토양구조
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1. 개요
토양 구조는 흙 입자의 배열 방식에 따라 판상, 각주상, 주상, 괴상, 립상, 쐐기, 렌즈상 구조 등으로 분류된다. 이러한 구조는 토양의 특성과 기능에 중요한 영향을 미치며, 토양의 형성과 변화에 다양한 요인이 관여한다. 토양 구조는 뿌리 성장, 물의 이동, 공기 교환, 열전도율 등과 관련되어 있으며, 경운, 강우, 토양 생물학적 활동 등 다양한 요인에 의해 끊임없이 변화한다. 또한, 경화성 토양과 같이 구조가 굳어져 경작이 어려운 토양도 존재하며, 토양 구조 개선은 농업 생산성 향상과 환경 보전에 중요한 역할을 한다.
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| 토양구조 | |
|---|---|
| 토양 구조 | |
| 정의 | 토양 입자와 공극의 배열 상태 |
| 중요성 | 통기성 배수 보수력 뿌리 성장 |
| 영향 요인 | 토양 구성 성분 유기물 함량 생물 활동 인간 활동 |
| 구조 형성 과정 | |
| 입단화 | 작은 토양 입자들이 모여 더 큰 덩어리를 형성하는 과정 |
| 안정화 | 입단화된 토양 덩어리가 물리적, 화학적, 생물학적 요인에 의해 안정화되는 과정 |
| 구조 유형 | |
| 입상 구조 | 작은 알갱이 모양의 구조. 배수가 잘 됨. |
| 괴상 구조 | 덩어리 모양의 구조. 다양한 크기와 형태. |
| 주상 구조 | 기둥 모양의 구조. 점토 함량이 높은 토양에서 흔히 발견됨. |
| 판상 구조 | 얇은 판 모양의 구조. 통기성과 배수가 불량함. |
| 각주상 구조 | 모서리가 각진 기둥 모양 구조. 알칼리 토양에서 주로 발견됨. |
| 사상 구조 | 모래와 같이 입자간 결합이 없는 구조 |
| 평가 | |
| 시각적 평가 | 육안으로 토양 구조를 관찰하고 평가하는 방법 |
| 물리적 측정 | 토양의 밀도, 공극률, 투수계수 등을 측정하여 토양 구조를 평가하는 방법 |
| 관리 | |
| 유기물 첨가 | 퇴비, 녹비 등을 사용하여 토양의 유기물 함량을 높임 |
| 윤작 | 서로 다른 종류의 작물을 번갈아 가며 재배하여 토양 구조를 개선 |
| 최소 경운 | 토양 교란을 최소화하여 토양 구조를 보호 |
| 피복 작물 재배 | 토양 표면을 덮어 토양 유실을 방지하고 토양 구조를 개선 |
2. 토양 구조의 유형
토양 구조는 흙 알갱이의 배열 방식에 따라 여러 유형으로 나뉜다. 주요 유형은 다음과 같다.
- 판상 구조 – 단위체는 평평하고 판 모양이다. 일반적으로 수평으로 정렬된다.[4] 판상 구조는 얇고 평평한 판 모양의 흙 알갱이들이 수평 방향으로 배열된 토양 구조이다.
- 각주상 구조 – 개별 단위체는 평평하거나 둥근 수직 면으로 경계가 정해진다. 단위체는 수직으로 뚜렷하게 더 길며, 면은 일반적으로 인접한 단위체의 주형 또는 몰드이다. 꼭짓점은 각지거나 아원형이며, 각주 상단은 다소 불분명하고 일반적으로 평평하다.[4] 각주상 구조는 개별 덩어리가 평평하거나 둥근 수직면으로 둘러싸여 있으며, 덩어리는 수직으로 뚜렷하게 길다.
- 주상 구조 – 단위체는 각주와 유사하며 평평하거나 약간 둥근 수직 면으로 경계가 정해진다. 주상과 달리 기둥 상단은 매우 뚜렷하며 일반적으로 둥글게 되어 있다.[4] 주상 구조는 둥근 기둥 모양의 흙 알갱이들이 수직으로 배열된 구조이다.
