[스크랩] 토양 미생물학 입문
토양생물학 입문
"토양생물학 입문" 은 토양내 생물에 대한 소개와 이들 생물이 어떻게 하여 농업생산에 기여하고 공기와 물의 질을 개선시키는데 기여하는가를 소개한다. 서두에는 토양내 먹이사슬을 설명하고, 이러한 먹이사슬이 토양의 건강성과 어떻게 관련이 있는지 설명한다. 이후 각 단원은 박테리아, 곰팡이, 원생생물, 선충, 절지동물 및 지렁이 등으로 구성된다
1. 토양내 먹이사슬
1)토양 생물학과 조망
이루 헤아릴 수 없을 정도로 많은 생물이 토양의 먹이사슬을 이룬다. 이들 생물의 크기는 가장 작은 단세포 생물인 세균, 조류, 곰팡이, 원생생물에서부터 더 복잡한 선충과 미세 절지동물과 눈에 보이는 지렁이, 곤충, 소동물, 식물에 이르기까지 매우 다양하다.
이들 생물은 먹고, 자라고, 토양속을 이동하면서 물과 공기를 정화하고, 식물을 건강하게 하며 물의 흐름을 적절하게 조절한다.
토양내 먹이사슬의 이해는 토양생물학을 조망하는 과정에서 없어서는 안되는 부문으로 많은 방법이 있다. 토양 생물은 가축의 배설물, 식물의 잔재물 등 유기물과 농약을 분해하고, 물에 유입되어 오염이 되는 것을 막아 준다. 그들은 질소와 다른 영양분 등이 지하수로 흘러 들어가는 것을 막아 저장해주며, 공기로부터 질소를 식물이 이용 가능하게 만들어 주기도 한다. 많은 생물이 토양의 물성과 공극율을 개선시켜 물의 침투력을 증대시키고 범람을 줄여준다. 토양생물은 작물해충을 먹이로 하기도 하며, 토양 위에 사는 동물의 먹이가 되기도 한다.
2) 토양내 먹이사슬 : 생물간의 상호작용
토양내 먹이사슬은 살아있는 모든 생물의 군락 또는 토양내 살고 있는 일부 군락이다. 아래의 도식은 하나의 생물이 또 다른 생물을 먹이로 하여 이루어지는 에너지와 양분의 연속된 전환을 보여준다.
모든 먹이사슬은 1차 생산자로부터 에너지를 얻는다 : 1차 생산자인 식물, 지의류, 이끼, 광합성세균 및 조류는 공기중의 이산화탄소를 고정하는데 태양에너지를 이용한다. 다른 대부분의 생물은 또 다른 생물, 부산물과 식물체내에서 발견되는 유기물을 섭취하여 에너지와 탄소를 획득한다. 화학독립영양체이라 불리는 어떤 세균들은 탄소화합물 또는 태양으로부터 보다는 질소, 황, 철화합물 등으로부터 에너지를 얻는다. 생물이 복잡한 물질을 분해하거나, 다른 생물을 섭취하므로서 영양분은 하나의 형태에서 다른 형태로 전환되게 되어 식물과 다른 생물이 이용할 수 있게 만들어진다. 모든 식물은 - 풀, 나무, 덤불, 농작물 - 영양분 취득을 위해 이러한 먹이사슬에 의존한다.
<토양내 먹이사슬에 관련된 용어해설>
*절지동물(Arthropods) : 관절이 있는 다리를 가지는 무척추 동물. 여기에는 곤충, 갑각류, 쥐며느리, 거미류 등이 있다.
*세균(Bacteria) : 현미경으로 볼 수 있는 단세포 생물로 보통은 광합성을 안 한다. 여기에는 광합성청록세균(보통 남조류로 불리다)과 방선균(균사가 있는 세균으로 건강한 토양이 갖는 독특한 냄새를 낸다)이 포함된다.
