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토양학

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목차

1. 개요

토양학은 지구과학의 한 분야로, 토양을 연구하는 학문이다. 토양학은 자연 상태의 토양을 연구하는 토양학과 토양을 이용하는 재배토양학으로 나뉘며, 토양의 생성, 분류, 형태, 토양과 작물 생육 간의 관계, 토양 내 생물, 토양의 화학적 조성, 토양의 물리적 성질 등을 연구한다. 가장 오래된 토양 분류 체계는 기원전 5세기 중국에서 시작되었으며, 19세기 말 바실리 도쿠차예프는 토양을 독자적인 생성 과정과 발달 역사를 가진 자연체로 인식하는 개념을 제시했다. 토양학은 토양 조사 및 분류, 환경 보전, 농업 및 임업 생산, 기후 변화 대응 등 다양한 분야에 응용된다.

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토양학
학문 분야
분야자연과학, 농업
연구 대상토양
세부 분야토양 생성론
토양 물리학
토양 화학
토양 생물학
토양 비옥도
토양 보전
토양 분류학
토양 광물학
토양 미생물학
토양 정보학
관련 학문
관련 학문농경학
지질학
지리학
생태학
화학
물리학
생물학
공학
역사
기원19세기, 유럽
주요 인물바실리 도쿠차예프
유스투스 폰 리비히
커티스 F. 마르부트
중요성
중요성식량 생산
환경 보호
지속 가능한 개발
토양의 역할
역할식물 성장 지지
물 저장 및 정화
탄소 저장
영양소 순환
생물 다양성 유지
토양 문제
문제토양 침식
토양 오염
사막화
염류화
토양 다짐
연구 방법
연구 방법토양 조사
토양 분석
실험실 실험
현장 실험
모델링
관련 기관
관련 기관국제토양학회 (IUSS)
미국토양학회 (SSSA)
한국토양비료학회
추가 정보
추가 정보토양학은 지구 표면의 토양을 자연 자원으로 연구하는 학문이다.
토양은 식물 성장을 위한 매개체, 물 저장 및 공급, 영양소 순환 및 탄소 격리와 같은 필수 기능을 제공한다.
토양학자는 농업, 환경 관리, 토지 이용 계획 등 다양한 분야에서 일한다.

2. 역사

토양학의 역사는 오래되었는데, 가장 오래된 토양 분류 체계는 중국에서 기원했다. 현대 토양학은 19세기 말 러시아의 과학자 바실리 도쿠차예프에 의해 정립되었다.

프리드리히 알베르트 팔로우와 바실리 도쿠차예프는 토양을 지질학 및 작물 생산과는 별개로, 독자적인 특성과 복잡성을 지닌 하나의 자원으로 인식하고 연구해야 한다고 주장했다.

토양 내 에너지 수송 및 변환에 대한 인식이 높아짐에 따라 토양 개념은 더욱 정교해지고 있다. 이 용어는 지구 달 표면의 물질과 화성에도 적용되며, 이는 과학계의 일부에서 받아들여지고 있다. 1959년 니키포로프는 토양을 "지구 지각의 공중 부분의 활성화된 껍질"로 정의하였다.[11]

일본에서의 토양학은 메이지 시대의 고용 외국인 교사였던 영국인 E. 킨치와 독일인 O. 켈너에 의해 도입된 농예 화학과, 독일인 막스 페스카에 의한 "토성 조사"와 그 기초가 된 농업 지질학에서 시작되었다.[20]

2. 1. 고대 및 중세

가장 오래된 토양 분류 체계는 중국에서 기원하며, 《우공》(기원전 5세기)에 등장한다. 이 책에서는 토양을 색깔, 질감, 수문학적 특성에 따라 세 가지 범주와 아홉 가지 등급으로 나누었다.[7]

2. 2. 근대 토양학의 발전

바실리 도쿠차예프는 토양을 단순한 암석 풍화물이 아닌, 기후, 생물, 지형 등 다양한 요인의 상호작용으로 형성되는 독립적인 자연체로 정의했다. 그는 토양 생성 인자로 모재, 기후, 생물, 지형, 시간을 제시했으며, 이는 현대 토양학의 기초가 되었다.[17] 도쿠차예프 이전에는 프리드리히 알베르트 팔로우가 토양의 기원에 대한 연구를 시작했지만, 도쿠차예프의 연구가 더 광범위했고, 현대 토양 이론에 큰 영향을 미친 것으로 평가받는다.

