광물 및 유기 재배 매체는 무토양 재배 시스템에서 뚜렷한 군집 구조, 안정성 및 기능성을 가지고 있습니다.

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 18837(2016) 이 기사 인용

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식물 영양, 성장 및 지원을 위해 토양이 없는 재배 매체를 선택하는 것은 원예 시스템에서 생산의 환경적 지속가능성을 향상시키는 데 중요합니다. 이 생태계에 서식하는 기능성 미생물 군집에 대한 현재의 이해가 여전히 제한되어 있기 때문에 개방형 무토양 원예 시스템에 사용되는 가장 중요한 두 가지 재배 매체(유기 및 광물)의 미생물 군집 개발을 조사했습니다. 우리는 시간이 지남에 따라 공동체 구성에 영향을 미치는 요인을 식별하고 성장 매체 전반에 걸친 개별 분류군의 분포와 잠재적 기능을 비교하는 것을 목표로 했습니다. 높은 처리량의 서열 분석을 통해 유기 재배 배지에서 독특하고 안정적인 미생물 군집이 밝혀졌습니다. 습도, pH, 질산염-N, 암모늄-N 및 전도도가 상주 박테리아 공동체와 관련된 주요 요인으로 밝혀졌습니다. 암모늄-N은 Rhizobiaceae 풍부도와 상관관계가 있는 반면, Methylophilaceae 및 Actinobacteridae와 Rhizobiaceae 사이의 잠재적인 경쟁적 상호작용이 제안되었습니다. 우리의 결과는 토양이 없는 재배 매체가 외부 힘에 대한 저항에 영향을 미칠 수 있는 일시적인 기능적 안정성을 가진 다양한 세균 공동체를 위한 독특한 틈새임을 밝혔습니다. 지역사회의 이러한 차이는 생산성과 품질이 향상된 지속 가능한 원예를 향해 나아가기 위한 전략을 개발하는 데 사용될 수 있습니다.

미국, 캐나다, 유럽에서는 온실 채소, 특히 토마토의 95%가 원예 재배 매체를 사용하는 토양 없는 온실 식물 재배 시스템에서 생산됩니다1. 개방형 무토양 원예 시스템은 건강한 식물 성장에 필요한 영양분, 산소 및 물을 제어하고2 토양 유래 병원균을 피할 수 있다는 점에서 기존 시스템에 비해 장점이 있습니다3,4. 서유럽에서는 거의 모든 온실 재배 토마토가 무기 합성 섬유로 구성된 광물 재배 배지에서 생산됩니다5. 광물 재배 매체는 규암, 석회석, 코크스로부터 생산되며, 이들은 1500°C에서 함께 녹아 섬유질로 만들어집니다6. 대조적으로, 이탄과 코코넛은 EU7에서 생산되는 재배 매체의 가장 많이 활용되는 유기 유래 성분입니다. 광물 재배 배지는 중성 pH, 높은 공기 함량 및 낮은 밀도를 갖는 반면, 유기 재배 배지는 높은 유기물 함량과 재배 배지에 관개되는 수용액과의 양이온 교환 능력을 특징으로 합니다. 이러한 차이에도 불구하고, 토마토 열매(Solanum lycopersicum)의 수확량과 수는 몇 년 연속으로 미네랄 또는 유기농 재배 매체에서 자란 식물 사이에서 비슷했습니다8.

토양이 없는 온실 시스템의 지속 가능성은 수확량 증가와 재배 과정의 일반적인 효율성에 크게 좌우됩니다4. 최종 생산량과 품질을 보장하기 위해 온실에서 소독 조치가 취해집니다4. 그러나 이로 인해 해로운 미생물뿐만 아니라 식물에 잠재적으로 유익한 미생물 분류군도 제거됩니다. 이는 궁극적으로 지역 사회가 균형과 안정성에 도달하는 것을 방해하여 이러한 토양 없는 재배 시스템을 성공적인 병원균 침입의 위험에 빠뜨릴 수 있습니다4. 생물다양성은 여러 종의 공존을 통한 기능적 중복으로 인한 기능 저하로부터 생태계를 보호합니다9,10. 이는 또한 박테리아 호흡, 미생물 바이오매스 생산 및 식물 영양소 저장에 긍정적인 영향을 미치기 때문에 생산성 증가11로 이어질 수 있습니다. 또한, 일시적인 기능적 안정성과 영양 교란 및 침입종과 같은 외부 힘에 대한 저항이 증가한 것으로 보고되었습니다10,12.

"식물의 두 번째 게놈"이라고도 불리는 복잡한 식물 관련 미생물 군집은 식물의 건강, 성장 및 발달에 중요합니다13. 재배매체와 관련된 미생물 군집을 조사한 이전 연구는 주로 병원성 박테리아와 곰팡이가 없다는 점에 초점을 맞춰왔습니다14. 시간이 지남에 따라 공동체 구성에 영향을 미치는 요인, 성장 매체 전반에 걸친 개별 분류군의 분포 및 잠재적 기능에 대한 이해가 제한되어 있습니다. 생산성 향상15을 목표로 하는 효과적인 제어 전략이 부족하여 근권, 생육 매체 및 미생물 개체수를 면밀히 모니터링해야 할 필요성이 증가합니다.