토양 pH 조절과 반응

토양 pH와 작물의 반응

 

pH란 용액의 수소이온(H+)의 농도를 간편하게 나타내는 값이며 산성의 정도를 나타내는 값 pH7을 중성이라 하고 7보다 작을 때는 산성, 클 때는 알카리성(또는 염기성)이라 한다. 알카리 또는 산의 첨가에 의한 pH의 변화를 토양이 억제하는 작용을 토양의 완충능이라 한다. 토양 pH는 글자 그래도 “수소 이온의 양” 즉 토양 산성도의 측정값이다. 전문적으로, pH는 로그값으로 측정된 토양 수분에 존재하는 수소이온(H+)의 양을 말한다. 중요한 것은 pH가 어떻게 토양 화학구조와 식물 영양분에 영향을 주고, 그것을 어떻게 측정하고 관리하는지와 관계가 있다. pH는 0에서 14의 값을 갖는다. 낮은 pH(0~5)는 산성이고 높은 pH(9~14)는 염기성이다. pH 6~8의 영역은 대략 중성 pH로 여겨진다.

 

 

토양 산성도는 식물에 직접 해를 가하지 않는다. 그보다는 영양분의 식물에 대한 활성도에 영향을 준다.(이것은 아주 염기성인 토양에도 같다.)

 

일반적인 비유를 사용하여 설명해본다. 토양을 식료품 저장실이라 상상해 보라. “먹기”위해서는 식료품 저장실 속에 음식이 들어있어야 한다.(모래가 많은 토양 또는 비가 많이 내리는 지역의 토양은 자주 영양분이 새어나가게 한다-“식료품 저장실”이 비어있는 것이다.)

 

토양 유기물을 다시 채워 넣는 것은 “식료품 저장실을 채워 넣는 것”과 같다. 모래, 미사, 찰흙, 유기물질이 골고루 섞여 있는 바람직한 토양은 여러 종류의 음식들이 채워진 커다란 식료품 저장실과 같다. 그런데 만약 토양 pH가 너무 낮거나, 너무 높으면 이것은 식료품 저장실이 점점 더 작아지는 것과 같다. 음식을 채울 공간이 없고, 당신이 음식을 채우려면 다른 음식을 딴 곳으로 옮겨주어야 한다.

 

pH가 높은 토양의 개량

최근 구제역, 돼지열벙 방제 등으로 생석회가 대량 투입되어 축산 부산물의 pH가 높아 지고있다. 또한, 시설재배지의 염류집적토양이나 토양소독 또는 토양개량목적으로 석회질 자재를 무분별하게 과잉 투입하여 일부 토양에서는 pH가 7.0이상에 달하여 문제가 되는 토양이 있다.

 

석회질비료 시용 시 토양특성에 알맞은 비료선택(양질 또는 식질토에는 속효성석회비료인 소석회를, 사질토양에는 지효성인 석회석 분말 등 적합)과 적정 시용량 및 시용방법 등이 고려되어야 할 것이다. 토양pH가 높은 경우 석회자재로서는 황산칼슘, 인산질 자재로서는 과린산석회, 함철자재로서는 Bauxite(열대지방에 분포된 적색표토) 등을 시용하여 토양 알칼리화의 진행을 억제할 필요도 있다.

 

pH를 낮추는 자재에는 위험한 것도 있다

일단 알칼리화된 경우는 pH 수치를 낮추지 않으면 안된다. pH를 낮추는 자재로서는 여태까지 황산, 유황가루, 피트모스 등이 일반적으로 사용되어왔다. 농황산은 강산성(36규정)의 액체이므로 황산을 사용할 경우는 반드시 폴리에틸렌 용기를 사용하며, 소량의 원액을 다량의 물에 조용하게 붓는다. 반드시 엷게 타서 사용해야 하며, 의복에 비산(飛散)되지 않도록 주의해야한다. 또한 황산을 사용할 경우는 물뿌리개(조리)로 살수한 후 극히 조심하면서 토양을 혼합하고 균일하게 되도록 유의해야 한다.

