식량의 영양분을 결정하는 흙! 기본이라도 알고 뭘 재배하자

서울에서 화분에 뭘 기르는 일로 시작하여, 미국에서는 야생 노지에 텃밭 만들기, 울타리 안에 흙을 채워 넣고 만든 반듯한 텃밭, 심지어 캘리포니아의 커뮤니티의 주말 농장에 나가 봉사활동을 하기까지...흙을 파고 만지고, 돌을 일구고, 흙과 씨름하는 동안 과연 나는 얼마나 토양에 대해 알고 있었나? 초기 몇년간은 아마도 0% 였을 것이다.  


그나마 미국 공인 영양학 컨설턴트 시험공부를 하던 2년전부터 지구의 피부라는 흙에 대해 눈을 뜨고 난후, 토양의 중요성을 실감하였다. 어느정도냐 하면, 그동안 수경재배로 키워 먹던 새싹키우기를 이제는 화분흙에서만 키우는 것을 고수하고 있을 정도 이다. 토양의 영양가가 즉, 재배 식물의 영양가로 직결된다는 것을 믿게 되었다는 것이다.


하지만, 구체적으로 그와 같은 공부한 증거들를 글로 정리한 적이 없기에, 유진의 실용 영양학에 토양편을 반드시 짚고 넘어가기로 한다. 토양에 관해 알고자 하면 너무나 방대한 전문지식을 동원해야하지만, 여기서는 일반적으로 가정에서 뭘 기르고자 할때 기본적으로 알아두면 좋을 정도의 기본만 압축해 알기쉽게 해설하기로 한다.



1, 토양의 개념과 기능

공학 용어로, 토양(흙, Soil)은 고체 지형위에 있는 느슨한 암석 물질이다. 일반적으로 토양을 가리키는 용어(페도리쓰 pedolith)는 돌을 의미하며, 고체, 액체, 기체의 형태로 나누는데, 토양의 미네랄과 고형 유기물(고체) +토양 용액(액체)+ 토양의 가스 (기체)가 그것이다.


토양(Soil)은 지구상의 생명체를 지원하는 생물체의 셀수없이 많은 혼합물로 미네랄, 유기물, 가스, 액체를 포함하는데, 기후의 영향, 지형의 고도, 방향, 기울기와 유기물과 오리지널 미네랄의 꾸준한 상호작용을 통해 만들어 진다. 토양은 지속적인 부식과 풍화 작용을 포함하여 물리적, 화학적, 생물학적 과정을 거쳐 지속적으로 개발되며, 토양 1 그램 당 10 억 개의 세포를 가지고 있는 성분의 복잡성으로 인해 토양은 하나의 생태계로 간주한다.



Canon EOS REBEL T2i | 2015:04:05 11:50:57

토양의 기능, 식물성장, 생물의 서식지 공급. 사진은 유진의 유기농 채소 가든. Yujn's Vegetable Garden WA, USA



토양의 중요한 기능은 다음 4가지로 압축할 수 있다.

첫째, 식물 성장을 위한 매개체로 물의 저장, 공급 및 정화의 역할을 한다.

둘째, 지구의 공기를 수정하는 역할을 한다.

세째, 생물을 위한 서식지를 공급한다.

네째, 토양은 지구의 피부 역할을 하는데, 지구의 암석(Rock)권, 수(Water)권, 대기 및 생물권을 연결된다.



토양은 식량 자원확보의 기초. 사진은 미국의 캘리포니아 커뮤니티 주말 무경작 유기농 채소 가든. Vegetable Garden, CA, USA




2. 토양이 형성되는 원리


토양이 형성되는 광물질을 모재라고 하는데, 모재(돌이나 바위덩어리등)가 화학적 및 물리적으로 풍화, 운송 및 침전되면 토양으로 변한다. 일반적인 토양 모재는 석영, 방해석, 장석, 운모 (흑운모)등이며 모든 돌과 바위는 토양 무기질 원료의 원천이며 질소, 수소 및 탄소를 제외한 모든 식물 영양소의 근원이 된다. 토양의 성분은 토양 유형, 위치 및 깊이에 따라 크게 다를 수 있고, 식물, 동물, 균류, 박테리아 및 인간은 토양의 형성에 영향을 미친다.




