토양비옥도 및 관리 2012. 5. 2 국립농업과학원 농업환경부 토 양비료관리과 김 유 학

발표순서 서언 양분의 역할 3. 토양생성 4. 토양조사, 분류 5. 토양의 물리적 성질 6. 토양의 화학적 성질 7. 토양유기물 8. 토양중 양분행동

서언

미래 농촌 환경오염을 예방하면서 농사를 잘 지을 수 있는 기술을 갖추어 건강한 농산물을 국민에게 제공

유기농업과 토양비옥도 유기농업의 정의 한국에서 추구하는 유기농업의 특성: 유기물 농업 토양의 정의 투입량을 가능한 한 줄이며, 퇴비와 외양간 두엄 등 유기물을 사용하여 농업 고유의 생물적 순환을 중시하는 농업 한국에서 추구하는 유기농업의 특성: 유기물 농업 토양의 정의 작물을 기계적으로 식물을 지지하고, 양분의 일부를 공급하여 식물을 길러주는 곳이다. 토양비옥도는 토양의 양분공급에 대한 화학적 능력 토양비옥도에 대한 유기물의 역할 5

양분의 역할

작물은 어떻게 사나? 광합성 CO2 + H2O Glucose + O2

CO2 H2O 양분의 광합성 기여 Ca Mg N (Mo) P K O2 핵 세포질 Mn Cl 아미노산 Zn 당 B 엽록체 (Fe, S, Cu) K Ca

Law of the Minimum - Liebig's Law

M ∏= R T EC 양·수분 흡수와 유기물 역할 식물 무기물질 유기물질 대기 토양 양분흡수량 = 수분흡수량ⅩM 수분흡수=작물삼투압-토양삼투압 용액에 녹아있는 물질의 몰농도 삼투압 M ∏= R T 무기물질 용해도 해리상수 흡탈착 영향큼 영향적음 유기물질 안정화상수 EC 영향같음 양분공급 증대방법: M을 낮게 유지하면서 EC높이는 길

토양생성

토양의 생성과 발달 주요 화성암 ㆍ 화성암 : 암장이 식어서 생성 ㆍ 퇴적암 : 물 등에 의해 이동하여 생성 용암 암석 토양 ㆍ 화성암 : 암장이 식어서 생성 ㆍ 퇴적암 : 물 등에 의해 이동하여 생성 ㆍ 변성암 : 화강암, 퇴적암이 열, 압력, 화학적 작용에 의해 생성 주요 화성암 생성 위치 SiO2 함량 산성암(65-75%) 중성암(55-65%) 염기성암(40-50%) 심성암 화강암 섬록암 반려암 반심성암 석영반암 섬록반암 휘록암 화산암 유문암 안산암 현무암

토양생성 과정 풍화 작용 ↓ ↓ 모암 모재 토양 ↑ 토양생성작용 풍화작용 풍화작용 물리적 풍화 작용    풍화작용                        풍화작용    ↓                               ↓     모암 모재 토양 ↑                                        토양생성작용 O층(유기물층) A층(용탈층) B층(집적층) C층(모재) R층(암석, 모암) 풍화 작용 물리적 풍화 작용 - 온열, 대기, 물, 압력, 건조와 습윤 염류, 생물 화학적 풍화 작용 - 수화작용, 가수분해작용, 산화작용, 탄산화작용, 용해작용, 킬레이트작용 생물학적 풍화 작용 - 기계적, 화학적

토양생성 인자 기 후 모 재 토양의 생성인자 중 가장 큰 영향: 기온, 강우량 (고온 다습 - 빠름) 우리나라 특성 기 후 토양의 생성인자 중 가장 큰 영향: 기온, 강우량 (고온 다습 - 빠름) 우리나라 특성 몬순기후대, 반도성 기후, 대륙성 기후(만주, 몽고) 한서 및 강우량(600-1500mm) 심한 차이, 연평균 기온 7-14℃ 7, 8월에 집중 호우(구릉지에서는 토양침식)로 토양생성작용 곤란 평탄지에는 충적물이 쌓여 특징적 단면을 볼 수 없는 충적토 형성 모 재  토양단면을 결정하는 기본적 요인 (암석적 토양형) 전 국토의 2/3가 화강암, 화강편마암 → 모래질, 산성, 토양비옥도 낮음 제주도와 울릉도 일대는 현무암, 강원도와 충북의 일부는 석회암 지대

지 형 지형의 차이로 성질이 달라지는 것을 toposequence 지 형  지형의 차이로 성질이 달라지는 것을 toposequence 경사가 급한 곳: 빗물에 의한 침식 → 완전한 토양 형태의 발달이 어려움 평탄한 곳 - 미세입자의 운반침적 → 식질의 견고한 planosol 생성 지하수의 영향(지하수 토양형): glei층 발달 (배수불량 저지대), 염류토양이나 알칼리 토양(수분증발지) 우리나라 특성 80%가 경사지 구릉지 토양, 여름철 심한 침식작용, 염기가 용탈되어 척박한 산성토양 형성 평탄지도 대부분 하성충적지, 염기 유실 후 퇴적되어 산성 산악지- 암쇄토, 저구릉 및 구릉지 - 적황색토, 산록지 - 퇴적토, 선상지 및 하천변 - 충적토, 곡간 및 평탄지 - 회색토가 분포

식 생 시 간 식물자체가 토양모재 (나지: 지온상승 → 건조상태, 수목: 지온하강 → 습윤상태) 우리나라 특성 식 생 식물자체가 토양모재 (나지: 지온상승 → 건조상태, 수목: 지온하강 → 습윤상태) 우리나라 특성  긴 겨울로 인한 침엽수림의 한대림, 여름철에는 활엽수의 온대림 형성 북부 침엽수림 지대 포드졸 토양, 남부 온난 활엽수림 지대 울티졸 생성 시 간 토양이 환경조건에 따라 충분히 발달하면 독특한 토양단면형태 (성숙토양) 성숙토양이 되기 위해서는 토양의 침식속도보다 생성속도가 빨라야 함 간척지 토양은 인위적인 수단이 가해져 짧은 시간에 토양이 발달 경작지 토양은 객토와 유기물을 시용함에 따라 시간의 영향이 달라짐 산림지의 잔적토, 하천변의 충적토는 토양생성 연대가 짧은 젊은 토양 세립질 충적토에는 토양생성 연대가 오래된 성숙된 토양이 많음.

토양생성 작용 포드졸화작용 한랭습윤지대의 침엽수림 : 회백토, 노후화답 라테라이트화작용 고온다우의 활엽수림 : 적색토, 라토졸  한랭습윤지대의 침엽수림 : 회백토, 노후화답  라테라이트화작용  고온다우의 활엽수림 : 적색토, 라토졸 석회화작용  건조 ~ 반건조 기후 : 흑회색 ~ 암회색 토양, Chernozem 글라이화작용  배수불량한 저습지 : 청회색 토층분화, 논토양 염류화작용  배수불량한 해안저지대 : 알칼리 흑토(solonetz) 점토화작용  온난습윤지대의 활엽낙엽수림 : 산성갈색삼림토  부식집적작용  온난 건조기후조건 초원토양 : 육성부식 mull  한랭 가습기후조건 침엽수림 : moor  저습지대 : 수생부식 부니(sapropel) 

토양조사, 분류

토양분류 - 분류기준 분류단위 토양구분기준 구분류 (1949년 완성) 신분류(1975년 이후) 목(目) Order 기후․식생 등 생성인자와의 평형 도달여부(집적층 형성여부) 및 모재, 지형 등의 생성 인자에 따른 특징기준 토양의 특성에 의해 정의된 점토집적층․담색표토층 등 특징적인 층위의 존재 유무 아목(亞目) Sub-Order 제한된 기후 및 식생의 영향을 받아 발달된 토양의 빛깔과 지형 및 모재의 영향을 받아 발달된 염류 함량 및 토양 배수 등에 따라 목(目)을 세분 토양수분함량과 관련된 토양의 특성 및 유기물의 분해정도에 따라 목(目) 으로부터 세분 대토양군 Great Soil Group 형태적 특성, 주로 토양의 빛깔․염류의 종류 및 함량․반층의 조재 유무 등을 기준  없음 대군(大群) Great Group 층위의 유사성 및 배열, 염기포화도, 토양수분 및 반층의 존재유무에 따라 아목(亞目)으로부터 세분 아군(亞群) 토양의 빛깔, 토심, 토성, 가비중, 유기물 함량 등에 따라 대군(大群)으로부터 세분 속(屬) Sub-Group 토양단면의 유사성 식물 뿌리의 신장에 중요한 요소인 토성, 산도, 광물 및 토양온도 등에 따라 구분 통(統) Series 표토의 토성을 제외한 단면의 형태, 물리․화학 및 점토광물학적 특징, 층위배열 등이 비슷 구분류와 같음(토양생성학적 최저분류 단위로 봄) 구(區) Type 표토의 토성에 따라 구분 없음(관리군으로 취급) 상(相) Phase 경사, 석력함량, 침식정도 등을 기준하여 분류, 농업적 관점에서 세분

