토양물리(1)

토양물리

토양 물리는 토양의 물리적 현상을 다루는 토양학의 한 분야이다. 토양은 고체인 토양입자와 유기물, 액체인 토양수분, 기체인 토양공기로 구성되어 있으며, 이들의 구성 비율에 따라 토양은 다양한 물리적 특성을 지니게 된다. 토양의 물리적 성질로는 토성, 구조, 밀도, 공극률, 수분함량, 견지도, 온도, 색 등을 들 수 있으며, 이 성질은 토양에서의 식물 뿌리의 생장과 발달 및 수분과 양분의 흡수 현상, 공기의 순환과 이용 그리고 물과 식물영양소 및 오염물질의 이동 현상을 이해하는 데 중요한 정보를 제공한다. 토성은 모래, 미사 및 점토 입자의 비율을 말하며, 12가지로 분류된다. 토양구조는 모래, 미사 및 점토가 모여서 형성된 것으로 자연적으로 만들어진 것은 페드라 하고, 경운 등 인위적으로 만들어진 것은 클로드라고 한다. 용적밀도는 토양의 치밀함 정도를 나타낸 것이고, 공극률은 토양에 형성된 공간의 비율을 나타낸 것이다. 그 밖에 토양의 견지성은 수분함량에 따른 힘의 역학적 크기, 토양색은 토양이 나타내는 색깔, 토양온도는 토양의 일정한 깊이에서의 온도를 말한다. 토양에 따라 이러한 물리적 성질은 매우 다르게 나타난다. 이는 근본적으로 토양입자의 크기 분포의 차이에서 오는 것이며, 동일한 토양입자의 분포를 갖더라도 배열되어 있는 구조가 다른 경우에는 다른 물리적 성질을 나타내기 때문이다. 

 

토양의 3상 

 

토양은 고상, 액상 및 기상의 세 가지 상으로 구성되어 있다. 고상은 토양입자나 유기물과 같은 고체, 액상은 고상 사이의 공간에 채워져 있는 수분, 그리고 기상은 공간에 채워져 있는 공기를 말한다. 

토성

토성은 토양의 물리적 성질들 중에서 가장 기본이 되는 성질이다. 토성은 토양입자를 크기별로 모래, 미사 및 점토로 나누고, 이들의 함유 비율에 따라 토양을 분류한 것을 말한다. 토성이라는 용어가 토양의 성질을 줄여서 만들어진 단어임을 감안하면, 토양을 구성하는 입자들의 크기별 구성 비율이 여러 가지 토양의 특성에 영향을 끼칠 수 있는 가장 기본적인 특성이라는 것을 알 수 있다. 토성은 토양에서 물이 이동하는 속도를 나타내는 투수성, 물을 보유하는 성질을 나타내는 보수성, 공기의 유통 정도를 나타내는 통기성, 양분 보유 능력, 경운작업의 용이성 등에 영향을 끼치는 중요한 지표가 된다. 입경구분은 토양입자를 크기별로 구분한 것이다. 입경을 구별하는 기준은 국가 또는 학문 분야별로 다른데, 우리나라 토양학 분야에서는 미국 농무부에서 제시한 방법을 사용하고 있으며, 이 방법에서는 크기가 2mm 이상인 입자는 자갈로 분류하고 토양은 2mm 이하의 입자만을 말한다. 점토는 0.002mm 이하, 미사는 0.002~0.05mm 모래는 0.05~ 2.0mm인 것을 말한다. 모래는 크기에 따라 다시 극세사, 세사, 중간사, 조사 및 극조사로 나눈다. 극세사는 매우 고운 모래, 세사는 고운 모래, 중간사는 중간 모래, 조사는 거친 모래, 그리고 극조사는 매우 거친 모래라는 용어로 표현하기도 한다. 점토는 눈으로는 볼 수 없으며, 현미경으로나 겨우 볼 수 있을 정도로 매우 작은 입자이다. 미사도 눈으로는 거의 볼 수 없고, 배율이 낮은 현미경으로 불 수 있는 크기이다. 토양입자를 크기별로 구분하는 가장 중요한 이유는 입자의 크기에 따라 입자 사이의 공극의 크기와 양 및 비표면적의 크기가 달라지기 때문이다. 토양이 수분을 보유하는 능력은 토양입자가 만들어 내는 공극의 크기와 전체 공극의 양에 따라 달라진다. 토양이 식물의 영양소와 중금속과 같은 무기물이나 여러 가지 유기화합물을 흡착하여 보유하는 힘은 비표면적이 클수록 커지는데, 이들 물질이 토양 표면과 반응할 확률이 높아지기 때문이다. 따라서, 어떤 크기의 입자들로 구성된 토양인가에 따라 토양의 성질이 크게 달라진다. 자갈은 지름이 2mm 이상인 것을 말하며, 물이나 무기이온 또는 화합물을 흡착 보유하는 능력을 갖지 못하고, 단지 토양을 구성하는 골격으로만 작용한다. 자살은 점토 함량이 많은 식질 토양에서 공기와 물의 유통을 좋게 함으로써 작물의 생육에 도움을 줄 수 있다. 자갈은 엄밀하게 말하면 토양으로 분류하지 않는다. 모래는 지름이 2.0~0.05mm인 것을 말하며, 극조사, 조사, 중간사, 세사 및 극세사로 세분한다. 모래는 암석의 조각과 조암광물로부터 만들어지고, 석영, 장석, 전기석 등의 비교적 풍화되기 어려운 1차 광물로 되어 있다. 모래는 풍화가 서서히 진행되면서 식물이 필요로 하는 양분을 배출하거나 점토와 같은 2차 광물을 형성하는데, 양분의 흡착이나 교환과 같은 토양의 화학적 특성과는 무관한 반면, 토양 중에 적당히 함유되어 있을 경우에는 대공극을 형성하여 공기와 물의 이동을 원활하게 할 뿐만 아니라 경운도 용이하다. 미사는 지름이 0.05~0.002mm인 것으로서 손가락으로 비볐을 때 미끈미끈한 느낌을 준다. 미사의 주된 광물성분은 석영이며, 미사입자들 사이에 생성되는 공극의 크기는 모래 입자에 의하여 생성된 공극보다 작아 모래보다 많은 양의 물을 간직할 수 있으며 배수 특성이 모래보다 불량하다. 그리고 미사 자체의 입자는 가소성이나 점착성을 가지지 못하지만, 미사의 표면에 점토 입자가 흡착되면서 약간의 가소성이나 응집성을 나타낸다. 점토는 지름이 0.002mm 이하인 것으로서 주로 암석의 풍화 과정에서 생성된 2차 광물로 되어 있다. 점토는 모래나 미사와 달리 교질의 특성과 함께 표면전하를 가지므로 수분과 양분을 흡착, 보유할 수 있다. 따라서, 점토는 토양의 화학적 특성을 결정하는 데 있어서 중요한 역할을 한다. 수분이 많은 조건에서는 가소성과 응집성을 가지며 건조해지면 단단한 덩어리로 된다. 점토의 광물조성은 매우 다양하며, 광물학적 특성에 따라 수출과 팽창 정도, 가소성, 수분보유능, 무기이온 흡착 특성 등이 크게 달라진다. 점토 입자 간 공극은 매우 작기 때문에 점토 함량이 많은 토양에서는 수분과 공기의 유통 속도가 느리다.