토양물리(2)

토양 구성물의 용적과 질량과의 관계 

작은 입자인 점토가 많은 토양은 작은 모세관으로 공간을 형성하고, 큰 입자인 모래가 많은 토양은 큰 모세관으로 공간을 형성한다. 따라서, 토양을 구성하고 있는 입자의 크기에 따라 입자들 사이 공간의 크기와 양이 결정되며, 공간을 채우고 있는 공기와 물의 양, 공기와 물의 흐름에도 영향을 끼친다. 토양의 물리적 성질을 객관적으로 설명하기 위하여 입자밀도ㆍ용적밀도ㆍ공극률ㆍ공극비ㆍ공기충전공극률 등의 측정값을 사용하며, 이들 사이의 관계를 아는 것이 중요하다.   
입자밀도는 고상을 구성하는 유기물을 포함한 토양의 고형 입자 자체의 밀도를 말한다. 즉, 토양이 가지고 있는 고유한 밀도는 인위적인 요인에 의하여 변하지 않는다. 

공극 

토양의 공극은 토양입자들의 배열에 따라 만들어지는 토양의 공간을 말한다. 이 공극은 식물의 생육과 환경오염 측면에서 매우 중요한 의미를 갖는다. 공극은 공기와 물이 들어갈 수 있는 공간이므로 크고 작음에 따라 토양이 보유할 수 있는 공기와 물의 양이 달라진다. 같은 양의 공극을 가지고 있다 하더라도 공극의 크기 따라 물의 흐름과 건조 속도가 달라진다. 물과 용해 물질 및 공기가 이 공간에 존재하고 있으므로 토양에 적절한 공극이 확보되어야 식물이 뿌리를 통하여 필요한 산소와 물 및 양분을 흡수하여 원활히 성장할 수 있다. 또한, 동일한 양의 공극을 가지고 있는 토양도 각 토양입자의 배열 상태에 따라 공극의 크기가 달라진다. 이 달라진 공극은 식물의 생육뿐만 아니라 환경오염물질의 이동에도 영향을 끼친다. 토양 중의 대공극은 공기의 통로가 되고, 소공극은 물을 보유하는 기능을 갖는다. 따라서, 대공극이 많은 사질 토양은 통기성은 좋지만 보수력은 작다. 반면에, 점토가 많은 식토는 통기성은 나쁘지만 보수성은 좋다. 소공극이 물을 보유할 수 있는 힘을 가지는 것은 모세관현상 때문이다. 식물이 잘 자랄 수 있는 토양은 대공극과 소공극이 적절하게 균형을 유지하고 있어야 한다. 그 이유는 식물이 생장하는 데 필요한 공기와 물이 동시에 토양 중에 존재할 수 있기 때문이다. 예를 들어 소나무와 같이 산소를 좋아하는 식물은 소공극이 많아 보수력은 크지만 통기성이 나쁜 식토와 같은 토양에서는 잘 자라지 못한다. 반면에, 통기성은 좋지만 보수력이 작은 사토에서는 쉽게 수분부족 현상이 나타나 잘 자라지 못한다. 토양 중에서 대공극과 소공극이 적절하게 균형을 유지하기 위해서는 모래, 미사 및 점토가 골고루 혼합되어야 한다. 또한, 입단이 잘 형성된 토양에서는 입단 사이에서 대공극이, 입단 내에서 소공극이 형성되므로 식물이 자라는 데 좋은 조건을 갖출 수 있다. 공극은 식물의 뿌리 자람에 직접적인 영향을 끼친다. 기계작업 등을 통하여 토양에 압력이 가해지면 공극의 크기와 양이 줄어들고 용적밀도가 높아지는데, 소공극이 많은 식토에서는 공극의 크기가 더욱 작아지고 공극량이 크게 줄어든다. 압력에 의하여 다져진 토양에서는 식물의 뿌리가 깊게 자라지 못한다. 입자는 정렬 또는 사열로 배열될 수 있는데, 정렬배열은 사열배열에 비하여 공극의 양이 많아지고 각 공극의 크기도 커진다. 그러나 실제 토양에서 정렬 또는 사열로 배열되는 경우는 극히 적으며, 이들 배열 상태가 복합적으로 나타난다. 공극을 생성 원인별로 자세히 구분하면 기본 토양입자 사이에 발달하는 토성공극, 토양입단 사이에 발달하는 구조공극 그리고 식물의 뿌리와 소동물의 활동 및 유기물 분해 시 발생하는 가스에 의하여 생성되는 특수공극 또는 생물공극으로 구분한다. 일반적으로 토성공극은 작고, 구조공극은 크다. 특수공극은 생물의 크기에 따라 달라진다. 토성공극은 작기 때문에 물을 보유하는 성질을 지니며, 구조공극과 특수공극은 공기의 통로로 작용한다. 공극을 크기별로 분류하는 것은 보수성과 통기성의 측면에서 분류하는 것이다. 공극은 대공극과 소공극으로 구분하고, 소공극은 다시 중공극, 소공극, 미세공극 및 극소공극으로 구분한다. 고운 토성의 토양은 공극률이 높고, 모래가 많은 토양은 공극률이 낮다. 그리고 모래가 많은 거친 성질의 토양은 공극률이 높을 것 같지만 실제로 소공극과 미세공극이 적기 때문에 점토가 많은 토성의 토양에 비하여 공극률이 낮다. 점토가 많은 토양은 상태에 따라 공극률의 차이가 크다. 이는 토양의 상태가 수축된 상태인가 팽창된 상태인가, 입단 형성이 잘 되어 있는 토양인가 분산된 토양인가에 따라 공극의 크기가 달라지기 때문이다. 입단이 잘 형성된 토양은 대공극과 미세공극이 골고루 분포되어 있기 때문에 전체적인 공극률이 커진다. 반면에, 입단이 형성되지 않은 토양은 미세공극은 많지만 대공극이 작기 때문에 전체 공극률이 낮다. 또한, 공극률은 토양의 깊이에 따라서도 달라진다. 심토의 공극률은 대체로 낮은데, 그 이유는 위에 있는 흙의 무게에 의하여 다져지기 때문이다. 심토의 공극률이 25~30%에 불과한 경우도 있다. 사양토의 깊이에 따른 공극률의 감소가 크지 않지만, 미사질 양토는 토양이 깊어짐에 따라 뚜렷하게 공극률이 감소한다. 특히, 입단구조가 잘 발달할수록 표토에서의 공극률이 큰 것을 알 수 있다. 사양토는 대공극이 소공극에 비해 많고, 입단 구조가 발달한 미사질 양토는 대공극과 소공극이 비슷한 분포를 보인다. 반면에, 입단이 발달하지 않은 미사질 양토는 소공극이 대공극에 비해 훨씬 많다. 즉, 사양토는 작물에 필요한 수분을 보유할 수 있는 공극의 양이 적고 통기성은 크지만 입단이 잘 발달한 미사질 양토는 작물에 필요한 수분과 공기를 모두 보유할 수 있는 능력이 있다. 그러나 입단이 발달하지 않은 미사질 양토는 수분 보유 능력은 크지만 통기성이 나쁠 수 있다.