농업직, 농업연구사, 농촌지도사, 방통대 - 토양학 정리- 7 토양유기물

제 7 장 토양 유기물

 

**주요 학습 내용

1. 식물체의 조성 중 리그닌의 성질에 대한 이해

2. 부식의 생성 과정 및 특성에 대한 이해

3. 유기물의 분해에 영향하는 요인에 대한 이해

4. 유기물의 집적에 따른 부식의 종류에 대한 이해

토양 중의 유기물은 식물ㆍ동물ㆍ미생물 등의 유체로 되어 있는데, 동물과 미생물의 그 위치는 식물보다 못하다. 즉 식물은 그 양이나 생성물의 성질 또는 토양부식의 성질로 미루어 보아 매우 중요한 위치를 차지한다 

 

Ⅰ. 식물체의 조성

식물체를 구성하고 있는 유기물질 중 토양생성의 모재로서 중요한 것은 셀룰로스ㆍ헤미셀룰로스ㆍ리그닌ㆍ펙틴ㆍ단백질 등의 세포막물질이다.

 

1. 탄수화물

1) 구성 - CㆍHㆍO로 구성되어 있다

2) 종류 -

① 전분ㆍ당류 - 탄소 수가 적은 단순물질이며, 분해되기 쉽다

② 셀룰로오스ㆍ헤미셀룰로오스

ⅰ) 탄소 수가 많은 구조가 복잡한 물질이다

ⅱ) 셀룰로오스는 분해 후 글루코스가 되며, 헤미셀룰로스는 헥소산ㆍ펜토 산ㆍ메틸펜토산 등이 된다

 

2. 리그닌

① 오래된 풀의 줄기나 나무의 목질부 등 식물의 성숙한 조직 성분이다

② 고등식물의 세포막에서 헤미셀룰로오스와 결합하여 존재하고 있는 페닐ㆍ프로피온 구 조물이다

③ 탄수화물과 다른 점 - ⅰ) 질소를 함유한다

ⅱ) 셀룰로오스에 비하여 탄소의 양은 많으나 산소의 약은 적다

④ 리그닌은 식물체의 유기화합물 중 생물적 분해에 대하여 저항성이 가장 강하다.

⑤ 변질리그닌이 질소화합물과 결합하여 부식산 생성하는 것과 같이 리그닌은 부식생성에 가장 중요한 물질로서 토양 유기모재의 근본이 된다

 

 

 3. 유지

①고급지방산과 글리세린의 에스테르인 글리세라이드이다

② 완전히 분해되면 CO2와 H2O로 되지만, 비교적 분해되기 어렵다

 

4. 왁스(蠟質)ㆍ樹脂 -

① 납질은 고급지방산과 고급알코올의 에스테르이다

② 수지는 피마르산이나 아비에트산과 같은 수지산으로 되어있다

③ 두 물질은 모두 생물적 분해를 받기 어렵다

 

5. 단백질

① 쉽게 분해되어 토양 중 질소 공급원이 되고, 리그닌과 결합하여 토양부식의 기본이 된다.

② 분해되면 프로테오스, 펩톤, 펩티드, 아미노산 등이 생성된다

 

**보충정리

분해정도에 따른 분류

① 쉽게 분해되는 물질 - 탄수화물ㆍ단백질

② 쉽게 분해되지 않는 물질 - 리그닌(분해되기 가장 어렵다)ㆍ유지ㆍ왁스

 

Ⅱ. 유기물의 분해

유기물에 함유된 질소함량이 많을수록 분해되기 쉬우며, 미생물활동이 활발한 토양에서 유기물의 분해는 활발하다

1. 산화분해 - ① 산화상태에서 호기성 미생물에 의한 분해이다

② 분해가 빠르게 진행되므로 부식의 집적량은 적다

③ 분해 후에는 중성반응을 나타낸다

 

2. 환원분해 - ① 환원상태에서 혐기성 미생물에 의한 분해이다

② 분해가 느리게 진행되므로 부식의 집적량은 많다

③ 분해 후에는 산성반응을 나타낸다. 따라서 심한 환원일수록 집적되는 부식의 pH는 더욱 낮아진다

 

 

Ⅲ. 부식의 생성

 