토양분류 – 형태론적 분류의 명명법 목 조어요소 어원 뜻 생성되는 곳 토양 Entisol ent recent (最近) 발달이되지 않은 새로운 토양 모든 기후 비성대성 토양, 툰드라 Vertisol ert verto (轉化) 점토풍부하여 팽윤수축 반복으로 반전한 토양 건습교차되는 열대기후 grumusol, 열대흑색토 Inceptisol ept inceptum (始作) 생성적 층위가 막 발달 시작한 젊은 토양 온대, 열대의 습윤기후 산성갈색토, 갈색삼림토 Mollisol oll mollis (柔) 두껍고 팽윤된 암색표층 갖는 초지토양 반건 반습의 초원 율색토, 체르소젬, 프레리 Aridisol id aridus (乾) 건조지방의 토양 건조지대 사막토, solonchak, solonetz Spodosol od spodos (灰白) spodic층 갖는 토양(podzol)토양 사질모재, 냉온대습윤기후 podzol Alfisol alf pedalfer (盤土質) 석회세탈되어 Al, Fe가 하층에 집적토양 습윤온대, 또는 아열대 회갈색 포드졸, 회색 삼림토 Ultisol ulf ultimus (終極) 세탈 극심하여 염기가 매우 적은 토양 온난습윤,열대나 아열대 적황샥 포드졸, 적갈색 latelite Oxisol ox oxide (酸化物) Al, Fe 산화물 풍부, 1:1점토도 많은 적색토양 습윤열대 latosol, latelite Histosol ist histos (組織) 식물조직으로 이루어진 늪지토양 담수상태 또는 산성조건 유기질 토양 (이탄, 흑니) Andisol and ando (暗土) 화산유래의 안딕토양 특성에 의하여 지배되는 무기질토양 화산회지대 토양 화산회토양 Gelisol el gelid (結氷) 단면발달이 없고 영구 동결층을 갖는 토양 고산지대, 고위도 동토

토양조사 개략토양조사 정밀토양조사 세부정밀토양조사 기본도의 축척 1 : 40,000 1 : 10,000 ~ 1 : 18,750   개략토양조사 정밀토양조사 세부정밀토양조사 기본도의 축척 1 : 40,000 1 : 10,000 ~ 1 : 18,750 1:1,200 ~ 1:5,000 토양도의 축척 1 : 50,000 1 : 25,000 1 : 5,000 토양도상의  최소작도면적 6.25ha 1.56ha 10a 조사의 정밀도 및 토양 구분 ․항공사진 위주 해석 ․고차분류단위인 대토양군 및 토양군 ․현지답사 위주 ․저차분류단위인 토양통과 작도단위(토양통, 구 및 상) ․필지별 조사 ․저차분류단위인 토양통과 작도단위 (토양통, 구 및 상) 조사지점간 거리 500 ~ 1,000m 100 ~ 200m 50m 결과 활용 ․전국적인 토양생성 및 대토양군별 분포파악 ․중앙 및 도단위 종합개발 계획 ․농업개발가능지 분포 파악 ․군 및 면단위 영농지도 계획 ․지역별 개발계획 ․지대별 주산단지 조성 ․지역별 시비개선 ․토양보전 등 기초자료 ․농가별 세부영농 계획 ․필지별 토양관리처방자료 ․전, 과수등 적지 파악 ․객토 심경 및 배수 대 상지 선정

토양의 물리적 성질

토성 미사%(Silt) 토양입경구분과 특성 모래 2-0.02 mm 미사 0.02-0.002 mm 점토 0.002 mm 이하 입자 명칭 입경( nm) 특성 자갈 2.0 이상 물과 양분 흡착력 적다. 조사 (거친모래) 2.0 ~ 0.2 1차광물로 구성되고 물과 양분의 흡착력이 적다. 세사 (가는모래) 0.2 ~ 0.02 미사 (고운모래) 0.02 ~ 0.002 1차광물로 구성되고, 입자가 고울수록 점토와 같이 물과 양분의 흡착력이 좋아 식물생육에 이롭다 점토 0.002 이하 2차광물로 토양의 비표면적이 커지므로 물과 양분의 흡착력이 좋다. 사토 양질 사양토 양토 미사질양토 식양토 미사 미사질 식토 미사토 점토%(Clay) 모래%(Sand) 미사%(Silt) 사질 20 50 70 40 60 90 10 모래 2-0.02 mm 미사 0.02-0.002 mm 점토 0.002 mm 이하

토양의 밀도 토양의 공극률 ○ 토양의 밀도(g cm-3) = 토양의 무게 ÷ 토양의 부피 - 입자밀도(토양입자의 밀도)=토양무게/토양입자 부피 ※ 모암에 따라 2.5~3.0 g cm-3 범위(평균 2.65) - 용적밀도(자연상태의 토양밀도)=토양무게/(토양입자부피+토양공극) ※ 경작지의 식토는 낮고 사토는 높다. 토양의 공극률 ○ 토양의 공극률 (%) = ( 1 - 용적밀도/입자밀도 ) × 100 - 토양공극은 공기와  수분의 통로이므로 작물생육과 직접적인 관련 ※ 토양유기물에 의하여 토양공극이 많아지면 공기의 유통도 좋아지고 양분과 수분 보유력도 유지되므로 작물생육에 매우 유리하다.

토양의 밀도 토양의 공극률 ○ 토양의 밀도(g cm-3) = 토양의 무게 ÷ 토양의 부피 - 입자밀도(토양입자의 밀도)=토양무게/토양입자 부피 ※ 모암에 따라 2.5~3.0 g cm-3 범위(평균 2.65) - 용적밀도(자연상태의 토양밀도)=토양무게/(토양입자부피+토양공극) ※ 경작지의 식토는 낮고 사토는 높다. 토양의 공극률 ○ 토양의 공극률 (%) = ( 1 - 용적밀도/입자밀도 ) × 100 - 토양공극은 공기와  수분의 통로이므로 작물생육과 직접적인 관련 ※ 토양유기물에 의하여 토양공극이 많아지면 공기의 유통도 좋아지고 양분과 수분 보유력도 유지되므로 작물생육에 매우 유리하다.

유기물에 의한 공극 변화 용적밀도를 낮추면 물과 공기를 동시에 잘 줄 수 있다. ⇒ 용적밀도 낮추는 물질이 토양유기물이다. 무기물 45 % 유기물 5% 액상 25% 기상 용적밀도 1.3 용적밀도 1.0 용적밀도를 낮추면 물과 공기를 동시에 잘 줄 수 있다. ⇒ 용적밀도 낮추는 물질이 토양유기물이다.

토양의 구조 토양구조 특 성 입상구조 1. 외관이 구형이며 건조조건하에서 생성되고 유기물이 많은 곳에서 발달한다. 특  성 입상구조  1. 외관이 구형이며 건조조건하에서 생성되고 유기물이 많은 곳에서 발달한다.  2. 작토층에 많으며 다공질의 경우 빵조각 구조가 된다.  3. 작물 생육에 가장 좋은 구조이다. 괴상구조  1. 외관이 다면체를 이루고 밭토양과 삼림의 하층토에서 발견된다.  2. 입단 상호간의 간격이 좁고 B층의 토양에서 흔히 볼 수 있다. 과립상구조  1. 단괴가 작고 입단사이의 간격이 좁다.  2. 물에 젖으면 부풀어 입단 내부의 큰 틈새기가 막힌다. 주상구조  1. 입자가 세로로 배열되고 양단이 둥근 것을 원주형, 둥글지 않은 것을 각주형임  2. 반건조~건조 지방의 심토에서 발견되고 우리나라 해성토의 심토에서도 발견됨 판상구조  1. 입단이 얇은 판자상 또는 lens상으로 배열되어 있다.  2. 물이 하층으로 이동하기 어렵다.  3. 습윤지대 토양의 A층과 논토양의 작토 아래에서 흔히 발견된다.

