CONTENTS 토양환경 ( 물리적성질 ) 1. 토양의생성 발달과작물생육 1. 토양의생성 발달과작물생육토양의정의 - 토양이란지각의가장윗부분을덮고있는부드러운물질로서암석의풍화산물인작은무기성입자와동 식물에서유래된유기물및이들고체입자들사이에채워진공기또는수분으로이루어짐 - 식물을기계적으로지지하고수분과양분을저장 공급하여주는자연배지이다. - 환경폐기물의수용체이며재생공장의역할도한다. 1. 토양의생성 발달과작물생육토양의 3상 - 토양3상 ( 고상, 액상, 기상 ) 의비율은토양을구성하고있는모래, 미사및점토의비율과유기물의함량에의하여크게영향을받는다. 공극액상기상고상 : 변화없음액상 : 감소고상기상 : 증가액상 - 토양을확대하면토양입자사이의공간을볼수있으며, 공간사이에는수분또는공기가들어갈수있다. 토양단면 고상 기상 < 그림 > 토양의 3 상 1
1. 토양의생성 발달과작물생육토양 3상의의의 1) 식물생육적의의토양 3상의구성비율은양분과물의보유량, 산소공급량, 뿌리의자람에크게영향을끼친다. 고상의비율이낮은토양일수록감자, 고구마, 무등의생육이유리. 고상의비율을낮추는방법은석회질비료와유기물을첨가한다. 2) 환경적측면의의의고상의비율이낮다는것은물이흐를수있는공간의크기가크다는것으로, 물에녹아있는오염물질의이동속도도빨라진다. 1. 토양의생성 발달과작물생육토양자원과작물의생육 - 토양은작물생장의배지로서역할을한다. - 토양의기능 : 1 작물이뿌리를내리고생장할수있는기계적지지작용 2 물과무기양분을저장, 공급해주는기능 3 뿌리가호흡을건강하게할수있도록해주는공기의교환기능 - 토양비옥도 : 작물의생육에필요한적당한양분을적당한양으로균형있게공급할수있는토양의질 - 토양생산능력 : 작물생산에관여하는토양의능력을뜻함 ( 유사어 : 지력 ) 1. 토양의생성 발달과작물생육토양자원과작물의생육 - 토양비옥도는지력의화학적측면을강조한잠재적인토양의양분공급력에비중을두고있다. 토양생산력은작물수확물의생산량을가지고나타내는개념으로지력뿐만아니라그지역에서재배되는품종, 기상, 병충해관리, 재배관리요인등이관련되어있다. 따라서작물생산면에서비옥도보다토양생산능력이더중요 - 작물별토양적성등급 : 1급지 ~ 5급지로구분 (5급지로갈수록불량 ) 토양의입경분포와토성 - 토양의무기입자는크기에따라자갈, 모래, 미사및점토로구분한다. - 가장많이이용하는기준 : 미국농무성법, 국제토양학회법 - 토성 : 토양의무기입자를모래, 미사, 점토로구분하고이들의함량비에따라결정되는토양의종류를말한다. ( 토양의입경분포를의미함 ) 2
100%( 식토 ) 90 10 80 20 70 30 60 40 < 그림 > 토성삼각도표 ( 미국농무성법 ) 토양의입경분포와토성 - 미국농무성법의기준 : 자갈 2mm이상, 모래 0.05~2.00mm, 미사 0.002~ 0.05mm, 점토 0.002mm이하의크기로구분한다. 0.002 0.05 0.1 0.25 0.5 1.0 2.0(mm) 식토점토 (%) 50 50 미사 (%) 미사질식토 40 사질식토 60 식양토미사질식양토 30 70 점토 (clay) 미사 (silt) 극세사 세사 중간사 조사 극조사 (very (fine) (medium)(coarse) (very fine) coarse) 모래 (sand) 자갈 (gravel) 사질식양토 20 80 양토사양토미사질양토 10 90 양질미사토식토식토 100% 100% ( 사토 ) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 ( 미사토 ) < 그림 > 지름에따른토양입자의분류 ( 미국농무성법 ) - 점토는표면적이크고점성과가소성이크며수축과팽창을많이하는특성이있으며, 표면적이매우크고입자표면에양이온을흡착 치환할수있는음전하를많이가지고있다. 