이전에는 토양을 암석의 화학적 변형 산물, 즉 식물이 양분을 얻는 죽은 기질로 간주했다. 실제로 토양과 기반암은 동일시되었다. 도쿠차예프는 토양을 고유의 생성 과정과 발달 역사를 가진 자연체로 간주했으며, 그 안에서 복잡하고 다양한 과정이 일어난다고 보았다. 토양은 기반암과 다르다고 보았다. 기반암은 일련의 토양 형성 요인(기후, 식생, 지형, 지세, 연대)의 영향을 받아 토양으로 변한다. 그에 따르면, 토양은 종류에 관계없이 암석의 "일상적인" 또는 외부 지평선이라고 불려야 하며, 물, 공기, 다양한 종류의 생물체와 죽은 유기체의 공동 작용에 의해 자연적으로 변한다.[8]

1914년의 백과사전적 정의에 따르면 "암석의 붕괴 또는 풍화에 의해 형성된, 암석 표면의 다양한 형태의 흙"은 19세기부터 지속된 토양에 대한 역사적인 관점을 보여준다.[9] 19세기 말 도쿠차예프가 발전시킨 토양 개념은 20세기에 들어 살아있는 생물 과정에 의해 변화된 흙 물질로서의 토양 개념으로 발전했다.[10]

3. 주요 분야

지구과학에서 지구를 개념적으로 정리하기 위해 사용하는 지구의 권 중 하나인 토양권은 토양학과 재배토양학의 개념적 관점이다. 토양학은 자연 상태의 토양을, 토양생물학은 토양에 의존하는 용도와 관련된 토양을 연구한다. 두 분야 모두 토양 물리, 토양 화학, 토양 생물학의 조합을 적용한다.[4] 토양권 내에서 생물권, 대기권, 수권 간의 수많은 상호 작용으로 인해, 토양 중심적인 개념보다는 더 통합적인 개념 또한 가치가 있다. 토양을 이해하는 데 필수적인 많은 개념은 토양 과학자가 아닌 개인들로부터 비롯되는데, 이는 토양 개념의 학제 간 성격을 강조한다.[4]

토양 과학자들은 미생물학, 토양학, 재배토양학, 물리학, 화학 중 하나에 집중하는 경향이 있다. 그러나 작업의 세부 사항은 문명의 지속적인 토지 유지를 위한 열망에 직면한 과제에 의해 크게 결정되며, 토양 과학의 세부 분야 간의 구분은 종종 그 과정에서 모호해진다. 토양 과학 전문가는 일반적으로 토양 화학, 토양 물리, 토양 미생물학, 토양학 및 관련 분야의 응용 토양 과학에 대한 최신 정보를 유지한다.

2004년 미국의 토양 과학자들이 참여한 흥미로운 노력 중 하나는 토양 질 이니셔티브이다. 이 이니셔티브의 핵심은 토양 건강 지수를 개발하고 장기적으로 지구 관리 성과에 대한 피드백을 제공하는 방식으로 모니터링하는 것이다. 이 노력에는 토양 미생물 지각의 기능 이해와 토양 유기물에서 대기 중 탄소를 격리할 수 있는 잠재력 탐구가 포함된다. 그러나 농업의 개념을 토양 질과 관련시키는 것은 노먼 볼로그와 페드로 산체스의 비판을 포함하여 논란이 있었다.

토양 과학자의 전통적인 역할은 토양을 지도화하는 것이다. 현재 미국 내 거의 모든 지역에는 간행된 토양 조사가 있으며, 토양 특성이 활동과 용도를 어떻게 지원하거나 제한하는지에 대한 해석 표가 포함되어 있다. 국제적으로 인정되는 토양 분류는 토양 특성 및 토양 기능에 대한 균일한 의사 소통을 가능하게 한다. 국가 및 국제 토양 조사 노력은 이 전문 분야에 조경 규모의 기능에 대한 독특한 통찰력을 제공했다. 토양 과학자가 현장에서 해결해야 하는 조경 기능은 대략 6가지 영역으로 나눌 수 있다.