*곰팡이(Fungi) : 광합성을 하지 않는 다세포 생물로 식물도 아니고 동물도 아니다. 곰팡이의 세포는 균사라고 불리는 긴 사슬모양이다. 포자를 전파하기 위한 버섯이나 자실체를 만들기도 한다. 효모와 같은 일부 곰팡이는 단세포이다.
*균포식성생물(Grazers) : 세균이나 곰팡이를 먹이로 하는 원생생물, 선충, 미세절지동물
*미생물(Microbes) : 현미경으로 볼 수 있는 작은 생물을 포괄적으로 부르는 말. 일반적으로 미생물에는 세균, 곰팡이를 포함하고 간혹 원생생물도 포함한다.
*공생생물(Mutualists) : 서로 도움을 주는 관계에 있는 두 생물. 식물뿌리와 균근균과의 관계, 식물뿌리와 질소고정균과의 관계 등이 있다.
*선충(Nematodes) : 현미경적인 아주 작고 체절이 없는 벌레. 대부분은 토양속에서 자유롭게 살아간다. 일부는 식물이나 동물에 기생한다.
*원생생물(Protozoa) : 아주 작고 단세포로 이루어진 동물. 아메바, 섬모충, 편모충이 포함된다.
*영양단계(Trophic levels) : 먹이사슬의 단계. 1차영양단계는 태양으로부터 에너지를 얻는 광합성생물을 포함한다. 광합성생물을 먹이로하는 생물은 2차영양단계이다. 3차영양단계 생물은 2차영양단계를 먹이로 한다. 이와 같이 영양단계는 먹이사슬을 이해하는 간단한 도구이다. 실제로, 일부 생물은 여러 단계의 생물을 먹이로 한다.
3) 토양생물은 무엇을 하는가?
성장과 생식은 모든 생물의 일차적인 활동이다. 각각의 식물과 토양생물은 생존을 위해 살아가기 때문에 서로 상호작용에 의존되어 있다. 자라고 있는 식물뿌리와 식물 잔재물로부터 나온 부산물은 토양생물의 먹이가 된다. 달리 말하면, 토양생물은 유기물분해, 영양분의 순환, 토양구조의 개선, 작물해충을 포함하여 토양생물의 밀도를 조절해줌으로써 식물의 건강을 유지해 준다.
<토양생물의 기능>
*광합성생물 (식물,조류,세균) : 에너지 포집
- 이산화탄소 고정에 태양에너지를 이용
- 토양에 유기물공급(사체, 식물체부스러기와 2차대사물 등의 생물자원)
*분해자(세균, 곰팡이) : 잔재물 분해
- 생물총량내에 양분을 고정시켜 보전함
- 다른 생물을 위한 양분과 에너지원으로서의 새로운 유기복합물(세포구성물, 배출물)을 생산
- 토양을 입단화 해주는 물질의 생산
- 곰팡이 균사로 토양입단을 묶어 줌
- 질소고정세균과 탈질세균에 의한 질소형태전환
- 병원성 생물의 억제와 경쟁
*공생생물(세균, 곰팡이):식물생장촉진
- 병원성 생물로부터 식물뿌리보호 -질소를 고정하는 박테리아
- 식물뿌리에 균근을 형성하여 양분(인 등)과 물을 공급
*병원균(세균, 곰팡이,기생생물-선충,미세절지동물): 질병촉진
- 뿌리나 식물조직에 침입하여 질병유발
- 기생선충 또는 곤충(질병유발 생물 포함)
*뿌리가식생물(원생생물,절지동물 -거세미, 바구미애벌레) : 식물뿌리 가식
- 작물의 생산성를 현저히 낮출 수 있음
*세균포식자 (원생생물, 선충) : 세균 포식
- 세균을 포식하여 식물이 이용할 수 있게 질소(암모늄이온)와 다른 양분을 내놓음.
- 많은 뿌리가식 생물과 질병유발해충을 조절.
- 세균군락의 활동을 억제하거나 촉진시킴
*곰팡이포식자(선충, 미세절지동물) : 곰팡이 포식
- 곰팡이를 포식하여 식물이 이용할 수 있게 질소(암모늄이온)와 다른 양분을 내놓음.
