38. 토양수분의 형태와 토양공기

- 토양수분의 형태와 토양공기

 

- 토양수분은 다음과 같다(2).

 

- 토양수분의 형태

1. 결합수

‘결합수’란 점토광물(점토 상태로 산출되는 규산염 광물. 풍화 작용, 열수 변질 작용 등에 의하여 쉽게 다른 광물로 변한다. 카올리나이트, 몬모릴로나이트, 앨러페인 따위가 있다)에 결합되어 있어 분리시킬 수 없는 수분을 말한다.

 

2. 흡습수

건토(습기가 거의 없는 메마른 땅)를 공기 중에 두면 분자 간 인력이 작용하여 토양 포면에 수증기가 응축한다. 토양입자 표면에 피막 상으로 흡착된 이 수분을 ‘흡습수’라고 하며, pF 4.5~7(31~10,000기압)을 표시하는데, 작물의 흡수압은 5~14기압이므로 작물에 흡수·이용되지 못한다.

 

3. 모관수

‘모관수’란 표면장력 때문에 토양공극 내에서 중력에 저항하여 유지되는 수분을 말하며, 모관현상에 의하여 지하수가 모관공극을 따라 상승하여 공급된다. pF2.7~4.5로서 작물이 주로 이용하는 수분이다.

 

4. 중력수

‘중력수’란 중력에 의하여 비모관공극에 스며 흘러내리는 물을 말하며, pF0~2.7로서 작물에 이용된다. 그러나 근권(생장하는 뿌리가 물질을 섭취하고 저장함으로써, 결과적으로 구성 생물의 비율이 달라지는 등 다양한 변화를 일으키는 토양 환경, 여기서는 ‘뿌리’를 일컫는 듯하다) 이하로 내려간 것은 직접 이용되지 못한다.

 

5. 지하수

‘지하수’란 지하에 정체하여 모관수의 근원이 되는 물을 말한다. 지하수위가 낮으면 토양이 건조하기 쉽고, 높으면 과습하기 쉽다.

 

- 토양의 수분항수

토양수분의 함유 상태는 연속적인 변화를 보이고 있으며, 토양의 물리성에 따라 영향을 받는다. 작물의 생육과 비교적 확실한 관계를 가진 특정한 수분함유 상태들이 있게 되어 이들을 토양의 ‘수분항수’라고 한다.

 

주요한 토양의 수분항수는 다음과 같다.

 

1. 최대용수량

토양주(토양의 기둥, 여기서는 실험관찰을 위한 토양 시편을 뜻하는 것 같다)의 하부를 물속에 담그면 수분이 모관상승을 하는데, 이때 수면 위 10mm의 높이까지는 토양의 수분함량이 거의 일정하며, 모관수가 최대로 포함된 상태가 된다. 이 점을 ‘최대용수량’이라고 하며, pF는 0에 해당한다. ‘포화용수량’이라고도 한다.

 

2. 포장용수량

수분이 포화된 상태의 토양에서 증발을 방지하면서 중력수를 완전히 배제하고 남은 수분 상태를 ‘포장용수량’이라고 하며, pF는 2.5~2.7(1/3~1/2 기압)이다. 포장용수량은 ‘최소용수량’이라고도 한다.

 

지하수위가 낮고 투수성이 중간인 포장에서 강우 또는 관개(농사를 짓는 데에 필요한 물을 논밭에 댐) 후 만 1일쯤의 수분 상태가 이에 해당한다. 포장용수량 이상은 중력수로서 오히려 토양통기를 저해하여 작물생육에 이롭지 못하다.

 

젖은 토양에 중력의 1,000배로 원심력을 주고 난 뒤에 잔류하는 수분 상태를 ‘수분당량’이라고 하며, pF는 2.7 이내로서 포장용수량과 거의 일치한다.