  • '''폐기물의 토지 기반 처리''': 정화조, 비료, 도시 바이오 고형물, 식품 및 섬유 가공 폐기물
  • '''환경적으로 중요한 지역의 식별 및 보호''': 민감하고 불안정한 토양, 습지, 가치 있는 서식지 및 생태계 다양성을 지원하는 독특한 토양 상황
  • '''최적의 토지 생산성을 위한 관리''': 임업, 농업(영양분 관리, 물 관리), 자생 식생, 방목
  • '''최적의 수질 관리를 위한 관리''': 폭풍우 관리, 퇴적물 및 침식 제어
  • '''손상된 토지의 복구 및 복원''': 광산 개간, 홍수 및 폭풍 피해, 오염
  • '''원하는 사용의 지속 가능성''': 토양 보존


토양 과학의 실용적인 응용 분야는 다음과 같다.

  • '''방사성 연대 측정법''': 지역 토양학 지식은 해당 지역의 이전 활동 연대 측정에 사용된다.
  • 층서 (고고학): 토양 형성 과정과 보존 품질이 고고학 유적지 연구에 정보를 제공
  • 지질 현상: 산사태, 활성 단층
  • '''새로운 용도를 달성하기 위한 토양 변경''': 유리화(방사성 폐기물 포함), 생물 복원(오염 물질 분해 토양 미생물 능력 향상), 탄소 격리, 환경 토양 과학

3. 1. 토양학의 세부 분야

토양학은 연구 대상과 방법에 따라 여러 세부 분야로 나뉜다.

  • 토양학: 토양의 생성, 분류, 형태 등 자연 상태의 토양 자체를 연구하는 분야이다.[4]
  • 재배토양학: 작물 생육과 토양의 관계처럼 토양을 이용하는 측면을 연구하는 분야이다.[4]
  • 토양생물학: 토양 내 미생물을 포함한 생물의 활동과 생태를 연구하는 분야이다.
  • 토양화학: 토양의 화학적 조성, 반응, 물질 순환 등을 연구하는 분야이다.
  • 토양물리학: 토양의 물리적 성질, 물과 공기의 이동, 온도 변화 등을 연구하는 분야이다.


이 외에도 토양학은 다음과 같은 세부 분야를 포함한다.

  • 토양학(en)[4]
  • 토양 계측학(en)
  • 토양 생성(en)
  • 토양 다양성(en)
  • 토양 형태학
  • 토양 미세 형태학
  • 토양 분류
  • USDA 토양 분류
  • 토양 생물학
  • 토양 미생물학
  • 토양 화학
  • 토양 생화학
  • 토양 광물학
  • 토양 물리
  • 토양 전달 함수(PTF, en)
  • 토질 역학
  • 토목 공학
  • 수문 토양학
  • 토양 조사


다양한 토양

3. 2. 관련 학문 분야

토양학은 여러 학문 분야와 밀접하게 관련되어 있다.

  • '''농업과학''': 농업 생산성 향상을 위한 토양 관리, 비료 사용, 관개 등을 연구한다. 농업토양학, 농업물리학이 세부 학문이다.
  • '''환경과학''': 토양 오염, 토양 정화, 생태계 복원 등을 연구하며, 조경생태학도 관련있다.
  • '''지질학''': 토양의 모재, 지형과의 관계, 토양 침식 등을 연구하며, 생지구화학, 지구미생물학도 관련있다.
  • '''수문학''': 토양 수분, 지하수, 유출수 등을 연구하며, 수리지질학도 관련있다.
  • '''고고학''': 고고학적 층서와 같이 토양 층서, 고대 유적 발굴 등에 토양학적 지식을 활용한다.
  • '''자연지리학''': 지형학과 관련있다.
  • '''폐기물 관리'''
  • '''습지 과학'''


