방통대, 농업직, 농촌지도사, 농업연구사 대비 - 재배학 정리 3. 토양구조와 토양수분 및 반응

3. 토양구조와 토양수분 및 반응

 

<용어의 정리>

- 포장용수량 : 식물의 생육에 가장 적합한 토양수분조건이다. 포장용수량보다 수분이 많은 상태에서는 식물에 필요한 물이 충분히 있지만 산소가 부족하여 뿌리의 생장이 나빠진다. 반면에 포장용수량보다 수분이 적은 조건에서는 뿌리의 호흡에 필요한 산소량은 많아지지만 식물이 흡수할 수 있는 수분이 크게 줄어들어 식물의 생장이 나빠진다.

 

- 유효수분 : 식물이 이용할 수 있는 물로서 식물이 물을 흡수하는 힘보다 약한 힘으로 토양에 저장되어 있는 물을 말한다. 식물이 흡수할 수 있는 토양수분은 포장용수량과 위조점 사이의 수분이다.

 

- 토양의 완충능력 : 물에 산이나 또는 알칼리를 가하면 pH가 크게 변한다. 그러나 토양에서는 이러한 물질을 가해도 pH가 별로 크게 변하지 않는다. 이와 같이 외부로부터 어떤 물질이 토양에 가해졌을 때 그 영향을 최소화할 수 있는 능력을 완충능력이라고 한다. 일반적으로 다른 요인이 같다면 토양의 양이온치환용량이 클수록 완충능력이 커지며, 실제로 점토나 부식물이 많은 토양일수록 pH 완충용량이 커서 pH값을 변화시키는 데에는 더 많은 석회를 사용해야 한다.

 

- 모세관현상 : 모세관을 세워서 물에 담그면 모세관을 따라 물이 상승한다. 이러한 현상을 모세관현상이라고 하는데, 이것은 모세관의 표면에 대한 물의 부착력과 물분자 사이의 응집력 때문에 생기는 현상이다.

 

 

1. 지력의 개념과 지력향상

 

1) 지력의 개념

- 토양의 물리적ㆍ화학적ㆍ생물적인 종합적인 조건은 작물의 생산력을 지배한다. 이를 지력이라고 한다.

 

2) 지력향상

- 토성 : 사양토 내지 식양토가 토양의 수분ㆍ공기ㆍ비료성분의 종합적 조건에 알맞음.

- 토양구조 : 입단구조가 조성될수록 토양의 수분과 공기 상태가 좋아짐.

- 토층 : 심토까지 투수성과 투기가 양호하기 위해서 객토ㆍ심경을 하거나 토양개량제를 시용

- 토양반응 : 강산성과 알칼리성은 작물 생육을 저해

* 유기물 및 무기성분

㉠ 유기물 함량 : 증가할수록 지력이 높음.

㉡ 무기성분 : 풍부하고 균형 있게 함유되어 있어야 지력이 높음.

 

* 토양수분 및 토양공기

㉠ 토양수분 : 부족하면 한해를 받게 되고 과다하면 습해나 수해를 유발

㉡ 토양공기 : 토양 중 유해가스가 많아지면 작물 뿌리의 기능을 저해하여 생육이 나빠짐

 

2. 토양의 기계적 조성

 

1) 토양의 3상 분포

- 공극 : 공기 혹은 물이 존재하는 공간

- 토양의 3상 : 고체(고상), 액체(액상) 및 기체(기상)

- 작물 생육에 알맞은 토양 3상의 비율 : 고상이 약 50%, 액상 및 기상이 각각 약 25%

 

2) 토양입자의 정조

① 토양입자의 크기에 따른 구분

 

 

< 표  3-1>  토양의 입경구분 (mm)

 

 

 

< 그림  3-1>  토성삼각도표 ( 미국 농무성법 )

 

-자갈 : 암석이 풍화하여 맨 먼저 생긴 여러 모양의 굵은 입자

-모래 : 석영을 많이 함유하는 암석이 기계적으로 부서져서 생긴 것

-점토 : 토양입자 중 가장 미세한 알갱이

점토와 부식 : 입자가 미세하고 입경이 0.002mm 이하

-교질입자 : 음이온을 띠고 있어 양이온을 흡착

② 양이온치환용량(cation exchange capacity ; CEC) 또는 염기치환용량(Base Exchange Capacity ; BEC) : 토양 100g이 보유하는 치환성 양이온의 총량을 mg당량으로 표시한 것

③ 토양의 CEC가 증대하면 NH4+, K+, Ca++, Mg++ 등의 비료성분을 흡착ㆍ 보유하는 힘이 커져서 비료를 많이 주어도 일시적 과잉흡수가 억제됨