- 많은 뿌리가식 생물과 질병유발해충을 조절.
- 곰팡이군락의 활동을 억제하거나 촉진시킴
*잘게 부숴주는 생물(지렁이, 큰절지동물,) : 잔재물 분해와 토양구조의 개선
- 세균과 곰팡이를 먹음으로서 식물부스러기를 잘게 만들어 줌.
- 소화관과 분변에 세균의 서식처 제공
- 분변 생산과 토양을 갈아주어 토양구조를 개선함.
*고등포식자 (선충포식선충,대형절지동물, 설치류,조류, 지상동물) : 생물군락의 조절
- 하위의 영양단계에 있는 생물군락을 조절함
- 흙을 갈아주고 소화관속으로 흙을 통과시켜 토양구조를 개선.
- 보다 작은 생물을 먼 곳까지 이동시켜줌
4) 유기물은 먹이사슬의 연료로 작용한다
토양유기물은 식물과 생물이 이용하는 에너지와 영양분의 저장창고이다. 세균, 곰팡이, 기타생물들은 유기물로부터 영양분의 형태를 바꾸고 양분을 내놓는다. 유기물은 매우 다양한 종류로 구성된 화합물로 어떤 것보다 생물들에게 더 유용하다. 일반적으로 토양유기물은 부식의 거친부분으로 만들어지며 활성화된 유기물이 된다. 활성화된 유기물은 토양생물이 이용할 수 있는 부분이다. 세균은 뿌리분비물이나 식물잔재물과 같은 보다 단순한 유기화합물을 이용하는 경향이다. 곰팡이는 섬유질의 식물 잔재와 목재, 토양부식 등 보다 복잡한 화합물을 이용하는 경향이다. 강도 높은 경운 작업은 유기물 소비하는(유기물을 이산화탄소로 바꾸는) 기타생물과 세균에 의해 활동이 폭발적으로 높아지고 활성화된 부분을 고갈시킨다. 경운을 줄이고 주기적으로 유기물을 공급해주는 작업으로 유기물이 축적되고, 측정될 수 있는 총유기물 중에서 활성화된 유기물의 비율을 높일 수 있다. 토양유기물의 함량이 높아지면서 토양생물은 유기기물을 부식으로 전환하는 역할을 한다. 부식은 토양내로 유입된 비교적 안정한 탄소 형태로 수십년에서 수백년에 걸쳐 안정되어 있다.
<토양유기물의 구성> : 분해중인유기물(33-50%), 부식(33-50%), 신선유기물(10%이하), 살아있는 유기물(5%이하)
<먹이자원으로서의 유기물>
"토양유기물"은 토양위 또는 아래에 있는 모든 유기물질을 포함한다. 아래는 유기물의 여러 가지 형태를 기술하는 용어이다.
살아있는(Living)
살아있는 생물(Living organism) : 세균, 곰팡이, 선충, 원생생물, 지렁이, 절지동물, 살아있는 뿌리.
신선한(Fresh)
죽은식물체;유기물;부스러기;토양잔재물 : 이들 용어는 식물, 동물 또는 기타 유기물질이 최근에 토양속으로 들어온 것을 말하며, 분해의 조짐이 보이기 시작한 것이다. Detritivores는 이러한 물질을 먹이로 하는 생물을 말한다.
분해(Decompsing)
-활성화된 조각 유기물(Active fraction OM) :
유기화합물은 미생물의 먹이로 이용될 수 있다. 활성화된 조각은 관리방법의 변화에 따라 총 유기물보다 더 빨리 바뀌게 된다.
-불안정한 유기물(Labile OM) : 쉽게 분해되는 유기물
-뿌리분비물 : 수용성 당, 아미노산, 기타 화합물이 뿌리에서 나온다.
-미립유기물(POM) 또는 가벼운조각(LF) 유기물 :
POM과 LF는 크기와 무게에 따른 정의된 개념이다.
