한눈에 보는 정보

  • 로컬 카본 네트워크(Local Carbon Network)의 수석 바이오차 연구원인 오스틴 리우는 토양에서 수용성 영양분이 어떻게 유지되고 교환되는지, 그리고 이것이 토양의 건강에 왜 중요한지에 대해 자세히 설명했습니다
  • 높은 양이온 교환 능력과 음이온 교환 능력은 비옥한 토양을 나타내는 지표입니다
  • 공동 퇴비화된 바이오차를 토양에 첨가하면 양이온 교환 능력과 음이온 교환 능력이 크게 향상되며, 이는 다시 영양소 교환을 개선하여 비료 이용 효율을 높이고 유거수를 더 깨끗하게 만듭니다
  • 비료 이용 효율은 영양소 이용 효율을 대신할 수 있으며, 최종 목표는 비료 이용을 개선하는 것이 아니라 장기적으로 토양의 비옥함을 개선하여 천연이 아닌 비료가 필요하지 않도록 하는 것입니다
  • 바이오차는 가마와 같은 저산소 환경에서 탄소를 제외한 모든 것이 연소될 때까지 바이오매스를 천천히 가열하여 생성되며, 생성된 바이오차는 퇴비에 첨가하여 땅에 넣을 수 있습니다

Dr. Mercola

비옥한 토양은 지구 생명의 핵심입니다. 산업 농업은 파괴적인 쟁기질, 과도한 방목, 탄소를 고갈시키는 화학 비료와 살충제 사용으로 토양의 비옥도를 떨어뜨렸지만, 수십 년 동안 연구원들은 ‘인디언의 검은 흙’으로 불리는 테라 프레타 데 인디오(terra preta de Indio)에서 영감을 받아 왔습니다.

아마존 유역에서 발견되는 이 토양은 수백 또는 수천 년 전의 것으로 추정되며, 세계에서 가장 비옥한 토양 중 하나입니다. 이는 많은 양의 강우로 인해 영양분이 유출되어 토양이 고갈될 수 있는 열대 지방에 위치한다는 사실에도 불구하고 가능한 일입니다.

테라 프레타의 비옥한 토양에 대한 많은 논쟁과 연구가 있지만, 한 가지 이론은 숯과 유사한 토양 개량제인 바이오차(biochar)가 토양의 탄소 함량을 높이는 동시에 영양분의 가용성과 보유력을 향상시킬 수 있다는 것입니다. 탄소 격리는 대기 중 이산화탄소 부하를 줄일 수 있으며, 토양에 격리된 탄소는 토양의 건강에 적극적으로 영양을 공급하고 수분 보유력을 향상시킵니다.

장기적인 토양 비옥도의 메커니즘

로컬 카본 네트워크(Local Carbon Network)의 수석 바이오탄 연구원인 오스틴 리우(Austin Liu)는 미디엄(Medium)에 기고하며, 토양에서 수용성 영양분이 어떻게 유지되고 교환되는지 그리고 이것이 토양 건강에 왜 중요한지에 대해 자세히 설명합니다.

열대 토양이 농업에 적합하지 않은 이유는 식물이 수용성 영양소인 물을 사용하여 영양분을 흡수하고 운반하기 때문입니다.

이러한 수용성 영양소는 비나 관개 등으로 토양이 물로 포화될 때마다 침출되기 쉽습니다. 화학 비료 역시 수용성이기 때문에 화학 비료를 뿌려도 도움이 되지 않습니다. 리우는 다음과 같이 설명합니다.

"그렇다면 수용성 식물 영양분을 보유할 수 있는 토양과 그렇지 않은 토양의 차이점은 무엇일까요? 양이온에 대한 양이온 교환 능력과 음이온에 대한 음이온 교환 능력, 즉, 각 토양의 이온 교환 능력에 차이가 있습니다. 주요 수용성 식물 영양소는 모두 이온 성질이므로 이온을 포집하고 교환하는 능력은 수용성 영양소를 포집하고 방출하는 능력으로 이어집니다."

