사막환경, 해수 농업 가능성 발견
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사막환경, 해수 농업 가능성 발견
  • 환타임스
  • 승인 2010.04.26 00:30
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유엔미래포럼 박영숙의 미래예측보고서<9> 해수농업 장점과 재배법(상)
인구비례에 걸맞는 식량 재배할 담수 확보는 지구의 시급한 문제
▲ 박영숙 유엔미래포럼 대표 
해수농업의 장점이 많다. 인간, 동물이 사용할 수 있는 작물과 해양 동물을 키워 신선한 물을 구할 수 없는 세계의 불모지에 농업 생산의 기회를 증가시킬 수 있다. 다량의 이산화탄소를 흡수하여 온실 가스로 인한 지구온난화를 감소시킨다.
 
바이오 연료로 사용할 수 있는 작물을 재배하여 화석연료 의존도를 줄일 수 있다. 일자리가 점점 줄어들고 있는 지역의 고용을 창출한다. 바다로 바로 흘러 들어가 해수오염을 일으킬 수 있는 양식장의 부영양화된 오수를 흡수하여 수질악화를 막는다. 해수 농장은 불모지까지 확장하여 생물학적 다양성을 높이고 환경을 재창조하고 생태학적으로 건전한 발전을 이룰 수 있다.

해수를 통해 작물재배 방법도 연구개발되고 있다. 세계의 인구가 증가하고 담수가 점점 더 희소해지면서, 연구원들은 특정 작물들을 바닷물을 통해 재배할 수 있는 방법을 찾고 있다.
 
지구가 “바다 행성”이라고 불릴지라도, 인간을 포함한 아주 많은 생명체는 비, 강, 호수, 샘, 냇물들로부터의 담수를 통해 자라나는 작물들에 의존한다. 인간이 가장 많이 소비하는 다섯 가지 작물, 밀, 옥수수, 쌀, 감자, 그리고 대두는 모두 소금을 견뎌내지 못하기에, 해수에 접했을 시에 그것들은 죽고 마는 것이다.

지구의 가장 시급한 문제들 중 하나는 늘어나는 인구에 비례해 걸맞는 식량을 재배할 담수를 확보하는 것이다. 국제 연합의 식량농업기구는 향후 30년 동안 열대와 아열대 지방의 증가하는 인구를 부양하기 위해 약 2억 헥타르 (약 4억 9420만 에이커)의 새로운 경작지가 필요할 것이라고 내다 봤다. (이는 대략적으로 미국의 애리조나, 뉴 멕시코, 유타, 콜로라도, 아이다호, 와이오밍과 몬태나 주를 합친 크기의 땅이다)
 
그럼에도 불구하고 이 나라들에게 확장될 수 있는 공간은 9천3백만 헥타르에 불과하며, 그마저도 대부분 보존해야 하는 우림 지역이다. 명백히 다른 대체의 담수와 경작지가 필요한 것이다.

해수를 통한 농업의 가능성을 실험했고, 그 결과 그러한 농업이 사막 환경의 모래가 많은 토양에서는 가능하다는 것을 발견하였다. 해수 농업은 소금에 내성이 있는 작물들을 바다에서 끌어온 물을 통해 경작하는 것을 말한다. 근본적으로 해수란 부족할 수가 없다. 지구상의 97%의 물은 바다에 존재하기 때문이다. 또한, 사막 지역 역시 모자람이 없다. 지구 지면의 약 43%는 건조하거나 반건조한 땅으로 이루어져 있다.
 
다만, 그 중 적은 부분만이 바다와 충분히 가까워 해수 농업을 가능케 한다. 우리는 약 15%의 개발되지 않은 연안과 내륙 소금 사막 지역이 그러한 해수 농업에 가능한 땅으로 예상하고 있다. 이 땅의 면적은 그 합이 1억 3천만 헥타르에 이르며, 숲을 파괴하거나 이미 희소한 담수의 사용 없이 인간과 동물을 위한 식량을 확보할 수 있는 공간이라는 점이 눈여겨볼 점이다.

