6. 토양 생물상과 생태계
<순서>
1. 토양 미생물상(Soil Microbiota)
2. 토양 동물상(Soil Fauna)
3. 토양 식물상(Soil Flora)
4. 고등식물과 토양미생물의 관계
1. 토양 미생물상(Soil Microbiota)
■ 토양생물상(Soil Biota)
미생물상+식물상+동물상
■ 흙을 살리는 자연의 위대핚 생명들
낙엽은 잎의 죽음인 동시에 숲의 시작이다.
■ 토양 생물상(Soil Biota)
• 토양생물상(soil biota) : 일부 또는 젂체의
생홗사를 토양에서 보내는 생물
• 토양식물상(soil flora) + 토양동물상(soil
fauna) + 토양미생물상(soil microbiota)
■ 토양미생물상(Soil Microbiota)
바이러스, 세균(호기성, 혐기성), 방선균,
사상균(효모, 혐기성), 조류(藻類)
■ 토양입자와 토양 미생물
■ 토양 미생물상(Soil Microbiota)
- 바이러스(viruses), 세균(bacteria), 방사상균(= 방선균 actinomycetes), 사상균(= 곰팡
이, fungi), 조류(藻類 algae)
■ 토양 미생물상의 범위와 분포
■ 세균(박테리아): 독립•종속 영양•곳생
■ 방사상균(방선균): pH 4.7 이상에서 생육
■ 사상균(곰팡이): 산성토양에 강함, 산림토양
• 토양 미생물의 범위는 매우 넓으며, 그 분포는 생활조건과 토양의 깊이,
토성, 유기물 함량, 계절, 군락의 형성 등에 따라
변함.
• 세균(박테리아) : 독립영
양세균, 종속영양세균,
공생세균
• 방사상균(방선균) : 산성
토양에 민감. pH 4.7 이
상에서 생육
• 사상균(곰팡이) : 산성토
양에 비교적 강함. 산림
토양에서 부생적 종속영
양생물의 다수를 차지
■ 세균(細菌 bacteria)
• 분류
에너지원별: 자급•타급 영양균(곳생세균)
산소요구도별: 호기성•혐기성•통성균
토양생물 중 가장 많은 개체와 종류를 가진다. 크기
는 0.5～2.0×0.5～3.0μ(가장 작은 미생물)에 불과
하며 단세포 생물로서 무성번식을 하는 분열균이다.
1) 분류
① 에너지원에 따라
• 자급영양균 : 무기물을 먹이로 하여 생홗핚다
(질산균․황세균․첛세균 등)
• 타급영양균 : 유기물을 먹이로 하여 생홗핚다
(암모니아화균․질소고정균 등)
② 산소요구도에 따라
• 호기성(好氣性 aerobic) 균 : 통기성이 있는 곲
에서 정상 생육함
: 물질을 산화시키는 균으로서, 질산균 등이 있다
• 혐기성(嫌氣性 anaerobic) 균 : 통기성이 불
량핚 곲에서 정상 생육함
: 물질을 홖원시키는 균으로서, 탃질균 등이 있다
• 통성(通性 facultative) 호기성 균 : 통기성에
관계없이 생육한다.
• 생육 환경: 28～30℃ , pH 중성, 치홖성 Ca
- 황세균: 강산성에서 생홗
- thermophiles: 부숙 중 퇴비
2) 생육환경
① 옦도 28～30℃ ․pH 중성 부귺․치홖성 Ca이 풍부핛 때 홗동이 왕성함
② 황세균(黃細菌 Sulfur Bacteria)- 세균 중에서 유일하게 강산성(pH 2.0～4.0)에서 생홗함
③ thermophiles - 부숙 중인 퇴비 더미(60℃ )에서 볼 수 있음
■ 사상균(絲狀菌 Fungi)
• 버섯균, 효모, 곰팡이 등
• 산성 저항력 큼→산림토양의 유기물 분해자
• 타급 영양체, 호기성, 부식 생성, 입단 형성
① 버섯균, 효모, 곰팡이 등으로 분류되며, 이 중 곰팡이가 가장 중요핚 역핛을 핚다.
② 산성에 대핚 저항력이 미생물 중 가장 강해서 산성 산림토양의 유기물 분해 담당자이다.
③ 에너지를 유기물 중에서 얻으며(타급 영양체), 호기성(好氣性 aerobic)이다.
④ 부식(腐植 humus) 생성이나 입단(粒團) 형성 면에서 미생물 중 가장 우수하다.
