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흙의성질-흙교질

흙살림 조회수 1,446회 14-03-22 02:23

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흙의성질-흙교질

전자특성으로 다시 보는 흙

미세한 흙입자가 물리화학적 성질 좌우

흙의 점토광물과 부식의  미세입자를 더욱 세분하여 지름이 1um이하가 되는 것을 구분하여 특히 콜로이드(soil colloids)라 칭하는데 입자가 매우 작은 탓에 비표면적이 커서 이로부터 유래된 음전하(陰電荷)는 흙의 물리화학적 성질을 좌우하게 된다. 광물은 각기 다른 원소가 결합된 화합물로 되어 있으며 각 원소는 그 원소의 특성을 지닌 한 종류의 원자로 구성되고 원자는 양전하(양성자)와 음전하(전자)가 동수로 전기적으로 중성인 안정된 상태(零)에서 출발한다. 대부분 원자의 핵(양성자와 중성자로 구성)은 여러 층의 전자각으로 둘러싸여 있고 최외각 층의 에너지수준이 높아 이 각에 위치한 전자의 행동에 따라 원자의 화학적 성질이 결정된다. 원자는 최외각 전자의 방출로 양이온이 되고 이 전자를 받은 원자는 음이온이 된다. 이러한 전자의 이동에서 출발한 흙의 음전하 대전(帶電)은 광물의 동형치환(同型置換)에 의한 층 전하생성에 주로 기인된다.

음 전하는 흙의 표면에서 물, 부식, 가스 흡착

우리 흙의 대표적인 점토광물인 카올리나이트(1:!형)는 스멕타이트(2:1형)광물에 비해 음전하의 생성량이 매우 적다. 2:1형 광물은 알루미늄팔면체에서는 알루미늄이온(Al3+)이 철(Fe2+)이나 마그네슘(Mg2+)이온으로 자리바꿈하는 과정에서 새로 바뀌어 들어온(置換) 양이온에 상응한 만큼 음전하가 발생하게 된다. 그러나 1:1형광물의 알루미늄팔면체에서는 알루미늄(Al3+)이 2가의 철이나 마그네슘으로 바뀌는 경우가 적고 다만 광물의 변두리절단면에 노출된 규산과 알루미늄이온에 연결된 수산기(OH)의 수소(H+)이온의 해리로 변두리전하(broken bond, O2-)만 발생되어 음전하량이 매우 적은 것이다. 변두리절단면의 수산기와 부식의 카르복실기(-COOH)나 페놀기(-OH)는 용액의 pH가 높아짐에 따라 수소이온의 해리가 증가되어 생성되는 pH의존 음전하이다. 음전하는 흙의 표면(확산전기이중층)에서 상대이온(양이온)뿐만 아니라 물, 부식과 가스를 흡착하고 보유하다가 방출하는 특성을 지니고 있고 이에 흡착된 양이온은 흙 용액의 양이온과 항시 자리바꿈을 하게 되는 양이온교환의 주체이다.

양이온 교환용량이 비옥도, 산도에 영향

흙에서 교환성양이온인 소듐(Na+)과 칼리(K+), 칼슘(Ca2+), 마그네슘Mg2+)외에 수소(H+)와 알루미늄(Al3+)이 양이온교환에 주로 관여하면서 비료로 투입되는 이온과 상호작용하면서 흙의 비옥도와 산도에 영향하게 된다. 양이온교환은 단위 질량(건조한 흙)에 대한 전하의 센티몰(cmol+/kg)이나 밀리당량(meq/100g)으로 그 크기(양이온교환용량,CEC)를 나타낸다. 일반적으로 CEC의 80%가 교환성염기로 차있고(鹽基飽和度) 나머지 20%는 주로 수소이온으로 구성되어 있다.

염기 포화도 80%가 정상

염기포화도가 80%인 경우의 각 염기의 비율이 50%(칼슘), 20%(고토), 10%(칼리)로 유지되어야 비옥도가 정상적으로 관리된 흙으로 보게 된다. 그러나 이 같은 비율은 토성이나 산도 등 흙의 성질을 감안할 경우에 다를 수 있어 유념할 필요가 있다. 우리의 조립질흙에서 CEC가 10cmol+/kg이면 높은 편인데 칼슘포화도가 50%이면 석회의 교환용량은 5cmol+/kg이 된다. 이 양은 흙 kg당 석회 1000mg이 흡착되어 있는 것으로 경운과 시비를 10cm깊이로 하고 용적밀도가 1.25g/cm3인 경우 흙10a의 중량은 125ton이 되고 여기에 흡착되어 있는 석회함량은 125kg에 달한다. 흙에서 무기유기교질은 온갖 양분을 보관하는 보고(寶庫)이다. 우리 흙은 모래가 많아 이 창고(양이온교환용량)가 협소하여 그 용량을 키우기 위해 이제까지 끊임없이 개량(客土)사업을 수행해오고 있으나 경사지에서 여름한철 강우는 엉성한 곳간을 헤집고 보물(膠質物)을 쓸어 강과 바다로 토해내 온 하천(河川)을 황토색으로 물들게 하는데 그래서 용량(CEC)은 점점 줄어 흙은 쇠잔하게 되는 것이다.
<글:신제성(흙살림 이사)>

 

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