한경화 ( 농업과학기술원, 2008. 09. 09. 강의 1 주, 2 주 사람과 토양, 그리고 식물 참고 : The Nature and Properties of SOILS (Nyle C. Brady, Ray R. Weil)

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1 한경화 ( 농업과학기술원, bearthink@rda.go.kr) 2008. 09. 09. 강의 1 주, 2 주 사람과 토양, 그리고 식물 참고 : The Nature and Properties of SOILS (Nyle C. Brady, Ray R. Weil)

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3 동양 – 사람은 흙에서 태어나서 흙으로 돌아간다 서양 –“human” : Latin word “humus”[soil] –“Adam” : Hebrew word “Adama” [soil] –“Eve” – Hebrew word “Hava”[living] 사람과 토양 (Soil) 1/30

4 시간 모재 기후 지형 생물 풍화작용 ( 물리적, 화학적 ) 토양생성작 용 ( 첨가, 손 실, 전치 ) O 층 ( 유기물 ) A 층 ( 표토 ) B 층 ( 심토 ) C 층 ( 모재 )  자연의 상태에서 1cm 의 표토층 형성에 100~200 년이 걸림.  표토층은 생물권에 속함. 즉, 토양은 생물과 무생물 모두 포함. ※토양개척생물 지의류 : 균류와 조류의 공생 토양의 생성 2/30 동식물잔해

5 구조와 조직은 매우 복잡 하고 섬세하다. 물질대사를 한다. 생식활동을 한다. 환경변화에 자극감응을 보인다. 진화의 과정따라 형태를 바꾸어 간다. 생물은 무생물과 물질구성이 다르다. 지각의 원소구성비율 (%) 인체의 원소구성비율 (%) 산소 47 수소 63 규소 28 산소 25.5 알루미늄 7.9 탄소 9.5 철 4.5 질소 1.4 칼슘 3.5 칼슘 0.31 나트륨 2.5 인 0.22 칼륨 2.5 염소 0.03 마그네슘 2.2 칼륨 0.06 티타늄 0.46 황 0.05 수소 0.22 나트륨 0.03 탄소 0.19 마그네슘 0.01 기타 <0.1 기타 <0.01 ※ 각 숫자는 존재하는 모든 원소 수에 대한 각 원소의 비율을 나타낸다. 예를 들면 지각에서 100 개의 원소 중 47 개 는 산소인 반면 10000 개중 19 개만이 탄소이다. 8/42 농업과학기술원 토양물리연구실 3/30

6 원소간 상대적인 전기음성도 비록 플루오르 (F) 가 전기음성도가 제일 세지만, 생 체 내에서 이용될 때는 두 번째인 산소 (O) 의 전기 음성도가 더 세다. 4/30

7 PEDOSPHERE AS ENVIRONMENTAL INTERFACE, 환경접점으로서 토양권 SOIL AS A NATURAL BODY, 자연체로서 토양 The pedosphere, where the worlds of rock (the lithosphere), air (the atmosphere), water (the hydrosphere), and life (the biosphere) all meet. The soil as interface can be understood at many different scales. 5/30 대기권 생물권 수권 지권 토양권 수권 토양권 지권 생물권 대기권 수권 생물권 지권 대기권 수권 생물권 지권 대기권

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9 식물생육 지지기반 양분과 유기물 재순환 대기성분조절 토양생물서식지 물순환공급 및 정화 공학적인 지지기반 생태계에서 토양의 기능 토양 6/30

10 물리적지지 / 공기 This wet, shallow soil failed to allow sufficiently deep roots to develop to prevent this tree from blowing over when snow-laden branches made it top-heavy during a winter storm. (Photo courtesy of R.Weil) 식물생육 지지기반 식물생육 지지기반 7/30

