산성 토양, 바이오차로 5년 만에 '생태계 복원'

바이오차(biochar)가 산성화된 토양을 5년에 걸쳐 화학적 성질뿐 아니라 미생물 생태계까지 복원한다는 연구 결과가 나왔다.

중국 저장성 벼농사 지역에서 5년간 진행된 현장 연구 결과다. 연구팀은 바이오차와 함께 토양 개량에 흔히 쓰이는 석회, 돼지 분뇨의 효과를 비교 분석했으며, 이 연구 결과는 국제학술지 '바이오차'에 실렸다.

연구 결과, 모든 토양 개량제는 산성도를 낮추는 데 효과가 있었다. 토양 산성도(pH)는 약 5.5에서 6.4로 올랐고, 독성 물질인 교환성 알루미늄은 12.5mg/kg에서 3.5mg/kg으로 급감했다.

특히 고용량의 바이오차를 투입했을 때 가장 강력하고 통합적인 반응이 나타났다. 바이오차는 석회나 분뇨와 달리 토양 화학성 개선을 생물학적, 대사적 회복으로 연결하는 광범위한 변화를 일으켰다.

바이오차는 토양 유기물, 양이온 교환 용량, 영양소 가용성을 높였다. 동시에 알루미늄, 카드뮴, 철, 니켈 등 중금속의 생물학적 유효성을 감소시켰다.

이러한 화학적 개선은 미생물 및 바이러스 군집의 변화로 이어졌다. 영양 순환과 관련된 '클로로플렉시', '플랑크토미케토타' 같은 미생물 그룹이 풍부해졌다.

미생물 기능 유전자에도 변화가 관찰됐다. 고용량 바이오차는 막 수송, 영양 교환, 세포 간 상호작용 등과 관련된 유전자를 증가시켰다. 이는 토양 미생물 네트워크가 더 활발해졌음을 시사한다.

석회는 주로 산성도 조절에 그쳤고, 분뇨는 산성 중화 효과가 제한적이었다. 반면 바이오차는 다공성 구조와 알칼리성, 영양분 함량 덕분에 지속적인 토양 복원을 지원할 수 있었다.

연구 교신 저자인 화이하이 첸은 "바이오차는 단순히 화학적 개량제로 작용하는 것이 아니라, 토양 조건 개선에서 시작해 미생물 기능과 대사물질 생산으로 이어지는 단계적인 생태학적 연쇄 반응을 시작하는 것으로 보인다"고 설명했다.

공동 교신 저자인 지아신 리는 "바이오차의 장기적인 장점은 토양, 미생물, 유전자, 대사물질을 하나의 시스템으로 조정하는 능력에 있다"며 "이는 바이오차를 산성화된 농경지 토양의 생태계 복원 도구로 사용하는 메커니즘적 근거를 제공한다"고 밝혔다.