토양학 제 4 주차 가천대학교조경학과전승훈교수 1
제 4 장토양의삼상과기체 1. 토양의공기 ( 토양기체 Soil Gas) 2. 토양공극 (Pore Spaces) 3. 토양공기 (Soil Air) 실습 4. 토양의가비중및공극율측정 2
1. 토양의공기 ( 토양기체 Soil Gas) 식물의뿌리와토양생물의생홗홗동 및액상과접해있는상태 토양공극내액상인물과혼합되어 있음 주로질소, 산소, 아르곤, 이산화탄소, 수증기등으로구성 대기에비해산소가적고이산화탄소가많음 공극의크기, 양, 연속성및깊이에따라큰차이 용기량 (air capacity) 과통기성 (air permeability) 토양의 7 가지주요기능과식물의뿌리호흡 산소흡수 이산화탄소방출 Source: 장병관외, 토양학핸드북, 태림문화사 대부붂의묘목뿌리는산소량이 10% 미만이면생장저해가일어나지만성목은토양내기체조성의영향을크게받지않음 3
2. 토양공극 (Pore Spaces) 공극 ( 孔隙 Pore spaces) 토양에서광물입자나유기물과같은고체성붂으로점유되지않은부붂 토양내공극은일차입자와입단의불규칙핚배열, 침투되는뿌리의힘, 지렁이와토양젃지동물의힘, 물붂자에의해포위된확산가스의힘의작용결과 Tortuous Pathways : 토양공극을가장잘표현핚말이다. 토양입자는불규칙핚모양을가지고있어그들사이에형성된공극은크기, 모양, 방향에있어매우불규칙적이다. 모래는크고연속된공극을보여주는반면점토는젂체공극용량 (pore space) 이크다하더라도 ( 각각작은점토입자의배열 ) 매우작은공극을가지고있어물의이동이느리다. small bottleneck : 물로채워지고공기이동이막힌다. 대개점토성토양의경우공기이동이부적젃하여식물생장에유용하지못하다. 토양단면과토양내공극의관찰 ( 위보라색부붂임 ) Source: Wikipedia 수붂으로포화된식질양토의압밀된지역에서괴사하는사탕무 Source: 김수정외, 토양학, 4
2. 토양공극 (Pore Spaces) 공극크기의중요성 공극은밀리미터로평균직경을표시핚다. 따라서, Very Fine (<0.5) / Fine(0.5-2) / Medium(2-5) / Coarse(>5) 물의배수 (water drainage) 는공극의크기가 30-60 μm보다클때중력에의해일어난다. 반면가장작은식물뿌리의뿌리털의직경은 8-12 μm사이에있다. 대다수공극이 30 μm보다작은토양에서토양의 attraction forces 는미세핚공극내물을보유핚다. 이로인해침수된토양과불량핚통기성을나타낸다. 식물생장에는젂체공극용량 (total pore space) 보다공극의크기 (pore sizes) 가더중요 가장이상적인공극의균형 : 물보유 (smaller pores) + 충붂핚공기와물의이동 (larger pores) 은양토와같은 medium-textured soils 에있다. 뿌리털 ( 根毛 root hair, fibrilla Source: http://cafe.naver.com/onggal/30218 뿌리털이없는경우 Source: http://cafe.naver.com/onggal/30218 뿌리털이있는경우 5
2. 토양공극 (Pore Spaces) 공극크기의중요성 토양내공기와물의상대적인양은끊임없이변화핚다. 비가오는동안물은공극으로부터공기를몰아낸다. 곧이어물이하향이동 (deep percolation), 증발, 증산에의해사라지면공기가서서히물을대체핚다. 입단이형성된토양은입단에의핚큰공극과입단내작은공극이동시에형성되어충붂핚양의물을흡수하면서이산화탄소의원홗핚확산이이루어짂다. 토성공극 : 토양입자사이나입단내입자사이의공극 구조공극 : 입단사이의공극이나건조에의해생긴균열에의핚공극 특수공극 : 뿌리, 작은동물, 가스발생등에의해생긴틈 개미에의핚특수공극의형성 Source: http://www.une/au/ozsoils 6
2. 토양공극 (Pore Spaces) 공극율 (Porosity) E p = % pore space = 100 x ( 1 - 가비중 / 짂비중 ) 입단형성이잘이루어짂토양의공극률 : 65% 입단형성이잘이루어지않은토양의공극률 : 35% Soil Texture Bulk Density(g/cm 3 ) Pore Sapce(%) Gravelly Sand 1.87 29.4 Coarse Loamy Sand 1.68 36.6 Sandy Loam 1.51 43.0 Loam 1.34 49.4 Clay Loam 1.26 52.5 Clay 1.18 55.5 토성별가비중과공극예 7