유기물의 활성화된 조각으로 표현되며 보다 정의하기 어렵다.
POM 또는 LF는 토양유기물의 형태보다 더 크고 더 가볍기 때문에 체를 이용하거나 원심분리에 의해 토양과 분리할 수 있다.
-리그닌 : 분해되기 어려운 화합물로 오래된 식물의 섬유 조직이다. 곰팡이는 리그닌 속의 탄소환구조를 먹이로 이용할 수 있다.
부식(Humus)
-난분해유기물 : 부식 또는 리그닌을 함유한 물질같이 토양생물이 거의 분해할 수 없는 유기물
-부식 또는 부식화된 유기물 :
원래의 유기물을 여러 생물이 이용하거나 형태를 전환시킨 후에 남은 복잡한 유기화합물.
부식은 물리적으로 안정화되어 있으며, 화학적으로도 생물이 이용하기에는 너무 복잡하기 때문에
거의 분해되지 않는다. 부식은 작은 토양입단을 묶어 주는데 매우 중요하며 이는 물과 영양분을 보유능력을 향상시킨다.
5) 토양생물은 어디에서 살아가나?
먹이사슬내에 있는 생물은 토양속에 일정하게 분포하지 않는다. 각각의 종과 집단은 적당한 공간, 양분, 수분조건을 찾아서
생존한다. 유기물이 있는 곳은 어디나 존재한다. 보통은 토양의 윗부분 몇 인치 내에 존재하며, 기름이 풍부한 곳에서는 16km 깊이에서도 발견되곤 한다. 토양 생물은 아래와 같은 곳에 집중되어 있다.
뿌리주변 :
근권은 뿌리를 둘러싼 아주 좁은 지역이다. 뿌리에서 방출되는 당분, 단백질, 탈피된 식물세 포등을 먹이로 하는 세균으로 우글거린다. 세균을 포식하는 원생생물과 선충도 뿌리주변에 집중되어있다. 따라서 많은 영양분의 순환과 식물에 필요한 질병억제가 뿌리에 인접하여 일어난다.
식물 부스러기속 :
곰팡이는 일반적으로 식물부스러기의 분해자이다. 식물부스러기는 크고 복잡하여 탄소를 분해가기가 매우 힘들다. 곰팡이 균사는 식물부스러기 층과 토양을 잇는 질소성분의 통로 역할을 한다. 세균은 먼거리 까지 질소를 이동시키지 못한다. 곰팡이는 식물부스러기의 분해자로서 유익하다. 그러나 세균도 어린식물의 신선한 부스러기속에는 매우 풍부하다. 어린 식물은 질소도 풍부하고 늙은 식물의 부스러기 보다 탄소화합물도 단순한 형태이다. 세균과 곰팡이는 지렁이, 노래기, 기타 절지동물 등이 식물부스러기를 더 잘게 부수어 논 식물 잔재물의 넓은 표면에 접근할 수 있다.
부식속 :
곰팡이 만이 부식속의 복잡한 유기물 분해에 필요한 효소를 만들 수 있다. 토양속의 많은 유기물은 이미 세균과 곰팡이에 의해 수차례 분해되었거나 지렁이와 절지동물의 소화관을 통과한 상태이다. 따라서 부식화합물 속에는 이용할 수 있는 질소가 거의 없다.
토양입단 표면 :
생물학적 활력은, 특히 호기성 세균과 곰팡이에서, 토양입단 속보다는 입단 겉표면에서 더 왕성하다. 토양입단 내에서는 산소를 필요로 하지 않는 과정인 탈질작용이 일어난다. 큰 토양입단은 실제로 지렁이나 다른 무척추동물의 배설물 덩어리이다.
토양입단 사이의 공간 :
이들 절지동물과 선충은 토양을 갈아주지 못하며 토양입단사이의 공극으로 이동하며 산다. 건조에 민감한 원생생물과 선충류등의 생명은 물로 채워진 공극속에서 살아간다.