토양 유기농 영양제, 동식물을 이용한 유기농 퇴비(유기물). WA, USA



동물과 미생물은 토양을 혼합해 습기와 가스가 움직일 수 있도록 토양내 구멍을 만들고, 식물 뿌리는 이를 수로(물의 통로)로 이용해 성장한다. 깊은 뿌리 줄기를 가진 식물은 토양층을 통해 더 깊숙한 곳에서 영양분을 끌어 올 수 있는 원리이다. 섬유질의 뿌리가 깊은 식물은 토양에 쉽게 분해되어 토양에 유기물을 첨가하며, 곰팡이와 박테리아등의 미생물은 뿌리와 토양 사이의 화학적 교환을 일으켜 영양분의 보존 역할을 한다. 경작은 내부 토양층을 혼합하여 풍화가 더 개발 된 상부층과 섞이면서 토양 형성 과정에 개입한다. 지렁이, 개미 및 흰개미도 온몸으로 토양을 뚫고 섞으면서 토양 형성에 중대한 영향을 준다. 


토양 자원은 식량 확보의 기초가 되기 때문에, 전세계 인구의 식량 안전을 보전하기 위해 다양한 형태의 토양 관리를 통한 지속 가능하고 책임있는 사용이 요구된다.




iPhone 4S | 2015:03:13 16:43:18

탑소일(Top Soil,표면흙)과 피트모스, 유기물 퇴비들로 채워 만든 미국 워싱턴주 유진의 채소 밭. WA, USA



3. 토양의 영양소가 곧 재배 식량의 영양소!


이산화탄소와 물에 의해 공급되는 탄소, 수소 및 산소를 제외하고, 식물의 영양물은 원래 토양의 미네랄 성분으로부터 기인한다. 영양분은 토양의 액체와 함께 이온 형태로 흡수된다.

식물이 생명주기를 완료하는 데 필요한 영양소를 필수 영양소(essential nutrients)라고 하고, 식물의 성장을 촉진시키기는 해도 식물의 생명주기를 완료하는데 반드시 필요한 영양소는 아닌 것을 비 필수 영양소(non-essential)라고 한다.



iPhone 5s | 2016:09:04 12:59:52

밭흙의 높이를 높이거나 화분에 사용하는 유기농 흙. WA , USA



밭흙의 높이를 높이거나 재배시 토양의 보충제로 사용하는 유기농 흙과 피트모스. WA , USA



토양의 필수 영양소(essential nutrients): 

식물의 성장 및 번식을 위해서는 16 가지 요소의 영양소가 필수적이다. 탄소 C, 수소 H, 산소 O, 질소 N, 인 P, 칼륨 K, 황 S, 칼슘 Ca, 마그네슘 Mg, 철 Fe, 붕소 B, 망간 Mn, 구리 Cu, 아연 Zn, 몰리브덴 Mo 및 염소 Cl .


토양과 미네랄 메카니즘의 예: 

장석 및 인회석을 토양에 첨가하는 것은 (대부분 영양소가 돌의 결정체에 갖혀 방출하지 못하는 관계로) 식물 성장에 필요한 칼륨과 인을 공급할 수 없으며, 점토(진흙)에는 식물 영양소 (예 : K, Ca, Mg, P, Zn)가 더 잘 보존되어 있는 경향이 있다.


식물은 토양에 존재한 수분을 통해 영양분을 흡수한다. 즉, 토양의 영양분은 식물의 뿌리를 통해 식물에 흡수되는데, 이때 영양소는 뿌리 표면 근처에 있어야 한다. 단, 식물의 뿌리에 직접 접촉하여 영양분을 공급하면, 토양의 영양분은 급격히 고갈된다.




iPhone 5s | 2016:08:02 12:22:18

토양의 필수 영양분을 보충하는 무기물 영양제, WA, USA



탄소 Carbon

식물은 대기 중 이산화탄소로부터 탄소를 얻는다. 식물의 건조 질량의 약 45 %는 탄소이다.