- 괴상 구조 – 단위체는 블록 모양 또는 다면체이다. 주변 토괴의 면을 주형한 평평하거나 약간 둥근 표면으로 경계가 정해진다. 일반적으로 괴상 구조 단위체는 거의 등차원이지만 각주와 판상으로 이어진다. 면이 비교적 날카로운 각도로 교차하면 각괴상 구조로, 면이 둥글고 평면이 혼합되어 있고 모서리가 대부분 둥글면 아각괴상 구조로 설명된다.[4]
- 각괴상 구조 - 블록 구조에서 구조 단위는 블록 모양 또는 다면체 모양이다.
- 아각괴상 구조 - 블록 구조에서 구조 단위는 블록 모양 또는 다면체 모양이다.
- 립상 구조 – 단위체는 대략 구형 또는 다면체이다. 인접한 토괴의 주형이 아닌 곡선 또는 매우 불규칙한 면으로 경계가 정해진다.[4] 입상 구조는 흙 알갱이들이 둥근 알갱이 모양으로 모여 있는 구조이다.
- 쐐기 구조 – 단위체는 예각으로 끝나는 맞물린 렌즈를 가진 대략적인 타원형이다. 일반적으로 작은 활면으로 경계가 정해진다.[4]
- 렌즈상 구조 – 단위체는 토양 표면에 평행하게 겹쳐진 렌즈이다. 중앙에서 가장 두껍고 가장자리로 갈수록 얇아진다. 렌즈상 구조는 일반적으로 습한 토양, 미사 또는 매우 미세한 모래(예: 미사질 양토)가 높은 질감 등급 및 높은 서리 작용 가능성과 관련이 있다.[4]
2. 1. 판상 구조 (Platy)
판상 구조는 얇고 평평한 판 모양의 흙 알갱이들이 수평 방향으로 배열된 토양 구조이다. 렌즈형 판상 구조는 가운데가 가장 두껍고 가장자리로 갈수록 얇아지는 판 모양을 띈다. 판상 구조는 주로 침전 작용이나 동물, 기계에 의한 압력을 받은 지하 토양에서 발견된다. 이러한 구조는 칼과 같은 도구를 사용하여 수평 층을 분리하는 방식으로 쉽게 확인할 수 있다. 판상 구조는 토양 내에서 물과 식물 뿌리의 수직 이동을 방해하는 경향이 있다.판상 구조는 토양층의 C, E, Bs 및 K층과 세스퀴옥사이드(철과 마그네슘이 풍부한 매우 오래된 토양)에서 주로 발견된다.
2. 2. 각주상 구조 (Prismatic)
각주상 구조는 개별 덩어리가 평평하거나 둥근 수직면으로 둘러싸여 있으며, 덩어리는 수직으로 뚜렷하게 길다. 면은 일반적으로 인접한 덩어리의 주형 또는 몰드이다. 꼭지점은 각지거나 둥글며, 각주의 상단은 다소 불분명하고 일반적으로 평평하다. 각주상 구조는 B층 또는 하층토의 특징이다. 수직 균열은 물과 뿌리의 하향 이동뿐만 아니라 얼고 녹는 현상과 젖고 마르는 현상의 결과로 나타난다.2. 3. 주상 구조 (Columnar)
주상 구조는 둥근 기둥 모양의 흙 알갱이들이 수직으로 배열된 구조이다. 각주상 구조와 유사하지만, 윗부분이 둥글다는 특징이 있다. 나트륨의 영향을 받는 토양과 스멕타이트 및 할로이사이트와 같은 팽창성 점토가 풍부한 토양의 하층토에서 흔히 나타난다. 기둥 구조는 매우 밀도가 높고 식물 뿌리가 이러한 층을 관통하기가 매우 어렵다. 심경운과 같은 기술은 이러한 토양의 비옥도를 어느 정도 회복하는 데 도움이 되었다.2. 4. 괴상 구조 (Blocky)