토양은 지구과학에서 지구를 개념적으로 정리하기 위해 사용하는 지구의 권 중 하나인 토양권을 구성한다.[4] 토양학과 재배토양학은 토양학의 주요 분야이며, 모두 토양이 토양권(en)을 구성하는 것으로 취급한다. 토양학은 토양의 자연과학적 성질을, 재배토양학은 토양의 이용에 대해 연구한다. 두 분야 모두 물리학, 화학, 생물학 등의 방법을 조합하여 연구한다. 토양권을 둘러싼 생물권, 대기권, 수권 사이에는 방대한 상호작용이 존재하므로, 토양뿐만 아니라 보다 통합적인 시각을 가지고 연구를 수행하는 것이 중요하다. 이러한 관점에서 보면, 학제적 영역으로서 토양학의 측면이 드러난다.

토양 이용이라는 목적이나 토양에 대한 순수한 호기심으로 토양학 연구가 진행되어, 토양 자원의 다양성과 역동성에 대한 새로운 지견이 매일 제시되고 있다. 지구 온난화에 대한 관심이 높아짐에 따라, 기후 변화, 온실 기체, 탄소 격리 등과 토양의 관계를 조사하기 위한 새로운 연구 방법이 필요하다.[4] 또한, 지구의 생물 다양성 유지, 화석 인류의 문화 연구 등에도 토양에 대한 지식이 필요하며, 더 많은 이해가 요구되고 있다.

4. 토양 조사 및 분류

thumb가 제작한 세계 토양 분포도]]

토양 조사는 토양의 특성을 파악하고, 이를 바탕으로 토양을 분류하는 작업이다. 토양에 대한 지식은 토양 조사(토양 매핑)를 통해 얻을 수 있다. 토양 조사를 통해 지질 및 기타 특징을 조사하고 매핑함으로써 토양을 분류하고, 성질을 추정하며, 이용하는 데 활용된다.[14]

1994년에 세계 토양 자원 기준(WRB, en)이 제안되어[15] 국제 연합 식량 농업 기구가 제시했던 FAO 분류 방식을 대신하여 사용되는 기준이 되었다. WRB는 USDA 토양 분류 등의 분류 체계를 참고하여 작성되었으며, 토양 형태(토양 생성이라고 표현됨)를 기반으로 분류한다. WRB는 기후가 토양 특성에 영향을 주지 않는 한, 기후를 분류 지표로 삼지 않는다는 점에서 USDA 토양 분류와 차이가 있다.

이러한 토양 분류 체계 외에도 각 토지 고유의 체계 등 많은 분류 체계가 존재한다. 각 분류 체계는 토양의 특징을 바탕으로 각 토양에 고유한 이름을 부여하는 방식이나, 이용 형태에 맞춘 분류(예: 일본의 통일적 토양 분류 체계[16]) 등이 있다.

4. 1. 토양 조사

토양에 대한 지식 중 가장 경험적으로 얻을 수 있는 것은 토양 조사(토양 매핑)를 통한 것이다. 토양 조사를 통해 지질 및 기타 특징을 조사하고 매핑함으로써 토양의 기본적인 분류 체계를 확립하고, 토양 성질을 추정하며, 토양 이용 등에 활용한다.[14]。 고전적으로 토양은 각각의 특징에 따라 크게 5종으로 분류되어 지형학이나 자연지리학, 또한 토지 이용 패턴 및 식생 분석 등에 활용된다. 토양 조사는 일반적으로 현장 조사를 통해 이루어지지만, 원격 탐사를 통해 데이터를 수집하기도 한다.

4. 2. 토양 분류

1994년에 세계 토양 자원 기준(WRB, en)이 제안되어[15], 이전부터 국제 연합 식량 농업 기구가 제시했던 FAO 분류 방식을 대신하여 사용되는 기준이 되었다. 현재 유효한 WRB 버전은 2022년 4판이다.[5]

WRB는 USDA 토양 분류 등의 분류 체계를 참고하여 작성되었다. 토양은 주로 토양 형태(토양 생성이라고 표현됨)를 기반으로 분류된다. WRB가 USDA 토양 분류와 크게 다른 점은 기후가 토양의 특성에 영향을 미치지 않는 한, 기후를 분류의 지표로 삼지 않는다는 점이다.

