방송통신대학교 농학과, 농업직, 지도사 대비 - 토양학 핵심 요약정리 - 6 토양 생물과 유기물

6 토양 생물과 유기물

 

■  학습개요
토양  속에는  여러  종류의  미생물과  중소동물이  평형을  이루며  살고  있다.  그  중에서도  토양의  물리화학적  성질에  가장  크게  영향을  미치는 것은  미생물이며,  이  장에서는  미생물의  종류,  미생물의  활동조건,  토양유
기물과  부식,  토양  유기물의  탄소,  질소의  분해와  물질순환,  토양 유기물의  기능을  강의하게  된다.

■  학습목표
1. 미생물의  종류와  기능을  설명할  수  있다.
2. 세균,  방선균,  진균,  조류,  균근을  설명할  수  있다. 
3. 탄소와  질소의  순환을  설명할  수  있다.
4. 탄질비와  질소기아현상을  설명할  수  있다.
5. 유기물의  기능을  설명할  수  있다.

■  주요용어

타급영양세균
: 유기물질을  분해하여  에너지와  탄소를  얻는  세균으로 자연계의  유기물로  된  모든  물질을  분해하는  세균
균근
: “사상균  뿌리”라는  뜻으로,  사상균과  식물  뿌리와의 공생관계를  유지하면  뿌리의  연장과  같은  역할을  한다.
암모니아화작용
: 유기물에  함유된  유기태  질소는  토양미생물에  의해서 분해되어  무기태  질소인  암모니아로  변화되는  작용을 
말한다.
근류균
: 콩과식물의  뿌리에  기생하여  콩과식물로부터  탄수화물을  공급받고  식물에게는  암모니아를  공급하는  공생관계
를  갖는  미생물을  말한다.

 

 

 

 

 

■ 연습문제

1.  토양  미생물  중에서  가장  수가  많은  것은?
①  세균 ②  사상균 ③  방선균 ④  조류
정답  :  ①
해설  :  세균의  수가  가장  많음

 

2.  사상균의  뿌리라는  뜻으로  사상균과  뿌리와  공생하는  미생물은?
①  방선균     ②  균근  ③  세균       ④  니트로박터
정답  :  ②
해설  :  사상균  중에서  뿌리와  공생관계를  가져서  뿌리에서  뻗어  나온  균
사가  작물의  흡수하기  어려운  양분을  흡수하는  미생물은  균근 (mycorrhizae)임

 

3. 문제 : 다음 토양미생물 중 자급영양세균으로 맞는 것은?

① 근류균 ② 아조토박터

③ 섬유소 분해균 ④ 니트로소모나스

 

정답 : ④

해설 : (1) 자급영양세균: 토양에서 광영양세균은 광합성작용에 의하여 필요한 에너지를 태양광으로부터 얻은 것으로 토양에게 별로 중요한 것은 아니다. 그러나 토양에서 화학영양세균은 질소, 황, 철, 수소 등의 무기화합물을 산화시켜 에너지를 얻는 것으로 농업적으로 매우 중요한 역할을 하는 것이다. 암모늄을 아질산 산화시키는 니트로소마나스(Nitrosomonas), 아질산을 질산으로 산화시키는 니트로박터(Nitrobacter), 수소를 산화시키는 수소박테리아(Bacteria), 그리고 황을 산화시키는 티오바실루스(Thiobacillus) 등이 이에 속한다.

(2) 타급영양세균: 타급영양세균은 유기물질을 분해하여 에너지와 탄소를 얻는 세균으로 자연계의 유기물로 된 모든 물질을 분해한다. 질소고정균, 암모늄화균, 셀룰로오스분해균 등이 여기에 속한다. 질소고정균과 질소비고정균으로 나눌 때, 질소고정균은 단독질소고정균(nonsymbiotic)과 공생질소고정균(symbiotic)으로 분류된다.

 

4.  다음  중에서  산성에서도  잘  자라는  미생물은?
①  세균               ②  방선균 ③  사상균            ④  조류
정답  :  ③
해설  :  미생물  중에서  사상균만  산성에  강함.

