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흙속의 질소화합물

흙살림 조회수 1,570회 14-03-22 02:28

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흙속의 질소화합물

흙은 암석의 풍화물인 광물성분의 돌, 자갈, 모래, 미사, 점토와 생물유체인 유기물로 구성한다. 보통 흙에는 유기물이 5%정도 들어있고 자연생태계는 광물과 유기체에서 필수영양소를 공급받아 생명을 지속한다. 광물구성분에는 식물의 다량필수양분인 질소원소가 포함되어 있지 않고 유기물에서만 공급받을 수 있어 그 기능은 매우 특이한 것이다. 흙은 오랜 세월 생물이 생존하는 공간으로 4차원으로 접근하게 되고 그 구성비도 광물(固相,45%), 공기(氣相,25%)와 물(液相,25%)과 같이 부피로 표시하여 흙을 이해하고 해석하는 것을 편리하도록 하였다. 질소는 3대 영양소인 단백질의 핵심원소이고 식물이 가장 많이 흡수하는 3대 원소의 첫 번째로 대기가스의 78%를 점유한다. 질소가스(N2)는 생명체에 해가없는 불활성가스로 흙속의 미생물(azotobacter, rhizobium 등)이 고정하거나 공중에서 방전으로 산화돼 산성비의 성분으로 흙에 합류한다. 흙속의 질소화합물은 유기태(有機物)가 근간으로 미생물의 작용으로 무기태인 암모늄태질소(NH4)로 전환되는데 이를 암모니아화작용이라 한다. NH4가 산화반응으로 아질산(NO2)을 거쳐 질산태질소(NO3)로 변환되는 과정을 질산화작용이라 하며 유기태의 무기화의 핵심내용이다. NH4는 흙용액에서는 암모니아수(NH4OH)형태로 존재하다가 흙의 산도(pH)가 높은 경우 콕 쏘는 냄새를 내뿜는 암모니아가스(NH3)로 휘산한다. NH4에서 NO3로 이행되는 과정에서 NO2가 아질산균에 의해 생성되고 무기화의 종착인 질산태질소가 질산균의 작용으로 생성된다. NH4+는 음이온으로 대전한 광물입자(固相)에 흡착되었다가 흙용액(液相)으로 용출되고 식물이 필요한 양을 흡수하면 나머지는 광물에 다시 흡착 보존된다. NO3-음이온은 같은 음이온전하를 지닌 광물입자의 반발로 흡착하지 못한 채 흙용액에서 떠돌다가 식물에 흡수 이용되지 못한 나머지는 유실되어 지하수로 유입 된다. NO3-이온은 통기성이 불량한 흙에서는 환원작용으로 아질산(NO2), 아산화질소(N2O), 일산화질소(NO)가스 등으로 전환되어 공극(氣相)에서 탈질작용으로 대기권에 합류한다. 탈질가스인 NH3와 NO2는 질소(N2)가 대부분인 대기권에 미량으로 존재하고 노지 흙에서는 이들 유해가스가 공중으로 쉽게 휘발됨으로 작물에 피해가 심하지 않으나 비닐하우스의 폐쇄환경에서는 농도가 높아져 잎과 뿌리가 장해를 받게 된다. NH4이온은 질산화과정에서 NO2-이온으로 잠시 머물다가 NO3-로 전환하는데 질산태질소의 축적으로 산도가 낮아지면 NO2가스가 발생한다. 대기질소(N2)를 고정하여 유기태질소를 만들고 식물의 양분이 되기 위해 무기화작용으로 생산된 암모늄태질소는 생태계가 유지되는 근본 영양소이나 과도한 축적은 생명체에 해를 주게 되고 이로부터 질산태질소로의 전환은 유익하기도 하나 과잉성분은 지하수로 쉽게 이동해 오염식수를 생산하고 이를 장기복용하면 치명적이다. NO3-이온은 소화장기에서 NO2-로 환원되며 아질산염은 발암물질로 경계대상이다. 비닐하우스에서 관리미숙으로 발생하는 NO2가스는 독성이 있는 전구물질인 NO의 산화반응으로 생성되고 독성이 있어 잎과 뿌리를 손상한다. 흙속의 질소화합물에서 분출되는 유해가스의 관리는 포장의 흙성질을 파악하고 흙검정에 의한 시비량을 준수하는 것이 키포인트이다.