제7장. 토양의 화학적 성질 농업연구사 강성수 농촌진흥청 국립농업과학원 토양비료관리과 2011년 농수산대학 채소학과 제7장. 토양의 화학적 성질 농업연구사 강성수 농촌진흥청 국립농업과학원 토양비료관리과 031-290-0333, sskang33@korea.kr

차 례 1. 점토광물 2. 토양콜로이드의 전하 3. 양이온 교환 4. 음이온교환과 음이온교환용량 5. 토양반응   1. 점토광물   2. 토양콜로이드의 전하   3. 양이온 교환   4. 음이온교환과 음이온교환용량   5. 토양반응   6. 토양의 산화환원반응 관개, 침식, 염류화 비료와 농약사용 토지이용 토양피복

1. 점토광물 1차 광물 (조암광물) 1차 광물 : 암장이 냉각되어 생성된 광물(대형, 무수물)-조암광물 무색광물, 유색광물(철고토광물, 흑색- 갈색), 규산염광물 주요 1차광물의 화학적 조성 (6대 조암광물) 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 ○ 자연에서 지각을 구성하는 원소는 90 여종에 이르지만, 무게로 보면, 98% 이상이 산소(O), 규소(Si), 알루미늄(Al), 철(Fe) 등 8개 원소로 되어 있다.

1. 점토광물 석 영 : 주요 1차광물 1. 규산염광물 석영, 백운모, 흑운모, 감람석, 각섬석, 휘석, 정장석, 조장석, 회장석, 사장석 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

1. 점토광물 장석류 : kaoline의 주요 모재, 조암광물 중 60% 운모류 : 각섬석과 휘석 : 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

1. 점토광물 2차 광물 (점토광물) 암석이나 모재가 풍화되는 가정에서 원광물이 변성되거나, 가용성 성분으로 녹았다가 다시 재결합에 의해 생성된 새로운 광물 (2차 광물) -환경조건에 따라 결정됨 - 온난 습윤한 기후, 염기용탈 : kaolinite - 다량의 Mg 존재하의 염기용탈 : montmorillonite 미세하고 함수성임. 지각의 성분 중 산소와 규소가 75% 규산염 점토광물이 많음. 대부분 규산판과 알루미늄판이 결합되어 판상의 결정구조를 이룸. 큰 표면적과 표면에 전하를 가진 아주 작은 입자. 교질(colloid) 특성을 가짐. (토양교질물 : 부식인 유기교질물과 점토광물이 주를 이룸)

토양 무기물 점토광물의 종류 1 : 1형 광물 : kaolinite, halloysite, hydrated halloysite 2 : 1형 광물     ‧ 비팽창형 : illite     ‧ 팽창형 : vermiculite, montmorillonite, beidellite, saporonite, nontronite  3) 혼층형광물     ‧ 규칙혼층형 : chlorite     ‧ 불규칙혼층형 4) 쇄상형광물 : attapulgite 5) 산화광물     ‧ 산화알루미늄 : gibbsite(Al2O3․3H2O)     ‧ 산화철 : hematite(Fe2O3, 적철광), limonite(Fe2O3․7H2O),                   goethite(Fe2O3․H2O, 침철광)     ‧ 산화망간 : pyrolusite(MnO2)     ‧ 무정형광물 : allophane(SiO2, (Al2O3)m(H2O)n)

토양 무기물 규산 4 면체 규산4면체 : 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

토양 무기물 알루미늄 8 면체 알루미늄 8면체 알루미늄 8면체의 배열 중심 양이온(Al3+, Fe2+, Mg2+)에 6개의 산소나 수산기이온(OH-)이 결합하여 8개 면 형성. 알루미늄의 산화수가 3가(Al3+)이므로 8면체를 이룸.   ○ 알루미늄8면체 : 알루미늄8면체가 판상으로 배열. 규산염광물 구성의 단위구조     - 내부에 공극이 없어 양분의 고정이 없다. 알루미늄 8면체 알루미늄 8면체의 배열

토양 무기물 1:1 및 2:1격자형 광물 1:1격자형 : 규산판 1 + 알루미늄판 1개 결합 2:1격자형 : 규산판 1 + 알루미늄판 1개 + 규산판 1개 결합 1:1 격자형 Kaolinite 비팽창형 2:1 격자형 Montmorillonite 팽창형

토양 무기물 팽창 및 비팽창 격자형 광물 팽창격자형 : 결정단위 사이로 수분이 이동 (수축, 팽창, (montmorillonite, vermiculite) 수분 중에 용존하는 K+나 NH4+가 규산판 육각형 공극에 고정 건조상태와 습윤상태를 반복하면 더욱 심하게 일어남. 건조할 때 습윤할 때

토양 무기물 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 Illite 2:1형, 비팽창형 점토광물 Chlorite 혼층형 점토광물

토양 무기물 점토광물의 종류 kaoline계 : kaolinite, halloysite, metahalloysite 1:1 격자형, 표면에 OH-기가 노출되어 인산이 고정됨. 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 염기물질이 신속히 용탈될 때 생성 (podzol토양의 주요 점토광물)  CEC는 3-15cmolc/kg, 비표면적은 10-80 m2 g-1으로 흡착력이 적으며(표면활성 낮음) 도자기의 원료(고령토) 우리나라의 점토광물의 대부분 차지 카올리나이트 [Al2Si2O5(OH)4]

토양 무기물 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 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

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

토양 무기물 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 토양개량제 / 상토의 원료로 사용 칼륨 고정능력이 가장 크다. allophane Zeolite추가 일정한 형태가 없는 부정형 점토광물, 화산회토양의 주요 점토광물 (제주도) 부식을 흡착하는 힘이 강하며, 인산 고정력이 크다. 음전하의 발생은 주로 pH의존 전하이다. CEC=150 cmolc/kg 비표면적: 100-800 m2/g

토양 무기물 철 알루미늄의 산화-수산화 광물 고온다습한 열대나 아열대지역에서는 광물의 풍화속도가 매우 빠르고 용탈이 심하게 일어남. 이러한 기후조건에서는 Polynov 제3상인 규산(SiO2)까지 거의 용탈되고, 용해도가 가장 낮은 제4상인 Fe2O3나 Al2O3 및 이들의 수산화물인 Fe(OH)3나 Al(OH)3 등이 토양에 남게 됨. 동형치환이 일어나지 않기 때문에 이들이 갖는 음전하는 pH에 따라서 변하며 낮은 pH에서는 오히려 양전하를 띠기도 함. Gibbsite : 대표적인 광물, Oxisol 토양의 대표적인 토양점토광물 Geothite, Hematite Zeolite추가

