토양수분장력과 토양수분의 물리, 식물학적 분류방법

토양수분장력

토양입자와 물분자 간에는 장력이 작용하는데, 이러한 장력은 흡착력과 응집력으로 구성됩니다. 흡착력은 토양입자와 고체 및 액체 계면의 물분자 간에 작용하며, 응집력은 고체와 액체 계면의 물분자와 계면에서 더 떨어진 물분자들 간에 작용합니다. 이 두 힘의 합력인 토양수분장력으로 보유되는 수분은 모세관적인 토양 소공극을 채우고 대공극에서는 토양입자의 주위에 비교적 두꺼운 수막을 형성합니다. 물의 막이 두꺼워짐에 따라 토양수분장력이 약해지므로 막의 외부에 있는 수분은 중력의 작용 또는 다른 힘에 의하여 입자로부터 떨어져 이동하기가 쉽습니다. 일반적으로 장력의 차이에 따라 토양수분의 종류를 분류합니다. 토양이 수분을 보유하는 힘인 토양수분장력 즉 토양입자와 토양입자를 둘러싼 수막의 최외층 물분자 간의 장력은 이와 맞먹는 압력을 가지는 물기둥의 높이의 대수값인 pF로 표시됩니다. 예를 들어 pF 4.0의 수분은 10,000cm의 물기둥의 압력으로 결합되어 있는 수분을 나타냅니다. 토양수분장력과 함수량과의 관계에서 토성에 따라 곡선모양이 달라지는 것은 입도의 차이로 생기는 여러 가지 공극분포 때문입니다. 토양의 수분함량이 감소함에 따라 수분장력이 증가하는 경향은 토성에 따라 다릅니다. 사토의 경우 pF 1.8까지의 증가는 완만하고, 다른 두 토양의 경우는 pF의 변화가 급격합니다. 점토의 함량과 함수량과의 관계에서는 같은 함수량에서의 수분장력은 점토함량에 비례함을 알 수 있으며, 이는 점토함량이 높을수록 흡착 표면적이 증가하고 공극의 직격이 감소하기 때문입니다.

토양수분의 물리학적 분류

토양수분을 물리학적으로 분류하면 4가지로 분류할 수 있습니다. 바로 결합수, 흡습수, 모세관수, 중력수입니다. 결합수는 pF 7.0 이상이며, 결합수는 토양입자와 화학적으로 결합되어 있는 수분입니다. 100 ~ 110℃로 가열해도 증발 또는 분리되지 않습니다. 결합수는 화합물의 성질을 영향을 주며, 식물이 성장하는데 직접 이용할 수 없는 토양수분입니다. 두 번째로 흡습수입니다. 흡습수는 pF 4.5 이상이며 상대습도가 높은 공기 중에 풍건토양을 방치하면 토양입자의 표면에 물이 흡착되는데, 이 물을 흡습수라고 합니다. 사질토에서의 흡습수의 양은 무게비로 0.2 ~ 0.3%, 부식토에서는 70%에 달합니다. 100 ~ 110℃ 에서 8시간에서 10시간 가열하면 쉽게 제거할 수 있는 토양수분입니다. 다음은 모세관수입니다. 모세관수는 pF 2.54 이상 4.5 이하이며, 흡습수 외부에 표면장력과 중력이 평형을 유지하여 존재하는 물을 뜻합니다. 마지막으로 중력수입니다. 중력수는 pF 2.54 이하이며, 중력에 의하여 토양입자로부터 유리되어 토양입자 사이를 이동하거나 지하로 침투하는 물을 중력수라고 합니다. 모세관수에 포화 이상의 수분이 가해져 중력에 의하여 이동할 때 생기며, 중력수는 식물에 이용되고 대수층에 모여 지하수원이 됩니다.

토양수분의 식물학적 분류

토양수분을 식물학적으로 분류한다면 3가지로 분류할 수 있습니다. 과잉수분, 유효수분, 무효수분입니다. 과잉수분이란 토양에 충분한 양의 물을 공급한 후 24시간 동안에 표층토로 빠져나가는 수분으로서 주로 중력수에 해당합니다. 여기서 표층토는 부식질일 섞여 있는 암갈색의 부분을 말합니다. 이 때 24시간 후까지 남아 있는 수분의 최저장력은 포장용 수량장력입니다. 이러한 포장용 수량장력 이상의 중력수, 즉 자유수를 과잉수분이라고 합니다. 과잉수분은 염류를 용탈 시키고 통기를 막아서 질소고정 및 암모니아화를 일으키는 호기성 세균의 활성을 저해하므로 식물의 생장에 유해합니다. 다음은 유효수분입니다. 토양수분이 감소하면 토양수분의 장력이 점점 증가하여 식물이 시들기 시작하는 일시위조점에 이르고 토양수분이 더욱 감소하면 회복이 불가능한 영구위조점 즉 위조한계에 이릅니다. 위조한계는 식물이 토양으로부터 수분을 획득할 수 있는 한계를 의미하므로 유효수분은 포장용 수량장력과 위조계수장력 사이에서 보유되는 수분입니다. 일반적으로 토성이 미세할수록, 즉 토양의 입자직격이 작을수록 유효수분량도 증가합니다. 또한 비료로 사용되는 염류는 삼투압을 증가시켜 유효수분을 감소시키고, 토양유기물은 유효수분을 증가시킵니다. 마지막으로는 무효수분입니다. 무효수분은 영구위조점 이하에서 토양에 보유되어 있는 수분으로서 흡착수의 전부와 일부가 이에 포함됩니다. 이 수분은 식물이 이용할 수 없는 수분입니다.