인지질 지방산을 분석하여 특정 미생물군의 수직적 분포와 토층간 미생물 군집 패턴을 조사하였다. 경북 농업기술원에 위치하고, 질소, 인산, 가리의 화학비료만 장기 연용한 논과 밭 포장에서 15 cm 깊이까지 토양을 채취하였다. 인지질 지표 지방산을 주요인 분석으로 분석하여 토양 미생물 군집을 분석한 결과 논과 밭 토양의 미생물 군집은 뚜렷하게 구분되었으며, 토층간 차이보다 논과 밭의 차이가 더 컸다. 논보다 밭은 토층이 깊어짐에 따라 미생물 군집이 급격하게 변하였는데, 미생물 군집 측면에서 밭보다 논의 표층이 더 두껍다고 볼 수 있다. cyclopropyl/monoenoic precursor 비율과 전체 포화지방산/전체 불포화 지방산 비율은 토심이 깊어짐에 따라 증가하였는데, 이는 토심이 깊어질수록 탄소원과 통기가 부족하기 때문에 일어나는 현상으로 보인다. 대체로 표토는 그램음성균, 곰팡이 등의 상대적 비율이 높고 토심이 깊어질수록 세균과 방선균의 상대적 비율이 높아졌다.
인지질 지방산을 분석하여 특정 미생물군의 수직적 분포와 토층간 미생물 군집 패턴을 조사하였다. 경북 농업기술원에 위치하고, 질소, 인산, 가리의 화학비료만 장기 연용한 논과 밭 포장에서 15 cm 깊이까지 토양을 채취하였다. 인지질 지표 지방산을 주요인 분석으로 분석하여 토양 미생물 군집을 분석한 결과 논과 밭 토양의 미생물 군집은 뚜렷하게 구분되었으며, 토층간 차이보다 논과 밭의 차이가 더 컸다. 논보다 밭은 토층이 깊어짐에 따라 미생물 군집이 급격하게 변하였는데, 미생물 군집 측면에서 밭보다 논의 표층이 더 두껍다고 볼 수 있다. cyclopropyl/monoenoic precursor 비율과 전체 포화지방산/전체 불포화 지방산 비율은 토심이 깊어짐에 따라 증가하였는데, 이는 토심이 깊어질수록 탄소원과 통기가 부족하기 때문에 일어나는 현상으로 보인다. 대체로 표토는 그램음성균, 곰팡이 등의 상대적 비율이 높고 토심이 깊어질수록 세균과 방선균의 상대적 비율이 높아졌다.
We examined the vertical distribution of specific microbial groups and the patterns of microbial community structure within the soil profile using phospholipid fatty acid (PLFA). Samples were collected from the soil surface down to 15 cm in depth from paddy and upland fields located in Daegu, Korea....
We examined the vertical distribution of specific microbial groups and the patterns of microbial community structure within the soil profile using phospholipid fatty acid (PLFA). Samples were collected from the soil surface down to 15 cm in depth from paddy and upland fields located in Daegu, Korea. The two fields have been fertilized with only chemical fertilizers N, P, K for 33 years. Principal component analysis of the PLFA signatures indicated that the composition of the soil microbial communities changed significantly with the cultivation practices and soil depth, suggesting that cultivation practices of paddy and upland fields had more significant influence on soil microbial community than the soil depth did. The soil microbial communities changed more drastically with soil depth in upland field than in paddy field, with making thicker soil surface in paddy field in terms of soil microbial community. The ratios of cyclopropyl/monoenoic precursors and total saturated/total monounsaturated fatty acids increased with soil depth, suggesting that the deeper soil horizons are more carbon-limited and anaerobic than surface soil. The community analysis using PLFAs as biomarkers revealed that Gram-positive bacteria and actinomycetes tended to increase in proportional abundance with increasing soil depth, while the abundance of Gram-negative bacteria and fungi were highest at the soil surface and substantially lower in the subsurface.
We examined the vertical distribution of specific microbial groups and the patterns of microbial community structure within the soil profile using phospholipid fatty acid (PLFA). Samples were collected from the soil surface down to 15 cm in depth from paddy and upland fields located in Daegu, Korea. The two fields have been fertilized with only chemical fertilizers N, P, K for 33 years. Principal component analysis of the PLFA signatures indicated that the composition of the soil microbial communities changed significantly with the cultivation practices and soil depth, suggesting that cultivation practices of paddy and upland fields had more significant influence on soil microbial community than the soil depth did. The soil microbial communities changed more drastically with soil depth in upland field than in paddy field, with making thicker soil surface in paddy field in terms of soil microbial community. The ratios of cyclopropyl/monoenoic precursors and total saturated/total monounsaturated fatty acids increased with soil depth, suggesting that the deeper soil horizons are more carbon-limited and anaerobic than surface soil. The community analysis using PLFAs as biomarkers revealed that Gram-positive bacteria and actinomycetes tended to increase in proportional abundance with increasing soil depth, while the abundance of Gram-negative bacteria and fungi were highest at the soil surface and substantially lower in the subsurface.
