농촌지도사, 연구사, 농업직 7급, 9급공무원 필수과목 재배학 핵심 내용 요약 정리! 3. 토양

제3장. 토양

 

1. 지력

동일한 작물의 품종을 같은 지방에서 같은 재배법으로 땅(토양)만 달리하여 재배하였을 때 땅을 달리함으로써 수량에 차이를 보이게 된다. 이러한 결과를 나타내게 되는 원인은 결국 토양조건에 기인되는 것이며 수량이 많은 땅은 그 작물의 생육에 알맞았기 때문인데 토양의 이학적ㆍ화학적ㆍ생물학적인 모든 성질은 작물생육과 깊은 관계가 있다. 즉 토양의 이학적ㆍ화학적 및 생물학적 성질이 종합되어 작물생산에 영향을 끼치는 힘, 다시 말하면 토양의 작물생산력을 지력이라고 하고 또한 주로 물리적 및 화학적인 지력조건을 토양비옥도라고도 한다.

 

가. 토 성

토성은 양토를 중심하여 사양토 내지 식양토가 토양의 수분ㆍ공기ㆍ비료성분의 종합적 조건에 알맞다. 사토는 토양수분과 비료성분이 부족하고, 식토는 토양공기가 부족하다.

 

나. 토양구조

토양구조는 입단구조가 조성될수록 토양의 수분과 공기상태가 좋아진다.

 

다. 토 층

토층은 작토가 깊고 양분의 함량이 많으며, 심토도 투수성과 투기가 양호해야 하는데 이를 위해서 객토ㆍ심경 또는 토양개량제의 시용 등을 한다.

 

라. 토양반응

토양반응은 중성 내지 약산성이 알맞으며, 강산성이나 알칼리성이면 작물생육이 저해된다.

 

마. 유기물 및 무기성분

토양 중의 유기물함량은 대체로 증가할수록 지력이 높다. 그러나 습답 등에 있어서는 유기물함량이 많은 것이 도리어 해가 되기도 하며 무기성분이 풍부하고 균형 있게 함유되어 있어야 지력이 높다. 특히 질소ㆍ인산ㆍ가리 등의 3요소의 함량이 높아야 하며 일부 성분의 과다나 결핍은 작물생육을 저해한다.

 

바. 토양수분 및 토양공기

토양수분은 적당해야 작물생육이 좋은데 일반적으로 밭작물은 포장최대용수량의 80% 내외가 적당하다. 토양수분이 부족하면 한해를 받게 되고 과다하면 습해를 받으며 때로는 수해를 유발한다. 토양공기는 토양수분함량과 관계가 깊은데 토양 중에서 공기가 적거나 또는 산소가 부족하고 이산화탄소(CO2) 등 유해가스가 많아지면 작물뿌리의 기능을 저해하여 생육이 나빠진다.

 

사. 토양미생물

작물생육을 돕는 유용미생물이 번식하기 좋은 상태로 되는 것이 좋으며 병충해를유발하는 미생물이 적어야 한다.

 

2. 토양의 기계적 조성

가. 토양의 3상 분포

토양은 크고 작은 각종 각색의 토양 입자로 구성되어 있으며, 이들의 입자 사이에는 공극이 있다. 이 공극을 공기 혹은 물이 존재하는 공간이 있다. 이와 같이 고체, 액체 및 기체가 존재하며 이것을 토양의 삼상이라 한다. 고상, 액상 및 기상을 말한다.

토양의 이 삼상의 비율은 무기질토양에서는 고상이 약 50%, 액상 및 기상이 각각 약 25% 정도이며 이것이 대체로 작물생육에도 알맞다. 그러나 이 삼상의 비율은 토양의 종류에 따라 크게 다를 뿐만 아니라 한 토양에 있어서도 층입에 따라 현저히 다르다. 또 기상과 액상의 비율은 일기에 따라 변동하며 강우로 인하여 액상이 많아지고 기상이 감소한다.

고상은 유기물과 무기물로 이루어져 있다 일반적으로 고상이 차지하는 비율은 입자가 작아질수록 그리고 또 유기물의 함량이 많아질수록 낮아진다. 또한 토양입자의 형상과 점토의 성질에도 관계가 있다.

 

나. 토양입자의 정조

토양입자의 정조는 토양입자의 입경에 따라서 유별하는데 그 기준은 나라에 따라서 다소 다르다. 즉 토양입자의 크기에 따라 다음과 같이 구분한다.