 

유황가루의 경우는 유황이 일단 산화되어 황산처럼 된 후 반응하므로 효과가 발현될 때까지는 2～3개월을 요한다. 이 때문에 황산처럼 즉시 목적 pH로 되는 것은 불가능하므로 계획적인 사용법이 필요하며 pH를 1.0 낮추는 데 필요한 황산과 유황화의 양을 <표>에 나타내었다. 산도를 조절하지 않은 퇴적상태의 피트모스(이탄)도 pH가 3정도이므로 산도강하제로서 사용할 수 있다. 어느 경우든 정확하게 목적 pH로 교정하기 위해서는 대상이 되는 토양에 단계적으로 자재를 첨가하면서 pH변화를 추적한 완충곡선법에 의해서 필요한 자재량을 산출해야 한다.

 

그러나 황산의 경우는 위험하고 또한 경운기 등의 철제품의 보호 면에서, 또한 피트모스는 가격면에서 대규모포장에 사용을 권하기에는 어려움이 있으므로 상토나 화분용토 등의 조정에 적당한 자재라고 말할 수 있다.

 

<표 1> pH를 1.0 낮추는 데 필요한 양(토양 100kg기준)

토양	유황가루	농황산		토양	처리전의 pH	황산량(㎖/풍건토10ℓ)
식토	80ｇ	240㎖		양토(화산회)	6.2	10～12
사토	55	160		양토(충 적)	6.0	2.5
이탄토	240	700		산사(山砂)	6.5	1.0

 

산도조절을 위해서는 구연산(Citric Acid, Monohydrate, C6H8O7)을 이용하기도 한다. <표 2>에서 pH를 낮추는 데 필요한 구연산량을 구해보면 대략적인 구연산량을 알 수 있다. 그러나, 사용하는 구연산의 종류, 순도에 따라 반응이 다르기 때문에 사용 전에는 반드시 자가 측정을 한 후에 처방해야 한다. pH 7.0에서 pH4.0으로 낮추는데는 농수산대학에서 사용한 구연산(Citric Acid, Monohydrate, C6H8O7)을 이용하면 50g/1000L 정도면 가능했다. 특히, 산도가 높은 인삼포장에 관주 할 때, 유용하게 이용 할 수 있다고 사료된다.

 

 

<표 2> pH를 낮추는 데 필요한 구연산량(한국농수산대학 특용작물학과 실험실)

구연산	물량	pH	희석 배율
0.1g	1.5L	3.5	15,000
	2L	3.5	20,000
	2.5L	3.6	25,000
	3L	3.9	30,000
	3.5L	4.0	35000
0.2g	2L	3.6	10,000
	3L	3.7	15,000
	3.5L	3.8	17,500
	4L	3.9	20,000
	4.5L	4.0	22,500
0.6g	3L	3.3	5,000
	6L	3.5	10,000
	9L	3.7	15,000
	12L	3.8	20,000
	15L	3.9	25,000
	18L	4.0	30,000
	20L	4.0	33,333

 

pH 교정을 위한 자재 시용시에는 시용 후 pH의 원상복귀, 과잉시용 등도 염려되므로 한번에 목적 pH로 교정하는 것보다 매년 조금씩 개량하는 것이 좋다.

 

산성화 원인

토양은 늘 빗물에 의해 씻기고 있는 토양입자에 흡착되어 있는 염기(Ca++(석회), Mg++(고토), K+(가리) 등)가 유실되고 그에 대해서 H+ (수소)가 흡착, 산성화 된다.

 

적정 pH의 범위

pH의 개량목표는 논, 밭은 6.0∼6.5, 과수원지는 5.0∼6.5가 알맞다. 작물은 일반적으로 pH6.0∼7.0에서 생육이 가장 좋고 강산성, 강알카리성에서는 모두생육이 불량해진다. 그 원인은 작물양분의 유효성, 독성원소의 용해도 등이 pH에 의해 지배되고 있기 때문이다.

