토양 pH 의 영향  수소이온은 작물뿌리에 들어가 단백질 응고를 일으키고 효소작용을 방해함  뿌리의 양분흡수력을 약화시키며 세포의 투과성을 약화시켜서 불필요한 염류가 투과됨으로써 양분의 균형을 깨뜨림  Al, Mn, Cu, Zn, Pb 등은 pH 4-5 이하에서 용해도가.

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1 토양 pH 의 영향  수소이온은 작물뿌리에 들어가 단백질 응고를 일으키고 효소작용을 방해함  뿌리의 양분흡수력을 약화시키며 세포의 투과성을 약화시켜서 불필요한 염류가 투과됨으로써 양분의 균형을 깨뜨림  Al, Mn, Cu, Zn, Pb 등은 pH 4-5 이하에서 용해도가 높아져 식물에 독성을 나타냄 cf. B, Zn, Fe, Cu 등의 미량원소는 pH 가 높아짐에 따라 유효성이 낮아지나, Mo 은 다른 미량원소와는 달리 오히려 산성에서 유효성이 낮아짐 cf. B, Zn, Fe, Cu 등의 미량원소는 pH 가 높아짐에 따라 유효성이 낮아지나, Mo 은 다른 미량원소와는 달리 오히려 산성에서 유효성이 낮아짐  대부분의 광물질은 중성이나 약알칼리 토양보다 산성토양에서 용해도가 커서 수용성의 농도가 높음  용탈 (leaching) 이 심한 지역에서는 pH 가 낮으면 용해도가 높아진 미량원소가 용탈되어 결핍증상이 나타남

2 토양 산성화 원인  CO 2 가 물에 녹아 탄산 (H 2 CO 3 ) 이 되고 탄산의 용해로 H + 이 생성됨  생성된 H + 에 의하여 염기가 교환되고, 교환성 염기 (Ca, Mg, K, Na) 는 빗물에 의하여 용탈되어 토양 산성화를 유도함 cf. 교환성 염기 : -OH 등과 결합하여 알칼리를 띠는 이온을 말함 cf. 교환성 염기 : -OH 등과 결합하여 알칼리를 띠는 이온을 말함  미생물에 의한 토양유기물 분해에 따른 유기산 생성 ( 산림토양 pH 저하에 기여 )  산성강하물에 의한 산성화  알루미늄이온  비료성분 중 암모늄이온의 질산화 (Nitrification) NH 4 + + 2O 2 →H 2 O + H + + H + + NO 3 - NH 4 + + 2O 2 →H 2 O + H + + H + + NO 3 -  철의 황화물이 많이 함유된 지역의 토양에서 황이 미생물의 작용이나 화학적 반응을 통하여 황산 이온으로 산화되어 토양이 산성화 됨 (Acid sulfate soil, 호주 ) FeS 2 +H 2 O +O 2 ↔FeSO 4 +H 2 SO 4

3 토양산성화의 알루미늄의 역할  수소이온은 점토 표면에 흡착을 하면 중심이온인 알루미늄을 공격하여 Al 3+ 를 방출하는데, Al 3+ 는 물을 OH - 와 H + 로의 분해하면서 아래와 같은 과정을 거쳐 지속적으로 H + 를 생성함으로써 토양산성화에 중요한 역할을 함.

4 토양 산도  활산도 (active acidity): 토양용액에 해리되어 있는 H 이온과 Al 이온에 의한 산도를 말함, 물로 용출하여 측정, 토양 용액에 녹아 있는 이들 이온은 토양 산도 전체로 보면 극히 소량이나 (1/1000-1/100,000) 식물의 뿌리나 미생물 활동에 중요한 영향을 미침  잠산도 (potential acidity): 토양입자에 흡착되어 있는 교환성 수소와 교환성 알루미늄에 의한 산도, 물로 용출되지 않으며 KCl, NaCl 등을 사용하여 측정, 토양산도의 주요 원인, 교환산도라고도 함  전산도 (total acidity): 활산도와 잠산도의 총량에 의한 산도 Cf. 토양의 산성여부는 활산도 ( 강도인자 ), 산성토양을 교정하기 위한 석회시용량의 결정은 전산도 ( 용량인자 ) 를 이용함

5 용어  산포화도 (% acid saturation): [ 교환성 Al 3+ +H + (cmol c /kg)]/CEC (cmol c /kg)*100  염기포화도 (% base saturation): [ 교환성 Ca 2+ +Mg 2+ +K + +Na + (cmol c /kg)]/CEC (cmol c /kg)*100 Cf. 염기포화도가 높을수록 토양은 알칼리성을 띰, 우리나라 자연토양의 염기포화도는 50% 보다 낮은며, 논토양의 염기포화도는 약 50% 정도임

6 산성토양의 개량  석회를 토양에 시용하면 중화반응이 일어나며 산성이 개량됨  석회요구량 (lime requirement): 산성 토양 또는 활성 Al 에 의한 산성피해가 우려되는 토양의 pH 를 일정 수준으로 중화시키는데 필요한 석회 물질의 양을 CaCO 3 의 양으로 환산하여 나타낸 값을 말함

