토양수분퍼텐셜의 표시 및 측정
토양수분의 에너지 즉 퍼텐셜은 물의 단위질량, 단위부피 또는 단위 무게를 중심으로 나타낼 수 있다. 물의 퍼텐셜을 단위부피당 에너지로 나타낼 경우 퍼텐셜의 단위는 압력으로 나타나며 이 단위가 국제 표준단위로 사용되고 있다. 수분퍼텐셜을 측정함으로써 토양 내에서 물의 이동 방향, 식물이 물을 흡수할 수 있는지의 여부, 관개 시기와 관개량 등을 평가하는 데 필요한 정보를 얻을 수 있다. 일반적으로 대부분의 토양은 불포화 상태로 존재하며, 이러한 토양조건에서는 앞에서 설명한 바와 같이 총수분퍼텐셜은 주로 매트릭퍼텐셜에 의해 결정된다. 특히, 식물의 물 흡수 측면에서도 일반적으로 매트릭퍼텐셜만 고려하면 된다. 식물은 뿌리 근처에 존재하는 물을 흡수하므로 뿌리 내부와 뿌리 근처 토양의 수분퍼텐셜의 차이에 의해 물 흡수가 가능한가 또는 불가능한가가 결정된다.
토양수분의 분류
토양수분은 토양에 강하게 흡착된 물과 약하게 흡착된 물, 대공극에 존재하는 물과 소공극에 존재하는 물, 식물이 이용할 수 있는 물과 이용할 수 없는 물 등 다양한 형태로 존재한다. 여러 기준을 이용해 토양 수분을 분류할 수 있고 토양수분의 관리와 이용 측면에서 활용된다. 수분함량이 많을수록 토양수분의 퍼텐셜이 높아지고, 수분함량이 적을수록 토양수분의 퍼텐셜이 낮아진다. 이러한 경향은 사토, 양토 및 식토에서 모두 같으며 절댓값만 다르게 나타난다. 식물이 물을 흡수할 수 있는가 없는가는 토양수분이 어느 정도의 힘으로 토양에 저장되어 있는지에 따라 결정된다. 수분이 토양에 강하게 흡착되어 낮은 퍼텐셜상태에 있으면 식물 뿌리의 내부로 물이 이동하는 것은 불가능하고, 아주 낮은 퍼텐셜상태에 있으면 오히려 뿌리의 물이 토양으로 나와 식물이 말라 죽기도 한다. 따라서, 식물의 수분흡수 측면에서 보면 토양에 수분이 많고 적음을 양적인 기준보다 퍼텐셜을 기준으로 분류하는 것이 더 적절하다.
포장용수량
포장용수량은 -0.033MPa의 퍼텐셜로 토양에 유지되는 수분함량을 말하며, 일반적으로 식물의 생육에 가장 적합한 수분 조건이다. 포장용수량보다 수분이 많은 상태에서는 식물에 필요한 물이 충분히 있지만 산소가 부족하여 뿌리의 생장이 나빠진다. 반면에, 포장용수량보다 수분이 적은 조건에서는 뿌리의 호흡에 필요한 산소량은 많아지지만 식물이 흡수할 수 있는 수분이 크게 줄어들어 식물의 생장이 나빠진다. 포장용수량에 해당하는 수분함량은 점토 함량이 많은 토양일수록 많아진다. 이는 점토 함량이 많을수록 소공극이 많아지고 공극률이 커지기 때문이다.
위조점
위조점은 식물이 물을 흡수하지 못하여 시들게 되는 토양수분상태를 말한다. 일반적인 식물의 경우 토양의 수분퍼텐셜이 -1.5MPa 이하로 낮아지면 물을 흡수하기 어려워지고 시들어 죽는다. 이 수분 상태에서 식물이 시들면 다시 회복되지 못하므로 영구위조점이라고 한다. 식물은 토양의 수분퍼텐셜이 식물체 내의 수분퍼텐셜보다 높은 조건에서만 물을 흡수할 수 있다. 예를 들어 감귤나무와 같은 과수의 경우 잎의 수분퍼텐셜은 낮 동안에 -20~-30MPa이며, 토양의 수분퍼텐셜이 -0.033 MPa일 때에는 쉽게 토양으로부터 물을 흡수할 수 있다. 토양의 수분퍼텐셜이 낮아지면 토양이 수분을 잡아당기는 힘이 그만큼 강해지므로 식물이 수분을 흡수하는 데 많은 에너지를 소모한다. 토양수분퍼텐셜이 -1.0MPa에 이르면 증산작용이 왕성한 낮 동안에는 식물이 물 부족으로 시들고, 증산에 의한 물의 손실이 적은 밤 동안에 시들었던 식물은 다시 정상으로 회복된다. 이러한 현상을 일시적 위조라고 한다. 토양수분퍼텐셜이 -1.5MPa로 낮아지면 식물 뿌리의 물 흡수는 더욱 어려워지고 증산작용에 의하여 잎의 수분퍼텐셜이 -30MPa 이하로 낮아져서 결국 세포의 팽압을 유지할 수 없어 시들어 죽는다. 일반적인 식물의 위조점은 -1.5MPa이고, 조직이 약하거나 세포가 단단하지 못한 채소류의 위조점은 이보다 높은 경우가 많다. 위조점에 해당하는 토양수분의 함량은 점토 함량이 많은 고운 토성의 토양일수록 많아진다. 식질 토양은 물을 많이 보유할 수 있지만. 그중 많은 물이 실제로 위조점에 해당하는 퍼텐셜보다 낮은 에너지상태에 있기 때문에 식물이 이용할 수 없다. 한편, 사질토양의 경우에는 물을 보유할 수 있는 능력이 식질 토양에 비하여 낮지만 모세관의 공극량이 적기 때문에 위조점의 수분함량도 낮다. 사양토에서는 11.3%의 수분함량이 식물이 물을 쉽게 흡수 이용할 수 있는 포장용수량에 해당하지만, 만약 식질 토양의 경우 수분함량이 11.3%이면 식물은 물을 흡수하지 못하여 시들고 말 것이다. 식질 토양의 위조점 수분함량은 14.1%이다.