 

<표 3-1> 입경에 따른 토양입자의 분류법

① 자갈은 암석이 풍화해서 맨 먼저 생긴 여러 모양의 굵은 입자이다. 자갈은 화학적ㆍ교질적 작용이 없고, 비료분ㆍ수분의 보유력도 빈약하다. 그러나, 투기성ㆍ투수성은 좋게 한다.

② 모래(사)는 석영을 많이 함유하는 암석이 기계적으로 부서져서 생긴 것이며, 입경의 크기에 따라 조사ㆍ세사ㆍ미사로 세분한다. 모래의 색깔은 백색ㆍ적색ㆍ암색 등을 띤다. 굵은 모래는 자갈과 비슷한 성질을 가지나, 잔 모래는 물이나 양분을 흡착하고 투기ㆍ투수를 좋게 하며, 토양을 부드럽게 한다.

③ 점토는 토양입자 중 가장 미세한 알갱이며, 화학적ㆍ교질적 작용을 하고 물과 양분을 흡착하는 힘이 강하며, 투기, 투수를 저해한다. 점토나 부식은 입자가 미세하고, 입경이 1μ 이하 특히 0.1μ 이하의 입자는 교질로 되어 있다. 교질입자는 음하전을 띠고 있어 양이온을 흡착한다. 토양 중에 교질입자가 많으면 치환성 양이온을 흡착하는 힘이 강해진다. 토양 100g 이 보유하는 치환성 양이온의 총량을 ㎎당량으로 표시한 것을 양이온치환용량(cation exchange capacity; C.E.C.) 또는 염기치환용량(base exchange capacity; B.E.C.)이라고 한다. 토양 중에 고운 점토와 부식이 증가하면 C.E.C.도 증대한다.

토양의 C.E.C가 증대하면 NH4+, K+, Ca++, Mg++등의 비료성분을 흡착ㆍ보유하는 힘이 커져서 비료를 많이 주어도 일시적 과잉흡수가 억제되고, 또 비료성분의 용량이 적어서 비효가 늦게까지 지속된다. 또한, 토양반응의 변동에 저항하는 힘, 즉 토양의 완층능력도 커지게 된다.

 

다. 토 성

토양입자의 정조에 따라서 유별한 토양의 종류를 토성이라 한다. 다시 말하면 모래와 점토의 구성 비율에 따라 토양을 구분하는 것으로, 식물생육에 대하여 중요한 여러 가지 이화학적 성질을 결정하는 기본요인이 된다. 사토는 70% 이상이 모래를 함유한 토양을 말한다. 사토는 점착성이 낮으나 통기와 투수가 좋으며, 지온의 상승이 빠르나 물과 양분의 보유력이 약하다.

식토는 점토함량이 40% 이상인 토양을 말한다. 식토는 물과 양분의 보유력은 좋으나, 지온상승이 느리고 투수와 통기가 나쁘다.

 

3. 토양구조 및 토층

가. 토양구조

토양을 구성하는 입자들이 모여 있는 상태를 토양구조라고 한다. 토양구조는 경토ㆍ미경토ㆍ하층토 등에 따라서 복잡한 상태를 나타내는데, 작물의 생육과 가장 관계가 깊은 경토의 토양구조는 다음과 같다.

1) 단립구조

단립구조는 토양입자가 서로 결합되어 있지 않고 독립적으로 모여서 이루어진 것, 즉 해변의 사구지에서와 같이 비교적 입자가 큰 무구조인 단일상태로 집합되어 있는 구조이다. 대공극이 많고 소공극이 적으며 투기ㆍ투수는 좋으나, 수분ㆍ비료분의 보유력은 작다.

2) 이상구조

이상구조는 미세한 토양입자가 무구조ㆍ단일 상태로 집합한 구조이나, 건조하면 각 입자가 서로 결합하여 부정형의 흙덩이를 형성하는 것이 단립구조와 다르다. 부식함량이 적고, 과습한 식질토양에서 많이 보이며, 소공극은 많으나 대공극이 적어서 토양통기가 불량하다.

3) 입단구조

입단구조는 단일입자가 집합해서 2차입자로 되고, 다시 3차ㆍ4차 등으로 집합해서 입단을 구성하고 있는 구조이다. 입단을 가볍게 누르면 몇 개의 작은 입단으로 부스러지고 이것을 다시 누르면 다시 작은 입단으로 부스러진다. 유기물과 석회가 많은 표층토에서 많이 보인다. 대소공극이 모두 많고, 투기ㆍ투수ㆍ양분의 저장 등이 모두 알맞아서 작물생육에 적당하다. 따라서 농경지는 입단구조가 오래도록 유지되고 형성되도록 관리하는 것이 매우 중요하다.