해수 농업은 고전적인 방법으로 2차 세계 대전 이후에 진지하게 고려되었다. 1949년, Hugo Boyko라는 생태학자와 Elisabeth Boyko라는 원예학자는 홍해의 Eilat이라는 마을에 이스라엘 국가의 형성에 필요한 문제로 가게 되었다. 담수가 부족했던 Boyko 가족은 소금기 있는 우물과 바다로부터의 양수해낸 해수를 사용했다. 그러자, 많은 작물들이 모래가 많은 토양에서는 평상시 농법의 염분도 한계를 뛰어넘는다는 것을 알아낼 수 있었다.

1967년 3월 출간된 Scientific American에 Hugo Boyko가 기고한 “해수 농업”이라는 글을 보자. Boyko 가족은 어떻게 특정 작물들이 내염성이 생긴 것인지 아직 시험중이지만 관찰과 실험은 광범위한 관심을 이끌어 내기에 충분했다. 그러한 관심은 전통적인 관개 농업에서의 염분의 한계를 늘리는 것에도 연결되었다. 

해수 농업은 가격 경쟁력을 갖추기 위해 두 가지의 요구 조건이 뒤따른다. 첫째로, 바닷물을 끌어오는 관개 비용을 넘을 만큼의 작물을 재배할 수 있어야 하며, 둘째로 연구원들은 농경법을 더욱 연구하여 해수 농업이 환경을 손상시키지 않게 해야 한다. 이러한 장애요소들을 뛰어넘는 것은 매우 어려웠지만 소기의 성과를 거두었다.

우선 염기에 강한 식물들을 찾아야 했다. 해수 농업의 발전은 두 가지 방향으로 나아가고 있다. 일부 연구원들은 염도 한계치를 전통적인, 일반적인 작물, 보리나 밀과 같은 것에서 높이려고 하고 있다. 예를 들어, Emanuel Epstein의 U.C Davis 대학 연구팀은 1979년에 낮은 염도에서 수 세대 동안 경작 되어 왔던 보리가 상대적으로 더 염도가 높은 해수로 관개되었을 때 더 적은 양을 생산해 내는 것을 확인했다. 

불행히도, 전통적인 작물들의 염분도 한계치를 선발육종이나 유전공학 즉 염분에 내성이 있는 유전자를 첨가하는 방법을 통해 증가시키려는 노력은 해수농업에 우수한 모델들이 되지 못하였다. 장기간 재배를 통해 가장 염분에 내성이 생긴 작물의 염분도 한계치의 최대한도, 가령 대추야자의 염분 한계치는 해수의 15% 수준인 1000분의 5 ppt 정도였다. 

보통의 바닷물은 약 35 ppt의 소금을 함유하며, 홍해나 캘리포니아만의 북부 만 지역 즉 멕시코의 소노라와 캘리포니아의 바자 부근의 해안가), 그리고 페르시아만 부근은 대개 40 ppt의 소금을 포함하고 있다. 염화나트륨, 즉 우리가 식생활에 쓰는 소금은 바다 어디에나 풍부하며, 농작물 경작에 가장 큰 방해물이다.

목표는 염기에 강한 식물이라고 불리는 야생의 내염성의 작물들을 재배할 수 있게 바꾸어 식량과 마초, 그리고 지방 종자로 경작하는 것이다. 우리는 기존 작물들의 염감수성을 내염성으로 바꾸어 생리를 근본적으로 바꾸는 것 역시 고려해 보았으나 그 방법이 어렵고, 기존의 야생 식물을 새로 길들이는 것의 가능성만 못하다는 결론을 내렸다. 

우리의 현재의 작물들도 야생에서 시작되었다. 또한, 몇몇 염생 식물들은 이미 지역 원주민들에게 식량의 수단이 되어 왔다. 대표적으로 염생초 Distichlis palmeri에서 자란 곡물들은 콜로라도 강과 캘리포니아만 사이에 거주하는 Cocopah 부족민들의 식량이 되어 왔다.

우리는 우리의 해수 농업을 위한 노력들을 수백 종류의 염기에 강한 식물들을 전세계로부터 모으는 것으로 시작했다. 그 다음, 그 것들의 내염성과 영양학적인 내용물을 검사하였다. 약 2천에서 3천 종의 염기에 강한 식물들은 다양한 지역에서 다양한 습도와 기후 등의 환경에서 자란다. 

