경쟁

활발하고 빠르게 자라는 덮개작물은 공간 및 빛과 양분, 습도를 놓고 풀과 한판 대결을 펼칠 수 있다. 이들이 자라는 동안, 경우에 따라서는 풀의 성장을 80-100%까지 줄일 수 있다니 놀랍지 않은가. 밭을 잠시 비워 놓았을 때 그 공간에 덮개작물을 "적시에" 재배하는 게 관건이다. 

• 작물을 수확한 뒤
• 겨울철
• 늦봄이나 여름에 다른 작물을 심기 전
• 작물을 심은 줄 사이의 공간이 넓을 때

따뜻한 토양에 심은 메밀(그림 1의 왼쪽), 콩, 동부는 2-3주면 땅을 덮을 수 있다. 이들의 "덮지붕"이 막 싹이 튼 작은 풀들을 그늘지게 해 성장을 방해한다. 여름이나 겨울에 토양의 수분과 양분에 적합한 수수-수단그라스, 다양한 조(그림 1의 오른쪽), 귀리, 호밀, 밀 같은 고밀도의 수염뿌리를 지닌 한해살이 풀들을 이용해 잡풀을 줄일 수 있다. 콩이나 넓은 잎을 지닌 작물을 조합하면 효과를 배가 시킬 수 있다(그림 2).

그림 1. 작물을 거두고 심은 지 15일 만에 땅을 뒤덮은 메밀(왼쪽). 오른쪽의 진주조는 많은 양의 바이오매스를 형성하고, 대부분의 잡초를 효과적으로 몰아냈다.

그림 2. 풀-콩과식물의 이중 덮개작물은 한 종류만 심을 때보다 더 효과적으로 풀과 경쟁할 수 있다. 겨울을 이용해 재배한 이덮개작물들은, 호밀이 고밀도의 수염뿌리를 이용해 겉흙을 헤집어 털갈퀴덩굴이 더욱 활발히 성장할 수 있도록 도와 지표면에 그늘이 짙게 드리우게 만들었다. 이렇게 덮개작물을 활용하면 풀들이 매우 적게 나타난다.

빠르게 자라는 조 종류, 사료용 콩, 수수-수단그라스는 심은 뒤 65-70일 이내에 120-220cm 까지 자라며, 이후 300평에 1톤의 바이오매스를 얻을 수 있다. 이때 덮개용 풀은 질소를 300평에 11-17kg까지 빨아먹고, 콩과식물은 300평에 23kg의 질소를 고정시킬 수 있다. 겨울철 곡식 작물, 특히 호밀은 매우 낮은 온도에서도 자랄 수 있어 초봄에 풀들보다 훌쩍 커 버린다. 초봄에 심은 귀리와 완두는 하지 무렵 90-120cm까지 자라고, 300평에 750kg의 바이오매스를 생산할 수 있다.

수수와 수단그라스를 이용해 많은 바이오매스를 생산하며 풀을 억제하는 덮개작물로 활용하는 다음과 같은 멋진 사례를 보라. 

토끼풀은 천천히 출발하기에 처음에는 좋은 경쟁자가 되지 않는다. 그러나 어린 토끼풀, 특히 붉은토끼풀은 그늘에서도 잘 견디기에 농작물이 자라고 있을 때 사이짓기하거나 그 위에 파종해도 된다. 작물을 수확해 거두면 그 공간을 토끼풀이 빠르게 장악하여, 키가 큰 품종들 -맘모스 레드, 크림슨, 버심 등- 같은 경우에는 풀들과도 잘 싸우며 자란다. 강력한 덮개작물들은 씨앗에서 싹이 터 자라는 여러 한해살이 풀들을 실질적으로 차단시킬 수 있다. 뿌리와 뿌리줄기, 또는 덩이줄기에서 나오거나재생되는 여러해살이 풀들을 억제하는 건 더 어려운 일이긴 하다. 그래도 적극적인 덮개작물을 재배하여 그들이 자라고 번식하는 걸 최대한 줄일 수 있다.

덮개작물이 활발히 성장하고, 빛을 차단하고, 토양의 수분과 양분을 이용하는 한 나중에 나오는 풀들은 거의 자랄 수 없을 지경이 된다. 풋거름으로 덮개작물을 갈아엎으면 할 수 있는 한 빨리 다음 작물을 재배해서 빈 공간을 점령해 버리는 게 좋다.