6) 토양생물은 언제 활동적인가? :
토양생물의 활동은 계절뿐만 아니라 일일중에도 다르다. 온대기후에서, 생물의 활동은 작물이 자라기에 가장 적절한 늦은 봄에 가장 크다. 그러나 어떤 종은 겨울에 가장 활동적이며, 어떤 종은 건조기에 활동적이며, 또 어떤 종은 장마철에 활동적이기도 하다. 수많은 다른 생명체들이 서로 다른 시기에 활동하며 작물, 토양, 생물종간 상호작용을 한다. 이렇게 융합된 결과로 많은 이득을 가져오는데, 영양분의 순환시키고, 물의 흐름을 완만하게 하며, 병해충을 조절해주는 등의 역할을 한다.
퇴비발효는 들판에 있는 잎사귀 또는 농장에서 축분을 분해하는 데 있어 토양생물의 활동을 가장 잘 보여주는 것이다.
<먹이사슬과 토양의 건강>
* 토양먹이사슬(Soil food web)은 어떻게 다른가?
각각의 들, 숲, 초원은 각 생물군내 복잡성의 특정 단계와 세균(B), 곰팡이(F), 기타 생물군의 특정한 비율에
따라 독특한 토양먹이 사슬을 갖는다.
* 전형적인 먹이사슬의 구조
먹이사슬의 "구조(structure)"란 토양계내 각 집단의 상대적수와 구성을 말한다.
생태계별로 먹이사슬의 구조가 서로 독특한다. 먹이사슬의 몇가지 특징으로 아래의 것을 포함한다.
>세균에 대한 곰팡이의 비율은 생태계의 형식을 특징 짖는다. 초지와 농지는 보통 세균이 우점하는 경향이다.
대부분의 총생물량은 세균으로 형성된다. 생산성이 높은 농업토양은 세균에 대한 곰팡이의 비율(B/F)이 1
이거나 그 이하이다. 숲은 곰팡이가 먹이사슬에서 우점하는 경향을 보인다.
세균에 대한 곰팡이의 비율(B/F)은 낙엽수림에서 5-10이며, 침엽수림에서 100-1000정도이다.
> 생물들은 그들의 먹이감을 반영한다. 예를들어, 원생생물은 세균이 많은 곳에서 풍부하다.
세균이 곰팡이보다 우점하는 곳에서의 선충은 세균을 포식하는 선충이 곰팡이를 포식하는 선충보다 헐씬 많다.
> 관리방법에 따라 먹이사슬은 변화한다. 예를 들어, 경운을 줄인 농업방식에서는 세균에 대한 곰팡이의 비율이
증가하고 지렁이와 절지동물의 비율이 더 풍부하게 된다.
<먹이사슬은 어떻게 측정되나?>
각 측정방법은 먹이사슬이 갖는 특성을 구분하는데 사용된다.
(계수 : counting)
세균, 곰팡이, 원생생물, 절지동물 등의 생물군 또는 세균포식성, 곰팡이포식성, 일반포식성선충 등은 계수를 통해 측정되며,
이를 생물량으로 전환시킬 수 있다.
· 직접계수 - 현미경이나 눈으로 각각의 생물을 헤아림. 모든 살아있는 생물들이 계수 될 수 있으며,
어떤 것은 형광성을 이용하여 계수하기도 한다.
· 접시배양계수 - 토양시료를 배양접시에서 키워서 군락(colony)을 이루는 세균이나 곰팡이 수를 계수함.
(활성 능력의 측정)
활성능력은 토양에서 생성되거나 식물 잔재물 같은 생물이 이용하는 기질의 감소로 발생하는 부산물(이산화탄소 등)을
측정하거나, 특정생물군에서 생산하는 메탄가스 등을 측정하여 결정한다.
이러한 측정치는 생물군락이 할 수 있는 총체적인 "일"을 반영한다.
생물학적 총활성은 일정부분이 특정 시간동안 활동하는 모든 생물 활동의 합이다.
