토양 용액진단

 

토양 용액진단

1. 진단의 의미   토양용액이라는 것은 토양에 강하게 흡착되지 않고 비교적 자유로이 토양속을 이동 가능한 액상부분으로 그 속에 각종 성분이 녹아 있다. 식물은 토양속에 뿌리를 뻗고 있는데, 다른 견해로 보면 토양용액속에 뿌리를 묻고 있는 것과 같은 상태라고 할 수 있다. 그리고, 그 용액속에서 수분과 양분을 흡수하고 있다. 이 때문에 토양에 비교적 강하게 결합되어 있어 뿌리가 직접 흡수할 수 없는 성분을 계산하더라도 그 시점에서의 작물의 양분대소의 판단기준은 될 수 없다. 토양속의 전성분량보다도 지금 바로 가급태화할 수 있는 부분, 혹은 토양용액속에 이미 녹아있는 부분이 얼마만큼 있는지는 재배함에 있어서 가장 중요한 의미를 지니고 있다.     토양시료에 침출시액을 추가하는 종래의 침출법에 의한 토양분석과 토양용액분석법은 많은 점에서 다르다. 침출법에서는 증류수 외에 염과 산, 알칼리 등의 액에 녹아나오는 성분을 분석한다. 이 방법으로 토양입자로 흡착하고 있는 성분과, 난용성 성분까지 추출액속으로 끌어내어 측정하게 된다. 직접 뿌리에 닿아있지 않은 성분과 바로 흡수할 수 없는 성분도 측정할 수 있는 것이다. 또 침출법에서는 토양 일정량 당 총량적인 함량은 나오지만, 침출액을 보태고 있기 때문에 현지토양에서는 농도에 대해 알기 어렵다.   침출법 만큼 다량은 아니지만 토양채취후에 소량의 증류수를 가하여 원심분리 등으로 채취한 액을 토양용액으로 하고 있는 경우도 있지만 이러한 침출법과 똑같이 침출액으로 일부로 볼수도 있지만 엄밀히 말해서는 토양용액이라고는 말할 수 없다. 침출시액을 추가한 경우는 비교적 토양에 강하게 흡착되어 있는 성분까지 뽑아내고 또 증류수를 추가하는 것으로 원래의 토양용액 자체의 농도를 낮추게 된다. 생각에 따라서는 다르지만 토양수분의 상태에 따라 토양용액을 채취할 수 있기도 하고 없기도 한 것은 일정한 분석을 계속적으로 실시하는데는 바람직한 것이 아니다.     토양속에서의 수분 그 자체가 식물에게 있어서는 하나의 환경이고 가능한 한 그 상태를 충실히 측정하는 것이 바람직하다. 수분이 적은 경우에는 당연히 용액속의 농도가 짙어지고 그것이 식물에 대해서 영향을 가져오게 된다. 건조상태가 계속되는 것은 수분부족 이외에 농도 장해도 동반되게 된다. 이와 같은 의미에서는 용액 채취를 용이하게 하기 위해서는 채토전에 포장의 일정량의 관수를 하는 것도 바람직하다.   2. 진단방법  (1) 용액채취법   토양용액의 채취는 몇 가지 방법이 있다. 각각 특징과 장점, 단점을 갖고 있다. 장치의 상황과 얻어지는 정도의 차이에 따라 사용법이 나누어진다. 채취방법으로는 아래의 예를 들고있는 4가지가 주요한 것이다. 포장에서 실험실로 가지고 와서 용약채취를 하는 경우는 토양수분이 날아가지 않도록 말폐용기에 넣어서 운반함과 동시에 실험실 내에서도 신속히 처리한다.     ① 원심분리법   이 방법에서는 포장에서 채취한 토양시료를 실험실로 가져와 용액을 채취한다. 고속 원심분리기나 용액채취용의 전용 로터 등 상당한 설비와 실험기구가 필요하다. 채취되는 용액의 pF 범위는 회전수에 의해 4.2 이하이면 각종 범위를 얻을 수 있다. pF 4.2까지의 토양용액을 얻으려면 로터의 크기에도 신경을 써야 하지만 7000∼8000회전/분(rpm) 이상의 성능을 갖는 원심분리기가 없으면 안된다. 