과학 농업의 길잡이 pH

토양 산성화  알칼리화 원인

 

 

1.비료의종류에 따른산성화알칼리화

생리적 산성 비료는화학적으로는 중성이지만, 토양 중에서 비료성분이 작물에 흡수된 후 황산뿌리나 염소등산성의 부산물이 남은 비료를 말합니다. 이러한 비료에는 황산암모늄, 염화암모늄, 황산칼륨, 염화칼륨 등이 있습니다. 최근에는 화성비료의 시비가 일반적으로 되어 있는데,이들의 비료포대에 유안계 등으로 기재되어 있다면 상기 단비와 마찬가지로 황산이나 염소 등이 남습니다.
한편 질산암모늄, 질산칼슘, 질산칼륨, 질산마그네슘 등은 작물에 흡수된 뒤 산성의 부산물은 질산태 질소로  흡수되므로, 토양에 안 남아요. 그러니까 생리 적 중성 비료로 불리고 있습니다.

많은 밭 작물은 일반적으로 질소성분을 질산태 질소(NO3-N)의 형태로흡수합니다. 그래서, 암모니아와 요소질소비료라도토양 중에서 질산화성작용에 의해서 질산성 질소로 변화하고 그것이 작물에 흡수되지 않고 남으면 생리적 산성비료와 마찬가지로 토양을 산성화하는 원인이 됩니다.
또한, 논에서는벼는암모니아 질소를 흡수하지만 산화층에서 질산으로 바뀐 질소는 하층에 이행한다고 환원층에서 최종적으로 N2가 되고 대기 중에 휘산합니다. 이를 탈질현상이라고 합니다. 그래서pH변화는 적고, 규산칼슘 등의 자재의 시비를 게을리하지 않으면 산성화할 수는 없습니다.
유기질비료의 경우 그 질소성분이 언젠가는 암모니아, 질산에 변화합니다만, 동물질, 식물질함께 분해과정은 매우 완만하고, 토양의 pH를 급격히 변화시키는 것은 없습니다. 황산나 염소는 거의 남아 있는것은 없지만, 다량살포한다고 질산과 아질산, 유기산 등이 축적하므로 주의가 필요합니다.

2.빗물의 탄산, 산성비 등

우리의 의농경지는 경사지가 많고 온화하고 장마 지역이 많습니다. 빗물은 탄산이 녹아 있어 pH5.5 전후의 반응을 나타냅니다. 그래서 빗물은 토양표면으로부터 하층에 침투하는 동안 토양입자에 흡착된 염기성분을 용출하고 대신 H+으로 바꾸어서 토양을 산성화하는 요인이 되고있습니다. 이런 경향은 물리성의 양호한 검정 흙과 부식이 적은 완충능의 낮은황색흙 붉은 색흙 사질흙 등에 많습니다.
최근 산성비 문제가 되는데 이것은 대기 중에 유황 산화물과 질소 산화물 등의 오염물질이 방출되고 이것이 빗물에 녹아 내리면서 산화되어 황산과 질산으로 변했고 pH가 산성~강산성이기 때문입니다. 이러한 산성비가 일상적으로 내리게 되면 토양의 산성화를 조장할 수있습니다.

3.황산산성토양

황산 산성토양은 원래 토양 중에 어떤 원인으로 황화물이 포함되어 있기 때문에 일어나는 현상이며,간척지나강 또는 바다의 질척하를 준설하고 매립한 농지 등에 많습니다.
이는오랜 역사 속에 유황등이 쌓이면서 황화물 등의 형태로 남아 있을 경우 지표로 공기에 들어가면 산화되어황산으로 바뀌면서 토양이 강산성이기 때문입니다. 이산성화 과정은 급격히는 일어나지 않고 비교적 천천히진행되기 때문에 겉보기에 pH의 적정성 높아도 뒤에는 pH가 갑자기 저하되고 있는 것이 있으므로 주의할 필요가 있습니다.
또제삼기층의지질을갖고 산지등을개척하고농지조성한경우가끔황산산성토양이볼 수가 있습니다.이것도퇴적한 시대에 황화물이 함께축적하고 이런 이유로 산성화된 것으로 여겨집니다.
황산 산성토양이 미리 예상되는 지대의 토양진단은 잠재 산성이나 과산화수소로 강제로 산화처리한 pH를 측정합니다.

