토양의 수분 보유 능력

토양의 수분 보유 능력       

 

 

 

 

토양의 가장 중요한 특징은 물을  머금을 수 있는 능력이다. 입자가 굵은 사질 토양의 가장 큰 문제점은 물과 양분이 빠르게 토양으로부터 빠져나가는 것이다.  토양 유기물의 가장 중요한 역할 중에 하나는  토양 유기물이 수분을 보유할 수 있도록 도와주는 것이다. 이것을 농업인들에게 시범 보임으로써 전작이나 콩을 경작하는 농업인들이 퇴비나 멀칭의 중요함을 알고 실천할 수 있도록 할 수 있다.  

 

   토양의 공극은 물과 공기가 이동할 수 있도록 하는 중요 역할을 하며, 토양 미생물도 공극안에서 살아간다. 거친 토성의(사질) 토양은 총 토양 공극이 미세토성의(점토질) 토양보다 적다(사질토 공극이 35%에서 50%임에 반해,  점토는 40%에서 60%이다).  공극의 크기도 공극의 총량만큼  중요한 요소이다.  공극은 크기에 따라 거대공극(macropores)와 미소공극(micropores)으로 구별된다. 거대공극의 최소 직경은 30에서 100마이크론 사이이고 (1마이크론은 10-6mm 또는 박테리아 1개의 크기), 이보다 작은 공극을 미소공극이라고 한다. 

 

  거대공극은 토양의 가스와 물을 빠르게 이동하도록 하는 특징이 있다. 사질 토양은 총 토양 공극이 적지만 대부분 거대공극이어서, 배수가 빠르다. 반대로 점토질토양은 총 공극이 크지만 대부분 미소공극이어서  배수가 느리다. 즉, 사질 토양은 상대적으로 낮은 수분 보유능력을 가지고 있고, 점토질 토양은 상대적으로 높  은 수분 보유능력을 가지고 있다고 말할 수 있다.  

 

   토양이 물로 포화되어 있고 배수가 자유롭다고 한다면,  물은 토양의 거대공극을 통해 배수된다.  이는 “중력에 의해 배수되는 물”이며, 식물이 거의 이용하지 못한다. 거대공극의 물이 다 배수되고 나면 이때 토양은 최적의 포장상태에 있는 것이며, 이때의 대부분의 미소공극은 여전히 물로 채워져 있고 이를 식물이 생장에 이용하게 된다. 식물이 이 물을 다 이용하고 미소공극에도 물이 없어지고 나면 토양에 남아있는  물은 “검습기로 측정가능한 물”의 상태로 있게 되는데,  이러한 상태에서는 물이 토양 입자에 단단히  붙어있기 때문에 식물이 이용할 수 없다. 이 상태가 되면 식물은 영구적으로 시들어 물을 준다 해도 회복이 되지 않는다. 이를 영구 시듦 시점이라고 한다. 

 

목  표

  토양이 수분을 보유할 수 있는 용량의 차이를 각 토양마다 측정하여 알아보는 것이다.  

 

과  정 

 

  1. 일정양의 토양을 플라스틱 판에 펼쳐놓아 햇볕에 하루나 이틀을 자연건조 시킨다.  토양은 다음의 세 지역에서 취한다: a) 비옥하지 않은 사질 토양, b) 일반 경작지 토양, c) 유기물이 풍부한 토양

  2. 이 각각의 토양  샘플을 선풍기로 하룻밤을 말리거나  또는  펼쳐서 햇빛에 몇 시간 더 건조시킨다 (수분보유능력 시험과 같은 방법)

  3. 플라스틱 물병의 바닥을 잘라낸 후,  병목의 위치에 망사천을 대어 고무줄이나 실로 묶은 다음,  병목 부분이 아래로 향하게 한다.  

  4. 각 지역에서 채취한 토양 샘플을 똑같은 양을 재어(약 300에서 600mg 사이) 각각의 물병에 집어넣는다. 

  5. 밑에 컵을 놓고, 위에 이 물병을 실로 매달아 놓는다.  