 

산성의 피해

산성 토양이 문제가 되는 것은 산성(H+) 그 자체의 해작용외에 석회, 고토 등의 결핍, 치환성 알루미늄의 활성화에 의한 해작용, 미량요소의 결핍 또는 과잉에 의한 장해, 인산의 고정, 미생물의 활동 억제 등 토양전체에 큰 문제를 야기하고 작물의 생육에 주는 영향도 크며 잡초의 종류도 크게 변한다. 산성화토양에서는 토란, 무, 감자는 생육이 좋은데 콩, 팥, 시금치, 파 등의 생육은 떨어지게 된다. 잡초로는 쇠뜨기, 질경이, 잔디 등이 왕성해진다.

 

강산성 조건하에서는 가리, 인산, 석회, 고토, 붕소, 몰리브덴 등의 유효성이 저하 하고 알카리성 조건하에서는 철, 망간, 등, 코발트 등의 수산화물질의 용해도가 저하하고 유효성이 떨어진다. 강산성이 되면 알루미늄, 망간, 철, 구리, 니켈 등의 용해도가 증대하여 중금속이 작물에 과잉흡수되어 생육장해를 준다.

 

하우스 등의 EC가 높은 염류토양에서 pH3의 강산성 토양이 보이는 일이 있는데 이는 질산이 용액중에 생성되어 생기는 외견상의 산성인 경우가 많다.

 

pH가 낮은 경우의 일반적인 생육장해

① pH가 낫다고 하는 것은 토양중의 석회, 고토 등의 염기가 유실되어 있다는 뜻으로 염기결핍에 의한 생육장해가 일어나기 쉽다.

 

② pH가 저하하면 철이나 알루미늄의 수산화물의 용해가 높아 인산과 결합하므로 인산이 불용화 한다. 이 때문에 작물에 인산결핍증이 나타날 수 있다.

 

③ 산성토양에서는 몰리브덴의 불가급화가 일어나기 쉽다.

 

④ pH가 저하되면 알루미늄과 망간의 화합물의 용해도가 높아져 알루미늄에 의한 뿌리의 기능장해, 망간과잉에 의한 뿌리의 기능장해, 망간과잉에 의한 장해 등이 일어나기 쉽다.

 

⑤ pH가 낫으면 수소이온이 증가되어 작물뿌리의 양분흡수력이 약해지고 수소이온이 뿌리로 침입 하여 단백질을 응고 또는 용해시킨다.

 

⑥ 유기산의 집적으로 미생물의 활동이 약해지고 토양병원균에 감염되기 쉽다.

 

 

산성 토양 개선하기

석회는 산성 토양을 개선하는 데에 이용되는 가장 보편적인 물질이다. 순수한 형태의 석회는 탄산칼슘(CaCO3)이다. 칼슘이 식물이 식물의 성장에 필요한 영양분이지만 석회에서 중요한 것은 칼슘(Ca++)이 아니다. 오히려, 산성 토양을 개선하는 것은 탄산(CO3-)이다. 이것은 수소 이온(H-)과 결합함으로써 이루어진다. 각각의 탄산이온은 두 개의 수소이온과 결합하고 이러한 방법으로 석회는 남는 H+를 씻어내고 토양 산성도를 중성으로 올려 준다.

 

이 반응의 공식은 다음과 같다.

 

2CaCO3 + 3H ↔ 2Ca++ + HCO3- + H2CO3

 

 

두 분자의 탄산칼슘에 대해 수소 이온 3개가 결합되고(pH를 낮춘다), 두 개의 칼슘 이온을 만들며(토양 속에 저장할 수 있는 것으로 식물에 의해 취해진다.) 그리고 2탄산과 탄산 각각 한 분자를 생성한다.