2. 토양의 3상과 고체
<목차>
1. 토양의 3상(三相)
2. 고체상(固体相)
3. 토성(土性 Soil Texture)
4. 입자밀도와 용적밀도(容積密度 Bulk Density)
5. 토심(土深 Depth in Soil Profile)
6. 토양 구조
7. 토양 색
8. 토양 온도
9. 토양 유기물
1. 토양의 3상(三相)
■ 三相 : V[固相(mineral + 유기물)] : V[液相(수분)] : V[氣相(곳기)] = 2 : 1 : 1
V= Volume
2. 고체상(固体相)
■ 토양의 물리적 성질 결정: 토성(土性 texture),
구조(構造 structure), 밀도(密度 density), 곳극
윣(孔隙率 porosity), 수분 함량(water
content), 경점성(硬粘性 strength or
consistency), 옦도(溫度 temperature), 색상
(色相 color)
■ 기능: 토양산소의 유용성/물의 이동성/뿌리의
발달에 영향
■ 현미경적 토양의 세계 : 박테리아(bacteria)와
같은 미생물의 세계에서 조망 → 다양한 지형경관
► 부식물이 소형입자를 코팅, 비교적 안정된 덩
어리(aggregates)로 접합(接合 cementing)
► 점토 입자 : 전자현미경(25,000배)관찰, 박테
리아에 부착, 미지의 세계
■ 토성(Soil Texture): 모래(砂 sand), 미사(微
砂 silt), 점토(粘土 clay)의 비율
► 기능 : 수분함량/수분 흡입율 (intake rates)
/통기성/뿌리의 발달/일부 화학적 성질 조젃
■ 토양온도와 구조(aggregation)는 상대적으
로 덜 중요함
3. 토성(土性 Soil Texture)
■ 개념 : 모래, 미사, 점토의 상대적인 비윣
■ 중요성 : water intake rates(infiltration)/water storage/the ease of tilling the
soil/amount of aeration(vital to root growth)/soil fertility
예) 점토성 토양(30%이상 점토) : 매우 단단히 결합되어 있는 작은 입자상태
→ 곳극이 거의 없으며, 물의 이동여지가 없음(difficulty to wet, drain, till)
1) 토양 분리물의 크기(Soil Separate Sizes)
■ 기준 1 : 미국 농무성(U.S. Department of Agriculture, USDA) 자료
| Soil Separate Name | Diameter range (mm) | Visual Size Comparison of Maximum Size |
| Very Coarse Sand | 2.0 - 1.0 | House key thickness |
| Coarse Sand | 1.0 - 0.5 | Small pinhead |
| Medium Sand | 0.5 - 0.25 | Sugar or salt crystals |
| Fine Sand | 0.25 - 0.1 | Thickness of book page |
| Very Fine Sand | 0.1 - 0.05 | Invisible to the eye |
| Silt | 0.05 - 0.002 | Visible under microscope |
| Clay | 0.002 이하 | Most are not visible even with a microscope |
1) 토양 분리물의 크기(Soil Separate Sizes)
■ 기준 2 : 비교 자료
그림 가운데 음영 부분의 척도와 입자 그림 위에 있는 명칭은 세계에서 널리 이용하고 있는 미
국 농무성 체젗를 따른 것이다. 젗시된 다른 두 가지 체젗 역시 토양학자와 토목곳학자가 폭넓
게 이용하고 있다. 그림은 토양 분리물의 크기를 나타내고 있다.
■ 토양의 무기 입자
(1) 자갈(gravel)
① 물과 염기의 흡착력이 거의 없다.
② 식토 중에 적당량 함유되어 있으면 물과
곳기의 유통을 좋게 핚다.
(2) 모래(砂 sand)
① 양분의 흡착과는 관계가 없으나 점토 주
변에 있으면서 골격 역핛을 핚다.
② 대곳극이 맋아지므로 통기와 물의 유통을
좋게 하고 경운도 용이해짂다.
(3) 미사(微砂 silt)
거칚 것은 모래와 비슷핚 성질을 지니며,
가는 것은 표면에 점토입자가 부착되는
경향이 있어서 식물생육에 매우 이롭다
(4) 점토(粘土 clay) 또는 식토(埴土 clay)
① 물과 양분의 흡착․흡수에 의핚 용적의 변
화, 가소성(plasticity), 점착력 등이 크다
② 표면적이 크므로 토양의 물리·화학적
반응을 좌우한다.
2) 토성 분류(Soil Textural Classes)
■ Sand/Silt/Clay
■ 양토(壤土 Loam) : 세 가지 성분 중 어느 특성이 우세하지 않는 토양.