1. 부식의 정의 및 특성

① 유기물이 생물적 분해작용을 받아 원조직이 변질되었거나 재합성된 갈색 또는 암갈색의 일정한 형태가 없는 교질상의 물질이다

② 매우 복잡한 물질이며, 분해에 대하여 저항력이 크다

③ 재합성시 주된 물질이 리그린과 질소화합물이어서 부식을 리그닌단백복합체라고도 한다

 

2. 생성과정

 

 

 

3. 부식성분의 구분

부식은 溶劑에 대한 성질을 기준으로 부식산(humic acid)ㆍ풀브산(fulvic acid)ㆍ부식탄(humin) 등으로 되어 있으며, 특히 부식산이 그 주요 부분을 이루고 있다

1) 부식산(humic acid) - 알칼리에 녹고 산으로 침전되는 부분을 부식산이라 한다.

① 황갈색∼흑갈색의 중∼고분자의 산성물질로서 무정형이다.

② 벤젠핵ㆍ나프탈렌ㆍ피리딘ㆍ안드라센 등의 방향족고리를 가지며 이중결합을 하고 있 으며, 카르복실기ㆍ카르보닐기ㆍ페놀성수산기ㆍ알콜성수산기ㆍ메톡실기 등의 원자단 과 에테르ㆍ에스테르결합을 하고 있다

③ 양이온치환용량이 200∼600me/100g로서 매우 높다.

④ 1가의 양이온과는 수용성염을 만들며, Ca+2ㆍMg+2ㆍFe+3ㆍAl+3 등과 같은 다가이 온과는 난용성염을 만든다

2) 풀브산(fulvic acid) - 알칼리와 산에 다 같이 녹는 부분을 풀스산이라 한다.

① 부식산과 비슷한 물질과 비부식물질(단당류ㆍ아미노산ㆍ타닌ㆍ폴리우로니드ㆍ

페놀글루코사이드ㆍ유기인산염) 같은 여러 유기 화합물들의 혼합물이다.

② A층에서 추출되는 부식의 약 반량이며 하층일수록 많아진다.

③ Ca+2ㆍMg+2ㆍFe+3ㆍAl+3 등과 결합하여 수용성염을 형성한다

④ 토양생성과정에서 중요한 역할을 한다. 특히 podzol 토양생성에 중요한 역할을 한다.

3) 휴민(humin) - 알칼리나 산의 어느 것에도 녹지 않는 부분을 휴민이라 한다.

① 불용성부식으로 보통 방법으로는 추출되지 않는 부식산 등이 주성분이다

② 전체부식의 20∼30%를 차지한다

③ 무기성분과 강하게 결합하여 있다

 

4. 부식화도

① 진부식 - 아세틸브로마이드(acetyl bromide)로 처리하여 녹는 부분

② 부식화도 - 아세틸브로마이드로 처리하여 용해되지 않는 탄소율

 

 

[표 1] 토양형에 따른 부식산과 풀브산의 비

 

 

Ⅳ. 토양부식화에 영향을 미치는 인자

= 유기물분해에 영향을 미치는 인자

= 암모니아화작용(암모니아 생성)에 영향을 미치는 인자

1. 탄질률(C/N ratio)

유기물 중에 존재하는 탄소와 질소의 비율을 나타내는 것으로서, 유기물의 탄질률은 유기물 중에 존재하는 질소의 양에 의해 결정된다. 즉, 질소 함량이 많은 경우에는 탄질률이 낮고, 질소 함량이 적은 경우에는 탄질률이 높다

탄소는 에너지원, 질소는 영양원으로서, 이를 이용하여 미생물 증식이 이루어진다. 따라서 탄질률이 낮은 경우는 질소함량 많아 미생물의 빠른 증식이 이루어지므로 유기물의 빠른 분해가 이루어지며, 반대로 탄질률이 높은 경우에는 질소함량이 적어 미생물의 증식이 활발하지 못하므로 유기물의 분해가 느리게 진행된다

1) 질소기아현상

① 탄질률이 높은 유기물을 시용 할 경우에 미생물이 유기물 중에 부족한 질소를 토양으로부터 획득하므로 식물에게 이용될 질소가 부족하게 되는 현상이다

② 당시에는 식물에게 질소부족증상이 발생하나 생육후기까지 질소를 보관하는 이로운 점이 있다.