·호홉 - 이산화탄소 생산을 측정한다. 이 방법은 어떤 생물(식물, 병원균, 또는 기타 토양 생물)이 이산화탄소를 생산하는지
구분할 수는 없다.
·질산화율 - 암모늄을 질산태로 바꿔주는 생물종의 활성을 측정한다.
·분해율 - 유기성 잔재물 등의 분해속도를 측정한다.
(세포구성물의 측정)
모든 토양생물의 총생물량 또는 군락의 특수한 특성을 토양생물의 구성성분을 측정하여 추정할 수 있다.
· 생물중의 탄소, 질소 또는 인산 - 살아있는 세포의 양분함량을 측정하여 생물의 총생물량을 예측하는데 사용할 수 있다.
·효소 - 살아있는 세포나 토양에 부착된 효소를 측정한다. 잠재적인 활성능력을 예측하거나
생물학적 군락을 특성을 예측할 때 이용할 수 있다.
·인지질과 기타 지질류 - 곰팡이나 방선균 등 특정 그룹의 생물양과 군락의 고유한 특성을 알 수 있다.
·DNA 와 RNA - 군락 특유의 특성을 제공하고, 특정 종이나 특정 그룹의 존재를 검출할 수 있다.
<복잡성(complexity)이란 무엇인가?>
먹이사슬의 복잡성이란 토양내 생물종과 다른 생물종과 요인이다. 예를 들어, 10종의 세균포식성선충만 있는 토양은 10종의 세균포식성선충, 곰팡이포식성선충, 일반포식성선충이 함께 있는 것보다 덜 복잡하다. 복잡성은 그림4의 예와 같이 부분적으로 구별될 수 있다. 이 먹이사슬 그림의 각 박스는 토양계 내에서 비슷한 역할을 하는 기능적 생물집단을 나타낸다. 에너지의 이동이 화살표로 표시되었고 하나의 생물이 다른 생물을 먹이로 할 때 발생한다. 복잡한 생태계는 단순한 생태계보다 더 많은 기능적 집단과 더 많은 에너지 이동이 이루어진다.
토양계를 떠나기까지 에너지의 회전율은 각 생태계의 기능적 군락수에 따라 다르다. 예로들은 더글라스 전나무 수림 내에서는, 한생물에서 다른생물로 또는 기능적 구룹간의 에너지 전환이 20회 이상 일어난다. 반대로 동굴이나 생물 잔재물이 거의 없는 재배지에서는 토양생계계 그림에서 오른쪽으로 진행되는 고등포식자기 별로 없고 에너지와 양분은 몇몇 안되는 생물에 의해 순환될 것이다. 토양관리방법에 따라 토양에서의 기능적 군락과 복잡성은 바뀌게 된다. 농지와 같이 토양관리 정도가 심한 계는 기능적 군락의 수가 변화한다. 작물선택, 경운작업, 잔재물 관리방법, 농약의 사용 및 물의 관개방식은 토양생물들의 터전을 변화시키고 먹이사슬의 복잡성을 변화시킨다.
<몇몇 생태계에서의 먹이사슬의 복잡성>
- 도표는 흙살림 신문 참조 -
<복잡성이 주는 잇점>
토양계내에서의 생물학적 복잡성은 양분의 순환, 토양구조의 형성, 병충해 발생사이클 및 분해 과정에 영향을 미친다. 연구자들은 관리되는 생태계 내에서 얼마나 그리고 어떤 종류의 먹이사슬 복잡성이 토양형성과정에 최적인가를 아직까지 밝혀내지 못하고 있다.
(양분의 순환)
생물이 먹이를 소비할 때 그들 자체의 생물량이 늘어나게 되며 배출도 증가하게 된다. 작물생물에 있어서 매우 중요한 배출물로 암모늄이 있다. 암모늄과 기타 속효성 양분들은 식물뿌리를 포함한 다른 생물에 의해 빠르게 흡수된다. 생물의 종류가 많을수록 식물이 이용하거나 이용할 수 없는 형태로 빠르게 양분이 순환된다.
