 NO3-로 바뀌는데, 이 반응을 질산화반응이라 한다. 질산화반응은 처음에 NH4+가 NO2-로 바뀌고 그 다음에 NO3-로 바뀌는 두 단계의 반응을 한다. NH4+에서 NO3-로 되는 생물학적 산화반응은 아래와 같이 나타낸다.

 

2NH4+ + 3O2 ―――→ 2NO2- + 2H2O + 4H4+

 

(-3) ―――――――→ (+3) 질소의 이온가

 

Nitrosomonas는 CO2의 탄소와 질소의 산화로부터 에너지를 얻는 자가영양 세균이다. 다른 자가영양 세균(nitrosolobus, nitrospira, nitrosovibrio)와 몇몇 종속영양 세균들은 NH4+와 다른 질소 환원물들(아민)을 NO3-로 산화시킬 수 있다.

 

두 번째 반응에서 NO2-는 NO3-로 산회되는데,

 

2NO2 + O2 ―――→ 2NO3-

 

(+3) ――――――→ (+5) 질소의 이온가

 

NO2- 산화반응은 몇몇 종속영양생물들도 관여하지만 대부분 nitrobacter라는 자가영양 세균에서 일어난다.

 

NH4+의 원료는 NH4+를 포함하거나 형성하는 질소 비료(이하 암모니아성 비료)나 유기질소의 무기질화에서 발생한다. 배수가 잘 된 토양에서 질산화반응률은 NO2- → NO3- > NH4++ → NO2-의 순이다. 다행스러운 것은 식물뿌리에 해로운 NO2-는 일반적으로 토양에 축적이 되지 않는다.

 

그리고 두 반응 다 O2를 필요하다. 그래서 질산화반응은 통기가 잘 되는 토양에서 잘 일어난다. 또한 1몰(mole)의 NH4+는 질산화반응으로 2몰의 H+를 만든다. 그러므로 비료의 지속적인 사용으로 인해 토양 산성화가 초래되지만 질산화반응으로도 토양이 산성화가 일어난다. NO3-는 쉽게 만들어지고 아주 유동적이기 때문에 누수로 인한 손실이 발생한다. 그래서 토양의 질산화반응에 영향을 주는 인자들을 이해하는 것은 누수에 의한 NO3-의 손실을 최소화할 수 있는 관리방법을 알게 해 준다.

 

질산화반응에 영향을 미치는 인자들

 

질산화반응은 미생물에 의한 것이기 때문에 토양환경 조건은 반응률에 영향을 준다. 일반적으로 대부분의 농작물 생육에 유리한 환경인자들은 질산화 세균의 활동에도 유리하게 작용한다. 그 인자들은 (1) NH4+의 공급, (2) 질산화 미생물의 개체수, (3) 토양 pH, (4) 토양 통기성, (5) 토양 습도, 그리고 (6) 온도 등이 있다.

 

(1) NH4+의 공급

 

NH4+의 공급은 질산화 반응에서 첫 번째로 필요한 것이다. 만약 NH4+의 무기화에 불리한 조건이라면(또는 암모니아성 질소 비료가 이용 안 되면) 질산화반응은 일어나지 않는다. 질산화반응률을 올리는 온도와 습도의 조건은 무기화반응에도 마찬가지로 유리하다.

 

무기 질소가 적은 높은 C/N 비율을 가진 작은 곡물 줄기대, 옥수수 줄기, 또는 비슷한 물질들은 미생물의 분해작용으로 질소 고정반응이 일어난다. 이 때 농작물이 바로 심어지면, 그 농작물들은 질소부족 현상을 맞이하게 된다. 이런 부족분은 미생물과 농작물에 필요한 질소를 충분히 공급함으로써 방지할 수 있다.

 

(2) 질산화 세균의 개체수

 

토양은 비슷한 온도, 습도, 그리고 NH4+ 함유량을 가지더라도 NH4+를 질산화시키는 능력은 각각 다르다. 그 이유는 각각의 토양에 있는 질산화 세균의 수가 다르기 때문이다. 질산화 세균의 개체수가 다른 이유는 NH4+의 유입 후 NO3-가 축적이 되는 사이에 지연 시간이 서로 다르기 때문이다. 미생물은 충분한 탄소가 있으면 급격히 개체수가 늘어나기 때문에 온도와 습도가 일정한 조건에서 최초의 미생물의 수는 질산화반응의 총 반응률에 영향을 미치지 못한다.

