양이온 교환 용량

양이온의 치환 용량(CEC)

 

 

 

CEC란 영어의 Cation Exchange Capacity 이며, 양이온 교환 용량을 의미한다. 토양의 점토나 부식 분으로부터 구실된 콜로이드(토양 교질)은 전기적으로 마이너스의 성질로, 칼슘이나 마그네슘, 칼륨, 나트륨, 암모니아 등의 양이온을 흠착하는 능력이 있다. 이 양이온 흡착량을 CEC라고 하며, 토양 100g당 mg당량(meq)으로 나타낸다. 이 수치가 블수록 염기류의 보지(保持)능력이 높다. CEC의 크기는 점토광물의 종류와 양, 부식함량으로 규정되어, 통상은 점토광물이나 부식이 많을수록 크게 되며, 사철토양이나 부식이 적은 토양은 작게 된다. 부식질혹 복토나 다부식질흑 복토는 CEC는 크나 염기류를 흡착하는 세기는 비교적 약하다.

 

《재배에의 영향, 대책》

CEC값이 클수록 보비력은 높아져 바람직하나, 토양 본래의 기본적인 특성으로 규정되기 때문에 염기류나 인산과 같이 간단하게 종가시키는 일은 어렵다, 그렇기 때문에, 기준치나 목표치를 설정하여 그 값에 가까이 가는 것은 필요하나, 이것으로부터 토양의 좋고 나쁨을 묻는 일 자체는 그다지 의미가 없다. 오히려 CEC값에 알맞은 시비를 행하거나 토양 개량을 위한 기초 데dl터로 보는 편이 낫다. 예를 들어, CEC값이 낮은 사질토양 등에서는 한번에 시비를 하면 과잉하게 되기 쉬우므로, 1회의 시비량을 적게 하여 몇 번이라도 분시(分旅)하거나 완효성 비료를 이용하는 것이 바람직 하다.

 

< 양이온 교환용량의 대소와 적정 EC>

CEC(mea)	토양	최 대 용수량(%)	EC(mS/cm)
5meq 이하	사초, 사양토	<40	<0,16
5～ 10	사양토	40～60	<0.24
10～20	양토, 식양토	60～80	<0,32
20～30	목복토
20～30	식토(糖土)	80-100	<0,40
30～40	흑복토
30이상	식토(植초)
40이상	목욕토	100～120	<0.48

 

치환성 염기

토양을 여러 가지 염기 용액으로 침출할 때 치환하여 용액 중에 나오는 염기를 치환성 염기라고 말한다. 치환성 염기의 측정은 원래 작물에 데한 가급태(可給態)의 염기를 정량 할 목적으로 설정된 것은 아니나, 각염기의 양이나 치환 용량을 일련의 조작으로 분석 측정하면, 얻어 지는 정보도 많고, 치환성의 가리(加里)나 고토(苦土)는 수용성의 것과 함께 작물에 이용되기 쉬운 형태로 판단되기 때문에 이용도가 높다(치환성은 교환성이라고도 한다).

 

침출액으로서는 IN초산 암프니움이 가장 잘 사용되며, 토양 1에 대해 10의 비율로 이용된다. 액의 온도차에 의해 침출량이 달라지는 일도 알려져 있으므로, 극단적인 시기는 피하고, 될 수 있는 한 일정조건(20℃등)에서 실시하도록 주의한다

치환성 염기의 함량 표시에는 건토 100g당 mg과 me의 두 종류가 있다. mg의 경우는 구체적으로 그 토양에 가리(可里)나 석회가 어느 정도 있는가 등의 판정에 이용된다.

me는 염기 치환 용량이나 염기 포화도, 염기의 구성비율등을 알기 위하여 사용되어 원자량을 원자가로 했을 때 수치로 나타낸다. 각 염기의 me는 77로 정량한 결과로부터 계산하여 구할 수 있다. 각 염기의 Ime는 다음과 같다.

석회 :	Ca의 경우	20.04mg	칼리 :	K의 경우	39.10mg
	CaO의 경우	28.4mg		K2O의 경우	47.10
고토 :	Mg의 경우	12.15	나트륨 :	Na의 경우	22.99
	MgO의 경우	20.15		Na2O의 경우	30.996

 

CEC 단위 및 계산

​

CEC의 단위는 토양 100g당 밀리당량(meq/100g)이다. 만약 토양 100g에 들어 있는 양이온 중 칼슘이 100mg, 마그네슘이 24mg, 나트륨이 46mg, 칼륨이 117mg, 알루미늄이 13.5g 이라면 CEC를 다음과 같이 계산한다.

​

칼슘의 밀리당량 = 100 / (40.078 / 2) = 5meq

마그네슘의 밀리당량 = 24 / (24.305 / 2) = 2meq

나트륨의 밀리당량 = 46 / (22.98997 / 1) = 2meq

칼륨의 밀리당량 = 117 / (39.0983 / 1) = 3meq

알루미늄의 밀리당량 = 13.5 / (26.981538 / 3) = 1.5meq

​

CEC = 5+2+2+3+1.5=13.5 meq/100g

​

칼슘은 원자가가 2이고, 원자량은 40.078이며, 당량은 20.039이다. 만약 토양 100g 중에 칼슘이 100mg이 있다고 하면, 칼슘의 함량은 100 / 20.039 밀리당량으로 계산되며 결과 값은 약 5meq/100g 이다. 5meq/100g의 의미는 "토양 100g 중에 들어 있는 칼슘의 양이, 수소 5개와 바꿀 수 있는 양이다"라는 것이다.

