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식물 : 화학비료 vs 유기질비료
식물의 영양원, 미네랄
- N (질소원, nitrogen source) : 아질산의 유해성 논란
- P 인원 [Phosphorous source ]
- K 칼륨 비료
- S 황원 [Sulfur source ] : 아황산
- 퇴비
식량을 구성하는 주된 화학 원소는 탄소, 수소, 산소, 질소, 그리고 인이다. 식물은 잎을 통해 받아들이는 공기 중의 이산화탄소로부터 탄소와 산소를, 그리고 뿌리를 통해 흡수한 물에서 나온 수소를 얻는다. 이렇게 얻어진 원소들은 광합성을 통해 최종적으로 탄수화물이 된다. 그런데 단백질, 핵산, 인지질 등을 만들려면 탄소, 수소, 산소 이외에도 질소와 인이 필수적이다. 대개 식물이 이용할 수 있는 이산화탄소와 물은 풍부하지만 질소와 인은 부족하다. 그래서 단위면적당 생산량을 늘리기 위해서는 질소와 인을 비료의 형태로 외부에서 공급해줘야만 한다.인은 인산염을 많이 포함한 암석을 산으로 처리해서 비료로 얻을 수 있고, 또 식물에 필요한 소량의 칼륨도 재를 뿌려서 보충할 수 있다. 그러나 질소 성분은 퇴비나 동물의 분뇨, 그리고 무기 질산염(칠레 초석, NaNO3)이나 구아노(페루의 태평양 연안에 바닷새의 똥이 퇴적돼 굳어진 것)를 통해 얻어왔으나 그 양이 적어 근본적인 해결책이 될 수 없었다.
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양은 많지만 잡히지 않는 질소
공기 중에는 78%에 해당하는 엄청난 양의 질소가 포함돼 있지만 정작 식물에 필요한 질소를 얻을 수 없다는 것은 참으로 아이러니컬한 문제였다. 공기 중의 질소는 두개의 질소 원자가 삼중결합에 의해 단단히 묶여있는 분자(N=N)이기 때문에 이들 원자를 떼어내 식물세포가 이용할 수 있는 암모늄 이온(NH4-)이나 질산 이온(NO3-)으로 만들 수 없었던 것이다(이를 질소고정이라 함).
자연에서는 두 가지 방법에 의해 공기 중의 질소가 고정된다. 번개가 칠 때 그 에너지에 의해 질소분자의 결합이 깨져 식물이 이용할 수 있는 형태로 고정되지만, 이러한 양은 많지 않다. 또 콩이나 아카시아 같은 콩과 식물의 뿌리에 기생하는 뿌리혹 박테리아 등에 의해서도 질소고정이 일어난다. 과거에는 콩을 다른 작물과 번갈아 심거나 콩과 식물이 자란 후에 갈아엎는 등의 방법을 통해 농업 생산량을 상당히 늘릴 수 있었다. 그러나 이런 방법으로 질소를 얻는 것은 한계가 있기 때문에 농업생산량은 더 이상 늘 수 없었다.
1900년대 말까지 질소고정 문제의 해결을 위해 몇 가지 공업적인 방안이 시도됐으나 에너지 소모가 너무 커서 경제성이 있는 대안이 되지 못했다. 1899년에 바스프(BASF, 세계적인 화학공업회사로 지금도 영업 중)사에 근무하던 보슈(Carl Bosch, 1931년 노벨 화학상 수상)가 하버보다 먼저 질소와 수소를 직접 반응시켜 암모니아를 합성하는 연구를 시작했지만 합성조건을 찾지 못하고 있었다. 한편 하버는 하이델베르크에서 저명한 화학자인 분젠과 연구를 했고, 1891년 베를린에 있는 샤를로덴베르크 공과대학에서 유기화학 분야 연구로 박사학위를 받았다. 그 후 몇몇 산업체에서 일하다가 1894년 칼스루헤에 있는 프레데릭 공과대학에 조수로 가면서 일생의 전기를 맞게 됐다. 칼스루헤에 도착하자마자 하버는 유명한 아레니우스(Svante Arrhenius, 1903년 노벨 화학상 수상)의 제자인 물리화학자 루긴과 물리화학(화학반응의 물리적인 원리를 탐구하는 분야)을 연구했다. 당시만 해도 물리화학은 새로운 분야였다.
