유기농업기능사 필기 6편 - 토양의 성질

토양의 물리적 성질

토성

토양 알갱이의 크기에 따라 점토, 미사(微砂), 모래 등의 세가지로 나누고 이들의 함량비율에 따라 토성이 정해지는데, 사토, 사양토, 식토 등 12개 토성으로 구분됨.

 

*토양의 3상 분포

고상 : 암석의 풍화물인 무기물과 각종 동식물의 유체와 생물체를 포함한 유기물

액상 : 여러 가지 물질과 이온이 함유된 수분

기상 : 토양 공기

 

*3상의 적정비율

고상:액상:기상 = 약 2 : 1 : 1

 

토양수

토양속 삼상상태의 모든 수분보다는 액상수분을 주로 말함.

화학적 물리적 및 생물적인 작용을 촉진하고 영양분의 용매로서 작용하며 증산,침투,증발,유출 등에 의하여 토양으로부터 소실된다.

 

*토양 입자에 따른 분류

자갈 : 화학적 교질적 작용이 없고 비료분 수분의 보유력도 빈약하나 투기성 우수성을 좋게한다.

모래 : 굵은 모래는 자갈과 비슷한 성질을 가지나,잔모래는 물이나 양분을 다소 흡착하고 투기 투수를 좋게 하며 토양을 부드럽게 한다.

점토 : 토양 중의 가장 미세한 입자이며 화학적 교질적 작용을 하고 물과 양분을 흡착하는 힘이 크며,투기 투수를 저해한다.

 

*토양의 성질

-사양토 : 토성의 한 구분. 20％이하의 점토, 모래 52％이상, 미사 50％이하, 점토 7％이하 범위에 있는 토양.

-식양토 : 점토함량이 27∼40%이고 모래함량이 20∼45%인 토성.

-사토 : 모래가 많이 섞인 흙이나 땅. 모래흙.

-식토 : 점토함량이 40％이상이고 모래 45％이하, 미사 40％이하인 토양.

 

토양의 구조

각 토양 입자가 배열되어 있는 상태

모재료의 성질과 종류가 기본적으로 중요하며, 그밖에 토양의 물리적 및 생화학적 작용과 기후 등이 작용한다.

단립구조 : 토양을 이루는 입자들이 서로 덩어리를 이루지 않고 개개로 흩어져 있는 상태. 토양입자가 응집되어 있지 않고 입자 하나하나가 떨어져 있는 상태로 작물생육에는 불리한 상태임. 이것을 떼알구조로 만들기 위해서는 석회 및 유기물의 시용이 요구됨.

*입단구조 : 토양입자가 집합되어 입단으로 된 토양의 물리적 상태. 이 구조는 홑알구조(單粒構造)보다 생산성이 높음. → 떼알구조.

 

 

입단구조의  파괴에 관계되는 요인

-습윤과 건조의 반복

-동결과 해동의 반복

-식물뿔리의 물리적작용

-유기물의 분해

-강우와 기온의 변동

-수분이 과소하거나 과다할 때의 경운

 

 

토양공극

토양 입자사이의 틈

 

*공극률

토양용 적중 고형입자가 자치하고 있지 않은 부분의 비율.

공극률(孔隙率, porosity, n)은 토양부피 V에 대한 전체 공극 부피Vv의 비율을 말한다.

공극률은 액상률(수분율)과 기상율(공기율)의 합이며, 토양의 입자밀도와 전용적밀도로부터 계산한다.

 

 

토양 온도

 

역할

-식물과 미생물의 활동과 생육

-토양형을 결정하는 기상조건

-종자의 발아

-토양 통기

-토양 수분의 이동

-식물 양분의 화학적 형태변화

 

토양 온도의 변동

온도는 1일 중 또는 계절과 위치에 따라 특징 있는 변동을 보인다.

변동은 토양 표면에서 가장 크며, 깊을수록 줄어들고 약 3m이하에서는 거의 일정하다.

토양 온도는 북반구에 있어서 남향이나 동남형의 경사면 토양은 평탄지나 북향면에 비하여 아침에 빨리 데워지며 평균 온도가 높은 것이 보통이다.