모래 (%) 토양의입경분포와토성 구분 모래 미사 점토 수분보유능력통기성배수속도유기물함량수준 낮음좋은빠름낮음 중간중간느림-중간중간 높음나쁨매우느림높음 유기물분해온도변화풍식감수성수식감수성팽창수축력오염물질용탈능력양분저장능력 ph완충능력 빠름빠름중간낮음매우낮음높음나쁨낮음 중간중간높음높음낮음중간중간중간 느림느림낮음낮음높음적음높음높음 < 표 > 입자의크기가토양의성질에미치는요인 토양입자의크기가갖는의의 - 식물생육적측면의의의 : 토양의모래 미사및점토함량을알면토양의물리적성질에대한많은정보를알수있다. 예를들어모래함량이많은토양은배수성과투수성이크지만양분을보유하는힘이약하다. 미사가많은토양은배수성과양분보유능이중간정도이다. 반면에, 토양의입경구분을알면식물생육의측면에서그토양이가지고있는다양한물리적성질을알수있다. 3
토양입자의크기가갖는의의 - 환경적측면의의의 : 모래가많은토양은배수성과투수성이크지만물질흡착력이매우낮다. 따라서, 모래가많은토양에오염된물이들어가면토양에흡착되어제거되는양이매우적고매우빠른속도로밑으로이동하여지하수를오염시키기쉬운조건이된다. 반면에점토함량과비례하여지하수오염의위험성이작아진다. 일부지역의골프장에서농약에의한지하수의오염을방지하기위하여일정함량의점토가함유되어있는토양으로차수벽을만들도록규정하고있는데그이유가여기에있다. 토양의구조 - 토양구조의중요성 : 투수성, 보수성, 통기성, 지온, 수식성, 역학적강도, 경운의난이등의물리성은구조와매우깊은관련이있는성질이다. 판상구조의토양에서는물이상하, 수직방향으로이동하기어렵고뿌리가뻗어나가기도어렵다. 판상구조를없애기위해깊이갈이 ( 심경 ) 를권장하고있다. 엽상 관상 원괴상각괴상각주상원주상 < 그림 > 토양의여러가지구조 토양의구조 토양의구조 기반암 ( 모암 ) Oi ( 약간분해된유기물층 ) Oe ( 중간정도분해된유기물층 ) Oa ( 많이분해된유기물층 ) A ( 부식과혼합된검은색의무기물층 ) E ( 점토 Al Fe산화물등의용탈틀 : 과거의 A2) AB 또는 EB (B층으로의전이층, 단 A층과 B층특성이우세 ) BA 또는 BE (B층으로의전이층, 단 B층특성이우세 ) 모B ( 직접층으로서의특성이가장명료한층 ) 재BC (C층으로의전이층, 단 B층특성이우세 ) 토층< 그림 > 토양단면진전토층C ( 모재층 풍화암석 saprolite) R ( 미풍화모암층 ) 표층 (top soil) 심층 (subsurface soil) 기층 (subtratum) 지표면 30cm 내외 1m 내외 < 그림 > 토양단면의구조및토층분화의특성 구상판상 괴상 각주상 4
토양수분상수 1 흡습계수 : 건조한토양을공기중에두면공기중의습도와평행을유지할때까지수분을흡수하며, 이러한수분을흡습수라하고이수분함량을흡습계수라고한다. 2 포장용수량 : 중력수가제거되고남아있는토양수분의함량으로식물이자라기에가장좋은조건이다. 3 위조점 : 수분의함량이감소되어시들어졌던잎의팽압이회복되지않게되는토양수분함량 4 유효수분 : 포장용수량과위조점사이의수분만을식물이흡수이용한다. 유효수분함량은점토와유기물이증가할수록어느수준까지는증가하며양토나식양토가가장많다. 