토양 무기물 비표면적 1g당 입자수 (m2/g) 토양 무기입자 크기별 특성 (Foth등, 1980) 미농무성법(USDA) 국제토양학회법 1g당 입자수 비표면적 (m2/g) 명칭  직경(mm) 직경(mm)  자갈           (gravel)   > 2.00 자갈 -  매우 굵은 모래 (very coarse sand) 극조사 2.0～1.0 조사 90  0.11  굵은 모래 (coarse sand) 1.0～0.5 2.0-0.2 722 0.23  중간 모래    (medium sand) 중사 0.5～0.25 5,777 0.45  가는 모래 (fine sand) 세사 0.25～0.1 0.2-0.02 46,213 0.91  매우 가는 모래 (very fine sand) 극세사 0.1～0.05 722,074 2.27  미사           (silt) 미사 0.05～0.002 0.02-0.002 5,776,674 4.54  점토           (clay) 점토 0.002이하 90,260,853,860 113.43 100cm2=1m2

2. 토양유기물 식물체의 구성 성분

토양 유기물 Humus(부식) 유기물이 상당기간 분해되어 유기성분만이 남아서 생긴 것 (C/N율 10 내외) 토양 부식은 매우 복잡한 물질이다. 식물체는 광합성 산물인 탄소와 수소, 그리고 산소를 주성분으로 한 탄수화물과 단백질, 지질을 비롯한 유기물로 구성되어 있는 데, 이들 대부분은 토양 미생물에 의해 분해되고, 분해되기 어려운 물질이 남는다. 남은 물질들이 오랜 시간이 지나면서 토양 내에서 더 분해되고, 재결합이 일어나 아주 복잡한 물질이 되어 토양 콜로이드로 변한 것이 안정한 토양 부식이다. 부식은 토양 유기물의 60-80%를 차지하며, 분자량은 평균 300,000 g mol-1으로 대단히 크며, 작은 것은 2,000 g mol-1에서 큰 것은 백만 g mol-1에 이르는 수도 있다. 부식의 구조는 자세히 알려져 있지 않지만, 리그닌과 단백질이 결합한 복합 물질이므로 리그노-단백질 복합물(ligno-protein complex)라 한다. 부식은 여러 가지 용매에 대한 용해성에 따라 구분된다. 흔히 사용되는 계통적 분별 방법은 다음과 같다. 먼저 토양의 부식을 물은 알칼리 용액으로 추출하여, 가용성 분획과 불용성 분획으로 나뉜다. 불용성 분획을 휴민(humin)이라 한다. 가용성 분획을 산으로 처리하면, 응고물인 부식산(humic acid)와 가용부인 플브산(fulvic acid)으로 나뉜다. 부식산 응고물을 다시 에탄올로 추출하면, 가용부인 히마토멜란산(hymatomelanic acid)와 불용부로 나뉜다. 불용부를 알칼리성 NaCl 용액으로 추출하면 가용성인 갈색 부식산과 회색 부식산으로 나뉜다.   부식산은 물에 난용성이며, 토야 중에서 칼슘, 마그네슘 및 알루미늄과 같은 양이온과 난용성염을 형성하며, 나트륨과 1가 이온과는 가용성 염을 형성한다. 알칼리 용액에 비교적 용해가 쉬운 이유는 토양의 유기 물질과 무기 광물 입자간의 결합을 파괴하여 부식산을 가용성 염의 형태로 바꾸기 때문이다.   토양 유기물 Humus(부식)  유기물이 상당기간 분해되어 유기성분만이 남아서 생긴 것 (C/N율 10 내외)  부식에는 단백질, 리그닌, 다당류 성분들이 약 30% 함유  우론산의 다당류: 토양입단을 접착시키는 역할  C 50%, N 5%함유, 소량의 SO42-, H2PO4- 및 각종 미량원소 함유  CEC가 100-300 meq/100g로 점토교질에 비해 수배나 큼   (특히 토양의 주 점토광물인 kaolinite에 비하여 약 20배나 큼) 예) 점토(CEC 10)가 97%, 부식(CEC 200)이 3%인 토양에서 점토, 부식에서 유래된 CEC와 토양의 CEC는? 풀이) 점토의 CEC : 10 cmolc/kg x 0.97kg = 9.7 cmolc 부식의 CEC : 200 cmolc/kg x 0.03kg = 6.0 cmolc 토양의 CEC : (9.7+6.0) cmolc/kg = 15.7 cmolc/kg 전체 CEC중에서 점토는 62%, 부식은 32% 차지 예제) 점토(CEC 10)가 95%, 부식(CEC 200)이 5%인 토양에서 점토, 부식에서 유래된 CEC와 토양의 CEC는? 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

