인산가용화균 (Phosphate Solubilizing Bacteria, PSB)

 

인산고정에 유산균 살포

 

'Carboxyl https://infos.tistory.com/7369' 카르보닐기(>C=O)와 히드록실기(-OH)가 합쳐졌다고 해서 '카르복실(Carboxyl)'기라고 부른다. 구연산(C₆H₈O₇)은 삼염기성 카르복실산으로, 분자당 3개의 카르복실기(-COOH)를 가지고 있다. 이온화되면 -COO⁻ 형태가 되어 금속 양이온을 강하게 끌어당길 수 있다.

 

 

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'인산가용화균 (Phosphate Solubilizing Bacteria, PSB) https://infos.tistory.com/7372' 인산을 녹이는 균(예: 바실러스 메가테리움, 슈도모나스 등). 카르복실기 함유한 유기산(구연산, 사과산 같은)을 대량으로 내뿜어 결합을 끊고 인산을 수용성 상태로 해방시킨다.

 

'인산을 녹이는 것'이 주된 역할. (예: 바실러스 메가테리움, 슈도모나스 등)

인산 관련 역할: 토양에 굳어 있는 불용성 인산(철·알루미늄·칼슘 결합 인산)을 공략한다.

작동 원리: 구연산, 사과산 같은 유기산(카르복실기 함유)을 대량으로 내뿜어 결합을 끊고 인산을 수용성 상태로 해방시킨다.

결과: 식물이 직접 먹을 수 있는 인산 이온(H_2PO_4^- 등)의 양을 실질적으로 늘려준다.

 

도움을 주는 균

고초균 (Bacillus subtilis)
흔히 청국장균으로 알려진 고초균은 '강력한 분해자'이자 '인산 가용화 보조자'다.
인산 관련 역할: 1. 유기태 인산 분해: 토양 속 유기물(단백질, 피틴산 등)에 묶여 있는 인산을 분해하여 무기태 인산으로 전환한다(인산화 효소 배출). 2. 가용화 능력: 고초균 중 일부 계통은 강력한 유기산을 배출하여 인산가용화균의 역할도 겸한다.
특징: 생존력이 매우 강해 토양에 투입했을 때 정착률이 높으며, 인산 해방뿐만 아니라 뿌리 주변의 병원균을 막아주는 방어막 역할도 한다.

광합성균 (Photosynthetic Bacteria)
광합성균은 인산을 직접 녹이기보다는 '에너지 순환'과 '미생물 생태계 지원'을 통해 인산 이용을 돕는다.
인산 관련 역할: 1. 뿌리 분비물 정화: 뿌리 근처에서 나오는 노폐물을 먹고 살면서, 인산 흡수를 방해할 수 있는 유해 물질(황화수소 등)을 제거한다. 2. 공생 유도: 광합성균이 배출하는 아미노산과 당분은 인산가용화균이나 고초균의 먹이가 되어 그들의 활동을 촉진한다. 3. 균근균 활성화: 인산 흡수를 돕는 대표적 균인 '뿌리균근균'의 증식을 돕는 것으로 알려져 있다.

 

한국 토양

한국 농경지는 오랫동안 비료를 시비해왔기 때문에, 이를 먹이로 삼는 인산가용화균들이 자연적으로 정착해 있다.
보편적 존재: 농촌진흥청이나 전국의 농업기술센터 연구에 따르면, 일반적인 논, 밭, 과수원 토양 1g 속에는 수만에서 수십만 마리의 인산가용화균이 기본적으로 살고 있다.
주요 균주: 한국 토양에서는 주로 바실러스(Bacillus) 속과 슈도모나스(Pseudomonas) 속 균들이 가장 흔하게 발견된다.

균이 땅속에 살고는 있지만, 인산을 충분히 녹여내지 못하면 인산 부족 현상.
먹이(유기물)의 부족: 미생물이 인산을 녹이는 카르복실기(유기산)를 만들려면 탄소원(에너지)이 필요하다. 유기물 함량이 낮은 토양에서는 균들이 '휴면 상태'에 빠져 일을 하지 않는다.
부적합한 환경: 한국 토양은 여름철 고온다습하거나 겨울철 저온, 그리고 잦은 화학비료 사용으로 인한 산성화 등 미생물이 활발히 움직이기 어려운 조건일 때가 많다.
낮은 효율: 토착균들 중에는 인산을 녹이는 능력이 아주 뛰어난 균도 있지만, 능력이 떨어지는 균이 훨씬 많다.
토착균이 있음에도 불구하고 인산가용화균을 배양해서 뿌리는 이유는 '밀도'와 '능력' 때문이다.
밀도 전쟁: 토양 속에는 유해균과 유익균이 섞여 있다. 배양한 정예 균주를 대량(단위당 수억 마리 이상)으로 쏟아부어 일시적으로 유익균이 지배적인 환경을 만드는 것이다.
선발된 우수 균주: 시중 제품이나 보급되는 균주들은 수만 종의 후보 중 인산 가용화 능력이 가장 뛰어난 녀석들만 골라낸 '엘리트'다. 토착균보다 카르복실기 배출 능력이 월등히 높다.

