▲[사진] (주)새턴바이오텍 강양순 소장이 ‘한국의 규소연구와 전망’에 대해 발표하고 있다. (제2회 국제규소학회, 일본 쓰루오까)

지난 호에는 식물체내에 흡수 이동된 규산의 분포와 존재양식에 관해서 살펴보았는데 이번호에는 재배토양에 규산이 얼마나 들어 있는지? 식물이 규산을 얼마나 흡수하여 함유하고 있는가를 어떻게 알 수 있을까에 대해서 알아본다.
(주)새턴바이오 연구소장/농학박사 강양순


재배토양에는 규산이 얼마나 들어 있을까?
규산은 규소와 산소로 결합된 분자(SiO2)로서 한자로는 硅酸 혹은 珪酸으로 표기한다. 硅酸은 암석(石)이 잘게 부스러져 많은 흙(圭)이 되고 珪酸은 많은 흙(圭)중에서도 으뜸(王)이란 뜻으로 해석된다.
다시 말해서 암석을 구성하는 광물질의 대부분이 규산인데 일부 다른 원소들과 산소로 이루어져 수천 년 동안 부스러지면서 부드러운 재배가능 토양으로 존재하게 되고 또한 경작과정에서도 생물과 토양미생물 등의 유기물 및 각종 무기물을 함유하게 되지만 토양의 주된 성분은 단연 규산인 셈이다. 토양 중 규산은 암석이나, 돌, 자갈, 모래 등 물리적으로 잘게 부서진 미립자에 이르기까지 식물이 먹을 수 없는 난용성 형태로 존재되는 규산이 거의 대부분이고 이들 중 미립자(Coloidal) 규산은 시간의 경과에 따라 열이나 酸으로 처리되면 이온화되어 식물이 흡수 가능한 형태의 유효규산(가용성규산)으로 수 ppm에서 수십 ppm 정도로 녹아난다. 또한 물에서도 쉽게 녹아나는 수용성 형태로도 극미량으로 분포된다.  식물이 흡수 가능한 이온형 규산은 난용성규산에서 유래 되지만 공기나 물 또는 유기물로 천연 공급되므로 토양 중에는 항상 유효규산이 미량으로 존재한다. 일본 46개 지방의 380개 하천 물의 규산농도는 최저 4.1ppm에서 최대 61.5ppm까지 평균적으로 21.6ppm 천연 공급되고  그리고 우물의 규산농도는 빗물의 4배로 높아서 우수한 천연규산 공급원이 된다.