용액의 채취는 100㎖용 시료원통이 직접 들어가는 여과용기 또는 여과통이 붙어 있는 원심분리관을 이용하여 바닥에 거름종이를 깔고 채토를 주입하여 목적하는 pF에 맞는 회전수로 회전하여 그 원심력으로 실시한다. 높은 pF구역에서 채취할 경우 토양에 흡착되어 있지 않은 부유상태의 비료분과 물에 녹기 힘든 염류 등이 존재하면 염류농도가 높아지는 경우가 있다. 비교적 건조시에도 용액채취가 가능하고 채취시의 pF에 있어서 토양수분도 동시에 측정할 수 있다. 그러나 실험설비나 장치가 고가여서 간단한 방법은 아니다.     ② 가압막법   이 방법에서도 포장에서 채취한 토양시료를 실험실로 가져와 용액을 채취한다. 용액채취에는 가압막 장치 등 상당한 장치나 설비, 실험기구가 필요하다. 가압막법의 장치는 시료를 넣는 가압실부와 압력조절부, 고압질소 또는 고압공기의 봄베부로 되어 있다. 용액 채취는 포장에서 채취한 시료를 가압실에 넣고 고압질소가스나 고압공기로 가압해서 셀로판지를 통과시켜 얻는다. 셀로판지를 이용하기 때문에 인산이나 유산염의 일부가 여과되는 경우도 있다. pF 4.2 까지의 용액이 채취가능하므로 비교적 건조시에도 채취할 수 있다. 가압압력을 바꾸는 것으로 pF 4.2 이하이면 각종 pF 범위의 용액이 얻어진다. 채취시의 pF에 있어서 토양수분도 동시에 채취할 수 있다. 그러나 실험설비나 장치가 고가여서 원심분리법과 같이 간단한 방법이라고는 말할 수  없다.     ③ 알콜치환법   이 방법도 포장에서 채취한 토양시료를 실험실 등에 가져와 용액을 채취한다. 그러나 용액채취에는 원심분리법과 가압막법같이 고가인 장치나 설비, 실험기구가 필요없다. 500㎖에서 1000㎖용 여과병의 바닥에 탈지면 등의 여과재를 끼우고, 또 시료를 병의 중간쯤까지 넣어 에틸알콜 또는 메틸알콜을 위에서 조금씩 주입하면 알콜이 밀려 나오는 것 같이 아래에서 토양용액이 나온다. 채취할 수 있는 용액은 pF로 약 3.8 이하이다. 그러므로 원심분리법이나 가압막법같이 고 pF수분은 채취되지 않으므로 조금 건조해지면 채취하기 어렵다. 주위에서 채취하지 않으면 알콜이 혼입되어 측정치가 변하는 경우도 있다. 유리기구와 알콜류가 있으면 좋고 값도 싸다.     ④ 감압플라스크법   이 방법에서는 실험실 등에서 가져온 시료에서 용액채취도 가능하지만 포장의 토양에서 직접 채취할 수 있기 때문에 통상 현장에서 이용되는 경우가 많다. 텐시오메타용과 토양용액 채취용인 플라스크를 포장의 토양속에 매설하여 채수병과 파이프로 연결하고 그 채수병을 흡인펌프로 감압해서 용액을 채취한다. 작은 플라스크와 대형주사기 모양의 흡인기를 조합한 전용 토양용액 채취기도 만들어져 있고 토양수분이 많은 경우에는 채취를 충분히 할 수 있다. 채취할 수 있는 용액은 pF로 약 2.7 이하이다. 이 때문에 원심분리법과 가압막법 같이 고pF의 수분은 채취되지 않으므로 건조시에는 채취할 수 없다. 알콜 치환법보다는 다소의 장치가 필요하지만 값이 싸다. 용액은 비교적 넓은 범위에서 모이기 때문에 평균적인 농도를 알 수가 있다. 인산이 고농도가 되면 플라스크에 흡착되는 경우도 있다.    (2) 용액채취상의 문제점   수분이 적으면 채취하기 어렵고 항상 일정한 조건(일정한 pF)하에서의 채취가 가능한 것은 아니다. 이 때문에 지속적인 측정을 유지할 수 없다는 문제가 있다. 