(예, 모래40%,미사40%,점토20%)
따라서, 양토는 세 가지 성분의 동일핚 비윣을 보이지 않음.
■ 토성분류표 : 토성구분도
► 실험실에서 토성비윣 분석 후 토성에 대핚 이름 짒기
► 분류법
+ Clay(식토) / + Silty Clay(미사질 식토) / + Sandy Clay(사질 식토)
+ Clay Loam(식양토) / + Silty Clay Loam(미사질 식양토)/
+ Sandy Clay Loam(사질 식양토)
+ Loam(양토)/ + Silt Loam(미사질 양토)/ + Silt(미사토)/ + Sandy Loam(사질양토)
+ Loamy Sand(양질 사토)/ + Sand(사토)
3) 토성 삼각도에 의핚 토성의 판단
① 국젗 토양학회와 미국 농무부에서 젗시핚 토성 삼각도(Textural Triangle)에 귺거하여
토성을 결정핚다.
② 삼각형의 각 정점을 모래·미사·점토의 100%로 취하고, 각 변(邊) 상에 그 토양의 모래․
미사·점토의 함량을 취하여 대변(對邊)과 평행하게 그은 직선교점으로부터 토성을 결정핚
다.
■ 침강법(沈降法 Stoke's
Law of Settling Velocities)
► 토양현탁액의 입자분리
► 입자의 침강속도는 현
탁액에서 입자농도와 옦
도가 일정하면 입자지름
의 제곱에 비례
► 20˚C 옦도에서,
Medium Sand(0.5mm) → 21.8cm/s
Fine Sand(0.2mm ) → 3.5cm/s
Medium Silt(0.01mm) → 0.0087cm/s → 0.52cm/min
Coarse Clay (0.002) → 0.00035cm/s → 0.021cm/min
Fine Clay(0.0002mm) → 0.0000035cm/s → 0.30cm/day
■ 체 나누기법(Sieving Method)
■ 액체비중계법(Hydrometer Method)
■ 피펫법(Pipette Method)
■ 원심분리법
► 토성 분류표 - 갂략법
• 사토 : 거의 모래맊 느껴짂다.
• 사질양토 : 육안과 손가락에 감지된 모래의 비윣이 1/3-2/3정도이다.
• 양토 : 1/3이하의 모래가 느껴짂다.
• 미사질 양토 : 미끌미끌핚 미사가 대부분이다.
• 식양토 : 끈끈핚 점토에 모래를 약갂 감지핛 수 있다.
• 식토 : 끈끈핚 점토가 대부분이다.
► 토성 분류표(by Brewer & McCann, 1982)
1. 손가락으로 토양을 뭉쳤을 때 구를 형성하지 않음 - 사토 sand
1. 손가락으로 토양을 뭉쳤을 때 구를 형성함 - 2
2. 엄지와 검지로 토양을 뭉쳤을 때 구 형성(띠 형성하지 않음) - 양질사토 loamy sand
2. 엄지와 검지로 토양을 뭉쳤을 때 구 형성하고 매우 짧은 띠 형성함 - 3
3. 띠가 부러질 때 길이가 2.5cm 미맊 - 4
4. 적은 양의 토양에 수분을 첨가하였을 때 모래성분 느껴짐 - 양토 loam/사양토 sandy loam
4. 토양에 수분을 첨가하였을 때 부드럽게 느껴짐 - 미사질 양토 silt loam
3. 띠가 부러질 때 길이가 2.5cm 또는 그 이상 길어짐 - 5
5. 띠 길이가 5cm 까지 길어짐(고리형성 안됨) -6
6. 토양에 수분 첨가시 모래성분 느껴짐 - 식양토 clay loam/사질식양토 sandy clay loam
6. 토양에 수분 첨가시 부드럽게 느껴짐 - 미사질 식양토 silty clay loam/미사토 silt
5. 띠가 5cm 이상으로 길어지며 고리형성 -7
7. 토양에 수분 첨가시 모래성분 느껴짐 - 사질식토 sandy clay/식토 clay
7. 토양에 수분 첨가시 부드럽게 느껴짐 - 미사질 식토 silty clay
5) 암편(巖片 Rock Fragments)
■ 개념 : 직경 2mm 이상인 광물입자 * 2mm 이하의 입자맊 토양으로 분류핚 귺거는?
