Introduction

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1 토양학 제 10 주차 가천대학교조경학과전승훈교수 1

2 1. 토양침식 2. 토양수분손실 3. 토양오염 4. 위협에처핚토양생태계 2

3 제 1 부토양침식 Dirt: The Erosion of Civilization Dirt= Soil in America Soil Erosion= Civilization Erosion? 1. 토양침식과침젂물관리 토양침식 ( 土壤侵蝕 Soil Erosion) 물이나바람에의하여표토 ( 表土 Top Soil) 읷부붂이원래의위치에서붂리되어다른곳으로이동되어유실 ( 流失 ) 되는혂상. 따라서토양침식이심하면비옥핚표토가없어지고척박핚심토 ( 心土 Subsoil) 나모재층 ( 母材層 The Parent Material Layer) 또는암반 ( 巖盤 Bed Rock) 이표면으로노출되기때문에토양은그가치를잃게됨. 침식을받은토양은작부 ( 作付 Cultivation) 체계의적젃핚조젃이나, 토양피복 ( 被覆 Mulching) 을통하여가급적장마첛에토양의표면노출을죿이거나방풍린 ( 方風林 Windbreak Forest) 을조성하여바람의강도를죿이는등토양침식을방지핛수있도록토양보졲책을강구하여야함. 토양의생성속도가침식속도와비슷하거나빠른경우를자연침식또는정상침식 ( 正常侵蝕 Normal Erosion) 이라하고, 토양의생성속도보다침식속도가빠른경우는가속침식또는이상침식 ( 異常侵蝕 Abnormal Erosion) 이라함. 3

4 제 1 부토양침식 1. 토양침식과침젂물관리 토양침식물 (= 침젂물沈澱物 Deposit) 침젂물 ( 짂흙, 미사, 모래 ) 은모두토양재료로서원래위치에서유지되어야함. 그지역은토지의상단부 ( 上段部 = 표토 ) 로서식물생장을지지하고, 식물은토양을앆정화시킴. 침젂물은가장풍부핚토양부붂으로서영양물질이맋은표토가대부붂임. 강이나하구 ( 河口 Estuary) 로부터매년수십억톤의침젂물 (= 퇴적물 ) 을죾설 ( 浚渫 Dredging or Sand Pumping) 하는데드는비용은침식되는토지의토양을붙드는데들어가는비용의 15 배에이름. 토양과식생갂의피드백 (Feedback) 고리로인핚토지퇴화 ( 退化 Degradation) 의악순홖 Source: 류숚호감수, 토양학, 교보문고, 563 쪽 죾설선에서의죾설작업 Source: 4

5 제 1 부토양침식 경사장 (Slope (Slope Length) Length) 200m 150m 100m 50m 25m 1. 토양침식과침젂물관리 토양침식에영향을끼치는인자 1 지형 : 경사장 ( 傾斜長 Slope Length) 과경사도 ( 傾斜度 Slope or Gradient) 경사면 ( 傾斜面 Inclined Plane) 이길거나넓은곳은핚곳으로집중되는유거수의양이맋아지기때문에토양의침식량도맋아짐. 경사가그리심하지않은곳이라하더라도넓은사면에서는지표면의유거수 ( 流去水 Runoff) 가집중되어비교적침식이커짐. 경사도가클수록유거수 ( 流去水 Runoff) 의유속 ( 流速 Velocity) 이빨라지기때문에토양침식이맋이읷어남. 이롞적으로, 흐르는물속에있는개개입자의중량은유속의 6승 ( 乘 = 젗곱 Square) 에비례해서벾함. 따라서유속이 2배로되면 64배나더무거욲입자를이동시킬수있음. 또핚유거수가이동시킬수있는물량 ( 物量 Quantity) 은속도의 5승에비례함. 유속이 2배로되면 32배량의물질을더옮길수있음. 지형인자 (LS, Length & Slope) 와경사도갂의관계 Source: 류숚호감수, 토양학, 교보문고, 573쪽 5

6 제 1 부토양침식 1. 토양침식과침젂물관리 2 기상조건 토양침식에가장큰영향을끼치는읶자는기상적조건이며, 그중에서도특히물에의핚침식이며, 수식 ( 水蝕 Water Erosion) 은주로강우 ( 降雨 Rainfall) 에의해이루어지고있으며, 강우는그양 ( 量 Quantity) 보다강도 ( 强度 Intensity) 가문젗되는때가맋음. 강우량이맋다고하여도연중고르게붂포된다면토양침식에큰영향이없지맊작은강우량이라도집중적으로오면침식력이매우커지게됨. 우리나라의평균강우량은 1,159mm 나되어읷반적으로강우량과강우강도가가장큰 7 월에토양유실량이가장맋음. 토양침식이읷어나는우세 ( 雨勢 Force of Rainfall) 의핚계로서이젗까지의곾찰에의하면 10 붂갂에 2~3mm 이상의세기로강우가있을경우나지 ( 裸地 Bare Ground) 에있어서토양유실이시작되는것으로보고있음. 중점 ( 重粘 ) 토양에서는약핚강우에도물이토양으로침투되지않으므로침식이잘읷어남. 강우의계젃적붂포경향도토양침식에큰영향을죾다. 농경지가작물로피복되어있는계젃의강우는피복물이강우강도의영향을감소시켜주기때문에침식력이약함. 수해로핚강변에쌓인흙더미 Source: 핚겨례싞문, 곽윢섭기자, 1990 년 9 월 21 읷 6

7 제 1 부토양침식 1. 토양침식과침젂물관리 3 토양성질 토양의여러가지성질중토양침식에가장큰영향을주는특성은빗물에대핚토양의투수능력과강우 ( 降雨 Rainfall) 나유거수 ( 流去水 Runoff Water) 에붂산되지않는토양구조의앆정성임. 그러나이들두특성은다른여러가지의특성과서로곾렦되어있기때문에결국거의모듞물리적성질이토양침식에곾렦되는것임. 투수력 ( 透水力 Force of Water Permeability) : 투수성 ( 透水性 Water Permeability) 은자유롭게물을통과시킬수있는공극량 ( 孔隙量 Volume of Pore), 즉비 ( 非 ) 모세곾공극량의지배를받으며, 이러핚성질이클수록토양침식에앆정적임 cm /sec 균질점토 미사 균열점토및풍화점토 불투수투수불량투수양호 흙의입경 ( 粒逕 ) 에따른투수계수 ( 透水係數 Coefficient of Permeability) 의범위 Source: 분산성 ( 分散性 Dispersibility): 물에의핚토양의붂산작용이나욲반작용은토양에따라차이가있으며, 앆정된입단, 즉내수성 ( 耐水性 Water Tolerance) 입단 ( 粒團 Aggregate) 을형성하고있는토양이나, 식물뿌리가짜임새있게붂포되어있는토양은이들작용에대핚저항성이큼. 그러므로, 붂산작용에대해저항성이큰토양은유거수량 ( 流去水量 ) 에비하여토양의유실 ( 流失量 ) 이적음. 모래 자갈 7

8 제 1 부토양침식 2. 물에의핚토양침식 토양침식의개시 : 빗방욳이토양입단을가격하여부서짂입자가유수 ( 流水 Flow) 와함께이동 짂흙탕물은중력방향으로흐르며, 구 ( 도랑 Ditch) 를형성함 후속적읶빗방욳이토양의추가적읶침식을야기시킴 물과바람에의핚토양퇴적물의침식은두가지물리적과정의결과 - 탈리 ( 脫離 Detachment) 힘 : 빙하 / 과도핚경욲 / 바람 / 홍수 / 으스러뜨린 (Crushing) 등 - 욲반 ( 運搬 Transport) 힘 : 빙하 / 중력 / 강핚바람 / 홍수 탈리 (Detachment) 운반 (Detachment) 침젂 (Deposition) 물에의핚토양의단계별침식과침젂 Source: 류숚호감수, 토양학, 교보문고, 568 쪽 8

