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문제 정의
- 농경지 토양미생물상의 생물지리학적으로 특성을 보고자 우리나라 농경지 토양 미생물의 다양성을 지도화 하였다.
- 따라서 미생물의 물질순환 기능, 기후 변화 등에 의한 생태계 교란 및 미지 생물종의 출현가능성 등을 고려할 때 미생물 모니터링과 관련하여 minimum data set을 정하여 지속적으로 조사할 필요가 있다고 생각된다. 본 논문에서는 농업환경변동조사 사업으로 수행되었던 논, 시설재배지, 밭, 과수원에 대한 농경지 토양미생물 조사 자료를 GIS 데이터베이스로 구축하고, 미생물 종류별 군집밀도와 미생물체량의 공간적･시간적 분포특성을 알아보는 것을 목적으로 하였다.
- 이를 위해서는 변이가 적고 범용성이 큰 지표의 개발 및 정밀한 분석이 선행될 필요가 있을 것이다. 본 보고서는 약 10 년에 걸쳐 조사된 미생물 분석성적을 분포도로 작성할 수 있다는 가능성과 기반을 구축하였다는 점에서 의의를 갖는다고 생각된다. 농업환경의 중심이 되는 토양 모니터링은 많은 노력과 예산이 소요되는 사업이지만 지구생태계 보존을 위해서는 국내뿐만 아니라 국가간에도 공유가 가능한 다양한 속성에 대한 표준화된 조사 시스템이 조화를 이루며 (Morvan et al.
제안 방법
- 1999년부터 2007년까지 조사되어 농업환경변동조사로 구축된 미생물 균수 및 미생물체량 자료를 DB화하여 세균, 사상균, 바실러스, 그람음성균 및 미생물체량을 분포도 작성에 이용하였다. 세균, 사상균, 바실러스 및 그람음성균의 분포상은 농경지별로 상이한 경향을 보였다.
- 3)을 이용하였다. Table 2와 같이 구축된 토양 미생물의 종류, 밀도 및 생체량 정보 테이블을 점 (point) 형식의 GIS 파일로 구축된 조사지점 정보와 연계하여 토폴로지 (topology)를 구성하여 미생물 분포도를 공간적 시간적으로 분석하고 농업기 후지대 및 토양특성 등의 요인별로 해석하였다.
- 농경지별 미생물 분포도 작성을 위해 세균, 사상균, 바실러스, 그람음성균 및 미생물체량 데이터를 ArcGIS로 구동하였다. 년차 및 농경지간 비교를 위해 미생물 균수의 범례를 동일한 값으로 설정하여 표기 하였다. 미생물 분포도는 1999년도부터 2007년도까지 구축되어 분포도를 작성하였다.
- 농경지별 미생물 분포도 작성을 위해 세균, 사상균, 바실러스, 그람음성균 및 미생물체량 데이터를 ArcGIS로 구동하였다. 년차 및 농경지간 비교를 위해 미생물 균수의 범례를 동일한 값으로 설정하여 표기 하였다.
- 농업환경미생물 분포도 작성에 시군계 혹은 농업기후 지대도를 기본도로 사용할 수 있지만, 미생물상은 기후 적인 요인에 의해 영향을 받는 생물이기 때문에 기후지 대도를 베이스로 하여 미생물 분포도를 도식하였다.
- 미생물 변동상 1999년 조사치와 8년 후인 2007년 도의 논토양의 바실러스, 사상균 및 미생물체량을 비교 하였다. Figure 7은 해당 년도의 조사지점이며, 조사지 점은 정점지역 조정 및 도시계획 등에 의해 변경된 지점이 포함되어 있다.
- 바실러스 균수는 ～1×105, ～10×105, ～100×105, ～ 300×105, ～500×105, ～1200×105 cfu g-1 등 6개 구간으로 구분하였다.
- 세균, 사상균, 미생물체량 등에 대한 분포도는 조사 기간 모든 자료에 대해 작성할 수 있지만, 여기서는 2004년부터 2007년까지의 자료를 중심으로 미생물 분포도를 작성하였다.
- 조사된 미생물의 종류는 년차 간에 조금씩 달랐지만 모든 조사항목을 GIS-DB로 구축하였다. 분포지도 작성에 사용된 미생물의 종류는 주로 세균, 사상균, 바실러스, 그람음성균을 대상으로 하였다.
- 먼저 지번이 있는 경우는 지적도 상의 해당 지번의 필지 중심점 좌표를 추출하여 주소지와 연계하였다. 지번이 없고 GPS좌표가 기록된 지점은 GPS 좌표를 직각좌표계인 횡메르카토르 좌표계로 변환하여 주소지 토양미생물 자료와 연계하였다. 지번과 GPS 좌표가 없으면 동･리 좌표가 있는 경우는 행정구역도를 이용하여 동･리 폴리곤의 중심점을 추출하여 사용하였다.
