불포화상태에서의 물의 흐름
토양은 대부분 불포화 상태에 있으며, 따라서 전체 공극 중에서 일부분만이 물로 채워져 있다. 포화상태에서의 물의 이동에 비하여 불포화 상태에서의 물의 이동은 매우 느리다. 그러나 토양 내에서 식물을 포함한 여러 생물이 필요로 하는 물을 공급해 주는 데 있어서 중요한 역할을 한다. 토양 중에서는 수분함량의 평형을 유지할 수 있도록 항상 수분함량이 많은 곳으로부터 수분함량이 적은 곳으로 물이 지속해서 이동한다. 불포화 상태에서의 수분이동은 대공극이 아니라 모세관공극이나 토양입자의 표면에 흡착된 수분층을 따라 일어난다. 불포화 상태에서의 물의 이동은 대기압 아래에서 일어나기 때문에 압력퍼텐셜은 토양 전체에서 0이며 물의 이동에 영향을 끼치지 못한다. 따라서, 매트릭퍼텐셜과 중력퍼텐셜이 불포화 상태에서의 수분이동에 영향을 끼치는데, 대부분의 불포화 토양에서 중력퍼텐셜보다는 매트릭퍼텐설이 더 중요하게 작용한다. 포화상태에서의 물의 이동과는 달리 불포화 상태에서는 매트릭퍼텐셜의 차이에 따라 상하 또는 좌우 방향으로의 물의 이동이 가능하다.
토양수분과 작물의 생육
식물뿐만 아니라 모든 생물은 물이 없는 상태에서는 생명현상을 유지할 수 없다. 물은 당이 생성되는 광합성 과정에서 반응물질의 하나로 작용하고, 식물체 내에서 일어나는 모든 생화학적인 반응의 매질이 된다. 무기영양소의 흡수와 체내에서 일어나는 가용성의 무기 또는 유기화합물의 이동도 물의 이동과 함께 이루어진다. 증산 과정을 통하여 소모되는 증발열은 식물체의 온도를 조절하기도 한다. 식물의 세포는 물을 흡수하여 팽압을 유지하며, 이러한 팽압에 의하여 식물의 각 기관은 독특한 형태를 유지할 수 있다. 그리고 팽압에 의하여 어린 세포의 생장이 촉진되므로 물은 더욱 직접적으로 식물의 생장에 관여한다고 할 수 있다. 식물체 내에 물이 부족하면 팽압이 감소하고 세포의 생장이 느려진다. 물이 심하게 부족한 경우에는 세포들이 팽압을 유지할 수 없기 때문에 시들게 되며, 시든다는 것은 결국 식물의 생장이 정지되었음을 의미한다. 물은 관개나 강수 형태를 통하여 주로 토양에 유입되며, 인접한 토양으로부터 복류 형태 또는 모세관 상승 현상에 의하여 유입되기도 한다. 한편, 토양에 유입된 물 중에서 토양이 보유할 수 없는 물은 유거, 복류 이동, 침투현상 등으로 유실되고. 유효수분은 작물에 의한 흡수와 증산 및 지표면에서 일어나는 증발을 통하여 제거된다. 물은 식물의 생장을 제한하는 중요한 인자이며, 따라서 물이 과잉으로 공급되거나 부족한 상태에서는 작물 생육 억제, 병해 발생 증가, 영양소 흡수의 불균형, 작업능률 저하 등의 부작용을 초래한다. 또한, 집중 강우나 과다한 관개에 의하여 유거 또는 침투현상을 통한 물의 유실이 많을 때는 시용한 비료와 토양의 유실을 초래한다. 따라서, 작물이 필요로 하는 물을 적절히 보유 공급하기 위해서는 토양의 수분수지의 특성을 이해하고 잘 관리해야 한다.