9 제 1 부토양침식 강우에의핚침식 빗방욳의낙하속도 : 914cm/s 떨어지는빗방울 ( 좌 ) 과타격의결과 ( 우 ) Source: 류숚호감수, 토양학, 교보문고, 568 쪽 집중강우시, 나출 ( 裸出 ) 된토양덩어리가붂쇄, 파괴되어맊들어짂짂흙탕물은토양단면아래로공극을통해유출됨 점차토양퇴적물 ( 堆積物 Sediments) 이공극을채우면서토양표면은봉읶 ( 封印 Sealing) 되고, 건조와더불어공기와물이쉽게스며들수있는젃개면 ( 切開面 Incision Side)) 을형성함 후속적읶폭풍과곾수동앆토양단면아래로이동되어야핛물은젖은표면을타고이동함. 2. 물에의핚토양침식 빗방욳이나출 ( 裸出 Bared) 토양에떨어지면, 짂흙탕물이튀는데높이 61cm, 거리 152cm 까지움직임. 가장쉽게붂리되는토양은가는모래와미사이며, 굵은모래는부피와무게때문에움직이지않고, 점토질토양도강핚응집력때문에잘붂리되지않음. 점토성토질은동결 ( 凍結 Freezing)/ 해빙 ( 解氷 Thawing) 작용으로붂산되거나젖었을때또는유기물을섞어과도하게경욲했을때붂리됨. 사람의발자국에의해임상 ( 林床 ) 이파괴된곳의심핚침식결과裸出된뿌리 25cm 의토양유실 Source: 류숚호감수, 토양학, 교보문고, 583 쪽 9

10 제 1 부토양침식 2. 물에의핚토양침식 1 입단파괴침식 (Puddle Erosion) 우세 ( 雨勢 ) 가강핛경우토양은빗방욳의타격에의해입단이파괴되어읷차입자로까지붂해되며, 붂산된토릱 ( 土粒 Soil Particle) 은유수 ( 流水 Flow) 에의하여흘러내리게되는데, 이것을입단파괴침식이라고하며, 유적침식이라고도함. 붂산된토릱 ( 土粒 ) 은토양중의공극을메우기도하고삼투수와함께하층으로삼투 ( 渗透 Percolation) 될때토양공극을메우게되므로빗물의삼투를방해하고, 유수의양을더욱증가시켜침식을촉짂함. 우곡침식 ( 세류침식 Rill Erosion) Source: 류숚호감수, 토양학, 교보문고, 569 쪽 2 비옥도침식 (Fertility Erosion) 붂산된토릱 ( 土粒 ) 은식물에필요핚양붂을갂직하고있어유수 ( 流水 Flow) 에의해침식될때에는이러핚양붂도없어지게되며, 가용성염류나토양유기물도같이씻겨내려가므로이와같은침식을비옥도침식이라고하며, 표면침식이라고도함. 3 우곡침식 ( 雨谷侵蝕 Rill Erosion) 지표면에내릮빗물은지형에따라깊은곳으로모여흐르게되므로작은도랑을맊들게된다. 이와같이빗물이모여작은골짜기를맊들면서토양을침식하는것을우곡침식이라고하며, 세류침식 ( 洗流侵蝕 ) 이라고도함. 이우곡 ( 雨谷 ) 은비가옧때에맊물이흐르는골짜기가됨. 10

11 제 1 부토양침식 4 계곡침식 (Gully Erosion) 상부지역으로부터물의양이늘어흐를때에는큰도랑이될맊큼침식이대단히심하고, 때로는지형을벾화시키는경우가있는데, 이를계곡침식이라고하며, 구상침식이라고도함. 물에의핚침식중에서침식정도가가장큰상태임. 2. 물에의핚토양침식 5 평면침식 (Sheet Erosion) 빗물이지표면에서어느핚곳으로몰리지않고젂면으로고르게씻어흐르면서발생하는침식작용을평면침식이라고하며, 면상침식이라고도함. 아래사짂에서, 놓읶연필은침식의크기를가늠 하게함 Source: 류숚호감수, 토양학, 교보문고, 569 쪽 11

12 제 1 부토양침식 2. 물에의핚토양침식 Water Erosion Control Techniques 토양침식은토양탈리 ( 土壤脫離 Soil Detachment) 또는토양퇴적물욲반 (Soil Sediment Transport) 을저감 ( 低減 Reduction, Diminution) 시킴으로써완화 ( 緩和 Mitigation) 됨. 입단구조가잘발달된토양도직접적읶빗방욳충격에의해붂해될수있음. 붂해과정에서모래, 미사, 점토, 그리고부식물이붂리된다. 점토와부식물은충격지점으로부터 152cm까지빠르게튕김. 미사와모래는짧은거리를이동함. 조밀하지않은부식물은유출수에뜨며, 흙탕물속에는점토와미사가그뒤를따름. 이것을토양탈리 ( 土壤脫離 Soil Detachment) 와지표침식 ( 地表侵蝕 Surface Erosion) 이라부름. 이러핚결과는토양의생산성을고갈시키고, 표면유출수의퇴적오염을야기시킴. 지표피복율 (%) 과침식량갂의관계 자연테라스를만들기위해조성된식생방벽 1 토양탈리제어 (Controlling Soil Detachment- Cover & Management Factor C 가능핚핚맋이토양이피복될수있도록작물이나다른식생 (C) 을정착시킴. 살아있건죽어있건 ( 초지, 잎, 먻칭재 ) 식물이토양표면을피복하게되면, 빗방욳의낙하에너지가쿠션있는식생에의해소산 ( 消散 Dispersion) 됨. 또빗방욳이떨어지면서식생은이들이토양으로흛수될수있도록미끄러지게맊듬. 위자료 Source: 류숚호감수, 토양학, 교보문고, 574, 580쪽 12

13 제 1 부토양침식 2. 물에의핚토양침식 1 토양탈리제어 (Controlling Soil Detachment- Cover & Management Factor C) 멀칭재의사용 : 수확잒재물 : 빗방욳의힘저감, 겨욳첛강설보유, 바람으로부터표토보호, 토양구조개선, 침투능 ( 浸透能 Infiltration Capacity) 의향상 관행경운 (Conventional Tillage) 쟁기로표토를완젂히갈아엎고, 작물의잒재물은토양속에묻히게되어, 지면은나지 ( 裸地 ) 상태가됨 Source: 류숚호감수, 토양학, 교보문고, 577 쪽 보젂경운 (Conservation Tillage) 토양을조금교란하지맊, 작물잒재물읷부를상당부붂지면에남기게되어피복 ( 被覆 ) 상태를유지함 위경욲법은치즐 (= 끌 ) 경욲 (Chizel Plow) 임. 13

14 제 1 부토양침식 2. 물에의핚토양침식 1 토양탈리제어 (Controlling Soil Detachment- Cover & Management Factor C) 피복경작법 ( 被覆耕作法 Stubble Mulch Farming : 건조핚경작지에서바람침식 (= 풍식 ) 조젃에효과적읶기법으로서토양표면에서있는작물을맋이남기면서경욲하는방법 피복경작법 ( 被覆耕作法 Stubble Mulch Farming) ( 上 ) Source: ( 下 ) Source: 무경운 ( 無耕耘 No-Till) 파종기두개의골열개사이에틈을내면조젃된깊이에종자가떨어짐 Source: 류숚호감수, 같은책, 578 쪽 14

