다양한 미생물 군집이 참여하여 혐기성 상태에서 토양의 유기물이 분해되는 과정이 전자수용체의 존재에 따라 달라질 수 있다. 이를 연구하기 위해 오염된 연못과 갯벌, 청정 연못과 갯벌, 그리고 유기 농법과 관행 농법에서의 논토양을 채집하여 화학적 성분과 황산염 환원률, 황산염 환원균수, 황화수소 생성량을 측정하였다. 이를 통해 담수와 해수의 혐기 환경토양, 그리고 오염된 혐기환경토양과 청정 혐기환경 토양에서의 황산염환원에 대한 상관관계를 종합적으로 탐색하였다.
<h1>서 론</h1> <p>혐기성 상태를 유지하는 물에 잠긴 토양의 유기물 분해는 매우 복잡하며 여러 미생물 군집이 관여하는 일련의 동조된 과정에 의해 일어난다. 다양한 미생물에 의해 고분자 물질이 단량체로 분해된 후, 분해된 단량체는 Clostridium, Lactobacillus, Acetobacter 속의 일차적인 발효세균에 의해 휘발성 지방산, 알콜, 초산, 개미산, 수소, 이산화탄소 등으로 발효된다. 그리고 이들에 의해 생성된 초산, 개미산, 수소, 이산화탄소는 메탄생성세균에 의해 직접 메탄으로 전환하지만, 그 외의 발효 산물들은 이차적으로 발효균들의 대사활동으로 초산이나 수소, 이산화탄소로 다시 전환된 후 메탄생성에 이용된다.</p> <p>그러나 질산염, 철, 망간, 황산 등의 전자수용체가 존재하면 유기물의 혐기성 분해과정이 달라진다. 질산염이 존재하면 탈질(denitrification)과정으로 유기물이 분해되고, 철과 망간과 같은 금속이온이 존재하면 금속이온을 환원하며 에너지를 얻고, 황산염이 존재하면 최종 전자수용체로 황산염을 이용하는 혐기성 세균인 황산염 환원세균(sulfate-reducing bacteria, SRB)에 의해 황화수소를 생성하며 에너지를 획득한다. 그리고 실제 이들 과정들이 메탄 생성보다 열역학적으로 우수하므로 이 전자수용체들이 존재하면 이들을 이용하는 방향으로 분해가 진행된다. 하지만 일반적으로 혐기성 환경을 유지하는 물에 잠긴 토양은 질산염의 농도가 매우 낮고, 철과 망간 등의 금속이온은 고체 상태나 낮은 농도로 존재하기 때문에 이 두과정은 혐기성 환경의 미생물 활성에 크게 영향을 주지 못한다. 따라서 혐기환경에서 나타나는 가장 일반적인 탄소순환 과정은 메탄생성(methanogenesis)과 황산염 환원 과정이 일어난다. 보통 담수에서는 황산염의 농도가 낮아 메탄생성이 주로 일어나고, 해양과 염습지는 적당량의 황산염이 함유되어 있기 때문에 유기물 분해의 \( 70 \% \)까지 황산염 환원과정으로 진행된다. 이에 따라 해양의 황산염 환원 연구는 갯벌, 염습지를 대상으로 그 연구가 비교적 많이 진행되고 있지만, 황산염을 적게 함유하고 있는 담수 토양의 황산염 환원 연구는 거의 이루어 지지 않고 있다. 그러나 일부 연구 결과 담수도 해수만큼 황산염 환원이 많이 이루어지고 있는 것으로 확인되고 있다.</p> <p>본 연구는 오염된 연못과 청정 연못, 오염된 갯벌과 청정 갯벌, 유기 농법 논과 일반 관행농법의 논토양을 채집하여 이들 토양의 화학적 성분과 토양에 따른 황산염 환원률(sulfate reduction rate, SRR)과 황산염 환원균수, 황화수소 생성량을 측정하여 담수와 해수의 혐기 환경토양, 그리고 오염된 혐기환경토양과 청정 혐기환경 토양에서의 황산염환원에 대한 상관관계가 있는지를 전체적으로 조사하고자 하였다.</p> <h1>재료 및 방법</h1> <h2>토양 시료 및 사용배지</h2> <p>토양 시료는 유기농의 경우 친환경농법으로 인증된 충청남도 당진, 예산, 청양의 논에서, 관행농법(농약) 토양은 충북 청원과 충남 당진의 논에서, 청정담수의 토양은 주변 환경이 산으로 둘러 싸여 오염원이 적은 것으로 판단되는 충북 옥천과 영동, 충남 청양의 저수지에서, 오염담수는 오래된 낚시터와 주변 환경이 식당이나 산업단지에 인접해 있어 오염에 노출된 것으로 판단되는 충북 옥천과 대전광역시에 위치한 저수지 토양을, 그리고 청정 갯벌은 충남 서산의 구도리 주변의 갯벌 토양을, 오염 갯벌은 전남 광양의 석유화학단지 주변의 갯벌 토양을 채취하여 사용하였다. 시료 채취 시기는 논토양의 경우 벼의 생육에 따라 미생물 군집이 영향을 받으므로 모내기 직후인 6월과 장마가 끝난 후인 8월, 벼가 익어가는 10월, 그리고 추수 후인 11월에, 담수와 갯벌 토양은 6월, 8월, 10월, 12월 총 4회에 걸쳐 토양을 채취하였고, 혐기성 배양은 basal carbo-nate-yeast extract-trypticase (BCYT) 배지를 기본 배지로 사용하여 실온에서 배양하였다.</p>