 

3) 토성

① 토성 : 모래와 점토의 구성비율에 따라 토양을 구분하는 것

 

 

 

< 표  3-1>  토양콜로이드의 양이온치환용량

 

 

 

< 표  3-2>  토성과 양이온치환용량

 

㉠ 사토 : 모래 함량이 70% 이상인 토양

장점 : 점착성이 낮으나 통기와 투수가 좋음

단점 : 지온의 상승이 빠르나 물과 양분의 보유력이 약함

㉡ 식토 : 점토 함량이 40% 이상인 토양

장점 : 물과 양분의 보유력이 좋음

단점 : 지온의 상승이 느리고 투수와 통기가 불량

 

3. 토양구조 및 토층

 

1) 토양구조

(1) 토양구조의 상태와 분류

토양을 구성하는 입자들이 모여 있는 상태

토양구조의 분류 : 모양, 크기 및 발달 정도를 기준으로 입상(구상, 분상)ㆍ판상ㆍ괴상ㆍ주상 등으로 분류

 

(2) 단립구조(單粒構造)

토양입자가 서로 결합되어 있지 않고 독립적으로 모여 이루어짐

대공극이 많고 소공극이 적어서 투기와 투수는 좋으나, 수분ㆍ비료분의 보유력이 낮음

 

(3) 입단구조(粒團構造)

단일입자가 결합하여 2차입자로 되고, 다시 3차, 4차 등으로 집합하여 입단을 구성하고 있는 구조

대소공극이 모두 많고, 투기와 투수, 양분의 저장 등이 모두 알맞아 작물 생육에 적당함.

  

2) 입단의 형성과 파괴

① 입단구조의 형성 : 소공극과 대공극이 균형 있게 발달

소공극 : 모세관현상에 의해 지하수의 상승이 이루어짐.

대공극 : 모세관현상이 이루어지지 않음.

② 모관공극의 발달 : 토양통기가 좋아지고 빗물의 지중 침투가 많아지며, 지하수의 불필요한 증발도 억제

  

(2) 입단의 형성

① 유기물과 석회의 시용 ② 콩과 작물의 재배 ③ 토양개량제의 시용 ④ 토양의 피복

 

(3) 입단의 파괴

① 경운 ② 입단의 팽창 및 수축의 반복 ③ 비와 바람 ④ 나트륨이온(Na+)의 첨가

 

3) 토층

① 토층 : 토양이 수직적으로 분화된 층위

② 경지의 분류

- 표층 : 부식이 많고 흙이 검으며 입단의 형성도 좋음

- 심층 : 경운되는 보습밑충이며, 작토보다 부식이 적음

- 기층 : 부식이 극히 적고 구조가 치밀함

 

 

< 그림  3-2>  토양 단면의 구조 및 토층분화의 특징

 

 

4) 토성과 작물 생육

많은 수량과 품질이 좋은 생산물을 안정되게 생산하려면 알맞은 토성을 선택해야 함

토성에 따라 배수 관리를 달리함

주상 - 양호, 판상 - 불량, 괴상 - 중간, 입상 - 최상

 

4. 토양수분

 

1) 토양수분함량의 표시법

- 토양수분의 함량 : 건토에 대한 수분의 중량비로 표시

- 수분장력 : 토양이 수분을 지니는 것

- 토양수분장력의 단위 : 임의의 수분함량의 토양에서 수분을 제거하는데 소요되는 단위면적당 힘이며 기압 또는 수주(水柱)의 높이로 표시한다. 수주높이의 대수를 취하여 pF(potential force)로 나타냄.

(pF = logH, H는 수주의 높이)

토양수분장력이 1기압(mmHg)일 때 : 수주의 높이를 환산하면 약 1천cm에 해당하며, 이 수주의 높이를 log(로그)로 나타내면 3이므로 pF는 3이 됨.