Dov Pastemak의 이스라엘, Negev에 위치한 Ben Gurion 대학의 연구팀, 그리고 민족 식물학자인 Arizona 대학의 Richard S. Felger와 Nicholas P. Yensen과의 협동을 통해 우리는 대략적으로 12 종류의 염기에 강한 식물들이 성공적으로 재배될 가능성을 보여주었다.

1978년도에 우리는 가장 성공학 확률이 높은 작물들을 멕시코의 서부 해안가 Puerto Penasco에 위치한 사막에서 실험해보았다. 우리는 식물들을 매일 40 ppt의 걸프만으로부터 범람시킨 고염도 바닷물로 관개했다.
 
그 지역의 강수량이 일년에 겨우 90 mm 수준이었기에, 우리는 일년에 약 20 m 정도의 깊이가 되는 양의 바닷물이 되도록 범람시켰다. 그 작물들은 거의 바닷물에만 의존하는 상태였다. 강수량과 관개에 필요한 물의 양을 mm보다는 최종적으로 그 지역을 덮을 양인 깊이를 나타내는 세제곱 m으로 계산했다.

비록 수확이 작물에 따라 달랐지만, 가장 성공적인 염생초들은 약 1 제곱m 마다 1~2 kg의 대략적인 수확을 거두게 해주었다. 이 것은 대략 자주개자리 작물이 담수에서 자라나는 수확량과 비슷한 수준이다.
 
가장 생산량이 높은 내염성의 염기에 강한 식물들은 Salicornia, Suaeda, 그리고 Atriplex 등이었다. 이들은 모든 염기에 강한 식물들 중 약 20%에 해당되는 양이다. Distichlis나 viny 같은 염생초들이나, 다즙 조직의 잎을 가진 Batis 같은 작물 역시 상당히 생산량이 높았다.

그러나 가격 대비 효율성을 입증하기 위해 우리는 이러한 염기에 강한 식물들이 기존의 작물들을 특정한 목적으로 대체할 수 있는 것을 보여야 했다. 따라서 우리는 이러한 식물들이 가축들의 먹이로 쓰일 수 있는지 확인했다. 

소, 양, 그리고 염소 떼 등은 지구의 농업에 커다란 문제점이 되고 있다. 국제연합의 환경 계획에 의하면 지구의 건조지역중 약 46%는 과도한 목축으로 인한 것이기 때문이다. 몇몇 염기에 강한 식물들은 높은 정도의 단백질과 소화될 수 있는 탄수화물을 가졌으나, 안타깝게도 많은 양의 소금 역시 함유하고 있다. 

소금은 칼로리는 없지만 공간은 차지하기에, 염기에 강한 식물의 높은 염분 함유량은 그 것의 영양적인 가치를 떨어뜨린다. 또한, 그러한 염분은 염기에 강한 식물을 먹을 수 있는 동물의 종류 역시 제한시킨다. 열린 목축 환경에서, 염생 식물을 주로 대체제로 여겨질 뿐이다.

염기에 강한 식물을 기존의 작물들과 혼합하여 가축에게 먹이는 것이 전략이었다. 약 30~ 50%의 기존 작물을 염기에 강한 식물로 대체하여 양과 염소에게 먹여 보자, Salicornia, Suaelda, Atriplex와 같은 염기에 강한 식물을 혼합적으로 먹은 동물들의 무게는 건초만을 섭취한 동물들과 동일하였다. 더 나아가 염기에 강한 식물을 먹는 것은 실험 대상이 된 동물들의 육질에 영향을 주지 않았다.

우리가 가지고 있던 걱정들과는 다르게 동물들 역시 염기에 강한 식물을 혼합해서 먹는 것에 혐오감을 드러내지 않았다. 실상은 되려 그들이 그 짠 맛에 매혹된 모습이었다. 하지만, 염기에 강한 식물을 먹은 동물들은 건초만을 먹은 동물들보다 더 많은 물을 섭취했다. 또한, 전통적인 식단보다 염기에 강한 식물을 혼합한 식단의 경우에 실험 대상의 동물이 사료대비 약 10% 고기를 적게 생산한 것으로 드러났다.