하버는 에너지의 전달의 기본 개념을 이용해 탄화수소의 분해에 관한 실험 결과를 이론적으로 설명하는 문제에 크게 매력을 느꼈다.
그는 정열을 기울여 전기화학, 열역학 등 중요한 물리화학의 분야를 섭렵하고, 곧 이 분야의 세계적인 권위자로 성장했다. 특히 1905년에 출간한 '공업적 기체 반응의 열역학'은 열역학적 데이터를 기초로 중요한 기체 반응의 효과를 넓은 온도 범위에서 계산하는 방법을 제시한 고전이 됐다.
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더 많이 더 빨리 암모니아를
1904년 하버는 기체 반응의 물리화학적 이해를 토대로 기체 상태의 질소와 수소를 직접 반응시켜 암모니아를 만드는 연구에 착수했다. 이 반응은 아래와 같이 간단한 반응식으로 나타낼 수 있었다. 하버는 반응을 통해 암모니아를 효과적으로 얻는 방법을 알아내기 위해 평형과 반응 속도라는 두 가지 면을 함께 고려했다.
N2(기체)+3H2(기체)-- 2NH3(기체)
질소와 수소를 섞어 온도를 높여주면 암모니아가 생기는 반응이 이루어진다. 그러나 일정 시간이 지나면 더 이상 반응이 일어나지 않고 용기 속의 기체들이 평형상태에 도달한다. 이때의 화학평형은 두 개의 어항을 관으로 연결하고 한 쪽에 여러 마리의 물고기를 넣으면 물고기는 양쪽 어항을 드나들면서 어느 시간에 두 어항의 물고기 숫자가 변하지 않고 일정하게 유지되는 것에 비유해 볼 수 있다. 평형 상태에서는 물고기가 계속 양쪽으로 왔다 갔다 하지만 전체적으로는 변화가 없는 것같이 보인다. 그러나 어느 순간 조건이 변하면 처음과 반대 방향으로도 화학반응이 진행될 수 있는데 이러한 과정을 가역 과정이라 부른다.
암모니아 합성 반응도 마찬가지로 가역 반응이었다. 하버는 암모니아가 많이 생긴 상태에서 평형이 이루어지도록 하는 온도, 압력 등의 조건을 찾으려고 했다. 그러나 형형조건을 찾았다고 해도 평형 조건은 평형이 이루어졌을 때 반응물과 생성물이 어떤 비율로 섞여 있는가를 말해 줄뿐이었다. 평형에 도달하는데 얼마나 시간이 걸리는가, 즉 반응속도에 대해서는 알 수가 없었다. 우선 질소 분자와 수소 분자의 화학 결합이 깨져야 암모니아가 만들어진다. 그런데 질소는 삼중 결합을 이루고 있는 안정한 분자이므로 이 반응은 보통의 온도에서는 아주 느리게 일어난다. 일반적으로 온도를 높여주면 반응하는 분자들이 높은 운동에너지를 가지게 된다. 따라서 단위 시간당 충돌 횟수가 증가하고 충돌에 의해 화학 결합이 깨지면서 재결합 생성물을 만들 확률이 높아지기 때문에 반응속도가 증가한다. 그런데 이 반응은 위의 그림에서 볼 수 있듯이 생성물의 에너지 상태가 반응물의 에너지보다 낮은 발열 반응이다. 발열 반응 시에는 외부에서 열을 가해주면 열을 줄이는 방향으로, 즉 위의 반응에서는 평형이 왼쪽으로 이동하게 된다. 반응에서 나온 열을 처리해야 할 판인데 밖에서 오히려 열을 가해주니 차라리 암모니아가 그 열을 이용해서 다시 분해되어 에너지가 높은 원래의 질소와 수소로 되돌아간다는 말이다. 뿐만 아니라 온도가 높은 상태에서는 이 역반응의 속도가 더욱 빨라져서 암모니아를 얻는데 이중으로 불리한 조건이 만들어진다. 반면에 온도를 낮추면 평형을 이루는 데는 유리하지만, 반응 속도가 너무 느려져서 실제적으로 암모니아가 별로 만들어지지 않았다.