이러한 토양 분류 체계 외에도 각 토지 고유의 체계 등 많은 분류 체계가 존재한다. 각 분류 체계는 토양의 특징을 바탕으로 각 토양에 고유한 이름을 부여하는 방식이나, 이용 형태에 맞춘 분류(예: 일본의 통일적 토양 분류 체계[16]) 등이 있다.

토양에 대한 지식 중 가장 경험적으로 얻을 수 있는 것은 토양 조사(토양 매핑)를 통한 지식이다. 토양 조사를 통해 지질 및 기타 특징을 조사하고 매핑함으로써 토양의 기본적인 분류 체계 확립, 토양 성질 추정, 토양 이용 등에 활용된다.[14]

5. 토양의 응용 분야

토양학 지식은 학문 분야뿐만 아니라 다양한 실용 분야에도 활용된다.

토양 과학자의 전통적인 역할 중 하나는 토양을 지도화하는 것이다. 현재 미국 내 거의 모든 지역에는 토양 조사 자료가 발간되어 있으며, 여기에는 토양 특성이 활동과 용도를 어떻게 지원하거나 제한하는지에 대한 해석 표가 포함되어 있다. 국제적으로 인정되는 토양 분류는 토양 특성 및 토양 기능에 대한 균일한 의사 소통을 가능하게 한다.

토양 과학자가 현장에서 해결해야 하는 조경 기능은 대략 다음과 같이 나눌 수 있다.

분야내용
폐기물 처리정화조, 비료, 도시 바이오 고형물, 식품 및 섬유 가공 폐기물 처리
환경 보전민감하고 불안정한 토양, 습지, 가치 있는 서식지 및 생태계 다양성을 지원하는 독특한 토양 상황 식별 및 보호
토지 생산성 관리임업, 농업(영양분, 물 관리), 자생 식생, 방목 관리
수질 관리폭풍우 관리, 퇴적물 및 침식 제어
토양 복원광산 개간, 홍수 및 폭풍 피해, 오염 지역 복구
지속 가능한 토지 이용토양 보존



이 외에도 방사성 연대 측정법, 새로운 용도를 달성하기 위한 토양 변경 분야 등에 활용되며, 최근에는 탄소 격리와 같이 지구 온난화와 관련된 분야에서 토양학의 중요성이 더욱 커지고 있다.

5. 1. 환경 보전

토양학은 환경 보전에 있어 다음과 같은 중요한 역할을 수행한다.

  • '''폐기물 처리''': 토양은 정화조 시스템을 구축하고, 축분(가축의 분뇨) 및 오니 처리 등에 활용되어 폐기물 정화에 기여한다.
  • '''환경 보호''': 습지, 유역과 같이 환경적으로 중요한 지역을 보호하고, 생물 다양성 보전에 기여한다. 특히, 환경 변동에 민감한 토양을 보호하는 데 중요한 역할을 한다.
  • '''토양 오염 복원''': 오염된 토양을 정화하고 복원하는 기술 개발에 활용된다. 예를 들어, 광산 개간 지역이나 홍수 및 폭풍 피해 지역의 토양 복원에 토양학 지식이 활용된다.

5. 2. 농업 및 임업 생산

토양학은 토지 이용 관리를 통해 농업 및 임업 생산성 향상에 기여한다. 주요 관리 활동은 다음과 같다.

  • 임업: 지속 가능한 목재 생산을 위한 토양 관리.
  • 농업:
  • 영양분 관리: 작물 생육에 필수적인 영양분을 효율적으로 공급.
  • 물 관리: 작물에 필요한 물을 적절하게 공급 및 관리.
  • 방목: 가축 방목지의 토양을 건강하게 유지하여 지속적인 생산성 확보.

5. 3. 기타 응용 분야

기후 변화와[4][3] 온실 가스 및 탄소 포집을 이해하고, 토양을 연구해야 할 필요성에 따라 토양 연구의 새로운 길이 열리고 있다.[4]

토양 과학의 실용적인 응용 분야는 다음과 같다.