에너지원 기름을 얻기 위한 작물 재배도 시작되었다. 대표적인것이 엘지 미세조류다. 또 가장 성공적인 염기에 강한 식물은 Salicornia bigelovii이다. 그 것은 잎이 없고, 다육이며, 매년 해수 소택지에서 자라며 새로운 지역의 진흙지대에 많은 씨를 통해 퍼져나간다. 

그 씨앗은 아주 높은 양의 기름(30%)과 단백질(35%)를 함유하며, 그 것은 대두와 같은 다른 지방 종자 작물들과 비슷한 수준이다. 또한, 이 작물의 소금 함유량은 3% 미만이다. 그 것의 기름은 굉장히 다가 불포화 지방이며 잇꽃의 기름과 굉장히 흡사한 형태를 가진다. 

씨앗으로부터 추출되고 정제하는 방법은 전통적인 작물들과 마찬가지의 장비들을 사용함으로써 가능하며, 올리브 오일과 흡사한 구성을 띄며 괜찮은 맛과 함께 식용으로 사용이 가능하다. 

아주 작은 단점은 그 씨앗이 사포닌을 함유하여 쓴 성분이 그 날 씨앗을 식용으로 사용하지 못하게 하는 점이다. 이 것은 기름을 오염시키지는 않으나, 기름 추출이 끝나고 나서 곡식에 남아 있을 수 있다. 그러므로 사포닌의 양은 닭의 식단에 들어갈 수 있는 곡식의 양을 제한하지만, 그것을 실제로 먹여본 실험 결과는 기존의 씨앗 작물들과 영양학적으로 크게 다르지 않았다. 그러므로, 이 작물은 모든 부분이 사용 가능한 것이다.

Salicornia를 기르는 여러 가지의 모델 농장들을 멕시코, 아랍 에미리트, 사우디 아라비아, 그리고 인도에서 약 250 헥타르에 걸쳐 설치했다. 6년 동안 멕시코에서 매년 약 1.7 kg의 전체 양과 약 0.2 kg의 지방 종자의 Salicornia를 기를 수 있었다. 이것은 대두나 다른 지방 종자들이 담수 관개를 통해 자라는 양과 동일하거나 그 것을 능가하는 양이었다. 

우리는 또한 일반적인 농장과 관개 장비를 변환시켜 해수 피해를 방지하는 것에도 역시 성공하였다. 비록 해수를 통제하는 관개 전략이 담수 작물을 위한 그 것과는 다르지만, 우리는 해결하지 못할만한 공학적 문제를 맞닥뜨리지 않았던 것이다.

대부분의 작물들은 토양이 내포할 수 있는 수분이 약 50% 이상 말랐을 때만 관개가 필요하다. 추가적으로, 담수 관개에서 농부들은 식물들이 흡수한 물의 양만 보충해주면 된다. 대조적으로 해수 농업에서는 풍부하고 빈번한, 가끔은 매일의 관개가 필요하며 그 이유는 성장을 방해할 정도로 소금이 뿌리에 축적되어서는 안 되기 때문이다.

우리의 첫 야외 실지 재배는 경제학적으로 실용이 불가능할 정도의 물 (매년 20m 정도의 물)이 필요했다. 그렇기에 우리는 1992년 해수의 양을 최소화 하기 위한 일련의 실험들을 시도했다. 우리는 Sarconia를 열린 관개 지역에 놓인 상자들에 심었다. 이러한 상자들은 침루계라고 불리는데 바닥에는 구멍이 있어 물의 출입이 자유롭고, 그 양과 염도를 잴 수 있었다. 

그 것들을 사용하여 우리는 물과 소금의 균형을 처음으로 계산했으며, 또한 최종 경작량이 해수의 양과 비례한다는 것도 알아내었다. 비록 Salicornia가 그 뿌리가 100 ppt가 넘는 염도에 노출되어도 생존할 수 있지만, (100 ppt는 일반적인 해수의 세 배) 그 것은 약 35% 더 많은 관개가 (일반적인 작물이 담수로 재배될 때와 비교했을 때) 필요했다. Salicornia는 해수에서 물을 선택적으로 받아들여 그 것의 염도를 조절하기 때문에 이와 같이 더 많은 물이 필요하다. <하>로 계속 [박영숙 유엔미래포럼대표]

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