그동안 토양의 질감, 색, 구조등 토양의 물리적 특성과 역할에 대해 알아보았다. 앞으로 토양 내에서 양분들이 화학적으로 어떤 특징들을 보이는지 알아보고자한다. 이번호에는 양분들이 토양 내에 어떻게 보유되고 배출이 되는지 그 과정을 알아본다.

 

양분 보유와 배출

영양분(이온)은 유기질이 분해되거나 토양 무기질이 풍화되면서 배출되어 나온다. 이러한 이온들은 토양 입자 표면에 흡착이 되는데 특히 점토와 유기질에서 현저하게 많이 나타난다. 이러한 입자, 이온들이 토양 용액으로 배출되는 과정을 ‘탈착’(사진-3번 : 흡착 이온이 탈착되는 모습)이라고 한다. (사진)

  

사진. 양분 흡착과 탈착 (자료:CLAASSEN & STEINGROBE 1999)

 

뿌리가 성장할 때, 뿌리는 이렇게 탈착된 이온을 섭취하고 수소 이온(H+) 혹은 수산화 이온 (OH-)과 교환한다. 이러한 과정을 통해 근권부(토양)에서 전기적 중성이 유지된다.

 

점토 입자 및 유기질(부식토)은 ‘영양분의 흡착과 탈착의 전기적 입자’를 제공하면서 음성적 전기량을 뛴다. 이는 토양 내에 전기적 입자가 양이온을 보유하고 있음을 의미한다. 이처럼 토양이 양이온을 보유하는 양을 양이온치환용양(Cation Exchange Capacity)이라하며 CEC는 전기량을 보유하는 토양 양분의 지표를 나타낸다.

식물 영양 공급과 관련하여 양성적 전기량을 지닌 영양분은 암모늄(NH⁴⁺), 알루미늄(Al³⁺), 칼슘(Ca²⁺), 마그네슘(Mg²⁺), 칼륨(K⁺), 나트륨(Na⁺), 구리(Cu²⁺), 철(Fe³⁺), 망간(Mn²⁺), 아연(Zn²⁺)이다. 이 양이온들이 점토 입자에 흡착되어 보유되는데 그 선호 순서는 칼슘＞마그네슘＞칼륨＞암모늄＞나트륨 순이다.

몇몇 토양 입자는 양성적인 전기량을 지니며 음이온을 보유할 수 있다. 그러나 토양 내부에 모든 전기적 위치는 단 1~5%정도 음이온을 보유할 수 있기 때문에 음성적 전기 이온은 일반적으로 토양 용액 내에 남아 있게 된다. 그러므로 질산염(NO₃⁻), 황산염(SO₄²⁻), 염소(Cl⁻), 그리고 붕산염(BO₃³⁻)과 같은 음이온은 침출이 쉽고 배수가 자유로운 토양에서 쉽게 손실된다. 황산염, 인산염, 염소, 그리고 몰리브덴염은 토양 내에서 이온과 알루미늄 수산물에 의해 비교적 쉽게 고착되며, 인산염은 칼슘과 결합하여 비수용성 인산칼슘을 형성하므로 침출을 통해 손실되는 경향이 적다. 그러나 질산염은 침출이 매우 쉽게 일어나는 경향이 있다.

 

음이온으로 구성된 비료의 비효를 높이려면 비닐을 피복하여 재배하는 것이 바람직하다.

2009년 봄배추 노지작형에 음이온인 질산염으로 구성된 야라밀라비료 시비 후 비닐을 피복한 포장과 피복을 하지 않고 고랑에 물을 직접 관수한 포장에서 수량의 차이가 확연히 다름을 볼 수 있었다. 비닐을 피복한 포장에서는 정식 후 60일경 대조구 대비 생체중이 30% 정도 더 무거운데 반하여, 피복하지 않고 물까지 골에 품어댄 사질토 포장에서는 대조구보다 초기 성장은 좋았으나 정식 후 60일경(수확기)에는 오히려 5%정도 생체중이 낮아짐을 볼 수 있었다.(표10.) 이는 질소성분이 주로 질산태로 구성되어 있어서 토양 내 이동이 자유로워 빠르고 쉽게 작물에 이용되는 장점이 있는 반면 직접 물에 노출되어있는 포장, 특히 사질토의 경우 물에 쉽게 유실되었기 때문이다. 그러므로 비효를 높이려면 비닐을 피복하여 재배하는 것이 바람직하다.

 

 

표9. 봄배추에 야라밀라(질산태질소) 시비 후 비닐 피복에 따른 수량 차이

 

구 분	생체중(구중)	비고
비닐 멀칭	30% 증가	양토
비닐멀칭 없음	15% 증가	양토
비닐멀칭 없음, 관수	5% 감소	사질양토

 

 

한편 감자에도 질산염으로 구성된 야라밀라12(12-11-18+@) 복합비료와 트로피코트로 코팅한 칼슘비료 나이트라보를 25% 혼용하여 시비한 후 비닐을 피복한 포장(파주와 강릉)에서 요소태와 암모니아태로 구성된 감자전용 비료에 비해 각각 25%, 22% 증수하였으며 특대 괴경(塊莖)이 많아 상품성(농가수익)은 30% 차이를 보였다. (사진)

사진. 2009. 강릉. 좌-야라밀라+나이트라보, 우- 감자전용

 

토질에 따른 양이온 치환용량

사질 토양과 점토 및 유기질 함량이 낮은 토양은 양이온치환용양, 즉 영양분을 보유하는 능력이 부족하여 비옥도가 떨어지므로 이러한 토양에는 식물 영양분 공급을 위해 비료를 자주 주는 것이 유리하다. 반면 점질 토양과 유기질 함량이 높은 토양은 양이온치환용량이 커 토양 내부 영양분 상태를 높게 형성하고 유지할 수 있다.(표9)

 

 

표9-1. 일반적인 토양 CEC

 

토양질감	기대되는 CECmeq/100g
유기질	50~100
점 토	20~50
양 토	10~15
사 토	3~10

 

 

식물 뿌리는 양이온을 주로 섭취하기 때문에, 뿌리 표면으로부터 하나 이상의 H⁺(수소) 이온을 치환시킨다.

이는 토양 내에서 양이온의 농도를 변화시키고, 토양의 용액으로 양이온을 치환시키므로 균형을 유지한다. 이때 H⁺이온은 토양 입자로 이동한다. 예를 들어 칼륨 염화물이 토양에 첨가되면 토양 용액 내에 높은 함량의 K⁺가 점토에 고착되며 식물에 이용되기 위해 저장되는 반면 H+와 다른 양이온인 Ca²⁺, Mg²⁺ 이온을 점토 밖으로 나가도록 밀어낸다. 이처럼 토양 내에서 양이온들 간에 자리다툼이 일어남으로 작물 요구도에 따른 균형시비가 매우 중요하다. 또한 토양 내 비료의 농도(EC)가 높아 과비 되거나 반대로 부족하여 비절 현상이 일어나지 않도록 주의한다. 

 

 

 

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