석회암지대의 일부 토양 중에는 산가용성규산(酸可溶性珪酸) 함유율이 높아 천연규회석비료로 활용되고 있는데 세계적으로 많은 지역에서 분포되어 있고 가용성규산농도는 적어도 15% 정도 되어야 비료로서 산업적 가치가 있다. 우리나라에서는 동해안 석회암지대에서 양질의 천연규회석비료가 생산되었으나 현재는 생산고갈로 규산함량이 낮아 천연공급은 중단되었고 제철과정에서 고온 처리된 부산물 슬래그(Slag)를 규산질비료(산가용 유효규산함량으로 20% 이상)로서 정부가 무상공급하고 있다.
 이처럼 규산함량 평가는 토양, 물, 식물체, 비료 속에 다양한 형태로 존재되어 있으므로 분석시료와 분석 방법에 따라서 규산함량이 상이하다. 모든 시료에 대해서 비 파괴적으로 분석이 가능한 방법은 X-ray 회절법(X-ray fluorescence spectroscopy)이나 근적외법(NIRS: near infra-red spectroscopy)등이 있으나 식물이 흡수 가능한 수용성 무기 규산화합물인 가장 단순한 형태로 molybdate에 반응되므로 정부공급규산과 같은 산가용 유효규산과 새턴바이오텍(주)(큰손비료) 등 많은 회사에서 공급되는 수용성규산 함량분석이 가능하다. 산가용성 유효규산은 700 파장에서 수용성규산은 635에서 규소(Silicon)표준물질로 Si의 함량을 분석하여 SiO2로 환산된다. 재배토양에서 규산농도 평가는 재배작물의 규산흡수량이나 수량과 잘 일치되는 토양규산침출방법이 널리 사용되므로 재배작물이나 토양종류에 따라서 규산농도가 상이하다. 토양규산침출방법은 Acetic buffer가 널리 사용되고 있는데 벼의 흡수나 수량과는 상관이 높지만 규소원(Si Sources)과 분석방법에 따라서 농도가 달라진다. 이 방법은 과거 일본에서 많이 활용되었으나 최근에는 벼가 흡수하는 규산량보다 다소 높게 추출이 되는 방법이긴 하지만 토양상태와 규산 흡수가 잘 일치되는 방법으로 Andosols 토양에서는 0.02M phosphate buffer (pH 6.95)로 침출하고 있다.  우리나라에서는 과거 일본에서 사용하던 Acetic buffer를 온도를 높이고 침출시간을 단축하는 약간 개량한 방법으로 오래전부터 지금까지 사용하고 있으며 우리나라 논토양에서 벼 수량과 상관이 높아 130ppm 수준까지 조절하는 논토양 규산분석 기준으로 삼고 있다. 미국에서는 Column leaching method로서 Tris buffer(pH 7)에서 침출 시키는 방법, 브라질에서는 밭벼에 적합한 분석으로 acetic acid 0.5㎖ 침출 방법, 호주에서는 glayed podzolic 토양에서 사탕수수 수량예측을 위한 토양 분석으로 0.05M Sulfuric acid에서 가장 적합한 것으로 제1회 국제 규소심포지엄(1999, 미국 플로리다)에서 발표되었다.  지금도 많은 국가들은 작물별, 토양별 적합한 토양규산분석법을 연구개발하고 있는데 반하여 우리나라에서는 아직도 논토양에서 벼 최대수량을 내는 130ppm 기준의 침출방법에 집착하고 있는 형편이다.

식물은 규산을 얼마나 흡수하여 함유하고 있을까?
 토양에서의 규산함유율의 평가는 식물이 흡수할 수 있는 유효규산과 수용성규산이 분석 대상이 되겠지만 식물에 흡수된 규산은 단순규산분자인 이온상과 이들이 결합된 중합규산(polysilicic)으로 존재하므로 다양한 방법으로 분석이 가능하다.
 식물체 용액 중 단순규산분자(monosilicic acid)는 Ammouiun molybdate 과정에 잘 반응하므로 비색법으로 가능하나 단순규산분자들이 결합되어 식물체에 집적된 중합규산(polysilicic)은 반응이 안 되므로 회화하여 중량법으로 하고 총규산은 원자흡광분석기나 ICAP (Inductively Coupled Atomic Plasma Spectrometry)로서 단순규산분자(monosilicic), 중합규산분자(polisilicic), 용해유기태질소화합물을 모두 분석이 가능하다.
규산을 함유한 식물잔해와 광물은 규산질 비료로 쓰이지만 대부분의 광물 규산질 비료는 Calsium silicates로서 일본의 규산분석 공식방법(0.5M HCl, 30℃ 1시간 침출)으로  활용되고 있으나 벼의 흡수치 보다 낮아서 불합리한 것으로 지적되고 있다. Owa는 물에서 약산 양이온 교환수지를 사용하는 과정을 발전시켰다. 이 방법에 착안하여 Snyder(1999)는 규소원을 평가하기 위한 “Column” techniqes을 발전시켰다. 볏짚에 집적된 중합규산은 가벼운 열처리에서도 단순규산분자로 이온화되므로 벼농사에서 볏짚을 논으로 환원하면 장기간 부식되면서 온도와 산처리로 식물이 흡수 가능한 유효규산으로 된다. 최근 들어 축산농가에서는 국제 사료값 폭등으로 규산질원으로서 논에 환원되던 볏짚이 가축의 조사료로 전량 수거되고 있어 (그림) 논농사에 다른 유기물과 규산비료의 투입이 더 요구되는 실정에 이르렀다. 더욱이 정부가 공급하는 가용성규산의 사용상 어려움을 호소하는 농가의 수요를 만족시킬 수 있는 큰손 수용성규산과 같은 액상비료의 엽면시비효과 증진기술 개발과 보급이 절실하다.