 

토양 색깔

토양색에 영향을 끼치는 요인

토양 구성 암석 및 광물의 종류, 유기물 함량, 수분 함량 및 배수성

 

토양색 표시

-색상 : 주파장 또는 빛의 색에 해당하는 것으로 숫자 5는 각 색상의 대표적인 것이다.

-명도 : 색상의 선명도로서 순흑을 0,순백을 10으로 하였으며 이값은 특히 부식의 함량과 관련이 깊다.

-채도: 광의 주파장의 상대적인 순도 또는 강도로서 그 값은 백색광의 배율이 줄어듦에 따라 커지게 되며 무채색은 0이다.

 

*지력을 향상시키기 위한 토양 조건

*토성  :양토를 중심으로 사양토~식양토가 알맞다.

사토는 수분과 비료성분이 부족하고,식토는 토양 공기가 부족하다.

*토양구조 : 입단 구조가 조성될수록 토양의 수분과 공기 상태가 좋아진다.

*입단구조 : 토양입자가 집합되어 입단으로 된 토양의 물리적 상태. 이 구조는 홑알구조(單粒構造)보다 생산성이 높음. → 떼알구조.

*토양산도 : 중성이나 약산성이 좋고 강산성이나 알칼리성이면 작물 생육이 저해된다.

*토양성분  : 필요한 무기 성분이 풍부하고 균형있게 포함되어 있어야한다.또한 유기물 함량이 증대될수록 지력이 향상되나 습답 등에서는 유기물 함량이 많은것이 도리어 해가 된다.

*토양 수분 ,토양 공기 : 너무 과하거나 부족함이 없어야 한다.

*토양미생물 : 유용한 미생물이 번식하기 좋은 상태에 있는 것이 유리하다.

*유해물질 : 토양이 오염되지 않아야 한다.

 

토양의 화학적 성질

 

*식물생장에 필요한 필수원소

 

비료요소 : 토양 중의 자연 함량으로는 부족하여 인공적으로 보급할 필요가 있는 것으로 질소, 인, 칼륨,칼슘,마그네슘,철,망간,붕소 ,아연,규소 등이 이에 해당한다.

비료 4요소 : 질소,인,칼륨,칼슘

 

탄소,산소,수소 - C,O,H

-식물의 90~98%를 차지,엽록소의 구성원소이며, 광합성에 의한 여러가지 유기물의 구성재료

-결핍이 될일이 없음

 

질소(다량원소) - N

-엽록소 ,단백질,효소 등의 구성성분

-결핍되면 황백화현상,생육이 빈약,열매의 성숙이 빨라지거나 수량이 적어짐

인(다량원소) - P

-뿌리의성장,개화결실 촉진,세포핵 분열조직 효소 등의 구성성분,광합성,호흡작용,녹말과 당분의 합성분해,질소 동화 등에 관여

-결핍시 잎의 폭이 좁아지고 암녹색이 되며 줄기나 잎병자색 분열이 적고 개화결실이 나빠지며 과실의 품질이 떨어진다.

칼륨(다량원소) - K

-광합성,탄수화물,단백질 형성,세포 내의 수분고급,증산에 의한 수분 상실의 제어 등의 역할,뿌리 줄기를 강하게 해줌

- 결핍시 생장점이 말라죽고 줄기가 약해지며 늙은잎의 전단 황화하여 엽면에 퍼지며 갈색으로 고사한다.과실 비대가 쇠하여 맛 외관 모두 나빠짐

칼슘(소량원소) - Ca

-세포막 중간막의 주성분으로 잎에 많이 존재하며 체내이동 곤란,단백질의 합성 물질 전류에 관여,세포분열에 관여,내병성 촉진

-결핍시 뿌리나 눈의 생장점이 붉게 변하며 죽음, 생장이 왕성한 어린잎 선단이 휘어지며 얼마후 갈색 고사됨,뿌리표피에 코르크층이 생기고 뿌리가 짧아지짐

마그네슘(소량원소) - Mg

-엽록소의 구성원소이며 잎에 많음,체내 이동 용이,광합성 호흡 핵산합성의 효소역할

-결핍시 줄기나 뿌리의 생장점의 발육저해,늙은잎의 엽면부에서 엽맥간이 화화되며 과실열린 부근 잎에 결핍이 나타나기 쉽다.