토양유기물 부식과 점토와의 복합체 형성 부식의 특성 토양 부식은 매우 복잡한 물질이다. 식물체는 광합성 산물인 탄소와 수소, 그리고 산소를 주성분으로 한 탄수화물과 단백질, 지질을 비롯한 유기물로 구성되어 있는 데, 이들 대부분은 토양 미생물에 의해 분해되고, 분해되기 어려운 물질이 남는다. 남은 물질들이 오랜 시간이 지나면서 토양 내에서 더 분해되고, 재결합이 일어나 아주 복잡한 물질이 되어 토양 콜로이드로 변한 것이 안정한 토양 부식이다. 부식은 토양 유기물의 60-80%를 차지하며, 분자량은 평균 300,000 g mol-1으로 대단히 크며, 작은 것은 2,000 g mol-1에서 큰 것은 백만 g mol-1에 이르는 수도 있다. 부식의 구조는 자세히 알려져 있지 않지만, 리그닌과 단백질이 결합한 복합 물질이므로 리그노-단백질 복합물(ligno-protein complex)라 한다. 부식은 여러 가지 용매에 대한 용해성에 따라 구분된다. 흔히 사용되는 계통적 분별 방법은 다음과 같다. 먼저 토양의 부식을 물은 알칼리 용액으로 추출하여, 가용성 분획과 불용성 분획으로 나뉜다. 불용성 분획을 휴민(humin)이라 한다. 가용성 분획을 산으로 처리하면, 응고물인 부식산(humic acid)와 가용부인 플브산(fulvic acid)으로 나뉜다. 부식산 응고물을 다시 에탄올로 추출하면, 가용부인 히마토멜란산(hymatomelanic acid)와 불용부로 나뉜다. 불용부를 알칼리성 NaCl 용액으로 추출하면 가용성인 갈색 부식산과 회색 부식산으로 나뉜다.   부식산은 물에 난용성이며, 토야 중에서 칼슘, 마그네슘 및 알루미늄과 같은 양이온과 난용성염을 형성하며, 나트륨과 1가 이온과는 가용성 염을 형성한다. 알칼리 용액에 비교적 용해가 쉬운 이유는 토양의 유기 물질과 무기 광물 입자간의 결합을 파괴하여 부식산을 가용성 염의 형태로 바꾸기 때문이다.   토양유기물 부식과 점토와의 복합체 형성 부식이 점토입자에 두텁게 포위하고 있어 부식-점토복합체로서 존재 토양 중에서 부식-점토 복합체의 중요성    → 유기물과 광물입자와의 결합에 의하여 안정한 입단구조를 만든다는 것과       복합체를 이루고 있는 유기물은 미생물에 의한 분해저항성이 더 높아져서 내구성이 커짐 부식의 특성  부식의 큰 분자들은 국수발과 같이 서로 엉켜서 불규칙한 둥근 덩어리와 같은 모습  노출된 표면과 옆으로 삐져 있는 짧은 사슬에는 음전하를 띤 작용기(functional group)들이 붙어 있어 이 자리가 양이온치환 부위가 됨. → humin, humic acid, fulvic acid, 당아민, 핵산, 인지질, 비타민, 황지질과 다당류 등 → 다당류는 토양입단의 접착제로 작용 14판의 사진 추가

토양유기물 토양 부식의 구분 부식은 여러 가지 용매에 대한 용해성에 따라 구분

토양유기물 토양 유기물의 잇점 ① 유기물은 양분을 공급한다. 시비를 하지 않은 토양에서 질소 공급의 90에서 95%를 차지한다.  ② 토양 중 부식이 알맞은 만큼 있을 때(약 2% 또는 그 이상), 유기물은 유효 인산과 황을 공급하는 주요 공급원이다.  ③ 토양 유기물은 미생물의 작용을 통하여 직접 또는 간접적으로 토양 입단 형성에 기여. 특히 미생물 분해에 의한 폴리사카라이드는 입단 형성에 큰 도움을 준다.  ④ 유기물은 완충 능력이 크다. 유기물이 전체 양이온 교환용량의 30에서 70%를 기여한다. 부식의 비표면적이 매우 크므로, 양이온 교환 자리수가 많고, 양분저장능력이 크다. 또한 산성, 알칼리성, 염류, 농약, 중금속(납, 카드뮴 등) 등을 흡착할 수 있는 능력이 커, 이들에 의한 작물의 해를 줄일 수 있다. 오염 물질의 흡착은 이들에 오염된 물을 정화하는 데 큰 도움이 된다.  ⑤ 유기물은 수분보유능력이 커서, 특히 사질토에서 유효 수분의 공급력을 크게 하며, 세립질 토양에서 통기와 투수성을 좋게 한다. 이는 토양 유기물에 의해 형성되는 입단의 대공극 증가 효과이다.

토양유기물 토양 유기물의 잇점 ⑥ 유기물은 착화합물로 작용한다.  ⑥ 유기물은 착화합물로 작용한다. 유기물 리간드는 철, 아연, 구리, 망간 등 다가 금속들과 금속-리간드 즉, 착화합물로 결합하여 고리를 형성한다. 수용성 착화합물 형성은 미량 금속 원소의 이동성을 높여 식물 유효도와 토양 내 이동성을 높인다.  ⑦ 유기물은 질소 고정과 질소 순환에 기여하는 미생물 활동을 위한 탄소원이다.  ⑧ 볏짚 등 거친 유기물이 멀칭 재료로 지면에 투여되었을 때, 토양 유실을 방지하며, 토양에 그늘을 지게 하여 불필요한 수분 소모를 막아주며, 더운 날에는 서늘하게, 추운 날에는 한기로부터 토양을 보호한다.  ⑨ 유기물의 적절한 관리로 토양의 경화를 방지하고, 온도와 습도를 조절하는 기능을 한다.  ⑩ 유기물은 토양 생물의 여러 가지 생장 조절 물질의 공급원이다.

토양유기물 토양의 탄소와 질소의 균형 유기물의 유기 탄소와 전질소의 함량과 CN비(Miller와 gardner, 2001) 유기 탄소 (%) 전 질소 (%) CN비 작물 잔재물     클로버 40 2 20     블루그라스 1.3 30     옥수수대 1     볏짚 42 0.6 70     곡류 짚 0.5 80     톱밥 50 0.1 500 미생물     박테리아 10 6     사상균 8.5     곰팡이 5 12 토양 부식 4.5 -유기질비료 : 보증은 않으나 C/N율 낮음. 3요소 성분보증(5-20%) 유기물함량 보통 60-80%이나 보증 않음. -부산물비료(퇴비) : 성분보증 않음. 유기물 함량보증(25-30%) CN율 높음-OM/N비율로 가축분퇴비 40이하, 퇴비 50이하

토양유기물 토양의 탄소와 질소의 균형 종류 수분 질소 인산 가리 칼슘 마그네슘 탄소 단백태질소 C/N율 채종박 12.6 유기질 비료 원료별 함유성분 및 특성 (흙살림: 친환경농업의 이론과 실제) (단위: %) 종류 수분 질소 인산 가리 칼슘 마그네슘 탄소 단백태질소 C/N율 채종박 12.6 5.03 2.61 1.42 0.90 0.34 28.2 4.35 5.6 대두박 7.4 6.95 1.49 2.46 0.44 0.15 32.7 6.88 4.7 면실박  9.2 6.25 2.95 1.94 0.30 0.36 38.5 5.96 4.5 피마자박  10.8 6.05 2.50 1.28 0.53 27.7 4.77  미강유박 11.8 2.40 5.82 2.04 0.08 0.74 36.2 15.0 -유기질비료 : 보증은 않으나 C/N율 낮음. 3요소 성분보증(5-20%) 유기물함량 보통 60-80%이나 보증 않음. -부산물비료(퇴비) : 성분보증 않음. 유기물 함량보증(25-30%) CN율 높음-OM/N비율로 가축분퇴비 40이하, 퇴비 50이하

