토양수분

요약 토양에 존재하는 물로서 토양 중에서 이동하거나 식물로 이동한다. 토양입자의 표면에 흡착수라는 물의 막을 형성하고, 그 외부에 물분자간의 수소결합으로 응집수라는 층을 만든다. 이 둘의 약2/3를 식물이 이용할 수 있다. 수분함량이 적으면, 수분장력이 커지며 식물의 생장속도는 작아진다. 반면, 수분함량이 너무 많으면 산소결핍으로 식물의 생육은 감소한다.

토양 중에서의 이동, 토양에서 식물로의 물의 이동은 에너지개념으로 설명된다. 물분자는 전기적으로 중성이지만 분자 내의 전하(電荷)는 비대칭적으로 분포되어 있다고 본다. 그 결과 물분자는 강력한 극성(極性)을 가지고 있으며, 에 의해서 수소와 산소이온이 결합되어 있다.

한편, 토양입자도 양·음의 전하(한국 토양입자는 음전하가 많지만 열대지방의 일부 토양은 양전하가 우세하다)를 가지고 있기 때문에 토양입자에 의한 물분자의 강력한 (부착력)은 토양입자 주위에 물이 퍼져서 수막(水膜)을 형성한다.

이와 같이 토양입자 표면에의 물의 흡착은 ① 물분자의 운동 감소, ② 물의 에너지 함량감소, ③ 낮은 에너지 준위의 물로 전환됨으로써 열을 방출(이것을 습윤열이라고 한다)하게 된다. 토양입자 표면에의 물분자의 흡착은 몇 개의 층을 형성하는데, 이것은 강력한 부착력에 의한다.

이와 같이 부착력에 의하여 흡착된 물을 흡착수(吸着水)라고 하는데, 이 물은 흡착 에너지가 크기 때문에 뿌리에 흡수(吸水)될 수 없으므로 유효수(有效水)가 아니다. 다만, 이 물은 건조기에서 건조시켜야만 제거된다. 토양입자의 강력한 인력이 미치는 영역을 지나서 물분자가 에 의해서 수막에 부착된다.

이와 같이 수막 외부에 부착되어 있는 물을 응집수(凝集水)라고 한다. 응집수는 물분자간의 수소결합에 의한다. 응집수의 물분자는 흡착수와 비교해 볼 때 운동이 활발하고 에너지 준위도 높아서 곧 이동할 수 있다. 토양입자 주위의 수막(부착수와 응집수를 포함한다)의 두께는 15∼20분자층 정도이다. 이 수막의 약 2/3는 식물이 이용할 수 있는 유효수로 본다.

물의 에너지 함량을 표시하는 데 있어서 편의상 수압으로 표시할 수 있으나, 마이너스값으로 나타나기 때문에 더 편리한 (張力)값으로 표시한다. 토양수분장력(SMT)과 수압과의 관계는 SMT＝수압×(－1)과 같다. 보통 토양수분장력을 측정하는 데 진공게이지형 텐시오미터(tensiometer)를 사용한다. 토양의 수분함량과 토양수분장력과의 관계는 수분함량이 많아질수록 수분장력은 작아지고, 수분함량이 적을수록 수분장력은 커지는 경향이다. 토양수분장력과 식물생육 관계를 보면 수분장력이 커질수록 식물의 생장속도는 작아진다.

식물의 생장속도가 가장 큰 부분은 토양수분함량이 50% 정도인 농토용수량(容水量)에서 나타난다. 농토용수량이란 중력수(重力水)가 배수된 다음 농토에서의 수분함량이다. 토양수분장력값은 1/3 atm 부근이다. 토양수분함량이 너무 많으면 산소결핍에 의해서 오히려 식물의 생육은 감소한다(단, 논벼는 담수상태에서도 생육할 수 있는 통기기관이 발달되어 있으므로 예외이다).

중력수는 식물에 대한 유효수는 아니고 다만 배수되어 땅 속에 저장되어 지하수(地下水)로 되었다가 토양입자의 수막조절기능에 의하여 상하좌우로 이동되어 식물에 이용된다. 토양의 보수력은 토성과 밀접한 관계를 가지고 있다. 사토(砂土)·사양토(砂壤土)·양토(壤土)·미사질양토(微砂質壤土)·식양토(埴壤土)·식토(埴土)의 순으로 보수력은 커진다. 그러나 유효수는 식토보다 양토·미사질양토가 많다.

토양수는 전술한 흡착수·응집수·중력수 외에 모관수(毛管水)·흡습수가 있으며, 토양은 수분등급 또는 토양수분리짐(soil moisture regime)에 따라서 분류한다. 토양수분리짐에는 ① 애퀵(Aquic:물), ② 애리딕(Aridic:건조), ③ 우딕(Udic:습윤), ④ 우스틱(Ustic:건조), ⑤ 세릭(Xeric:건조) 등이 있다.

한국 토양의 수분리짐으로는 애퀵수분리짐과 우딕수분리짐이 있다. 애퀵리짐은 항상 담수(湛水)되어 있으므로 용존산소(溶存酸素)가 부족하여 식물생육에 적당하지 않다. 배수에 의한 근권토양에 대한 통기가 필요하다. 우딕리짐은 습윤한 기후에 있는 토양으로서 대부분의 한국 토양은 이에 속한다.