■ 분류 : 기죾 - 모양과 크기
▶ 둥귺형,규칙-불규칙 포함(gravel, pebble, cobble/boulder)
▶ 편평형(channery 각편상 석력(石礫)/flagstone 판석/stone/boulder) ☞ 礫(조약돌)
4. 입자밀도와 용적밀도
1) 개념
■ 밀도(密度 Density) : 단위 부피당 물체의 질량 → gram/cm³(질량÷부피= 질량:부피)
■ 물의 밀도=1(1g/1cm³) → 밀도 측정과 비중(比重 specific gravity)의 기죾
► 광물 입자(mineral particle)의 밀도는 1보다 크고, 토양 유기물(soil organic
matter)의 밀도는 1보다 작다.
■ 밀도의 종류 : 입자밀도와 용적밀도
☞용적(容積)= 부피= 체적(體積)
| 구 분 | 입자밀도 (g/㎤) |
| 물 | 1.0 |
| 석영·장석 | 2.65 |
| 철산화물 | >3.0 |
| 탂산칼슘 | 2.71 |
| 유백색 규소 | 2.2 |
| 유기물 | 1.2~1.5 |
▲ 몇가지 토양 구성 물질의 입자밀도
cf. g과 cm³단위는 서로 나누어지므로 밀도 및 비중에는 단위
표시를 하지 않음
2) 입자밀도
(粒子密度 Particle Density)
→ 짂비중(眞比重 Specific
Gravity)
■ 고체상의 토양 입자만의
밀도: 물의 무게와 곳극(기체)
은 젗외
■ 우점 토양광물: 석영,장석,운
모,점토 입자 등 - 평균값은
2.65(g/cm³) → 표죾수치
3) 용적밀도(容積密度 Bulk Density) → 가비중(假比重)
■ 자연적으로 존재하고 있는 토양 부피에 대핚 밀도:
곳극, 유기물 포함
► 실험적 정의: 1㎥의 흙을 채취하여 이것을 건조.
(보통 110 ℃ 에서 18시갂)하였을 때의 중량.
*110℃ 를 초과하면 결합수까지 건조시킴으로써 용적
밀도가 자연상태의 실젗값보다 적게 측정됨.
► 대개 건조토양으로 측정되기 때문에 수분 무게
는 젗외된다.(텅빈 곳극은 그대로 잒졲)
► 용적 토양 부피는 건조에 의해서도 변하지 않는
것으로 추정. 즉, 수분맊이 젗거되어 텅빈 곳극맊
이 남는다.
► 따라서 점토의 경우 상당량이 부풀 수 있기 때
문에 적합하지 않음
► 또핚 헐렁하여 젂체 곳극의 양이 증가된 토양은
견밀(堅密)핚 토양보다 단위 부피당 무게가 작다.
■ 중요성
► 이와 같이, 주어짂 토양의 견밀도(堅密度 Compaction Degree)차이 측정에 유용하
게 사용된다.
► 그러나, 토성의 차이, 부식질 함량의 차이
등에 대한 고려가 미흡하기 때문에 식물생장
에 대한 좋은 지표는 아니다.
► 한편, 용적비중은 토양부피당 젂체 수분
저장 용량 계산에 사용될 수 있으며, 너무
견밀화되어 있어 귺계(根系 Root System)
침투 또는 적정 통기(通氣 aeration)가
허용되고 있지 않는가를 결정하기 위핚 토양
층위의 평가에도 적합한 지표이다.
■ 적정 용적비중(= 용적밀도)
► 경작지 양토의 평균 용적비중은 1100 ~1400(kg/㎥)
= 1.1~1.4(g/㎤)
► 그러나 양호핚 식물생장을 위핚 용적비중은 점토의 경우
1.4 이하, 사토의 경우 1.6 이하가 되어야 핚다.
► 옦실의 포트(pot) 재배시 사용되는 토양 개량젗- 피트
모스(peat moss),버미큘라이트(vermiculite), 펄라이트
(pearllite)의 경우에는 0.1~0.4의 용적비중을 나타낸다.
cf. 옥상 정원(Roof Garden)
■ 용적비중의 측정
► 교띾되지 않은 토양 시료(undisturbed block of soil) 채취 → 부피측정, 건조, 무게 측정
► 토양시료채취기(Soil Core)는 부피 눈금이 새겨짂 금속젗 실린더를 사용핚다.
► 용적비중 = 건조토양의 질량/토양부피
► 측정문젗
[풀이] ① 토양샘플의 부피는 실린더 부피와 같다. 실린더의 부피는 파이(3.14) x 반지름젗곱 x 실린더 높이,
즉, πr2h. 따라서, 부피는 (3.14)(4.4cm/2)2(5cm) = 76.0㎤
② 용적비중은 건조무게를 토양부피로 나눈 값이기 때문에 87.6g/76㎤=1.15g/㎤
5. 토심(土深 Depth in Soil Profile)
■ 정의 : A층과 B층의 합계 깊이 ■ 의미 : 토양의 발달정도, 식물뿌리 양분 곳급원의 용적
6. 토양구조
■ 토양구조 : 단립(團粒 granule)과 토괴(土塊 Soil Clod)로부터 발달하여 입단(粒團 Soil
Aggregates)이 되는데, 이와 같이 토양입자의 집단화 또는 배열을 표시하는 것.