토양유기물 토양의 탄소와 질소의 균형 유기물의 탄질비와 질소 유효도 유기태 질소(N) 무기화(mineralization) NH4 고정화(immobilization) 유기물의 탄질비와 질소 유효도 낮은 C/N율(<20:1) - 무기화 작용 (nitrification) 중간 C/N율(<20~30:1) - 작용하지 않음(simultaneous) 높은 C/N율(>30:1) - 고정화 작용(immobilization) : 일시적인 질소기아현상 발생

토양유기물 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+이해리 되어 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, 완충작용 등 물리 화학 반응을 결정하므로 작물생육과 밀접한 관계가 있음. 토양 콜로이드의 양이온교환용량(CEC)

유기 콜로이드의 전하 부식은 비결정질의 콜로이드 물질 부식의 전하 : pH의존적인 가변전하 카르복실기(R-COOH), 페놀성 OH기, 알콜성 OH기 등 - 부식교질이 가지는 음전하의 약 55%는 카르복실기의 H+의 해리에 의한 것으로 알려짐. - 부식의 등전점은 pH 3 정도. - pH가 높아질수록 H+ 이온의 해리가 많아지므로 음전하의 양이 증가 비표면적 : 800-900 m2/g, 분자량 : 10,000-100,000 g/mol 양이온교환용량 : 150-300 cmolc/kg 부식의 여러 가지 전하생성 기능 그룹

점토광물 음전하의 생성 1. 영구전하 1. 규산4면체와 알루미늄8면체에서 일어나는 동형치환에 의해 생성 동형치환 2. 광물결정의 변두리에 존재하는 결합에 관여하지 않는 여분의 음전하 때문에 생성 동형치환 형태의 변화 없이, 규산4면체나 알루미늄8면체의 격자 내 중심원자가 크기가 비슷하고 산화가가 다른 원자로 치환되는 현상. * 치환이 일어나면 광물의 결정에 양전하가 부족하게 되며 O 또는 OH의 음전하가 중화되지 못하고 남게 되므로 광물은 순 음전하를 가지게 됨. 예) 산화가 4인 Si4+ 원자의 자리에 산화가 3인 Al3+ 원자가 치환, 알루미늄 원자(Al3+) 자리에 산화가가 2인 Fe2+나 Mg2+ 원자가 치환 - 층상 광물들의 결정화단계, 즉 광물 들이 생성되는 과정에서 이루어지고 pH 등 토양환경이 달라져도 그대로 유지되는 전하이므로 영구전하라 함. 2:1형 광물과 혼층형 광물에서 많이 일어나기 때문에 이들 광물은 많은 영구전하를 가짐. 1:1형 광물에서는 동형치환이 거의 일어나지 않기 때문에 아주 적은 영구전하를 가짐.

점토광물 음전하의 생성 점토광물들은 양전하와 음전하를 동시에 가질 수 있음. 토양의 순전하량(net charge): 양전하와 음전하의 합. 점토광물이나 유기물은 양전하에 비하여 음전하를 절대적으로 많이 가지므로 토양은 순 음전하(net negative charge)를 띔. 점토광물의 음전하는 양이온교환현상이나 흡착현상에 기여한다. 영구전하 : 토양 pH의 영향을 전혀 받지 않는 전하 가변전하 (일시적 전하): 토양의 pH에 따라 변화

점토광물 음전하의 생성 2. 가변전하(일시적 전하) 변두리전하 (edge charge) pH가 낮은 조건에서는 양전하가 생성되고, pH가 높은 조건에서는 과량의 음전하가 생성. pH의존전하 = 가변전하 = 일시적 전하. 변두리전하 (edge charge) 층상의 광물결정이 무한정 확장될 수 없기 때문에 양 끝에는 절단면이 생기고, 그 면에는 규산4면체나 알루미늄8면체의 O 또는 OH가 외부에 노출되어 있으며, 이들은 중심 양이온에 의하여 정상적으로 공유되지 못하고 결국 광물은 음전하를 가지게 됨. 1) 무기콜로이드 >Al-OH + OH- ⇔ >Al-O- + H2O 2) 유기콜로이드 –C-OH 3) 철, 알루미늄 산화물 : Fe, Al등을 중심 양이온으로 하고 6개의 O또는 OH가 결합하여 팔면체의 단위구조를 형성하고, 여분의 음전하를 가지며 pH의존 전하를 생성. 1:1격자형 광물에만 생성, 분말도를 크게 할수록 음전하량 증가 토양pH의 영향을 받지 않는다.

점토광물 음전하의 생성 열대지방의 옥시솔 토양에서 pH가 토양콜로이드이 음전하와 양전하에 미치는 영향 - pH 4.4에서 음전하와 양전하의 양이 같아져 순전하가 0이 되는 pH를 등전점이라 함.

점토광물 음전하의 생성 주요 토양교질물의 영구전하와 pH의존 전하량 비교

CEC (cation exchange capacity) 양이온교환 : 확산이중층 내부의 양이온과 용액 중의 유리 양이온이 서로 그 위치를 교환하는 현상 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) 현재 : 국제단위(SI unit) – 당량(equivalent) 대신 전하의 몰수(molc) 사용 cmolc/kg 예) 6 me/100g = 60 mmolc/kg soil(60 mmol+/kg soil) = 6 cmolc/kg soil(6cmol+/kg soil) 식물양분의 저장과 공급, 토양의 완충기능, 정화기능 등과 관련 ① 교환성 K, Ca, Mg는 식물 양분의 주 공급원 ② Ca , Mg, K 등이 흡착되어 있다가 서서히 교환되어 식물양분으로 공급 ③ 석회 시용량은 CEC가 클수록 증가 ④ K, NH4는 이동성이 낮아져 용탈이 방지됨 ⑤ Cd, Zn, Ni, Pb 등 중금속 이온을 흡착하여 독성 경감 CEC측정법 이액순위 양이온교환의 기본원리-