 

나. 입단의 형성과 파괴

토양에 입단구조가 조성되면 입단 내의 소공극과 입단 사이의 대공극이 균형있게 발달한다. 자연상태의 수분량을 함유할 때의 토양에 대해서 수분이 차지하는 공극의 용적을 액상공극, 공기가 차지하는 공극의 용적을 기상공극이라고 한다.

입단은 부식과 석회가 많고 토양입자가 비교적 미세할 때에 형성되므로, 입단이 발달한 토양은 대체로 비옥하고 수분ㆍ비료분의 보유력도 크다. 모관공극이 발달하면 토양통기가 좋아지고 빗물의 지중침투가 많아지며, 지하수의 불필요한 증발도 억제된다. 따라서 입단이 발달한 토양은 대체로 비옥하고, 수분ㆍ양분의 보유력이 좋으며, 토양통기도 잘되고, 빗물의 이용도도 높아지고, 토양침식도 적어진다. 그리고 유용한 토양미생물의 번식ㆍ활동이 좋아지고, 유기물의 분해도 촉진된다. 그러므로 작물생육에 알맞다.

 

1) 입단의 형성

경작을 계속하는 동안에는 입단이 끊임없이 파괴되므로, 다음과 같은 방법으로 입단의 형성ㆍ발달을 꾀할 필요가 있다.

① 유기물과 석회의 시용

유기물이 분해 할 때에는 미생물에 의해서 분비되는　점질물질이 토양입자를 결합시켜서 입단이 형성된다. 석회는 유기물질의 분해를 촉진하고, 또 칼슘이온(Ca++) 등은 토양입자를 결합시키는 작용이 있다.

 

② 콩과 작물의 재배

클로버ㆍ알팔파 등의 콩과작물은 잔뿌리가 많고, 석회분이 풍부하고, 토양을 피복하여 입단형성을 조성하는 효과가 크다.

③ 토양개량제의 시용

크릴륨이나 아크리소일 등을 시용한다.

④ 토양의 피복

토양을 피복하거나 피복작물을 재배하면 유기물을 공급하고, 식토의 건조와 비바람의 타격, 그리고 토양유실을 막아서 입단을 형성ㆍ유지하는 효과가 있다.

 

2) 입단의 파괴

형성된 토양입단은 영구적인 것이 아니고, 다음과 같은 원인들에 의해서 끊임없이 파괴되어 간다.

① 경 운

경운을 하면 토양통기가 좋아지고, 입단을 결합시키고 있는 부식이 분해하여 입단이 파괴된다.

② 입단의 팽창 및 수축의 반복

습윤과 건조, 수축과 융해, 고온과 저온 등에 의해서 입단이 팽창ㆍ수축하는 과정을 반복하면 파괴된다.

③ 비와 바람

비가 와서 입단이 급히 팽창하여 입단 사이의 공기가 압축되어서 폭발적으로 배제될 때에 입단이 파괴된다. 빗물이나 바람에 날린 모래의 타격작용에 의해서도 입단이 파괴된다.

④ 나트륨이온(Na+)의 첨가

나트륨이온은 점토의 결합을 분산시켜서 입단을 파괴하므로 나트륨이온이 들어 있는 비료의 연용을 삼가야 한다.

 

다. 토층

토양이 수직적으로 분화된 층위를 토층이라고 한다. 토양학적인 토양의 분류는 복잡하지만 경지에서는 다음의 세 가지 토양으로 흔히 분류된다.

1) 작토

작토는 경토라고도 부르며, 계속 경운되는 층위로서 작물의 뿌리는 이 층위에서 발달한다. 부식이 많고, 흙이 검으며, 입단의 형성도 좋다. 미경지에는 경지의 작토와 같은 부식이 풍부한 층위가 표면에만 얕게 형성되어 있는데, 흔히 표토라고 부른다.

2) 서상

서상은 작토 바로 밑의 층, 즉 경운되는 보습밑층이며, 작토보다 부식이 적다.

3) 심토

심토는 하층토라고도 부르며, 서상층 밑의 하층이다. 경지의 토층은 작토ㆍ서상 및 심토로 구별되는데 이들은 모두 작물생육과 깊은 관계가 있다. 특히 작토의 질적 및 양적 문제는 작물의 뿌리 발달과 생리작용에 크게 영향을 미치는데 일반적으로 작토는 가급적 깊은 것이 좋으며 질적으로는 양토(壤土)를 중심하여 사양토 내지 식양토로서 유기물 및 유효성분을 풍부히 함유하고 있는 것이 좋다. 따라서 심경ㆍ객토 등을 실시하고 유기물과 석회 등을 시용하여 비옥하게 해야 한다. 작토의 성질도 작물생육에 관계가 깊어 심토가 너무 치밀하여 투수투기가 불량하면 지온이 낮아지며 뿌리가 깊게 뻗지 못하여 생육이 나빠진다.