타감작용(Allelopathy)

모든 식물은 다른 식물의 성장에 영향을 주는 다양한 물질을 방출한다. 활성 화합물이 살아 있는 식물의 뿌리에서 삼출되고, 잎에서 씻겨 내려가며, 빗물에 의해 토양으로 침투하거나 잔류물이 부식되며 방출될 수도 있다. 이러한 자연제초제라고 할 수도 있는 타감물질(allelochemical)은 씨앗에서 싹이 틀 때, 어린 싹 등 풀들이 어릴 때 가장 큰 영향력을 미쳐 성장을 지연시키고, 뿌리나 싹에 큰 피해를 입히거나, 심할 경우 완전히 죽일 수도 있다. 호밀과 기타 겨울철 곡식 작물, 수수, 수수-수단그라스 교잡종, 편두, 메밀, 유채, 땅속토끼풀 들은 풀을 통제할 만큼 강력한 타감작용을 한다는 현장의 실험이 보고되어 있다(Putnam and Tang, 1986; Rice, 1995; Boydston and Hang, 1995).

유채와 겨자채, 순무를 포함하는 십자화과의 덮개작물은 글루코시놀레이트glucosinolate라 불리는 화합물을 함유하고 있다. 그래서 그들의 잔류물이 부식되는 동안 이 화합물이 이소티오시아네이트isothiocyanate라는 강력한 휘발성 타감물질로 분해되며, 이것이 다른 식물들의 성장과 미생물의 활성에 영향을 미치게 된다. 현장 실험에서, 몇몇 십자화과 덮개작물은 그걸 갈아엎은 뒤 몇 주에서 한 달 동안 풀의 성장을 억제했다(Al-Katib et al., 1997; Boydston and Hang, 1995). 그러나 순무 덮개작물이 풀을 억제한 건 타감작용이 아니라, 주로 풀의 발아를 억제하는 가벼운 효과임이 드러났다(Lawley et al., 2012). 

각각의 식물들이 독특한 타감물질의 조합을 제공하면 어떤 건 이런 타감물질에 민감하게 반응하지만 저런 것엔 내성이 있고,또 어떤 건 그 반대이고, 저마다 다종다양한 상호작용이 일어나게 된다. 예를 들어, 겨울 호밀과 그 잔류물은 명아주나 쇠비름, 바랭이 같은 풀에는 아주 효과가 좋은데, 결명자나 돼지풀, 나팔꽃 같은 것에는 훨씬 덜하다. 해바라기와 땅속토끼풀은 나팔꽃을 억제하고, 수수는 향부자와 버뮤다 그래스는 물론 여러 작은 씨앗의 한해살이 풀을 방해한다. 

덮개작물의 타감작용은 일부 채소 작물에도 해를 끼칠 수 있는데, 특히 작은 씨앗의 작물을 덮개작물 이후에 곧바로 뿌리면 그러하다. 상추가 특히 타감물질에 민감하다. 한편, 큰 씨앗과 채소 모종들은 일반적으로 잘 견딘다. 토마토와 여타 가지과의 채소들은 최근에 거두어 버린 호밀이나 털갈퀴덩굴이 있는 곳에 옮겨심으면 농사가 더욱 잘 된다(Smeda and Weller, 1996). 겨울철 곡식을 활용한 덮개작물의 잔류물은 양배추의 성장은 방해하지만, 완두와 콩, 오이 등의 성장은 촉진시킨다(Putnam and DeFrank, 1983; Putnam et al., 1983).

직접적 경쟁과 달리, 타감작용에 의한 풀 억제 효과는 덮개작물을 치운 뒤에도 몇 주 동안 지속될 수 있다. 풋거름으로 가장 크게 자랐을 때 갈아엎으면 효과가 강렬하지만, 경운한 깊이 때문에 그 효과는 비교적 짧게 반짝하다 사라진다. 지표면에 덮개작물의 잔류물을 그냥 흙의 덮개로 놔두면, 기상 조건에 따라 그 효과가 3-10주 정도는 지속된다. 따라서 무경운 덮개작물 농법이 주로 타감작용이 일어나는 구역 아래로 뿌리를 뻗게 되는 모종으로 옮겨심거나 큰 씨앗을 가진 채소를 농사지을 때 작은 씨앗을 가진 한해살이 풀들을 억제하게 되는 선택적 효과를 제공한다.

