Legume intercropping outperforms gramineous intercropping in improving soil multifunctionality of oil-tea agroforestry systems

중국 남부의 조용하고 습한 언덕에는 광활한 유차(oil-tea) 나무 농장이 펼쳐져 있으며, 이들의 짙은 녹색 잎은 식용유와 농촌의 번영을 향한 약속을 품고 있다. 수십 년 동안 이 나무들은 단일 작물 재배 방식인 모노컬처(monoculture) 방식으로 줄지어 심겨 왔다. 이러한 방식은 관리를 단순하게 만들지만, 나무 아래의 땅에는 보이지 않는 비용을 치르게 하는 경우가 많다. 동일한 작물을 지속적으로 심는 것은 토양을 고갈시켜, 물을 보유하거나 영양분을 순환시키거나 식물의 건강에 필수적인 미생물 생태계를 지원하는 데 어려움을 겪는 지친 매질로 만든다. 이를 해결하기 위해 농부와 과학자들은 같은 밭에 서로 다른 식물을 함께 기르는 고대의 관습인 간작(intercropping)으로 눈을 돌렸다. 그 아이디어는 서로 다른 식물은 각기 다른 필요와 습성을 가지고 있으며, 이들을 짝지어줌으로써 마치 도구를 나누어 쓰는 이웃처럼 서로를 도울 수 있다는 것이다. 하지만 모든 이웃이 평등한 것은 아니다. 콩과 식물처럼 공기 중의 질소를 끌어와 토양에 공급하는 것으로 유명한 식물이 있는가 하면, 풀(grasses)처럼 빽빽하고 섬유질이 많은 뿌리로 흙을 붙잡아 두는 것으로 알려진 식물도 있다. 현대 농업이 직면한 질문은 단순히 두 작물을 함께 심는 것이 도움이 되느냐가 아니라, 어떤 구체적인 조합이 토양의 복잡하고 살아있는 건강을 회복하는 데 가장 효과적인가 하는 점이다.

중남림업대학교(Central South University of Forestry and Technology)와 닝보대학교(Ningbo University)의 연구팀은 후난성의 유차 농장에서 이 질문에 답하기 위해 나섰다. 그들은 2019년에 장기 실험을 구축하여, 유차 나무를 단독으로 재배하는 구역과 옥수수나 페스큐 같은 풀을 함께 재배하는 구역, 그리고 대두나 알팔파 같은 콩과 식물을 함께 재배하는 구역으로 나누었다. 2년 동안 그들은 토양의 조밀도와 수분 함량부터 그 안에 살고 있는 박테리아와 균류라는 보이지 않는 세계에 이르기까지 모든 것을 정밀하게 측정하며 의료 검진과 같은 정밀도로 토양을 모니터링했다. 그들은 토양의 '다기능성(multifunctionality)'의 징후를 찾았는데, 이는 토양을 단일 물질이 아니라 영양분 재활용, 사체 분해, 산도 완충, 다양한 생명체 지원 등 여러 가지 일을 동시에 수행할 수 있는 바쁜 공장으로 취급하는 개념이다. 연구진은 서로 다른 구획을 비교함으로써, 단순히 두 번째 작물을 추가하는 것만으로 충분한지, 아니면 특정 식물의 종류가 더 중요한지를 확인하고자 했다.

결과는 명확하고 결정적이었다. 두 유형의 간작 모두 나무를 단독으로 재배할 때보다 토양을 개선했지만, 콩과 식물을 심은 구역이 풀을 심은 구역보다 상당한 차이로 앞섰다. 콩과 식물 아래의 토양은 훨씬 더 활발하고 효율적인 생태계가 되었다. 이곳은 식물 성장에 필수적인 영양소인 가용 질소와 인을 더 많이 보유하고 있었으며, 미생물 생명체로 북적였다. 연구진은 콩과 식물이 유기물을 분해하고 영양분을 방출하는 생물학적 도구인 토양 효소의 활동을 촉진한다는 것을 발견했다. 이러한 생물학적 부스트는 박테리아와 균류의 더 복잡하고 상호 연결된 공동체로 이어졌으며, 이는 토양이 단순히 더 풍요로워진 것이 아니라 더 회복력이 높아졌음을 시사한다. 콩과 식물 구역은 여러 기능을 동시에 수행하는 토양의 전반적인 능력에서 상당한 증가를 보였다.

반면, 풀 간작은 생물학적이라기보다는 물리적인 측면에서의 다른 종류의 이점을 제공했다. 풀의 빽빽하고 섬유질이 많은 뿌리는 압축된 토양을 느슨하게 만들어 공기와 물이 이동할 수 있는 공간을 만드는 데 도움을 주었다. 이는 토양의 구조와 영양분을 붙잡는 능력을 개선하여 환경적 스트레스에 대한 완충제 역할을 효과적으로 수행했다. 그러나 이 방식은 콩과 식물만큼의 생물학적 활동이나 영양분 순환을 일으키지는 못했다. 풀 구역은 미생물 군집에서 완만한 변화만을 보였으며 질소와 인의 공급을 유의미하게 높이지 못했다. 이 연구는 모든 간작이 똑같이 유익하다는 생각을 명시적으로 배제했다. 대신, 동반 식물의 기능적 정체성이 결과를 결정한다는 것을 보여주었다. 콩과 식물은 생물학적 투입과 영양분 순환을 통해 개선을 주도하는 반면, 풀은 주로 물리적 조절을 통해 작용한다.

연구진은 이 모든 서로 다른 측정값들을 하나의 점수로 결합하는 방법을 사용하여 전체적인 그림을 볼 수 있게 했다. 그들은 콩과 식물 구역이 일관되게 더 높은 다기능성 점수를 달 ದಾಖ는 것을 발견했다. 이것은 단순히 한 가지 요소가 더 많은 문제가 아니라, 영양분 공급, 미생물 다양성, 효소 활동이 서로 협력하여 더 건강한 환경을 조성하는 체계적인 개선이었다. 연구는 질소를 고정하고 분해하기 쉬운 식물 재료를 제공하는 콩과 식물의 능력이 핵심 동력이었음을 확인했다. 이 재료는 토양 미생물의 먹이가 되었고, 이는 다시 유기물의 분해와 영양분 방출을 가속화하여 풀이 스스로는 재현할 수 없는 긍적인 피드백 루프를 만들어냈다.

이러한 발견은 유차 농장 및 유사한 시스템을 가진 전 세계의 지속 가능한 농업을 위한 명확한 경로를 제시한다. 연구는 진정으로 퇴화된 토양을 복원하기 위해서 농부들이 단순히 두 번째 작물을 심는 행위를 넘어, 그 작물의 구체적인 특성을 고려해야 한다고 제안한다. 지치고 영양이 부족한 토양의 경우, 콩과 식물을 심는 것이 토양의 생물학적 엔진을 가동하는 데 가장 효과적인 전략으로 보인다. 딱딱하고 압축된 토양의 경우, 풀이 필요한 물리적 완화 기능을 제공할 수 있다. 이 연구는 한 가지 방법이 마법 같은 만병통치약이라고 제안하는 것이 아니라, 적절한 식물을 특정 문제에 맞추는 것이 성공의 열쇠라고 말한다. 콩과 식물을 선택하여 영양분 순환과 미생물 생명력을 높임으로써, 농부들은 단순히 작물을 유지하는 수준을 넘어 그들 전체 시스템이 의존하는 토대를 적극적으로 재생할 수 있다. 이 연구는 공간을 공유하는 것을 넘어 땅을 적극적으로 치유하는 동반 식물을 선택하는 것에 대한 과학적 근거를 제공한다.