양이온 교환용량(CEC) 토성과 토양콜로이드의 양이온교환용량 토성 : 사토 < 양토 < 식양토, 무기교질물 < 유기교질물 철 및 알루미늄 산화물은 CEC가 매우 낮다. 토 성 CEC  (cmolc /kg) 사토(sands) 1-5 사양토 5-10 미사질 양토  양토(loams) 5-15 식양토 15-30 식토(clays) 30 이상 토양콜로이드 CEC  (cmolc /kg) 2ㆍ3 산화물 0-3 카올리나이트 3-15 일라이트 15-25 몬모리오나이트 60-100 버미큘라이트 80-150 부식(humus) 100-300 예제) 점토(CEC 10)가 95%, 부식(CEC 200)이 5%인 토양에서 점토, 부식에서 유래된 CEC와 토양의 CEC는? 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 한국 : 유기물함량이 적고, 주 점토광물이 kaolinite이어서 CEC는 10정도임. 양이온 교환용량 증대 방법 - 양질의 유기물 시용 - pH를 6.5로 조절 - 토성개량 또는 광물질 투입 - 심경을 통한 작토심(근권)의 확대

양이온 교환용량(CEC) 주요 점토광물의 비표면적과 CEC Kaolinite Mica Montmorillonite 구분 비표면적 (m2/g) CEC (cmolc/kg) Kaolinite Montmorillonite Vermiculite Chlorite 1:1형 광물 2:1형 팽창형광물 혼층형 광물(규칙적) 7-30 600-800 50-800 70-150 3-15 80-150 100-150 10-40 Kaolinite Mica Montmorillonite Fulvic acid

양이온 교환용량(CEC) 양이온교환 : 확산이중층 내부의 양이온과 용액 중의 유리 양이온이 서로 그 위치를 교환하는 현상

양이온 교환용량(CEC) 양이온들의 콜로이드에 대한 흡착강도의 순서 Al3+-H+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+ > Cs+ > K+=NH4+ > Na+ > Li+ 용액 속의 양이온 농도가 높을수록, 원자가가 클수록 흡착되기 쉽다. 원자가가 같으면 수화된 원자의 직경이 작을수록 콜로이드 입자 표면에 가까이 이동하여 강하게 흡착

염기포화도(BSP, base saturation percentage) 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/kg이고, Ca, Mg, K, Na 이온이 12.6cmolc/kg을 차지하고 있다면 이 토양의 염기포화도? ⇒ (12.6 / 16) x 100 = 78.8% 교환성 염기는 토양을 알칼리성으로 만들려는 경향이 있고, 교환성 수소이온은 반대로 산성을 만드려는 경향이 있다. 따라서 토양의 염기포화도가 높을수록 알칼리성을 띠고, 낮을수록 산성으로 된다. 우리나라 토양은 염기포화도가 50%내외이다. 그러나 시설재배지 토양은 양분과다시용으로 염기포화도가 100%에 가까움. 예제) 토양의 CEC가 16 cmolc/kg, Al과 H이온 4.2 cmolc/kg 존재할 때의 염기포화도 ? 풀이) (16-4.2/16)x100=73.7%

4. 2. 음이온교환 (anion exchange) 음이온 교환과 음이온교환용량 4. 1. 음이온교환 부위의 생성 토양은 음전하가 우세하지만 양전하를 가지고 있는 부위가 있음. Fe와 Al의 산화, 수산화 광물과 규산염점토광물 끝의 절단면에 양성자와 결합한 하전부위가 형성되며, 이것이 음이온 교환체로서 음이온 교환반응에 관여함. pH의존 가변전하를 가지고 있는 교질물을 많이 함유한 토양은 pH가 낮아지면 토양의 순전하가 양전하를 띠게 됨. 즉, 철 알루미늄의 산화 수산화광물이 많이 함유되어 있는 토양은 낮은 pH에서 양전하가 우세하여 순양전하를 띠게 됨. 유기물의 작용기들이 낮은 pH에서는 H+이온들을 받아들여 양성자화(protonation)되어 양(+)으로 하전하게 됨. 4. 2. 음이온교환 (anion exchange) 4. 3. 음이온교환 용량

pH : 토양용액 중에 들어 있는 수소이온 농도의 역수의 대수 값 pH=log 1/[H+]=-log[H+] 토양 반응 토양반응 : 토양의 산성 또는 알칼리성 정도를 나타내는 것(pH로 표시) 토양 중 각종 양분의 유효도, 유해물질의 용해도, 식물뿌리 및 미생물의 생리화학반응을 좌우. 토양의 pH 토양용액에 녹아나온 수소이온(H+)의 개수가 많은가 적은가 pH 값이 7보다 작으면 산성, 7보다 크면 알칼리성(염기성) 물에서 수소이온을 내놓는 개수는 1 L에 6×1023개의 10-14～1의 범위인 6×109~6×1023개 이다. 물에 내놓는 수소이온을 몰농도로 표시하면 10-14～1 mol L-1이다 . 이 표시는 불편하므로 이 값에 -log(=p)를 취하여 14에서 0로 되면 알아보기가 쉽다. 그래서 H+에 p변환을 하여 pH라 한 것이다. pH : 토양용액 중에 들어 있는 수소이온 농도의 역수의 대수 값 pH=log 1/[H+]=-log[H+] pH 7은 1 L에 mol이 있고, 6×1016개의 수소이온이 존재. pH 6은 10배 많은 6× 1017개의 수소이온이 존재. pH 8은 10배 적은 6×1015개의 수소이온이 존재.  Ca, Mg, K, Na)로 구분 6×개는 60억 개이고, 6×개는 조 단위보다 많아 세기가 힘들 정도로 많다. 연필 12 개를 1 타스로 묶어서 세듯이 수소이온 수를 묶어cing:0.000pt;text-align:justify;'>6×<IMG src=".\PIC53.gif"  width=14pt  height=12pt border=0>개는 60억 개이고, 6×<IMG src=".\PIC54.gif"  width=18pt  height=12pt 중성 : H+ 과 OH- 같은 수 pH 6 : H+ 10배 증가 OH- 1/10로 감소 따라서, H+ 이 OH-보다 100배 많이 존재한다. pH 8 : 완전히 반대이다. OH-이 H+보다 100배 많이 존재

토양 반응 토양 산성에 가장 큰 영향을 끼치는 양이온 토양에 흡착되어 있는 H+와 Al3+이온 교환성 Al3+ 이온은 pH 5 이하의 토양용액 중에 나타나며, 토양용액 중에서 다음과 같이 가수분해되어 H+ 이온이 증가하게 됨. Al3+ + H2O ⇔ Al(OH)2+ + H + Al(OH)2+ + H2O ⇔ Al(OH)2+ + H + Al(OH)2+ + H2O ⇔ Al(OH)3 + H +