토양의색 - 토양의색은토양이가지고있는여러가지물질의양이나상태를표시하는하나의지표가될수있다. - 토양의배수정도를짐작할수있고토양분류기준으로매우중요하다. - 토양의색은유기물함량, 토양배수, 통기성등과깊은관계가있다. - 토양의색이갈색, 적색, 황색을나타낸다는것은광물의성분이화학변화를받았음을나타내고유기물이더해졌음을의미한다. - 주된원인물질은토양유기물과산화철이다. 차. 토양의온도 - 토양온도의결정요인외적요인 : 일사량, 기온, 풍속, 토양회복등내적요인 : 토양의비열, 열전도도 - 비열 : 어떤물질 1g 의온도를 1 높이는데필요한열량 - 물은비열이높기때문에토양수분함량이많으면온도가올라가기어렵다. 토양의온도 - 토양무기입자의비열은 0.2cal/g 에지나지않지만물 1.0cal/g 로서 5배가더높으므로토양수분함량이증가할수록토양의비열은증가하고토양온도를올리는데필요한열량은증가하기때문이다. - 토양의멀칭은멀칭재료에따라온도조절효과가다르다. - 토양온도는토양표면이온도변화가가장많고토양깊이가깊어질수록변화폭이감소한다. - 하루중온도변화가많은깊이는 30cm이고연중지온의변화가없는깊이는 3m정도이다. 5
1. 토양의화학적성질과광물학적성질 토양의광물학적특성 토양환경 ( 화학적성질 ) - 1차광물 : 원래암석에존재했던성분과같은광물 ( 석영, 장석, 운모 ) - 2차광물 : 풍화작용, 토양생성단계를거치며가용성성분들이녹아나와점토와재구성되어새로운성분이되는광물 - 점토광물의주요성분 : 규산과알루미늄 - 점토는대부분 2 차광물로구성되어있다. 1. 토양의화학적성질과광물학적성질 토양콜로이드의특성과양이온교환능력 - 토양콜로이드 : 크기가 1μm보다작은무기입자로서수분이나이온을다량흡착하는콜로이드성질을나타낸다. 콜로이드는음전하를띈다. - 결정질규산염점토광물이음전하를띠는이유 : 규산 4 면체나혹은 8 면체의중심이온이낮은원자가의양이온으로동형치환됨에따라잉여음전하가생겨전체적으로음전하를띠게된다. 1 영구전하 : 동형치환됨에따라잉여음전하가생겨전체적으로음전하를띠게된다. 2 ph 의존전하 : 동형치환이일어나지않아서음전하를띰 Kaolinite 같은규산염점토광물, 부식, 알로펜, 철과알루미늄의가수산화물등은 ph가달라짐에따라전하량이달라진다. 1. 토양의화학적성질과광물학적성질양이온교환능력 (CEC) 의개념 - 개념 : 토양 100g이흡착할수있는양이온의총량 - 양이온교환 : 고체의표면에흡착되어있는양이온이용액중의양이온과교환하는현상을말한다. - 교환성양이온 : 양이온교환시흡착되어있는양이온 (Ca, Mg, K, Na) 6
1. 토양의화학적성질과광물학적성질 양이온교환용량의중요성 - 치환성 KᆞCaᆞMg 등은식물영양소의주공급원 - 산성토양의 ph를높이기위한석회요구량은 CEC가클수록많아진다. - 흡착된 Ca² + ᆞMg² + ᆞ K + ᆞ Na + ᆞNH4 + 등의이온들은쉽게용탈되지않음. - 토양에비료로시용한 K + ᆞNH4 + 등은토양에서이동성이급격히감소. - 중금속을흡착하여지하수및지표수로의이동을억제함으로써오염확산을방지 - 토양콜로이드의 CEC 함량차이 : 부식 (100~550) > 버미큐라이트 (100~180) > 몽모리오나이트 (80~120) > 일라이트 (15~40) > 카올리나이트 (2~5) 1. 