1(bar) = 1기압 = 13.6 × 76(cm) = 1,033(cm) ≒ 1,000(cm) = 10 (cm)

토양수분함량과 토양수분장력의 함수관계 : 수분이 많으면 수분장력은 작아지고 수분이 적으면 수분장력은 커지는 관계가 유지

 

 

< 표  3-3> pF  척도를 기준으로 한 토양수분의 특성일람표

 

 

2) 토양수분의 종류

- 결합수(화합수 또는 결정수) : 토양의 고체분자를 구성하는 수분(pF 7.0 이상)

- 흡습수 : 토양입자에 응축시킨 수분으로, 작물은 거의 이용하지 못함.(pF 4.5∼7)

- 모관수(응집수) : 물분자 사이의 응집력에 의해 유지되는 것으로, 작물이 주로 이용하는 유효수분(pF 2.7∼4.5)

- 중력수(자유수) : 중력에 의해 토양층 아래로 내려가는 수분(pF 0∼2.7)

 

3) 토양의 수분항수

- 최대용수량 : 토양의 모든 공극이 물로 포화된 상태(pF는 0)

- 포장용수량 : 중력수를 완전히 배제하고 남은 수분상태(pF 2.5∼2.7)

- 초기위조점 : 생육이 정지하고 하위엽이 위조하기 시작하는 토양의 수분상태(pF는 약 3.9)

- 영구위조점 : 시든 식물을 포화습도의 공기 중에 24시간 방치해도 회복되지 못하는 토양의 수분상태(pF는 4.2)

- 흡습계수 : 건조토양이 흡수하는 수분상태(pF는 4.5)

- 풍건 및 건토 상태

- 풍건상태의 토양 : pF≒6

- 건조한 토양 : pF≒7

 

 

< 그림  3-3>  토양수분함량과 식물의 생장속도

 

 

4) 토양의 유효수분

- 초기위조점 이하의 수분 : 작물의 생육을 돕지 못함.

- 최적함수량 : 최대용수량의 60∼80%의 범위

- 토성별 유효수분함량 : 양토에서 가장 크며, 사토에서 가장 작음.

-보 수력은 식토에서 가장 크고, 사토에서는 유효수분 및 보수력이 가장 작음.

 

 

< 그림  3-4>  토성에 따른 유효수분의 함량 변화

 

 

5. 작물생육에 필요한 원소

 

① 필수원소(16) : 탄소(C)ㆍ산소(O)ㆍ수소(H)ㆍ질소(N)ㆍ인(P)ㆍ칼륨(K)ㆍ칼슘(Ca)ㆍ마그네슘(Mg)ㆍ황(S)ㆍ철(Fe)ㆍ망간(Mn)ㆍ구리(Cu)ㆍ아연(Zn)ㆍ붕소(B)ㆍ몰리브덴(MO)ㆍ염소(Cl) 등

다량원소(6) : 질소(N)ㆍ인(P)ㆍ칼륨(K)ㆍ칼슘(Ca)ㆍ마그네슘(Mg)ㆍ황(S)

미량원소(7) : 철(Fe)ㆍ망간(Mn)ㆍ구리(Cu)ㆍ아연(Zn)ㆍ붕소(B)ㆍ몰리브덴(Mo)ㆍ염소(Cl)

② 비료의 3요소 : 질소(N)ㆍ인(P)ㆍ칼륨(K)

 

6. 토양유기물 기능

 

① 암석의 분해 촉진 ② 양분의 공급

③ 대기 중의 이산화탄소 공급 ④ 생장촉진물질의 생성

⑤ 입단의 형성 ⑥ 보수력ㆍ보비력의 증대

⑦ 완충능의 증대 ⑧ 미생물의 번식 조장

⑨ 지온의 상승 ⑩ 토양 보호

 

7. 토양반응과 작물

 

1) 토양반응의 표시법

pH란 용액 중에 존재하는 H+ 농도의 역수의 대수(log)로 정의되며 이는 순수한 물이 해리할 때 [H+]와 [OH-]의 농도가 10-7mol/L로 중성인 것을 기준으로 한다.

1∼14의 수치로 표시되며, 7이 중성이고 7 이하가 산성이며 이상이 알칼리성이 된다.

 

2) 토양반응과 작물 생육

토양중의 작물양분 가급도는 토양의 pH에 따라 크게 다르다.

 

 

< 그림  3-5>  식물양분의 가급도와  pH 와의 관계

 

 

※ 강산성이 되면 P, Ca, Mg, B, Mo의 가급도가 감소하고, Al, Cu, Zn, Mn 등의 용해도가 증대한다.

 

- 강산성 : 인ㆍ칼슘ㆍ마그네슘ㆍ붕소ㆍ몰리브덴 등의 가급도가 감소함.

- 강알칼리성 : 붕소ㆍ철ㆍ망간 등의 용해도가 감소하여 작물 생육에 불리함.