황(소량원소) - S

-단백질 아미노산 효소 등의 구성 성분, 엽록소 생성에 간접관여,탄수화물 대사

-결핍시 전체적으로 생장이 나쁘고 엽록소의 형성이 억제되며 질소결핍과 비슷한 증상을 보임

철(미량원소) - F

-호흡효소의 구성성분,엽록소 합성 촉진

-결핍시 새잎부터 황백화

망간(미량원소) - Mn

-각종 효소의 활성을 높여서 동화 물질의 합성 분배 호흡 광합성 등에 관여,구조적 역할

-결핍시 새잎이 담록색이 되며  엽맥에서 먼 부분이 황색화 되며 잎이 소형이 된다.

붕소(미량원소) - B

-핵산합성,뿌리끝 생장에 관여,초매 또는 반응 조절 물질로 작용하여 석회 결핍의 영향을 경감시키는 역할

-결핍시 생장점이 멋고 약해지며 입병이 코르크화 줄기의 중심이 검게되며 과실에 진이 나오고 코르크화가 보이기도 하며 분열 조직에 갑자기 괴사를 일으키는 일이 많이 발생

아연(미량원소) - Zn

-촉매 또는 반응 조절 물질로 작용 ,엽록소 파괴 방지,줄기 성장억제 단백질과 탄수화물의 대사에 관여

-결핍시 황백화,괴사,조기 낙엽, 엽맥간 황색,황화는 새잎부터 시작 차차 중간잎에 미침, 잎이 소형화 됨

구리(미량원소) - Cu

-호흡 또는 산화 환원반응,효소 역할, 엽록소의 생성도 조장

-결핍시 황백화,괴사,조기낙엽 등을 초래하며 뿌리의 신장을 저해시키며 새잎의 선단부터 황백화한다.

몰리브덴(미량원소) - Mo

-질소환원반응 효소역할

-결핍시 광엽은 안쪽으로 감아 컵모양이 되며 세엽작물에서는 잎이 꼬인다. 늙은 잎부터 증상이 나타나며 모자이크병에 가까운 증세 발생

염소(미량원소) - Cl

-광합성에서  산소 발생을 수반하는 광화학반응에 망간과 함께 촉매적작용,뿌리 잎 세포분열 관여

-결핍시 신아(새눈 새싹)가 황화한다.

 

*점토 광물

점토광물(粘土鑛物)은 점토를 구성하는 광물의 주성분은 층상 규산염 광물인 것을 말한다. 방해석, 고회석, 석영 등의 광물도 점토 입경의 경우에는 점토광물이라고 하지만, 일반적으로는 층상 규산염 광물을 점토광물이라고 한다.

카울리나이트: 1:1 경자형광물 ,  우리나라 토양에 많이분포 척박하고 적갈색의 집적층 현상이 나타난다.

몬모릴로나이트, 2:1형의 대표적인 점토광물

일라이트,주로 백운모와 흑운모로부터 생김

버미큘라이트, 일라이티ㅡ의 층가나을 결하밯고 있는 K이온이 전부 또는 대부분이 빠져나간 것

부식 : 흙 속에서 식물이 썩으면서 만들어지는 유기물의 혼합물

 

 

*양이온치환용량 크기
부식 〉 버미큘라이트 〉 몬모릴로나이트>일라이트 〉 카올리라이트 순으로 크다.

 

*토양 유기물의 기능

암석의 분해촉진 : 분해시 여러가지 산을 생성하여 암석의 분해를 촉진

양분의 공급 : 분해되어 여러 원소를 공급

대기 중의 이산화탄소 공급 : 분해시 방출되는 이산화탄소는 주변 이산화탄소 농도를 높여 광합성을 조장한다.

