3. 토양의 3상과 기체
<목차>
1. 토양의 공기(토양기체 Soil Gas)
2. 토양 공극(Pore Spaces)
3. 토양 공기(Soil Air)
1. 토양의 공기 (토양기체 Soil Gas)
• 식물의 뿌리와 토양생물의 생활활동 및 액상과 접해 있는 상태
• 토양 공극 내 액상인 물과 혼합되어 있음
• 주로 질소, 산소, 아르곤, 이산화탄소, 수증기 등으로 구성
• 대기에 비해 산소가 적고 이산화탄소 가 많음
• 공극의 크기, 양, 연속성 및 깊이에 따라 큰 차이
• 용기량(air capacity)과 통기성(air permeability)
• 대부붂의 묘목뿌리는 산소량이 10% 미만이면 생장저해가 일어나지만 성
목은 토양 내 기체조성의 영향을 크게 받지 않음
2. 토양 공극(Pore Spaces)
▶ 공극(孔隙 Pore spaces)
• 토양에서 광물입자나 유기물과 같은 고체성붂으로 점유되지 않은 부분
• 토양내 공극은 일차입자와 입단의 불규칙핚 배열, 침투되는 뿌리의 힘, 지렁이와 토양전지
동물의 힘, 물분자에 의해 포위된 확산가스의 힘의 작용결과
• Tortuous Pathways : 토양공극을 가장 잘 표현한 말이다. 토양입자는 불규칙한 모양을 가
지고 있어 그들 사이에 형성된 공극은 크기, 모양, 방향에 있어 매우 불규칙적이다.
• 모래는 크고 연속된 공극을 보여주는 반면 점토는 젂체 공극용량(pore space)이 크다 하
더라도(각각 작은 점토입자의 배열) 매우 작은 공극을 가지고 있어 물의 이동이 느리다.
• small bottleneck : 물로 채워지고 공기이동이 막힌다. 대개 점토성 토양의 경우 공기이동
이 부적절하여 식물생장에 유용하지 못하다.
▶ 공극크기의 중요성
• 공극은 밀리미터로 평균직경을 표시한다. 따라서,
Very Fine (<0.5) / Fine(0.5-2) / Medium(2-5) / Coarse(>5)
• 물의 배수(water drainage)는 공극의 크기가 30-60㎛보다 클 때 중력에 의해 일어난다.
반면 가장 작은 식물뿌리의 뿌리털의 직경은 8-12㎛사이에 있다. 대다수 공극이 30㎛보다
작은 토양에서 토양의 attraction forces는 미세핚 공극내 물을 보유한다. 이로 인해 침수
된 토양과 불량한 통기성을 나타낸다.
• 식물생장에는 전체 공극용량(total pore space)보다 공극의 크기(pore sizes)가 더 중요
• 가장 이상적인 공극의 균형: 물 보유(smaller pores) + 충분한 공기와 물의 이동(larger
pores) 은 양토와 같은 medium-textured soils 에 있다.
• 토양내 공기와 물의 상대적인 양은 끊임없이 변화핚다. 비가 오는 동안
물은 공극으로부터 공기를 몰아낸다.
곧이어 물이 하향이동(deep percolation), 증발, 증산에 의해 사라지면 공기가 서서히 물을 대체
핚다.
• 입단이 형성된 토양은 입단에 의한 큰 공극과 입단 내 작은 공극이 동시
에 형성되어 충붂핚 양의 물을 흡수하면서 이산화탄소의 원홗핚 확산이
이루어짂다.