토양의 구조 – 입단구조의 생성 ① 양이온의 작용 양이온이 점토입자와 점토입자 사이에 흡착되어 입단을 형성 ② 유기물질의 작용   ① 양이온의 작용    양이온이 점토입자와 점토입자 사이에 흡착되어 입단을 형성   ② 유기물질의 작용     유기물질의 수산기나 카르복실기가 점토광물과 결합하여 입단형성   ③ 토양생물의 작용     토양생물의 배설물에 의하여 입단형성   ④ 식물뿌리의 작용    식물뿌리의 잔재가 입단을 형성 - 콩과식물은 입단형성 촉진   ⑤ 토양개량제의 작용     폴리비닐, 폴리아크릴 및 크릴리움 등은 입자를 접착시켜 입단형성

토양온도와 색깔 ○ 토양온도의 상승요인 ○ 토양 구성물과 색 요인 주요내용 토양수분 함량  토양온도의 변화는 토양수분이 많을 경우 쉽게 변화하지 않는다. 토양의 빛깔  색이 짙을수록 열흡수 증가한다. 흑색, 남색, 적색, 갈색, 녹색, 황색, 백색의 순이다. 경사도  수광량은 태양광선이 지면에 수직으로 투사될 때 가장 많다. 피복식물  피복식물, 멀칭 등은 토양온도의 변동을 작게 하며, 초지가 나지보다 온도변화가 덜하다. 열전도율  습윤토양>건조토양, 부식 多>부식 少, 토양입자 大>토양입자 小, 사토>양토>식토>이탄토 ○ 토양 구성물과 색 성 분 화 학 식 토 색 특  성 유 기 물   검은색 부식화가 클수록 흑색이 짙다. 아산화철 FeO 청회색 수분이 많고 공기유통이 불량한 곳 적 철 광 Fe2O3 붉은색 수분이 적고 공기유통이 잘되는 곳 수적철광 2Fe2O3․H2O 황  색 수분이 많고 공기유통이 잘되는 곳

토양의 화학적 성질

1차 광물 주요 1차광물의 화학적 조성 1차 광물 : 암장이 냉각되어 생성된 광물(대형, 무수물) 무색광물, 유색광물(철고토광물, 흑색- 갈색), 규산염광물 주요 1차광물의 화학적 조성 구 분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O 석  영 장석류 운모류 각섬석 휘   석 감람석 100 62-66 33-46 38-58 45-55 35-43 - 18-20 13-37 0-19 3-10 0-17 0-6 0-3 0-2 0-15 16-26 0-20 2-26 6-20 27-51 9-15 6-11 2-6

주요 1차광물 1. 규산염광물 백운모, 흑운모, 감람석, 각섬석, 휘석, 정장석, 조장석, 회장석, 사장석, 석영 2, 산화물 석영, 자철광, 금홍석, 티탄철광, 자철광, 적철광 3. 탄산염광물 석회석, 방해석, 4. 인산염광물 인회석 5. 황화물 황철광 석 영 : 화학적 풍화가 어려워 모래(주성분)로 남음. 식물의 양분공급 못하나, 토양의 골격성분으로 이화학적 성질에 관여

장석류 : 운모류 : 각섬석과 휘석 : 감람석, 인회석 : kaoline의 주요 모재, 조암광물 중 60% 흑운모 : K함량 8%내외, 풍화가 쉬워 점토생성, K, Mg의 주요 급원 각섬석과 휘석 : Ca, Mg, Fe의 주요 급원, 각섬석에 Na 존재 감람석, 인회석 : 감람석 : 아산화철 다량함유 풍화되기 쉽다. 인회석 : 인산의 주요 급원

점토광물 조암광물이 풍화작용과 토양생성과정으로 새로 생성된 광물로 환경 조건에 따라 결정됨 미세하고 함수성임. - 온난 습윤한 기후, 염기용탈 : kaolinite - 다량의 Mg 존재하의 염기용탈 : montmorillonite 미세하고 함수성임. 지각의 성분 중 산소와 규소가 75% ⇒ 규산염 점토광물이 많음. 대부분 규산판과 알루미나판이 결합되어 판상의 결정구조를 이룸.

점토광물 주요 점토광물의 비표면적과 CEC 점토(clay) 점토광물 비표면적 (m2/g) CEC (cmolc/kg) 직경이 2 ㎛ (0.002 mm)이하인 광물 입자 표면적이 매우 크며 이에 따라 토성과 화학성이 결정됨. 표면에 음하전이 있어 양이온을 흡착 식물양분과 중금속 이온 등의 흡착과 방출, 토양반응과 통기성 결정 ⇒ 따라서, 작물생육과도 밀접한 관계가 있음 주요 점토광물의 비표면적과 CEC 점토광물 비표면적 (m2/g) CEC (cmolc/kg) kaolinite montmorillonite vermiculite chlorite 7-30 600-800 50-800 70-150 3-15 80-150 100-150 10-40

점토광물의 기능 입자 표면에 전기(-)를 띤다. 토양교질 이 현상 때문에 양이온들이 잘 씻겨나가지 않음 토양용액 NH4+ K+ Li+ Mn ++ Ca+ Na+ Zn ++ H+ 토양교질 Mg++ 토양용액 - NH4+, K+, Ca++ Mg++, H+ 이 현상 때문에 양이온들이 잘 씻겨나가지 않음

점토광물구조 규산판 규산 4면체 : 1개의 규소원자가 산소이온 4개와 결합하여 4개 면 형성 규산판 : 규산 4면체가 판상으로 배열 - 정육각형의 내부에 공극이 있으며(NH4+나 K+의 크기와 비슷) - 비료로 사용된 NH4+나 K+가 이 부분에 고정, 농경적으로 중요 규산 4면체 규산 4면체의 배열

알루미나판 알루미나 8면체 : 중심 양이온(Al3+, Fe2+, Mg2+)에 6개의 산소나 수산기 이온(OH-)이 결합하여 8개 면 형성 규산판 : 규산 4면체가 판상으로 배열 - 내부에 공극이 없어 양분의 고정이 없다. 알루미늄 8면체 알루미늄 8면체의 배열

1:1 및 2:1격자형 광물 1:1격자형 : 규산판 1 + 알루미나판 1개 결합 2:1격자형 : 규산판 1 + 알루미나판 1개 + 규사판 1개 결합 1:1 격자형 2:1 격자형

팽창 및 비팽창 격자형 광물 팽창격자형 : 결정단위 사이로 수분이동(수축, 팽창, montmorillonite, vermiculite) - 수분중에 용존하는 K+나 NH4+가 규산판 육각형 공극에 고정 건조할 때 습윤할 때

혼층형 점토광물 비팽창격자형 : 건습에 따라 수축, 팽창되지 않음. 결정단위 사이에 다량의 K+ 존재로 결정단위 사이의 간격이 변동되지 않음 (illite, kaoline계통) 혼층형 : 2:1형 점토광물 사이에 Mg 8면체가 결합된 2:2규칙형 광물 비팽창형 점토광물 혼층형 점토광물

점토광물의 종류 kaoline계 : kaolinite, halloysite, metahalloysite 1:1 격자형, 표면에 OH-기가 노출되어 인산이 고정 동형치환이 일어나지 않으므로, 음 하전량이 적고, 비팽창형 점토광물 변두리전하에 의존, 분말도를 증대하면 음전하량 증가 입자가 크므로 점착성, 응집성, 수축성이 적어 토양구조가 안정적임 온난습윤한 기후의 강수량이 많고 배수 양호한 곳에서 규산과 염기물질 이 신속히 용탈될 때 생성 (podzol토양의 주요 점토광물)  CEC는 3-15cmolc/kg 로 흡착력이 적으며, 도자기의 원료(고령토) 우리나라의 점토광물의 대부분 차지

montmorillonite계 2:1 격자형, 팽창형 점토광물 입자가 미세하며, 점착성, 응집성, 수축성이 크다. 산성백토라고 하며, 울산 및 포항지역에 분포함. K이 많은 규반염 광물이 Mg가 많은 조건에서 염기가 서서히 용탈될 때 생성 또는, 염기성 규반염광물의 염기가 서서히 용탈되는 조건에서 고토가 많을 때 토양중에서 재합성 CEC는 80-150 cmolc/kg로 흡착력이 크다. 생성조건에 따라 알루미늄 8면체의 Al3+가 다른 양이온으로 치환 saponite : 2개의 Al3+가 3개의 Mg2+로 치환되어 생성 nontronite : Al3+가 Fe로 치환되어 생성 sauconite : Al3+가 Zn으로 치환되어 생성

illite계 2:1 격자형, 비팽창형 점토광물 규산사면체 중의 규소 15%가 Al3+로 치환 규산 4면체의 Si가 Al3+로 치환시 부족한 양이온은 결정단위와 단위 사 이의 K+가 결합 CEC는 10-40 cmolc/kg 점토광물중 가장 많은 SiO2와 K2O(K+)가 있다. 운모류 광물이 풍화되는 동안 탈수되거나 K+, Mg2+등이 용탈되었을때 생성(가수운모)

vermiculite allophane 2:1격자형, 팽창형 점토광물이나 700℃ 에서 팽창하지 못함. 운모류에서 K+나 Mg2+가 풍화과정 중 용탈될 때 생성 CEC(100-150 cmolc/kg)가 커 토양개량제로 사용 칼륨 고정능력이 가장 크다. allophane 일정한 형태가 없는 부정형 점토광물, 제주도 화산회토 부식을 흡착하는 힘이 강하며, 인산 고정력이 크다. 음전하의 발생은 주로 pH의존 전하이다.

토양교질물(콜로이드) 콜로이드는 크기에 의해 결정되는 것으로 보통 1㎛ 보다 작은 입자 콜로이드는 크기에 의해 결정되는 것으로 보통 1㎛ 보다 작은 입자 - 무기교질물 : 입경 0.002mm이하의 미세한 점토광물 - 유기교질물 : 부식, 수산기(-OH), 카르복실기(-COOH)의 H+이 해리되어 음전하 생성 대체로 음전하를 띠고 있으나 용액의 pH에 따라 양전하를 띠기도 함. 따라서, 점토와 부식의 표면의 화학적 특성이 토양의 화학성을 결정 무기물의 용해도, 양분의 유효도, 토양 반응(pH), 양이온 교환, 완충 작용 등 물리화학 반응을 결정하므로 작물생육과 밀접한 관계가 있음.