지속적인 측정의 경우 채수하기 쉬워지므로 원심분리법으로 회전수를 바꾸기도 하고 가압막법으로 입력을 바꿔서 pF값을 바꾸는 것은 별로 바람직하지 않다. 채취조간을 바꾸면 채취할 수 있는 용액의 양도 다르고 용액내의 성분도 변화할 가능성도 있다.   감압프라스크법에서는 매설 방법에 따라 용액 성분이 크게 달라진다. 시용한 비료와 퇴비 덩어리 속에 플라스크가 들어가지 않도록 하고 매설의 깊이를 확인한다. 또 토양의 추출시액을 추가한 경우와 달라서 다소의 설비나 장치가 필요하게 되고 수고도 그만큼 해야 하기 때문에 여러 지점에서의 용액채취를 단시간에 하는 것은 어렵다. 이 때문에 현재 이루어지는 토양진단 분석법을 전면적으로 바꿔서 일반적인 방법으로 보급, 이용되는 것은 현재에는 불가능하다고 생각한다.    (3) 분석법과 분석항목   채취한 토양용액의 분석은 일반적인 화학성분의 분석법과 같다. 항목도 pH, EC 외에 Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+ 인 양이온, SO42-, Cl-, NO3-인 음이온, 미량요소도 함유하고 용액속에 녹아 있는 성분이면 가능하다. 그러나 채취한 용액속에 각종 성분의 농도는 그때의 조건과 함유되어 있는 성분의 함량에 따라 상당히 달라진다.     처음에 EC를 측정하고 농도를 추측하고 나서 실시하는 것이 좋다. 짙은 경우에는 희석할 필요가 있다. 짙은 용액을 그대로 측정하면 데이터를 얻지 못할 뿐 아니라 분석법에 따라서는 기계나 장치에 위험을 줄 수도 있다. 예를 들면 이온크로마트분석장치에서는 고농도의 시료를 직접 투입하면 고가의 컬럼기능을 파손하는 일도 있다.     토양용액에서는 이들 항목·성분중 pH, EC, 초산태질소가 동시진단이나 추비량 결정에는 중요한 의미를 갖는다. 작물재배중에 가장 변화하기 쉽고 그 양이 생육에 큰 영향을 갖는 것은 질소분이다. 질소가 너무 많으면 경엽의 신장이 진행되고 화아분화와 과일형성이 늦어지고, 너무 적으면 생장 그 자체가 저하된다. 그 때문에 질소분의 과부족을 빨리 알아서 시비를 줄이기도 하고 부족분의 추비를 실시할 필요가 있다. 논에서는 시비된 질소분은 초산태로 변화해서 토양용액으로 용출되어 있고 그것이 작물에 흡수된다. 따라서 질소분 중에서도 초산태질소를 측정하면 질소의 동향을 알 수 있다. 질소분의 변화에 따라서 pH나 EC도 바뀌기 때문에 동시에 측정하면 정보량은 늘어난다. 데이터를 축적하면 정보량은 늘어난다. 데이터를 축적하면 반대로 pH나 EC에서 초산이 온양의 추측도 가능하게 될 것이다. 그 외에 암모니아태질소, 칼륨 등의 염기분도 중요한 성분이다.   3. 진단결과의 이활용   진단기준과 대책에 대해서 토양용액진단의 역사가 짧기 때문에 꼭 필요한 데이터의 축적이 충분하지 않다. 작물의 종류에 따라서 거의 없는 경우도 있다. 금후의 여러 가지 작물의 진단기준을 생육단계마다 파악해갈 필요가 있다. 이를 위해 토양용액진단에 있어서, 자신의 재배법에 대해서 양호한 생육시의 진단값을 평소에 많이 기록하여 그 값을 응용해가는 것이 좋다.    (1) 토양용액진단의 이점과 이용범위   토양용액진단이 지금까지의 토양진단과 다른 것은 이미 인지한 바이고, 그 이점과 금후 이용가능성에 있어서는 다음과 같은 것을 생각할 수 있다.     ① 토양의 뿌리가 직접 닿고 있는 토양속의 용액에 녹아 있는 각종성분을 측정할 수가 있다. 이것에 의해 생육중의 작물의 영양상태를 신속히 파악하고, 추비를 위한 동시진단도 가능해진다.   ② 식물에는 과잉시비를 방지할 수 있다. 적정시비를 할 수 있고, 양호한 작물생육에도 연결시킬 수 있다.   ③ 쓸데없는 시비를 방지할 수 있고, 경제적 부담도 경감시킬 수 있다.   ④ 생육장애시의 진단에도 도움이 된다. 비료 밸런스 불량에 의한 장해를 알 수 있고, 경감대책도 세울 수 있다.   ⑤ 다음해의 작물진단에 이용할 수 있다. 과수나 차수의 양액토경 등 채토하기 어려운 작물에서는 미리 가는 플라스크를 묻어두면 그때에 파서 채토하지 않아도 진단할 수 있다.   ⑥ 환경에 대한 부하경감에 도움이 된다. 항상 성분파악을 할 수 있으면 과잉성분이 지하침투하고 질소가 대기중으로 휘산하는 것을 방지, 경감할 수 있다.   ⑦ 토양중에서의 수분상태의 파악이 가능하다. 용액채취량과 용액농도에서 토양수분량을 판단할 수 있으므로 적정 수분을 유지하기 위한 대책마련도 가능하다.   ⑧ 분석측정까지 단시간이 걸린다. 그리고 토양속에서의 추출에도 시간과 노력을 요한다. 토양용액의 채취자체는 조금 걸리지만 채취하게 되면 바로 분석할 수 있다.   ⑨ 시설토양과 멀칭토양 등 염류가 집적하는 경우에는 양이온과 음이온의 양과 밸런스도 포함하여 총체적인 진단이 가능해진다.    (2) EC와 초산태질소에서의 양분상태의 파악과 기준치의 목표   토양용액의 EC와 토양현탁액(1:5)의 EC사이에는 일정한 관계가 있지만 토양과 시비량의 차이에 따라 바뀐다. 또 토양용액의 EC쪽이 수배에서 이십수배 정도 높아지기 때문에 토양현탁액(1:5)의 EC 기준치를 그대로 토양용액의 기준치에 맞추지는 못한다. 그러나 토양용액의 EC값은 토양용액속의 전염류 농도와 비교적 관련되어 있는 것이 연구되어 오고 있다. 생육에 적합한 전염류농도는 2000mg/ℓ 전후이고 EC값은 2mS/cm 전후로 보고되어 있다. 또 전염류 농도가 4000mg/ℓ 이상이 되던가 EC값이 3.6mS/cm를 넘으면 생육이 억제된다고 한다.     또 토양용액의 EC값은 토양용액 속의 초산태질소(초산이온)농도와도 상관이 있다는 것이 알려져 있다. EC값은 전이온 농도에 의해 규정되지만 양이온과 음이온은 비교적 결항되어 있고 게다가 통상의 경우는 초산이온이 음이온의 주요한 부분이 되기 때문에 양자 사이에 관련지어져 있다. 식물이 필요로 하는 초산태 질소는 생육단계와 기상조건, 토양조건 등에 따라 변화하고 토양속의 초산태질소 함량도 시비방법과 관수방법, 멀칭의 유무 등으로 항상 변화하고 있다. 그 때문에 실제로는 작물의 요구에 대하여 적정한 양을 주는 것은 양액재배 이외에서는 어려운 면을 지니고 있다. 대략적으로 말하면 초산이온농도로 200mg/ℓ 이하에서는 생육상 부족하고 2000mg/ℓ에서는 과잉된다고 생각한다.   몇 개의 작물에 있어서 대략 그 토양용액속의 초산이온농도와 EC값의 적정기준치는 아래의 표와 같다.   표. 작물별 토양용액중의 초산이온농도와 EC값의 기준치 초산이온 농도치의 기준(mg/ℓ) EC기준치(mS/cm) 작물의 종류 300 전후 400 전후 500 전후 600~700 전후 800~900 전후 1000 전후 1.1 전후 1.4 전후 1.8 전후 2.1~2.4 전후 2.7~3.0 전후 3.4 전후 옥수수, 실파, 딸기 시금치, 파, 상치 토마토, 순무, 양파, 무, 감자, 완두, 강남콩 배추, 쑥갓, 양상추 셀러리, 오이 양배추, 칼리플라워, 인삼