토양 반응 토양 산성의 종류 1. 활산도 토양용액중의 H+의 활동도 (토양산도 전체로 보면 극히 소량으로 1/1,000-1/100,000) 측정법 : 물:토양=1:5, 표시: pH(1:5) - 물의 비율이 높아지면 pH가 상승되는 경향. 토양용액은 식물의 뿌리나 미생물 활동의 중요한 환경이므로 활산도는 매우 중요. 2. 잠산도 토양입자에 흡착되어 있는 교환성 수소와 알루미늄에 의한 것. 완충성이 없는 염류용액(KCl, NaCl)으로 용출시켜 측정

토양 반응 토양 pH에 따른 양분유효도 토양의 pH가 4-5로 내려가 강산성이 되면? 토양의 pH가 염기성이 되면? 식물에 독성을 나타낼 정도로 Al과 Mn의 농도가 높아짐. 콩과식물과 공생하여 질소를 고정하는 근류균의 활성이 떨어짐. 유기물을 분해하는 세균의 활성 저하 – 무기양분의 무기화 늦어짐. 토양의 pH가 염기성이 되면? 강우량이 적은 지역은 염류집적으로 토양 pH 높아짐. - Ca의 집적이 많으면 토양 pH가 8.5까지 올라감. pH가 7.5-8.5사이의 약알카리토양은 치환성 Ca, Mg이 많으며, K와 Na의 함량이 낮다. 미량원소의 용해도가 낮아짐. - Mo은 반대 적정 pH범위 - 무기질 토양 : 6.5정도 - 유기질 토양 : 5.5정도

토양반응 산성토양의 해작용 산성토양에 대한 작물의 적응성 H+의 해작용 : 뿌리의 양, 수분 흡수력 저하, 식물의 뿌리 세포 파괴 Al과 중금속 이온의 유효도 증가 : Al, Fe의 인산고정에 따른 인산 결핍, 식물에 광독 작용 작물 양분의 결핍 : 염기용탈 – 양분부족, 양분유효도 감소, 미량요소 결핍 토양생물의 활성 감퇴 : 유용미생물 감소, 지렁이 활동감소 산성토양에 대한 작물의 적응성 내산성 정도 대  상  작  물 극히 강한 것 벼․밭벼․귀리․루우핀․토란․아마․기장․땅콩․감자․봄무․호밀․수박 등 강한 것 메밀․당근․옥수수․목화․오이․포도․완두․호박․딸기․토마토․밀․조․고구마․ 벳치․담배 등 약간 강한 것 피․무 등 약한 것 보리․클로버․양배추․근대․가지․삼․겨자․고추․완두․상추 등 가장 약한 것 알팔파․자운영․콩․팥․시금치․사탕무․셀러리․부추․양파 등

토양반응 토양산성화의 원인 토양의 산성화 : H+의 증가, 염기의 용탈 기후 : 강우에 의한 염기의 용탈(우리나라 주원인) -교환성양이온중에서 수소이온과 여러 형태의 Al-hydroxyl이온이 차지하는 비율 증가 모암 : 산성암인 화강암과 화강편마암 규산염 광물과 가수산화물의 분해 : - 점토에 흡착된 H+의 해리(Al3++H2O ⇔ Al(OH)2+ +H+) 부식에 의한 산성화 : -COOH와 –OH에서 H+의 해리 CO2에 의한 산성화 : CO2 + H2O ⇔ H2CO3 ⇔ H+ + HCO3- ⇔ H+ + CO32- 유기산에 의한 산성화 : 미생물에 의해 유기물이 분해될 때 유기산이 생성됨. 무기산에 의한 산성화 : 산성비 비료에 의한 산성화 : NH4+ + 2O2 → NO3- + H2O + H+ SO2 +OH --> H2SO4 --> SO4- + 2 H+ NO2 + OH --> HNO3--> NO3- + H+

토양반응 토양산성화의 대책 석회시용 (토양검정에 의한 석회요구량 산출) 석회물질의 Ca함량과 용해도 토양전면에 시용하고 토양과 잘 혼합, 깊게 경운함. 입도의 크기에 따라 교정효과 차이가 있음. - 입자 大 – 산도교정 효과 지연, 유실과 용탈량 감소 - 입자 小 – 산도교정 효과는 빠르나, 유실과 용탈량 증가 따라서, 입경이 작을수록 소량씩 자주 시용 CEC가 높을 수록, 유기물함량이 많을 수록 잠산성이 높으므로 석회를 더 많이 시용 석회물질의 Ca함량과 용해도 석회물질 화학식 Ca(%) 용해도 (g/25℃,100mL) 생석회 소석회 탄산석회 백운석 석고 Ca0 Ca(OH)2 CaCO3 CaCO3․MgCO3 CaSO4․2H2O 70 50 36 17 22 0.12 0.16 0.01 <0.01 0.24

6. 토양의 산화환원 반응 산화환원반응의 정의 토양 중 식물양분의 유효도, 중금속의 용해도에 영향을 미침. -식물생육 및 미생물 활동에도 매우 큰 영향을 미침. 산화 : 화합물이 전자를 잃어 산화수가 증가하는 반응 환원 : 전자를 얻어 산화수가 감소하는 반응 산화환원반응의 정의 Fe3+(산화) + e- ⇔ Fe2+ 산화환원계의 용액에 불활성인 백금전극을 담그면 전자는 전극으로부터 용액으로, 또는 반대방향으로 이동하려는 경향이 있기 때문에 전위차가 생긴다. 이 때 전자가 전극으로부터 용액으로 이동하면 환원, 반대방향으로 움직이면 산화반응. 산화환원전위(oxidation reduction potential, redox potential, Eh) - 전극의 표면과 용액 사이에 생기는 전위차 - 표준수소전극의 전위차(Eh = 0 volt)를 기준으로 상대적 전위차를 나타냄. 2H+ 2e- ⇔ H2(g), Eo = 0 volt - 산화환원의 강도를 나타내는 것으로 그 용량을 나타내는 것은 아니지만, 화학반응의 내용을 예측하는 중요한 단서가 됨. mg/kg=mg/1,000,000mg=ppm 시료채취법 추가, 층위별 화학성 추가

6. 토양의 산화환원 반응 Eo : 표준산화전위(volt), R : 기체상수, T : 절대온도 , n : 반응에 관여하는 전자의 수, F : Faraday상수 [Ox] : 산화상태에서 물질의 몰농도, [Red] : 환원상태에서 물질의 몰농도 산화환원전위는 그 계의 표준전위와 산화형 및 환원형 물질의 농도비에 의하여 결정됨. - 산화형물질의 비율이 높으면 Eh 값이 높아지고, 환원형 물질의 비율이 높아지면 Eh값이 낮아진다. - 따라서 어떤 토양의 Eh값을 측정하는 실질적인 목적은 토양 중에 있는 산화 및 환원물질의 상대적인 양을 알고자 하는데 있다. mg/kg=mg/1,000,000mg=ppm 시료채취법 추가, 층위별 화학성 추가

