Our study aims to investigate the impact of temperature on the abundance and structure of soil microbial community in a temperature gradient tunnel.
To investigate the interaction between temperature and input of C and N, rice straw and urea were applied to the study plots, respectively. We also studied the impact of plants by comparing plots cultivated with rice and unplanted plots. Soil microbial response was measured using the phospholipid fatty acid (PLFA) analysis. Soil chemical properties, including pH and ammonia and phosphate concentrations were influenced by warming and material addition. Microbial PLFA was partially influenced by material inputs, and actinomycetes PLFA was decreased by warming. In cultivated rice plots, an increase in the carbon to nitrogen ratio illustrated the effect of plant on microbiota caused by carbon addition through the root residues. Results from the principal component analysis of PLFA data showed that warmed and control plots applied with rice straw could be separated by principal component analysis.
Our results suggest that plant influence both the microbial community structure and abundance, and temperature change has a minimal impact on soil microorganisms in flooded soil.
기후변화에 따른 온도상승은 직 · 간접적으로 토양의 이화학성을 변화시키며, 유기물 분해와 질소 무기화 등의 작용을 통하여 탄소 및 질소를 포함하는 물질순환에 영향을 준다. 온도증가는 유기물을 분해하는 미생물의 활동을 촉진시켜 탄소의 소모를 증가시키거나, 미생물의 체내에 고정되는 질소의 양을 증가시켜, 식물이 이용할 수 있는 질소의 공급원을 제한하여 식물의 생장을 억제할 수 있다(Burger and Jackson, 2003). 토양의 온도는 기온 외에도 환경요소의 조건에 따라 변화하는 양상이 다르며(Zheng
농업생태계 중 논은 벼의 재배기간 중 상당기간 담수되어 혐기상태로 되기 때문에 호기상태인 밭의 토양과 이화학성이 다르다. 담수를 하면 유기물 분해가 느려져 가용성 질소의 양이 줄어들며, 토양표면의 탄소량이 많아지기도 한다(Pan
또한, 토양미생물은 유기물 분해를 통해 이산화탄소를 배출함으로써 기온에 대한 상승적인 피드백 작용을 한다(Davidson and Janssens, 2006). 온도가 상승하면 식물의 광합성산물이 증가하여 뿌리잔사와 근권분비물을 증가시키기 때문에 주변 미생물의 활동을 촉진시킬 수 있다. 또한, 온도는 미생물의 밀도뿐만 아니라 군집구성에 영향을 미치기 때문에(Deslippe
본 연구는 담수토양에서 상승온도가 식물이나 탄소 및 질소 투입과의 작용에 의해 토양의 미생물과 환경에 미치는 영향을 밝히는 것을 목표로 하였다. 미생물 밀도 및 군집 변화는 인지질지방산(Phospholipid fatty acid, PLFA)을 분석하여 조사하였다. PLFA 분석은 미생물군별 양적변화를 알아보는데 유용하며, 다양한 환경스트레스의 지표로 활용할 수 있는 장점이 있다(Kaur
본 시험은 전라북도 완주군 이서면(E 127°02'25.3" N 35°49'36.1")에 위치한 실험포장에서 실시하였다. 온도구배터널의 전체구조는 길이 25 m, 폭 2.5 m, 높이 3.5 m로 이루어졌고, 4개의 구획으로 나누어졌다(T1∼T4,각 길이 6.3 m). 각 구획 사이에 송풍시설을 설치하여 외부공기가 T1으로 들어와서 T4로 빠져나가게 했다. 온도는 T1에서 T4쪽으로 갈수록 높아졌으며, 실험은 T1과 T3을 대조구와 상승온도처리구로 각각 설정하여 진행하였다. 기온은 지상부 50 cm 부근에 센서를 설치하여 측정하였고, 토양온도는 10 cm 깊이로 센서를 매설하여 측정하였다. 실험기간 중 온도변화는 매시간 자동으로 측정하여 일평균 값으로 나타내었다.
