척박한 소금 토양에서도 작물이 살아남을 수 있도록 돕는 바이오차의 종류별 상이한 효과와 원리가 규명됐다.
중국 선양농업대학 연구팀은 산성과 알칼리성 바이오차가 염류 알칼리성 토양에서 사료 작물인 알팔파의 생장에 미치는 영향을 분석한 연구 결과를 국제 학술지 '바이오차'(Biochar) 최신호에 발표했다.
연구 결과, 산성 바이오차와 알칼리성 바이오차 모두 토양 스트레스를 줄이는 데 효과가 있었지만, 작용 방식은 뚜렷한 차이를 보였다. 1%의 낮은 농도로 투입된 산성 바이오차와 5%의 높은 농도로 투입된 알칼리성 바이오차가 가장 효과적인 것으로 나타났다.
산성 바이오차는 토양의 화학적 특성 개선에 탁월했다. 5% 농도로 투입했을 때 처리하지 않은 토양보다 염분은 37.4% 감소했고, 토양 유기 탄소는 211.0%, 인 유효성은 194.1% 증가했다. 이는 식물 성장에 더 유리한 환경을 조성하는 효과다.
반면 알칼리성 바이오차는 식물의 지상부와 뿌리 바이오매스(생물량)를 늘리는 데 더 큰 효과를 보였다. 5% 농도에서 지상부 바이오매스는 130.4%, 뿌리 바이오매스는 335.6% 증가했다. 또한 식물 조직 내 나트륨 축적을 줄이고 칼륨 흡수를 도와 이온 균형을 개선했다.
연구팀은 대사체학과 미생물군집 분석을 통해 이러한 차이의 생물학적 원인도 밝혔다. 알칼리성 바이오차는 아미노산 대사와 질소 동화, 항산화 경로를 활성화해 스트레스 내성과 식물 성장을 촉진했다.
반대로 산성 바이오차는 플라보노이드, 알칼로이드 등 2차 대사산물 경로를 촉진했다. 이 화합물들은 뿌리 발달, 스트레스 방어, 식물과 미생물 간 신호 전달에 관여하는 것으로 알려져 있다.
연구팀은 "바이오차는 만능 해결책이 아니며 종류와 투입량에 따라 효과가 크게 달라진다"며 "이번 연구는 토양 상태에 맞춰 바이오차를 정밀하게 적용할 수 있는 기반을 마련했다"고 설명했다.
이번 연구 결과는 바이오매스 증대가 목표일 경우 알칼리성 바이오차를, 토양 화학성 개선이 시급할 경우 산성 바이오차를 선택하는 등 목적에 따른 전략적 활용 가능성을 시사한다.