 

분자량 : 분자를 구성하고 있는 원자의 종류와 숫자에 각각의 원자량을 합한 것, 단위 없음

화학식량 : 분자가 아닌 물질의 조성식량, 단위 없음

​

질량단위(단위질량) = 탄소의 무게 / 12.0 = 1.99 x 1023 / 12 = 1.66 x 10-24

원자량 = 원자 1개의 질량 / 질량단위​

 

원자가(原子價) : 원자가 다른 원자와 결합하는 능력

당량 : 원자량을 원자가로 나눈 값, 수소원자 1.0과 결합하는 원자들의 질량, 당량단위로 화학결합을 함

그램당량 : 원소의 당랑에 그램을 불인 것, 아보가드로수만큼의 입자(원자, 분자, 이온, 전자)의 질량

​

1몰 : 원자, 분자, 이온, 전자의 입자 6.02 X 1023개의 질량 → 1원자량, 몰=질량/원자량

아보가드로수 : 6.02 X 1023

​

염기 포화도

토양의 염기 치환 용량(양이온 교환 용량)의 몇 %가 치환성 염기(칼슘, 마그네슘, 칼륨 등)로 채워져 있는가를 나타렌 것을 염기 포화도 라고 한다. 포화도가 큰 것일수록 토양의 pH가 높고, 작은 것일수록 pH가 낮게 산성 반응을 보인다. 일반적으로, 염기 포화도가 100%의 토양은 약pH6.5～7.0, 80%가 pH6.0-6.3 전후, 60%가 pH5.5-5.8 전후에 각각 해당한다.

 

염기 벨런스

염기 밸런스(엽기 상호간의 비율)와 야채의 생육 및 양분 흡수의 문제는 오래 전부터 중요시되고 있다. 이것은 염기가 총량으초서 충분히 확보되어 있어도 염기간의 밸런스가 깨어지면 각종 생리장해(결핍증)를 일으킬 염려가 있다(길항 작용).

길항 작용은 양이온 상호간, 음이온 상호간에서 인정 되어지며, 일반적으로는 등전하 사이에서 강하다. 물론 전하가 다른 것들 사이에서도 길항 작용은 존재한다.

일반적으로 작물체 내의 중요한 염기는 칼륨, 석화(칼습), 고토(마그테습)의 3성분인데 이들 사이에는 다음과 같은 길항 관계가 있다.

칼륨↔석회, 고토 석회↔고토, 칼륨

즉, 칼륨 및 석회의 토양 중에 있는 함량이 증가하면 우측의 성분 흡수가 억제되는 것이다.

이러한 것으로부터, 야채류의 토양관리는 단순히 토양의 반응을 교정하는 것이 아니라 염기의 밸런스를 고려한 시용이 중요하다. 석회, 고토, 칼륨의 토양 중에 있는 밸런스는 각각의 존재량을 mg당량(석회=28mg, 고토=20mg, 칼륨=47mg)으로 나눈 mg당량비로 석회/고토비는 2-5, 고토/칼리비 는 2-3으로 유지하도록 한다. 그밖에 철살망간, 철율암모니아의 사이에서도 길항 작용히 알려져있다.

 

≪토양 중의 공존 이온과의 관계≫

N

p

K

Ca

Mg

Fe

Mn

Zn

Cu

Si

B

MO

N

○

p

X

○

㉧

X

X

X

○

K

X

X

X

○

○

○

Ca

○

X

X

X

○

Mg

㉧

X

△

○

Fe

X

○

X

X

X

X

Mn

○

△

○

X

△

△

Zn

△

X

△

X

△

Cu

X

X

○

X

X

○

○

Si

○

○

B

X

X

X

MO

X

○

○

X

X

X

X

㉧ : 특히 서로 잘 맞음 ○ : 잘맞음 △ : 약간 잘 맞음 X : 길항한다.

 

양이온

토양 용액 중의 양이온에는 암모니아, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 수소 등이 있다. 칼륨, 칼슘, 마그네숨의 각 이온은 토양 염기로서 작물 재배상 중요하다. 또한 수소는 양이온이며, 염기가 아니고, 토양을 산성화한다. 양이온의 토양 양분은 음전하가 많은 콜로이드(점토, 부식 등)에 홉착 보지(保持)된다.

 

음이온

토양 용액 중의 음이온으로서는 초산(NOs-), 인산(H2p04-), 황산(SO42-), 염소(濫1-)등이 있고, 이온 농도가 상승하면 작물에 농도 장해를 일으키는 경우도 있다. 염해지(壇害地)등 특수한 토양에는 황산이온 혹은 염소 이온이 다량으로 집적되어 있는 경우가 있다. 이들 음이온의 양분은 인산이 화합하여 난용성이 되는 것 외에는 토양에 흡착되기 어려우므로, 강우 등에 의해 유출되기 쉽다.