작은 미네랄이 수십억 명의 사람들에게 지속 가능한 식량을 공급하는 비결을 담고 있을 수 있습니다.

연구팀은 나노 크기의 셀레늄이 쌀의 효율과 건강, 수확량을 높일 수 있다는 사실을 발견했습니다. 출처: Shutterstock

전 세계 35억 명 이상의 주식인 쌀 재배는 환경, 기후, 그리고 경제적 측면에서 엄청난 비용을 초래합니다. 하지만 매사추세츠 대학교 애머스트 캠퍼스와 중국 장난 대학교 과학자들이 이끄는 새로운 연구 덕분에 이러한 상황이 바뀔지도 모릅니다. 연구진은 셀레늄 원소를 나노 단위로 적용하면 쌀 재배에 필요한 비료 사용량을 줄이는 동시에 수확량을 유지하고, 영양을 증진시키며, 토양 미생물 다양성을 향상시키고, 온실가스 배출량을 줄일 수 있음을 보여주었습니다. 더 나아가, 미국 국립과학원 회보(PNAS) 에 발표된 새로운 논문에서 연구진은 이러한 나노 단위 적용이 실제 환경에서도 가능하다는 것을 최초로 입증했습니다.

"녹색 혁명은 지난 세기 중반 농업 생산량을 대폭 증가시켰습니다."라고 매사추세츠 대학교 환경 및 토양 화학과 석좌교수이자 스톡브리지 농과대학 학장이며 이번 연구의 공동 선임 저자인 바오샨 싱은 말합니다. "하지만 녹색 혁명은 이제 기력이 다하고 있습니다. 우리는 이 문제를 해결하고 제대로 작동시킬 방법을 찾아야 합니다."

녹색 혁명을 그토록 혁명적으로 만든 요소 중 하나는 농업 수확량을 높게 유지할 수 있는 질소 함량이 높은 합성 비료의 발명이었습니다. 하지만 이러한 비료는 제조 비용이 많이 들고, 엄청난 양의 이산화탄소를 배출하며, 대부분의 비료가 물에 씻겨 나가기 쉽습니다.

대부분의 작물은 시비된 질소의 약 40~60%만 사용하는데, 이를 질소 이용 효율(NUE)이라고 합니다. 반면 쌀의 NUE는 30%에 불과합니다. 즉, 농부가 논에 심은 질소의 70%가 하천, 호수, 바다로 흘러들어 부영양화, 데드존, 그리고 여러 환경 문제를 야기한다는 뜻입니다. 또한 비료 비용의 70%도 마찬가지로 낭비됩니다.

더욱이 질소가 토양에 시비되면 토양의 엄청나게 복잡한 화학 작용과 미생물과 상호작용하여 궁극적으로 메탄, 암모니아, 아산화질소의 양을 엄청나게 증가시키는데, 이 모든 것이 지구 온난화에 영향을 미칩니다. 더 나아가 비료 합성 자체도 온실가스를 대량 배출하는 사업입니다.

"NUE를 개선해야 한다는 사실은 누구나 알고 있습니다." 싱은 말한다. 문제는 어떻게 개선하느냐이다.

싱과 그의 공동 저자들(주 저자인 촨시 왕, 또 다른 선임 저자인 젠위 왕 포함)은 장난 대학의 환경 공정 및 오염 제어 분야의 교수로서, 식물과 인간의 건강에 필수적인 원소인 나노 크기의 셀레늄을 벼의 잎과 줄기에 적용했을 때 질소 비료의 부정적인 환경 영향이 41% 감소하고 쌀 1톤당 경제적 이익이 기존 관행에 비해 38.2% 증가한다는 것을 발견했습니다.

"우리는 공중 드론을 사용하여 논에서 자라는 벼에 나노 크기의 셀레늄 현탁액을 가볍게 살포했습니다."라고 왕은 말합니다. "이러한 직접적인 접촉은 벼가 토양에 살포하는 것보다 셀레늄을 훨씬 더 효율적으로 흡수한다는 것을 의미합니다."

셀레늄은 식물의 광합성을 촉진하여 광합성량을 40% 이상 증가시킵니다. 광합성량이 증가하면 식물은 더 많은 이산화탄소를 흡수하고 , 이를 탄수화물로 전환합니다. 이 탄수화물은 식물 뿌리로 흘러들어가 식물을 성장시킵니다. 더 크고 건강한 뿌리는 토양에 유익한 미생물을 배양하는 다양한 유기 화합물을 분비합니다. 이 미생물들은 벼 뿌리와 공생하여 토양에서 더 많은 질소와 암모니아를 흡수하여 식물에 공급합니다. 이로 인해 식물의 NUE(영양소 사용 효율)가 30%에서 48.3%로 증가하고, 대기 중으로 방출되는 아산화질소와 암모니아의 양이 18.8~45.6% 감소합니다.

더 많은 영양소가 유입되면서 쌀 자체의 수확량이 늘어나고, 영양가도 더 높은 곡물이 됩니다. 단백질, 특정 필수 아미노산, 셀레늄 함량도 급증했습니다.

이 모든 것 외에도, 싱, 왕, 그리고 동료들은 나노 셀레늄을 적용하여 농부들이 질소 사용량을 30%까지 줄일 수 있다는 것을 발견했습니다. 벼 재배가 전 세계 질소 사용량의 15~20%를 차지한다는 점을 고려할 때, 이 새로운 기술은 인구 증가, 기후 변화, 그리고 농업의 경제적·환경적 비용 증가라는 세 가지 위협에 대응하는 데 실질적인 도움을 줄 수 있을 것으로 기대됩니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250924012230.htm