질소 Nitrogen

질소는 식물이 토양에서 얻을 수 있는 가장 중요한 요소이며, 질소 부족은 식물의 성장을 제한한다. 질소 함량은 기후, 지형, 토양 나이, 관리 및 토양 유기물 함량에 달려 있다. 토양 질소는 온도가 10 ℃ 올라갈때마다 0.2 ~ 0.3 % 감소한다. 경작은 토양 유기물을 미생물 분해로 노출시킴으로써 토양 질소를 감소시키므로 무경작 토양이 경작한 토양보다 질소를 더 많이 유지하는 경향이 있다.



DMC-TZ4 | 2010:07:01 01:13:38

무경작 토양에 심은 채소들. 사진은 유진의 테네시 노지 채소밭.  2010년 TN, USA



Canon EOS REBEL T2i | 2016:08:25 11:08:22

무경작 토양에 심은 들깨. 사진은 유진의 워싱턴 홈 뒷마당.  2016년 WA, USA



인 Phosphorus

인은 질소 다음으로 토양에 부족할 가능성이 큰 영양소이다. 인은 토양 무게의 약 0.1 %이지만 그 중 단지 1 % 만 사용 가능하며, 인의 결핍은 식물의 잎의 정상적인 공기구멍(기공)을 여는 것을 방해하여, 식물 온도가 정상보다 10 % 상승하게 한다.  


칼륨 Potassium

칼륨의 일반적인 광물 원천은 운모 흑운모와 장석등인데, 칼륨은 점토가 낮은 토양에서 발견된다.


칼슘 Calcium

모래가 적고 여과된 강산성 미네랄 토양에 많이 포함되어 있다.


마그네슘 Magnesium

마그네슘이 포함된 재료는 각섬석, 흑운모 및 질석등이다. 토양의 마그네슘 농도는 일반적으로 식물 성장에 충분하지만, 심한 풍화 및 모래 토양은 마그네슘 결핍이 될 수 있다.


황 Sulfur

모래 토양 등 일부 토양에는 황 결핍이 나타날수 있다. 소량의 질소를 함유하는 밭에 다량의 질소를 공급하면, 한창 자라는 식물들에게 황 부족을 유발할 수 있다.


미량 영양소

식물 생활에 필수적인 미량 영양소에는 철, 망간, 아연, 구리, 붕소, 염소 및 몰리브덴이 있다. 매우 소량이 필요하지만 대부분 식물의 신진 대사 속도를 높이는 효소 시스템에 필수이다. 인산염의 과도한 투입은 아연과 철분 결핍의 원인이 될 수 있다. 철분 결핍은 토양에 과도한 양의 중금속이나 칼슘 광물 (석회)이 생길 수 있다. 과량의 붕소, 몰리브덴 및 염화물은 유독하다.


토양의 비 필수 영양소 Non-essential nutrients

식물의 건강을 증진시키지만 없어도 성장를 멈추게 하지는 않는 영양소, 즉 비 필수 영양소로는 코발트, 스트론튬, 바나듐, 실리콘 및 니켈(cobalt, strontium, vanadium, silicon and nickel)이 포함된다. 중요성이 평가되면 필수 식물 영양소 목록에 추가 될 수 있다.



이 글을 쓰기위해 참조한 자료:


1.  Wikipedia (2017) Soil (Plant nutrition and Soil pH § Effect of soil pH on plant growth)   Retrieved from  https://en.wikipedia.org/wiki/Soil#Nutrients


2.  Rudolph Ballentine, M.D. Ph.D.  (2014). Diet & Nutrition( a Holistic Approach) :  Honesdale, PA USA: Himalayan, Institute. 


저자 황유진, 미국 영양컨설턴트협회(ANNC) 전문가 회원, 미국 공인영양 컨설턴트( C N C(Certified Nutritional Consultant).



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