이러한 "위치별 선택적 효과" 외에도, 어떤 타감물질은 더 큰 씨앗을 선택할지도 모른다. 페트리 접시에서 발아를 시험하니 완두 씨앗(큰 것)은 털비름 씨앗(작은 것)보다 저농도(1-5ppm)의 다양한 이소티오시아네이트에 훨씬 더 내성이 있었고, 돌피씨앗(중간)은 중급의 감도를 나타냈다. 십자화과 덮개작물 이후에 채소를 재배하는 현장 실험에서도 비슷한 현상이 관찰되었다. 덮개작물의 풀 억제 효과는 적어도 채소를 재배하는 시기의 일부 동안 지속되었음에 반하여, 감자(Boydston and Hang, 1995)와 완두, 시금치(곧뿌림), 양파(자구) 및 옮겨심은 상추의 수확량에는 영향을 주지 않거나 개선되지 않았다(Al-Khatib et al., 1997; Schonbeck, 2007).  

풀 씨앗의 발아

잠시 반짝이는 여과되지 않은 직사광선이나 심지어 보름달이 몇 분만 비추어도 수많은 작은 씨앗의 풀들의 싹이 틀 수 있다. 하지만 식물의 덮지붕으로 가려져 토양에 도달하는 녹색의 빛은 풀의 발아를 억제하는 경향이 있다(그림 4). 이는 많은 씨앗들이 분자 구조의 스위치로 작동하는 피토크롬이라 불리는 특별한 화합물을 통해 빛의 질을 감지하기 때문이다. 붉은색의 빛(햇빛에 풍부함)은 "지금 발아하라"고 스위치를 탁 켜는 반면, 붉은색이 부족하고 근적외선이 풍부한 빛(적색과 적외선 사이의 파장으로 사람의 눈으로는 거의 볼 수 없음)은 "휴면상태로 가라"고 스위치를 팍 꺼 버린다. 녹색 잎의 엽록소는 대부분의 붉은빛을 흡수하고 근적외선을 통과시키는데, 풀 씨앗의 피토크롬은 이를 현재 덮지붕으로 그늘이 져 있다는 신호로 감지한다. 그래서 여기서 사는 게 좋지 않은 상황이라고 판단하는 것이다. 여러 초봄의 한해살이 풀이 가을에 싹이 트기 시작하는데, 무(그림 3)를 심은 이후에 놀랄 만큼 봄의 풀들이 억제되는 건 주로 무의 덮지붕으로 완전히 가로막혀서 빛의 질이 변화한 결과이다. 그러니까 사료용 무로 풀을 잘 억제하려면, 초기에 덮개작물을 파종하여 덮지붕으로 완전히 빛을 가로막는 게 중요하다는 걸 보여준다(Lawley et al. 2012). 무와 사료용 무에 대한 더 많은 정보는 무 -유기농업의 새로운 덮개작물을 참조하라. 털갈퀴덩굴이 덮개작물로 풀을 억제하는 효과의 일부도 이러한 빛의 질에 기인하는 것으로(Teasdale and Daughtry, 1993), 이렇게 풀을 억제하는 현상은 메밀 같은 여타의 고밀도 덮지붕 덮개작물을 심은 이후에도 관찰되곤 한다(그림 1).

그림 3. 8월에 심은 덮개작물용 무가 가을에 무성한 덮지붕으로 땅을 덮었다(왼쪽). 이 작물은 겨울에 죽어 그 잔류물이 3월쯤 거의 사라지는데, 가운데 사진이 그 모습이다. 무를 심었던 곳에서는 겨울철 풀이 거의 보이지 않는 반면, 다른 덮개작물을 심어 그것이 겨울에 죽고 잔류물이 남아 있는 곳에서는 별꽃 등이 활발하게 자라는 걸 볼 수 있다. 초봄의 별꽃과 기타 여러 한해살이 풀들은 가을에 싹이 트기 시작한다. 무의 덮지붕이 가을에 빛을 차단하여 이러한 풀들이 싹트지 못하게 하는 것이다. 사진 제공: Mark Schonbeck, Virginia Association for Biological Farming.