6. 토양의 산화환원 반응 6.2. pE의 개념 산화환원전위는 보통 V, mV로 나타내는데, 이 방법은 전위차의 개념을 직접적으로 표현하는 이점이 있는 반면에, 여러 가지 계에 대한 환산과정을 복잡하게 만드는 불편이 있다. 이러한 불편을 줄이기 위하여 Nernst공식을 응용하여 pE개념을 도입하게 된다. Ox + ne- = Red 양변에 대수를 취하면 다음과 같이 된다. log K = log[Red] – log[Ox] – nlog[e] pE = 전자활성도[e-]의 역수의 log값, 즉 pE=-log[e]로 정의하고 1/n logK = pE0 (log K =npE0 )라고 하면 Eh(V) = 0.0592 ⅹ pE mg/kg=mg/1,000,000mg=ppm 시료채취법 추가, 층위별 화학성 추가

6. 토양의 산화환원 반응 6.3. 논토양의 산화환원전위 토양중에는 산화환원에 민감한 철(Fe), 망간(Mn), 질소(N) 등 많은 무기화합물과 유기물이 있고, 이들은 산화환원전위 값에 따라 각기 다른 다양한 특성을 나타내게 되기 때문에 산화환원반응을 이론적으로 다루는 일은 사실상 불가능하다. 그러나 토양의 산화환원전위는 식물양분의 유효도, 토양중에 존재하는 화학성분의 이온형태, 용해도, 이동성, 독성 등에 영향을 주기 때문에 토양환경을 이해하는 매우 중요한 지표. 논토양이 담수되면, 분해되기 쉬운 유기물이 많을 때에는 호기성 미생물의 활동에 의하여 하루 이틀 이내에 산소가 고갈된다. 이렇게 되면 혐기성 미생물이 활동을 계속하게 되고 유기물은 계속적으로 분해된다. 산소는 호기성 미생물이 호흡을 통하여 에너지를 얻는 과정에서 전자수용체이다. 따라서 처음에는 산소를 전자수용체로 이용하는 미생물이 활동하지만, 산소가 고갈되면 곧 토양중의 다른 화합물 중의 산소를 전자수용체로 이용하는 미생물이 활동하게 되어 환원은 더욱 더 진행된다. mg/kg=mg/1,000,000mg=ppm 시료채취법 추가, 층위별 화학성 추가

6. 토양의 산화환원 반응 환원이 진행됨에 따라 질산이 제일 먼저 환원되고, 망간 화합물, 철 화합물의 순으로 환원 다음은 논토양에서 일어나는 중요한 몇 가지 산화환원반응인데, 이들 과정은 혐기성 미생물이 호흡과정에서 화합물중의 산소를 전자수용체로 이용하는 것들이다. 2NO3- + 12H+ = 10e- ⇔ N2 + 6H2O MnO2 + 4H+ + 2e- ⇔ Mn2+ + 2H2O Fe(OH)3 + e- ⇔ Fe(OH) 2 + OH- SO42- + H2O + e- ⇔SO32- +2OH- SO32- + 3H2O + 6e- ⇔ S2- + 6OH- 1. : 논토양에서 일어나는 탈질현상으로 시비한 질소비료의 이용율을 낮게 함. 2, 3. : 담수한 후 환원에 의한 철이나 망간 화합물의 용해도가 증진되는 현상으로 하층으로 이동하여 집적되는 논토양의 유사포드졸화작용의 현상. 4, 5. : 특이산성토양에서 담수에 의하여 토양을 환원상태로 유지하면 토양 pH를 중성부근으로 유지할 수 있기 때문에 벼농사를 가능하게 하는 현상. 담수된 논토양은 대부분 양분의 유효도에 비교적 좋은 pH조건인 중성부근으로 유지됨. - 토양이 환원되면 Fe3+, SO42-, SO32- 등의 환원에 의하여 앞의 식 3, 4, 5와 같이 OH-가 증가하기 때문 - 대부분의 논토양에서 철은 가장 중요한 전자수용체이며, 철이 환원되면 pH가 높아진다. - 산성토양에는 철의 함량이 높기 때문에 철이 환원되면 pH가 높아지며 이러한 결과로 담수된 토양의 pH는 중성부근으로 변해 감. - 따라서 강산성토양이라도 담수조건의 논토양은 알루미늄의 독성이 현저히 감소되고 중금속의 용해도가 감소되어 식물에 의한 흡수를 적게 한다. mg/kg=mg/1,000,000mg=ppm 시료채취법 추가, 층위별 화학성 추가

토양의 산화환원 반응 담수된 논토양의 물 속에는 대기와 평형상태를 이루면서 산소가 녹아 있으며, 산소가 작토층의 mg/kg=mg/1,000,000mg=ppm 시료채취법 추가, 층위별 화학성 추가 담수된 논토양의 물 속에는 대기와 평형상태를 이루면서 산소가 녹아 있으며, 산소가 작토층의 표층으로 확산이동하기 때문에 1mm~1cm의 표층토는 산화상태가 되어 황적색으로 산화층을 이룬다. 산화층 아래는 산소가 부족하기 때문에 환원층이 되며 철이나 망간의 환원에 의하여 청회색을 나타냄. 벼 뿌리 주변은 뿌리에서 산소가 공급되기 때문에 Fe2+가 Fe3+로 산화 침전되어 황적색을 나타냄. 경반층이 있는 토양은 토양의 배수 정도에 따라서 산화환원 정도가 달라진다.