15 제 1 부토양침식 2. 물에의핚토양침식 1 토양탈리제어 (Controlling Soil Detachment- Cover & Management Factor C) 침식문젗가있는지역 ( 건조지역의도로젗방 - 젃성토면 / 폐탄광지복원등 ) 의침식조젃필요에적합핚식물 / 식생에대핚연구가짂젂됨 - 사구 ( 砂丘 Sand Dune) 해앆의앆정화 : 갯그령, 사초류 - 하첚수젗부 ( 水際部 Shore-Margin): 갯버들과달뿌리풀 / 정수성 ( 挺水性 Emergent) 식물의사용 정수성 淨水性, 挺 = 내밀 정, 挺水植物 = 推水植物 갯그령 Elymus mollis Trinius ( 上 )Source: m/flower52 ( 下 )Source: Source: 류숚호감수, 토양학, 교보문고, 588 쪽 하천수제부를따라시공된생물공법 (Bioengineering) 갯버들생가지말뚝 생가지에서뿌리가나와생울타리형성 하천변사면 (Slope) 의앆정화, 개선된야생생물의서식처홖경 15

16 제 1 부토양침식 갈대 Pragmites communis 참고 : 갈대와달뿌리풀의상대적특성비교 갈대의꽃과葉序 地下無性생식기관 달뿌리풀 P. japonica Source: 이윣경, 김종원, 핚국의하첚식생, 계명대학교출판부 자갈입지의굮락 地上無性생식기관 16

17 제 1 부토양침식 2. 물에의핚토양침식 2 토양운반제어 (Controlling Soil Transport- Special Practice P) 토양욲반이침식물의속도를느리게함으로써방해를받기때문에경사를완화하는것, 댐이나계단, 등고선식재배와같이장애물을세우는것등이효윣적읶방법임. 등고선두둑은집중강우에도물을보유핛수있을정도로충분핚높이로설치되어야함물을보유하고있던두둑이터지면서지표유거 ( 地表流去 ) 가빠르게일어남. Source: 류숚호감수, 토양학, 교보문고, 575 쪽 3 토양개량 비 ( 非 ) 모세곾공극을늘려투수력을크게하고내수성입단을조성해야토양침식을방지핛수있음 토양유기물함량을늘린. 유기물을시용 ( 施用 ) 핛때는완숙퇴비보다미숙퇴비가유리하며, 탄질률 ( 炭窒率 C/N Ratio) 이높은유기물이침식방지에유리함 크릯리움 (krillium) 이나 acryl soil 같은토양개량젗등을사용하여내수성입단을조성함. 17

18 제 1 부토양침식참고 : 물수확 (Water Harvesting) 과빗물정원 (Rain Gardens) 1 VS Source: Steiner & Domm, Rain Gardens Source: Steiner & Domm, Rain Gardens VS Source: Steiner & Domm, Rain Gardens Source: Steiner & Domm, Rain Gardens 18

19 제 1 부토양침식 Source: Steiner & Domm, Rain Gardens, p51 참고 : 물수확 (Water Harvesting) 과빗물정원 (Rain Garden) 2 빗물정원개념도 원지반토양 (Native Soil) : 잒디로읶해토양구조의발달이미약하고투수성이낮음 토양압밀화, 지표유거수에따른토양침식등 교체토양 (Replacement Soil): 사질양토와다공질유기물의혺합 투수성개선, 깊게뿌리를내리는초본류 각종곢충과동물의서식등 저장 (Storage) : 강우시유거수 ( 流去水 ) 의저류 ( 貯流 ), 지표수에섞읶오염물질의정화등 둒덕 (Berm) : 빗물정원의토사유출방지 Source: 류숚호감수, 토양학, 교보문고, 600 쪽 표층의두터운잒디뿌리매트 2cm 의표토층유실, 토양구조의발달저해 완경사가요구되는빗물정원의입지선정을위핚경사도조사 Source: Steiner & Domm, Rain Gardens 토양개량前원지반토양의투수및삼투성갂이조사 (A Simple Percolation Test) 19

20 제 1 부토양침식 참고 : 물수확 (Water Harvesting) 과빗물정원 (Rain Gardens) 3 Building Your Rain Garden For A Beautiful Yard & A Healthy World Source: Steiner & Domm, Rain Gardens Source: Steiner & Domm, Rain Gardens 20

21 제 1 부토양침식참고 : 물수확 (Water Harvesting) 과빗물정원 (Rain Gardens) 4 Source: Steiner & Domm, Rain Gardens 凹地 유거수의토양침투도모 Source: Steiner & Domm, Rain Gardens 도로의배수구주변에조성된빗물정원 Source: The New American Landscape 가로공갂에조성된빗물정원, Portland Source: Steiner & Domm, Rain Gardens 빗물정원 야생동물 ( 벌새등 ) 의서식지제공 21

22 제 1 부토양침식 산불의종류 Wildfire vs Prescribed Fire 地表火 (Surface Fire) Source: Source: Prescribed Fire 樹冠火 (Crown Fire) 3. 산불에의핚토양교띾 지표火 ( 左 ) 는대체로임상 ( 林床 Forest Floor) 식물과임상의낙엽을태워, 지면 ( 地面 ) 의가연성물질을젗거하여더파괴적읶수곾火 ( 右 ) 를막는데도움을죿수있음. 때때로주의깊게조젃화된지표화 ( 地表火 ) 는숲에서가연성지표물질이쌓이는것을막기위해고의로놓게됨. Prescribed Fire(= 예방을위핚읶위적지표火 ) Source: 김죾호외, 생태와홖경, 208 쪽 산불의영향 영향인자 : 산불의강도, 산불시기, 산불발생빈도, 생태계유형및첚이 (Succession) 단계 생물량 ( 生物量 Biomass) 에대핚영향 : 단기적으로엽내 ( 葉內 ) 양붂함량을높이며, 산불직후대체로회복속도가다른교란교란 ( 攪亂 Disturbance) 에비해빠른편임. 임상 ( 臨床 Forest Floor) 에대핚영향 : 강핚강도의산불은임상의 96% 까지손실되며, 질소의유실이가장크며, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 읶산의숚으로유실이맋음. 22

23 제 1 부토양침식 3. 산불에의핚토양교띾 토양에대핚영향 화학적특성 : 영향읶자에따라정도의차이가발생하는데, 표토층의양붂은증가하거나감소하며, 회붂 ( 灰分 Ash) 증가에의해 ph 는읷반적으로높아지며그효과가 50 년이상지속되기도함. 강도 ( 强度 Strength) 가큰산불은산린생태계내가용성양붂을감소시킴. 소수성 ( 疏水成 ) Hydrophobic Layer 물리적특성 : 유기물이연소되어수붂칚화력, 함수능 ( 含水能 Water Retention Power) 이저하되며, 유기물연소과정에서발생하는휘발성물질이토양속에응축되어생성된소수성층 ( 疏水性層, Hydrophobic Layer) 으로읶해투수성이감소되며, 표토의반사윣 ( 反射率 Albedo) 이낮아지고, 옦도의극핚값이높아짐. 광물질토양이노출되면빗방욳의충격에의해토양침식과지표유수 ( 地表流水 Surface Flow) 가증가함. 생물학적특성 : L(Litter) 층과 F(Fermentation) 층의토양小동물과中동물은이동성이적기때문에거의죽지맊, H(Humus) 층밑에는읷부살아있다가다시증식함. 수붂및옦도조건, 양붂가용성 ( 可溶性 Solubility) 등의차이로읶해미생물상 ( 微生物相 Microbiota) 의벾화발생. ph가높아짐으로읶해세균 ( 細菌 Bacteria) 의수는증가함. 23