한국 토양 맞춤형 전략
한국 농경지 특성(화학비료 과다로 인한 불용성 인산 축적)을 고려할 때 가장 효과적인 방법은 다음과 같다.
유기물 공급(녹비, 퇴비): 이미 살고 있는 토착 인산가용화균들에게 '일할 환경'을 만들어준다.
주기적 보충: 배양액을 관주하여 토착균의 세력이 약해질 때마다 엘리트 균들을 보충해준다.
pH 교정: 인산가용화균은 너무 강한 산성에서는 활동이 저하되므로, 석회 등을 통해 적정 pH(6.0~6.5)를 유지해주는 것이 좋다.

 

생존 먹이와 미생물 종류

미생물도 생명체이기 때문에 세포를 만들고 증식하려면 반드시 인산이 필요하다. 미생물은 자신이 살기 위해 인산을 끊임없이 흡수해야 한다.
ATP (에너지 화폐): 모든 생명 활동의 에너지원인 ATP의 핵심 성분이 바로 인산이다.
DNA/RNA (유전 정보): 세포의 설계도인 핵산을 만드는 데 인산이 뼈대 역할을 한다.
세포막: 세포를 감싸는 인지질 층을 만드는 데 필수적이다.

생태계에서 미생물은 자신이 이용할 수 있는 자원이 풍부한 곳에서 번성한다.
비료 투입 = 먹이 창고: 토양에 인산 비료를 주면, 그중 상당량이 철, 알루미늄, 칼슘과 결합해 '불용성 인산'이 된다. 이 불용성 인산은 일반적인 미생물은 이용하기 힘들지만, 인산가용화균에게는 독점적인 먹이(에너지원 및 인 공급원)가 된다.
적자생존: 인산을 녹여서 스스로 에너지를 얻을 수 있는 균들만이 비료가 많이 쌓인 환경에서 경쟁 우위를 점하게 된다. 결과적으로 비료를 지속적으로 준 땅은 그렇지 않은 산이나 들판보다 인산가용화균의 밀도가 자연스럽게 높아지게 된다.

식물은 광합성으로 만든 에너지의 20~40%를 뿌리를 통해 흙으로 내뿜는다. 여기에는 미생물이 아주 좋아하는 영양소들 당분과 아미노산(미생물에게는 최고의 에너지원(설탕+요소 같은 역할)이다), 신호 물질(유기산, 비타민 등, 특정 미생물들을 유인하는 향기나 초대장 역할을 한다)등이 가득하다. 미생물 입장에서는 척박한 일반 토양보다 뿌리 근처가 영양가가 수백 배 높기 때문에 그곳에 군락을 형성하는 것이 생존에 압도적으로 유리하다. 정착(Colonization), 식물 뿌리 근처(근권)에 불용성 인산이 많으면, 인산가용화균들이 뿌리 주변에 더 조밀하게 군락을 형성하게 된다.

어떤 비료를 주로 썼느냐에 따라 정착해 있는 균의 '전공'도 달라진다.
화학 비료(무기태 인산) 위주: 인산석회나 인산철 등을 잘 녹이는 세균(Bacillus, Pseudomonas 등) 위주로 정착한다.
퇴비(유기태 인산) 위주: 유기물 속에 갇힌 인산을 분해하기 위해 효소 능력이 뛰어난 곰팡이류(Aspergillus, Penicillium 등)나 고초균의 비중이 높아진다.

미생물 입장에서는 인산을 얻는 두 가지 방법이 있다.
수용성 인산 먹기: 물에 녹아 있는 인산 이온을 빨대 꽂듯이 그냥 흡수하는 것입니다. 에너지 소모가 거의 없다.
불용성 인산 녹여 먹기: 스스로 유기산(카르복실기)을 합성해서 내뿜고, 딱딱하게 굳은 인산을 화학적으로 녹인 뒤에야 먹을 수 있다. 이는 미생물에게 엄청난 에너지가 드는 '노동'이다.
수용성 인산 비료를 과하게 주면, 역설적으로 인산가용화균은 '가용화(녹이는 일)'를 멈추고 그냥 '소비자'로만 머물게 된다.

미생물의 인산 섭취와 '격리(Immobilization)'
미생물이 수용성 인산을 먹어치우면 우리 눈에는 인산이 사라진 것처럼 보일 수 있다.
미생물 체내 저장: 미생물이 먹은 인산은 미생물의 몸속(세포)에 갇힙니다. 이를 '미생물에 의한 인산 고정'이라고 한다.
서서히 방출: 미생물이 수명을 다해 죽으면, 그 몸속에 있던 인산이 다시 토양으로 나온다. 이것은 화학적으로 굳는 것과는 달라서, 식물에게는 천천히 공급되는 '완효성 비료' 역할을 하게 된다

 

균의 처리 속도보다 빠른 축척의 문제

비료를 뿌리자마자 몇 시간에서 며칠 내에 화학적 결합이 일어난다. 미생물이 번식하고 유기산을 내뿜어 단단한 결합을 끊는 데는 수주에서 수개월이 걸린다.

식물에 필요한 인산대비 유효인산으로 만드는 처리속도가 느릴 경우, 인산 비료를 더 많이 뿌리게되고 불용성 인산은 더 많이 만들어진다. 인산이 토양 속의 철(Fe), 아연(Zn), 구리(Cu), 망간(Mn) 등과 결합하여 굳어버리면, 식물은 오히려 이 미량원소들이 부족해지는 결핍 증상을 겪게 된다.