토양의 개념

토양의 개념

1. 토양의 정의

• 토양(Soil) 은 암석의 풍화물과 유기물이 오랜 시간에 걸쳐 혼합·변형되어 식물의 생장 및 지표 생태계를 지탱하는 지표층을 말합니다.
• 협의의 토양(과거) : 토양생성과정을 통해 층위가 분화된 토양
  광의의 토양(현재) : 모재가 되는 암석(모암)이 자연작용에 의해 제자리 또는 이동 집적된 뒤, 유기물이 혼합되면서 다양한 토양생성인자의 영향을 받아 생긴 지표면의 얇고 부드러운 층으로 환경과 평형을 이루기 위해 끊임없이 변화되는 자연체. 층위분화가 없는 신선한 퇴적물(하천변의 모래나 자갈더미 등)이나 식물이 자라는 얕은 수면 밑의 퇴적된 흙도 토양으로 봅니다. 
• 토양은 땅의 일부이지만 모든 땅이 토양이 될 수 없습니다. 식물이 자랄 수 없는 지표면은 토양이 아닙니다. 
• 기상(풍화), 생물 활동(유기물 축적), 지형·기후·생물·부모 물질·시간 등의 상호작용으로 형성된 복합체로, 물·공기·무기물·유기물·생물체가 균형 있게 공존합니다.
• 토양은 단순한 흙이 아니라, 물리·화학·생물학적 기능을 수행하는 생태계의 핵심 요소입니다.
  - 식물체를 기계적 지지
  - 식물에게 양분과 수분제공

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2. 토양의 3상 :  고상 · 액상 · 기상

2-1. 고상(固相, Solid Phase)

• 구성 성분
  • 광물 입자(Mineral Particles): 모래(50–2 000 µm), 실트(2–50 µm), 점토(< 2 µm)의 비율에 따라 토성(textural class)이 결정됩니다.
  • 유기물(Organic Matter): 부식질(humus), 식물 뿌리 조각, 미생물 사체 등이 포함되며, 전체 고상 중 약 1–10 %를 차지합니다.
• 주요 역할
  • 토양 구조 형성: 점토와 부식질이 서로 결합해 응집체(aggregates)를 형성, 투수성 및 통기성 조절
  • 양분 저장소: 점토 미네랄층과 부식질의 음이온치환용량(CEC)에 의해 K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 등 양이온 흡착·보유
  • 지반 지지력: 식물 뿌리와 토양 생물의 서식 기반 제공

2-2. 액상(液相, Liquid Phase)

• 구성 성분
  • 토양 용액(Soil Solution): 토양 다공성 내부에 채워진 물로, 무기 이온(N⁻, P⁺, K⁺ 등), 용해성 유기물, 기체(CO₂ 등)를 용존
• 주요 역할
  • 양분 운반: 식물 뿌리가 물과 함께 무기 영양염류를 흡수
  • 화학 반응 매개: pH 조절, 광물 용해 및 침전 반응, 미량 원소의 생물 이용 가능성 제어
  • 수분 저장 및 이동: 중모관수(capillary water)와 자유수(gravitational water)를 통해 식물·미생물에 공급

2-3. 기상(氣相, Gas Phase)

• 구성 성분
  • 토양 공기(Soil Air): 지표 대기와 유사한 성분(O₂ ~21 %, N₂ ~78 %, CO₂ 0.03 % 수준)이나, 미생물 호흡·유기물 분해로 CO₂ 농도 증가