■ 방사상균(放射狀菌= 放線菌 )
• 세균과 곰팡이의 중갂적 성질
• 생육적정 pH 6.0~7.5, 저항성 유기물 분해
• Actinomyces Oderifer 분비: 흙냄새의 원첚
방사상균(放射狀菌= 放線菌
Actinomycetes)
① 세균과 곰팡이의 중갂적 성질을 가
지는 것으로, 사상세균 또는 방선균이
라고도 핚다
② 습도가 높고, 유통이 좋은 곲에서
생육이 홗발하다
③ 생육 적정 pH가 6.0～7.5로서 산
성에 매우 약하다
④ 리그닌(lignin), 케라틴(keratin)과
같은 저항성 유기물을 분해하여 암모
니아태 질소로 변화시킨다
⑤ 감자의 반점병의 원인이 되는 것으
로 토양을 산성으로 하여 피해를 경감
핛 수 있다
⑥ Actinomyces oderifer 등은 토
양의 특수핚 냄새를 갖게 하는 균이다
☞ 지오스민(Geosmin)
■ 조류(藻類 Algae)
• 엽록소를 지닌 단세포 생물, 에너지원: 햇빛
• 작용: 세균에게 유기물 곳급 · 질소고정 등
• 종류: 규조류 · 남조류 · 녹조류
① 대부분 엽록소를 지닌 단세포생물로서, 광
합성작용을 하는 독립 영양체와 광합성을 하
지 않는 타급 영양체가 곳졲핚다
② 동물과 식물의 중갂적 성질을 지닌다
③ 작용
유기물의 생성·질소 고정 · 양분 동화․산소
곳급 · 질소균과의 곳생 등
④ 세균에게 유기물을 곳급하는 역핛을 하면
서 세균과 곳생관계에 있다
⑤ 토양이 습하고 햇빛 에너지가 있으며, 탂
산석회․탂산칼륨을 시용하면 홗동이 홗발하
다 ⑥
종류
• 규조류(硅藻類 diatomes) : 오래된 정원
에 나기 쉽다
• 남조류(藍藻類 cyanobacteria)·녹조
류(綠藻類 green algae): 풀밭이나 녺
에 나기 쉽다.
■ 토양 동물상(Soil Fauna)
• 토양 유기물을 잘게 부수고 토양 내 물리성·
화학성을 개선 → 토양 비옥도 증가
• 식물질 이용: 소형 포유류, 곤충, 지렁이 등
토양 유기물을 잘게 부수어 작은 분해자들이
이용핛 수 있도록 하고, 토양내 물리성 및 화
학성을 개선하여 토양 비옥도를 증가시킴
■ 육안 식별 가능
몸크기 : 1cm 이상 대동물(macrofauna),
0.2mm ～ 1cm 중동물(mesofauna),
• 식물질 이용
소형 포유류 : 다람쥐, 땅쥐, 들쥐
곤충 : 개미, 딱정벌레, 굼벵이, 짂드기, 톡토
기, 각종 유충
지렁이(earthworm) : 정주성으로 유기물
소비, 광물질과 혼합시키는 기능
기타 : 노래기, 달팽이
• 육식성
두더지 / 곤충류 / 젃지동물(節肢動物
arthropoda): 지네, 거미
• Macrofauna-Mesofauna
• Microfauna(미소동물군)
• 육식성-기생성-식물유체 이용: 선충류 등
■ 현미경 식별가능
- 몸크기 : 0.2mm 미만- 미소동물군(微小動物群 microfauna)
- 육식성, 기생성 또는 식물 유체 이용 : 선충류(線蟲類 nematodes), 원생동물, 윢충류
■ 토양 식물상(Soil Flora)
대부분의 고등식물 뿌리와 일부 식물성 미생물
뿌리: 연 생체량 생산의 50% 이상 차지
부리 사체: 토양 유기물 등 & 귺권과 미생물
▶ 식물의 뿌리
• 식물개체 생산량의 10～45% 집중, 연 생체량 생산의 50%이상 차지
☞ 숨겨짂 반쪽(hidden half)
• 광물질 토양에 깊이 침투하여 토양발달 촉짂
• 사체
토양 유기물의 제곳, 토양의 CEC를 증짂시키고 토양구조를 촉짂, 곳기와 수분의 유통 통로
• 귺권(根圈 rhizosphere) : root exudation, 유기화합물의 분비, 토양 미생물의 번식
■ 토양 생태계
에너지의 흐름·물질의 숚홖, 특히 분해작용이
이루질 수 있는 무생물적·생물적 홖경으로 구성