(양분의 보유)
질소의 무기화와 식물에게 방출이 가해지면, 토양내 먹이사슬은 식물이 빠르게 자라지 않도록 질소를 보유하거나 고정시킬 수 있다. 토양유기물과 유기생물 속에 있는 질소는 이동성이 작고, 무기태의 질산태질소와 암모늄보다 근권으로부터 덜 유실되는 경향이다.
(토양구조, 침투력, 수분보유력의 개선)
많은 토양생물은 토양단립의 안정성과 형성에 관여한다. 세균의 활동, 유기물, 토양입자의 화학적 특성 등이 개별적인 토양입자로에서 떼알구조의 미세토양단립을 형성하는데 관여한다. 지렁이와 절지동물은 광물성의 미세토양단립과 유기물을 소모하여 소화관내의 화합물로 코팅된 입상의 배설물을 만들어 낸다. 이러한 입상 배설물은 토양구조의 일부분이 된다. 곰팡이 균사와 모근은 서로 엉켜서 토양단립을 크게 안정화시킨다. 지렁이와 절지동물에 의한 토양 갈이는 토양단립의 안정성을 개선하고 공극율, 수분침투력과 수분보유력을 증대시킨다.
(질병억제)
복잡한 토양먹이사슬은 수많은 생물을 품고 있어 질병을 일으키는 생물을 억제시킬 수 있다. 이들 경쟁자들은 식물표면에 발생되는 토양병원균을 억제할 수 있으며, 병원균을 억제하는 대사산물을 만들거나, 병원균을 먹거나, 먹이를 가로챔으로써 질병을 억제할 수도 있다.
(공해물질의 분해)
토양의 중요한 기능으로 물의 정화가 있다. 생물을 포함한 복잡한 먹이사슬은 다양한 환경하에서, 다양한 공해물질을 소비하거나 분해한다.
(생물의 다양성)
먹이사슬의 복잡성이 클수록 생물의 다양성은 커진다는 것을 의미한다. 생물의 다양성은 생물의 총 수 뿐만이 아니라 이들 종의 상대적인 풍부성과 기능적 군락의 수로 측정된다.
(실험 사례 : blue grama 잔디 생육에 있어서 세균과 세균포식성선충의 효과) -> Blue grama 잔디가 살균된 토양, 세균이 추가된 토양, 세균과 선충이 추가된 토양에서의 생육을 보면 비록 인공조건이기는 하지만 세균과 선충이 동시에 존재하는 토양에서의 생육이 가장 빨랐이며, 이는 두생물이 식물에 도움을 주는 상호작용이 있다는 것을 말해준다.
토양관리와 토양의 건강///
건강한 토양은 식물의 생육과 물, 공기의 질을 보전하는데 기여하여 인류와 동물의 건강을 개선시킨다. 물리적인 구조, 화학적 조성과 생물학적 요인 등인 이러한 역할을 얼마나 잘하는가를 결정해준다.
토양먹이사슬은 아래와 같은 중요한 토양의 기능을 갖는다.
1) 생물학적 활동능력, 다양성, 생산성을 유지함.
2) 수분의 이동과 양분의 용해를 조절함
3) 양분과 기타 원소를 순환시키거나 저장함.
4) 걸러주고, 완충작용을 하며, 분해시키며, 양분을 고정시키며, 오염원이 될 수 있는 유기, 무기물질을 해독하기도 한다.
생물사이의 상호작용은 이러한 기능을 더 향상시킨다.
성공적인 토양의 관리는 흙, 물, 공기, 식물, 동물, 인간을 포함한 모든 자원을 통괄하는 접근법을 필요로 한다. 수많은 관리전략에 따라 토양내 거주하는 생물과 먹이사슬을 변화시키고, 흙의 품질과 이러한 기능을 수행하는 흙의 능력을 변화시킨다. 관리방법에 따라 변화하는 복잡성과 토양의 건강성은 아래와 같다.