그림 4. 이렇게 토끼풀이 자라 짙은 그림자를 드리우고, 땅에 도달하는 빛의 질을 변화시켜 대부분의 한해살이 풀들의 씨앗에서 싹이 트지 않도록 한다. 몇몇 현장실험에서는 붉은토끼풀을 1년 이상 돌려짓기한 농경지에서 한해살이 풀의 개체수가 감소했다고 보고되었다.  한해살이 풀이 자라서 풀씨의 종자은행이 다시 채워지는 일이 거의 없거나 전혀 이루어지지 않으며, 풀씨의 숫자가 씨앗의 포식, 생리학적 노화, 부패 등을 통해 감소한다. 사진 제공: Mark Schonbeck, Virginia Association for Biological Farming.

토양 미생물 군집에 미치는 영향

각각의 식물 종은 그 뿌리를 통해 탄수화물과 아미노산, 유기산 및 여타 "미생물의 먹이"를 포함한 물질들의 독특한 혼합물만이 아니라, 특정한 타감물질 세트를 방출한다. 이러한 생화학적 혼합물은 식물의 근권(식물 뿌리에 바로 인접한 토양)에 특정한 미생물상(균류, 박테리아, 원생동물 및 기타 미생물의 집단)을 끌어오거나 지원한다. 그것이 적은 토양에서는 미생물상이 불어나도록 영향을 미친다. 한 식물 종에 의해 길러진 미생물들은 다른 식물 종을 돕거나 방해하며, 또는 아프게 할 수도 있다.

특정한 풀에만 유해한 미생물을 보유하는 넓게 퍼지는 뿌리를 지니고 확 퍼지는 덮개작물은 해당 풀을 잘 통제할 수 있다. 예를 들어, 대부분의 곡식 및 콩과의 덮개작물은 뿌리와 공생하며 그들의 성장을 돕는 균근균의 좋은 숙주이다. 명아주, 방동사니, 쇠비름 등을 포함하는 몇몇 주요 풀과 마디풀과의 풀 들은 균근의 혜택을 받는 숙주가 아니며, 오히려 균근균이 뿌리에 침입하면 활력이 감소할 수 있다(Francis and Read, 1995; Muthukumar et al., 1997). 몇몇 연구자들은 풀을 관리하는 도구로 균근균의 가능성을 탐구하기 시작했다(Jordan et al., 2000; Vatovec et al., 2005).

식물 뿌리의 삼출물과 식물-미생물의 상호작용은 다른 식물에게도 영향을 주면서 토양 전체에서 특정한 종이나 부류의 미생물에게도 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 십자화과의 작물과 풀(십자화과 작물, 야생 갓 등)이 방출하는 글루코시놀레이트와 이소티아시아네이트는 몇몇 병원균을 포함하여 토양의 균류를 억제할 수 있다(Haramoto and Gallandt, 2004). 십자화과와 기타 균근의 비숙주 식물은 균근에 직접적인 독성은 없지만, 대부분의 콩과식물 같은 강력한 숙주 종을 재배한 이후 토양에서 많이 발견되는 활동성 균근균을 지원하지는 않는다.  

작물-풀-토양-미생물의 상호작용은 유기적 풀 관리에 대한 최첨단 연구 중 하나이다. 과학자들은 널리 활용되는 덮개작물의 뿌리 영역에서 번성하는 특정한 미생물의 종이나 상을 찾고 있다. 작물은 위협하지 않지만, 주요한 풀을 공격하거나 억제하는 것이라면 금상첨화이다. 이러한 관계는 복잡다단하여 실용적인 프로그램을 개발하려면 몇 년에서 몇십 년이 걸릴 수도 있다.

덮개의 효과

극단적인 기온이나 베거나 말아 버려서 덮개작물이 죽을 때, 지포면에 덮개로 잔류물을 놔두면 때로는 지속적으로 풀의 성장을 방해하기도 한다. 지표면에 그늘을 지게 해 시원하게 유지하고, 토양의 일교차를 줄임으로써 이러한 덮개는 싹이 트는 풀의 씨앗 숫자를 줄인다. 작은 씨앗의 넓은 잎을 지닌 풀들은 5-7cm 두께의 덮개층으로 싹이 트는 걸 효과적으로 가로막는다.큰 씨앗의 넓은 잎을 지닌 풀이나 뿌리줄기와 덩이줄기 들은 싹이 터서 자라기는 하지만, 두터운 덮개작물의 잔류물 때문에 성장이 지연될 수 있다. 