 

3. 초기위조점

‘초기위조점’이란 생육이 정지하고 하엽(위로 자라는 식물에서 잎줄기의 제일 아랫부분의 착생 위치에서 자란 잎)이 위조(쇠약하여 마름)하기 시작하는 토양의 수분 상태를 말하며, pF는 약 3.9(약 8기압)이다.

 

4. 영구위조점

위조한 식물을 포화습도의 공기 중에 24시간 방치해도 회복되지 못하는 위조를 ‘영구위조’라 하고, 영구위조를 최초로 유발하는 토양의 수분 상태를 ‘영구위조점’이라고 한다. pF는 4.2(15기압) 정도이다. 영구위조점에서의 토양함수율, 즉 토양건조중에 대한 수분의 중량비를 ‘위조계수’라고 한다.

 

5. 흡습계수

‘흡습계수’란 상대습도 98%(25℃)의 공기 중에서 건조토양이 흡수하는 수분 상태를 말하며, 흡습수만 남은 수분 상태이다. pF는 4.5(31 기압)이며, 작물에 이용될 수 없는 수분 상태이다.

 

6. 풍건 상태

풍건 상태의 토양에서는 pF≒6이다.

 

7. 건토 상태

건토상태, 즉 105~110℃ 에서 항량이 되도록 건조한 토양에서는 pF≒7이다.

 

- 토양의 유효수분

포장용수량 이상의 토양수분은 과습상태이므로 ‘잉여수분’이라 하고, 영구위조점 이하의 토양수분은 작물이 이용할 수 없으므로 ‘무효수분’이라고 하며, 포장용수량과 영구위조점 사이의 수분을 ‘유효수분’이라고 한다. 그러나 초기위조점 이하의 수분은 작물생육을 돕지 못한다.

 

작물생육의 ‘최적함수량’은 작물에 따라 차이가 있지만, 최대용수량의 60~80%의 범위, 즉 포장용수량 부근에 있다. 봄 호밀은 60%, 콩은 90% 정도가 가장 알맞다. 보통 작물에 직접적으로 이용되는 유효수분의 범위는 pF는 1.8~4.0이며, 작물이 정상적으로 생육하는 유효수분의 범위는 pF1.8~3.0이다.

 

- 토양공기는 다음과 같다.

 

- 토양의 용기량

토양공기의 용적은 전 공극용적에서 토양수분의 용적을 감한 것인데, 토양 중에서 공기로 차 있는 공극량을 토양의 ‘용기량’이라고 한다. 일반적으로 모관공극에는 수분이 차 있고, 비모관공극에는 공기가 차 있으므로, 용기량은 비모관공극량과 비슷하다.

 

따라서, 토양의 전 공극량이 증대하더라도 비모관공극량이 증대하지 않으면 용기량은 증대하지 않는다. 또한, 토양수분 함량이 퇴대용수량에 달했을 때의 용기량을 ‘최소용기량’이라 하고, 풍건 상태의 용기량을 ‘최대용기량’이라고 한다.

 

토양의 용기량은 보통 토양의 용적에 대한 공기로 차 있는 공극용적의 비율로 표시한다. 토양의 용기량이 증대하면 처음에는 작물생육도 촉진되나, 어느 한계를 넘으면 오히려 생육이 나빠진다.

 

따라서, ‘최적용기량’을 찾게 되는데, 작물의 최적용기량은 대체로 10~25%라고 한다. 벼·양파·이탈리안라이그래스 10%, 귀리·수수 15%, 보리·밀·순무·오이·커먼베치 20%, 양배추·강낭콩 24% 등이다.

 

토양의 전 공극량은 자연 상태의 토양에서 일반적으로 토양 용적의 30~50%라고 한다. 사토(모래흙)나 자갈흙은 이보다 낮으며, 부식토는 60% 이상, 흑색 화산회토는 78~80%에 달한다. 그러나 흑색 화산회토의 비모관공극은 20~30%로서 충적토양보다 오히려 통기가 불량하다.