 

4. 토양수분

가. 토양수분함량의 표시법

토양수분의 함량을 건토에 대한 수분의 중량비로 표시하며 토양의 최대수분함량이 표시된다. 그러나 이것은 작물의 흡수력과 직결된 표시가 되지 못하며, 직결된 표시가 될 수 있는 척도로서 보통 토양수분장력을 사용한다. 즉 토양이 수분을 지니는 것은 수분장력 때문인데 이는 토양입자와의 사이에 작용하는 인력에 의하여 토양이 수분을 보유하게 된다. 토양수분장력의 강도는 그에 상당하는 입력의 단위로서 나타내며, 흔히 쓰이는 단위는 기압 또는 수주(水柱)의 높이이다. 그러나 때로는 pF(potential force)로 나타낸다.

토양수분장력이 1기압(nmHg)일 때 수주의 높이를 환산하면 약 1,000cm에 해당하며, 이 수주의 높이를 log(로그)로 나타내면 3이므로 pF 3이 된다. 즉

1(cm) = 기압 = 13.6 x 76(cm) + 1,034(cm) ≒ 1,000(cm) = 103(cm)

log103 = 3log10, log 10 = 1, pF = 3 이다.

따라서 pF 0이면 수주의 높이 1cm, 기압은 0.001이고

pF 7이면 수주의 높이 10,000,000cm이고 기압은 10,000이다.

<표 3-2> pF와 수주의 높이 및 기압과의 관계

토양수분은 작물의 흡수와 지표에서의 증발로 점차 감소한다. 토양수분이 감소할수록 수분장력은 커진다. 토양수분장력이 지나치게 커지면 작물은 토양수분을 쉽게 흡수할 수 없게 된다.

토양수분함유량과 토양수분장력은 함수관계에 있다. 즉 수분이 많으면 수분장력은 작아지고 수분이 적으면 수분장력은 커지는 관계가 유지된다. 또 수분함량이 같아도 토성이 다르면 수분장력은 달라진다.

 

나. 토양수분의 종류

토양수분의 성격은 앞에서 말한 바와 같이 토양입자와 물과의 결합에 의하여 작물에 흡수되는 난이도를 달리하며 이 토양과 물과의 결합력에 의하여 토양수분의 성격을 다음과 같이 분류한다.

1) 결합수

결합수는 화합수 또는 결정수라고도 부르며, 토양의 고체분자를 구성하는 수분으로 105℃∼110℃로 가열해도 분리시킬 수 없어 작물이 흡수 이용할 수 없다. pF는 7.0 이상으로 토양입자의 성질에 영향을 끼친다.

2) 흡습수

공기 중의 수증기를 흡수하여 토양입자에 응축시킨 수분으로 105∼110℃로 가열하면 분리시킬 수 있으며 작물은 거의 이용하지 못한다. pF 4.5∼7(31∼10,000기압)로 작물의 흡수압은 5∼14기압이므로 작물에 흡수ㆍ이용되지 못한다.

3) 모관수

모관수는 응집수라고도 부르며, 표면장력에 의한 모세관현상으로 보유되는 수분이며, 주로 물분자 사이의 응집력에 의하여 유지되는 것으로, 작물이 주로 이용하는 유효수분이다. pF 2.7∼4.5이다. 토양이 중력에 저항하여 흡착 ㆍ 유지되는 전 수분량이며, 지하수면 근처의 토양수분은 거의 이와 같은 상태이다.

4) 중력수

중력수는 자유수라고도 부르며 중력에 의하여 토양층 아래로 내려가는 수분으로, 대공극을 자유롭게 지나며, 모관수의 근원이 된다. pF 0∼2.7로서 작물에 이용된다.

 

다. 토양의 수분항수

토양수분의 함유상태는 연속적인 변화를 보이고 있으나 토양수의 운동성이나 토양의 물리성 또는 작물의 생육과 비교적 뚜렷한 관계를 가진 특정한 수분함유상태들이 있게 되는데 이들을 토양의 수분항수라고 한다.

 

1) 최대용수량

토양의 하부를 물속에 담그면 수분이 모관상승을 하는데 이때 수면으로부터 10mm의 높이까지는 토양의 수분함량이 거의 일정하며, 모관수가 최대로 포함된 상태, 즉 토양의 모든 공극이 물로 포화된 상태가 된다. 이 점을 최대용수량이라고 하며, pF는 0에 해당한다.