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제안 방법
재배하였다. 벼는 매년 동일하게 파종하여 (4월 20일) 45일간 육묘한 묘를 재식거리 30X15 cm로 이앙(6월 5일)하였다. 화학비료 시비량은 N-P2O5- K2O = 150-90-100 kg ha-1 기준으로 하고, 질소는 4회분 시 (50-20-20-10%)하였으며, 인산 및 가리는 전량기비로 시비하였고, 시험은 매년 동일하게 경북농업기술원 경종기준에 준하여 관리하였다.
분석에 이용된 지방산 42개 중에서 세균, 곰팡이, 방선균의 생물적 지표가 되는 지방산과 토양 미생물 군집의 생리적 지수들을 논과 밭을 따로 구분하여 층별로 분석하였다. 논의 경우 혐기성균/호기성균 비율과 곰팡이/세균 지표지방산 비율, 곰팡이의 생물량은 표층 5 cm 깊이 토양이 아래 두 층 보다 유의성 있게 높았고, Cyclopropyl 지방산/Precursor 지방산 비율은 5cm 깊이 표층이 다른 두 층보다 유의성 있게 낮았다 (Fig.
올 보리를 재식거리 60X18 cm로 매년 동일하게 파종한 (10월 20일) 후 시비량은 N-P2O5-K2O = 120-80-60 kg ha-1 기준으로 시비하였으며, 질소는 3회 분시하였고 (40 30-30%), 인산 및 가리는 전량 기비로 시비하였다. 후작인 콩은 황금콩을 재식거리 60X15 cm로, 매년 동일하게 파종하였으며 (6월 15일), 비료는 별도로 처리하지 않고, 전작물인 보리 재배시 처리한 시비 잔량을 이용하였다.
경우가 많다. 한국의 대표적인 작부체계인 논의 벼재배와 밭의 보리와 콩 윤작 재배 체계로 33년간 화학비료만 표준시비하면서 유지한 인접지역의 논과 밭 토양에 대하여 인지질 지방산 분석을 통하여 토층간 미생물 군집 차이를 분석하였다.
벼는 매년 동일하게 파종하여 (4월 20일) 45일간 육묘한 묘를 재식거리 30X15 cm로 이앙(6월 5일)하였다. 화학비료 시비량은 N-P2O5- K2O = 150-90-100 kg ha-1 기준으로 하고, 질소는 4회분 시 (50-20-20-10%)하였으며, 인산 및 가리는 전량기비로 시비하였고, 시험은 매년 동일하게 경북농업기술원 경종기준에 준하여 관리하였다.
토양 시료는 2007년 11월 20일에 밭과 논 포장 각각 세 지점에서 직경 7 cm의 토양 시료 채취기로 15 cm 까지 채취하여 0〜5, 5~10 10~15 cm의 세 층으로 구분하여 채취하였다. 채취한 시료는 곧바로 -80-C 냉동고에 보관하면서 분석시료의 균일도와 지방산 회수율을 높이기 위하여 동결건조 후 분쇄하여 다시 -80C 냉동고에 보관하였다.
데이터처리
분석으로 분석하였다. 각 지표 지방산의 토 층간 유의성 분석은 Duncan test을 이용한 분산분석으로 실시하였다.
토양에서 직접 추출한 지방산을 GC-MI이로 분석한 결과 탄소수가 12개 이상인 지방산 50개 peak 중에서 3개 이하의 시료에만 존재하는 지방산을 제외한 42개의 지방산 함량 비율을 다변량 통계 분석법의 하나인 주성분 분석으로 분석하였다. 각 지표 지방산의 토 층간 유의성 분석은 Duncan test을 이용한 분산분석으로 실시하였다.
이론/모형
후작인 콩은 황금콩을 재식거리 60X15 cm로, 매년 동일하게 파종하였으며 (6월 15일), 비료는 별도로 처리하지 않고, 전작물인 보리 재배시 처리한 시비 잔량을 이용하였다. 시험구는 매년 동일하게 경북농업기술원 경종기준에 준하여 관리하였다. 시험 전 논과 밭의 15 cm 깊이 토양 이화학성은 Table 1과 같다.
3300)를 이용하여 측정하였으며, 유효인산은 Lancaster법으로 720nm 에서 비색측정하여 정량하였다. 토양 미생물상 분석을 위한 인지질 지방산 분석은 동결건조하여 분쇄한 시료를 이용하였으며 분석방법과 지표 지방산 분류는 Park et al. (2008)의 방법을 준용하였다.
채취한 시료는 곧바로 -80-C 냉동고에 보관하면서 분석시료의 균일도와 지방산 회수율을 높이기 위하여 동결건조 후 분쇄하여 다시 -80C 냉동고에 보관하였다. 토양 이화학성 분석은 농촌진흥청 농업과학기술원 토양 및 식물체 분석법에 (NIAST, 2000) 준하여 분석하였으며, 토양 pH는 토양과 증류수를 1:5로 혼합하여 30분간 진탕 후 초자전극법을 이용하여 측정하였고, 유기물 함량은 Tyurin법, 치환성양이온 함량은 1N-NHiOAc (pH 7.0) 용액으로 30분간 진탕하여 추출한 여액을 원자 흡광 분광 분석기 (Perkin Elmer, AAS. 3300)를 이용하여 측정하였으며, 유효인산은 Lancaster법으로 720nm 에서 비색측정하여 정량하였다. 토양 미생물상 분석을 위한 인지질 지방산 분석은 동결건조하여 분쇄한 시료를 이용하였으며 분석방법과 지표 지방산 분류는 Park et al.