- 강산성과 강알칼리성 : 토양입단의 생성을 저해

 

* 산성토양에 대한 작물의 적응성

- 극히 강한 것 : 벼ㆍ밭벼ㆍ귀리ㆍ루핀ㆍ토란ㆍ아마ㆍ기장ㆍ땅콩ㆍ감자ㆍ봄무ㆍ호밀ㆍ수박 등

- 강한 것 : 메밀ㆍ당근ㆍ옥수수ㆍ목화ㆍ오이ㆍ완두ㆍ호박ㆍ토마토ㆍ밀ㆍ조ㆍ고구마ㆍ담배 등

- 약간 강한 것 : 유채ㆍ파ㆍ무 등

- 약한 것 : 보리ㆍ클로버ㆍ양배추ㆍ근대ㆍ가지ㆍ삼ㆍ겨자ㆍ고추ㆍ완두ㆍ상추 등

- 가장 약한 것 : 알팔파ㆍ자운영ㆍ콩ㆍ시금치ㆍ사탕무ㆍ셀러리ㆍ부추ㆍ양파 등

 

3) 산성토양

(1) 활산성과 잠산성

- 활산성 : 토양용액에 들어 있는 수소이온(H+)에 기인하는 산성

- 잠산성(치환산성) : KCl 같은 중성염을 가해 주면 더 많은 수소이온이 용출되며, 이에 기인하는 산성

[colloid]H+ + KCl ⇔ [colloid]K+ + HCl(H+ + Cl-)

 

(2) 토양산성화의 원인

- 포화교질 : 토양교질이 Ca, Mg, K, Na 등으로 포화된 것

- 미포화교질 : 중성염이 가해질 때 H를 생성

[colloid]H+ + KCl ⇔ [colloid]K+ + HCl(H+ + Cl-)

- 치환성 염기가 탄산에 의해 용탈

- 토양염기 : 토양광물 중의 Al3+이 용출되고, 물과 만나면 다량의 H+를 생성

[Al3++ 3H2O = Al(OH)3 + 3H+]

 

(3) 산성토양의 개량과 재배대책

- 산성토양 : 석회와 유기물을 넉넉히 주어 토양반응과 토양구조를 개선

- 용성인비 : 산성토양에서도 유효태인 가용성 인산을 함유

- 붕소시비 : 10a당 0.5∼1.3kg의 붕소를 사용

 

 

* 점토 성분이 많아지면 표면적이 커지고, 양분을 가지는 능력이 커지며, C.E.C.가 커지며, 완충력이 커진다.

완충능의 증대 - 점토질이 많은 토양

 

<정리하기>

 1. 토성은 토양의 물리적 성질들 중에서 가장 기본이 되는 성질이다.

토성은 토양입자를 크기별로 모래ㆍ미사 및 점토로 나누고, 이들의 함유비율에 따라 토양을 분류한 것을 말한다.

 

2. 입단(입단)이란?

작은 토양입자들이 서로 응집하여 뭉쳐진 덩어리형태의 토양을 말하며, 입단은 여러 가지 물리적ㆍ화학적 및 생물학적 현상에 의해 생성되며, 농경지에서는 입단의 생성과 붕괴가 끊임없이 이루어지고 있다.

유기물과 석회의 시용, 토양개량제의 시용, 콩과작물의 재배, 토양의 피복은 입단을 형성한다.

 

3. 임의의 수분함량의 토양에서 수분을 제거하는데 소요되는 단위면적당 힘을 토양수분장력이라 하며, 단위는 수주의 높이 또는 기압으로 표시한다. 수주높이의 대수를 취하여 pF라 한다. 작물이 정상적으로 생육하는 유효수분의 범위는 pF 1.8∼3.0이다.

 

4. 토양용기량이 한도이상으로 증대하면 토양함수량이 과도하게 감소하여 작물생육에 불리할 경우도 있지만, 일반적으로 토양용기량이 증대하고, 산소가 많아지고 이산화탄소가 적어지는 것이 작물생육에는 이롭다.

 

5. 토양 내 유기물은 암석의 분해촉진, 양분의 공급, 대기중의 이산화탄소 공급, 생장촉진물질의 생성, 입단의 생성, 보수 및 보비력의 증대, 완충능의 증대, 미생물의 번식조장, 지온의 상승 및 토양보호 역할을 한다.

 

6. 토양의 반응은 용액 중에 존재하는 H+ 농도의 역수의 대수(log)로 정의하며 이는 순수한 물이 해리할 때 H+와 OH-의 농도가 10-7㎖/L로 중성인 것을 기준으로 한다. 토양중의 작물양분가급도는 토양의 pH에 따라 크게 다르다. 강산성이 되면 P, Ca, Mg, B, Mo 등의 가급도가 감소되어 작물생육에 불리하다. Al, Cu, Zn, Mn 등은 용해도가 증대하여 그 독성 때문에 작물생육이 저해된다.

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