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비료에 함유된 특수 박테리아는 온실가스인 N2O를 분해할 수 있다.

농부들이 아산화질소 배출을 줄일 수 있는 방법
비료에 함유된 특수 박테리아는 온실가스인 N2O를 분해할 수 있다.

미생물 도우미:
농업용 비료에는 질소가 포함돼 있어 아산화질소로 더 잘 알려진 온실가스인 아산화질소(N2O)를 원치 않게 배출한다. 그러나 연구자들이 “Nature”에서 보고한 것처럼 이는 피할 수 있다. 농부들이 N2O를 소비하는 박테리아가 포함된 비료를 사용함으로써 아산화질소 배출을 크게 줄일 수 있다. 이 기술은 유망하지만 아직 모든 비료와 분야에 사용할 수는 없다. 

▲ 제1저자 Elisabeth Gautefall Hiis가 지상에서 온실가스 배출량을 실시간으로 측정하는 로봇을 들고 있다. © NMBU / Tonje Lindrup Robertsen

밭에 있는 식물에 충분한 질소를 공급하기 위해 농부들은 질산염이 포함된 천연 또는 합성 비료를 사용한다. 그러나 높은 수준의 사용으로 인해 현장에서 온실가스 아산화질소(N2O)가 부작용으로 배출되기도 한다. 이 아산화질소가 대기로 유입되면 기후 변화에 눈에 띄게 영향을 미칩니다. 그 효과는 CO2보다 약 300배 더 강하기 때문이다. 오존층도 손상된다.

토양의 박테리아는 이론적으로 이를 예방할 수 있다. 일부 박테리아는 대사 과정에서 특수 효소를 사용하여 다른 토양 미생물과 식물이 방출한 N2O를 질소(N2)로 전환할 수 있다. 그러나 현재 이러한 유용한 미생물을 농업에서 구체적이고 효과적으로 사용하여 배출을 줄이는 실질적인 방법이 부족하다. 경작지의 변동하는 환경 조건에서 이러한 박테리아 중 극소수만이 장기간 생존하기 때문이다.

▲ 실험실에서 연구원들은 유기 폐기물을 사용하여 N2O를 소비하는 박테리아가 포함된 비료를 생산했다. 그런 다음 이를 현장에서 테스트했다. © NMBU / Tonje Halvorsen Walde

클로아시박테리움(Cloacibacterium sp.) CB-01는 얼마나 효과적일까?

노르웨이 아스에 위치한 환경생명과학대학의 엘리자베스 히이스(Elisabeth Hiis)가 이끄는 연구팀은 이러한 박테리아를 밭에 안정적으로 적용할 수 있는 방법을 개발했다. 이를 위해 생물학자들은 박테리아 균주인 Cloacibacterium sp. CB-01.를 사용했다. 아산화질소를 비교적 천천히 소모할 수 있지만 다른 종에 비해 튼튼하다.

Hiis와 그녀의 동료들은 먼저 이틀 동안 바이오가스 플랜트의 폐기물에서 박테리아가 자라도록 허용했다. 그런 다음 그들은 이 박테리아 배양으로 세 개의 테스트 필드에 비료를 주고 그곳의 N2O 배출을 100일 동안 CB-01 없이 폐기물로 비료로 비료를 준 대조 필드와 비교했다. 생물학자들은 pH 값과 구성이 서로 다른 총 4가지 유형의 토양을 사용해 이러한 테스트를 수행했다.

▲ 그녀의 연구실에 있는 Elisabeth Gautefall Hiis. © NMBU / Tonje Halvorsen Walde

새로운 비료 공정으로 N2O 배출 감소

평가 결과에 따르면 박테리아 균주 CB-01은 토양 유형에 따라 논밭에서 아산화질소 배출을 50~95%까지 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 박테리아는 100일 후에도 토양에 여전히 존재하고 활동적이었지만 연구진이 발견한 바와 같이 실험 시작 시점보다 약간 적었다.

Hiis와 그녀의 동료들은 그들의 방법이 전체 성장 단계에 걸쳐 농업에서 N2O 배출을 줄이는 데 매우 적합할 것이라고 결론지었다. 그들은 이 기술이 비용 효율적이고 효율적이라고 강조한다. 생물학자들은 유럽 전역에서 박테리아가 포함된 비료를 사용하면 인간 활동으로 인한 아산화질소 배출을 최대 24%까지 줄일 수 있을 것으로 추정한다.

추가 연구가 필요함

그러나 이는 박테리아가 바이오매스의 천연 비료뿐만 아니라 합성 비료와 같은 모든 유형의 비료와 결합될 수 있다고 가정한다. 이것이 CB-01로 가능한지는 먼저 추가 조사가 필요하다. 변동하는 환경 요인에 더욱 효과적이고 견고해지기 위해서는 박테리아 균주를 더욱 최적화해야 할 수도 있다.

"이 접근법의 성공은 수많은 요인에 달려 있다”고 녹스빌에 있는 테네시 대학의 Guang He와 Frank Löffler는 연구에 동반된 논평에서 썼다. "예를 들어, 이 방법은 다양한 토양 유형, 관리 관행, pH와 같은 동적 생지화학적 특성은 물론 변동하는 기후 및 기상 조건에도 적합해야 한다.“
(Nature, 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07464-3)
출처: Nature

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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