 

5. 문제 : 균근 Mycorrhizae에 대한 설명으로서 옳다고 생각되는 것은?

① 식물뿌리와 공생하면서 질소를 고정하는 사상균

② 식물뿌리와 공생하면서 식물뿌리의 양분·수분을 도와주는 세균

③ 식물뿌리와 공생하면서 식물뿌리의 양분·수분을 도와주는 사상균

④ 공생관계는 아니지만 식물뿌리의 양분·수분을 도와주는 사상균

 

정답 : ③

해설 : 균근은 “사상균 뿌리”라는 뜻으로, 사상균과 식물 뿌리와의 공생관계를 의미한다. 사상균 중 담자균이 식물의 뿌리에 붙어서 공생관계를 맺어 균근이라는 특수한 형태를 형성한다. 뿌리로부터 뻗어 나온 균근은 토양 중에서 이동성이 낮은 인산, 아연, 철, 몰리브덴과 같은 성분을 흡수하여 뿌리역활을 해준다. 그 대신 균근을 기주식물로부터 수액을 공급받아 생활한다. 뿌리에 보호막을 형성하여 가뭄에 대한 저항성을 높이고 가뭄의 피해를 덜어 준다. 균근은 크게 외생균근과 내생균근으로 나눈다.

 

6. 문제 : 다음 중 자급영양미생물의 탄소원은?

① 산소 ② 질소

③ 이산화탄소 ④ 일산화탄소

 

정답 : ③

해설 : 자급영양미생물은 탄소원으로 이산화탄소가 필요하며 질소고정균은 유리질소를 요구한다.

 

7. 문제 : 다음 중 토양의 부식(humus)에 관하여 잘못 설명된 것은 무엇인가?

① 토양의 양이온 교환용량에 기여한다.

② 암색 무정형의 고분자화합물이다.

③ 미생물 분해에 저항성을 갖는다.

④ 인공부식의 탄질률(C/N)은 30이다.

 

정답 : ④

해설 : 부식이란 말은 흔히 토양유기물과 동의어로 사용되는 경우와 토양에 있는 유기물 중 암색 무정형의 고분자물질에 한정해서 사용되는 경우가 있다. 미생물의 분해에 저항성을 갖고 토양의 양이온 교환용량에 기여한다. 인공부식의 탄질률(C/N)은 11이다 (표 6-3).

 

 

8. 문제 : 부식(humus)을 이루고 있는 구성물질이라 볼 수 없는 것은?

① 부식산 ②아질산 ③ 플빈산 ④휴민

 

정답 : ②

해설 : 부식은 산 혹은 알칼리 등의 시약에 대한 용해성의 차이를 이용하여 부식산(humic acid), 플빈산(fulvic acid) 및 휴민(humine)으로 대별 한다. 부식산은 토양유기물의 대표가 되는 것으로 황갈색 내지 흑갈색의 무정형 고분자 산성 물질이다. 부식산은 1가의 양이온과는 수용성 염을 만들지만 칼슘, 알루미늄, 철 등 다가 양이온과의 염은 물에 난용성이다. 무기질 토양의 경우 A층으로부터 추출되는 부식의 약 반 가량은 플빈산이며 하층토로 내려갈수록 부식에서 플빈산이 점유하는 비율은 증가한다. 플빈산은 매우 많은 종류의 유기화합물의 혼합물로 알려졌다.

 

9. 문제 : 아질산균 (Nitrosomonas)을 가장 잘 설명한 것은?

①아질산태 질소를 암모니아태 질소로 환원할 때 생기는 에너지를 이용하는 세균 ②암모니아태 질소를 아질산으로 산화할 때 생기는 에너지를 이용하는 세균

③아질산태 질소를 질산태 질소로 산화할 때 생기는 에너지를 이용하는 세균

④질산태 질소를 아질산으로 환원할 때 생기는 에너지를 이용하는 세균

 

정답 : ②

해설 : 질산화작용(nitrification): 암모늄화작용으로 생긴 암모늄태 질소 또는 비료로서 토양에 들어간 암모니아태 질소가 미생물에 의해 아질산태 질소를 거쳐 질산태 질소로 변하는 과정을 질산화작용이라 한다. 이때 암모니아태 질소가 아질산태 질소로 변하는 것은 아질산균의 작용이다.