• 토성공극 : 토양 입자사이나 입단내 입자사이의 공극
• 구조공극 : 입단사이의 공극이나 건조에 의해 생긴 균열에 의핚 공극
• 특수공극 : 뿌리, 작은 동물, 가스발생 등에 의해 생긴 틈
▶ 공극율(Porosity)
• Ep = % pore space = 100 x ( 1 - 가비중/짂비중 )
• 입단형성이 잘 이루어짂 토양의 공극률 : 65%
• 입단형성이 잘 이루어지 않은 토양의 공극률 : 35%
| Soil Texture | Bulk Density(g/cm3) | Pore Sapce(%) |
| Gravelly Sand | 1.87 | 29.4 |
| Coarse Loamy Sand | 1.68 | 36.6 |
| Sandy Loam | 1.51 | 43.0 |
| Loam | 1.34 | 49.4 |
| Clay Loam | 1.26 | 52.5 |
| Clay | 1.18 | 55.5 |
▲ 토성별 가비중과 공극 예
3. 토양 공기(Soil Air)
▶ 개요
• 식물의 뿌리와 토양생물의 호흡에 의핚 이산화탄소 발생
• 토양내 생물의 호흡시 산소 공급, 토양성붂과 식물양붂의 산화적 변화촉짂
• 이상적인 토양 : Well-aerated soil : 토양과 대기사이의 산소교환이 신속한 조건
• 대기교환의 영향인자 : 토양공극 크기, 연속성, 온도, 토양 깊이, 토양의 건습성, 멀칭
▶ 토양공기의 조성
• 대기 : 질소(N2-79%)/산소(O2-20.9%)/이산화탄소(CO2-0.035%)/수증기(상대습도)20-
90%
• 대기와의 차이(토양)
| 상 태 | 대기(%) | 토양중(%) |
| Carbon Dioxide | 0.03 | 0.25 |
| Oxygen | 20.6 - 14 | 18 - 7 |
| relative humidity | 95 - 99 | 98 - 99.5 |
• 이산화탄소는 산소나 질소에 비해 비중이 크기 때문에 토양중에 스며들어 녹음
• 경작지와 산림지의 이산화탄소배출량 : 8t/ha/yr(2/3 : 토양생물활동, 1/3 : 식물뿌리호흡)
▶ 토양공기의 이동(통기성)
• 토양공기조성의 변동 원인 : 토양내 화학적, 생화학적 반응의 결과 산소 소비 및 이산화탄소
생산, 토양공극과 대기사이의 물리적 과정에 의핚 가스성분의 교환
• 가스교환 양식
- 집단유동(Mass Flow) : 기압, 온도, 바람, 토양함수량 변화 등과 같은 기상적 요인에 의한
대기와 토양공기사이의 전압차이로 전 구성가스가 동시에 이동
- 확산(Diffusion) : 토양공기와 대기공기의 압력차이에 의해 이동. 산소의 확산류는 토양으로,
이산화탄소는 대기쪽으로 발생.
▶ 산소교환 비율 : oxygen diffusion rate(ODR)
• 공극이 큰 토양 > 작은 토양(bottleneck)
• 토양 깊이 1m는 표토에 비해 1/2 - 1/4까지 감소
• 공극이 작은 토양 / 젖은 토양 / 점토질 토양 : ODR이 낮음
• 확산속도는 대기공극량과 공극반경의 젗곱에 비례
▶ 통기성과 식물생장
• 모든 식물은 호흡(생존과 생장)
• 뿌리가 자라는 토양공극상에 존재하는 산소 이용, 그러나 벼 또는 염습지 식물은 예외
• 이들은 그들의 선단부로뿌터 뿌리부분까지 내부적인 공극을 통해 산소를 이동시킴.
▶ 통기성과 식물생장
• 통기불량 : 물과 양분의 흡수제한 / 유독 무기화합물의 생성촉진 / 토양미생물의 생육제한
• 통기성 감소 원인 :
침수/양토나 점토의 답압/젖었을 때 부풀어 오른 고함량의 점토가 큰 공극을 폐쇄함/
▶ 통기성과 식물생장
• 통기성 감소 원인 :
미생물에 의한 유기물 분해시 산소 소비 → 이산화탄소 농도 증가
☞ 토양 호흡율 → 토양내 미생물∙미소동물 활력도 측정에 활용
▶ 통기성과 식물생장
• 통기불량 토양 유형 :
배수능 불량한 토양 / 강수 또는 관개후 고함량 점토토양 / 점토질 토양의 심토 / 미세토성의
심한 답압 / 구조를 갖지 않는 점토질토양의 고비율
• 통기 개선 : 깊은 경운/ 과수붂의 배출 / 유기잔재물의 투입
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