2) 토양 평균 탄질률

① 표토 중에 유기물의 탄소함량은 약 52%이며, 질소함량은 약 5%이므로 그 비율은 C : N = 52 : 5 = 약 10 : 1이 된다

② 하층토는 보통 8 : 1 정도이다

3) 탄질률에 따른 질소의 이동

① 30 이상 - ⅰ) 유기물의 질소가 부족한 상태이므로 미생물은 토양 중에 있는 질소를 이용하여 증식한다

ⅱ) 토양 중의 무기태질소가 미생물의 몸이 되는 질소의 순환을 질소 의 부동화작용 또는 불용화작용이라 한다

② 15∼30 - 미생물에 의한 고정과 토양으로 공급되는 무기화의 속도가 거의 같다

③ 15 이하 -ⅰ) 유기물의 질소가 충분한 상태이므로 분해에 의해 유기물의 질소는 암모니아태로 토양 중에 공급된다

ⅱ) 유기물의 질소가 암모니아태로 분해되는 현상을 암모니아화작용 또는 질소의 무기화작용이라 한다

4) 질소인자

① 유기물의 분해에 대하여 부족한 질소량의 정도를 나타내는 말로서, 토양 중 질 소가 고정되는 것을 막기 위하여 유기물질 100 단위에 가해지는 무기질소의 단위수 로 정의된다

② 예를 들어 볏짚에 대한 질소인자가 0.847이라는 것은 100kg의 볏짚을 토양에 시용 할 경우 0.847kg의 무기질소를 가해주어야 질소고정(질소기아현상)을 방지 할 수 있다는 뜻이다

5) 토양 유기물 함량 - 분해 후 질소는 미생물, 리그닌, 점토 등에 보존되고 탄소는 질소와 같은 함량까지 감소한다. 또한 토양부식은 탄소함량에 의해 결정되 므로, 따라서 질소 함량이 탄소의 양을 결정하며, 토양 유기물의 함 량도 결정한다.

 

2. 그 밖의 요인

① 유기물의 분해는 미생물(특히 호기성 미생물)에 의해 이루어지므로 토양환경이 미생 물의 활동에 유리한 조건인 경우에 유기물의 분해는 빠르게 진행되며 유기물의 분해가 빠르면 토양 중에 집적되는 부식의 양은 적어진다

② 저습지이거나 토양 온도가 낮고 토양반응이 산성인 환경에서는 미생물의 활동이 활발하 지 못하여 유기물의 분해가 느리게 진행되며 유기물의 분해가 느리면 토양 중에 부식의 집적량은 많아진다

**보충정리

미생물 생육에 유리한 환경조건

① 온도 : 일반적으로 28∼30℃

② 수분 : 포장용수량의 50∼80%(사상균 50∼90%ㆍ방사상균 50%)

③ 토양반응 : 중성

 

[표 2] 식물체의 탄소 및 질소 함량과 탄질률 (단위 : %)

 

 

 

Ⅴ. 유기물의 집적

부식은 그 생성환경으로 보아 육성부식ㆍ반육성부식ㆍ수성부식 등으로 나눌 수 있다.

1. 육성부식(terrestrial humus)

육지에 집적된 부식으로서 그 중 중요한 것은 조부식과 멀이며, 이들의 중간형으로서 모더가 있다.

1) 조부식(raw humus)

- 모어(mor)라고도 하는데, 한냉습윤지방의 침엽수림에서 발달하여 강산성을 나타내 고, 분해가 덜 된 상태에서 집적된다. 대표가 되는 것이 podzol 토양이다

2) 멀(mull)

- 초원토양에 집적되는 부식으로서 토양생물 활동에 좋은 상태여서 유기ㆍ무기 혼합 체를 형성한다. 대표가 되는 것이 chernozem 토양이다

3) 모더(moder) - 조부식과 멀의 중간형

 

2. 반육성부식(semi-terrestrial humus)

1) 이탄(peat)

① 대표적인 반육성부식으로 습지ㆍ늪 등에 수생식물ㆍ蘚苔類 등의 부식이 집적된 것으로서 원조직을 육안으로 식별 할 수 있다.