성능/효과
5 cm 깊이 간격으로 나누어 채취한 논과 밭 시료간 미생물 군집구조를 비교하기 위하여 추출한 인지질 지방산을 다변량 분석법인 주성분 분석으로 분석한 결과 재배작물 및 토양관리 방법이 상이한 논과 밭 그리고 토층간 미생물 군집이 현저한 차이를 나타내었다 (Fig. 1). 주요인 분석으로 얻어지는 그래프 상의 새로운 축인 PCS] 총변이의 43%를, PC2가 총 변이의 28%를, PC3가 총변이의 15%를 각각 설명하였다.
주요인 분석으로 얻어지는 그래프 상의 새로운 축인 PCS] 총변이의 43%를, PC2가 총 변이의 28%를, PC3가 총변이의 15%를 각각 설명하였다. 가장 큰 변이를 설명하는 PC1에 대해서 논과 밭 토양은 완전히 구분되었으며, PC2에 대해서도 논 토양의 0〜5 cm 깊이의 토양과 10~15 cm 깊이의 토양이 모든 밭 토양과 완전히 구분되었다. 그리고 PC3 에 대해서는 10~15 cm 깊이의 논토양이 모든 토층의 밭토양과 완전히 구분되었다.
미생물 군집 구조가 논토양에서는 중간층이 위 아래 토층과 유사한 반면 밭 토양에서는 표층이 아래 두 층과 완전히 구분되고 아래 두 층이 서로 유사한 것은 담수로 인해 토층 간 균질화가 일어나는 논과 그러한 조건이 없는 밭 조건의 차이로 인한 것으로 사료된다. 결론적으로 논과 밭의 미생물 군집구조 차이는 토심 층간 미생물 군집구조의 차이보다 크며, 미생물 군집 면에서 밭 토양의 표층이 논토양보다 얇고, 밭토양의 표층 미생물 군집이 그 아래 층과 차이가 크다고 할 수 있다.
따라서 논토양과 밭토양의 미생물 군집 차이는 토층의 깊이 간 차이보다 크고, 논토양의 경우 5~10cm 깊이의 중간층이 그 위층 및 아래층과 미생물상이 겹치지만, 밭 토양의 경우 표층 0~5cm 토층이 그 아래의 토층과 구분되고 아래 두 층은 서로 구분되지 않은 특성을 보였다.
그리고 PC3 에 대해서는 10~15 cm 깊이의 논토양이 모든 토층의 밭토양과 완전히 구분되었다. 따라서 논토양은 밭 토양과 완전히 다른 미생물 군집을 형성하고 특히 논 토양과 밭토양의 표토는 완전히 구분되는 미생물 상을 가지고 있었다. 이러한 논과 밭의 미생물 차이는 재배작물의 차이 (Larkin, 2006), 토양 수분함량 차이에 의한 유기물의 분해 (Pal and Broadbent, 1975) 등의 차이에 의한 것으로 사료된다.
한편 논토양과 밭토양을 각각 토심별로 나누어 분석한 결과, 논토양의 경우 0〜5 cm 깊이 토양과 10~15 cm 깊이의 토양은 PC1, 2, 3 모두에 대하여 완전히 구분되는 미생물 군집을 가지고 있는 것으로 분석되었고 5〜10 cm 깊이의 토층은 다른 두 층과 겹치는 미생물 군집을 가지고 있는 것으로 분석되었다. 한편 밭토양의 경우 PC1과 PC3에 대하여 0〜5 cm 깊이의 표층이 다른 두층과 완전히 구분되고 나머지 두 층은 완전히 구분 되지 않았지만 5~10 cm 깊이의 가운데 층이 주요인 분석 그래프 가운데에 위치하였다.
한편 밭토양의 경우 그램음성균/그램양성균 비율, 호기성균/혐기성균 비율, 단불포화지방산/포화지방산 비율, 곰팡이/세균 생물량 비율, 곰팡이 생물량 등은 표층 5 cm 깊이의 토양이 아래 두층 보다 유의성 있게 높았고, Cyclopropyl 지방산/Precursor 지방산 비율, 세균 생물량 비율, 방선균 생물량 비율은 5cm 깊이까지의 표층 토양이 다른 두 층보다 유의성 있게 낮았으며, 균근균의 경우 중간층인 5~10cm 깊이의 토양이 다른 두층보다 유의성 있게 높았다 (Fig. 3). 밭 토양 5cm 깊이까지의 표토에서 높은 그램음성균/그램양성균 비율, 호기성균/혐기성균 비율, 곰팡이/세균 생물량의 비율은 표토의 높은 유기물 함량으로 인한 그램 음성균 및 곰팡이의 우세와 호기조건에 의한 것으로 사료되며, 이러한 토층간 미생물 군집의 차이는 Bartlett et al.
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