토양의화학적성질과광물학적성질토양의반응과완충작용 - 토양반응 : 토양의산소혹은알칼리도를표시하며 ph단위로측정한다. - ph : 용액중에있는수소이온 (H+) 농도의역수의배수로 0에서 14까지있다. - 토양 ph의중요성 1 무기성분의용해도를지배한다. 2 토양미생물의활동에도영향을주며, 미량원소의용해도를지배한다. 3 식물생육 : 무기질토양에서는 ph 6.5, - 유기질토양에서는 ph 5.5가적당하다. 1. 토양의화학적성질과광물학적성질 강산성 중산성약산성매우약한매우약한산성알칼리성 약알칼리성 중알칼리성 강알칼리성 4.0ph 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5ph 10.0 N P K S Ca Mg Fe Mn B cu,zn Mo 2. 토양미생물과유기물의분해집적 - 토양속에는여러종류의미생물과중소동물이살고있다. 이들은토양의물리성을개선시켜주고, 여러가지화학반응을촉진시킨다. 가. 사상균 - 곰팡이버섯, 효모와같은호기성종속영양미생물의총칭으로균사체를형성하며포자로번식한다. 나. 방선균 - 세균과사상균의중간적인특성셀룰로오스나리그닌의분해에관여하며특히분해되기어려운리그닌, 젤라틴의부식성분까지분해한다. 다. 세균 - 토양에가장많이서식하는종자급영양세균 : 질소순환이나황순환에아주중요한역할을한다. (nitrosomonas, nitrobacter, 수소박테리아, thiobacillus등이속한다 ) 화학영양세균이라고도한다. < 그림 > 양분의유효도와 ph 와의관계 7
2. 토양미생물과유기물의분해집적 2. 토양미생물과유기물의분해집적 감 소 증 가 농약토양침식단작과잉경운산업폐기물 비료 / 석회사용토양보존토양배수및통기균형관개가축분퇴비 < 그림 > 토양미생물의종다양성과총밀도 라. 토양부식의기능 1 부식은치환성염기와암모니아를흡착하는능력, 즉염기치환용량이크다. 2 부식은물을흡수하는힘이크다. 3 토양완충능력을증대시켜준다. 4 입단구조를형성하여토양의물리적성질을개선해준다. 5 토양미생물의활동을활발하게하므로유용한화학반응을촉진시킨다. 6 토양중유효인산의고정을억제한다. 7 점착성과가소성을감소시키고보비력을향상시킨다. 3. 토양침식과토양보전관리물에의한토양침식 ( 수식 ) 1) 종류 1 면상침식 : 비교적지표가고른경우유거수는지표면을고루흐르게되고이때토양의표면전면으로부터엷게일어나는토양침식이다. 2 세류상침식 : 미세한도랑이생겨유속이빨라져침식력또는강해져서많은양의토양이유실되는침식이다. 3 구상침식 : 세류상침식이더욱진행되어넓고깊은도랑이생겨일어나는침식이다. 4 가속침식 : 토양침식이물이외의다른요인이첨가되어침식이더욱가속화되는침식이다. 3. 토양침식과토양보전관리물에의한토양침식 ( 수식 ) 2) 토양유실의방지 1 침투력증대 : 경운, 유기물시용, 물리성개선 2 멀칭효과 : 작물수확후뿌리를그대로두어공극을만들어토양유실을줄일수있다. 3 수로의설치 4 경작방법의개선 - 경사도 15% 이하인농경지는등고선재배나등고선 : 대상재배가토양유실에효과적 - 경사도 15-25% 일때는배수로설치재배, 초생대재배가효과적 - 경사도 25% 이상일때는반단계식, 계단식재배가효과적 8
3. 토양침식과토양보전관리 < 태생적요인 > < 관리적요인 > 토양의질과생산성 제한요소없는토양생산성 평균적토양생산성 제한요소있는토양생산성 토양의질과생산성 토양잠재생산성최상선지속농업현재의생산성기준관행농업, 약탈농업토양잠재생산성최하선 시간 (time) 시간 (time) < 그림 > 태생적및관리적요인에의한토양의질과생산성 9