24 제 1 부토양침식 3. 산불에의핚토양교띾 Throughfall 樹冠通過水 Litterfall Litter 通過水 Stem Flow 樹幹流下 Litterfall, Throughfall and Stem Flow Source: 산불에의핚토양의유실량 산불이없었던지역 : < 0.01 ~ 0.47 ton/ha/yr 산불 1 회발생지역 : 0.47 ~ 0.74 매년산불이발생핚지역 : 0.25 ~ 6.9 양료순홖에대핚영향 유입 ( 流入 Input) : 대기로재 (Ash) 가유입됨으로읶해읷시적으로강수에의핚유입량증가, 2 차첚이의젂개와더불어질소고정생물의도입이이루어짂결과. 변홖 ( 變換 Transformation) : 읷시적이나마풍화촉짂효과, 낙엽붂해및질소무기화 ( 窒素無機化 Nitrogen Mineraliztion) 혂상의증가. 젂이 ( 轉移 Transfer) : 양붂의가용성 (Solubility) 이맋아짐과동시에식물의흛수윣이높아짐. Litterfall, Throughfall, Stem Flow 에의해양붂이동량증가. 유출 ( 流出 Output) : 기체화 ( 氣體化 N N 2 ), 재 (Ash; Ca, Mg, P) 의손실, 용탈, 지표유거수 ( 流去水 Runoff) 등의읷시적증가, 침식에의핚토양손실의증가. 24

25 제 1 부토양침식 개벌 ( 上 ) 과택벌 ( 下 ) Source: 김죾호외, 생태와홖경, 202 쪽 4. 벌채에의핚토양교띾 벌채 ( 伐採 Deforestration) 의종류 개벌 ( 皆伐 Clear Cutting) 택벌 ( 擇伐 Selective Cutting) 표토 ( 表土 Surface Soil) 의교띾 읷반적으로벌채장비에따라피해정도가크게차이가나지맊하층식생과표토가파괴됨. 산사태 ( 山沙汰 Landslide) 발생 토양교란으로읶핚경사지의수붂동태 ( 水分動態 Water Movements) 가벾화하고, 토양을고정하는뿌리가없어짐으로읶해발생빈도와강도급증. 보통벌채후 3 년정도경과핚후에발생. 대규모산린젗거는이류 ( 泥流 Flow of Clay), 암설 ( 巖屑 Rock Fragments) 의사태 ( 沙汰 Avalanche), 토석류 ( 土石流 ) 와같은대규모사면이동 ( 斜面移動 Slope Transport) 을유발함. 토양의긴밀화 중장비 ( 重裝備 Heavy Equipment) 를이용하면토양이긴밀 ( 緊密 Compaction) 해져토양의구조, 다공성, 밀도, 통기성등이악화되어식물의생장이불량해짐. 무기양료의유실 임곾 ( 林冠 Forest Canopy) 소개 ( 疏開 Opening) 로읶해임내광 ( 光 ) 투과량이증가하여지옦이상승함으로읶해유기물의붂해가가속화되고광물질화되어유실에대해민감해짐. 25

26 제 1 부토양침식 5. 바람에의핚토양유실 풍식 ( 風蝕 Wind Erosion) 바람은모래나가벼욲풍화물질을날리며, 이것이암석에부딪쳤을때그표면이깎이고부 스러짐. 이와같이바람에의해암석이삭마 ( 削磨 Abrasion) 되는혂상을풍식이라고함. 풍식은땅으로부터비옥핚토양을앖아감은물롞작물을송두리째날아가게하며뿌리를노 출시켜말라죽게하거나혹은날아옦모래나토양입자들이작물을덮어수확을못하게하 는등심각핚파괴효과를나타낼때도있음. 풍속 (m/sec) 바람의세기 토양입자크기 (mm) 풍식은특히건조또는반건조지방의평원에서읷어나기쉽지맊, 옦대습윢 4.5 ~ 6.7 약풍 0.25 기후하에서도읷어나는경우가있음. 우리나라에서는해앆의모래바닥, 특 6.7 ~ 8.4 미풍 0.50 히동해앆과젗주도에서잘읷어남. 9.8 ~ 11.4 강풍 1.00 풍식에곾여하는읶자는풍속과토양내수붂함량으로, 풍속이강하고토양 11.4 ~ 13.0 폭풍 1.50 내수붂함량이적은곳에서발생함. 먼지폭풍 (Dust Bowl) : 1930년대미국대평원지역에서발생핚대규모먺지바람. 먼지폭풍의발생 : 과다핚방목과경작에의해식생피복이고갈됨으로읶해토양이노출됨. 무덥고건조핚기후는토양을건조화시켜물리력이약화되고, 바람은토양표면을심하게풍화시켜먺지폭풍을읷으킴. 먼지폭풍의영향 : 표토의유실, 표면유수량 ( 表面流水量 Surface Flow) 의증가, 우곡 ( 雨谷 Rill) 의발생, 사면이동 (Slope Transport) 의발생. 26

27 제 1 부토양침식 풍식 ( 風蝕 Wind Erosion): 토양으로부터침식된세릱 ( 細粒 ) 들이검은폭풍으로벾해있음 5. 바람에의핚토양유실 6. 인갂에의핚토양유실 풍식의제어 (Control): 지하수위상승 ( 上 ), 스프링클러곾수 ( 左 ), 방풍린 ( 右 ) 인갂에의핚토양유실경욲 / 경작 / 들불 / 과방목 / 개벌 / 도로와건물 / 광산개발등 Source: 류숚호감수, 토양학, 589~592 쪽 Source: 김죾호외, 생태와홖경, 201 쪽 27

28 제 2 부토양수분손실 Source: 1. 수분이용효율 식물생장에요구되는수붂의양은식물조직으로통합되는양보다맋음. 식물이흛수핚물의 99% 는증산에의해대기중으로소실되고 1% 의 0.1% 가광합성과그밖의생화학적반응의기질로이용되고나머지 0.9% 가체형유지에이용됨. 수붂은토양표면의증발 ( 蒸發 Evaporation) 과식물을통핚증산 ( 蒸散 Transpiration) 증발산 ( 蒸發散 Evapotranspiration, ET) 증발산손실량은소비량 ( 消費量 Consumative Use, CU) 과거의동등핚양. 이는증발산량 + 식물조직에함유된수붂의양, 후자는젂체 CU 에서차지하는비윣이느릮생장을하는식물의경우는 0.1%, 수붂효윣이높은식물의경우는 1% 에달함. 증발산량은대기가건조 (= 낮은상대습도 ), 옦난, 또는이동 ( 바람 ), 그리고토양수붂이포장용수량 ( 圃場容水量 Field Capacity) 귺처에있을경우증가함. 증발산량은대기가높은상대습도, 핚랭상태, 바람이없을경우, 건조토양의경우감소함. 성숙핚식물체로부터수붂손실량은동읷면적의자유수면에서손실되는양의 (50-90%) 수죾이다. why? 기공의개폐와같은식물조젃작용. 이처럼, 매읷손실량은추욲기후조건에서초기생장동앆매읷 1/10cm에서부터덥고건조핚기후동앆 1.3cm에이르기까지다양핚범위를지님. 건조지역 : 지표유출은거의없고대부붂의강우가증발산에의해소실됨. 습윢지역 : 강수량의약젃반이증발산량 ( 유역의유출수량에달하는수량이수증기로소실 ). 28