- 토양미생물 조사지점은 22개의 칼럼을 가진 점 (point) 형식의 GIS 자료로 구축하였다. 토양미생물의 종류와 밀도, 생체량에 대한 자료는 토양 미생물 코드 (FM_CD)를 키 값 (primary key)으로 하여 각 조사지점에 대응하도록 테이블 형식의 자료로 구축하였다 (Table 2). 2003년의 경우는 다른 해와 달리 조사시기 (RS_SS) 칼럼을 추가하여 별도로 구축하였다.
- 미생물상은 기후는 물론 토양탄소저장과 관련된 유기물함량이 지도작성되고 있는 (Batjes, 2008) 바와 같이 토양 화학성과도 관계가 밀접하다. 토양특성 가운데 조 사 지점 중 데이터가 존재하는 지역의 토성, 토양 pH 및 토양 유기물함량별 분포상은 미생물상이 조사된 주요지 역의 토성과 화학성을 포인트로 비교하였다. 토양 pH, 유기물함량, 유효인산, K 및 Ca 분포는 색 농도가 진할수록 산도 및 함량이 높아지게 표현하였다.
대상 데이터
- 토양미생물의 양적 지표를 위해 미생물체량 (Biomass C)도 지도 작성에 사용하였다. 농업환경미생물 분포도 작성에 사용된 지점은 Fig. 1 과 같이 우리나라 전역을 대상으로 하였다.
- 2003년도는 논토양 미생물의 경시적 변동상 조사 필요성이 제기되어 정점조사 지역 일부를 경시적 조사지점으로 대체하여 출수기, 수확기 등 주요 생육시기에 조사하였기 때문에 실질적인 정점조사 지역은 205점에 해당된다. 사용된 자료는 세균, 사상균, 바실러스, 그람음성 균수 및 미생물체량 분 석성적이었다.
- 원시자료 검토와 DB스키마 작성 농업환경변동조사사업으로 추진된 농경지 토양의 미생물 분포조사 자료를 이용하여 미생물 분포도를 작성하고자 1999년부터 2007년까지 논, 시설재배지, 밭, 과수원에서 조사된 미생물 자료를 수집하였다. 수집된 자료의 현황은 논에서 1999년 461점, 2003년 205점, 2007년 450점, 시설재배지에서 2000년 496점, 2004년 451점, 밭에서 2001년 511점, 2005년 464점, 과수원에서 2002년에 514점, 2006년에 456점 이었다 (Table 1). 2003년도는 논토양 미생물의 경시적 변동상 조사 필요성이 제기되어 정점조사 지역 일부를 경시적 조사지점으로 대체하여 출수기, 수확기 등 주요 생육시기에 조사하였기 때문에 실질적인 정점조사 지역은 205점에 해당된다.
- 원시자료 검토와 DB스키마 작성 농업환경변동조사사업으로 추진된 농경지 토양의 미생물 분포조사 자료를 이용하여 미생물 분포도를 작성하고자 1999년부터 2007년까지 논, 시설재배지, 밭, 과수원에서 조사된 미생물 자료를 수집하였다. 수집된 자료의 현황은 논에서 1999년 461점, 2003년 205점, 2007년 450점, 시설재배지에서 2000년 496점, 2004년 451점, 밭에서 2001년 511점, 2005년 464점, 과수원에서 2002년에 514점, 2006년에 456점 이었다 (Table 1).
- 위치정보 추출과 분포도 작성 원시자료로부터 공간 데이터베이스 구축을 위한 위치정보의 추출은 지적도, GPS좌표, 동･리 자료를 이용하였다. 먼저 지번이 있는 경우는 지적도 상의 해당 지번의 필지 중심점 좌표를 추출하여 주소지와 연계하였다.
- 조사지점의 자료는 시･군･동･리･번지 등의 지역적 특성, 세균･사상균･바실러스･그람음성균 등의 미생물균수, 미생물체량인 Biomass C를 속성으로 하여 구성되었다.
- 좌표계는 횡메르카토르법 (Transverse Mercator, Bessel 중부원점)을 사용하였다. 토양미생물 조사지점은 22개의 칼럼을 가진 점 (point) 형식의 GIS 자료로 구축하였다. 토양미생물의 종류와 밀도, 생체량에 대한 자료는 토양 미생물 코드 (FM_CD)를 키 값 (primary key)으로 하여 각 조사지점에 대응하도록 테이블 형식의 자료로 구축하였다 (Table 2).
데이터처리
- 지번과 GPS 좌표가 없으면 동･리 좌표가 있는 경우는 행정구역도를 이용하여 동･리 폴리곤의 중심점을 추출하여 사용하였다. 위치 정보를 추출하고 좌표계를 변환하는 데는 ArcGIS 프로그램 (ver. 8.3)을 이용하였다. Table 2와 같이 구축된 토양 미생물의 종류, 밀도 및 생체량 정보 테이블을 점 (point) 형식의 GIS 파일로 구축된 조사지점 정보와 연계하여 토폴로지 (topology)를 구성하여 미생물 분포도를 공간적 시간적으로 분석하고 농업기 후지대 및 토양특성 등의 요인별로 해석하였다.