실험은 2014년 6월 12일에 시작하여 약 52일간 수행하였다. 와그너포트(1/5000 a)에 양질사토를 채운 후 탄소와 질소의 투입효과를 알아보기 위하여 생볏짚(5 t/ha)과 요소(150 N kg/ha)를 토양에 혼합하여 무처리구와 비교하였다. 식물의 영향을 알아보기 위하여 벼(Oryza sativa cv. Dongjin)를 재배하여 식물이 없는 처리구와 비교하였으며, 각 처리구별로 난괴법 3반복으로 수행하였다. 토양의 관리는 점적관수를 이용하여 담수조건을 유지하였다.
토양과 식물의 조사는 2014년 8월 3일에 실시하였다. 토양은 표면에서 5∼15 cm 깊이의 시료를 채취하여 미생물과 화학성 분석에 이용하였고, 벼는 지상부를 수거하여 건물중을 조사하였다. 토양의 화학성 분석은 RDA(2002)에 따라 실시하였다. 토양의 pH는 토양과 증류수의 비율을 1:5로 하여 그 현탁액을 초자전극법으로 측정하였다. 유효인산은 Acetate-lactate buffer로 추출하였고, 암모니아태 질소는 2M KCl로 추출 후 SmartChem autoanalyzer(Westco, Italy)를 이용하여 제조사의 방법에 따라 발색법으로 측정하였다. 토양 C/N율 분석은 Vario MX CN(Elimantar Analysen systeme, Hanau, Germany)을 이용하여 수행하였다.
온도가 토양미생물에 미치는 영향을 알아보기 위해 Li
온도와 벼재배가 미생물 PLFA에 미치는 효과를 분석하기 위해 t-test를 실시하였다. 또한, 동일한 온도 및 벼재배 조건에서 볏짚이나 요소를 투입한 처리간 비교를 위하여 최소유의차검정법(LSD)를 실시하였다. 미생물 군집구성이 처리에 의해 영향을 받았는지 분석하기 위해 주요인분석(Principal component analysis)을 실시하였다. 모든 통계분석은 XLSTAT(Addinsoft, Brooklyn, NY, USA)을 이용하여 수행하였다.
온도구배터널에서의 기온 및 지온의 일평균 변화는 Fig. 1에 나타내었다. 시험기간중 대기의 평균온도는 대조구에서 27.9℃, 상승온도처리구에서 28.8℃이었다. 토양의 평균온도는 대조구에서 27.0℃, 상승온도처리구에서 28.3℃였다. 본 실험에서는 포트가 지상에 노출되어 있었기 때문에 기온과 지온에 큰 차이는 없었던 것으로 판단된다.
토양 화학성은 온도뿐만 아니라 볏짚과 요소의 투입에 영향을 받았으며, 벼재배구와 무재배구에서 다른 경향이 나타났다. 토양의 pH 또는 양분의 변화는 토양 미생물에 영향을 미치는 중요한 요소이다(Lauber
[Table 1.] Soil chemical properties affected by temperature, material input and plant cultivation
Soil chemical properties affected by temperature, material input and plant cultivation
미생물의 PLFA에 대하여 온도 또는 볏짚과 질소 투입의 효과가 부분적으로 나타났다(Table 2). 미생물의 환경스트레스를 나타내는 포화/불포화 지방산 비율과 Cyclo/precursors 지방산 비율이 상승온도처리구에서 볏짚투입에 의해 감소하였으며, 기질의 증가 등에 의해 환경스트레스가 감소한 것으로 추측된다(Kaur
Bioindicator of microbial PLFA for environmental condition and abundance of microbial groups
미생물 PLFA의 주요인 분석에서 볏짚투입구의 상승온도처리구와 대조구가 PC1에 의해 분리되었다(Fig. 3). Nakamura 등(2003)은 PLFA분석을 통해 볏짚 투입으로 그램양성세균과 혐기성 그램음성균이 발달하였다고 보고하였으며, 본 연구에서도 벼재배 대조구에서 볏짚투입에 의한 그램음성균/양성균 비율의 증가가 관찰되었다(Table 2). 벼 재배기 토양의 세균군락은 주로 그램음성균으로 구성되며, 토양에 혼합된 볏짚은 이들에 의해 0.5 mm 이하까지 분해된다고 추정된다(Matsuyama
미생물 군집 구성은 식물에 의해 바뀔 수 있으며(Marschner