산성 토양 속 고세균이 지구온난화 부추긴다

중앙일보

입력

강찬수 기자

고세균의 일종인 니트로조테누이스 충부켄시스(Nitrosotenuis chungbukensis) MY2 균주. 산성 토양 속에서 온실가스인 아산화질소를 생성하는 것으로 확인됐다. [사진 국립생물자원관]

토양이 산성화되면 토양 속의 암모니아가 온실가스인 아산화질소로 바뀌어 대기 중으로 방출된다는 사실이 국내 연구진에 의해 처음으로 밝혀졌다.

아산화질소의 지구온난화 잠재력(GWP)은 대표적인 온실가스인 이산화탄소의 약 265배나 된다.
비료 남용이나 축산폐수 오염, 산성비 등으로 인한 토양 산성화가 지구온난화로 이어질 수 있음을 규명한 것이다.

환경부 소속 국립생물자원관(관장 배연재)은 국내 토양에서 분리한 고세균(古細菌, Archae) 연구를 통해 토양이 산성화됨에 따라 고세균이 아산화질소(N2O, Nitrous oxide)의 발생을 증가시키는 것으로 확인됐다고 9일 밝혔다.

이번 연구는 이성근 충북대 미생물학과 교수와 오스트리아 빈 대학의 미카엘 바그너 교수 등이 함께 진행했으며, 연구 결과를 담은 논문은 국제학술지 '네이처'의 자매지인 '국제미생물생태학회지(The ISME Journal)' 6월호에 게재됐다.

일반적으로 축산폐수나 비료 투여, 유기물 분해, 질소고정(콩과식물의 뿌리혹박테리아에 의한 작용) 등의 과정을 거쳐 토양에 들어온 암모니아는 미생물에 의해 질산으로 전환된다. 이를 질산화(Nitrification)라고 한다.
질산화가 계속되면 토양은 강한 산성을 띠게 된다.

질산화와 탈질화 과정 [자료 국립생물자원관]

하지만, 토양이 과도하게 산성화되면 암모니아가 질산으로 전환되지 못하고 탈질화(脫窒化, Denitrification) 과정을 겪게 된다.
탈질화는 질소 기체(N2)가 될 때까지 진행되며, 아산화질소는 탈질화의 중간 산물로 생성된다.

연구진은 이번 연구를 통해 산성 조건에서 질산화가 억제됨에 따라 고세균이 아산화질소를 만든다는 것을 처음 규명했다.
특히, 산소를 이용하지 않는 조건에서 고세균은 산성화가 심할수록 아산화질소를 더 많이 만든다는 사실도 밝혀냈다.

토양이 중성(pH 7)일 때는 고세균이 아산화질소 생산 기여도가 5% 미만이었지만, 강한 산성(pH 5.5)일 때는 아산화질소 생산 기여도가 50% 이상으로 증가했다.
일반 세균의 경우는 약한 산성(pH 6.5) 토양에서 아산화질소 생산 기여도가 5% 미만이었지만, 고세균은 10% 이상을 보였다.

이산화탄소의 온난화 잠재력을 1로 잡았을 때 아산화질소는 온난화 잠재력이 265이나 될 정도로 강력한 온실가스다.
메탄(CH4)의 온난화 잠재력이 28인 것과 비교해도 큰 수치다. 아산화질소의 배출을 무시할 수 없는 이유다.

산성 조건에서 고세균의 아산화질소 생성(탈질) 기여율(붉은색). pH 5.5의 강한 산성 토양에서 탈질 기여율은 50%를 웃돈다. [자료 국립생물자원관]

이병희 국립생물자원관 미생물자원과 연구관은 "지구 전체의 경작 가능한 토양 가운데 절반이 강한 산성 환경인 점에 비춰 이번처럼 미생물이 기후 변화에 미치는 영향을 지속해서 연구할 필요가 있다"며 "고세균이 질소 순환에서 어떤 역할을 하는지에 대한 후속 연구도 필요하다"고 말했다.

강찬수 환경전문기자 kang.chansu@joongang.co.kr