점토광물의 표면전하 영구적 전하 : 동형치환, 변두리 전하 동형치환 토양의 pH에 영향을 받지 않는 전하 규소4면체와 알루미늄8면체에서 생성되는 동형치환 광물결정의 변두리에 존재하는 변두리 전하 동형치환 형태에 변화 없이, 결정의 격자내 원소가 산화가가 다른 원소로 치환 예) 산화가 4인 규소 원자의 자리에 산화가 3인 알루미늄 원자가 치환, 알루미늄 원자(Al3+) 자리에 산화가가 2인 Fe나 Mg 원자가 치환 2:1형 광물이나 2:2형 광물에서만 발생한다.

변두리전하 잠시적 전하(pH의존 음전하) 1:1격자형 광물에만 생성, 분말도를 크게 할수록 음전하량 증가 pH가 높아져 OH-가 증가되면 점토표면의 H+가 해리되어 이것이 OH-와 결합하여 H2O로 되고 H+가 전기적으로 중화되어 있던 음전하가 유리 상태에 놓일 때 생성된다 카오리나이트, 몬모리로나이트는 pH 6이상에서 증대, 부식은 pH의 증가 에 따라 직선적으로 증가

양이온 교환용량(CEC) CEC (cation exchange capacity) 단 위 : 일정량의 토양이나 교질물이 양이온을 흡착, 교환할 수 있는 능력 단 위 : 1982년 이전 – 토양 100g에 교환할 수 있는 양이온의 총량을 밀리당량 (meq)으로 표시(me/100g) 국제단위(SI unit) – 당량(equivalent) 대신 전하의 몰수(molc) 사용 예) 6 me/100g = 60 mmolc/kg soil(60 mmol+/kg soil) = 6 cmolc/kg soil(6cmol+/kg soil) c : charge(전하)

양이온 교환용량(CEC) CEC의 중요성 양이온 교환은 토양비옥도에서 중요한 현상 토양 산도 또는 알칼리도를 교정하고, 토양 물리성을 개선 식물에 공급되는 칼슘, 마그네슘, 칼륨 등은 교환성 형태 ① 교환성 K는 식물 K의 주 공급원 ② 교환성 Ca과 Mg은 식물 Ca 및 Mg의 주 공급원 ③ 석회 시용량은 CEC가 클수록 증가 ④ Ca , Mg, K 등이 흡착되어 있다가 서서히 교환되어 식물양분으로 공급 ⑤ K, NH4는 이동성이 낮아져 용탈 방지 ⑥ Cd, Zn, Ni, Pb 등 중금속 이온을 흡착하여 독성 경감

토성과 토양콜로이드의 양이온교환용량 CEC : 토성, 점토광물의 종류와 함량, 유기물함량에 따라서 다름 토성 : 사토 < 양토 < 식양토, 무기교질물 < 유기교질물 철 및 알루미늄 산화물은 CEC가 매우 낮다. 토 성 CEC  (cmolc /kg) 토양콜로이드 사토(sands) 1-5 2ㆍ3 산화물 0-3 미세 사양토 5-10 카올리나이트 3-15 미사질 양토  양토(loams) 5-15 일라이트 15-25 몬모리오나이트 60-100 식양토 15-30 버미큘라이트 80-150 식토(clays) 30 이상 부식(humus) 100-300 한국 : 유기물함량이 적고, 주 점토광물이 kaolinite이어서 CEC는10정도임.

토양반응(pH)과 양이온교환용량 예제) 점토(CEC 10)가 95%, 부식(CEC 200)이 5%인 토양에서 풀이) 점토의 CEC : 10 cmolc/kg x 0.95kg = 9.5 cmolc 부식의 CEC : 200 cmolc/kg x 0.05kg = 10 cmolc 토양의 CEC : (9.5+10) cmolc/kg = 19.5 cmolc/kg 토양반응(pH)과 양이온교환용량 철과 알루미늄 산화물 및 유기물의 음전하 pH 의존형 pH 저하 : H+이온 농도가 높아 –Si-OH, -Al-OH,-COOH기의 해리 곤란 CEC 낮음 pH 증가 : 용해도가 증가하여 CEC 증가

염기포화도(BSP) BSP (base saturation percentage) 염기포화도(%) : 전체 양이온교환용량에 대한 염기성 양이온 합의 비율 양이온 : 산(Al과 H 이온)과 염기(Ca, Mg, K, Na)로 구분 염기포화도(%) : 교환성염기의 총량(cmolc/kg )/양이온교환용량(cmolc/kg) x 100 예제) 토양의 CEC가 16 cmolc/kg, Ca, Mg, K, Na 이온이 12.6cmolc/kg 을 차지하고 있다면 이 토양의 염기포화도? 풀이) (12.6/16)x100=78.8% 예제) 토양의 CEC가 16 cmolc/kg, Al과 H이온 4.2 cmolc/kg 존재할때의 염기포화도 ? 풀이) (16-4.2/16)x100=73.7%

토양반응(pH)과 염기포화도 염기 : 토양을 알칼리성으로, H, Al이온 : 토양을 산성으로 우리나라 토양은 염기포화도가 50%내외이다.

확산 이중층 교질 입자 주위의 음전하층과 양전하층의 이온층 이중층의 전기용량은 그 두께가 적을 수록 커진다. 따라서, 전해질이나 양이온원자가의 증가는 확산이중층의 전기용량을 증가 시킨다. 확산이중층의 두께가 두꺼울수록 토양입자간의 간격이 멀어져 교질물은 분산된다. <감소되면 응집력은 증가한다.> 이중층의 두께가 감소되면 전위차도 감소한다. 이중층의 두께가 감소되면 확산압도 감소한다. 확산 이중층 내부의 양이온 밀도가 외부 보다 높다

pH=log 1/[H+]=-log[H+] 토양 산염기반응 토양 산염기반응 pH 값이 7보다 작으면 산성, 7보다 크면 알칼리성(염기성)이라 한다 pH : 용액중에 들어 있는 수소이온 농도의 역수의 대수 값 pH=log 1/[H+]=-log[H+] [H+] : mol/L 또는 M으로 표시 (pH 7이면 토양중에 존재하는 수소이온의 양은 10-7 mol/L이다.)

활산성 토양 산성의 종류 잠산성 : 가수산성, 치환산성 토양용액중의 H+에 의한 산성으로 작물생육에 직접적인 영향을 준다. 측정 : 보통 물:시료=1:1, 물의 비율이 높아지면 pH 상승 CaCl2나 KCl을 사용시 pH는 저하(확산이중층 내부의 수소이온 용출) 잠산성 : 가수산성, 치환산성 가수산성 : 약산 용액(CaCOOH, NaCOOH)으로 용출되는 수소이온 치환산성 : 강산용액(KCl)으로 용출되는 수소이온에 의한 산성

토양의 산성화 토양산성화 : H+의 증가, 염기의 용탈 규산염 광물과 가수산화물의 분해 : - 점토나 부식에 흡착된 H+의 해리(Al3++H2O ↔ Al(OH)2+ +H+) 부식에 의한 산성화 : - –COOH와 –OH에서 H+의 해리, CO2와 유, 무기산에 의한 산성화 비료에 의한 산성화 : - SO42-와 Cl-(황산암모늄, 염화암모늄, 황산 칼륨 등) - 2NH4+ + 4O2 → 2NO3- + 2H2O + 4H+ 기후 : 강우에 의한 염기의 용탈(우리나라 주원인) 토양산성화 : H+의 증가, 염기의 용탈

산성토양의 해작용 H+의 해작용 : - 뿌리의 양, 수분 흡수력 저하, 식물의 뿌리 세포 파괴 - 뿌리의 양, 수분 흡수력 저하, 식물의 뿌리 세포 파괴 Al과 중금속 이온의 유효도 증가 : - 인산고정에 따른 인산 결핍, 식물에 광독 작용 작물 양분의 결핍 : - 염기용탈 – 양분부족, 양분유효도 감소, 미량요소 결핍 토양생물의 활성 감퇴 : - 유용미생물 감소, 지렁이 활동감소

산성토양의 개량 석회시용 토양전면에 시용하고 토양과 잘 혼합, 깊게 경운함. 입도의 크기에 따라 교정효과 차이가 있음. - 입자 大 – 산도교정 효과 지연, 유실, 용탈량 감소 - 입자 小 – 산도교정 효과는 빠르나, 유실, 용탈량 多 따라서, 입경이 작을 수록 소량씩 자주 시용 CEC가 높을수록, 유기물함량이 많을수록 pH완충용량이 높으므로 석회 더 많이 시용

석회물질의 Ca함량과 용해도 석회물질 화학식 Ca(%) 용해도 (g/25℃,100mL) 생석회 소석회 탄산석회 백운석 석고 CaO Ca(OH)2 CaCO3 CaCO3․MgCO3 CaSO4․2H2O 70 50 36 17 22 0.12 0.16 0.01 <0.01 0.24