높은 양이온 교환 능력(cation exchange capacity)과 음이온 교환 능력(anion exchange capacity)은 비옥한 토양을 나타내는 지표입니다. 양이온은 양전하를 띠고 음이온은 음전하를 띠고 있습니다. 리우는 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 암모늄, 철, 셀레늄, 아연을 포함한 양이온 식물 영양소의 몇 가지 예를 들었습니다.

주요 음이온 영양소에는 질산염, 인산염, 황산염 및 염화물이 포함됩니다. 리우는 양이온이 영양분이 흘러 나가지 않고 토양에 머무르게 한다는 것이 어떤 의미가 있는지 다음과 같이 설명합니다.

"양이온은 양전하가 물 분자의 음전하 부분을 끌어당기기 때문에 물에 녹고, 물 분자는 양이온을 둘러싸고 소금 결정에서 양이온을 끌어당깁니다. 음이온은 음전하가 물 분자의 양전하 부분을 끌어당겨 물 분자를 둘러싸고 용액으로 끌어당기기 때문에 물에 녹습니다.
토양에서 물이 빠져나가면서 용해된 이온이 흘러 나가지 않게 하려면 토양에 이온 교환 부분, 즉 용해된 이온을 물 밖으로 끌어당길 수 있을 만큼 충분히 끌어당기면서도 식물이 필요할 때 이온을 빼낼 수 있도록 느슨하게 잡아둘 수 있는 부분이 많이 있어야 합니다. 양이온의 경우 이러한 사이트를 양이온 교환 부분이라고 하고 음이온의 경우 음이온 교환 부분이라고 합니다."

퇴비화된 바이오차는 양이온 교환 능력을 향상시킵니다

바이오차는 특히 퇴비화 과정을 거칠 때 식물의 성장을 촉진합니다. 또한 바이오차는 영양이 풍부한 코팅에서 영양분을 천천히 방출하여 토양의 비옥도와 식물 성장을 촉진합니다.

이 코팅은 공동 퇴비화된 바이오차(유기물과 혼합하여 퇴비화한 바이오차)에 형성되며, "친수성, 산화 환원 활성 분자 및 추가적인 중간공극도를 추가하여 바이오차와 물의 상호 작용을 강화하여 영양소 보유력을 향상"시킵니다. 퇴비화된 바이오차는 또한 양이온 교환 능력을 향상시킵니다. 리우는 다음과 같이 말합니다.

"산소를 함유한 퇴비 더미는 다양한 박테리아 분해균의 혼합물에 의한 호기성 박테리아 발효의 온상입니다. 박테리아 발효는 약한 유기산을 생성하는 경향이 있으며, 이 중 다수는 퇴비화 과정에서 바이오차에 형성되는 코팅에 반응하여 통합됩니다.
유산균 발효 피클과 사우어크라우트(젖산 함유), 식초(초산 함유), 콤부차(젖산, 초산, 글루콘산, 글루쿠론산 함유) 등 익숙한 박테리아 발효 식품이 그 예입니다.
동시에 유기물을 분해하면 질소를 함유한 모든 물질에서 암모니아와 아민 함유 물질들이 생성되는 경우가 많으며, 분해 과정에서 많은 알칼리성 미네랄 영양소가 방출되는데, 이러한 물질은 염기성이므로 퇴비화가 진행됨에 따라 전체 퇴비 혼합물이 점점 더 산성화되지는 않습니다.
퇴비에서 배출되는 암모니아의 대부분은 바이오차와 반응해 표면에 결합되어 음이온 교환 능력에 기여합니다."

바이오차는 퇴비의 암모니아와 반응하고 결합하여 이러한 배출을 줄이고 음이온 교환 능력을 증가시킵니다. "침출로부터 보호되는 공동 퇴비화 바이오차에 남아 있는 질산염과 인산염 음이온의 놀라운 수치가 이러한 추론을 뒷받침합니다."라고 리우는 적습니다.