2) 포장용수량

수분으로 포화된 토양으로부터 증발을 방지하면서 중력수를 완전히 배제하고 남은 수분상태를 포장용수량이라 하며, pF는 2.5∼2.7(1/3∼1/2)이다. 포장용수량은 최소용수량이라고도 한다. 지하수위가 낮고 투수성이 중간인 포장에서 강우 또는 관개의 2∼3일 뒤의 수분상태가 이에 해당한다. 포장용수량 이상은 중력수로서 도리어 토양통기를 저해하여 작물생육에 이롭지 못한다.

3) 초기위조점

초기위조점은 생육이 정지하고 하엽이 위조하기 시작하는 토양의 수분상태이며 이때의 pF는 약 3.9(약 8기압)이다. 즉 토양수분을 점차 감소시키면 수분이 부족하여 식물체가 시들기 시작하나, 이것을 습기 높은 대기 중에 두면 다시 회복된다. 이와 같이 토양수분의 부족으로 작물이 시들기 시작하는 상태를 뜻한다.

4) 영구위조점과 위조계수

위조한 식물을 포화습도의 공기 중에 24시간 방치해도 회복되지 못하는 토양의 수분상태를 영구위조점이라고 한다. 이때는 pF 4.2(15기압)가 된다. 토양 건조중에 대한 수분의 중량비를 위조계수라고 한다.

5) 흡습계수

흡습계수는 상대습도 98%(25℃)의 공기 중에서 건조토양이 흡수하는 수분상태이며 흡습수만 남은 수분상태이다. pF는 4.5(31기압)이며, 작물에 이용될 수 없는 수분상태이다.

6) 풍건 및 건토상태

풍건상태의 토양에서는 pF ≒ 6이다. 건토상태의 105~110℃에서 항량(恒量)이 되도록 건조한 토양에서는 pF ≒ 7이다.

 

라. 토양의 유효수분

포장용수량 이상의 토양수분은 작물생리상 과습상태를 유발하므로 잉여수분이라고 하고, 영구위조점 이하의 토양수분은 작물이 이용할 수 없으므로 무효수분이라고 하며, 포장요수량과 영구위조점 사이의 수분을 유효수분이라고 한다.

그러나 초기위조점 이하의 수분은 작물생육을 돕지 못한다. 작물은 위조계수 부근의 토양수분도 흡수 이용할 수 있지만 실제 생장에는 그보다 훨씬 높은 상태의 토양수분이 필요하다. 실제 생장이 정지되는 토양수분상태를 생장정지점이라고 본다면 이것은 위조계수보다도 훨씬 높은 수분상태가 된다. 작물생육에 가장 알맞은 최적함수량은 작물의 종류 및 품종 등에 따른 차이가 있으며 또 생육시기에 따라서도 다르기는 하지만 최대용수량의 60~80%의 범위에 있다.

 

5. 토양공기

가. 토양의 용기량

토양공기의 용적은 전공극용적에서 토양수분의 용적을 공제한 것인데 토양 속에서 공기로 차 있는 공극량을 토양의 용기량이라 한다. 일반적으로 모관 공극에는 수분이 차 있고 비모관공극에는 공기가 차 있으므로 용기량은 비모관공극량과 비슷하다. 따라서 토양의 전 공극량이 증대하더라도 비모관공극량이 증대하지 않으면 용기량은 증대하지 않는다. 또한 토양수분함량이 최대용수량에 달하였을 때의 용기량을 최소용기량이라 하고 풍건상태에서의 용기량을 최대용기량이라고 한다.

 

나. 토양공기의 조성 및 지배요인

토양 중의 공기는 끊임없이 대기와의 교환이 이루어지고 있으며, 그 주성분은 물론 질소와 산소지만 대기에 비해 이산화탄소의 함량이 10~100배 또는 그 이상 높으며, 산소의 농도가 훨씬 낮은 것이 특징이다. 토양 중의 이산화탄소의 농도는 토양미생물 및 식물뿌리의 활동 등을 포함한 여러 가지 인자에 의하여 변화한다. 특히 토양 속으로 깊이 들어갈수록 점점 이산화탄소의 농도가 높아지나 산소의 농도가 낮아지며 약 120cm 이하로 깊어지면 이산화탄소의 농도가 산소의 농도보다 도리어 높아진다.

 

<표 3-3> 대기와 토양공기의 조성비교(단위 : 용량, %)

종 류	질 소	산 소	이산화탄소
대 기 토 양 공 기	79.01 75~80	20.93 10~21	0.03 0.1~10

<표 3-4> 토양의 깊이와 공기의 조성(단위 : 용량, %)