· 2년에 걸친 윤작을 하는 농장에 비해 윤작에 4가지 작물을 재배하는 농장이 더 풍부한 먹이자원(뿌리, 표층잔재물)을 갖는다. 따라서 다양한 형태의 세균, 곰팡이, 기타 생물이 존재한다.
· 농장주변이 풀도 없이 깨끗하게 재배하는 곳의 절지동물은 수로, 테라스 또는 울타리에 의해 농지보다 더 적다.
· 토양생물에 미치는 농약에 따라 차이 나는데, 고도의 농약사용은 먹이사슬의 복잡성을 감소시킨다. 메틸부로마이드를 반복적으로 사용한 예에서는 일부 세균이외 대부분의 토양생물이 사라졌다.
///먹이사슬과 탄소의 격리///
토양관리방법에 따라 토양유기물에 의한 탄소원의 차단을 증대시킬 수 있고 대기중으로 방출되는 이산화탄소량, 온실가스량 등을 감소시킬 수 있다.
토양먹이사슬이 유기물을 분해하므로써, 이산화탄소로 대기중에 탄소를 방충시키거나 다른 형태의 토양유기물로 전환시킨다. 유기물 중 불안정하거나 활성화된 조각들은 몇 년동안 토양에 머물게 된다. 안정된 형태는 수십년에서 몇백년동안 토양에 잔류하게 된다. 물리적으로 안정화된 유기물은 토양생물의 도움에 의해 만들어진 토양단립속에 보호된다. 부식화된 유기물은 세균과 곰팡이가 이들 물질을 만드는데 기여하여 안정화되어 있으며, 토양생물에게는 너무 복잡하고 커서 분해할 수가 없다.
///전망///
먹이사슬의 기능들은 식물생육과 환경의 질을 개선시키는데 필수적이다. 올바른 자원의 관리는 농장관리활동, 목장, 숲, 정원 등에 먹이사슬을 향상시키는 전략으로 통합될 것이다. 추가로 전체계내에서 먹이사슬의 기능에 대한 연구가 필요하며, 이것은 기술발전을 지원해줄 것이다. 토양먹이사슬의 기능을 유지하고 접근하는데 필요한 기술은 토양관리자과 연구자를 보조하여 개발될 수 있으며, 그들은 토양의 생산성과 책임감을 향상시키기 위해 노력할 것이다. 수년 안에, 아래와 같은 생물학적 질문에 대해 답할 수 있는 진보를 기대할 수 있다.
(건강한 먹이사슬이란 무엇인가?)
어떠한 생물군집이 고도화된 토양 이용에 필요한 지를 결정하는데 어떤 측정과 관찰이 이용될 수 잇는지? 복잡성의 어떠한 수준이 생산성을 높이고 작물, 서식지 또는 숲의 유지에 최적인가?
(생물의 형태와 종을 헤아리는데 더 유용한 방법이 있는가?)
"토양생물학 입문서"는 토양먹이사슬을 6그룹으로 나누었다. 이들 그룹간 최적의 균형을 달성하는 것은 먹이사슬을 관리하는 방법에 대한 하나의 접근법이다. 대안적으로, 그룹내 존재하는 종과 복잡성을 동정하는 것은 토양의 생산성과 건강에 대한 또다른 유용한 안내를 제공할 것이다.
(토양생물을 어떻게 관리하여야 하는가?)
미래에, 토양관리자는 경운시기, 퇴비 등의 시용, 특정 농약의 사용 등과 같은 관리방법을 결정하는데 보다 정확하게 예측할 수 있게될 것이다. 그들은 토양먹이사슬의 구성에 특정변화를 주는 방향으로 작업방향을 선택할 것이다.
(토양생물학적 기능을 관리하는데 드는 비용과 잇점은 무엇인가?)
높은 다양성, 토양 생물군집 또는 복잡성을 달성하는데는 비용의 산출이 필요하다. 이것은 양분의 순환, 질병억제, 토양구조 개선등과 같은 토양생물학적으로 제공된 이익과 비교될 수 있다.