7 산성토양의 개량  석회요구량 결정 : 산성토양을 개량하기 위한 석회소요량은 전산도 ( 교환산도 ) 를 측정하거나 완충곡선을 작성하여 결정하는데, 전산도 또는 교환산도는 교환성 H, Al 에 의하여 나타나는 잠재적인 산도이므로 이를 중화하기 위해 필요한 석회의 양을 산출하게 됨 - 교환산도법 (exchangeable acidity method): 1 M KCl 을 가하여 얻은 침출액을 농도를 아는 NaOH 용액으로 적정하여 침출액중의 교환성 H, Al 의 당량수를 알아낸 후 ( 교환산도, meq) 아래식을 이용하여 석회소요량을 결정함 - 교환산도법 (exchangeable acidity method): 1 M KCl 을 가하여 얻은 침출액을 농도를 아는 NaOH 용액으로 적정하여 침출액중의 교환성 H, Al 의 당량수를 알아낸 후 ( 교환산도, meq) 아래식을 이용하여 석회소요량을 결정함 cf. 교환산도 (meq/kg)=[ 시료적정에 사용된 NaOH 부피 (mL)-blank 적정에 사용된 NaOH 부피 (mL)]×[Noramlity of NaOH, meq/mL]/ 사용된 시료량 (kg) cf. 교환산도 (meq/kg)=[ 시료적정에 사용된 NaOH 부피 (mL)-blank 적정에 사용된 NaOH 부피 (mL)]×[Noramlity of NaOH, meq/mL]/ 사용된 시료량 (kg) cf. 석회요구량 (CaCO 3 ) =[ 대상지역토양량 (kg)] ×[ 교환산도 (meq/kg)] ×50mg/meq cf. 석회요구량 (CaCO 3 ) =[ 대상지역토양량 (kg)] ×[ 교환산도 (meq/kg)] ×50mg/meq # 1 meq 의 교환산도를 중화하는데 1 meq 의 탄산석회 (CaCO 3 ) 즉, 50 mg 이 소요됨. 1 mol (CaCO 3 ) = 2eq = 100g, 1 eq = 50g, 1 meq = 50 mg # 1 meq 의 교환산도를 중화하는데 1 meq 의 탄산석회 (CaCO 3 ) 즉, 50 mg 이 소요됨. 1 mol (CaCO 3 ) = 2eq = 100g, 1 eq = 50g, 1 meq = 50 mg # 실제로는 위 값에 1.3-1.5 의 포장계수를 곱한 값을 사용함 # 실제로는 위 값에 1.3-1.5 의 포장계수를 곱한 값을 사용함

8 Tips  노르말농도는 N 으로 표시 N = eq/L = meq/mL N = eq/L = meq/mL  당량 (eq, equivalent weight) : 분자량 / 전자가  몇 eq= 당량수  산염기적정, 산화환원반응 등 화학반응은 항상 같은 당량수로 반응함, 물질 A 1 eq 는 물질 B 1eq 와 반응함  유명한 식 : NV = N ’ V ’, @meq/mL×&mL=*meq/mL×$mL @&meq =*$meq @&meq =*$meq @&=*$ @&=*$ Ex, A 물질을 B 물질로 적정할 때 10 N 짜리 B 물질 5mL 가 소요되었다면 A 물질의 당량수는 얼마인가 ? 즉, 몇 eq or meq 인가 ?

9  완충곡선법 : 서로 다른 완충능력을 가지는 각 토양에 대해 석회 물질의 첨가량에 따른 pH 변화를 나타내는 완충곡선을 작성하여 원하는 pH 까지 되게 하는데 소요되는 석회의 양을 구하는 방법 [ 전체 토양량 / 토양시료량 ] x 곡선에서 얻은 석회의 요구량 = CaCO 3 요구량 [ 전체 토양량 / 토양시료량 ] x 곡선에서 얻은 석회의 요구량 = CaCO 3 요구량 충 산성토양의 개량 Q1. pH 4.0 인 토양 5kg 을 pH 5.5 로 높이는데 소요되는 석회요구량은 ? 단, 1 cmol c = 500mg 의 석회 ( 탄산석회 ) 임

10 석회의 종류 석회물질화학식Ca% 중화시 CaCO 3 100kg 에 상당하는양 생석회CaO7056 소석회 Ca(OH) 2 5074 탄산석회 CaCO 3 36100 산화마그네슘 ( 고토 ) MgO1740 cf. 소석회 시용량 (kg/10a) = 탄산석회시용량 ×0.75 생석회 시용량 (kg/10a) = 탄산석회시용량 ×0.56 생석회 시용량 (kg/10a) = 탄산석회시용량 ×0.56

11 토양의 완충작용 (buffer action)  외부에서 토양에 산 또는 염기성 물질을 가할 때 pH 의 변화를 억제하는 작용을 말함.  일반적으로 다른 요인이 같다면 토양의 CEC 가 클수록 완충용량이 커지며, 점토 ( 몽모리오나이트, 버미큐라이트 등 ) 나 부식물이 많은 토양일 수록 완충용량이 커서 pH 값을 변화시키는데 더 많은 석회를 필요로 함  토양에 HCl 을 가하면 콜로이드의 Ca + 과 H + 가 치환되어 급격히 낮아지는 것을 막으며, CaCO 3 를 가하면 콜로이드에 흡착된 H+ 과 Ca 2+ 이 치환되어 pH 가 별로 높아지지 않음  토양에 HCl 을 가하면 콜로이드의 Ca 2+ 과 H + 가 치환되어 급격히 낮아지는 것을 막으며, CaCO 3 를 가하면 콜로이드에 흡착된 H+ 과 Ca 2+ 이 치환되어 pH 가 별로 높아지지 않음

12 작물별 적정 pH 범위