2-4. 토양 3사의 의의

식물 생육적 측면

• 수분 공급(액상)
  • 중모관수(capillary water)는 뿌리가 직접 흡수할 수 있는 물과 용해 영양염류의 저장고 역할을 합니다.
  • 자유수(gravitational water)는 과잉 수분일 때 배수되어 토양의 수분 균형 유지에 기여합니다.
• 양분 보유 및 공급(고상·액상)
  • 고상 입자(특히 점토와 부식질)의 음이온치환용량(CEC)이 K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 등 양이온을 흡착·저장 → 식물 뿌리가 필요 시 액상으로 방출
  • 용해 상태의 무기영양염류(N, P, K 등)가 액상 내에 존재 → 뿌리가 흡수
  •  고상 비율이 낮은 토양 : 뿌리 뻗는데 유리하여 지하식물(감자, 고구마, 무 등) 생육에 유리
• 산소 호흡(기상)
  • 호기성 뿌리 호흡을 위한 충분한 산소 공급(대기 중 O₂ 유입)
  • 과습 시 산소 결핍(환원질소·유기산 축적)을 방지하여 뿌리 썩음 현상 예방
• 뿌리 및 미생물 활착 기반(고상·기상)
  • 고상 입자의 응집·공극 구조는 뿌리의 기계적 지지력 제공
  • 고상 비율이 높은 토양 : 단위용적당 토양입자의 양이 많고 액상과 기상의 비율이 낮아 뿌리 자랑미 불량, 작물 생육이 불량
  • 기상 공극은 토양 동물·미생물의 이동·서식 통로로 작용하여 뿌리-미생물 상호작용 촉진

환경적 측면

• 수질 정화 및 유실 방지(액상·고상)
  • 토양 용액 내 오염물(중금속, 농약 등)은 점토·유기물층에 흡착되어 지하수 오염 감소
  • 강우 시 결속력이 약한 미립자(실트·점토)는 응집체 덩어리로 유실을 막아 토사 유실 방지
• 탄소 저장 및 기후 조절(고상·기상)
  • 부식질(Humus) 형태의 안정 유기탄소 저장 → 대기 CO₂ 흡수 기능
  • 토양 호흡을 통한 CO₂·N₂O·CH₄ 배출 조절(통기성 기상 공극에 의한 가스 교환)
• 침투·저장·배출 사이클(액상·기상)
  • 강우 시 침투된 물은 토양 내 저장되거나 지하수로 재투입 → 홍수 완화 및 가뭄 시 저장수 활용
  • 토양의 기상 공극이 수분-공기 밸런스를 유지하여 지표 수리순환 안정화
• 생물 서식지 제공(고상·액상·기상)
  • 토양 3상이 복합적으로 이루는 다공성 매질은 다양한 토양 생물(지렁이, 미생물)의 서식처
  • 생물 다양성 증진 → 생태계 서비스(분해, 양분 순환, 토양 구조 개선) 강화

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3. 토양의 성분 : 무기물, 유기물, 토양수분, 토양공기

3.1 무기물 (Mineral Fraction)

• 입경(粒徑)에 따른 구분
  • 점토(Clay): 입자 크기 < 0.002 mm, 높은 표면전하와 보습력
  • 실트(Silt): 입자 크기 0.002–0.05 mm, 중간 정도의 보수성
  • 모래(Sand): 입자 크기 0.05–2.0 mm, 배수·통기성이 좋음
• 풍화 부모암(parent material) 에서 기원한 각종 광물질로, 토성(textural class)을 결정

3.2 유기물 (Organic Fraction)

• 부식질(Humus): 완전히 분해된 유기물로, 토양의 구조 안정화 및 양분 보유력 향상
• 미분해 유기물: 낙엽·뿌리·미생물 사체 등, 분해 과정을 통해 양분 공급
• 토양 비옥도(fertility) 에 결정적 역할

3.3 수분 및 공기 (Water & Air)

• 토양 수분(Soil Water):
  • 중모관수(capillary water): 식물이 흡수 가능한 수분
  • 잔류수(hygroscopic water): 식물 이용 불가능, 흡착막 형태
• 토양 공기(Soil Air):
  • 산소(O₂)와 이산화탄소(CO₂)의 교환을 통해 식물 뿌리 및 호기성 미생물 호흡 지원

3.4 토양 생물 (Soil Biota)

• 미생물(microorganisms): 박테리아, 곰팡이, 방선균 등이 유기물 분해 및 양분 순환
• 무척추동물(invertebrates): 지렁이, 갯지렁이, 토양 절지동물 등이 토양 구조 형성 및 공기·수분 이동 촉진
• 식물 뿌리(Roots): 물리적 토양 분쇄, 유기물 공급, 토양 화학 반응 유도