2NH3+3O2 → 아질산균(Nitrosomonas) →2HNO2+2H2O+에너지 2HNO2+O2 → 질산균(Nitrobacter) →2HNO3+에너지

위 반응식을 보아서 알 수 있는 바와 같이 질산화작용은 호기적 조건에서 일어나며, 아질산균과 질산균은 자급영양세균으로 암모니아를 산화할 때 나오는 에너지를 이용한다. 질산화작용은 pH 7.0∼8.0에서 잘 일어나며, 강산성이거나 강알칼리성일 때는 거의 일어나지 않는다. 대부분의 식물은 암모니아태 질소뿐 아니라 질산화작용으로 발생한 질산태 질소를 직접적으로 흡수 이용한다. 통기성이 좋은 토양에서는 질산화작용이 활발하게 일어나 암모니아태 질소가 쉽게 질산태 질소로 변환된다. 질산은 호기적 조건에서 안정된 형태로 존재하며, 토양용액내에서 뿌리표면으로 쉽게 이동한다. 그러나 질산이 음이온이기 때문에 토양콜로이드 입자에 거의 흡착되지 않아 쉽게 용탈되어 유효태 질소의 손실을 가져오며 동시에 지하수오염문제를 발생한다. 또한 질산화작용은 수소이온을 발생시켜 토양산성을 증대시키기도 한다. 암모니아화작용과 잘산화작용은 온도의 영향을 심하게 받는다. 암모늄화 균은 50℃ 전후하여 활동이 가장 활발하지만 질산화균은 26℃를 전후하여 활동이 가장 활발하다.

 

10. 문제 : 토양에서 탈질작용이 일어나기 가장 쉬운 경우는?

①암모니아태 질소가 환원층에 있을 때

②암모니아태 질소가 산화층에 있을 때

③질산태 질소가 산화층에 있을 때

④질산태 질소가 환원층에 있을 때

 

정답 : ④

해설 : 탈질작용은 물이 차 있는 논에서와 같이 산소가 부족하고 유기물이 많은 곳에서 일어나기 쉽다. 이것은 탈질균이 질산을 환원시켜 방출되는 산소로서 유기물을 산화시킬 때 나오는 에너지를 이용하기 위한 작용이다.

↑ C6H12O6+4NO3-→6CO2+6H2O+2N2

탈질작용은 농업상 손실을 가져오는 작용인데, 우리나라 논에서 많이 일어난다. 즉, 요소비료를 표층에 시비했을 때 논토양의 산화층에서 암모니아가 산화되어 질산태 질소로 되면 이동성이 빨라지면 밑에 있는 환원층으로 내려온 질산태 질소는 N2 가스로 변하여 공기 중으로 되돌아가는 탈질작용이 일어나 토양의 질소가 손실된다.

 

11. 문제 : 탄질비가 높을 때 유기물이 분해되면서 식물에 나타나는 현상은

① 암모니아화현상 ② 질산화현상 ③ 탈질현상 ④ 질소기아현상

 

정답 : ④

해설 : 탄질비가 높은 유기물(탄질비가 30 이상)이 분해될 때 대표적으로 나타나는 현상은 질소기아현상임.

 

 

12. 문제 : 다음 중 토양유기물의 주요기능이 아닌 것은?

① 무기양분공급원으로 작용

② 양분의 유효도 증진

③ 유독성 중금속과 킬레이트 만들어 독성 증대

④ 양이온 교환용량 증가로 양분저장능력 증대

 

정답 : ③

해설 : ① 식물에 대한 무기양분공급원으로서 작용한다.

② 미생물에 의하여 분해될 때 생성되는 유기산은 난용성 성분의 용해도를 높임으로써 양분유효도를 증진한다.

③ 미량원소와 킬레이트(Chelate)화합물을 만들어 양분의 유효도를 증가시킨다.