  • '''방사성 연대 측정법'''
  • 층서 (고고학): 토양 형성 과정과 보존 품질이 고고학 유적지 연구에 정보를 제공할 수 있다.
  • 지질 현상
  • 산사태
  • 활성 단층
  • '''새로운 용도를 달성하기 위한 토양 변경'''
  • 유리화: 방사성 폐기물을 포함하기 위함이다.
  • 오염 물질을 분해하는 토양 미생물의 능력 향상 (생물 복원)
  • 탄소 격리
  • '''손상된 토지의 복구 및 복원'''
  • 광산 개간
  • 홍수 및 폭풍 피해
  • 오염

6. 함몰 저장 용량

함몰 저장 용량은 특정 토지 면적이 웅덩이와 함몰부에 물을 유지하여 물이 흘러가는 것을 방지하는 능력을 말한다.[12] 함몰 저장 용량은 침투 용량과 함께 물의 양이 침투와 함몰 저장 용량을 모두 초과하여 토지를 가로질러 수평적으로 흐르기 시작하여 홍수 및 토양 침식을 유발할 수 있는 호턴 지표면 유출의 주요 요인 중 하나이다. 토지의 함몰 저장 용량 연구는 지질학, 생태학, 특히 수문학 분야에서 중요하다.

7. 관련 인물

프리드리히 알베르트 팔로우는 독일의 토양학자로, 바실리 도쿠차예프보다 먼저 토양의 기원에 대한 연구를 시작했다. 바실리 도쿠차예프는 러시아의 지질학자로, 근대 토양학의 아버지로 불린다. 도쿠차예프는 토양 생성 인자로 모재, 기후, 생물, 지형, 시간의 5가지를 언급했으며, 식물에 대한 양분 공급원으로만 토양을 보는 당시의 관점을 혁신시켰다.[17]

일본에서의 토양학은 메이지 시대의 고용 외국인 교사였던 영국인 E. 킨치와 독일인 O. 켈너에 의해 도입된 농예 화학과, 막스 페스카에 의한 "토성 조사"와 그 기초가 된 농업 지질학에서 시작되었다.[20] 오스기 시게루 또한 관련 인물이다.

참조

[1] 서적 Glossary of Geology American Geological Institute 1997
[2] 논문 Global Prospects Rooted in Soil Science https://www.soils.or[...] 2011
[3] 웹사이트 Is Soil an Important Component of the Climate System? http://climatesci.at[...] 2005-12-12
[4] 논문 Ecosystem type and resource quality are more important than global change drivers in regulating early stages of litter decomposition 2019-02
[5] 웹사이트 World Reference Base for Soil Resources, 4th edition https://www3.ls.tum.[...] IUSS, Vienna 2022
[6] 웹사이트 Vernacular Systems http://forages.orego[...] 2007-03-06
[7] 서적 A Handbook of Soil Terminology, Correlation and Classification https://books.google[...] Earthscan 2009
[8] 웹사이트 Soil Microorganisms and Higher Plants http://www.soilandhe[...] 2004-11-12
[9] 문서 The New Student's Reference Work/4-0310
[10] 서적 Soil Genesis and Classification Iowa State University Press 1973
[11] 논문 Reappraisal of the soil: Pedogenesis consists of transactions in matter and energy between the soil and its surroundings 1959
[12] 논문 Roughness indices for estimation of depression storage capacity of tilled soil surfaces https://www.research[...] 1999
[13] 서적 Glossary of Geology American Geological Institute 1997
[14] 웹사이트 Soil Survey: Early Concepts of Soil http://soils.usda.go[...] 2006-12-19
[15] 논문 土壌資源評価のための世界土壌分類体系におけるアンドソルの分類 : その問題点と改訂案 1996
[16] 논문 日本の統一的土壌分類体系(第一次案)の問題点(I) : 湿性土壌の分類基準について 1991
[17] 서적 最新土壌学 浅倉書店 1997
[18] 웹사이트 Soils http://en.wikisource[...] F. E. Compton and Company 1914
[19] 서적 Soil Genesis and Classification Iowa State University Press 1973
[20] 간행물 「土性」について：フェスカの「日本地産論」を読む http://www.hiryokaga[...] 2009


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