토양학개론[토양반응과 토양의 염류화 등]

- 무기질토양에서는 pH 6.5, 유기질토양에서는 pH 5.5가 식물생육에 적당하며, 토양반응의 정도를 나타내는 데에는 pH를 많이 사용한다.

- 토양의 완충작용은 양이온교환용량(CEC)이 높을수록 크다. 일반적으로 pH가 증가할수록 토양의 양이온 교환용량은 증가하고 음이온 교환용량은 감소하는 특징이 있으며, pH 7 부근에서 영양분의 흡수율이 증가한다.

- 토양의 산성은 활산성과 잠산성이 있으며 토양용액 중에 존재하는 수소, 알루미늄 이온과 토양입자에 흡착되어 있는 교환성 수소와 교환성 알루미늄에 의한 것이다.



- 토양이 산성화 되면 양이온 교환용량과 염기포화도가 감소한다. 또한 알루미늄 이온 농도가 증가하는 경우 PO4를 고정하여 AlPO4의 침전으로 인산결핍을 초래한다. 또한 사상균을 제외한 미생물의 활동이 감소하여 질소고정작용을 비롯한 미생물에 의하여 일어나는 식물에게 유효한 작용들이 정지된다.



- 산과 알칼리가 결합한 것을 염이라 하며, 토양의 염류화는 사막화의 과정이다. 지하수위가 상승하거나 토양 하층부의 염류가 높은 물이 상승하는 경우 물이 염류화가 되며 지하수의 모관상승을 억제하여야 한다.



- 토양의 산화환원 전위는 식물양분의 가급성, 유해물질의 생성 등과 관계가 있고, 또한 배수의 필요성을 나타내는 지표로서 크게 도움을 주기 때문에 토양의 생산력과 관계가 있는 중요한 성질이다.

Eh= Eo + 0.05915/n * ln [Ox]/Red

- 일반적으로 토양은 -0.35V~ 0.80V 범위이며 물에 포화된 토양의 산화환원 전위는 -0.18V 정도로 환원성을 나타낸다. 토양 온도가 증가하는 경우 산화환원 전위는 낮아진다. Fe, Mn은 산화조건에서 침전되어 불용화되며, Cu, Zn, Cd 등의 환원성 물질과 황화물 공존 시에는 침전되어 용해도가 감소한다.



- 토양의 환원으로 인하여 인산을 비롯한 무기성분들의 유효도가 증가하며, 심한 환원상태에서는 CO2나 CH4가 Citric acid 등으로 변화하며 황화수소 등 환원성 유해물질이 다량 생성되므로 산소를 공급하여야 한다.

- 토양교질(Soil colloid)은 매우 작고 양이온을 흡착하여 전기적으로 이중층을 이루며, 양극성인 물 분자를 강하게 끌어당겨 점토는 가소성과 팽창성을 가진다. 교질함량이 증가할수록 양이온 교환능력이 증가하며, 표면전하량이 높아 교질함량이 증가하면 수분보유능도 높아진다.

-> 양이온 흡착세기 순서: Al > H > Ca=Mg > K > Na

-> 음이온 치환순서: SiO4 > PO4 > SO4 > NO3 = HCl

- Kaolinite는

동형치환(이온치환)이 거의 일어나지 않으며 CEC는 낮은 편이다. Montmorillonite는 팽창형 광물이며, 수분상태에 따라 쉽게 팽창 또는 수축한다. CEC는 80~150 정도로 큰 편이며, 층 전하는 주로 Mg에 의한 Al의 동형치환에 의하여 발생한다.

- 녹니석 Chlorite는 대표적인 2:1:1형 광물이며 생성이 가장 빠르다.



- 1:1형 광물에는 변두리 전하(Variable Charge) 발생, 2:1, 2:2형 광물에서는 동형치환(영구적 전하)이 발생한다.

- 영구 전하는 동형치환에 생성되는 전하로서 일반적으로 음전하를 띠며 pH 영향을 받지 않는다.

- 동형치환은 결정의 격자 내에서 전하의 크기와 상관없이 어떤 이온 대신 크기가 비슷한 다른 이온이 치환되어 들어가는 현상으로, Al 같은 원자가 이보다 낮은 원자가의 다른 양이온으로 치환된 후 음전하의 과잉 또는 양전하의 부족으로 인하여 점토표면에 음전하가 발생한다. 동형치환에 의하여 생성되는 음전하는 토양의 환경조건이 달라져도 그대로 유지되는 전하로 크기, 구조가 비슷한 원자끼리 치환되므로 치환 후에도 점토 광물의 구조는 변화되지 않는다.



- 변두리 전하는 1:1 격자형 광물에도 음전하가 존재하는 이유가 되며, 점토광물이 변두리에서만 생성되기 때문에 변두리 전하라고 한다. 점토광물을 분쇄하여 그 분말도를 크게 할수록 음전하의 생성량이 많아진다.



- 양이온 교환용량은 일정량의 토양 또는 교질물질이 보유할 수 있는 교환성 양이온의 총량을 말하며 토양이나 교질물 100g이 가지고 있는 치환성 양이온 총량을 mg당량으로 나타낸 것이다. 토양의 CEC는 토양교질입자의 음전하의 크기에 달려 있으며 단위는 1 meq/100g = 10 mmolc/ 1kg = 1 cmolc/ 1kg로 나타낼 수 있다. (molc는 노트말 농도와 유사)

-> 일반적으로 pH가 증가할수록 CEC는 증가하고, pH가 감소하면 CEC는 감소한다. 부식질과 점토질이 많을수록 CEC는 증가하고, 모래와 미사는 표면적이 매우 적어 CEC에 거의 기여하지 않는다. 또한 CEC가 클수록 pH에 저항하는 완충력이 크며, 양분을 보유하는 보비력이 크므로 비옥한 토양이다.



- 등전점이란 콜로이드 입자 표면의 순전하가 0이 되는 용액의 pH를 등전점이라 하며, 일반적으로 pH 3~4 정도이다.

- 우리나라의 토양은 유기물 함량이 적고 Kaolinite가 주로 분포하여 CEC는 평균 10 cmolc/kg 정도로 매우 낮다.

- 염기포화도란 전체 양이온 중에서 Al과 H를 제외한 양이온의 비율을 말하며, 염기포화도가 50% 일 때 완충력이 최대이며 pH가 높을수록 염기포화도도 높은 경향이 있다.

- 염기포화도와 마찬가지로 수소포화도는 전체 교환성 양이온 중 수소이온의 당량을 말한다.



- 토양유기물은 동물, 식물의 조직과 배설물이며 주된 성분은 셀룰로오스, 리그닌과 단백질로써 일반적으로 토양 중 1~7% 정도 포함되어 있다. 토양유기물은 CEC를 증가시키고 토양의 흡수성 및 완충력을 향상한다.