 

(3) 토양 pH

 

질산화반응은 pH가 8.5일 때 최대이지만, 4.5∼10의 범위에서 일어날 수 있다. 질산화 세균은 Ca2+, H2PO4-, 그리고 미량원소의 균형 있는 공급을 필요로 한다.

 

질산화 세균의 활동에서 pH와 Ca2+가 가하는 영향은 농작물 재배에 있어서 석회의 중요성을 나타내는 것이기도 하다.

 

(4) 토양 통기성

 

호기성 질산화 세균은 O2가 없이는 NO2-를 만들지 못한다. 최대 질산화반응은 지상 대기의 O2농도와 같은 곳에서 일어난다. 가스를 빠르게 교환시키는 토양 상태는 최적의 토양 통기성을 유지하는 데 중요하다. 성긴 조직이나 빠른 가스 교환을 가능하게 하는 토양은 질산화 세균을 위해 O2를 충분히 공급한다. 그리고 농작물 잔류물을 순환시켜 주고 다른 유기물을 유입시키는 것은 토양 통기성 향상에 도움이 된다.

 

(5) 토양 습도

 

미생물은 토양 습도에 민감하게 반응한다. 질산화의 반응율은 일반적으로 포장수량(field capacity)의 수분함유량과 1/3 bar matric suction(공극의 80%) 일 경우 최대가 된다. 토양 습도가 포장수량을 초과하면 질소 무기화와 질산화반응은 감소한다. 15bar에서 건조공기 사이에는 무기화와 질산화반응이 차츰 감소한다.

 

예로, 위조점(wilting point, 15bar)의 토양에서 NH4+의 반 이상이 28일에 질산화 된다. 7bar에서는 100%의 NH4+가 21일 만에 NO3-로 바뀐다. 이런 현상은 Nitrobacter가 건조한 토양에서도 잘 활동할 수 있다는 것을 보여 준다. 결국 토양 습도와 통기성은 질산화반응에 밀접하게 관련한다.

 

(6) 온도

 

대부분의 생물 반응은 온도에 영향을 받는데, 5∼35℃ 범위에서 온도계수(Q)는 2이다. 그러므로 위의 온도 범위 내에서 10℃만큼 바뀌면 무기화와 질산화 반응률이 2배가 변하게 된다. 질산화반응의 최적 토양온도는 비록 다른 조건에서는 좀더 넓지만 대체로 25∼35℃ 정도이다.

 

질산염의 누수 Nitrate Leaching

 

NO3-는 물에 아주 잘 녹고 토양 콜로이드(colloid)에 의해 영향을 받지 않는다.

 

결국, NO3- 함유량과 수분이동이 많을 때, NO3-는 아주 유동적이어서 누수에 의한 손실이 발생한다. 일반적으로 NO3-의 누수는 습한 기후와 관계 농업 시스템의 토양에서 주요 질소 손실 작용 중에 하나이다.

 

토양에서 NO3-의 누수는 환경에 미치는 영향이 심각하기 때문에 주의 깊게 통제해야 한다. 토양을 통해 발생되는 침출수와 표층수의 NO3-가 높을 경우 식수를 오염시킬 수 있고 호수와 저수지에서 불필요한 식물과 조류를 자라게 한다.

 

NO3-의 누수손실 양에 영향을 주는 인자는 (1) 속도, 시간, 원료, 그리고 질소 공급방법 (2) 금지구역에 질산화반응 이용 (3) 농작물의 밀집도와 질소 흡수량 (4) 누수에 관련된 토성 (5) 강우의 수량, 패턴, 그리고 시간 그리고 보충 관개수

 

NO3-의 누수는 모든 장소에서 발생한다. 그러므로 토양에서 농작물이 필요한 질소의 양을 맞춰서 질소를 사용하는 것이 NO3-의 누수손실을 최소화하는 방법이다. 질소의 누수손실은 자연적인 현상이고 자연계에서도 질소 이동은 뿌리부분 아래에서 일어난다. 좋은 토양, 농작물, 그리고 영양분을 가진 농업 체계에서 토양을 관리하는 것은 표층수와 지하수의 NO3- 오염을 막는 방법이다. 그러나 잘못된 관리방법은 질소의 상당한 누수손실을 야기하게 된다.

 

■ 번역을 도와 주신 분 : 최문석님 (서울대 농생물학과 4년)

 

운영자, 다른기사보기기사등록일시 : 2003.07.14 06:03

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