생장 촉진 물질의 생성 : 분해되며 여러 생장촉진물질 생성

입단의 형성 : 분해시 부식콜로이드와 조대유기물은 입단을 조장하여 물리성을 개선

보수 보비력의 증대 : 부식콜로이드는 양분을 흡착하는 힘이 강하여 입단과 부식콜로이드의 작용에 의해서 토양의 통기,보수,보비력이 증대된다.

완충능의 증대 : 부식콜로이드는 토양 반응을 급히 변동시키지 않는 토양의 완충능을 증대시키고, 알루미늄의 독성을 중화하는 작용을 한다.

미생물의 번식 조장 : 미생물의 영양원을 공급

지온의 상승 : 토양의 색을 검게 하여 지온상승

토양 보호 : 토양 침식 방지,경감

 

 

역질사용토와 유기질 토양

역질 사양토 : 사양토에 20~50%부피의 자갈이 섞여 있으면 역질 사양토라 한다

유기질 토양 : 거친 토성의 토양이 20% 또는 그 이상의 유기물이 들어 있거나 ,고운 토성이 30%또는 그 이상인 토양은 토양의 성질이 유기물에 의하여 지배된다.

 

 

토양의 비료 성분 흡수

-뿌리의 흡수 기구

양분의 이동

 

-엽면 흡수

엽면 시비를 통해 토양 중에서 이용될 수 없는 형태로 변하기 쉬운 무기양분을 공급하는데 효과적이며 작물체내로 쉽게 이동하여 빠른 효과를 거둘수 있다.

 

 

토양 교질

교질 : 반투과성막을 통해 쉽사리 확산되지 않는 고분자량의 물질. → 콜로이드

 

*양이온 치환 용량(CEC)

작물의 생육에 필요한 유효 영양 성분인 K+, NH4+, Ca2+, Mg2+ 등의 보유량은 양이온 치환 용량(CEC)이 크면 클수록 많다

비옥한 토양일수록 양이온 치환 용량이 크다고 할 수 있다.

 

*주요양이온의 이액순위(토양에 잘붙는 순서)

H+ >= Ca2+ > Mg2+ >NH4+ >Na+ >Li+

토양 중에 수소이온의 농도가 너무 높으면 다른 양이온 입자가 떨어져 나와 지하수나 표층수로 유실되어 토양이 산성화 된다.

 

*염기포화도

치환성 양이온 중 H+ 및 Al(OH)2+(강산성토양에는 많은 비율을 점함)를 제외한 염기 즉, Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+(NH4+는 다른 양이온에 비해 거의 무시할 정도이나 질소비료를 준 경우는 상당량 함유) 등 치환성 염기총량의 양이온 치환용량(CEC)에 대한 백분율

염기포화도(V)=치환성 염기이온(S)/양이온 치환 용량(T)*100

 

음이온 치환 용량(AEC)

일정량의 토양 또는 교질물이 가지고 있는 치환성 음이온의 총량을 밀리그램 당량으로 표시한 것

당량이란?

이전에 화학반응의 계산에 자주 쓰였던 결합능력을 나타내는 척도. 어떤 원소의 당량은 1g의 수소(또는 8g의 산소, 35.5g의 염소)와 결합할 수 있는 gram수로 나타냄. 즉 원자량을 원자가로 나눈 것에 해당함. 화합물에 대해서는 어떠한 반응인가에 따라 당량은 별도의 값을 나타냄. 예를 들어 산이라면 중화반응에서 그 분자량을 이온화할 수 있는 수소원자수로 나눈 것이 당량이 됨.

 

*음이온의 치환순서 : SiO₄⁴- > PO₄²- > SO₄²- > NO³- ≒ Cl-

 

*토양pH

토양 pH(soil pH)는 토양의 수소이온농도(pH)를 측정한 값을 말한다.

토양의 pH는 3∼9정도의 범위를 가지며 일부 토양은 pH 7(중성)을 기준으로 낮은 수의 값은 산성토양, 높은 숫자의 값은 염기성토양이라고 한다. 대부분의 작물은 pH6.0~7.0인 중성앤지 약산성에서 잘 자라나 식물마다 선호하는 산도의 토양이 다르고, 병, 해충도 잘못된 pH농도로 인해 발생하는 경우가 있기 때문에 농부나 정원사는 토양산도를 잘 파악해야한다.