공동 퇴비화된 바이오차는 토양의 영양소 교환을 개선합니다

공동 퇴비화된 바이오차를 토양에 추가하면 양이온 교환 능력과 음이온 교환 능력이 크게 향상됩니다. 이는 다시 영양소 교환을 개선하여 두 가지 주요 이점을 가져온다고 리우는 말합니다.

1. 비료 활용도 향상: 기존 농장의 비료 활용 효율은 매우 낮습니다. 추정치는 다양하지만, 농지에 뿌려진 비료의 최대 80%가 유거수(땅 위를 흐르는 빗물) 또는 가스 방출로 인해 손실되는 것으로 알려져 있습니다. 이로 인해 주변 수로에 심각하고 불필요한 오염을 일으킬 뿐만 아니라 비료의 과잉 생산으로 인해 환경에도 해를 끼칩니다.

"비료 생산은 그 자체로 환경에 극심한 피해를 주며, 업계에서 자체적으로 보고하는 것보다 훨씬 더 많은 메탄가스를 배출합니다."라고 리우는 설명합니다. 농경지에 뿌려진 화학 비료의 유거수는 지표 수로와 지하수의 질소와 인을 증가시켜 데드존을 형성합니다.

데드존에서는 해당 지역의 동물들이 질식하여 사망할 수 있으며, 퇴적물 속에 파묻힌 게나 지렁이처럼 헤엄쳐서 쉽게 이동할 수 없는 동물이 가장 큰 영향을 받습니다. 새우나 장어와 같은 다른 종은 산소를 찾기 위해 얕은 바다로 헤엄쳐야 할 수도 있습니다.

저산소 해양 지역 또는 산소 수치가 낮거나 고갈된 해역(미국에서는 용존 산소가2mg/L 또는 백만분율(ppm) 이하로 정의됨)에서는 어패류의 광범위한 폐사와 함께 성장 둔화 및 부진이 흔하게 발생합니다. 그러나 재생 농법을 사용하고 토양에 바이오차를 추가하면 비료 활용 효율이 크게 향상됩니다.

"용해된 비료 이온이 이온 교환 사이트에서 더 많이 포착되어 식물이 사용 가능하고 낭비되는 비료 이온이 줄어듭니다."라고 리우는 설명합니다. "비료의 이용 효율은 영양분의 보유와 식물과의 효과적인 영양분 교환에 따라 크게 좌우되므로 토양의 양이온 교환 능력과 음이온 교환 능력을 높이면 비료를 훨씬 더 효과적으로 사용할 수 있습니다."

하지만 이것은 비료에만 국한된 문제가 아닙니다. 리우는 비료 이용 효율이 영양소 이용 효율의 대리인 역할을 할 수 있다고 지적합니다. 산업형 농업 모델에서 비료가 필요한 이유는 토양 비옥도가 낮기 때문입니다. 최종 목표는 비료 사용을 개선하는 것이 아니라 장기적으로 토양의 비옥도를 개선하여 천연이 아닌 비료가 필요하지 않도록 하는 것입니다.

2. 더 깨끗한 유거수: 공동 퇴비화된 바이오차를 토양에 추가하여 양이온 교환 능력과 음이온 교환 능력을 개선하는 또 다른 이점은 유거수가 더 깨끗해진다는 것입니다. 이렇게 하면 물리적으로 유거수를 막을 수는 없지만 유출되는 물이 주변 환경에 덜 해롭습니다. 리우에 따르면 다음과 같습니다.

"열악한 토양에서 흘러나오는 용해된 영양 이온은 강력한 영양소 포집 및 보유 기능을 갖춘 토양에서 흘러나오는 물보다 훨씬 줄어들 것입니다. 또한 토양 유기 탄소의 양이온 교환 능력 및 음이온 교환 능력과 관련된 화학적 메커니즘은 수분 보유력 향상과도 관련이 있습니다.
비료 오염, 조류 번식, 식수의 질산염 오염 및 그에 따른 악취 데드존 감소와 같은 오염 저감의 관점에서 볼 때 농경지의 양이온 교환 능력과 음이온 교환 능력을 개선하는 것은 비료 오염에 대응하기 위해 취할 수 있는 가장 영향력 있는 조치 중 하나입니다."