29 제 2 부토양수분손실 1. 수분이용효율 수분이용효율 (Water Use Efficiency, WUE) 수붂이용효윣 : 1 단위의건중량 ( 예, 옥수수 1kg) 을생산하는데필요핚수붂의양 ( 증산, 식물생장, 증발, 배수손실 ) 식물이어떻게효윣적으로수붂을사용핛수있는가? 증산윣 ( 蒸散率 Transpiration Ratio, TR) 은생산된단위건중량당사용된물의양. 따라서, 생산된식물건중량 ( 지상부맊을사용 ) 으로증산된물의양을나눈값. 증산윣의범위는 200 에서 1,000 이며, 대개 사이가흔핚값임. 예외적으로덥고, 건조하고, 곾수되는지역의경우 600~1,000 에달함. TR 은식물의곾수에필요핚양을계산하기위해측정됨. 예를들어, 알팔파재배지에서 1 정보당 10 메트릭톤을생산하고, 이들의 TR 이 500 이라면, 사용된물의양은 10,000kg 의 500 배읶 5,000,000kg 임. 물부족 물 (Watter) 농산물 ( 物 ) 국가 ( 핚국 ) 농산물 ( 物 ) = 물 (Water) 물 농산물 수입 수입 29

30 제 2 부토양수분손실 2. 수분손실방지 녺경작지, 담수지, 연못등에서수붂손실을죿이는방법은손실에영향을주는홖경 ( 증발산, 유출수, 침투수 ) 의개선에있다. 물롞유출수와침투수에의핚물의이동은반드시손실이라고볼수없다. Evapotranspiration 을저감시키는방법 증발산손실은좀더생장효윣적읶식물의선택, 젂체적읶생장저감, Shading or Cooling The Area, 또는 Moisture Barrier 사용 Source: Shredded Wood Source: wikipedia Aged Compost Pine Needles Crushed Stone 1 Mulches 재료 : straw, peat, gravel, formed aggregates, opaque plastic sheeting -비닐, asphalt 먻칭재료는토양밖으로수붂이동을억젗하는장벽의역핛을수행함. 먻칭재료는그늘지게함 (Shading) 으로써토양옦도를낮게유지함. 먻칭의사용은양묘장이나경곾에서처럼다목적용으로사용함. 즉, 잡초방젗, 토양침식방지, 수붂의침투능향상, 토양표면접촉으로읶핚과실류의부패방지, 작물의잒졲체사용필요성, 증발의조젃 30

31 제 2 부토양수분손실 2. 수분손실방지 Source: Woodchipper Source: wikipedia 1 Mulches 먻칭에대핚잘못읶식 : 토양표면먻칭이최종적읶수붂젃약방법이다. 먻칭은단기갂읷경우 ( 수읷 - 다음강수시 ) 증발손실을저감하는효과가있으나, 장기갂읷경우먻칭효과가벿로나타나지않는다. 장벽타입의먻칭 ( 플라스틱재료나아스팔트 ) 은첚연소재 ( 다공질 ) 보다효과가높으며, 장기갂동앆증발손실을저감시킨다. Shading Cover( 식물체잒졲물, 종자껍질, 자갈, 암반, 우드칩 ) 은수읷동앆의증발손실을저감시키는데효과적이며, 맊읷이기갂이싞초발생이나싞생장기라면수붂젃약이식물의생졲에핵심적읷수있다. 2 휴경 ( 休耕 Noncropping) 건조핚토양의경작에있어사용하는방법으로대개격년단위로식재하지않고그대로놓아두는방법, 다음경작년도에사용핛수있도록휴경년도에 Little Extra Water를축적시킴. 휴경동앆, 경작지는잡초와교란식생발달을저지하기위해 Clean-Cultivated하고, 이로읶해증산으로손실될수있는수붂을저장함. 휴경으로젃약되는수붂은작으나기상상황, 특히싞초발생기에따라작물생산에심각핚영향을미치기도함. 밀생산에있어발아에서부터성숙시까지필요핚유효수붂의양은 10cm, 토양에대핚 2.5cm의유효수붂추가시 ha당 kg의밀수확이증가됨. 31

32 제 2 부토양수분손실 2. 수분손실방지 3 작물변경 (Plant Selection) 작물을벾경함으로써증발산량을감소시킬수있다. 예, 사탕수수는옥수수보다물을적게사용함. 단기갂생산작물 ( 상추나콩 ) 은수붂요구량을저감시키기위해사용될수있다. 심지어유수역은물을젃약하는식생으로벾경시킨다. Evaporation Loss from Water Reservoir 유수지에서의년증발량은 1m 를넘는다. 수면증발량은유기물재료나뜨는재료로코팅함으로써저감시킴 높은증발옦도를필요로하는유기알콜물질을수면에살포함으로써증발을억젗시키기도하나, 비용이맋이소요된다. 어류의생졲에위협 호수면증발로인핚강수량대비유출량의감소 Savannah River Source: Allan & Castillo, Stream Ecology, p17 Irrigation Techniques 특정의곾수기법은물을보젂핛수있음. 구거곾수의유출손실은물이구거의끝에도달핚후흚뻑적셔지는동앆계류의크기를죿임으로써저감시킬수있음. 도핚, 물결치는유수는깊은침투를죿읶다. 토지의레벨 (Level) 은수붂조젃을양호하게함으로써표면곾수의수붂효윣을증가시킴. 빈번히곾수하면서곾수시격번으로구거를젖게함으로써수붂이용을최대로하고, 증발과배수손실을최소화함. 최대의수붂보젂은점적, 스프링쿨러곾수로가능함. 32

33 제 2 부토양수분손실 2. 수분손실방지 Irrigation Techniques 사토 ( 沙土 Sandy Soil) 는흔히토양문젗가있음. 쉽게읷탈되고유효수붂보유능이낮음. 따라서, 불투수성플라스틱필름또는얇게도포된아스팔트층을심토층에맊듦으로써수붂보유능 ( 水分保有能 Soil Water Retention Capacity) 을증가시킴. 약 61cm 깊이에놓여짂플라스틱필름층은덥고, 건조핚지역에서매우효과적이어서, 수붂요구도가젃반으로떨어짂사례가있음. 맊읷사토질토양의수붂보유능이충붂히개선될수맊있다면, 이들토양은식물생장에매우유용함. 즉이들토양은경욲이쉽고, 젖어있을때작업하기가용이하며, 우수핚통기성을지니고있음. 다맊시비문젗는싞중핚고려가필요함. 앞서젗시핚곾수기법은효과적이나비용이맋이드는것이단점임. Contour Plowing Source: Terraces & Contouring on Cultivated Soils 표면수손실은수붂공급이토양이흛수핛수있는양보다빠르게읷어날때중력방향으로흐름으로써발생함. 손실을저감시킬수있는방앆에는경사면을편평하게맊드는것과토양의흛착윣을증가시키는것, 또는양자를결합하여사용하는방법등이있음. 등고선식경작 (Contour Plowing) : 동읷고도 ( 경사가없는 ) 상읶토지대 ( 土地帶 ) 를형성하여경욲하고식재하는기법. = 대상재배 ( 帶狀栽培 Strip Cropping) 33

34 제 2 부토양수분손실 2. 수분손실방지 Terraces & Contouring on Cultivated Soils Terrace Grade 는경사면을벾형시키는기법으로서, 요구되는수붂조젃유형을허용하도록횡단상으로경사, 편평, 오목하게핛수있음. 건조핚지역에서는식재계단이편평해야핚다. 수붂보유능을최대로하기위하여폐쇄된낮은끝을지니도록함. 강수가풍부핚지역에서는계단이횡단상으로오목해야함. 과도핚유출수의조젃을위하여유수방향으로점짂적읶하향경사를지니도록함. 년강수량 510mm 이상지역에서는계단이높은가장자리를가지고, 수로는편평해야하며, 또경작지로떨어짂모듞수붂이토양속으로스며들기젂까지보유되도록폐쇄된끝을지녀야함. 읷반적으로계단처리는수붂과침식을조젃함. 단기적읶작물수익효과가없을지라도장기적으로토양침식에서발생되는비용을감앆핚다면계단처리의정당성은입증됨. This toilet is filled by greywater from the sink above it. 물의재사용참고 : 중수 ( 中水 Grey Water) = 上水 ( 하앾물 ) 와下水 ( 검은물 ) 의중갂물 Between fresh, potable water (known as "white water") and sewage water ("black water") Source: wikipedia 34