덮개의 효과는 앞에서 언급했듯이, 부식되는 잔류물에서 방출되는 타감물질에 의해 배가될 수 있다. 또한 유기농업의 덮개는 딱정벌레와 기타 풀 씨앗의 포식자들만이 아니라 풀 씨앗을 공격하고 죽일 수 있는 미생물들에게 서식처를 제공한다. 

덮개작물 잔류물로 풀을 억제하는 효과는 덮개작물의 바이오매스와 질소 함유량, 계절, 기후와 토양의 조건에 따라 하찬은 수준에서 매우 효과적인 수준까지, 또 2주에서 몇 달까지 매우 다양하게 나타난다(그림 5). 따뜻하고 습한 기후와 활발한 토양생물들의 활동성이 결합되어 덮개작물의 잔류물이 빠르게 분해되어 그들의 타감물질이 방출되면, 풀을 통제하는 기간이 짧아진다. 짚이 많고 질소 함량이 낮은 잔류물은 수분이 많고 질소 함량이 높은 잔류물보다 오래간다. 건조한 기후에서 콩과의 덮개작물이 풀을 억제하는 효과는 꽤 좋을 수 있다(Hutchinson and McGiffen, 2000).

그림 5. 여기의 호밀-털갈퀴덩굴 덮개작물의 덮개는 풀의 성장을 늦추어 브로콜리가 풀과의 경쟁에서 유리하도록 환경을 조성했다. 덮개는 효과적으로 대부분의 한해살이 풀을 가로막았고, 개밀이 간간이 뚫고 나오기 시작했다. 덮개작물을 베고, 이 사진을 찍기 7주 전에 브로콜리를 옮겨심었다. 사진 제공: Mark Schonbeck, Virginia Association for Biological Farming.

풋거름의 효과

덮개작물을 풋거름으로 흙에 갈아엎는 건 미생물의 활동을 촉진시켜 일시적으로 대부분의 풀과 작물이 살기 좋지 않은 토양으로 만들어 버릴 수 있다.  경운 자체는 풀씨의 발아를 자극하지만, 잔류물을 혼입해 풀의 싹을 공격하는 균류와 기타 병원균을 촉진시킬 수 있다(Kumar et al., 2008). 잔류물이 질소에 비해 탄소가 풍부(탄질비 30이나 그 이상)하면, 토양의 미생물들이 탄소가 풍부한 유기물을 소비하면서 식물이 활용할 토양의 질소를 끌어가서, 풀이 성장하는 걸 지연시킨다. 이러한 효과-특정 덮개작물, 특히 무와 기타 십자화과 같이 짧고 굵게 타감물질을 훅 방출하는 것과 결합하여- 가 풀이 많은 밭을 정리하는 데 도움이 될 수 있다.

한편 콩과이거나 어리거나 수분이 많은 풋거름(그림 6)은 질소와 기타 양분을 풍부히 제공하여 풀이 싹트고 성장하는 걸 마구촉진해서, 덮개작물로 초기에 풀을 억제하는 효과를 떨어뜨리게 된다. 

그림 6. 농부가 겨울철 덮개작물인 털갈퀴덩굴을 늦봄에 갈아엎고 있는 모습.수분이 많고 질소 함량이 높은 콩과의 덮개작물은 빠르게 분해되어, 이후 1-2주 안에 작물을 심어야 한다. 이런 농법의 단점은 풀이 번식할 수 있는 비옥한 장소를 제공할 수도 있다는 점이다. 사진제공: Mark Schonbeck, Virginia Association for Biological Farming.

환금작물도 풋거름 효과에 영향을 받을 수 있다. 채소는 풋거름을 토양에 넣은 뒤 미생물이 폭발적으로 활동하는 동안 심으면 안 된다. 채소에 풋거름이 악영향을 미치지 않으며, 채소가 처음 자리를 잡기 전 일시적으로 풀들을 억제하는 효과를 얻을 수 있도록 시기를 잘 정해야 한다. 

참조 및 인용

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