복합 수소 농업: 토마토 품질과 토양 품질 개선을 위한 새로운 시너지 전략
가지과(Solanaceae)에 속하는 널리 재배되는 작물인 토마토는 중요한 환금 작물이자 우리 일상 식단에 필수적인 채소(과실채소)입니다. 현대 농업에서 온실 토마토는 우리 식탁에서 흔히 볼 수 있습니다.
그러나 심기 밀도 증가와 장기적인 토지 이용으로 인해 광범위한 개발 모델은 토양 영양 불균형, 염류화, 그리고 연속 재배 문제와 같은 심각한 문제를 야기했습니다. 지속 가능한 토양 생산성을 보장하면서 맛있고 영양가 있는 토마토를 재배하려면 어떻게 해야 할까요? 중국 농업대학교 연구팀은 생물학에서 새롭게 떠오르는 분야인 수소 생물학에 관심을 기울였습니다.
공동 수소 농업: 수소가 풍부한 물과 그 동맹
수소(H2)는 생리활성 분자로서 식물의 생리적 과정에 중요한 역할을 하며, 가뭄이나 고염분과 같은 다양한 스트레스를 견뎌내도록 도와줍니다. 안전하고 사용하기 쉬운 수소수(HRW)는 현장 관개에 적합한 형태로, 식물 생장을 촉진할 뿐만 아니라 작물의 품질을 효과적으로 향상시킵니다.
미생물 접종제는 인공적으로 배양된 유익 미생물의 혼합물로 만들어진 활성 물질로, 흔히 "토양 프로바이오틱스"라고 불립니다. 이 접종제는 토양 미생물 구조를 최적화하고, 병원균을 억제하며, 작물의 영양소 흡수를 촉진하여 비료 사용량을 줄이고 효율을 높이는 데 필수적입니다. 본 연구에 사용된 미생물 접종제는 자연에서 널리 발견되는 수지상균근균(arbuscular mycorrhizal fungi)을 주성분으로 합니다.
생물자극제는 작물 대사를 양방향으로 조절하고, 스트레스 저항성 기전을 유도하여 수확량과 품질을 향상시키는 물질입니다. 본 연구에서는 식물 세포벽의 핵심 성분인 유기 칼슘을 선택했습니다. 칼슘은 세포 구조를 유지하고 광합성 생성물의 이동을 촉진하는 데 필수적입니다.
강력한 조합: 수소가 풍부한 물과 그 동맹의 상승효과
연구팀은 먼저 수소가 풍부한 물과 미생물제를 결합한 처리(HM 처리)를 실시하고, 기존의 수돗물 관개(CK)와 미생물제만 처리한 경우(M)의 효과를 비교했습니다.
식물 생장 측면에서 HM 처리된 토마토는 우수한 생장 전략을 보였습니다. 생장 초기에 식물 키가 크게 증가하여 생장 우위를 빠르게 확보할 수 있었습니다. 생장 후반에는 줄기 직경을 늘리고 꽃차례 간격을 줄여 식물 형태를 최적화하고, 과실로의 영양분 전달을 원활하게 하여 착과율을 크게 높였습니다. 이러한 상승 효과는 과실 품질에도 유의미했습니다. 봄 토마토에서는 HM 처리가 대조군에 비해 비타민 C와 가용성 고형분 함량을 유의미하게 증가시켰습니다. 가을 토마토에서는 HM 처리가 당산비를 유의미하게 개선하고, 산도를 낮추며, 토마토 풍미를 향상시켰습니다.
더 중요한 점은 HM 처리를 통해 토양 pH와 EC(전기 전도도, 토양 염분 함량을 반영)가 크게 감소하여 중국 북부의 온실 토양에서 흔히 나타나는 염화 및 알칼리화 현상을 효과적으로 완화할 수 있었다는 것입니다.
연구진은 솔루션을 최적화하기 위해 수소가 풍부한 물과 미생물 접종제에 생물 자극제로 유기 칼슘(HMC 처리)을 첨가했습니다.
결과는 HMC 처리가 과실 품질 향상에도 새로운 수준을 달성했음을 보여주었습니다. 특히 봄철 첫 수확에서 HMC 처리구는 대조군에 비해 비타민 C 함량이 거의 50% 증가했고, 전체 과실 품질 지수는 104.4%나 크게 향상되었습니다.
HMC 처리는 토양 개량에도 가장 유의미한 결과를 보였습니다. 토양 pH와 EC를 현저히 감소시키는 동시에 토양 총질소와 유효칼륨을 현저히 증가시켰습니다. 가을 작물 토양의 유효칼륨 증가율은 최대 91.34%에 달했습니다.
중국 농업대학 연구팀의 이번 연구는 수소가 풍부한 물과 미생물 접종제를 함께 사용하면 토마토 생장을 효과적으로 촉진하고, 과실 품질을 향상시키며, 토양의 질도 개선할 수 있음을 명확히 보여줍니다. 유기칼슘과 같은 생물촉진제와 함께 사용하면 시너지 효과가 더욱 증폭되며, 특히 과실의 비타민 C 함량과 주요 토양 영양소 함량 증가에 가장 큰 효과를 보였습니다.
중국 농업대학에서 발견한 수소가 풍부한 물과 미생물 접종제, 생물자극제를 결합한 적용 패턴은 우리나라에서 고품질의 효율적인 온실 토마토 생산을 위한 실용적인 녹색 기술 참고 자료를 제공하고 미래 농업의 지속 가능한 발전을 위한 희망찬 청사진을 제시합니다.