토양 산화환원반응 토양 산화환원반응 산화는 전자를 잃고 환원은 전자를 얻는 반응이다. 산화와 환원은 항상 동시에 일어난다. 산화환원전위의 기준반응: H+ + e- ↔ ½H2 (0V) Nernst 식 2.303RT [Ox] E = E0 – log nF [Red]  Eh의 표시: mV    Eh값이 클수록 산화상태이고 반대로 낮은 것은 환원상태이다. Eh의 의의    식물양분의 가급성, 유해물질 생성, 배수상태를 알아낼 수 있는 지표 ⇒ 토양생산력과 관계가 있음

토양 산화환원반응 산화환원을 지배하는 조건 통기와 토양수분 : 통기양호, 건조 → Eh 올라감 토양과 투수성 : 투수성 양호 → 서서히 환원 진전 유기물 함량 : 분해성 유기물 → 산소 고갈 → 환원 촉진 온도 : 미생물 활동 왕성한 온도 → 환원 촉진 Eh와 토양에서의 양분의 형태 변화 O2 고갈 → NO3- 탈질 → Mn 환원 → Fe 환원 → S 환원  산화환원과 작물생육 뿌리 고사, 질소고갈, Fe와 Mn의 필수양분 길항, 유해물질 생성    ⇒ 토양생산력과 관계가 있음

토양 유기물

토양유기물 조성 식물체와 토양유기물의 조성 구 분 식물체(乾物) 토양유기물(부식) 셀룰로오스 헤미셀룰로오스 리그닌 지방 . 탄닌 . 왁스 단백질 20~50 10~20 10~30 1~8 1~15 2~10 0~2 35~50 28~35 ※ 퇴비 : 식물체가 토양유기물의 상태와 비슷하게 분해(부숙)된 물질

토양유기물(퇴비) 기능 토양의 양분흡착 부식교질 CEC : 토양 10, 부식 200 토양의 입단형성 → 토양구조 개선 H++ - O H+ + - OOC O-+H+ COO-+H+ CEC : 토양 10, 부식 200 토양의 전하수 증가 → 양분간직 기능 증대 → 완만한 양분 방출 → 과잉장해 방지 토양의 입단형성 → 토양구조 개선 토양미생물의 활성증대

토양유기물의 탄질률 질소(N)는 미생물의 영양원이고 탄소(C)는 미생물의 에너지 공급원 시용하는 유기물의 탄질률과 질소 공급 유기물 중 탄소와 질소의 함량비를 탄질률(C/N율) 질소(N)는 미생물의 영양원이고 탄소(C)는 미생물의  에너지 공급원 ⇒ 토양 유기물의 분해는 탄질률에 따라 크게 달라짐 ※ 탄질률은 곡류의 짚은 높고 콩과식물은 낮으며 부식은 매우 낮은 10~12  시용하는 유기물의 탄질률과 질소 공급 탄질률이 높으면 질소가 결핍 → 탄질률이 낮은 콩과식물과 병용이 유리 작물의 질소기아현상(nitrogen starvation) 탄질률이 높은 유기물을 작물재배기간 중에 시용하면 토양미생물과 작물 간의 질소경합으로 야기

토양생물

토양생물의 종류 1) 사상균 2) 방사상균 ① 곰팡이, 효모, 버섯균(균사에 의해 발육)    ① 곰팡이, 효모, 버섯균(균사에 의해 발육)    ② 호기성으로 특히 산성토양의 화학적 변화에 관여 : 어떤 pH에서도 잘 생육    ③ 유기물 분해 → 부식생성면에서 우수하다. 분해어려운 lignin분해       (담자균 → 산성 삼림토양)    ④ 균사에 의한 입단화 작용 2) 방사상균    ① 곰팡이(사상)+세균(포자)의 중간으로 사상세균    ② 산성을 좋아하지 않고 활동력은 석회량에 따라 다르다.(pH 6.0~7.5)    ③ 탄수화물과 단백질 분해 → 분해되기 어려운 lignin, keratin등 부식성분 분해    ④ 작물병해와 관련 : 감자더뎅이병(potato scab)→ 토양반응조절로 억제    ⑤ 항생물질 생산(테라마이신, 네오마이신, 스트렙토마이신), 흙냄새(Actinomyces odorifer)

토양생물의 종류 3) 세균 4) 조류 ① 단세포 생물로서 세포분열에 의해 증식하므로 분열균이라고 한다.    ① 단세포 생물로서 세포분열에 의해 증식하므로 분열균이라고 한다.    ② 중성부근에서 잘 생육하지만 황세균은 강한 산성에서도 잘 견딘다.    ③ 에너지원에 따라 자급영양세균과 타급영양세균 - 자급영양세균 : 질산화성균, 황세균, 철세균 - 타급영양세균 : 단독, 공생유리질소 고정균, 암모니아화성균, 섬유소분해균    ④ 통기성에 따라      - 호기성 세균 : 질산화성균, Azotobacton      - 혐기성 세균 : clostridium   4) 조류    ① 다세포로 되어있고 식물과 동물의 중간적 성질을 지닌 미생물이다.    ② 균조류 : 오래된 정원, 남조류, 녹조류 : 풀밭, 논    ③ 분류      광합성 여부 : 광에너지를 이용하여 유기물을 합성 조류, 타급영양생활 조류      토양에서 역할 : 유기물 생성, 질소고정, 양분동화, 산소공급, 질소균과의 공생

토양미생물의 활동조건 ② 토양온도 ③ pH ④ 토양수분 ⑤ C/N율 ① 영양분   ① 영양분 무기영양세균, 유기영양세균, 무기성분, K, Ca, Mg에 따라 군락차이   ② 토양온도 20~30℃, 고온성, 상온성, 저온성   ③ pH pH6~7, 곰팡이는 광범위하고 황세균은 매우 낮은 산성   ④ 토양수분 포장용수량, 호기성, 혐기성   ⑤ C/N율

토양미생물에 의한 물질변환 1) 탄소의 순환 2) 질소대사(또는 질소순환) 가) 광합성에 의해 생산된 유기물    가) 광합성에 의해 생산된 유기물    나)유기물 분해순서 : 당, 전분, 단백질>헤미셀룰로스, 셀룰로스>리그닌,키틴    다)유기물 분해에 영향하는 요인 : C/N, 기상조건    라) 자연계에서 유기물이 다시 CO2로 환원되는데는 2년을 요한다.    마) 토양에서 CO2방출량 : 토양미생물의 전체적 활동량 지표 2) 질소대사(또는 질소순환)    가) 암모니아 화성작용 : 단백질(유기물) → R-NH2 → 유기산 + NH4+    나) 질산화작용 : NH4+→ NH2-→NO3-    다) 질산환원작용 : NO3-→NO2-→ NH4+    라) 탈질작용 : NO3-→ N2O(아산화질소), NO(산화질소), N2(질소가스)    마) 질소고정작용     ① 단서질소 고정균(Mo, Fe, Ca) : 독립생활       호기성 : Azotobacter       혐기성 : clostridium       광합성 미생물 : 남조(논에서 질소고정 →열대지방)       광합성 세균 : 홍색황세균, 홍색무황세균, 녹색황세균→유리질소고정     ② 공서질소 고정균(Fe, Co, Mo) : 콩과식물x근균류의 공생    바) 질소비료 절감 및 공해방지

토양미생물에 의한 물질변환 3) 무기물 대사 가) 식물유체의 무기물 방출 나) 황화합물의 변환(황화합물의 유효화)  3) 무기물 대사   가) 식물유체의 무기물 방출    ① 방출쉬운 물질 : 유리상태 이온인 Na, K    ② 유기물 분해로 방출 : Ca, Mg    ③ 핵산, 피틴등 유기인산화합물의 가수분해로 방출 : P   나) 황화합물의 변환(황화합물의 유효화)    ① 유기황화합물(시스틴, 시스테인, 메티오닌)      호기적 : 황산      혐기적 : H2S    ② 황의 변환은 미생물만이 할 수 있는 반응이다.   다) 인산의 변환    ① 불용성의 인산 3석회(인회석), 인산2석회 → 가용성의 인산1석회    ② 인산제2철의 → 인산방출    ③ 미생물 균체중의 인산 → 인산방출(뉴클레오티드의 인산, 인지질, DNA의 인산)   라) 철의 변환    ① pH : pH 5.0이하 →Fe+2, pH6.0이상 →Fe+3    ② 산화환원 : 산화Fe+3, 환원 Fe+2

토양미생물과 작물생육 1) 유익작용 2) 유해작용 가) 비질소 유기물의 분해변화    가) 비질소 유기물의 분해변화    나) 암모니아화성작용, 질산화성작용, 유리질소의 고정    다) 가용성 무기성분의 동화    라) 미생물에 의한 무기성분의 변화    마) 미생물간의 길항작용    바) 입단의 조성    사) 생장촉진 물질 2) 유해작용    가) 병원성 미생물 : 잘록병, 뿌리썪음병, 풋마름병, 무름병, 더뎅이병, 선충피해    나) 질산염의 환원과 탈질작용    다) 황산염의 환원    라) 고등식물과 양분쟁탈