블록 구조에서 구조 단위는 블록 모양 또는 다면체 모양이다. 이들은 주변 토괴의 면을 따라 평평하거나 약간 둥근 표면으로 경계를 이룬다. 일반적으로 블록 구조 단위는 거의 등차원이지만, 기둥 모양 및 판상 구조로 변한다. 면이 비교적 날카로운 각도로 교차하면 각괴상 구조로, 면이 둥글고 평평한 면이 혼합되어 있고 모서리가 대부분 둥글면 아각괴상 구조로 묘사된다. 블록 구조는 하층 토양에서 흔히 나타나지만, 점토 함량이 높은 표층 토양에서도 발생한다. 가장 강한 블록 구조는 균열을 생성하는 점토 광물의 팽창과 수축의 결과로 형성된다. 때때로 말라버린 늪지와 연못의 표면은 점토로 인해 특징적인 균열과 박리를 보인다.2. 4. 1. 각괴상 구조
블록 구조에서 구조 단위는 블록 모양 또는 다면체 모양이다. 이들은 주변 토괴의 면을 따라 평평하거나 약간 둥근 표면으로 경계를 이룬다. 일반적으로 블록 구조 단위는 거의 등차원이지만, 기둥 모양 및 판상 구조로 변한다. 면이 비교적 날카로운 각도로 교차하면 각괴상 구조로, 면이 둥글고 평평한 면이 혼합되어 있고 모서리가 대부분 둥글면 아각괴상 구조로 묘사된다. 블록 구조는 하층 토양에서 흔히 나타나지만, 점토 함량이 높은 표층 토양에서도 발생한다. 가장 강한 블록 구조는 균열을 생성하는 점토 광물의 팽창과 수축의 결과로 형성된다. 때때로 말라버린 늪지와 연못의 표면은 점토로 인해 특징적인 균열과 박리를 보인다.2. 4. 2. 아각괴상 구조
블록 구조에서 구조 단위는 블록 모양 또는 다면체 모양이다. 이들은 주변 토괴의 면을 따라 평평하거나 약간 둥근 표면으로 경계를 이룬다. 일반적으로 블록 구조 단위는 거의 등차원이지만, 기둥 모양 및 판상 구조로 변한다. 면이 둥글고 평평한 면이 혼합되어 있고 모서리가 대부분 둥글면 아각상 블록 구조로 묘사된다. 블록 구조는 하층 토양에서 흔히 나타나지만, 점토 함량이 높은 표층 토양에서도 발생한다. 가장 강한 블록 구조는 균열을 생성하는 점토 광물의 팽창과 수축의 결과로 형성된다. 때때로 말라버린 늪지와 연못의 표면은 점토로 인해 특징적인 균열과 박리를 보인다.2. 5. 입상 구조 (Granular)
입상 구조는 흙 알갱이들이 둥근 알갱이 모양으로 모여 있는 구조이다. 과자 부스러기와 비슷한 형태를 띠며, 인접한 알갱이들과는 곡선 또는 불규칙한 면으로 경계를 이룬다. 주로 초원의 표토나 유기물 함량이 높은 정원 토양에서 흔히 발견된다.토양 생물의 분비물이나 유기물 분해 산물은 토양 광물 입자들을 연결하거나 분리시켜 입상 구조 형성에 기여한다. 경운, 지렁이, 동결 작용 및 설치류 등은 생물 교란을 통해 흙 알갱이의 크기를 줄이는 역할을 한다.
입상 구조는 공극률이 높아 공기와 물의 이동이 원활하다. 경운이 용이하고 수분 및 공기 공급이 우수하며, 식재 및 발아에 적합하여 "좋은 토양"의 조건으로 여겨진다.
2. 6. 쐐기 구조
2. 7. 렌즈상 구조
3. 토양 구조의 형성과 변화
토양 구조는 본질적으로 역동적이고 복잡계이며, 여러 요인에 의해 영향을 받는다. 경운, 바퀴 통행, 뿌리, 토양 내 생물학적 활동, 강우, 풍식, 수축, 팽윤, 동결 및 해동과 같은 다양한 요인이 토양 구조 형성과 변화에 관여한다.
반대로 토양 구조는 뿌리 성장 및 기능, 토양 동물군 및 생물군, 물과 용질 수송 과정, 기체 교환, 열전도율, 전기 전도도, 교통 지지력 등 토양과 관련된 많은 측면에 영향을 미치고 상호 작용한다. 토양 구조를 무시하거나 "정적"으로 간주하면 토양 특성에 대한 예측이 부정확해질 수 있으며, 토양 관리에 심각한 영향을 미칠 수 있다.