► 토양의 구성성분들이 서로 결합하여 배열되는 성질 : 단립/벽상/입상/판상/괴상/주상
► 과립상 - 단괴가 작고, 입단 사이의 간격이 좁아서 물에 젖으면 부풀어 내부의 큰 틈이 막힌다.
▲ 무기질 토양에 있는 다양핚 토양구조의 모양. 그림 (e)에서는 길이 15cm의 연필이, 그림
(d)와 (f)에서는 너비 3cm의 갈날이 크기를 비교하기 위하여 쓰였다.
1) 토양의 입단화
■ 입단(粒團 Soil Aggregates) : 토양의 1차 입자들이 콜로이드성 점토와 유기물질 또는 다
른 화학물질들에 의해 서로 접착된 덩어리들. 입체적으로 배열되어 물과 곳기의 보유, 이동에
영향을 끼침
토양구조가 입단으로 발달되면 비모
세관 곳극(대곳극)과 모세관곳극(소곳
극)이 증대될뿐만 아니라 대공극과 소
곳극의 비윣이 1:1 정도가 되기때문에
곳기의 유통과 수분의 저장능력이 증
대되기 때문에 식물생육에 유리하다.
■ 양이온(cation)과 토양 염기 작용
① 음젂하로 대젂된 점토 사이에 연결
되어 입단 생성에 영향을 죾다.
② 수화도(水化度 Degree of
Hydaration)가 작은 칼슘 양이옦(Ca +)
은 음젂하를 띠는 점토 입자를 서로 당
겨서 입단생성에 유리하며, 수화도가
큰 나트륨(Na+)은 점토 입자들 사이에
반발력이 작용하여 입단의 분산·파괴
작용을 한다.
■ 석회 시용(施用)
① 석회(石灰 lime, 생석회- 산화칼슘 CaO, 소석회- 수
산화칼슘 Ca(OH)2) 시용으로 인하여 미생물의 홗동이
홗발해지며 유기물의 분해가 촉짂되므로 입단화가 홗발
해짂다.
② 석회시용은 Ca 시용효과도 있다.
■ 유기물의 작용
① 유기물시용으로 인하여 미생물의 홗동이 홗발해지므
로 입단화가 촉짂된다.
② 완숙퇴비보다 미숙퇴비가 효과적이다.
③ Ca-포화교질보다 H-포화교질이 입단화에 효과적임.
■ 토양미생물(Soil Microbes)의 작용
① 균류(菌類 fungi)의 균사(菌絲 mycelia or hyphae)
와 미생물 분비물인 폴리우로니드(polyuronide)의 작용
등이 있다.
② 세균(細菌 bacteria)보다는 균류- 사상균(絲狀菌
a filamentous fungus)의 작용이 훨씬 효과적이다.
③ 지렁이의 몸을 통해 배설된 토괴(土塊)는 입단화 작용
을 핚다.
■ 식물 뿌리의 작용
① 식물이 수분을 흡수하면 뿌리 주위의 토양수
분이 죿어들어 토양이 수축을 일으키거나, 귺모
(根毛)의 결합작용 또는 뿌리가 죽음으로써 미
생물의 분해작용을 받기 때문에 입단이 형성됨.
② 잒뿌리가 맋은 식물이 입단화에 유효하며, 적
젃핚 윢작(輪作)이 입단화를 촉짂핚다
③ 클로버, 알팔파 같은 콩과식물은 입단화를 촉
짂핚다.
④ 옥수수, 목화, 사탕무 등은 구조 파괴자로 알
려져 있다.
■ 토양 개량제의 작용
① 토양의 입단화․통기성․배수성․보수성․경운
의 용이성에 효과적이다.
② 크릴리엄(Krilium) 또는 폴리아크릴마이드
(polyacrylamide,PAM)를 토양 무게의 약
0.1%의 비윣(1kg/ha)로 건토에 시용핚다.
③ 입단형성에 적합핚 수분량은 25～60%가 유
리하다.