  6. 컵에 물을 채워 넣은 후,  이 물을 각 물병 속의 토양 샘플에  붓고 다시 물병  밑에 놓는다.  물이 완전히 토양 샘플을 지나는 동안 다른 실습이나 활동을 한다.  만약 어떤 물병에서 토양 샘플이 물을 다  흡수하여 물이 컵으로 빠져 나오지 않는다면,  각각의 물병에 똑같은 양의 물을 추가로 부어 넣는다 (결과를 비교하기 위해).  

  7. 모든 토양 샘플에서 배수가 완전히 된 후, 밑의 3개 컵을 나란히 놓고 결과를 비교한다. 

 

질  문

  1. 어떤 토양 샘플이 물을 가장 잘 보유하고 있는가?

  2. 물의 색깔에는 차이가 있는가? 만약 있다면 이것은 무엇을 의미하는가?

  3. 토양이 물을 보유하고 있는 능력은 어떤 요인에 의해 영향을 받는가?

  4. 왜 토양의 수분 보유능력이 중요한가?

  5. 토양의 수분 보유능력과 토양 구조는 어떤 관계가 있는가?

  6. 농대생들의 실제 경작지 토양의 수분 보유능력을 향상시키기 위한 가장 좋은 방법은 무엇인가?

 

Baptiste van Helmont(577-1644)는 핀란드의 의사이자 화학자였다. 그는 식물영양에 관한 최초의 체계적인 실험을 하고 그 결과를 보고한 과학자다. 그는 식물이 자라는 동안 토양으로부터 무엇을 얻는지를 실험을 통해 밝히고자 했다. 이를 위해 그는 90kg의 흙을 항아리에 담고, 흙을 물로 적신 다음, 무게가 2.25kg인 버드나무를 심었다. 그 뒤 그는 버드나무가 심긴 항아리의 흙이 너무 마르지 않도록 버드나무가 자라고 있는 항아리가 비를 맞도록 하고 비가 오랫동안 오지 않을 때에는 증류수를 주었다. 이 과정에서 그는 외부에서 흙이 버드나무가 자라고 있는 항아리에 들어가지 못하게 했고 그 항아리로부터 흙이 밖으로 나오지도 않게 했다. 그렇게 버드나무를 5년 동안 기른 다음 그는 버드나무를 뽑고 그 뿌리에 흙이 묻어나지 않게 했다. 그는 버드나무 무개도 달고 항아리에 남아 있는 흙의 무게도 달았다. 그는 다음과 같은 결과를 얻었다.

 

버드나무 무게: 76.125kg

항아리에 남아 있는 흙이 줄어든 양: 50g

 

  식물의 화학적 조성을 살펴볼 때 식물을 자라게 하는 데에 있어서 물의 기여도가 매우 높다는 사실을 깨닫게 됐다. 식물의 종류에 따라 차이가 있기는 하지만 살아있는 식물의 70-96%가 물이며 물은 식물체의 중요한 구성분일뿐 아니라 식물이 자라는 데에 있어서 물이 하는 역할은 여러 가지다. 흙에 들어 있는 양분을 실어 나르기도 하고, 토양과 식물의 온도가 급격하게 변하는 것을 막아주기도 한다. 반면에 식물이 흙에서 얻는 무기성분의 양은 미미할 정도다. 마른 식물체의 무게의 약 3.5%만이 토양에서 온 무기성분이다. 따라서 말리지 않은 식물체에 들어 있는 토양에서 온 무기성분의 비는 3.5%보다 훨씬 작다. 예를 들면 신선한 배추의 경우 무기성분을 다 합쳐도 0.5%가 채 되지 않는다.

 

Helmont가 식물은 흙에서 오로지 물만 흡수하며 자란다고 속단한 것은 잘못이었지만 그의 실험은 식물이 흙에서 자라는 동안 흙으로부터 흡수하는 무기성분의 양은 매우 적다는 사실을 보여준 것이어서 의미가 매우 크다고 할 수 있다.