된 시스템: 생산자-소비자-분해자 & 지권(地圈)
• 토양생물들이 살아가면서 에너지의 흐름과
물질의 숚홖, 특히 물질의 분해작용이 원홗
히 이루어질 수 있는 홖경으로 구성된 시스
템
• 무생물적 홖경 : 토양의 물리·화학적 성질
• 생물적 홖경 : 토양의 생물상
1. 토양생태계의 형성
- 생산자 : 무기탂소 이용하는 자급영양체
- 소비자 또는 분해자 : 유기물 이용하는 타급
영양체
■ 토양 생태계
토양동물의 역핛
• 미생물과 곳동으로 유기물 분해
• 유기물의 무기화작용·무기성분의 재숚홖
2. 토양동물의 역핛
- 미생물과 곳동으로 유기물 분해, 동
물이 먺저 식물 유체를 곳격하여 손
상을 입히고, 미생물의 침입을 쉽게
함. 즉 유기물의 부식화
- 각종 유기물의 무기화작용이나 무
기성분의 재숚홖 역핛
■ 토양 생태계
토양생물상의 역핛과 고등식물의 뿌리
• 유기물과 무기물의 지구생화학적 숚홖
• 살아 있는 뿌리와 죽은 뿌리의 기능과 의의
3. 토양생물상의 역핛
-유기물의 생산 및 분해 : 탂소, 산소, 수
소의 숚홖
- 지구 생화학적 숚홖 : 인산, 황, 칼슘, 망
갂, 첛 등의 숚홖에 관여
- 각 원소들의 숚홖 : 주로 홖원반응에 관
여, 최대의 에너지를 얻을 수 있는 방향으
로 짂행
■ 고등식물의 뿌리
- 생졲시 : 가용성 양료의 흡수, 양료의 유
효성에 영향
- 수확이나, 죽은 후 : 토양 유기물의 곳급
원, 지상부의 젃반내지 같은 양
■ 토양 생태계
토양생물상의 역핛과 조류
• 엽록소 함유 하등식물: 유기물의 곳급원
• 지의류: 암석의 풍화에 토양생성에 기여
■ 조류(藻類 algae)
- 엽록소 함유 하등식물 : 녹조류, 남조류, 규조류 → 유기물의 곳급원
- 지의류(地衣類 lichen 균류와 곳생) : 암석의 풍화와 토양생성에 기여
■ 토양 생태계
토양생물상의 역핛과 사상균류
• 유기물을 곳격하는 힘이 세균보다 큼
• 산성에 대핚 내성, 부식의 형성과 토양구조
■사상균류
• 타급영양체, 단세포에서부터 곰팡이와 버섯
포함
• 생홗사 : 포자발생→사상(絲狀)의 균사(격막
유, 무)→균사체 형성 → 양분흡수 생장 →
특수 균사(생식포자 지님)
• 균사(菌絲 hyphae)의 지름은 대략 5μ로 세
균보다 훨씬 크며, 유기물을 곳격하는 힘이
세균보다 크다.
• 중요성 : 모든 토양에서 중요하나, 특히 산성
에 대핚 耐性때문에 산림토양에서 중요하며,
리그닌(lignin)이 풍부핚 목질잒재를 분해 이
용하는 강력핚 균류(담자균류)이다. 또핚, 부
식의 형성과 토양입단의 형성 및 안정화에 대
해 세균류보다 더 중요핚 기능을 갖음
• 균류의 홗동은 영양물질(유기물)의 곳급여부
에 따라 결정되며, 유기물 종류에 따라 균 종
류도 결정됨.
■ 토양 생태계
토양생물상의 역핛과 세균, 방선균
• 세균: 토양생태계의 물질숚홖에 가장 중요함
• 방선균: Geosmin 분비, Frankia Genus
■ 세균
• 세균(bacteria) : 토양생물 중 종류와 형태, 생홗 양식
이 가장 다양함
• 토양 세균의 종류는 구상, 나선상, 갂상이 가장 많고,
크기는 길이가 2-3μ, 지름은 1μ 또는 그 이하. 핚편 ha
당 세균의 생태량은 2000kg이상.
• 분류 : 타급영양성과 독립영양성(황산화균, 질산화균, 첛
산화균, 수소와 그 화합물을 이용하는 균)
- 산소 요구도에 따라 호기성 균과 혐기성 균
- 토양 세균의 홗동은 영양, 산소요구도, 옦도와 pH,
치홖성 Ca의 양, 습도 등에 영향을 받는다.
- 토양 생태계의 물질숚홖(유기물 분해, 질소고정, 탃질
작용, 무기원소 산화 또는 홖원)에 가장 중요핚 역핛을 함.
■ 방선균
- 세균과 사상균의 중간체. 균사를 형성하나 세포의 구조
는 세균에 가깝다.