 

*산성토양

토양용액의 반응이 ph7보다 낮은 토양

우리나라 토양은 화강암이 많아 대부분 산성토양

토양내 H+ 의 농도가 높은상태

 

*산성화 원인

-토양 수분은 공기의 CO2와 평형 상태에 있게 되며 물에 녹아 탄산이 되고 해리하여 H+방출

-유기물이 분해될때 생기는 유기산이 해리되어 H+방출

-식물의 뿌리에서 야분을 흡수하기 위해 H+방출

-산성 비료,인분 등으로 인한 토양의 산성화

-황산, 질산, 탄산과 같은 무기산과  알루미늄이온(Al3＋), 철이온(Fe3＋)과 금속이 가수분해되어 수소이온(H+)을 생성

-생성된 수소이온이 모세관수에 녹아든 염기성 이온(Ca,Mg,K,Na)과 교환되어 염기성이온은 용탈되어 빠져나가 토양을 산성화시킴

 

산성토양의 피해

-수소이온에 의한 해작용 : 수소이온이 작물의 뿌리에  침입하여 단백질을 응고 또는 용해시켜 효소작용을 방해

-수소이온이 뿌리의 세포를 약화시켜 상처입힘

-작물의 양분 결핍 : 작물에 필요한 미량원소인 염기성이온(Ca,Mg,K,Na)이 용탈되어 작물양분의 결핍증상일으킴.

 

*산성 토양의 개량

석회질 비료 시용 : 석회(CaCO3)성분의 비료를 시비해 중성으로 바꿈.

석회가 토양속에서 분해되어 ca은 식물에 남은 탄산(co)은 중성토양을 만든다.

유기물 시용 : 부식의 증대,완충능의 증대와 토양의 물리 화학적성질,미생물의 성질 개선 효과가있다.

근류균 첨가 : 근류균을 순수 배양하여 종자와 섞거나 배양균을 종자에 침지하거나 모래나 부식토와 섞어 토양에 뿌려준다.

 

*알칼리토양

알칼리 토양종류

-염류토양

ca,mg,na 등의 염화물,황산염,질산염들의 염류가 집적된 토양

토양의 pH는 대개 8.5이하

전기전도도가  4ds/m 이상, 교환성 나트륨 퍼센트가 15퍼센트 이하

-나트륨성 알칼리 토양

염류 토양보다 가용성 염류의 농도는 높지 않으나 교환성 Na비율은 15%를 넘으며 pH 8.5~10이다

-염류나트륨성 알칼리 토양

가용성 염류의 농도가 높으며,교환성 나트륨이 15%를 넘는다.

 

원인

비료를 과잉시비시 식물이 흡수하고도 염류들이 많이 남아있어 토양에 계속남게됨

비가오면 염류들이 씻겨나가는데 하우스시설에서는 염류집적이 문제가 심해짐.

식물이 뿌리를 통해 물을 흡수하는 것은 삼투압에 의해 흡수를 하게되는데 토양내 염류가 많아지게되면 식물내 농도보다 토양의 농도가 높아져 물과 원소들을 흡수하지 못함.

 

*염류토양 개선

비료시비를 줄이고 무기질비료보다는 유기질비료를 사용한다.

유기질비료가 미생물에 의해 토양의 구조를 변화시키는 효과가 있으나 많이 시비하면 안좋음

 

산화환원 전위

전자(電子)의 출입으로 볼 때 산화(酸化)는 전자를 잃는 것이고 환원(還元)은 전자를 얻는 것임. 산화물(酸化物)과 환원물(還元物)을 함유하는 어느 계에 있어서는 평행관계에 있으며, 그 상태는 반응에 관여하지 않는 백금전극을 삽입함으로써 알 수 있음. 즉 전자가 전극으로부터 용액으로 또 그 반대방향으로 이동하게 되면 그 계는 산화 또는 환원 반응을 일으키고 있는데 이런 경우 전극 표면과 용액과의 사이에 전위차가 생기게 되는 것.