토양의 성질 및 비옥도(肥沃度 : Fertility)

[바윗돌]

토양의 성질  

1. 토양의 구성요소 

ㅇ 토양을 구성하는 요소는 고상, 액상, 기상의 3상으로 구성 

ㅇ 토양의 주요 구성성분 

- 산소 49.5%, 규소 25.8%, 알루미늄 7.56%, 철 7.56% 

2. 토양의 물리적 성질 

ㅇ 토양중의 오염물 이동, 확산, 반응 등에 영향을 미치는 물리적인 특성 

- 토성(모래, 실트, 점토), 표면적, 토양구조, 광물질의 종류, 토양물질의 성층, 압축, Hydraulic conductivity, Restrictive layers 

ㅇ 토양은 크기가 서로 다른 여러 가지 입자들로 구성되어 있는데 자갈, 모래, 실트, 점토로 구분되며 자갈을 제외한 입자들의 함량비에 의하여 토성이 결정 

구  분	입  경(mm)	비 표 면 적(㎡/kg)
자갈(Gravel)  굵은모래(Coarse sand)  가는모래(Fine sand)  실트(Silt)  점토(Clay)	〉2.00  2.00～0.20  0.20～0.02  0.02～0.002  〈0.002	-  2  9  45  150943

3. 토양의 화학적 성질 

ㅇ 토양의 화학적 성질은 주로 부식물의 함량과 양이온 치환능력, 토양의 산화/환원도, pH, 수분함량에 따라 결정 

ㅇ 양이온 치환(Cation exchange)은 토양의 확산 이중층(Diffuse double layer) 내의 양이온과 수용액 중의 양이온이 그 위치를 바꾸는 현상 

ㅇ 확산 이중층 내의 양이온을 치환성 양이온이라 하는데 건조토양 100g이 가지는 치환성 양이온의 총량을 mg당 당량으로 표시하는 것을 양이온 치환능력(Cation exchange capacity, CEC)이라 한다. 

ㅇ 치환반응의 주요 양이온은 Ca, Mg, Na, K 등이며 음이온 치환능은 양이온 치환능에 비하여 작은 값을 가진다. 

ㅇ 치환능은 토양이 주로 음전하를 띠고 있으므로 수용액상에 존재하는 중금속이 치환되는 흡착과 관련 

ㅇ 흡착에 대한 친화성은 Ba+2〉Pb+2〉Hg+2〉Ca+2〉Mg+2 ; K+〉Na+〉Li+ 순이다. 

ㅇ 토양 및 이온교환성 물질의 CEC 범위 

종  류	CEC(Meq/100g)	표면적(㎡/g)
이온교환수지  천연 Zeolite	1900  144～530	140～700
Kaolinite  Montmorillonite  Vermiculite	1～10  80～120  120～150	10～20  600～800  600～800
Sand  Loam  Clay	6  7  22～63
부식토(Organic Material)	100～300	800～900

ㅇ 토양중의 유기물 함량은 중금속이나 독성물질의 흡착에 미치는 영향을 미치는 요소로 유기물질 함량의 증가는 유기 독성물질 등에 대한 흡착능을 크게 한다. 

ㅇ 유기물질의 함량에 따른 토양의 유기 독성물에 대한 흡착능력을 나타내면 다음과 같다. 

  

    여기서 Kp : 유기 독성물질의 흡착계수 

           fOC : 토양중의 유기물질 분율 

           KOC : 토양중 유기탄소와 물간의 분배계수 

           KOW : 옥탄올과 물간의 분배계수 

           A, B : 화학물질에 따른 상수 

ㅇ 토양중의 유기물 함량 

구  분	유 기 물(%)
거의 없다  함유되어 있다  풍부히 함유  아주 많이 함유  부식토	2 이하  2～5  5～10  10～20  20 이상

ㅇ 토양은 공기의 유뮤에 따라 대체로 환원성이 강하다. 

ㅇ 토양의 pH는 토양내에서 일어나는 화학반응에 영향을 준다. 

ㅇ 토양내의 일반적인 pH는 4～8.4 

4. 토양의 생물학적 성질 

ㅇ 토양에는 많은 미생물과 작은 동물들이 살고 있으므로 Living System으로 표현되기도 한다. 

ㅇ 토양중에 가장 일반적인 미생물로는 Bacteria, Actinomycetes, Fungi, Algae, Protozoa, Nematodes 등 

ㅇ 살아있는 미생물의 무게는 지표 15cm 깊이까지 대략 0.5～4ton/ha 정도 

ㅇ 미생물은 토양중에 존재하는 유기물이나 기타 유해물질의 이동이나 분해에 중요한 역할 

토양의 비옥도(肥沃度 : Fertility)

토양의 비옥한 정도에 따라 농사의 성공여부와 생산되는 농산물의 품질이 좌우된다.

보통 토양 비옥도의 정도는 양이온 치환용량(陽이온 置換容量 : Cation Exchang Capacity : C.E.C.)으로 표시되는데 이는 토양의 아주 작은 입자가 음전하(陰電荷 : Negative charge : - 극)를 얼마만큼 띠고 있는가를 수치로 표기한 것이다.

토양의 미세한 입자를 토양교질(土壤膠質 : Soil colloids)이라고 하는데 이 토양교질의 크기는 0.1마이크로 이하로 일반 세균의 크기보다 작으며 바이러스 정도의 크기이다.

그런데 이 토양교질입자는 음전하를 띠고 있는 반면 작물의 성장에 필요한 식물 영양성분들은 양전하(陽電荷 : Positive charge : + 극)를 띠고 있어 서로 결합하려고 하는 경향이 있다.

토양의 양전하를 띠고 있는 영양성분으로는 암모니아태 질소성분(NH4+), 칼륨(K+), 마그네슘(Mg2+), 칼슘(Ca2+), 망간(Mn2+), 철(Fe2+), 구리(Cu2+), 아연(Zn2+), 나트륨(Na+)등이다.

토양내에 토양교질물이 많이 존재하면 할수록 음전하를 많이 띠게 되고 양전하를 띠고 있는 많은 영양성분들과 결합하여 토양의 영양상태가 풍부하게 되며 이러한 토양을 비옥한 토양이라 한다.

이때 일정한 단위의 토양에 토양교질물의 음전하의 수를 측정하여 수치화한 것이 바로 양이온치환용량이다.

그러므로 양이온 치환용량이 높다는 것은 토양내에 토양교질물이 많이 존재하고 이 토양교질물에 영양성분들이 많이 붙어있어서 식물이 성장하기에 필요한 영양성분이 풍족한 토양이라는 뜻이다.

토양내에는 무기교질물인 점토(粘土 : Clay)와 유기교질물인 부식(腐植 : Humus)이라는 물질이 있어서 식물영양물질을 보유하고 외부의 급격한 변화에 대처하는 완충능력을 발휘한다.