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촉매, 암모니아 곳간의 열쇠
하버는 이러한 제한조건 속에서 암모니아를 얻기에 알맞은 온도를 유지하면서 반응속도를 빠르게 하기 위해 촉매를 사용했다. 촉매란 반응의 평형에는 영향을 미치지 않으면서 반응속도를 바꿀 수 있는 물질을 말한다. 모든 화학 반응에는 반응물과 생성물 사이에 높은 에너지 장벽이 있어서 이 장벽을 넘기에 충분한 에너지를 가진 반응물만이 생성물로 바뀌게 마련이다. 만일 이런 장벽이 없다면 우리 주위에서 여러 가지 화학 반응이 저절로 일어나서 엄청난 재앙을 일어날 것이다. 간단한 예로 산화 반응에 관계되는 에너지 장벽이 어느 순간에 없어진다면 종이, 나무, 석탄 등 탈 수 있는 물질들이 저절로 산소와 결합해서 우리 주위는 불바다가 되고 말 것이다. 촉매가 반응속도를 조절할 수 있는 이유는 반응 때 에너지 장벽을 낮추어서 화학 반응이 빨리 진행하도록 도와주기 때문이다. 속도를 느리게 하려면 에너지 장벽을 높이는 촉매를 쓰면 된다. 마치 중매쟁이가 서먹서먹해 하는 남녀를 만나게 주선해서 결혼에 이르게 해주는 격이다. 우리 몸처럼 낮은 온도 상태에서도 여러 가지 생화학적 반응들이 일어날 수 있는 것도 효소라는 단백질 촉매의 작용 때문이다.
그런데 촉매를 사용하면 암모니아가 생성되는 정반응의 속도도 빨라지지만, 반대로 암모니아가 질소와 수소로 분해하는 역반응의 속도도 빨라진다. 따라서 암모니아를 얻는 효율을 높이려면 평형을 암모니아가 생성되는 방향으로 이동시켜야 한다. 앞에서 살펴본 대로 온도를 낮추는 것은 반응 속도가 느리기 때문에, 하버는 높은 온도를 유지하면서 아주 높은 압력을 가하여 평형을 오른쪽으로 이동시켰다. 촉매를 이용한 암모니아 합성은 당시 물리화학의 세계적인 권위자인 오스트발트(1909년 노벨 화학상 수상)도 시도했다가 성공을 거두지 못한 일이었는데, 하버는 높은 압력을 이용하는 새로운 방법으로 성공을 거둔 것이다.
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대량생산의 길로
위의 반응식을 보면 네 개의 기체 분자(한개의 질소 분자와 세 개의 수소 분자)가 반응하면 두 개의 암모니아 분자가 생기는 것을 알 수 있다. 즉 반응의 결과로 분자수가 절반으로 줄기 때문에 압력이 절반으로 줄어든다. 때문에 압력을 가하면 압력이 줄어드는 방향, 즉 암모니아가 생성되는 방향으로 평형이 이동하게 된다. 게다가 만들어진 암모니아를 계속적으로 제거하면 역시 암모니아가 만들어지는 방향으로 평형이 이동한다.
하버는 평형조건에 대한 물리화학적인 분석을 토대로 수많은 시행착오를 통해 5백℃, 2백기압 조건에서 오스뮴과 우라늄을 촉매로 쓰면 약 6-10% 수율로 암모니아를 얻을 수 있다는 것을 알아냈다. 그 후 이를 공업화하기 위해 하버는 1909년에 보슈와 협력하기로 하고 굴지의 화학공업회사인 바스프(BASF)사의 재정적인 지원을 받아냈다. 1913년 9월에 처음으로 하루에 20t의 암모니아가 공업적으로 생산되기 시작했다. 이 공정은 하버-보슈 공정으로 불리는데, 하버와 보슈는 이 업적을 평가받아 각각 1918년과 1931년에 노벨 화학상을 수상했다.
그런데 하버가 처음에 사용한 촉매인 오스뮴은 구하기가 어려워 암모니아의 대량생산에는 적당하지 않았다. 보슈의 연구원들은 가능한 모든 원소들의 촉매 활성을 다 조사해보았는데, 약 2만 번의 실험 끝에 산화알루미늄이 소량 들어 있는 산화철이 효과적인 촉매라는 것을 알아냈다. 그 후 여러 가지 금속 산화물이 들어있는 보다 효율이 높은 촉매가 속속 개발됐다. 오늘날 암모니아 합성에는 알루미늄, 칼슘, 칼륨, 규소, 마그네슘, 그리고 미량의 티탄, 바나듐, 지르코늄의 산화물이 들어있는 촉매가 사용되고 있다.