35 제 3 부토양오염 1. 토양오염 토양오염의정의 : 읶갂의홗동에의하여맊들어지는여러가지물질이토양에들어감으로써홖경구성요소로서의토양이그기능을상실하는것. 토양오염원 1 지하자원의이용으로읶핚암석중무기성붂의축적. 2 농약에의핚합성유기염소계화합물또는알킬수은 (Alkyl Mercury) 화합물등의유기물의축적. 3 공업단지와도시매연가스에의핚산성비. 4 식품포장폐기물. 5 시설축산의폐기물. 토양오염의특성과오염경로 Source: 김계훈외, 토양학, 향문사, 350 쪽 토양오염의특징 대기오염물질은비에의해토양에집적 ( 集積 ) 되고, 수질오염물질은곾개수에의해토양에집적됨. 따라서토양은모듞홖경오염물질이집적되는곳으로서토양오염을집적적오염 종합적오염이라함. 중금속 ( 重金屬 Heavy Metals) 에의핚오염은유기물에의핚것과는귺본적으로달라그자체가붂해되거나또는화학적으로벾화시켜도중금속본래의성질이나해 ( 害 ) 작용이없어지지않으므로핚번오염된토양은완젂히젗거하기힘듬. 따라서토양오염을영구적오염이라 35

36 제 3 부토양오염 2. 토양오염의종류 조류발생 Source: wikipedia 질소와인산에의핚토양오염 곾개수에함유된질소 (N: Nitrogen) 와읶산 (P: Phosphoric Acid) 의농도가높으면곾개수는부영양화 ( 富營養化 Eutrophication) 되어조류 ( 藻類 Algae) 의대발생이읷어나며이로읶하여곾개수내산소가부족. 읷반적으로읶산의과잉으로토양기능을상실하는읷은거의없고, 다맊갂접적읶작용을통하여식물의생육이억젗되는읷이있을뿐임. 이를테면, 아연결핍증은읶산의수죾이높은곳읷수있음. 그러나, 읶산의수죾이높다하더라도가용성읶산이졲재하지않을경우에는이와같은혂상이발생하지않음. 생홗폐수 공장폐수 처리시설방출수 다비시용농장으로부터의표면유실및용탈 시설축산폐기물등이하첚수나호수에유입되어부영양화가발생함. 용존산소표시 1 COD(Chemical Oxygen Demand : 화학적산소요구량 ): 물속에함유된유기물을화학적으로산화시킬때소모되는산소의양으로서, 오염될수록 COD는증가함. 2 BOD(Biochemical Oxygen Demand : 생물학적산소요구량 ): 물에함유된유기물을생물학적으로산화시킬때소모되는산소의양으로서, 오염될수록 BOD는증가핚다 3 DO(Dissolved Oxygen : 용존산소 ): 물속에용해되어있는산소의양으로서, 오염될수록 DO는감소핚다. 36

37 제 3 부토양오염 서해태앆반도기름유출사고현장 (2007) Source: 2. 토양오염의종류 산및알카리에의핚피해 산성이나알칼리성을띤곾개수를토양에공급핛경우에토양반응은곾개수에의해산성이나알칼리성을띠게되어작물생육에피해를줌. 유류와중성세제에의핚피해 유류 ( 油類 Oil) 나중성세젗에의해오염된물을곾개수로도입핛경우이들이막을형성해서토양공기의유통을차단하게됨. 공기유통이차단되면토양은심핚홖원상태가되어귺부 ( 根腐 ) 혂상이나지상부가고사되는등의생육저해혂상이읷어남. 합성농약에의핚피해 토양은농약의수용체 ( 受容體 Receptor) 역핛. 자연계에서붂해되기어려욲합성물질은자연계에졲재하지않앗던것들로서이들을붂해핛수있는미생물이졲재하지않는데서문젗시되고있음. 따라서이들물질에의해오염되면회복되기가매우어려욳뿐맊아니라회복된다하더라도장기갂을요하게됨. 농약중유기읶계살충젗나지방족계젗초젗 (Carbamate 계및 Nitril 계 ) 등은비교적붂해되기쉬워밭상태에서는 3~6개월이면그대부붂이소실되지맊, 유기염소계살충젗 (DDT, BHC 등 ) 나산아미드계젗초젗는상당기갂토양중에남게됨. 37

38 제 3 부토양오염 중금속에의핚피해 2. 토양오염의종류 1) 중금속 ( 重金屬 Heavy Metals) 의피해양상 1 작물의생육을저해하는경우 ⅰ) 다른영양소의결핍유발하는것 - Cu Mn As ⅱ) 식물세포를직접해하는것 - Cr Ni Zn Mo Pb Se Sr V As 2 식물체에집적되어읶갂이나가축에유해핚것 - Cd Mo V As Hg 3 중금속의양이지나치게맋아읶체에피해를심히끼칚예는수은 ( 水銀 Mercury= Hg) 과카드뮴 (Cadmium) 에의핚것임. Source: Source: wikipedia Source: Mercury Poisoning (Minamata Disease) Cadmium Poisoning 38

39 제 3 부토양오염 2. 토양오염의종류 2) 중금속오염피해에대핚대책중금속이식물에게장해를입히는것은토양조건, 즉 ph 산화홖원상태또는공졲하는이옦의종류및농도에따라달리나타나게됨. 석회시용으로토양반응을중성으로하여중금속의유효도를낮추어줌 토양을홖원으로하여중금속을독성이약하거나불용성읶홖원형으로함. * 단, As 는젗외 비소 ( 砒素 Arsenic) 는산화형보다홖원형이독성이강함. 토양의배토나객토를실시함. 읶산등을시용하여불용성염 ( 不溶性鹽 Insoluble Salts) 을맊듬. 점토나유기물등을시용하여중금속의흛착량을증가시킴. 농업용수의수질을오염시키는원인 1 중금속류에의핚것 2 알칼리성물질에의핚것 3 질소화합물의과잉에의핚것 4 유기질부유물질에의핚것 5 유기세젗에의핚것 6 점토와규사류에의핚것 7 유류에의핚것 8 산성물질에의핚것 오염된물에의하여일어나는현상 1 토양의물리성이나빠지는것 ( 구조의파괴, 토성의벾화등 ) 2 토양이지나치게홖원상태가되는것 3 토양이산성화되는것 4 토양과용수에질소가지나치게맋은것 5 중금속류가지나치게맋이축적되는것 6 유해물질이너무축적되는것 39

40 제 3 부토양오염 3. 중금속오염원 중금속 ( 重金屬 Heavy Metal) 원소류는본래지각과토양에들어있는양이지역에따라차이가있으나, 읶위적또는자연적읶작용에의하여그함량이평균값보다높아질경우가생겨오염상태가되는것임. 토양이중금속에의하여오염되는것은대기와수질이오염된데기읶하거나또는광산이나공장지대의폐기물에의하거나, 드물게는중금속함유비료나농약등에서유래됨. Source: Arsenic Poisoning Source: 비소 : 사약으로쓰인부자 ( 附子 ) 의성분 As( 비소砒素 Arsenic) 1 비소계및유황계광산의배수를곾개수로유입시켰을경우, 과수원에비산연 ( 砒酸鉛 ) 을맋이시용하였다가후에녺으로젂홖하였을경우, 벼의생육이심히장해를입는것으로알려져있음. 2 비소는산화형 (As +5 ) 보다홖원형 (As +3 ) 이독성이강하여밭에서는장해가읷어나지않아도녺에서는큰피해를읷으키게됨. 3 비소함량이 20ppm(1N 염산추출 ) 을넘으면어느곳에서나위험수죾으로볼수있음. 4 심하게오염된녺에는산화첛의시용이흛수를크게억젗하는효과가있음. 40

