건강한 토양은 생산성 유지, 생태계 서비스 제공, 생물다양성 지원, 식량 안보 및 환경 건강 증진에 필수적입니다. 그러나 기후 변화로 인한 극심한 기상 현상, 강수량 변화, 기온 상승은 토양 과정을 교란하고, 지속 불가능한 토양 관리 관행과 결합하여 토양 유기물 손실, 수분 보유력 감소, 침식 심화, 영양분 순환 방해, 온실가스 배출 증가 등 토양 퇴화를 가속화합니다. 기온 1°C 상승은 해충 발생률을 10~25% 증가시키고 주요 작물 수확량을 최대 7.4% 감소시키는 것으로 추정됩니다.
본 연구는 토양 건강 강화를 위한 통합적 전략을 검토합니다. 특히, 기후 변화 회복력과 작물 생산성 증진을 위한 토양 관리 전략의 최신 발전을 분석하고, 학제 간 접근 방식의 통합을 강조합니다. 토양 개량, 다양한 작부 시스템, 유익 미생물 활용, 보존 농업, 정밀 농업 및 혁신 기술 등 맞춤형 농업 관리 관행의 중요성을 강조합니다.
이러한 학제 간 전략을 채택함으로써 토양 생산성을 향상시키고, 농업 생태계 기능을 유지하며, 부정적인 환경 영향을 완화할 수 있습니다. 이는 변화하는 세계의 요구를 충족시키는 토양의 역량을 보장하는 데 기여할 것입니다.
식물 미생물군은 다양한 메커니즘을 통해 식물 건강과 생산성을 증진할 수 있습니다. 현재 식물-미생물 상호작용에 대한 이해는 주로 자연 조사 및 단순화된 실험 환경에 의존하며, 이는 자연에서 나타나는 복합적인 군집 특성을 간과할 위험이 있습니다. 기초 연구와 실제 농업 적용 간의 간극을 메우기 위해서는 기능적 연관성뿐만 아니라 종간 및 계간 상호작용을 지배하는 생태학적 원리를 고려해야 합니다.
본 연구는 식물 미생물군이 식물 성장, 영양, 스트레스 내성, 병원균 방어, 그리고 맛과 향 조절을 통한 상업적 가치 증진에 기여할 수 있는 잠재력을 모델 식물과 주요 작물 사례를 통해 논의합니다. 또한, 미생물 접종원 설계 시 기존 군집 내 침입 및 지속성, 다중 스트레스 요인 하의 상충 관계, 숙주 및 환경에 의한 군집 불안정성 등을 고려해야 함을 강조하며, 미생물 전달 방법론을 면밀히 검토합니다.
유전체학, 전사체학, 대사체학 등 다중 오믹스 데이터를 활용하여 기능 연구를 위한 균주 또는 표적 유전자를 식별하고, 기계 학습 알고리즘을 통합하여 식물-미생물 상호작용을 예측하는 방안을 제시합니다. 이러한 접근 방식은 농업 개선을 위한 미생물 기반 전략의 가능성을 보여줍니다.
내재된 복잡성에도 불구하고, 학제 간 연구는 미생물군 기능 및 조립 원리에 대한 통찰력을 지속적으로 제공하고 있으며, 이는 지속 가능한 작물 생산성 향상을 위한 지식 기반 미생물군 공학의 핵심입니다.