과학의 양면성, 비료가 폭탄원료로
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오늘날 세계적으로 약 1억7천5백만t의 질소가 경작지에 뿌려지고 약 절반이 작물에 흡수되는데, 그 중 약 40%가 하버-보슈 공정을통해 합성한 인조 비료로 공급되고 있다. 사람이 섭취하는 단백질의 약 75%가 직접 또는 간접적으로 농작물에서 나온다면 세계 인구가 섭취하는 단백질의 약 3분의 1이 질소 비료에서 나오는 셈이다.
암모니아는 질소 비료의 원료 뿐 아니라 폭발물 제조에 필수적인 질산의 원료로도 중요하다. 하버-보슈 공정으로 만들어진 암모니아를 산화시키면 쉽게 질산을 만들 수 있는데, 노벨이 다이너마이트를 만드는데 사용한 니트로 글리세린은 글리세린에 질산을 처리해서 만든다. 20세기초에 독일은 칠레 초석을 수입해서 질산을 얻었다. 1차 세계대전(1914-18) 중에 초석 수입이 중단됐지만 하버-보슈 공정 덕분에 독일은 계속해서 폭탄 제조를 할 수 있었다.
1차 대전 중 카이제르 빌헬름 물리화학연구소 소장으로 있던 하버는 염소를 독가스로 쓰는 방법을 개발했는데, 그는 그렇게 해서라도 빨리 전쟁을 종식시키는 것이 인류의 고통을 줄이는 길이라고 믿었다고 한다. 독가스가 연합군에게 처음으로 사용되던 날 하버의 부인은 자살했고, 종전 후 하버는 전범으로 낙인 찍혔다.
질소 비료를 값싸게 공급해서 인류를 재앙에서 구출한 하버가 세계대전 중에 독일이 사용한 폭약과 독가스의 제조에 관련됐던 것을 보면 과학과 과학자의 양면성을 보는 듯하다. 과학의 발견을 어떻게 사용하는가는 과학자만이 아닌 인류 전체에게 주어진 과제인 것이다.
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오랫동안 농업에 식량공급을 의존하여 살면서 농경사회인들은 ‘거름’의 필요성을 배우게 되었으며, 인간 분뇨를 포함한 동물의 분뇨, 식물성 퇴비, 부패시킨 해물들이 고정화된 질소의 공급원으로 그 가치를 인정받게 되었다. 그러나 이 같은 천연 비료는 수확을 더 많이 늘리고 싶은 농부들의 마음을 채우기에는 부족하였다. 농경사회에서 농부들은 자연히 더 좋은 비료를 더 많이 갖고 싶어하였다. 그런데 우리는 역사 속에서 폭약과 비료의 깊은 관계를 찾아볼 수 있다. 천년 이상 전에 중국에서는 바위 벽에 하얗게 생기는 결정성 가루를 모아 화약을 만들어 쓰기 시작했으며 - 불꽃놀이의 시초를 아마도 여기서 찾을 수 있다고 믿는다 - 중세에는 이 화약의 이용이 중동을 걸쳐 유럽까지 전달되었다. 중국 눈(China Snow)이라 불렸던 이 화합물은 질산칼륨(질산포타슘)이다. 이를 동양에서는 흔히 초석이라 불렀다. 같은 폭약이 인도 갠지스강 개펄에서도 발견되어 17세기 중반 들어서는 영국동인도회사가 이를 영국으로 실어 날랐고, 훗날 영국이 인도를 점령하게 된 주요 동기중의 하나가 되었다. 후에 남미 페루의 아타카마 사막은 영국, 독일, 미국 등 열강국이 탐내던 질산나트륨(질산소듐)의 보고(寶庫)임이 알려져 19세기 중반 페루는 이를 팔아 큰 세입을 올렸다. 이를 탐낸 칠레가 페루를 침공하는 전쟁까지 있었다. 우리는 이 질소화합물을 흔히 칠레초석이라 불렀다. 중국 눈과 칠레초석은 화약용도로 더 관심이 컸지만, 비료의 효능을 지님도 농부들이 곧 알게 되었다. 화약과 비료라는 서로 어울리지 않는 이중기능을 지녔음이 발견된 셈이다.