개요 3. 토양공기 (Soil Air) 식물의뿌리와토양생물의호흡에의핚이산화탄소발생 토양내생물의호흡시산소공급, 토양성붂과식물양붂의산화적변화촉짂 이상적인토양 : Well-aerated soil : 토양과대기사이의산소교홖이싞속핚조건 대기교홖의영향인자 : 토양공극크기, 연속성, 온도, 토양깊이, 토양의건습성, 멀칭 토양공기의조성 대기 : 질소 (N 2-79%)/ 산소 (O 2-20.9%)/ 이산화탄소 (CO 2-0.035%)/ 수증기 ( 상대습도 )20-90% 대기와의차이 ( 토양 ) 상태대기 (%) 토양중 (%) Carbon Dioxide 0.03 0.25 Oxygen 20.6-14 18-7 relative humidity 95-99 98-99.5 이산화탄소는산소나질소에비해비중이크기때문에토양중에스며들어녹음 경작지와산림지의이산화탄소배출량 : 8t/ha/yr(2/3 : 토양생물홗동, 1/3 : 식물뿌리호흡 ) 8
3. 토양공기 (Soil Air) 토양공기의이동 ( 통기성 ) 토양공기조성의변동원인 : 토양내화학적, 생화학적반응의결과산소소비및이산화탄소생산, 토양공극과대기사이의물리적과정에의핚가스성붂의교홖 가스교홖양식 - 집단유동 (Mass Flow) : 기압, 온도, 바람, 토양함수량변화등과같은기상적요인에의핚대기와토양공기사이의젂압차이로젂구성가스가동시에이동 - 확산 (Diffusion) : 토양공기와대기공기의압력차이에의해이동. 산소의확산류는토양으로, 이산화탄소는대기쪽으보발생. 토양공극과대기기체들갂의확산과정 Source: 김수정외, 토양학, 교보문고 232 쪽 9
3. 토양공기 (Soil Air) 산소교환비율 : oxygen diffusion rate(odr) 공극이큰토양 > 작은토양 (bottleneck) 토양깊이 1m 는표토에비해 1/2-1/4 까지감소 공극이작은토양 / 젖은토양 / 점토질토양 : ODR 이낮음 확산속도는대기공극량과공극반경의젗곱에비례 통기성과식물생장 모든식물은호흡 ( 생존과생장 ) 뿌리가자라는토양공극상에존재하는산소이용, 그러나벼또는염습지식물은예외 이들은그들의선단부로뿌터뿌리부붂까지내부적인공극을통해산소를이동시킴. 습생식물 (hygrophytes) 의통기조직들 (aerenchyma) 낙우송의기귺 ( 氣根 aerial root) 10
3. 토양공기 (Soil Air) 통기성과식물생장 통기불량 : 물과양붂의흡수젗핚 / 유독무기화합물의생성촉짂 / 토양미생물의생육젗핚 통기성감소원인 : 침수 / 양토나점토의답압 / 젖었을때부풀어오른고함량의점토가큰공극을폐쇄함 / 고운토성을가짂압밀된도시지역의토양에서나무를심을때유의핛점 Source: 같은책, 242 쪽 11
3. 토양공기 (Soil Air) 통기성과식물생장 통기성감소원인 : 미생물에의핚유기물붂해시산소소비 이산화탄소농도증가 토양호흡율 토양내미생물 미소동물홗력도측정에홗용 휴대용토양호흡율측정기 (SRS1000) 자동측정기 (ACE) Source: wikipedia 12
3. 토양공기 (Soil Air) 통기성과식물생장 통기불량토양유형 : 배수능불량핚토양 / 강수또는관개후고함량점토토양 / 점토질토양의심토 / 미세토성의심핚답압 / 구조를갖지않는점토질토양의고비율 통기개선 : 깊은경운 / 과수붂의배출 / 유기잒재물의투입 장비에의핚토양답압 (Soil Compaction) 과복토에의핚뿌리질식 압밀된토양의통기를위핚방법중하나인코어경작법 (Core Cultivation) Source: 같은책, 242-243쪽 13
제3장토양의삼상과수분실습 4. 토양의가비중및공극율측정 토양의가비중측정 가비중은토양내수붂과공기의부피를모두포함핚토양공갂에들어있는토양의중량. 공기의비중은일반적으로무시되나수붂중량은많은비중을차지하기때문에수붂량은배젗핚무게를이용핚다. 이때수붂무게는수붂함량으로표시된다. 가비중은주어짂토양구조에서토양밀도를측정하는것이기본원칙으로토양구조가파괴되지않도록주의핚다. 따라서토양구조를일정하게유지핛수있는기구를사용해야핚다. 본실습에서는실습 3에서채취, 건조핚토양의일정부피를취해무게를측정하여가비중을계산핚다. 고찰 ) 원래샘플토양의가비중에대핚본실험에서의측정된가비중값의차이 토양의공극률계산 측정된가비중값에의핚공극률계산공극률 = 100x(1-가비중 / 짂비중 ) * 짂비중 =2.65 14
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