토양미생물 활동 1) 윤작, 담수, 배수, 소독으로 유해미생물 경감 2) 근균류 접종 3) 세균비료 시료 가) pH 조절    나) 배양근류균을 종자 또는 토양에 혼합    다) 두과작물 재배지 토양 혼합 3) 세균비료 시료    가) 유기물 시용 : 미생물 활동의 영양분    나) 석회시용 : pH교정(중성부근)    다) 관배수 조절    라) 통기성 조장    마) 토양 온도조절

토양수분

토양수분의 분류 토양수분 특 징 중력수 ․토양의 큰 공극에 존재한다. 특  징 중력수 ․토양의 큰 공극에 존재한다. ․pF 2.5 이하의 약한 장력으로 보유되어 있다. 포장용수량 이상으로 존재하는 수분으로 배수에 의하여 제거된다. ․물이 아래로 침투되어 내려갈 때 양분이 함께 용탈된다. 모관수 ․토양의 작은 공극 사이에서 모관력에 의하여 유지되는 수분이다. ․포장용수량과 흡습계수 사이에 pF 2.5 ~ pF 4.5 표면장력에 의해 보유되어 있다. ․대부분이 작물에게 이용될 수 있는 유효한 수분이다. ․수분막의 상태에 따라 두터운 곳에서 엷은 곳으로 이동한다. 흡습수 ․흡습계수에서 pF 4.5 ~ pF 7의 장력으로 보유되어 있다. ․보통 토양교질물의 표면에 몇 개의 분자층으로 흡착되어 있다. ․식물에게 흡수될 수 없는 무효한 수분이다. ․100 ~ 110℃의 온도로 8~10시간 가열하면 쉽게 제거된다. 화합수 ․토양 구성물질의 성분으로 pF 7이상의 장력으로 보유되어 있다. ․식물에게 이용되지 않는다.

수분항수 1) 흡습계수 2) 위조점 또는 위조계수 토양수분이 작물이 흡수․이용할 수 없는 흡습수와 화합수만 남은 때의    토양수분이 작물이 흡수․이용할 수 없는 흡습수와 화합수만 남은 때의 토양함수상태를 말한다. 흡습계수에서 pF값은 4.5 정도이다. 2) 위조점 또는 위조계수    ① 초기위조점 :  작물의 지상부가 시들기 시작하는 시점의 토양수분상태 pF값은 3.9 정도이다.    ② 영구위조점 : 작물 뿌리의 수분흡수가 곤란해져 포화습도의 공기 중에 24시간 정도 두어도 회복될 수 없는 상태 토양함수상태 pF값은 4.2 정도이다.    ③ 포장용수량(최소용수량) : 강우나 관개 후 2~3일이 경과되어 중력에 저항하여 토양에 보유된 수분을 말한다. pF값은 2.5정도이다.    ④ 최대용수량 : 강우나 관개에 의하여 토양이 물로 포화된 상태에서 중력수가 흘러내린 후 모관수를 최대로 포함하는 상태 pF값은 0이다    ⑤ 유효수분 : 식물의 토양 중에서 흡수․이용하는 수분으로 포장용수량 에서부터  영구위조점 까지의 범위 pF 2.5 ~ 4.2이다.

토양침식

토양침식 - 수식 수식의 종류와 특성 수식에 영향을 미치는 요인 토양유실=R․K․L․S․C․P 수식 특 성 막상 침식 특   성 막상 침식 침식의 초기 유형 토양표면 전면이 엷게 유실되는 침식 세류상 침식 침식의 중기 유형 토양표면에 잔 도랑이 불규칙하게 생기면서 침식 구상 침식 침식이 가장 심할 때 생기는 유형 도랑이 커지면서 표토뿐만 아니라 심토까지도 심하게 침식 수식에 영향을 미치는 요인 토양유실=R․K․L․S․C․P  (R: 강우, K: 침식, L: 경사면 길이, S: 경사도, C: 식생, P: 침식방지 대책) 강우속도와 강우량: 총강우량이 많고 강우속도가 클수록 크다.  경사도와 경사장: 경사도가 클수록 유거수의 속도가 증가되어 증가한다. 경사면의 길이가 길수록 유거수의 가속도가 증가되어 증대된다. 토양침식량은 유속의 5제곱에 비례  토양의 성질: 투수성, 분산률, 토양구조, 내수성 입단

토양침식 - 풍식 토양침식 대책 풍식에 영향을 미치는 요인 유거수 속도조절을 위한 경작법  풍속: 풍식의 정도에 직접적으로 영향하는 인자 강풍이나 돌풍: 토립의 비산을 증가시켜 토양침식을 증대 토양구조의 안전성: 토양수분의 함량, 토양구조,  지표면의 작물, 인공피복물, 부초  경작특성: 이랑의 방향, 경운정도 토양침식 대책 유거수 속도조절을 위한 경작법 등고선 재배 등고선을 따라 경사면에 이랑을 만들어 재배 유거수 속도 완화, 침식억제, 이랑자체가 저수역할 담당 초생대대상재배 경사면을 등고선을 따라 일정간격으로 초생대를 만듬 물의 유거 및 토양의 유실 감소, 초생대 사이에 작물 재배 배수로설치재배 경사면을 등고선을 따라 일정간격으로 배수구를 만듬 물의 유거 및 토양의 유실 감소, 배수로 사이에 작물 재배

토양양분행동

토양질소의 행동 1) 질소의 순환 2) 유기물의 무기화 3) 질소와 토양과의 반응     ① 유기물, 강우, 시비, 고정 : 흡수, 용탈, 유실, 탈질→식물체, 대기     ② 지배조건 : 환경조건, C/N비, 미생물 종류에 따라 달라진다. 2) 유기물의 무기화     ① 아미노화 작용 : 복합단백질(유기물) → R-NH2 + CO2 + Energy     ② 암모니아 화성작용:  R-NH2 → R-OH + NH4+     ③ 질산화 작용       NH4+ + O2 →ＮO2- + H2O +energy　(아질산균)       2NO2- + O2 → 2NO3- +energy (질산균) 3) 질소와 토양과의 반응    가) 암모니아의 흡착고정     ① NH4+는 치환반응으로 토양콜로이드에 흡착 (점토광물 격자내부, 석회질 토양에서는 NH3 휘산)     ② 자연상태에서 NH4+ 존재량은 적다.     ③ 흡착능은 CEC에 지배    나) 작물의 질소흡수     ① 논은 NH4, 밭은 NO3 형태로 흡수된다.     ② 흡수된 NO3 →  NH4환원 → 아미노산합성 → 단백질, 효소합성    다) 질소의 손실     ① NO는 토양에 흡착되지 않고 유실용이, 환원되어 N2, NO, N2O로 탈질, 용탈, 휘산     ② CEC가 높으면 유실억제

토양질소의 행동 4) 작물에 대한 시비반응 5) 논토양의 지력질소 유효도 향상법 6) 시비질소의 이용율 향상 대책 ① 건토효과     ① 건토효과     ② 온도상승효과     ③ 산과 알칼리 교정     ④ 교반효과 6) 시비질소의 이용율 향상 대책     ① 전층 및 심층시비     ② 토양의 보비능 향상     ③ 분시     ④ C/N율의 조절     ⑤ 토양유기물 함량증대

토양질소의 행동 암모 니아 가스 대기 질소 pH 휘산 탈질 유기물 암모늄 질소 질산태 질소 C/N율 토양 용탈 미생물 분해, 이용 유기물 암모늄 질소 질산태 질소 질산화 무기화 흡탈착 산소 온도 C/N율 토양 용탈 미생물

토양인산의 행동 1) 토양인산의 형태 2) 인산의 고정    ① 토양용액의 인산 : 식물이 이용하는 P는 용액인산 →산성 H2PO4-, 알칼리성 HPO4-     ② 토양인산염 형태      - 유기태인산 : 10%      - 무기태인산 : 90%(산성 Al-P, Fe-P, 알칼리성 Ca-P) 2) 인산의 고정    가) 침전에 의한 고정     ① 산성 : Al-P, Fe-P 인산염으로 침전(Al(OH)2  H3PO4↓)     ② 알칼리성 : Ca-P의 난용성염으로 침전    나) 점토광물에 의한 고정     ① 결정구조중의 OH-와 치환흡수     ② 결정주변의 Al가 결합한 OH-기와 치환흡수     ③ 직접적으로 결정에 부가     ④ Si와 동형치환에 의해 고정    다) 유리산화물, 교질상 Al에 의한 고정       산화, Al, Fe가 산성이어서 gel로 되어 다량의 인산고정    라) 미생물에 의한 고정       미생물 몸체의 2.5%가 인산, 사체의 인산은 가급태화

토양인산의 행동 3) 인산고정에 관계하는 인자 가) pH ① pH 3~4에서 가장 많이 고정,     ② 중성일 때 고정량 적고 용해도 크다.     ③ pH 7이상 되면 고정량 증가    나) 시간     ① 고정은 대부분 단시간에 이루어진다.     ② 고정속도는 토양교질과의 접촉면 적어서 원상태로 존재하나, 논은 녹기 쉬우므로 인산은 밭에서 효과가 크다.    다) 음이온의 영향     ① 다른 음이온과 공론시 고정량이 줄어든다.     ② 무기음이온보다 유기음이온이 인산고정의 감소효과가 더 크다.    라) 규반비 : Si/Al비가 클수록 고정은 낮아진다. 4) 토양인산의 방출    가) 토양인산의 방출속도론 : 토양인산(고상) → 토양용액 인산(액상) → 작물체    나) 방출속도의 지배인자     ① 인산 최대흡착량 : 흡창능은 Al에 지배되므로 점토 많을수록 PAC 크다.     ② 인산포화도 : 인산포화도 낮은 토양이 방출이 늦다.     ③ 토성 : 세립질의 PAC가 높다.     ④ 확산속도 : 인산농도가 높으면 빠르다.