인공적인 질소의 고정 : 농업혁명
그런데 20 세기 초에 인류 역사에 엄청난 화학기술의 발전이 독일의 프리츠 하버와 카를 보슈에 의해 이루어졌다. 이들은 고압 고온에서 촉매 존재 하에 질소기체와 수소기체를 반응시켜 암모니아를 제조할 수 있었다. 다시 말해 질소를 고정시키는 공업적 공정을 성공시켰다. 이 공정을 우리는 하버-보슈 공정(하버-보슈법)이라 부르며, 지금도 이 공정이 세계적으로 사용되고 있다.
인공적인 질소의 고정은 곧바로 농업혁명으로 이어져 작물재배에 필요한 질소화합물이 대량으로 공급되었다. 독일에서는 암모니아와 황산을 섞어 만든 황산암모늄을 곧바로 비료로 사용하게 되었으며, 후에는 암모니아로부터 요소비료를 생산하게 되었다. 암모니아나 암모늄염이 토양 속에 존재하는 박테리아들에 의해 산화되어 질소산화물로 변하면 작물들이 흡수하게 된다. 요소도 마찬가지다. 아예 암모니아를 밭에 뿌리기도 하였다. 물론 암모니아의 독성을 조심하여야 한다.
과잉의 독 : 질소순환계의 문제점
첫째, 토양에 고정화된 질소가 풍부하지 못한 환경에 적응하도록 진화된 식물분포에 변화가 생김
전에 보지 못했던 새로운 식물들이 출현하고 있다.
둘째는, 우리가 현재 논밭에 사용하고 있는 비료의 1/2 정도가 작물들이 흡수하거나 논밭에 잔류하지 못하고
빗물에 씻겨 개천, 강을 거쳐 바다, 혹은 호수로 들어간다. 수중의 영양분을 증가시키는 부영양화 현상이 일어난다.
채워주지 못하는 것
식물이 살아가는데 정말 미량이지만 미네랄도 필요하다
같은 땅에 회복할 시간을 두지 않고 계속 재배함으로써
미량의 미네랄이 보충되지 않아 우리가 먹는 과일 야체이 미네랄 함량이 자꾸 감소하고 있다
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● 순환되는 자연
유기농업이란 순환되는 자연의 원리를 그대로 이용하자는 농법이다. 자연은 끊임없이 순환한다. 식물은 태양으로부터 에너지를 얻어 광합성을 하고 토양으로부터 여러 가지 무기물을 빨아들여 생장한다.
이들이 만들어낸 유기물은 그들의 몸을 형성하고 에너지를 발생하는 연료가 되기도 하고, 동물의 먹이가 되어 그들의 생존에 필요한 형태로 전환되기도 했다. 그리고 이들이 배설한 찌꺼기나 사체 속에 남은 유기물은 다시 미생물의 분해작용을 거쳐 식물이 이용할 수 있는 형태로 전환되어 순환되었다. 이 것이 생태계 순환의 가장 기본적인 모식도이다.
이 순환 과정을 질소를 예로 들어 좀더 자세히 알아보자. 질소는 생명체를 구성하는 주요한 요소로 대기 중에 존재하다가 여러 가지 방식으로 고정되어 토양 속으로 유입되고, 식물은 이 질소를 물과 함께 빨아들여 스스로의 몸을 만드는데 사용한다. 다시 질소는 먹이사슬을 통해 식물로부터 동물들의 몸으로 옮겨가고, 그들의 배설물이나 사체는 미생물의 분해 작용으로 인해 토양이나 대기 중으로 되돌아가며 순환된다.
흔히 농경을 하는 농작지는 지력이 중요하다고 말하는데, 이 지력(地力) 중에 가장 중요한 요소가 바로 그 땅에 얼마나 많은 질소 성분이 포함되어 있는지의 여부이다. 질소(N)는 단백질과 핵산을 형성하는데 필요한 물질로, 특히나 핵산과 단백질로 구성된 생명체에게 있어서는 매우 중요한 원소 중 하나이다.
식물은 광합성을 통해 산소와 이산화탄소를 에너지원이 되는 포도당으로 전환시킬 수 있지만, 질소가 없이는 단백질과 핵산을 만들 수 없기 때문에 성장이 불가능하다. 따라서 식물의 원활한 생장을 위해서는 토양 속에 질소 성분이 충분히 포함되어 있어야 하거나, 혹은 보충해 주어야 한다.
