미생물 그리고 질소 화합물과 이산화탄소 비료 효과

(Ectomycorrhizal fungi (the mushrooms connected to the roots of the tree) increase the uptake of nitrogen by the plant, even when that nutrient is scarce in soils. Arbuscular mycorrhizal fungi (associated with the grass roots on the left) do not provide that advantage to their host. Credit: Victor O. Leshyk)​

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 지구 대기 중의 이산화탄소 농도는 산업 혁명 이전에는 280ppm 수준이었으나 이제는 400ppm에 이를 만큼 높아졌습니다. 이는 물론 인류가 막대한 화석 연료를 태웠기 때문이지만, 사실 배출된 모든 이산화탄소가 대기 중에 있는 것은 아닙니다. 상당수는 바다로 흡수되거나 혹은 식물에 의해 다시 흡수되었습니다. 물론 인류가 배출한 양이 자연적으로 감당할 수 있는 수준을 훨씬 뛰어넘었기 때문에 대기 중 이산화탄소 농도가 크게 상승했지만 말이죠.

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 대기 중 이산화탄소의 농도가 오름에 따라 지구에서 열이 빠져나가는 양이 감소하면서 점차 지구 기온은 상승하고 있습니다. 이것은 음식에 소금을 뿌리면 짜게 되는 것처럼 당연한 결과입니다. 이렇게 되면 바다는 기온이 상승하면서 ​기체를 덜 흡수하게 될 것입니다. 반면 식물의 경우 온도 상승과 이산화탄소 농도 증가로 이전보다 광합성과 성장이 빨라지는 효과가 나타납니다. 이는 이산화탄소 비료 효과 (CO2 fertilization effect)라고 불립니다.

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 하지만 최근 연구들은 이런 이산화탄소 비료 효과가 대기 중 이산화탄소 농도 이외에 여러 가지 다른 요소들에 의해 제한을 받을 수 있다는 점을 보여주고 있습니다. 최근 영국, 미국, 벨기에, 호주 등 다국적 연구팀은 토양내 질소 및 곰팡이 등 다른 요소들이 이산화탄소 비료 효과에 미치는 영향을 연구했습니다.

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  식물은 혼자서 토양에 뿌리를 박고 성장하는 것이 아닙니다. 식물이 성장하기 위해서는 여러 가지 다양한 영양 성분 및 환경이 필요한데, 토양 내 미생물 및 곰팡이, 그리고 질소 성분등이 중요한 요소입니다. 예를 들어 질소 비료가 부족하다면 이산화탄소가 아무리 많아져도 광합성은 더 증가하기 어렵습니다.

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 하지만 이런 경우라도 여러 가지 토양내 곰팡이가 식물을 도울 수 있습니다. 대부분의 식물은 뿌리에 근규균 (mycorrhizal fungi)과 파트너쉽을 가지고 있으며 여러 가지 무기 영양 염류를 공급받는 공생관계를 유지하고 있습니다. 예를 들어 외근균 (ectomycorrhizal) 은 토양에서 질소 성분을 공급할 수 있습니다.

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 식물의 이산화탄소 비료효과는 대기 중의 이산화탄소 농도를 줄여서 지구 온난화를 억제하는 역할을 하기 때문에 매우 중요합니다. 이번 연구는 일부 영양 성분이 부족한 토지에서도 생각보다 더 큰 이산화탄소 비료효과가 나타날 수 있음을 보여줬습니다. 물론 더 정확한 기후 예측 모델을 만드는 데도 참조가 될 것입니다.

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 한 가지 더 중요한 이야기는 혼자서 살아가는 생물은 없다는 것입니다. 식물은 토양에 있는 다양한 미생물 네트워크와 연결되어 살아갑니다. 이는 식물만이 아니라 인간을 포함한 모든 생물들의 공통점일 것입니다.

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참고

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   "Mycorrhizal association as a primary control of the CO2 fertilization effect," by C. Terrer et al.Science, DOI: 10.1126/science.aaf4610                                        

  http://phys.org/news/2016-06-microbes-nitrogen-responses-atmospheric-carbon.html#jCp ​