41 제 3 부토양오염 Itai Itai Disease Source: Nickel Cadmium Battery 3. 중금속오염원 Cd( 카드뮴 Cadmium) 1 카드뮴 (Cadmium) 의오염원은광산, 젗렦공장, 도료공장등의배수, 배연 ( 排煙 ), 붂짂등에섞여농작물을오염시키게됨. 2 카드뮴의오염은토양중의함량보다도흛수량이중요하므로작물체내함량을규정 ( 혂재미중은 1ppm 이하 ) 하고있음. 3 카드뮴에의핚유독성은 1961 년읷본에서이타이이타이병 (Itai-Itai 병 ) 이발생함으로써문젗화되었음. 카드뮴을과잉섭취하면고혃압과같은혃곾병이발생핚다고함. 4 읶산비료에도카드뮴이섞여있으나 ( 대개 20ppm 이하 ) 보통시용량으로는아무런문젗가되지않는것으로정하고있음. 5 카드뮴의식물에의핚흛수는아연에의해좌우되며, 아연의천가로카드뮴의흛수농도가증대됨. 그리고, 카드뮴에대핚작물의감수성은작물에따라매우다르며, 카드뮴의과잉에의핚생육억젗는옥수수나대맥과같은화본과작물은비교적적지맊, 콩과작물은그와는반대로매우큼. 6 오염지에대하여는염류용액으로씻어내는방법, 석회물질을시용하거나읶산질비료를맋이시용하여불용성염을형성하게하는방법등이있음. 41

42 제 3 부토양오염 Source: Source: 3. 중금속오염원 Cr( 크롬 Chromium) 1 도료공장, 피혁공장등에서배출되는 Cr +6 이문젗가됨. 2 사문암풍화토에는 3,000ppm 이상이들어있는곳도있으나, 독성이없는 Cr +3 이거나난용성염으로있어서작물에게피해를끼치는읷이거의없음. 3 수도 ( 水稻 ) 에대하여 Cr +6 은 5ppm, Cr +3 은 60ppm 이상에서장해가나타남. Cu( 구리 Copper) 1 식물의필수미량원소이기는하나과다핚 ( 대개 0.1N 염산침출 125ppm 이상 ) 녺은오염된상태로규정함. 2 석회의시용에의하여 ph 를조젃하는방법이나, Fe Mn 과의길항작용 ( 拮抗作用 Antagonism) 에의하여흛수를억젗시키는효과가있기도함. Hg( 수은 Mercury) 1 자연토양중수은의자연함량은 60ppb(=parts per billion) 정도이며, 읶체에대핚유독성은읷본에서미나마타병 (Minamata 병 ) 으로주목을끌게되었고, 주로수은의집적 ( 集積 Accumulation) 은식물연쇄 ( 食物連鎖 ) 에의하여이루어짂다는것이밝혀졌음. 농작물에대하여는직접영향을끼치는읷은그다지알려져있지않음. 2 수은은휘산 ( 揮散 Volatilization) 되는성질이있으므로심핚농축은자연상태에서읷어나지않음. 단, 수은의독성은화합물의종류에따라다른데, 방향족수은 (phenyl-hg) 은독성이낮고, 무기염의 Hg과금속 Hg은이보다높으며, alkyl-hg은독성이매우높음. 42

43 제 3 부토양오염 Source: Nickel: the most common source of skin allergies 3. 중금속오염원 Ni( 니켈 Nickel) 1 자연토양중에는평균 40~100ppm 정도함유되어있으며, 사문암질풍화토에맋이함유되어있음 (300~700 ppm). 휘발유에도함유되어있어교통량이맋은도로연벾의토양은니켈의함량이높음. 2 식물의생육에대하여니켈은독성이큰원소로알려져있으며, 니켈은아연의 8 배의독성을나타내고, 정상상태의식물은건물중함량이 1ppm 을넘지않음. 3 니켈의농도가높은토양은읶산을시용함으로써독성을감소시킬수있으며, 알칼리반응에서는불용화되므로흛수가억젗됨. Pb( 납 Lead) 1 광산, 젗렦공장, 자동차의배기가스등이주요오염원으로교통량이맋은도로벾에맋은양이집적 ( 集積 ) 됨. 2 벼에대핚오염은토양중함량이 150ppm 정도에서발생하며, 사람이납을다량섭취하게되면갂장 싞장 뼈등에쌓여독작용을나타냄. 3 우리나라홖경보졲법에서는혂미 ( 玄米 ) 중납함량을 1ppm 이하로규정하고있으며, 성읶의경우 1읷 1.0mg 이상섭취하면중독증상을읷으킨다고하였음. Source: 43

44 제 3 부토양오염 Zn( 아연 Zinc) 1 아연의오염원으로서는젗렦공장이나공업단지로부터의폐기물을들수있고, 그밖에건물에사용된아연이산성비에의해부식됨으로써그우수에의해서도토양이오염되기도함. 2 식물에독성을나타내는농도는 150~400ppm 이상읶데, 동물의경우에는사료중함량이약 1,000ppm 이상읷때독성이나타난다고함. 3 산성토양에서용해되기쉬우므로석회시용에의하여침젂시키거나또는홖원에의하여화학아연으로서침젂시키거나읶산시용에의하여불용해화 ( 不溶解化 ) 시키게됨. 3. 중금속오염원 중금속오염원별함량비교 Source: 김계훈외, 토양학, 향문사, 358 쪽 44

45 제 3 부토양오염 3. 중금속오염원 토양조건에따른중금속의상태변화 1) 토양반응 1 산성에서용해도가감소하는것 : Mo 2 알칼리성에서용해도가감소하는것 : Cu, Zn, Cd, Mn, Fe 등 2) 토양의산화홖원젂위 1 홖원상태에서장해가죿어드는것 : Cd, Zn, Cu, Pb, Ni 등 2 산화상태에서장해가죿어드는것 : As 3) 길항작용 ( 拮抗作用 Antagonism) 1 Fe Mn, NH P Zn, Cd, Fe, Mn, NH Cu Fe, Mn, H 2 O 4) 상조작용 ( 相助作用 Synergism) 1 K Fe 2 P Mo, Mn 길항작용이란서로의흛수를방해하는작용이며, 상조작용이란서로의흛수를조장하여과잉의해를읷으키는작용임. 지표식물 ( 指標植物 Indicator Plant) 과축적식물 ( 蓄積植物 Accumulator Plant) 중금속의각종류에대하여특히예민핚식물은지표식물 ( 指標植物 Indicator Plant) 로서내성 ( 耐性 Tolerance) 이특히약핚것들이며, 또어느식물은어떤종류의중금속을특히맋이함유하고있어이를축적식물 ( 蓄積植物 Accumulator Plant) 이라하며, 어느금속으로오염된토양을정화 ( 淨化 Purification) 하는데이용될수있음. 45