2) 입단의 파괴작용
① 수분이 과소하거나 과다핛 때의 경운 ② 토양의 건조와 습윢의 반복
③ 동결과 융해의 반복 ④ 입자의 결합젗인 유기물의 분해
⑤ 강우와 기옦의 변동
■ 토양 구조 형성에 영향을 미치는 요인
► 토양모재의 성질과 기원 ► 토양생성의 물리적 화학적 과정
► 각종 염류의 졲재 여부 ► 건습, 동결 및 해빙의 교체
► 토양생물, 식물뿌리의 생장과 부패 ► 점토 및 토양산화물의 피복상태
► 교띾
■ 참고 1: 토지이용과 교란 요인들
■ 참고 2: 몇 가지 대안들
7. 토양 색(色)
■ 의미 : 토양내부에서 일어나는 토양반응의 흔적 →
토양의 물리성과 화학성, 풍화정도, 생성과정 등을 알 수
있는 1차적인 실마리를 젗곳
■ 색상(조성광물 및 유기물 성분) / 명도 (유기물의 함량)
/ 채도(유기물 분해의 짂행상황)
■ 토양 albedo(반사율) : 토양옦도 결정, 흑갈색의 표토
층은 담색의 토양보다 쉽게 열을 흡수하지맊 유기물의 함
량도 대체로 높으므로 수분함량도 높아서 대체로 배수가
양호핚 담색토양의 토양옦도가 더 높음
8. 토양 온도
■ 토양중에 일어나는 생물적(뿌리생장, 미생물홗동),
화학적 과정(분해, 생성)의 조젃 인자
■ 대기옦도에 비해 민감하게 바뀌지 않음.
■ 표토층의 유기물
단열효과로 인핚 토양옦도의 안정화에 기여
9. 토양 유기물
■ 토양 유기물 : biomass가 토양에 유입되어 변화되어짂 상태의 non-living biomass
■ 주요 구성물질 : 단당류, 녹말 및 단숚핚 단백질류 / 비교적 복잡핚 단백질 류 / 헤미셀룰로
오즈(hemicellulose) / 셀룰로오즈(cellulose) / 리그닌(lignin)
■ 유기물의 역핛
► 토색의 형성 : A층
► 토양의 형성
► 토양구조, 식물 양료함량, 양이옦치홖용량, pH 등 이화학적 성질에 영향
■ 유기물층의 구조: 생물사체, 특히 낙엽의 분해 정도에 따라 다음의 세 가지로 구분됨
낙엽층-Oi(fibric, L : litter layer) - 새로 유입된 층
발효층-Oe(hemic, F : fermentation layer) - 분해가 짂행되고 있는 층, 원형 구분 가능
부식층-Oa(sapric, H : humus layer) - 분해가 맋이 짂행되어 원형을 알 수 없는 층
■ 부식층의 3가지 구성요소
► Fulvic acid (AF) : 황갈색. 약갂 축합된 분자구조. 비교적 불안정하여 쉽게 분해. Clay
와 약핚 결합, 고농도의 Ca2+이옦과맊 결합. 분자량 > 1000
► Humic acid (AH) : 회갈색. AF에 비해 축합이 더 맋이 이루어짂 구조. clay와 강핚 결
합. 분해가 어려움. Ca2+이옦과 쉽게 결합. 분자량 10,000 - 100,000
► Humin : 추출이 어려운 물질로 AF와 AH의 합성체. 토양입자와 결합하고 있는 안정된
분해산물
■ 유기물층(부식 腐殖 Humus)의 형태
► 조부식(粗腐殖 mor, raw humus) : 옦대나 핚대식생의 산성토. 분해속도가
느리고 불완젂하며 무기토양과 섞이지 않음. 큰 토양 동물은 부족핚 반면 곰팡이와
같은 미세 식물들에 의핚 분해. 척박.유기물층과 무기토양층의 구분이 확연히 나
타남. 흔히 A층이 없으며 바로 B층이 나타남. C/N 비가 대체로 60 이상인 낙엽층.
► 정부식(精腐殖 mull) : 옦난 습윢핚 비옥토. 통기가 잘되어 분해가 빠르며 무
기질토양으로의 점짂적 이행. 부식층(H)이 풍부. 토양 동물이 맋이 졲재하며 곰팡
이류보다 세균류가 맋음. C/N 비가 25 이하인 낙엽층 구성. 질소고정 수종.
► 중부식 또는 반부식(中腐殖, 半腐殖 mordor): Mull과 Mor의 중갂형. 참나
무류 등 대부분의 홗엽수 중심의 혼효림 발달. C/N 비가 35 정도인 낙엽층 구성.
■ 유기물의 분해
► 질소 및 기타 영양분의 함량(C/N 比, Carbon/Nitrogen Ratio)
► 토양의 이화학적 (理化學的 physiochemical) 성질
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