4.시설재배의염류 축적

강우의 극단적으로 적은 중동 중국 대륙 내륙부 등으로 알칼리 토양이 보입니다. 이는 지표의 온도가 높고 수분이 한창 증발하기 때문에 하층에서 나트륨과 칼슘 화합물이 표면에 이행하고, 집적된 결과 pH가 높아진 겁니다.
최근 우리;나라에서도 야채나 과일 등에서 시설화가 돼서 그 시설도 유리온실 등 대형화 되고 있습니다. 이런 시설에서는 연중 빗물에 의해 용탈이 거의 없어서 칼슘 등 염기성 성분이 많이 축적하고 토양의 pH가 7을 넘는 일이 있습니다.
또 지하수의 높은 곳에서는 표면 건조에 의해서, 염기성성분이 모세관현상으로 지하에서 상승하고 탄산칼슘등이 집적하고 있습니다.
염류가 집적된시설에서는 담수에 의한 것 소금대책을 실시하고있는데 이런방법 은지하수에 비료성분을 유출시키고 최종적으로는 하천, 호수, 바다등의 부영양화를 조장시키므로 좋지 않습니다.

토양pH와작물의 생육과관계

1.작물별최적pH

토양 pH와  작물의 생육과 관계에 대해서는그동안 많은 수경시험, 토경시험 등으로 밝혀지고 실제토양에서도  거의 적정 pH 영역이 드러나고 있습니다.
대부분의 작물은 KClpH5.0~5.5의 분자 산성 범위에서 생육이 좋지만 안에는시금치나 앨팰퍼포도 처럼 흐릿한 산성~중성의 범위를 선호하는 작물도 있습니다. 또 차와 서던카드, 진달래처럼 산성영역을 선호하는 작물까지 폭 넓은 범위가 있습니다.
이것은 재배작물로 토양의 pH에 충분히 주의해야 할 것을 나타내고 있습니다. 경작 계획을 짤 때에 다른 pH 범위의 작물을 조합과 토양관리가 힘들게 됩니다.

2.저 pH 토양과 작물의 생육

대부분의 작물은 KClp H5.0~5.5가 최적범위이므로, 이 보다 낮은 산성토양에서 재배하는 것과 생육불량으로 됩니다. 산성 장애의 주원인은 염기성분의 결핍, 알루미늄이온의 과잉해, 인산의 고정, 미량요소과 잉병해의다발 등이 있습니다.
염기성분의 결핍은 칼슘, 마그네슘 등이 적어 직영 pH를 저하시키고 있습니다. 배추, 양배추, 토마토, 딸기 등에서는 칼슘 결핍으로 장애가 발생 하기 쉽고, 많은 작물에서 마그네슘 결핍증이 발생하기 쉽습니다.
토양 중의 질산화성작용은 미세 산성 부근에서 가장 활성이 높지만 산성 토양에서는 질산화성작용이 떨어지고 질소의 흡수가 억제됩니다.
알루미늄이온은 KCl pH5 이하의 산성 토양에서는활성화하기 쉽고 토양에서 용출한다고 뿌리의 성장저해를 일으킵니다. 차등 산성을선호하는 작물에는 알루미늄을 좋아하고 흡수된다는 보고도있지만 대부분의작물은생육장애가됩니다.특히 화산회토에서는알루미늄 이용출하기 쉽고 산성장애의 원인이 되고 있습니다.
토양 중의 인산은 알루미늄과 결합하기 쉽고 한번결합하면 작물의 인산흡수가 나빠지고 생육불량으로 됩니다.

미량요소에서는 철과 망간이 저pH에서 고농도로 되는데, 특히, 작물에 따라서는 망간 과잉장애가 발생하는 경우가 있습니다. 또한, 카드뮴, 아연, 니켈, 납 등 중금속오염현장에서는 산성토양 때 이들이 작물에 흡수되기  쉬운것에 주의가 필요합니다.
pH의 저하는 타고난 양분흡수에도 직접영향을 미칩니다. 이는 뿌리의 양이온(양이온)교환용량이 감소하기 때문으로 생각됩니다.
토양 병해과의 관계에서는 십자화과작물은 산성상태에서 근류병이 발생하기 쉽다.

3.액pH토양과작물의 생육

토양의 pH가 높은 알칼리성으로 기울자, 인산과 철, 망간 ,붕소, 아연 등의 미량요소가 영향을 받기 쉽다.
인산은 칼슘과 결합하며 작물에 흡수되기 어려운 형태로 바뀌어 미량요소에서는 할유효화하고 여러가지 결핍증상이 발생합니다. 이런 고비pH토양에서는염기포화도가100%를 넘는다(염기과포화),염기균형도무너지고 있는 경우가많다.
또 산성영역에서 생육이 좋은작물에 대해서는 pH가 높아지면 생육이 불량하게됩니다.그 원인으로서, 차, 철쭉류 등 호재 암모니아성 작물에서 질산보다는 암모니아를 좋아하고 흡수하는 반면 질산성질소로만 재배하기 때문임을 알고 있습니다.
이는 pH가 높다고 질산화성이 촉진되며 토양 중의 질산이 증가하다, 암모니아는 감소하기 때문으로 생각됩니다. 감자의 그런지병은 방선균이 원인이므로 pH가높다고 발생하기 쉽다.