④ 토양유기물 중에는 식물의 생육을 촉진하는 생리활성물질이 존재한다.

⑤ 토양의 양이온 교환용량을 높여줌으로써 양분저장능력을 증대시킨다.

⑥ 내수성 입단을 형성하여 물과 양분의 공급을 원활하게 하고 경운을 쉽게하는 등 물리성을 개량한다.

⑦ Al 또는 기타의 유독성 중금속과 킬레이트를 만들어 독성을 감소시켜 주는 완충작용을 한다.

 

13. 문제 : 다음 중 토양유기물 함량을 높이는 방법이 아닌 것은?

① 토양에 유기물의 지속적 공급

② 녹비작물 재배

③ 토양경운 최대화

④ 토양으로부터 식물유체를 제거하지 않기

 

정답 : ③

해설 : a) 토양의 유기물 함량을 적정하게 유지하기 위해서는 유기물을 토양에 지속적으로 공급하여야 한다. 특히 토양으로부터 식물유체를 제거하지 말아야하며, 동물의 분뇨, 퇴비 등을 꾸준히 토양에 첨가해야 한다.

b) 토양표면은 식물, 특히 녹비 작물로 덮여 있어야 한다. 이는 토양 침식을 통한 유기물의 손실을 막아 줄뿐만 아니라 식물의 유체를 계속해서 토양에 공급할 수 있기 때문이다.

c) 토양 경운을 가급적 줄여야한다. 토양을 자주 갈면 산소의 공급이 원활해 유기물의 분해가 촉진된다. 따라서 경운을 최소화하면 유기물을 적절히 보존할 수 있을 뿐만 아니라 토양의 침식을 방지할 수도 있다.

d) 밭토양은 논에 비해 산소의 유통이 원활하기 때문에 유기물 분해가 빠르다. 따라서 밭토양에는 보다 많은 유기물을 투입하여야 한다.

 

 

 

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■ 핵심 요약 정리

1.  토양생물  중에서  미생물은  토양환경과  작물생육에  큰  영향을  미친다.  그이유는  미생물이  유기물을  분해하면서  생성되는  여러  물질들이  토양의  물리적  성질과  화학적  성질을  개선시켜  주기  때문이다.

2.  이  장에서는  1)  토양미생물의  종류,  2)  토양  미생물이  잘  활동할  수  있는 조건,  3)  미생물의  먹이가  되는  토양유기물과  부식,  4)  토양유기물이  분해되는  과정과  물질  순환  마지막으로  토양유기물의  기능을  다루었다.

3.  토양미생물은  크게  세균,  방선균,  진균으로  나눌  수  있으며,  크기  세포형태가  다르다.  이들  미생물들은  탄소,  질소  등  식물양분  물질순환의  주역이며,  유기물이  분해되면서  식물이  흡수할  수  있는  형태로  변화시켜  준다.  이 과정에  대해  질소를  중심으로  암모니아화작용,  질산화작용,  탈질작용,  공중질소  고정  등을  강의했다.  이  외에  탄질비와  질소기아현상을  이해하는  것은 미생물의  역할을  이해하는데  도움이  될  것이다.

4.  토양유기물의  기능은  미생물의  작용을  받아  형성되는  것으로  1)  식물에 대한  무기양분공급원,  2)  미생물에  의하여  분해될  때  생성되는  유기산의  난용성  성분의  용해도와  양분유효  증가,  3)  미량원소와  킬레이트(Chelate)화합물을  만들어  양분의  유효도  증가,  4)  식물의  생육을  촉진하는  생리활성물질 
생성,  5)  토양의  양이온  교환용량을  높여  양분저장능력  증대,  6)  내수성  입단을  형성하여  물과  양분의  공급을  원활하게  하고  경운을  쉽게  하는  등의 물리성을  개량,  7)  Al  또는  기타의  유독성  중금속과  킬레이트를  만들어  독성을  감소시켜  주는  완충작용을  한다.  이들  기능은  미생물이  유기물을  분해하는  과정에서  생성되는  효과이기  때문에  유기물의  효과라기  보다는  미생물의 역할이라고  할  수  있을  것이다

 



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