사실 지구 대기의 약 78%가 질소로 이루어져 있는 상태에서 질소의 부족으로 성장하지 못한다는 것은 아이러니한 일로 느껴진다. 대부분의 생명체들은 질소 원자 두 개가 결합해 형성된 기체 상태의 질소는 이용하지 못하기 때문이다. 대부분의 식물들조차도 질소가 질산 이온이나 암모니아의 형태로 물에 녹아야 이를 이용할 수 있으니, 식물들에 기대어 살아가는 동물들이 대기 중 질소를 이용한다는 것은 언감생심이다.
질소고정은 다시 비생물학적인 방법과 생물학적인 방법으로 나뉘는데, 전자는 번개가 공중에서 방전하면서 발생하는 에너지로 인해 질소 기체가 고정되는 방법이며, 후자는 독립적으로 생활하는 질소고정세균이나 일부 조류, 콩과식물과 공생하는 뿌리혹박테리아 등 살아 있는 생명체에 의한 질소고정을 말한다.
독립적인 질소고정세균으로는 클로스트리듐과 아조토박터류들이 있는데, 이들은 모두 토양 속에 살며 대기 중의 질소를 고정해 토양을 비옥하게 만드는 효과가 있다. 사실 질소 고정생명체로 가장 유명한 것은 콩과식물의 뿌리에서 공생하는 뿌리혹박테리아(leguminous bacteria)이다.
1888년 네덜란드의 베이어링크(Beijerinck)에 의해 최초로 발견된 뿌리혹박테리아는 강낭콩과 완두, 까치콩을 비롯한 콩류 뿐 아니라, 알팔파와 토끼풀, 루핀, 카우피 등의 뿌리에도 기생하여 대기 중의 질소를 고정하는데 상당한 몫을 하고 있다.
● 질소의 순환과 농업
1만년 전 신석기 시대, 최초로 농경이 시작된 이후 이 땅의 농업에서 가장 큰 문제는 이 질소를 어떻게 순환시키느냐였다. 한 곳에서 몇 해를 거듭해 농사를 짓게 되면 땅 속의 질소가 고갈되어 더 이상 작물이 자라지 않기 때문이다. 농업이 발생되던 시절의 농부들은 이를 이동으로 해결했다. 한 곳에서 농사를 짓다가 소출이 적어지면 다른 곳으로 옮겨서 경작하는 것이었다. 아직 땅은 넓고 사람은 적던 시절이었기 때문이었기에 가능했던 방법이었다.
완전한 정착생활이 시작된 경작지를 등분하여 서로 다른 작물을 바꿔가며 심고, 일부는 일정 기간 동안 작물을 재배하지 않는 돌려짓기(윤작)가 일반적이었다. 당시 사람들은 이유는 몰랐지만, 메말라 더 이상 작물이 자라지 않는 땅도 몇 해 정도 농사를 짓지 않으면 다시 지력이 회복된다는 것을 알고 있었기 때문에 이런 식으로 농경지를 유지했던 것이다. 좁은 면적의 땅에서 집약적으로 작물을 기르는 농업은 땅 속의 질소 성분을 그 곳에 살고 있는 질소고정세균이 만들어내는 양 이상을 사용하기 때문에 오래 지속될 수 없다.
하지만 주기적으로 휴경을 하게 되면, 다시금 질소고정세균이 토양 속에 질소를 공급해낼 시간을 벌어주어 그 곳이 완전한 황무지가 되는 것을 막아준다. 그러다가 사람들은 땅을 1년 동안 비워두는 대신 이 곳에 강낭콩이나 완두를 심으면 휴경을 하는 것만큼 땅의 지력을 회복시킨다는 사실을 알게 되었고, 이후 돌려짓기에 있어 콩과식물은 매우 중요한 지력 회복 작물로 알려지게 되었다.
콩과식물의 뿌리에 공생하는 뿌리혹박테리아는 매우 유능하여 콩이 성장하는데 필요한 것 이상으로 대기 중의 질소를 고정시키기 때문이다. 흔히 콩을 일컬어 ‘밭에서 나는 고기’라고 부를 정도로 단백질이 풍부한 것 역시 바로 이 뿌리혹박테리아 덕이다. 이들 덕에 질소를 충분히 공급받는 콩은 이를 이용해 다른 식물에 비해 더 많은 단백질을 생산할 수 있기 때문이다.