이론/모형
- 좌표계는 횡메르카토르법 (Transverse Mercator, Bessel 중부원점)을 사용하였다. 토양미생물 조사지점은 22개의 칼럼을 가진 점 (point) 형식의 GIS 자료로 구축하였다.
성능/효과
- 사상균수는 ～5×104, ～50×104, ～100×104, ～150×104, ～300×104 cfu g-1 등 5개 구간으로 구분하였다. 기후지대별 농경지 간에 일정한 경향은 없었으나 과수원 토양의 사상균 밀도가 가장 낮고 밭 토양에서 대체로 높은 현상을 보였다. 한편 논과 과수원은 제주지역에서 비교적 높은 경향을 보였다.
- 10과 같다. 미생물체량도 바실러스와 사상균 수처럼 99년도 보다 2007년도에 증가 하는 경향을 보였다.
- 1999년부터 2007년까지 조사되어 농업환경변동조사로 구축된 미생물 균수 및 미생물체량 자료를 DB화하여 세균, 사상균, 바실러스, 그람음성균 및 미생물체량을 분포도 작성에 이용하였다. 세균, 사상균, 바실러스 및 그람음성균의 분포상은 농경지별로 상이한 경향을 보였다. 토양에 서식하는 미생물의 생체중인 미생물체량은 바실러스와 사상균 수처럼 증가하는 경향을 보였다.
- 토양특성 가운데 조 사 지점 중 데이터가 존재하는 지역의 토성, 토양 pH 및 토양 유기물함량별 분포상은 미생물상이 조사된 주요지 역의 토성과 화학성을 포인트로 비교하였다. 토양 pH, 유기물함량, 유효인산, K 및 Ca 분포는 색 농도가 진할수록 산도 및 함량이 높아지게 표현하였다. 이와 같이 미생물분포도는 토양화학성과 상호 비교할 수 있으며, 보다 상세한 연계도는 본 과제와 함께 추진되는 농업환 경지도 web GIS시스템 구축자료와 연동하여 볼 수 있을 것이다 (Data not shown).
- 세균, 사상균, 바실러스 및 그람음성균의 분포상은 농경지별로 상이한 경향을 보였다. 토양에 서식하는 미생물의 생체중인 미생물체량은 바실러스와 사상균 수처럼 증가하는 경향을 보였다.
후속연구
- 미생물도 다른 동식물처럼 먹이사슬 안에서 다른 생물과 직간접적으로 영향을 주고받고 있다. 그러나 육안으로 보이지 않고 생태계에 서식하는 모든 미생물을 분석할 수 있는 방법이 없다는 점에서 모니터링 대상으로서 어려운 부분이 있지만, 미생물은 물질 순환 및 다른 생물에 대한 영향이 매우 크기 때문에 농업환경의 미생물적 특성을 평가하고 기후 변화와 더불어 지속적으로 조사해야 할 대상이 되고 있다.
- , 2008). 따라서 미생물의 물질순환 기능, 기후 변화 등에 의한 생태계 교란 및 미지 생물종의 출현가능성 등을 고려할 때 미생물 모니터링과 관련하여 minimum data set을 정하여 지속적으로 조사할 필요가 있다고 생각된다. 본 논문에서는 농업환경변동조사 사업으로 수행되었던 논, 시설재배지, 밭, 과수원에 대한 농경지 토양미생물 조사 자료를 GIS 데이터베이스로 구축하고, 미생물 종류별 군집밀도와 미생물체량의 공간적･시간적 분포특성을 알아보는 것을 목적으로 하였다.
- 미생물상 및 미생물체량 증가는 기후 등 다양한 환경적 영향을 받았으리라 생각되지만 미생물 변동에 대한 보다 면밀한 조사가 수행되어져야 할 것이다. 이를 위해서는 변이가 적고 범용성이 큰 지표의 개발 및 정밀한 분석이 선행될 필요가 있을 것이다.
- 미생물상 및 미생물체량 증가는 기후 등 다양한 환경적 영향을 받았으리라 생각되지만 미생물 변동에 대한 보다 면밀한 조사가 수행되어져야 할 것이다. 이를 위해서는 변이가 적고 범용성이 큰 지표의 개발 및 정밀한 분석이 선행될 필요가 있을 것이다. 본 보고서는 약 10 년에 걸쳐 조사된 미생물 분석성적을 분포도로 작성할 수 있다는 가능성과 기반을 구축하였다는 점에서 의의를 갖는다고 생각된다.
- 토양 pH, 유기물함량, 유효인산, K 및 Ca 분포는 색 농도가 진할수록 산도 및 함량이 높아지게 표현하였다. 이와 같이 미생물분포도는 토양화학성과 상호 비교할 수 있으며, 보다 상세한 연계도는 본 과제와 함께 추진되는 농업환 경지도 web GIS시스템 구축자료와 연동하여 볼 수 있을 것이다 (Data not shown).
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