토양pH의개량

저 pH 및 높은 pH 토양을 개량하려면 우선 작물별 개량목표 pH를 정합니다.그리고 농작물의 최적pH를 참고하여 그 범위 내로 들어서게 자재를 살포합니다.

(1)중화석회량 곡선

중화석회량곡선은 완충곡선이라고도 하고, 토양이 알칼리자재를 첨가하여 pH를 측정하고 자재의 첨가 양에 따른 pH를 그래프로 그리고 목표의 pH에 이르기까지의 자재양을 계산하는 방법입니다. 카이밭 등의 pH 개량에 잘 이용되는데 측정에 다소 시간이 필요합니다.
측정 방법은100ml 샘플병에 토양10g을 넣고 이에 각각0,5, 10, 25,50mg의 탄산 칼슘을 첨가하여 1N KCl용액을 50mℓ하고 24시간 방치합니다. 또한, 5시간 진탕한 뒤 pH를 측정합니다. 그리고 중화석회량곡선을 그리고, 개량에 필한 탄산칼슘 배출량을 구합니다.
중화석회량곡선을 그래프로그리면 검은 내땅 등의 부식함량이 많은 토양에서는 완충능력이 있어 쉽게 목표 pH에 도달하지 않지만, 사질흙이나 황색흙 등에서는 바로목표 치에 이릅니다.
개량목표 KCl pH를 5.5와 검정내땅에서는 CaCO3을4 9mg 필요로 하는 탄산 칼슘비료로 환산하면111kg/10a(개량선전15cm)이 됩니다. 또성 점질 물질흙에서는84kg, 사질국토에서는48kg정도 됩니다.
이렇게 토양의 종류에 의해서 중화곡선은 크게 다른 검정 내땅에서는 많은 석회 자재하고 사질흙이나 성 점질 물질 흙에서는 적게 드는 것을 이해합니다.

(2)염기포화도와 pH의 관계

토양 진단을 하면 pH외에 CEC(양이온교환능)과 치환성염기성분(칼슘, 마그네슘, 칼륨) 등의 분석치를 얻을 수 있습니다.
염기포화도가 각각의 치환성염기함량에서각각의 당량을 찾아 합한 값을CEC에서 나눈 것을 백분율로 나타낸 것입니다.
염기포화도는 pH(H2O)와 KClpH와도 관련이 깊고 염기포화도가 높아지면 pH가 상승하고 pH(H2O)와 KClpH의 차이가 작아집니다. 또 적정한 염기균형은 당량비로 칼슘/마그네슘3~5, 마그네슘, 칼륨2~4입니다.
그래서 이 염기균형을 충족시키기에 부족한 칼슘, 마그네슘, 칼륨 등을 계산하고,필요한 자재를투입하면 된다.
이 염기성 분분석치에서각각의 자재 양을 계산하는 것은 매우복잡하기 때문, 최근에는 컴퓨터에 의한토양진단시스템을채용하고 있는 곳이많아, 필요한분석 값을 입력하는 것만으로,신속하게처방전이작성되므로매우 편리합니다.
토양진단에서 pH가낮은데 석회가 적당량 또는 과잉이 되어 있는 경우가 잘 보입니다. 이는 시설 등 염류가 집적되어 있는 토양에 많은 분석치를 보면칼슘, 마그네슘 등의 염기성분외에 황산뿌리나 질산도많이 검출됩니다.
이때의 대책으로서, pH가 극단적으로 낮으면염 기균형에 주의해서 알칼리자재를 투입하지만, 보통 질소의 잔존양에 따라서밑거름을줄이면 된다.
또 반대로 pH는 높은염기성분은 부족한경우가 보여집니다만,이 경우는기본적으로는 pH가 상승하는 자재의투입은 피합니다.

(3) pH토양 개량

오랜 토양관리에  의해서 pH를 높이거나 낮추고 싶은 토양이나, 벼의 육묘배토 등 낮은 pH가 생육이 좋은 경우가 있습니다.
이런 경우는 중화석회량  곡선과 반대의 방법으로 황산을 이용해서 목표pH 까지 저하 시킵니다.
측정 방법은 100ml 샘플병에 토양10g을 넣고 이에 각각 0mℓ,1mℓ,2mℓ,3mℓ,4mℓ,5mℓ의 1/10N 황산을 첨가하여 1N KCl용액을 50mℓ하고 24시간 방치합니다. 또한, 5시간 진탕한 뒤 pH를 측정합니다. 그리고 중화황산량곡선을 그리고, 개량에 필요한 황산량을 요구합니다.
중화황산량곡선을 그래프로 그리면 검은 내땅등의 부식함량이 많은 토양에서는 완충능력이 있어 쉽게 목표 pH에 도달하지 않지만, 사질흙이나 황색흙 등에서는 바로 목표 치에 이릅니다.