식물의 물 흡수
식물은 유효수분의 형태로 존재하는 물을 흡수 이용하는데, 이러한 유효 수분을 뿌리가 직접 자라나가서 접촉을 통하여 흡수하거나 물이 뿌리로 이동해 가서 흡수된다. 그리고 뿌리의 세포 내로의 회수는 또 다른 과정을 거쳐 이루어진다. 다른 여러 가지 요인들에 더하여 필요한 물이 적절히 또 지속해서 공급될 수 있는 조건에서 작물은 그 작물이 지니고 있는 생육 능력을 최대로 발휘할 수 있으며, 토양의 수분 조건에 따라 적용할 수 있는 식물의 종류도 달라진다. 선인장은 사막과 같이 매우 건조한 조건에 적응하여 자라지만 일반 작물은 그러지 못한다. 물이 부족한 토양 환경조건을 극복할 수 있는 능력은 식물의 종류에 따라 다르다. 먼저 토양수분을 흡수하는 능력에서 차이가 있고, 또한 증산에 따른 물의 손실을 조절할 수 있는 능력에 차이가 있다. 그러나 작물의 경우에는 증산조절 능력의 차이가 거의 없으며, 대부분 수분 흡수능력이 종류별로 크게 다르다. 식물이 물을 얼마나 효율적으로 흡수 이용하는가는 결국 식물이 어떤 뿌리 체계를 가지는가에 달려 있다. 식물의 뿌리는 계속 자라며 새로운 영역의 토양 속으로 확장해 나간다. 따라서, 뿌리가 성장하고 널리 퍼질수록 더 많은 토양수분을 만날 수 있게 된다. 식물의 뿌리 체계는 두 가지 특성, 즉 토양 중의 뿌리의 밀도와 발달 깊이로 비교할 수 있다. 먼저 뿌리 밀도는 단위 토양 부피당 뿌리의 양을 나타내는 것으로써 뿌리의 밀도가 높을수록 물을 많이 흡수할 수 있다. 불포화 상태의 토양에서는 물의 이동이 매우 느리기 때문에 하루에 수 mm 정도의 짧은 거리밖에 이동하지 못한다. 단위부피의 토양에 많은 뿌리가 존재함으로써 뿌리와 물의 직접적인 접촉의 기회가 많아질 뿐만 아니라 물과 근접할 수 있기 때문에 물의 흡수가 쉬워진다. 뿌리의 발달 깊이는 물을 흡수하는 데 있어서 식물이 얼마나 많은 부피의 토양을 이용할 수 있는가를 결정하는 특성이 된다. 토양에 물이 존재하여도 뿌리가 물과 직접 접촉하거나 또는 상당히 근접한 거리까지 물에 다가가지 못하면 흡수할 수 없으며, 가능하면 뿌리가 깊이 발달할수록 식물이 물을 흡수하는 데 훨씬 유리하다.
뿌리의 발달 깊이는 식물의 종류에 따라 다르고, 또한 동일한 식물이라도 토양의 수분 조건에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로 식물의 물 흡수능력은 뿌리의 밀도보다는 뿌리의 발달 깊이에 따라 크게 달라진다. 대부분의 식물은 주로 비교적 깊이가 얕은 토양에 존재하는 물을 흡수 이용한다. 특히, 수분함량이 충분한 토양의 경우 식물이 이용하는 물의 대부분은 표토 30cm 이내에서 흡수된다. 식물이 자람에 따라 뿌리가 점점 더 깊은 토층까지 확장되고, 관개 시기 또는 강우 시기 사이의 건조기에는 상대적으로 더욱 많은 양의 물을 깊은 층에서 흡수 이용한다. 뿌리가 길게 발달하는 식물의 경우 이용하는 물의 3/4 정도가 60cm 이하의 토층에서 흡수되기도 한다. 식물이 물을 쉽게 충분히 흡수 이용하기 위해서는 뿌리가 많이 발달해 있는 토층 30cm 깊이의 토양에 적당한 수분을 유지해 주는 것이 중요하다. 잔디의 경우 대개 10~15cm 깊이까지 관개하는데, 이는 잔디의 뿌리가 깊게 발달하지 않기 때문이다. 그러나 실제 뿌리가 직접 접촉할 수 있는 토양의 부피는 전체 근권 토양에 비하면 극히 일부분에 지나지 않는다. 따라서, 뿌리 쪽으로 물이 계속해서 이동해야 식물이 필요한 물을 지속해서 흡수할 수 있다. 뿌리가 물을 흡수함으로써 뿌리에서 멀리 떨어져 있는 토양에 비하여 뿌리와 직접 접촉하고 있는 토양의 수분퍼텐셜이 상대적으로 낮게 유지되며, 따라서 뿌리 쪽을 향한 지속적인 물의 이동이 가능하다. 적절한 뿌리 체계의 발달과 원활한 물의 이동 현상을 통하여 결국 식물은 생육에 필요한 물을 충분히 흡수 이용할 수 있다.