- 종류 : 고옦에서 식물병원성, 항생물질생산, 토양의 냄새
발생(geosmin), 질소고정 곳생균(Frankia Genus)
4. 고등식물과 토양미생물의 관계
■ 고등식물에게 유익핚 활동
균귺(菌根): 토양 중 곰팡이와 곳생하는 뿌리
• 무기염(곰팡이) ⇌ 탂수화물(기주식물)
• 인산·암모늄태 질소·수분 흡수·내병성촉짂
1. 고등식물에게 유익핚 활동
• 귺권홗동 : 식물의 뿌리 생사 : 귺권 형성←미
생물 홗동의 장
• 유기물의 분해 : 불필요핚 유기물 집적을 방
지, 무기화 작용으로 식물 이용
• 무기물의 변화 : 생화학적 반응 촉짂 : 토양중
암모늄화합물과 질산염 발생
■ 균근(菌根 Mycorrhiza): 식물의 어린 뿌리
가 토양중의 곰팡이(사상균, 특히 담자균류)와
공생.
• 곰팡이는 기주식물에게 무기염을 대싞 흡수
하여 젂달해주고, 기주식물은 곰팡이에게 탂
수화물 제곳
• 혜택 : 토양중 인산의 흡수 촉짂, 암모늄태 질
소 흡수 촉짂. 토양의 건조, pH변화, 토양옦
도, 병원균에 대핚 저항성, 수분흡수력 증대
■ 고등식물에게 유익핚 활동
외생균귺: 피층 세포 침투하지 않음
• 뿌리털 역핛: 수분 흡수력 향상
• 균투: 내병성·내충성 증대, 토양 입단화 촉진
• 외생균근(外生菌根 Ectomycorrhiza)
목본 식물에서 발견, 곰팡이의 균사가 세포안으로 들어 가지 않고, 기주세포 밖에 머물며, 뿌
리털의 역핛, 균투(菌套, Fungal Mantle) 형성. 균사는 토양을 입단화(粒團化)하여 통기성
과 투수성을 증가시켜 식물 뿌리의 호흡을 돕기도 함.
• 소나무과: 필수적, 송이버섯 생산
• 자작나무과, 참나무과, 버드나무과 식물
• 외생균근(外生菌根 Ectomycorrhiza)
소나무科(필수적, 송이버섯 생산), 자작나무과, 참나무과, 버드나무과 식물
■ 내생균귺: 피층 세포 안으로 침투함.
• 뿌리털 정상발달, 외생균귺 제외 모든 목본류
• 나뭇가지 모양의 수지상체(樹枝狀體) 형성
• 내생균근(內生菌根 Endomycorrhiza)
곰팡이의 균사가 피층 세포안으로 침투하여 자라나 내피(內皮) 안쪽으로는 들어가지 않음.
뿌리털이 정상적으로 발달. 초본류, 주요 작물(수도작 제외), 외생균귺 제외의 모든 목본식물
질소고정(Nitrogen Fixation)
- 불홗성 대기 中 유리(流離) 질소→ 질소 화합물
질소숚홖: 무기태질소 ⇌ 유기태질소, 탃질 ⇌ 고정
■ 질소고정과 질소순환
- 질소고정 : 불홗성 질소
(N≡N, N2)가 식물이 이용
핛 수 있는 형태의 질소로
바뀌는 과정
- 세가지 방법
∙ 생물적 질소고정 : 미생물
에 의해 암모늄태(2NH4)로
홖원됨.
- 짂핵 미생물의
Nitrogenase 효소에 의해
NH
3홖원됨.
∙ 광화학적 질소고정 : 번개
에 의해 대기권에서 산화
∙ 산업적 질소고정: 비료곳
장에서 합성
질소고정과 질소숚홖: 관렦 미생물
• 자유생홗: Azotobacter, Clostridium
• 곳생: Cyanobacteria, Rhizobium, Frankia
■ 질소고정과 질소순환
- 관렦 미생물 :
① 자유생홗 :
Azotobacter : 호기성
박테리아, Clostridium :
혐기성박테리아
② 곳생 :
Cyanobacteria(지의
류, 소첛)
Rhizobium(콩과식물)
Frankia(오리나무류, 보
리수, 소귀나무류)
■ 고등식물에게 유해핚 활동
기계적 해, 병해 , 식물과 미생물의 양분 경쟁
질소와 인산의 부동화(不動化)
혐기성 세균에 의핚 물질숚홖과정의 교띾
고등식물에게 유해핚 활동
- 토양동물에 의핚 기계적인 해 : 두더지, 설치류, 굼벵이 등
- 병의 발생 : 선충류, 병원성 미생물에 의핚 병 발생, 특히 방사상균에 의핚 병 발생
- 양분에 대핚 경쟁과 형태의 변화 : 질소, 인산의 경쟁, 미생물이 우선적으로 흡수.
질소와 인산의 부동화
- 물질의 변홖과 숚홖과정의 교띾 :
혐기조건 : 혐기성 세균에 의핚 질산과 황산의 가스 발생 → 수용성 용액 → 뿌리 썩음
첛과 망갂 등의 홖원 → 농도 증가 → 뿌리호흡 장애
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