11 물 / 온도완충 A family of African elephants finds welcome shade under the leafy canopy of a huge acacia tree in this East African savanna. The photo was taken in the middle of a long dry season; no rain had fallen for almost five months. The tree roots are still using water from the previous rainy season stored several meters deep in the soil. The light-colored grasses are more shallow-rooted and have either set seed and died or gone into a dried-up, dormant condition. (Photo courtesy of R. Weil) 8/30

12 동물이 흙을 먹는다 A mountain goat (in Glacier National Park) visits a natural salt lick where it ingests needed minerals directly from the soil. Animals normally obtain their dietary minerals indirectly from soils by eating plants. (Photo courtesy of R. Weil) 9/30

13 저녁 식사로 흙은 어떤가요 Bars of clay soil sold for human consumption in a shop in Kampala, Uganda. (Photo courtesy of Peter W. Abrahams, University of Wales) 10/30

14 물 공급 The condition of the soils covering these Blue Ridge foothills will greatly influence the quantity and quality of water flowing down the James River in Virginia. (Photo courtesy of R. Weil) 물순환 공급 및 정화 물순환 공급 및 정화 11/30

15 양분과 유기물 재순환 Geochemical Cycle 지화학적 순환 - Humus(Soil Organic Carbon) 부식 - Green house effect 온실효과 - 12/30

16 대기 성분 조절 Soil particles / dust 토양입자 / 먼지 - Human health hazards 인체위해도 - Global warming/methane, carbon dioxide/ nitrous oxide - 13/30 온실가스

17 The soil is home to a wide variety of organisms, both relatively large and very small. Here, a relatively large predator, a centipede (shown at about actual size), hunts for its next meal which is likely to be one of the many smaller animals that feed on dead plant debris. 토양생물 서식지 14/30

18 집 / 집 / Built entirely from natural, locally occurring materials, this typical rural Tanzanian house has soil walls made by daubing mud onto a framework of sticks. Both its soil walls and grass thatch roof are shown in the process of being refurbished. For scale, note man standing left of the house. (Photo courtesy of R. Weil) 15/30

19 Better knowledge of the soils on which this road was built may have allowed its engineers to develop a more stable design, thus avoiding this costly and dangerous situation. 공학적인 지지기반 16/30

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21 Relative positions of the regolith, its soil, and the underlying bedrock. Note that the soil is a part of the regolith and that the A and B horizons are part of the solum (from the Latin word solum, which means soil or land). The C horizon is the part of the regolith that underlies the solum, but may be slowly changing into soil in its upper parts. Sometimes the regolith is so thin that it has been changed entirely to soil; in such a case, soil rests directly on the bedrock. (Photo courtesy of R. Weil) 토양의 가로줄무늬, 층위 층위 ( 유기물층 ) 17/30 진토층진토층 전토층전토층 기반암기반암

22 This road cut in central Africa reveals soil layers or horizons that parallel the land surface. Taken together, these horizons comprise the profile of this soil, as shown in the enlarged diagram. 토양단면, 도로변 (Road cut) 에서 쉽게 볼 수 있어요 ! 토양단면, 도로변 (Road cut) 에서 쉽게 볼 수 있어요 ! 18/30

23 Horizons begin to differentiate as materials are added to the upper part of the profile and other materials are translocated to deeper zones. Under certain conditions, usually associated with forest vegetation and high rainfall, a leached E horizon forms between organic-matter-rich A and the B horizons. If sufficient rainfall occurs, soluble salts will be carried below the soil profile, perhaps all the way to the groundwater. Many soils lack one or more of the five horizons shown here. 층위를 따라 물질 이동, 재분포 일어나요 ! 비가 충분히 오면 매우 잘 이동해요. 층위를 따라 물질 이동, 재분포 일어나요 ! 비가 충분히 오면 매우 잘 이동해요. 19/30 유기물 점토, 산화물, 탄산염 염

24 표토는 보존해야 할 유한한 자원 The large mound of material at this construction site consists of topsoil (A horizon material) carefully separated from the lower horizons and pushed aside during initial grading operations. This stockpile was then seeded with grasses to give it a protective cover. After the construction activities are complete, the stockpiled topsoil will be used in landscaping the grounds around the new building. 20/30 토목공사시 표 토를 모아 풀로 피복시켜 쌓아 둠