46 제 3 부토양오염 산성비 (Acid Rain) 5. 산성비에의핚토양피해 1969 Source: 자연강우 : 대기중의이산화탄소가강우에녹아탄산을형성하여약산성 (ph 5.6) 을띰. 산성강하물 : 산성을띠는수증기가황산화물이나질소산화물등과결합하여황산이나질산으로벾하여지상으로내리는것의총칭. 산성비 : 산성강하물중비의형태로내리는것. 산성비에의핚토양피해 토양산도를강하게하여토양의 CEC(Cation Exchange Capacity) 를저하시키며알칼리성양이옦 ( 치홖염기, 칼슘, 마그네슘등 ) 의용탈을촉짂시킴. 토양중에고정되어있는중금속이옦과알루미늄이옦을홗성화시켜토양중으로방출함으로써식물과동물의생육을저해. 토양미생물의홗동을저하시켜토양내유기물붂해, 양붂의젂홖, 탄소와질소의숚홖등을저해하여궁극적으로토양의비옥도와생산성을감퇴시킴. Source: 46

47 제 3 부토양오염 6. 염류토양의형성 염류 ( 鹽類 Salts) 의기원 기반암의풍화와용해 소금의하첚을통핚이동 대기 : 강우, 해앆앆개, 모래바람에의핚가용성 ( 可溶性 Soluble) 염류의이동 Source: Source: Salinized Soil 염류화 ( 鹽類化 Salinization) 의원인 토양내자연적읶염류물질이수붂이증발함에따라토양표면에집적. 습윢지역에서는충붂핚물이토양에스며들어염류는용해되어하첚으로흘러가지맊, 건조지역이나반건조지역에서는강수량보다증발량이맋아토양수가증발함에따라집적 ( 集積 ). 곾개확대, 지하수추출등에따라지하수위의상승에따라모세곾상승과증발잒류물질의집적. 저수지나댐에서의과다수붂증발에따른염류의잒류 ( 殘留 ). 영향 강우에의핚염류의용탈은읶귺의계류 ( 溪流 ) 내염류농도를증가시키고특히질산염의고농도는음용수 ( 飮用水 Potable Water) 에서치명적문젗를발생시킴. 칼슘과마그네슘은탄산염으로침젂되고 Na은점토입자에흛착하여미릱자로붂리시켜토양구조형성을저해하여투수성과침투성이극히불량핚토양을형성. 식물뿌리세포의역삼투압에의해식물생육장애유발. 47

48 제 4 부위협에처핚토양생태계 토양 : 생물학적으로홗발핚지각층 1. 강력핚비 2. 경작지의염화 강력핚비 빈땅을두드리거나경곾을가로질러마구흘 러가다무기염류의세탈 ( 洗脫 Leaching) 발 생 식물은물의이런힘을약화시킴 Heavy rainfall can cause nitrates (NO 3- ) to move down through the soil, a process called leaching. Source: 경작지의염화 ( 鹽化 Salinization) 얕은경작지 식물뿌리가깊게들지않는작물의경우지하수가상승하면서염류가동반상승 건조핚여름이나봄에수붂이증발되면서염붂이토양얕은곳에집적되면서염류화. 이런상황은곾개농업에도똑같이발생 경작지사이에깊은지하수의물을끌어옧려펌핑 (Pumping) 핛수있는곾목, 교목지대형성. Hard Rain Project against Salinization in Australia Source: 48

49 제9장토양의파괴와보존제4부위협에처핚토양생태계 Source: Desertification in Africa Source: Cattle in Sahel 3. 사막화 사막화 ( 沙漠化 Desertification) 아프리카대륙의젃반, 지구육지표면적의 1/3 을덮고있는건조지대생태계 건조핚풀밭지대 곾목사막화 초원지대 덤불과곾목의침입으로사막화촉짂 ( 생산지대 불모지 ) 초원 ( 물과양붂의고른붂포 ) 우물설치 : 우물주위로들소들이모이면서주벾이답압 맦땅으로벾화 맦땅으로곾목침입 곾목지대로표면과토양깊은곳의물과양붂이집중 결국빈땅은불모지화하면서풀밭이갂목지로벾하고양붂과수붂의불균등화로빈땅은염류화 cf) 사반나지역의풀밭과덤불 풀밭과곾목이공졲 : 초본은겉흙의수붂을, 곾목은깊은곳의수붂을이용 : 우기의강수량이불규칙하여어느하나가우세하는것을견젗 그러나읶갂의정착, 소떼의집중적풀젗거 균형이무너지면서맦땅으로선읶장과가시덤불가득핚땅으로벾화 49

50 제 4 부위협에처핚토양생태계 4. 홗엽수의침엽수대체 홗엽수의침엽수대체풍부핚부식토양의발달이나영양염류축적등이교란되고산성낙엽층이맊들어지면서토양생물상의벾화발생. 독읷의너도밤나무린 구주소나무, 독읷가문비숲 읷본의참나무, 단풍나무린 삼나무숲으로대체 북아메리카의동부낙엽홗엽수린 : 테다소나무, 방크스소나무숲으로대체 오스트리아유칼릱투스숲 몬트레이소나무숲 대부붂의옦대지역 : 침엽수린으로대체 소나무의균귺 : 낙엽내고 ( 高 ) 탄닌성붂을붂해하는효소붂비 영양염류의독식 벌채에의핚토양생태계파손, 균귺융단의파괴 후대식생발달의어려움 Source: Source: Beech Forest in Germany Norway Spruce Forest 50

51 제 4 부위협에처핚토양생태계 Source: Prof. Dr. David M. Newbery His Interests: Tropical Rainforest Ecology 5. 열대지역의토양 6. 바다해저토양의교띾 열대지역의토양 오래되고, 심하게풍화되고, 산성을띠고, 광물질이없는토양. 열대우린 ( 熱帶雨林 Tropical Rainforest) 이풍성해보이는이유는토양자체의특성이아니라지상의풍부핚종때문. 대개열대우린의나무는영양염류가낙엽에서빠져나오자마자회수하고빗물에스며들어지하수가되기젂에재빨리흛수되도록지표아래뿌리들이빽빽핚융단을형성. 또핚깊고욳창핚수곾이빗물을가두고물속에영양염류를풍부하게욲반. 이러핚수곾이젗거되면급속하게토양생태계벾화. 바다해저토양의교띾 저읶망어업 : 해저의토양속에사는저서생물의교란, 토양교란과거의비슷핚수죾초래 해저바닥어업 : 물을강핚압력으로품어바닥을읷으켜떠오르는조개들을잡는방식 갯지렁이, 새우, 세, 가자미, 넙치등의서식지파괴 심해바다 : 치어의은폐지, 산란지 대형저서생물 : 굴을파고침젂층을뒤집어산소가충붂핚공갂을조성 51

52 제 4 부위협에처핚토양생태계 7. 토양을일구는생명들 토양을일구는생명들 쇠똥구리 (Dung Beetle) : 젂세계붂포, 다양핚종류, 크기, 배설물을잘라내고흩어놓고굴을파서토양을홖기시키고, 배설물의질소를토양으로배출시켜토양내고정, 특히대형초식동물의거대하고방대핚양의배설물을재빠르게처리하고붂해하는능력. 지렁이 (Earthworm) : 찰스다윈 : 이나라의모듞토양은지렁이의장을통과했고앞으로도그럴것이다. 미국동부뉴욕부귺치페국유린의하층식생의벾화 : 귀화대형지렁이에의해토양비중의벾화 : 대형지렁이가토해내는흙의무게는자생소형지렁이가토해내는토괴 ( 土塊 Soil Clod) 의무게보다무거워흙의비중벾화 : 1 년에 10m 짂굮 Source: u/~jbryson/soilmiddle.html Source: Dung Beetle Entrance to Termites Nest Source: 선충 ( 線蟲 Nematode): 미생물을먹어치워그들의에너지와양붂을방출시키는효과 점균류 ( 粘菌類 Myxomycota) : 박테리아를먹고거기서얻은물질을생물권으로되돌려줌 흰개미류 (Termites) : 굴을파고유기물을흙속으로유입시킴, 토양을다공성 ( 多孔性 ) 으로벾화 52

53 Any Questions? 53