4. 경화성 토양 (Hardsetting soil)
경화성 토양은 젖으면 구조를 잃고, 건조되면서 단단하게 굳어져 경작이 매우 어려운 무구조 덩어리를 형성하는 토양을 말한다.[7] 이러한 토양은 수분 함량이 제한된 범위 내에 있을 때만 경운이 가능하다. 경운을 하면 울퉁불퉁한 표면(토양 물리성이 불량한)이 나타나는 경우가 많다.[7] 건조되면서 높은 토양 강도로 인해 묘목과 뿌리의 성장이 제한되는 경우가 많고, 침투율이 낮아 빗물과 관개수의 유출이 많아 생산성을 제한한다.[7]
경화 현상은 "경화 토양이 건조 시 거의 균일한 덩어리로 굳어지는 현상"으로 정의된다. 간혹 0.1m 초과 간격으로 균열이 생길 수 있다. 공기 건조된 경화 토양은 단단하고 부서지기 쉬우며, 손가락으로 단면을 밀어 넣을 수 없다. 일반적으로 인장 강도는 90 kN–2이다. 토양 표면이 굳는 것은 경화 현상과 반드시 같지 않은데, 경화 층이 표면 굳음보다 더 두껍기 때문이다. 경작된 토양에서 경화 층의 두께는 종종 경작 층의 두께와 같거나 더 크다. 경화 토양은 영구적으로 굳어진 것이 아니며, 젖으면 부드러워진다. 경작된 경화 층의 덩어리는 물에 젖으면 부분적으로 또는 완전히 붕괴된다. 토양이 충분히 젖으면 건조 시 다시 경화 상태로 돌아가는데, 이는 관개용 홍수나 강한 강우 후에 발생할 수 있다.[8]
5. 토양 구조 개선
토양 구조 개선은 농업 생산성 향상과 환경 보전에 중요하다.[5] 토양 응집력 강화 및 지표면 흐름 감소로 침식을 줄이고, 뿌리 관통 및 토양 수분과 영양소 접근성을 향상시킨다. 또한 표면 피막 감소로 묘목 출현을 개선하고, 다공성 향상으로 물 침투, 보존 및 이용 가능성을 높인다.[5]
생산성은 관개된 무경운 또는 최소 경운 토양 관리에서 원예의 경우 토양 구조 저하로 인해 시간이 지남에 따라 감소하여 뿌리 성장과 물 보존을 억제하는 경향이 있다. 하지만 높은 유기물 함량 등으로 인해 토양 구조가 유지되는 예외적인 경우도 있다. 이러한 환경에서 토양 구조를 개선하면 수확량을 크게 늘릴 수 있다.[5] 뉴사우스웨일스주 토지 및 수자원 보존부는 경작 시스템에서 토양 구조로 인해 침투할 수 있는 강수량 1mm당 밀 수확량이 10kg/ha 증가할 수 있다고 제안한다.[6]
6. 토양 구조의 역학 (Soil structure dynamics)
토양 구조는 본질적으로 역동적이고 복잡계이며, 여러 요인에 의해 끊임없이 변화한다. 경운, 바퀴 통행, 뿌리와 토양 내 생물학적 활동, 강우, 풍식, 수축, 팽윤, 동결 및 해동 등이 토양 구조에 영향을 미치는 대표적인 요인이다.
토양 구조는 뿌리 성장 및 기능, 토양 동물군 및 생물군, 물과 용질 수송 과정, 기체 교환, 열전도율, 전기 전도도, 교통 지지력 등 토양과 관련된 다양한 측면에 영향을 미치고 상호 작용한다. 따라서 토양 구조를 "정적"으로 간주하면 토양 특성에 대한 예측이 부정확해질 수 있으며, 토양 관리에 심각한 영향을 미칠 수 있다.
참조
[1]
논문
Advances in characterization of soil structure
1988-06
[2]
논문
Soil Organic Matter in Its Native State: Unravelling the Most Complex Biomaterial on Earth
2016-02-16
[3]
서적
Soils in the Australian landscape
Oxford University Press
2001
[4]
서적
USDA Soil Survey Manual
Government Printing Office
2019-11-02
[5]
논문
Degradation of soil structure due to coalescence of aggregates in no-till, no-traffic beds in irrigated crops
2000
[6]
간행물
Field indicators of soil structure decline
http://www.naturalre[...]
Department of Land and Water Conservation
2007-05
[7]
논문
Hardsetting soils: a review
2012
[8]
서적
Methods for assessment of soil degradation
https://books.google[...]
CRC Press
2016-08-18
[9]
서적
Quantifying and Modeling Soil Structure Dynamics
2013-01
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