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26 Volume composition of a loam surface soil when conditions are good for plant growth. The broken line between water and air indicates that the proportions of these two components fluctuate as the soil becomes wetter or drier. Nonetheless, a nearly equal proportion of air and water is generally ideal for plant growth. 토양 3 상 4 성분 21/30 공극 고상 무기물 유기물 수분 ( 액상, 용액 ) 공기 ( 기상 )

27 잣대 크기와 토양 3 상 4 성분 ( 고상 )( 액상, 기상 )( 고상 ) 22/30

28 Diagrammatic representation of acidity, neutrality, and alkalinity. At neutrality the H + ions are dominant, being 10 times greater, whereas the OH - ions have decreased proportionately, being only one-tenth as numerous. The solution therefore is acid at pH 6, there being 100times more H + ions than OH - ions are 100 times more numerous than the H + ions. Hence, the pH 8 solution is alkaline. This mutually inverse relationship must always be kept in mind when pH data are used. 토양수 : A DYNAMIC SOLUTION 23/30

29 수소이온농도, pH Extreme range in pH for most mineral soils and the ranges commonly found in humid region an arid region soils. Also indicated are the maximum alkalinity for alkali soils and the mini-mum pH likely to be encountered in very acid peat soils. 24/30 중성 알칼리성, 염기성 산성 습윤지역 건조지역

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31 식물양분 공급에 네 요소의 상호작용 Nutrient elements exist in soils in various forms characterized by different accessibility to plant roots. The bulk of the nutrients is locked up in the structural framework of primary minerals, organic matter, clay, and humus. 25/30 식물에 유효한 속도 : 매우느림 느림 보통 자유롭게 이용가능 자산과 비교 : 장기투자 단기투자 수표 주머니속 현금

32 식물뿌리의 모양 Scanning electron micrograph cross section of a buckwheat root growing in field soil. Note the intimate contact between the root and the soil, made more so by the long, thin root hairs that permeate the nearby soil and bind it to the root. The root itself is about 0.3 mm in diameter. 26/30 뿌리털 메밀뿌리직경 0.3mm 토양

33 Three principal mechanisms by which nutrient ions dissolved in the soil solution come into contact with plant roots. 식물뿌리의 양분 흡수 27/30 뿌리 토양입자 확산 ( 양분의 농도차이에 따라 ) 집단류 ( 흐르는 물 따라 ) 뿌리획득

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35 인구증가, 토양과 삼림 파괴 With more than twice as many human beings crowded on Earth in 2005 as in 1960, the per capita supply of land capable of growing food (arable land) has been cut nearly in half, shrinking from 0.41 to 0.21 hectare (ha) per person. 28/30 인구, 10 억명 삼림, hax10 6

36 오존고갈과 지구온난화에서 열대우림 파괴와 수질 오염까지 생태계는 토양 에서 일어나는 과정으로부터 영향을 크게 받음. 식물생태계, 동물군락과 사회를 지탱하는 토지 용량 결정 필요. 식량 ( 인구증가 ), 섬유 ( 옷 …), 목재 ( 종이 …), 에너지작물 ( 화석연료 고갈 ) 토양의 역할에 대한 인식 – 도시화로 인한 토양과의 직접적 접촉의 감소로 사람의 번영과 생존을 토 양에 의지하고 있다는 인식을 놓치고 있음. – 앞으로 우리가 토양에 의존하는 정도는 감소되지 않고 증가될 것임. 환경보호와 식량 등의 생산을 만족시키는 토양관리기술 개발이 요구됨. 지구환경지킴이, 토양 29/30

37 옥수수전분 => 생분해플라스틱 콩 => 바이오디젤콩 => 비독성 잉크 땅콩 => 포장용충전물 콩, 유지류 토양 – 재생가능한 물질 생산 30/30

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