토양인산의 행동 5) 인산질 비료의 비효증진 가) 토양의 인산고정력을 감소시킨다. : pH중성, OM 증대    나) 시용인산과 토양의 접촉면을 적게한다. : 퇴비혼합, 골뿌림    다) 시비위치에 주의 : 이동성이 적어 뿌리근처에 시용    라) 시비시기에 유의 : 시기 지나면 용해도 낮으므로 생육초기에 살포        → 기비사용(초기-비료의존, 후기~토양인산의존)    마) 인산지질비료 선택에 주의 : 고정력 큰 토양은 구용성, 분상보다 입상선택    바) 인산질비료의 시용량에 주의 : 저온지역은 일반보다 2-3배 중시    사) 토양을 담수처리 한다. : 담수는 인산의 용해도 증가

토양칼륨의 행동 1) 토양칼륨의 형태 2) 칼륨의 고정 3) 칼륨의 분류    가) 수용성 칼륨 : 용액중 K 농도는 매우 낮다. 급원은 시용 K 나 관개수중 K    나) 치환성 칼륨 : 작물이용성이 가장 높다. 점토질에 많이 있다.    다) 비치환성 칼륨 : 대부분의 형태이다. 이용불가능하며 illite, 운모, 장석에 있다. 2) 칼륨의 고정    가) 규산 4면체에서 NH4+와  함께 고정    나) 시비 K 는 몬모릴로나이트나 버미큘라이트가 고정력이 크다.(산성토는 적다.)    다) K고정은 유실방지 효과가 있다. 3) 칼륨의 분류    가) 속효성 칼륨 : 치환성 K가 먼저 이용되고 점토광물 K 가 나온다.    나) 지효성 칼륨 : 2:1내부격자의 K 이다. 석효성이 감소되면 유효태로 되어 나온다.    다) 비유효성 칼륨     ① 광물의 구성원소로 용매(탄산, 유기산)에 의해 유효화,     ② 풍화작용으로 용출, 양이 많아 중요

토양칼륨의 행동 4) 식물의 칼륨유효도에 영향주는 요인 5) 칼륨의 시비관리    가) 치환성 칼륨의 수준 : 풍화도가 높은 토양인 경우에는 중요하다.    나) 토양용액 중 수용성 칼륨의 함량     ① 사질, 유기질로의 K 흡수는 용액 K에 의존하며 유실이 문제     ② K흡착량이 낮은 kaolinite는 용액 K가 많다.    다) 비치환성 칼륨의 K 방출량     ① 건토효과 : 치환성 K가 낮으면 비치환성 K가 전환된다.  → 방출량 지배     ② 토성의 영향 : 식질토의 전환량이 사질보다 크다.     ③ 토양의 통기 : O 부족하면 뿌리호흡저하로 K흡수 감소     ④ 작물특성 : 두과 약하고 화본과는 강하다.    라) 칼륨흡수에 미치는 공존이온의 영향 : Ca, Mg, Na와 길항작용으로 흡수저해 5) 칼륨의 시비관리    가) 칼륨의 용탈방지 위한 시비     ① 석회시용 : K는 이동성 큰 수용성이므로 Ca와 흡착시켜 용탈방지     ② 전층시비 : CEC 낮거나 사질토는 전층시비로 토양과 반응면적 확대     ③ 비종선택 : KCl>K2SO4>K3PO4순으로 용탈이 크다.    나) 토양별 K 비효증진 방안     ① 중점토(고정많음), 습답, 노후답, 간척답(흡수저해), 사질탑(용탈)

논·밭 토양관리

밭토양 특성 밭토양 유형별 분포면적 강우에 의해 양분의 유실이 쉬워 지력유기가 곤란(시비 의존도가 큼) 모재가 산성이고, 염기 용탈이 심하여 산성토양이 되기 쉽다. 유기물이 적으며, 인산비옥도가 낮다. - 산화상태로 유기물의 분해가 빠름 - pH 저하에 따른 활성철과 알루미늄 증가로 인산 고정 원예 및 특수작물 재배지 증가 – 일부 성분 과잉 집적 - P과잉 - Zn결핍, K과잉-Mg결핍 저위 생산지와 세립질, 역질 토양이 많다. 밭토양 유형별 분포면적 구분 계 보통밭 사질밭 미숙밭 중점 화산회 고원밭 면적(천ha) 비율(%) 719 (100) 298 (41.4) 163 (22.7) 122 (17.0) 101 (14.1) 28 (3.9) 7 (0.9)

미숙밭 중점밭 개간 연대가 짧아 숙전화 되지 못한 밭 - 경사지(구릉지, 산록지, 곡간지 등)에 위치 토양유실 심하고, 잔적토로서 산성이며 척박함  토양구조의 발달이 미흡 유기물 함량, 인산함량이 낮음-시비의존도가 큼(유기물, 석회, 인산) 중점밭 점토함량이 많다. – 양수분 보유력(大) – 투수력이 낮음 - 관개량 과다시 일시적 습해 우려 - 경사지(구릉지, 산록지, 곡간지 등)에 위치 경반층, 인산흡착량이 많아 인산비료 증시

고원 밭 화산회 밭 표고가 높음 – 기온 저하 – 유기물 집적 – 흑색 또는 암갈색 표고가 높음 – 기온 저하 – 유기물 집적 – 흑색 또는 암갈색 유기물 함량, 인산함량이 낮음-시비의존도가 큼(유기물, 석회, 인산) 화산회 밭 allophane, 토양이 검고, 유기물함량이 높다. 인산고정력이 커 유효인산함량이 낮다. CEC는 높으나 염기의 결합력이 약하여 쉽게 용탈 배수는 양호하나 한발의 피해를 받기 쉽다.

밭토양 개량 구 분 심경 객토 배수 유기물 석회 인산 비 고 보통밭 ○ 심경시 석회시용, 인산 증시 중점밭 심토파쇄, 지하배수 구  분 심경 객토 배수 유기물 석회 인산 비  고 보통밭 ○    심경시 석회시용,  인산 증시  중점밭 심토파쇄, 지하배수  암거설치, 석회  사질밭  객토  미숙밭  유기물, 인산증시 화산회밭  인산비료는 퇴비와  혼용  시설재배지 pH, EC검정, 윤작

논토양 특성 논토양 유형별 분포면적 건답 구 분 계 보통 사질 미숙 습논 염해 특이 산성 면적(천ha) 비율(%) 1,126 (100) 374 (33.1) 350 (31.1) 250 (22.2) 99 (8.9) 51 (4.5) 2 (0.2) 건답 담수 : 작토층은 환원-심토층은 산화 상태 유지 환원 : Fe2+나 Mn2+가 하층으로 용탈-불용화되어 침전(산화, 적갈색) → 집적층, 논 podsol → 특수성분 결핍토양 우리나라의 논은 배수가 양호한 사력질 논과 새로 개간한 논을 제외하 고는 대부분 podsol화 작용을 받음 → 심경, 양분 보충

논토양 특성 습논 지하수위가 높은 곳, 저지대 – 배수불량한 논 지하수위가 높은 곳, 저지대 – 배수불량한 논 연중 담수(환원) : Fe2+나 Mn2+이 토층에 집적, 암회색 grei층 형성, 산소부족으로 유기산, 황화 수소 생성(혐기적 분해) – 벼 생육 저해 - 초기생육 왕성 – 양분흡수 저해 – 후기 생육 부진 유기산이나 황화수소 및 염류농도가 높을 때 양분 흡수 저해 순서 - H2O > K > P > Si > NH4 > Ca > Mg

사질 논 모래와 자갈이 많은 논으로 물 빠짐이 심함 - 투수 심 → 수온, 지온 저하 → 냉해우려  - 투수 심 → 수온, 지온 저하 → 냉해우려  - 누수 심 → 한해 우려, 점토함량 18%미만, 하천별 분포 양분보유력이 약하고, 양분용탈에 따라 토양이 척박 배수가 양호한 사질논 : 유기물 증시 배수가 불량한 사질논 : 볏짚시용-유해물질 생성량 증가 사질논의 추락현상  - 완충력 적음 → 환원 → 유해물질 농도 증가  - 비료시용 → 반응신속 → 초기생육 왕성 → 생육후기 양분부족 → 추락현상 발생

