바이오비료

남조류는 대기 중 질소를 토양에 고정할 수 있는 능력이 있기 때문에 농업에 도움이 될 수 있다. 이 질소는 작물에 도움이 되며 남조류는 바이오비료로 사용된다.

바이오비료(Biofertilizers)는 생물학적 유래의 자원을 활용하여 작물 성장과 생산성을 향상시키는 천연 비료를 의미한다. 주로 미생물, 곰팡이, 조류, 박테리아 등을 활용하며, 이들은 토양의 질소 고정, 인산 가용화, 유기물 분해 등을 통해 작물 생장에 유익한 환경을 조성한다.

개요[편집]

바이오비료는 살아있는 미생물을 포함한 물질로, 씨앗, 식물 표면 또는 토양에 적용했을 때 미생물이 근권(뿌리 주변) 또는 식물 내부에 정착하여 숙주 식물에 주요 영양소를 공급하거나 가용성을 높여 성장을 촉진한다. 바이오비료는 질소 고정, 인산 가용화, 생장 촉진 물질의 합성과 같은 자연적인 과정을 통해 영양소를 추가한다. 바이오 비료 속 미생물은 토양의 자연적인 영양 순환을 복원하고 유기물을 축적한다. 이를 통해 건강한 식물을 재배할 수 있으며, 토양의 지속 가능성과 건강을 증진할 수 있다. 바이오비료는 합성 비료와 농약 사용을 줄이는 데 기여할 수 있지만, 아직 이를 완전히 대체할 수는 없다. 2024년 기준으로, 미국에서 상업적으로 사용이 승인된 바이오 비료 제품은 340개가 넘는다.

종류[편집]

바이오 비료는 다음과 같은 여러 유형으로 분류될 수 있습니다.

질소 고정 미생물(Nitrogen-Fixing Microorganisms)

대표적으로 리조비움(Rhizobium), 아조토박터(Azotobacter), 시아노박테리아(Cyanobacteria)가 있다.
공중 질소를 고정하여 식물의 질소 요구량을 충족시킨다.

인산 가용화 미생물(Phosphate-Solubilizing Microorganisms)

토양 속의 불용성 인산염을 가용화하여 식물이 흡수할 수 있는 형태로 전환한다.
펜리움(Penicillium), 아스퍼질러스(Aspergillus) 등이 사용된다.

분해 미생물(Decomposers)

유기물을 분해하여 작물이 흡수 가능한 영양소로 전환한다.
효모 및 특정 박테리아 등이 활용된다.

근권 미생물(Plant Growth-Promoting Rhizobacteria, PGPR)

뿌리 주변에서 유익한 역할을 하는 미생물로, 호르몬 분비 및 병원균 억제에 기여한다.

구성[편집]

바이오비료는 친환경적인 유기농 농업 입력 자원을 제공한다. "리조비움(Rhizobium)", "아조터박터(Azotobacter)", "아조스피릴럼(Azospirillum)" 및 "청록색 조류(blue-green algae, BGA)"는 아마도 바이오비료로 사용된 가장 오래된 역사를 가진 종일 것다.

리조비움(Rhizobium): 콩과 작물을 위한 접종제로 사용된다.
아조토박터(Azotobacter): 밀, 옥수수, 겨자, 목화, 감자 및 기타 채소 작물과 함께 사용할 수 있다.
아조스피릴럼(Azospirillum): 주로 수수, 기장, 옥수수, 사탕수수 및 밀에 접종하는 데 권장된다.
청록색 조류(Blue-Green Algae, BGA): 노스톡(Nostoc), 아나배나(Anabaena), 톨리포스릭스(Tolypothrix), 아울로시라(Aulosira)와 같은 시아노박테리아 속에 속하며, 대기 중 질소를 고정하고 논과 같은 고지대 및 저지대에서 재배되는 벼 작물의 접종제로 사용된다. 아나배나는 물고사리(Azolla)와의 공생을 통해 계절당 헥타르당 최대 60kg의 질소를 공급할 수 있으며, 토양을 유기물로 풍부하게 만든다.

해조류는 칼륨, 인산염, 미량 원소와 같은 다양한 무기질이 풍부하여 해안 지역 주민들이 비료 대체제로 광범위하게 사용한다. 해조류 비료는 점토 분해에도 도움을 준다. 푸쿠스(Fucus)는 아일랜드에서는 대규모로 사용된다.

열대 지역에서는 말라버린 연못 바닥의 퇴적물(청록색 조류가 풍부함)을 정기적으로 밭에 바이오 비료로 활용한다.

균근 균류는 식물에 대한 영양소의 생체 이용률을 촉진한다.

박테리아[편집]

식물성장촉진 미생물

리조비움(Rhizobium): 콩과 식물과 공생하여 질소를 고정한다. 대표적인 종으로는 R. leguminosarum이 있다.
브래디리조비움(Bradyrhizobium): 특히 B. japonicum이 포함된다.
바실러스(Bacillus spp.): B. amyloliquefaciens, B. subtilis 등 다양한 종이 포함된다.
아조토박터(Azotobacter spp.): A. chroococcum, A. vinelandii가 대표적이다.
슈도모나스(Pseudomonas spp.): 특히 P. fluorescens가 포함된다.
스트렙토마이세스(Streptomyces sp.): 다양한 항생 물질을 생산하며 작물 성장에 기여한다.