토양 검정 토양 검정 구분 항목 단위 토양검정 (실험실 정밀분석, 중량) -풍건토양 -2mm이하 1. 토양산도 (pH) 2. 전기전도도 (EC) ※ 질산태질소 (NO3-N) 3. 유기물 (OM) 4. 유효인산 (Av. P2O5) 5. 치환성양이온(Ex. K, Ca, Mg) 6. 석회요구량(석회소요량, LR) 7. 유효규산 (Av. SiO2) (1:5) dS/m mg/kg g/kg cmol+/kg 또는 cmolc/kg kg/10a mg/kg=mg/1,000,000mg=ppm 시료채취법 추가, 층위별 화학성 추가

토양 검정 mg/kg=mg/1,000,000mg=ppm 시료채취법 추가, 층위별 화학성 추가

토양 검정 토양화학성 표시 방법 : 국제 표준단위인 SI unit과 종래의 단위와의 비교 혼동하여 사용하기 쉬운 화학성분명 1. 전기 비전도도 : EC = dS/m    4mmhos/cm=4dS/m=4mS/cm=0.4mhos/m=0.4S(Siemen)/m=4dS/m=4mS/cm 2. 유효인산, 유효규산 함량 : mg/kg     mg/kg = mg/1,000,000mg = ppm 3. 칼륨, 칼슘, 마그네슘함량 : cmol+/kg 또는 cmolc/kg      Ca 4cmol+/kg = Ca 0.04mol+/kg = Ca 0.04×20g/kg = 0.8g/kg       = 800mg/kg = 80mg/100g = 80mg/20mg/100g = 4me/100g 혼동하여 사용하기 쉬운 화학성분명  ①  K 칼륨  - K2O 칼리  ②  Ca 칼슘 - CaO 석회  ③  Mg 마그네슘 - MgO 고토

토양 검정 토양분석 성분함량을 10a당 무게로 환산하기 ○ 용적밀도는 일정 면적의 토양무게를 환산하는데 중요한 인자.   ○ 용적밀도는 일정 면적의 토양무게를 환산하는데 중요한 인자. 시비량, 개량제 시용량, 객토량 계산에 이용     - 토양 내 양분의 함량분석은 무게 단위로 분석.     - 실제 비료를 줄 때는 일정한 면적단위로 계산.    예) ① 10a의 면적, 10cm의 표토의 토양부피와 무게는? 토양부피: 10m×100m×0.1m = 100 m3        토양무게: 밀도=질량/부피, 용적밀도는 평균 1.25 Mg m-3 적용.           ⇒ 100m3 × 1.25 Mg m-3 = 125 Mg(톤)        ② 토양 질산태질소(NO3-N) 분석치가 10 mg/kg이라면 10a, 10cm깊이 전체 부피 중의 질량은?           ⇒ 10×125×1,000÷1,000÷1,000 = 1.25 kg NO3-N/10a   

토양 현장진단 토양 현장 진단 구분 항목 단위 - 현장 토양분석 - 부피기준 - 습윤토양 pH EC 질산태질소 NO3 수용성인산 PO4 수용성칼륨 K 강산이온(SO4, Cl) 산화환원 전위 NO2(가스), NH3(가스) (1:5) dS/m mg/L 대, 중, 소 mV 발생여부 각 세부 분석법 추가

토양 현장진단 토양 현장진단 기준 [토양 화학적 측면] 항 목 구 분 토양화학반응 비 고 pH (1:5 v/v) 5.5 이하 구  분 토양화학반응 비  고 pH (1:5 v/v) 5.5 이하 아질산가스 피해   적정범위 적정 7.5 이상 암모니아가스 피해 Eh7 (mV) 400 이상 논, 밭 330 이하 산소 소모 논 220 이하 질산태질소 환원 200 이하 망간 환원 120 이하 철 환원 - 150 이하 황 환원 심한환원

토양 현장진단 토양 현장진단 기준 [토양 삼투압적 측면] 항 목 구 분 현 상 비 고 EC (dS m-1) 2 이하 적정 구  분 현  상 비 고 EC (dS m-1) 2 이하 적정   2 이상 염류과잉 유기물함량에 따라 증가  NO3-+Cl+SO4 SO4 (++) 염류과잉(비료) NO3- > 250, Cl(-),  SO4(-) 염류과잉(퇴비) Cl (++) KCl, 바닷물 과잉

토양 현장진단 토양 현장진단 기준 [토양 양분적 측면] 항 목 구 분 양분공급상태 질산태질소 (NO3- ) (mg L-1) 구  분 양분공급상태 질산태질소 (NO3- ) (mg L-1) 25 이하 고갈 25 ~ 50 많이 부족 50 ~ 100 조금 부족 100 ~ 200 생육적정  200 이상 과잉 인산 (PO4-) 25 ~ 100 적정 약간 과잉 치환성 K (cmolc kg-1) 0.5 이하 0.50 ~ 0.70 약간 적음 0.70 ~ 0.80 0.80 ~ 1.50 약간 많음 1.50 이상

토양 현장진단 토양현장 진단 기준 조견표 < EC 낮을 경우 > 구분 화학적 측면 적정 pH < 5.5 Eh7(V)<0.4 양 분 적 측 면 NO2 휘산 우려 NH3 휘산 우려 혐기 초기 탈질시작 우려 NP고갈 양분부족 질소휘산 (NO2) (NH3) 탈질 P고갈 인산미공급 N/P 불균형 (Al, Fe 인산고정) (Ca, Mg 인산고정)  미숙유기물 시용 N 부족 (생육양호) 작물흡수 질소휘산중 탈질 진행중 (생육불량) NO2 휘산 심화 NH3 휘산 - 중정도 휘산 탈질심화  N 과잉 과비 과비+ 산야초퇴비 과 퇴구비 질소 많은 미숙유기물 시용 P 과잉 인산과잉 공급 - 수용성 인산 돈분구비 과잉 K 과잉 삼투압 교란 액비과잉시용 미숙퇴비 과잉

토양 현장진단 토양현장 진단 기준 조견표 < EC 높을 경우 > 구분 화학적 측면 적정 pH < 5.5 Eh7(V)<0.4 양 분 적 측 면 양호 염류집적 용탈 잘되는 염류집적지 (음이온 용탈) 혐기시작 NP고갈 과비후 수분과다 (황, 염소의 특이적 집적) 양이온 과잉집적 탈질 P고갈 인산미공급 N/P 불균형 (Al, Fe 인산고정) (Ca, Mg 인산고정)  미숙퇴비 + 비료과다시용 N 부족 (생육양호) (양․음이온 비율 적정) 염류과잉에서 해소 진행중 NH3 휘산초기 탈질 초기 (생육불량) 비료살포지 염류집적 감소 NO2 휘산으로 질소기아 NH3 휘산으로 과퇴구비  N 과잉 유기물+과비 (전형적) 과퇴구비  + 과비 질소 많은 미숙유기물 + 비료과다 P 과잉 부숙퇴비 복합비료과잉 - K 과잉 삼투압 교란