미숙논 중점토논, 미사와 점토가 많은 논 새로 만들어 이용기간이 짧은 논 → 유기물함량이 적음,  새로 만들어 이용기간이 짧은 논 → 유기물함량이 적음, 담수 상태에서도 토양중 양분의 유효화가 적음  야산 논으로 만들어진 경우와 경지정리 과정에서 높은 논의 갈이 흙이 깎여진 경우에 미숙논이 많음  토양구조 발달 불량 : 입단형성 불량, 경도가 높음  경반층 형성 : 배수 불량  벼 뿌리 신장 장해, 경운이 곤란  

염해논 바닷물의 영향 → 다량의 염분 → 벼 생육 장해 모재 → 육지의 퇴적물 → 비옥하지만 염류가 많음  바닷물의 영향 → 다량의 염분 → 벼 생육 장해  모재 → 육지의 퇴적물 → 비옥하지만 염류가 많음 벼 생육 저해 염농도 : NaCl 0.3% 이상  황화물 산화로 황산발생 : 강산성 토양  지하수위 높아서 환원 심함 : H2S 발생 미사 및 Na 과다 : 투수성, 통기성 불량  환원이 심하고, 황화수소의 발생과 아연결핍 우려

염해논 - 개량 제염 : 염분, 황산 제거하고 이상환원 발달방지 석회시용 : 산성중화, Ca 교질형성 → 투수속도 증가  제염 : 염분, 황산 제거하고 이상환원 발달방지  석회시용 : 산성중화, Ca 교질형성 → 투수속도 증가  석고 및 생고시용   - CaSO4․2H2O 효과 : pH, Ca 교질형성 (Na2SO4로 배출) - 생고 : 유기산이 제염을 촉진 그러나 석고시용은 배수불량지에서 특이산성 토양 생성 우려 ○ 내염재배   - 내염성 강한 품종선택, 조기재배, 휴립재배   - 논물 말리지 않고 자주 환수   - 석고 및 무황산근 비료 시용   - 아연물질을 10a 당 3kg 정도 시용

염해논 - 개량 ○ 제염방법 담수법 (환수제염 10일), 명거법, 여과법(암거로 염분여과 및 토양통기)  담수법 (환수제염 10일), 명거법, 여과법(암거로 염분여과 및 토양통기)  민물제염시 유의사항: 유리염 감소로 Zeta전위 커져 교질분산으로 투수감소 → 고농도 함염수에서 점차 염농도가 낮은 물로 제염 근본적으로 암거배수,부초로 피복하여 염분상승방지  간척초기 산도가 높은 염해논 : 석회 대신 석고를 시용 → 토양산도를 높이지 않으면서 교질 입자의 전위를 낮출 수 있음  

특이산성논 낙동강하구 배수 불량한 토양과 새로 경지정리를 한 퇴화염토지에서 황의 산화로 황산이 생겨 토양의 pH가 3.5이하 저하 가) 특  성 ○ 배수불량 : 건조시키기 어렵고 건조되면 강한 산성을 나타냄  ○ 유기물 표층집적 : 미생물 활동 억제로 유기물 분해가 어려움 ○ 산성이 강함 : 활성 Al이 많음  ○ 환원이 심함 : 환원유해물질 생성으로 양분흡수량 감소 나) 관리방법  ○ 근본적으로 토양내의 황 제거  ○ 석회물질 다량시응 : 석고보다 소석회 시용이 유리  ○ K비료 표층(산화층)시용 : 뿌리산화력 증대

알칼리 토양 가) 알칼리 토양 생성 ○ 고온건조 지방 : 수분 상층 이동으로 표층토 염분집적    - 염류토양 : 탄산석회 집적(백토)    - 알칼리토양 : Na염 집적(흑토)   ○ 우리나라 : 간척지 토양의 불충분한 제염, 바닷물 침입 토양 나) 관리방법   ○ 가을부터 이듬해 봄까지 계속 담수 : 당년 수확 가능    ○ 토층내부의 배수촉진이 중요 : 석회물질 시용으로 zeta 전위를 낮춤    ○ 질소 및 칼리비료 분시 : Na, Mg 때문에 NH4, K의 흡착되지 못하고 용탈로 인해 흡수저해    ○ 석고시용 : 배수불량지의 황산산성토양 생성우려

노후화 논 가) 노후화답의 생성 ○ 작토층의 무기성분이 용탈되어 결핍된 논토양 ○ 토양모재 : Fe, Mg는 적고 규산이 많은 산성암(화강암) → 토양투수가 잘되는 토양으로 podzol화 조건과 같음 나) 용탈집적과 추락현상   ○ 논토양의 토층분화 : 담수로 환원되면 Fe+3 → Fe+2, Mn+4 → Mn+2로 용해도가 증가하여 물따라 하층이동   ○ 무기성분의 용탈과 집적 : 이때 K, Ca, Mg, Si, P, 점토도 용탈되어 심토의 산화층에 집적   ○ 노후화 현상    - 배수양호 한 논 : 작토층은 환원되지만 심토층은 산화상태    - 환원으로 가용화 된 Fe+2, Mn+2 등이 물의 하강이동에 의해 산화상태인 하층에 운반 침전되어 적갈색의 집적층이 생기는 것 (podzol화와 비슷하며 나중에는 노후화답이 됨)

노후화 논 다) 노후답 벼의 추락현상 ○ 추락현상 벼의 영양생장기에는 정상 생육, 생식생장기에 하엽부터 말라 들고 깨씨 무늬병 등 만연하여 추해지고 수량이 적어지는 현상    - 원인: 고온기에 유기물 분해로 H2S가 발생하여 벼 뿌리 상해로 양분흡수 저해 (즉 벼 생육후기 양분결핍 때문에 발생) ※ 그러나 철이 많으면 뿌리의 산화철 피막, FeS로 침전되어 해가 없다.   - 발생토양 : 누수가 심하여 양분보유력이 적은 사력질답, 유기물이 과다한 습답

노후화 논 라) 노후답 토양의 관리 ○ 개량대책 - 객토 : 점토와 Fe, Si. Mg, Mn 등 보급효과 (산적토, 해니토)    ○ 개량대책     - 객토 : 점토와 Fe, Si. Mg, Mn 등 보급효과 (산적토, 해니토)     - 심경 : 침전된 철분 재사용 (누수 심한 논은 추락 조장 우려)     - 함철자재 시용 : 퇴비철, 비철토     - 규산질비료 시용 : 규산석회, 규회석은 Fe, Mn, Mg도 함유    ○ 재배대책     - 저항성 품종재배 : H2S 저항성 품종, 조중생종 > 만생종     - 조기재배 : 수확이 빠르면 추락이 덜함     - 시비법 개선 : 무황산근 비료시용, 추비중점 시비, 엽면시비     - 재배법 개선 : 직파재배(관개시기 늦출 수 있음), 휴립재배(심층시 비효과, 통기 조장), 답전윤환(지력증진)

특수 성분 결핍 토양 가) 유효규산 함량 ○ 벼가 흡수하는 성분 중 가장 많음 - 질소의 11배, 인산의 30배, 가리의 7배 ○ 규산 부족 : 병충해 저항성 감소, 수광 태세 불량으로 등숙율 저하 ○ 논토양의 94%가 130 mg kg-1 미만으로 부족상태  ○ 벼재배 기간 중 온도가 낮을 때 효과 큼, 냉수피해나 냉해 받기 쉬운 품종에서 효과증대 ○ 질소다비 또는 유기물 많으면 규산시용량도 증가   

특수 성분 결핍 토양 나) 아연함량 ○ 아연부족의 생리 : 북새병 (모내기 후 3-4주에 나타났다가 없어짐 )   ○ 아연부족의 생리 : 북새병 (모내기 후 3-4주에 나타났다가 없어짐 )    ○ 아연의 유효도 : 아연의 총 함량보다 유효도의 증대가 문제     - 토양조건 → pH, Eh, 유기물 함량     - 환경인자 → 토양온도, 관개수의 온도    ○ 아연부족증 : 수용성 아연은 토양환원, 높은 pH, 유기물이 많을 때 적어짐, 염해지, 석회질 토양, 유기질 토양, 습답에서 발생 - 화학비료 시용량이 많고, 석회, 규산 시용량 증가    ○ 아연시용량     - 지나치게 높으면 작물에 피해 2ppm 조절량의 10배인 3kg /10a 정도 시용( 토양에 의한 고정작용, 유효도 감소 때문)     - 이동이 잘 안되므로 비효는 수년간 지속

논과 밭토양 비교 구 분 논 밭 ◦ 재배조건 ∙ 수자원 ∙ 산소 담수 관개시설 잘됨 적음 건조 자연강우 의존 많음 구  분 논 밭  ◦ 재배조건   ∙ 수자원   ∙ 산소  담수  관개시설 잘됨  적음  건조  자연강우 의존  많음  ◦토양이화학성 변화   ∙ pH   ∙ Eh   ∙ 유해물질 생성    상승(중성)  환원상태  H2S, Fe+2, 유기산  산성  산화상태  Al  ◦ 양분조건   ∙ 유기물 분해   ∙ 지력질소   ∙ 인산   ∙ 염기   ∙ 미량원소 느림 건토효과 큼 환원으로 유효화 관개수 공급 빠름 적음 고정으로 유효도 감소 용탈감소  ◦ 작물생산  지력의존 크다  비료의존 크다

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