균류[편집]

Glomus spp.: 글로무스 종
Rhizophagus irregularis: 리조파거스 이레귤라리스
Gigaspora spp. (특히 G. margarita): 기가스포라 종 (특히 G. 마가리타)
Trichoderma spp. (예: T. viride, T. harzianum, T. reesei, T. longibrachiatum, T. atroviride, T. koningii): 트리코데르마 종 (예: T. 비리데, T. 하르지아눔, T. 리세이, T. 롱기브라키아툼, T. 아트로비리데, T. 코닝이)
Epichloë spp.: 에피클로에 종

지렁이 퇴비는 종종 유기 농업에서 바이오비료로 사용된다.

고세균[편집]

Nitrososphaerota (Nitrosocosmicus oleophilus): 니트로소스파에로타 (특히 니트로소스미쿠스 올레오필루스)
Euryarchaeota: 유리고세균

유기물[편집]

퇴비(Compost)는 토양에 직접 사용하거나 발효 추출물을 통해 활용할 수 있다. 퍼머컬처(permaculture)는 한국 자연농법(Korean Natural Farming), JADAM 방식에서 제안된 버미컴포스트 기반 접종제는 바이오 비료의 대표적인 사례이다. 후쿠오카 방법(Fukuoka Method)에서 제안된 점토와 퇴비 혼합물을 사용한 씨드볼도 바이오 비료로 간주될 수 있다.

퇴비를 키토산(Chitosan) 같은 유기 물질과 혼합하면 식물 방어 반응을 유도할 수 있다. 또한, 퇴비에 비유기 물질(예: 몬모릴로나이트-일라이트 점토(Montmorillonite-Illite Clay), 규조토(Diatomaceous Earth))를 혼합하여 미생물 생장을 지원하는 미네랄 함량을 증가시키기도 한다.

거름
개구리밥

다시마는 영양 밀도가 매우 높다.

개구리밥은 바이오비료로 연구되어 왔다.

해조류 및 맘조류

켈프(Kelp, 다시마): 특히 Ascophyllum nodosum은 매우 높은 영양 밀도를 가진다.
클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris)
나노클로롭시스(Nannochloropsis)
스케네데스무스(Scenedesmus)

시아노박테리아(Cyanobacteria)

스피룰리나(Spirulina)
노스톡(Nostoc)
아울로시라(Aulosira)
아나배나(Anabaena)

작용 메커니즘[편집]

바이오 비료는 다양한 메커니즘을 통해 작동한다. 식물 생장 촉진 근권균(Plant-Growth Promoting Rhizobacteria, PGPR)과 균근(Mycorrhizae)은 일반적으로 대기 중 질소를 고정하고, 무기 인산 화합물을 용해 가능한 형태로 전환하며, 토양 내 미네랄의 생물학적 이용 가능성을 높인다.

또한, 옥신(auxin), 지베렐린(gibberellin)과 같은 생장 촉진 식물 호르몬을 합성하여 식물 성장을 돕는다.

Bacillus 종은 ACC-디아미네이스(AAC-deaminase)를 생성하여 다양한 스트레스 조건에서 에틸렌 합성을 억제하는 메커니즘을 가지고 있다.

이점[편집]

바이오비료는 경제적이고 친환경적인 특성을 가지며, 지속적으로 사용하면 토양 비옥도를 향상시키는 것으로 나타났다.

생장 촉진 및 병원균 억제

바이오 비료는 식물 생장을 촉진하는 동시에 식물 병원균을 억제하는 물질을 생성한다.
식물을 생물적 및 비생물적 스트레스로부터 보호하며, 지하 오염 물질을 해독한다.

환경과 공중 보건 보호

농업에서 광범위한 화학 농약 사용은 환경 교란과 공중 보건 문제를 초래하며, 식량 안보와 지속 가능성에 악영향을 미친다.
바이오 비료는 이러한 화학 농약의 대안으로, 단백질, 필수 아미노산, 비타민의 함량을 높이고 질소 고정을 통해 수확량을 약 10~40% 증가시킬 수 있다.

심비오틱 기능 및 지속성

바이오 비료는 식물 뿌리와 공생적으로 작용하며, 복잡한 유기물을 단순한 화합물로 전환하여 식물이 쉽게 흡수할 수 있도록 한다.
미생물은 장기간 토양 비옥도를 유지하며, 자연적인 토양 서식지를 보존한다.
화학적 질소와 인산을 약 30% 대체하며, 작물 수확량을 20~30% 증가시킨다.
가뭄과 일부 토양 병원균으로부터의 보호 효과도 제공한다.

성장 촉진 효과

질소 고정과 인산 용해 능력을 가진 바이오 비료는 작물 생산량 증가에 가장 큰 영향을 미친다.
실험 결과, 바이오 비료를 사용한 경우 대조군에 비해 줄기와 뿌리 성장이 촉진되는 것으로 나타났다.