바이오차 만드는 방법

바이오차는 가마와 같은 저산소 환경에서 탄소를 제외한 모든 물질이 연소될 때까지 바이오매스를 천천히 가열하여 만들어집니다. 이렇게 만들어진 바이오차는 퇴비에 첨가하여 땅에 묻을 수 있습니다.

역사적으로 불은 지구 탄소 순환의 원동력이었습니다. 번개에 의해 시작된 자연 화재는 많은 식물과 나무를 태워 탄소를 숯의 형태로 토양으로 되돌려주었습니다. 오늘날 대부분의 사회는 산불을 예방하기 위한 조치를 취하고 태우는 행위를 크게 제한하고 있습니다.

다큐멘터리 '더트 리치(Dirt Rich)'는 하와이섬의 한 농부가 간단한 화덕에서 직접 바이오차 만드는 과정을 보여줍니다. 만약 여러분이 집에서 바이오차를 만들고 싶다면 비교적 쉽게 만들 수 있다는 것을 알게 될 것입니다. 예를 들어 캠프파이어 후 남은 불에 탄 나무는 바이오차의 한 형태입니다.

직접 만들려면 야외에 구덩이를 파고 그 안에 나뭇가지, 잡초, 나뭇가지, 마른 나뭇잎과 같은 바이오매스를 채워야 합니다. 바이오매스에 불을 붙인 다음 주의 깊게 지켜보세요. 완전 연소로 인해 재료가 재로 변하는 것을 방지하기 위해 저산소 환경이 필요합니다.

이를 위해 더미 위에 바이오매스를 겹겹이 쌓아 공기구멍을 막습니다. 구멍의 꼭대기에 도달할 때까지 겹겹이 쌓을 수 있습니다. 불길이 층을 통과하면 불을 꺼서 재가 아닌 숯처럼 보이는 물질이 남게 합니다.

토양의 질과 음식의 영양분을 근본적으로 개선하는 또 다른 간단한 방법은 우드칩으로 멀칭(mulching)을 하는 것입니다. 퇴비화되지 않은 우드칩을 나뭇잎, 잔가지, 나뭇가지 등 주변에서 구할 수 있는 모든 것을 사용해 정원 위에 깔아주면 됩니다.

우드칩은 서서히 분해되어 토양의 다양한 박테리아, 곰팡이, 선충에 의해 소화되고 재소화되는데, 이는 자연에서 일어나는 것과 정확히 일치합니다. 1년 정도 지나면 칩 아래에 무성한 토양이 생겨 나무, 채소 또는 재배하려는 다른 모든 것을 행복하게 지원해 줄 수 있습니다.

재생 농업이 절실히 필요합니다

바이오차는 자연과 협력하여 환경과 조화를 이루며 건강한 식량을 재배하는 재생 농업의 한 구성 요소일 뿐입니다. 재생 농업에서 가축과 작물은 자연의 작동 방식을 모방한 공생적이고 상호 보완적인 시스템으로 통합됩니다.

다른 한편으로 농화학 회사들은 유전자 편집, 유전 공학, 화학 물질 및 기타'기술'을 사용하여 바람, 홍수 및 가뭄에 강한 작물, 기타 실험실에서 만든 농업 요소를 만드는 하이브리드 종자 라인을 만들고 있습니다.

바이오차와 마찬가지로 총체적인 계획 방목 방법은 자연적으로 탄소를 격리하고 침식을 제어하며 토양의 유기물을 증가시킵니다. 텃밭에서 바이오차, 퇴비, 우드칩 및 기타 재생 농법을 사용하는 것과 함께, 거주 지역의 재생 농가를 지원함으로써 변화를 만들 수 있습니다.

파머스 마켓에 가거나 농장에서 직접 구입하거나 어떠한 방법으로든 재생 농법으로 재배한 식품을 더 많이 선택할수록 토양의 비옥도를 장기적으로 개선하고 의미 있고 지속적인 변화를 더 빨리 촉진할 수 있습니다.

출처 및 참조