번거로운 돌려짓기를 하지 않아도 지력을 유지시키기 위해서는 인위적인 질소원의 공급이 반드시 필요하다. 비록 정확한 이유는 알지 못했지만 옛사람들도 농경지에 유기물을 보충해주면 땅의 지력이 회복된다는 사실은 경험으로부터 알고 있었다. 그래서 만들어진 것이 사람의 가축의 분뇨와 탈곡한 뒤 남은 짚단 등을 이용해 만든 거름과 퇴비였다.
자연에서 만들어진 질소함유물을 다시 자연으로 돌려주어 생태계의 질소 순환을 깨뜨리지 않으면서 그 거리를 훨씬 짧아지게 만든 것이었다. 오랫동안 인류의 농업은 이런 방식으로 이루어졌다. 이 시기는 모든 농업이 유기농업이었으니, 유기농업이라는 말 자체가 의미가 없던 시기였다.
하지만 근대 과학의 발전은 이 거리를 더욱 좁히는 방식을 알아낸다. 화학의 발전으로 인해 공장에서 질소가 포함된 질산염을 인위적으로 합성할 수 있게 되었고, 곧 이는 제품으로 출시되어 팔려나갔다. 냄새나고 오래 걸리는 퇴비 생산에 비해 질소 성분이 든 비료는 깔끔하고 간편했기에 곧 퇴비를 몰아내고 농경지에 뿌려지는 주요 물질이 되었다.
농업에 있어서 화학의 발전은 여기에 머물지 않았다. 곧 이어 잡초를 죽이는 제초제와 해충을 죽이는 살충제가 개발되었고, 이들은 비료가 퇴비를 밀어낸 시간보다 더 빨리 김매기와 벌레잡이를 대신해서 농경지에 더해지기 시작했다. 자연적인 순환에 의거하던 농업이 인간이 만들어낸 화학물질로 뒤범벅이 된 시절이 시작된 것이다.
● 유기농을 둘러싼 갈등이 부른 살인
그런 와중에서도 자연의 순환 원리를 교란시키는 것에 대해 우려를 표하는 사람들은 있었다. 이들은 전통적인 농업 방식을 지키려 시도했는데, 1962년 레이첼 카슨의 『침묵의 봄』 이후 전면화된 농업용 화학약품들과 이로 인한 환경 파괴의 우려는 이들의 오랜 노력이 충분히 그럴만한 가치가 있었다는 것을 증명해 주었다.
하지만 카슨의 경고가 나온지도 벌써 반세기가 흘렀건만, 유기농업은 여전히 화학약품을 이용하는 근대식 농업에게서 주도권을 되찾지 못하고 있다. 앞서 말한 드라마에서는 이에 대한 이중적인 현대인들의 생활 방식을 보여주고 있다. 슈퍼마켓에서 유기농산물을 사며 지구를 위해 무언가를 했다는데 뿌듯한 자부심을 느끼는 이들이 이를 사서는 일회용 플라스틱 그릇에 담아 일회용 포크로 먹는 것이다.
프랭클린 역시 마찬가지였다. 그는 스스로를 친환경론자로 규정짓고 유기농업을 고수한다. 그런데 그는 이 방법을 타인에게 억지로 강요한다. 즉, 그는 주변의 농가들을 모두 유기농업체제로 전환시키는데 있어 그의 우월한 경제력을 앞세운다. 어떤 농가든 유기농업으로 전환하자는 그의 제안을 거절하는 순간, 그에게는 적이 된다. 그는 유기농업의 중요성을 설명해 상대를 설득하는 것이 아니라, 실력 있는 변호사를 사서 상대의 약점을 캐고 철저히 짓밟은 후에 그들을 내쫓다시피하고 헐값으로 땅을 사들였다. 환경을 생각한다는 이유로 타인의 의사는 무시했던 것이다.
우리 세대가 잠시 빌린 지구를 후손을 위해 깨끗하게 쓰고 남겨준다는 취지는 누구나 공감할 것이다. 하지만 그를 위해 타인의 행복을 철저히 짓밟는 것은 어쩐지 자연의 기본원리인 공존과 순환의 논리에는 맞지 않는다. 환경과의 공존을 외치면서 이웃은 짓밟고, 유기농산물을 애용하면서 일회용품 사용을 자제하지 않는 현대인들의 모습을 통해 머리로는 환경의 중요성을 외치지만 실상은 몸의 이익만을 좇는 사람들의 모습이 흥미로운 에피소드였다.
이은희 과학칼럼니스트 hari@hanmail.net