② 이탄으로 된 땅을 이탄지(moor)라고 하는데, 유기물이 적은 것은 20∼30%이고, 많 은 것은 90%에 달한다

2) 이탄의 분류

① 모체에 따른 분류 - ⅰ) 침적이탄 : 수초류, 화분, 붕어마름, 가래, 수연 등

ⅱ) 섬유질이탄 : 왕골류, 선태류, 갈대류, 부들류 등

ⅲ) 목질이탄 : 낙엽수, 침엽수 등의 수목류

② 식물의 종류와 위치에 따른 분류

ⅰ) 고위이탄 - 삼림으로 되면 토양이 습윤해져 물이끼 등의 생육이 활발해져 삼림을 압도하게 되어 물이끼가 주가 되는 이탄지이다

- 선태류, 각시성남 등

ⅱ) 중위이탄 : 저위이탄이 수면으로 올라와 그 위에 집적되는 부식이다

: 낙엽, 나뭇가지, 잡초 등

ⅲ) 저위이탄 : 바닥이 얕은 호저 또는 하천에서 집적되며 표면이 평탄하다

: 사초, 갈대, 줄풀, 왕골 등

3) 흑니토(muck, anmoor) - 이탄이 더욱 분해되어 점토와 혼합되어 퇴적된 상태로서 이 탄의 최상층에 위치한다.

3. 수성부식(sub-aqueous humus)

① 부니(sapropel) - 부패도가 심하여 황화수소ㆍ메탄가스 등을 발생시켜 심한 악취가 나 는 물 속에 집적되는 부식

② 호저퇴적물 - 부니에 비해 부패가 덜한 부식

 

Ⅵ. 부식의 기능(부식과 식물 생육)

부식의 토양 중에서의 기능에 대한 연구는 많이 연구되었지만, 아직도 밝혀지지 않은 점이 많다. 지금까지 밝혀진 바에 의하면 유기물이 습한 상태에서 분해가 될 때 발생되는 여러 가지 산성물질로 인한 토양산성화의 원인이 되는 걸 제외하면, 일반적으로 부식은 토양의 모든 성질을 좋게 한다.

1) 화학적 성질에 미치는 영향

① 염기치환용량을 증대시킨다

② 완충력을 크게 한다

③ 중금속의 유해작용을 감소시킨다

④ 식물양분이 유효화된다

⑤ 유효인산 고정을 억제한다

⑥ 식물양분을 공급한다

2) 물리적 성질에 미치는 영향

① 보수력이 증대된다

② 입단구조를 향상시킨다

③ 토색을 흑색으로 하여 지온을 향상시킨다

3) 미생물에 미치는 영향

- 호르몬과 비타민을 공급하여 식물과 미생물의 활동을 돕는다

 

 

 

Ⅶ. 토양 유기물의 유지와 시용 시 고려사항

부식함량이 많은 토양은 부식함량이 적은 토양보다 생산력이 크기 때문에 토양에 일정량의 유기물을 유지시킨다는 것은 실제 농업에 있어서 매우 중요한 문제이다. 특히, 경작지 토양 중의 유기물은 매년 환경조건에따라 다량 소모되므로 이것을 유지시키기 위해서는 유기물의 반복시용이 매우 중요하다.

1. 유기물의 유지 - ① 식물유체의 환원

② 토양침식 방지

③ 과다한 경운 금지

④ 퇴구비 시용

⑤ 작물 수량 증대

2. 시용시 고려 사항

1) 유기물의 탄질율

- 입단화 목적에는 탄질률이 높거나 신선유기물을 시용하며, 부식증가 목적에는 탄질 률이 낮거나 완숙퇴비를 시용한다

2) 석회와 병용

- 유기물 분해시 생성되는 산성물질을 중화시키기 위해서 석회를 시용해야 하며, 석 회 물질 중에 소석회가 가장 효과적이다

3) 토양에 따른 시용량 조절

- 유기물의 분해가 빠르게 일어 날 때는 많이 시용해야 한다. 따라서 논토양에 비하여 밭토양에서의 분해가 빠르므로 논토양보다 밭토양에 더 많이 시용한다

4) 유기물의 종류에 따른 시용량 조절

- 유기물의 분해 후 토양 중의 부식함량이 3% 되도록 시용한다

[표 3] 부식함량과 그 용어

 

 

 


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