재배학 3장 재배환경 - 토양(5) : 토양수분

3-2-6 토양수분

토양수분은 작물의 생육에 불가결한 요소이다. 여기에서는 토양수분의 기본적 사항만을 기술한다.

(1) 토양수분함량의 표시법

토양 또는 식물체 내의 수분상태를 수분퍼텐설(water potential, 이라고 한다. 토양 중에는 수분퍼덴셜이 높고 낮은 지점이 산재하여 수분의 공간분포에 편차가 존재하고, 물은 이 편차에 따라 이동한다. 따라서, 토양수분이식물에 흡수되어 증산작용을 통하여 대기로 나가는 과정은 수분퍼텐셜의 편차가 존재하기 때문에 기능하다고 본다.

토양수분의 함량을 건토(乾土)에 대한 수분의 함량비로 표시하면 토양의 절대수분함량이 표시된다. 그러나 이것은 작물의 흡수력과 직결된 표시가 되지 못하므로, 직결된 척도로 표시할 때에는 보통 토양수분장력(soil moisture tension)을 사용한다. 이것은 임의의 수분함량의 토양에서 수분을 제거하는 데 소요되는 단위면적당 힘이며, 단위는 수주(水柱)의 높이 또는 기압으로 표시된다. 그러나 이렇게 표시하면 매우 큰 단위가 되므로, 이를 간략화하기 위하여 수주높이의 대수(對數)를 취하여 pF라 하고，토양수분의 상태를 표시하는데 이용하고 있다(pF=logH, H는 수주의 높이).

(2) 토양수분의 형태

① 결합수

결합수( combined water)란 점토광물에 결합되어 있어 분리시킬 수 없는 수분을 말한다.

② 홉습수

건토를 공기 중에 두면 분자 간 인력이 작용하여 토양 표면에 수증기가 응축한다.

토양입자 표면에 피 막상으로 흡착된 이 수분을 홉습수( hygroscopicwater)라고 하며, pF 4.5~7(31~ 10,000 기압)을 표시하는데, 작물의 흡수압은 5~14기압이므로 작물에 흡수, 이용되지 못한다.

③ 모관수

모관수(capillary water)란 표면장력 때문에 토양공극 내에서 중력에 저항하여 유지되는 수분을 말하며, 모관현상에 의하여 지하수가 모관공극(毛管孔隙)을 따라 상승하여 공급된다. pF 2.7~4.5로서 작물이 주로 이용하는 수분이다.

④ 중력수

중력수(gravitational water)란 중력에 의하여 비모관공극에 스며 홀러내리는 물을 말하며, pF 0~2.7로서 작물에 이용된다. 그러나 근권 이하로 내려간 것은 직접 이용되지 못한다.

⑤ 지하수

지하수(underground water)란 지하에 정체하여 모관수의 근원이 되는 물을 말한다. 지하수위가 낮으면 토양이 건조하기 쉽고, 높으면 과습하기 쉽다.

 

(3) 토양의 수분항수

토양수분의 함유상태는 연속적인 변화를 보이고 있으며, 토양의 물리성에 따라 영향을 받는다. 작물의 생육과 비교적 확실한 관계를 가진 특정한 수분함유 상태들이 있게 되어 이들을 토양의 수분항수(moistureconstant) 라고 한다.

주요한 토양의 수분항수는 다음과 같다.

① 최대용수량

토양주의 하부를 물속에 담그면 수분이 모관상승을 하는데, 이때 수면 위 10mm의 높이까지는 토양의 수분함량이 거의 일정하며, 모관수가 최대로 포함된 상태가 된다. 이 점을 최대용수량 (maximum water-holding capacity)이라고 하며，pF는 0에 해당한다. 포화용수량(飽和容水量)이 라고도 한다.

② 포장용수량

수분이 포화된 상태의 토양에서 증발을 방지하면서 중력수를 완전히 배제하고 남은 수분상태를 포장용수량(圃場容水量; field capacity, FC)이라고 하며，pF는 25~2.7(1/3 ~ 1/2기압)이다 포장용수량은 최소용수량(minimum water-holding capacity)이라고도 한다. 지하수위가 낮고 투수성이 중간인 포장에서 강우 또는 관개 후 만1 일쯤의 수분상태가 이에 해당한다. 포장용수량 이상은 중력수로서 오히려 토양통기를 저해하여 작물생육에 이롭지 못하다.

젖은 토양에 중력의 1,000 배로 원심력을 주고 난 뒤에 잔류하는 수분상태를 수분당량(水分當量; moisture equivalent, ME)이라고 하며，pF는 2.7 이내로서 포장용수량과 거의 일치한다.

③ 초기위조점

초기위조점(first permanent wilting point)이란 생육이 정지하고 하엽(下葉)이 위조하기 시작하는 토양의 수분상태를 말하며, pF는 약 3.9(약 8기압)이다.

④ 영구위조점

위조한 식물을 포화습도의 공기 중에 24시간 방치해도 회복되지 못하는 위조를 영구위조(permanent wilting)라 하고, 영구위조를 최초로 유발하는 토양의 수분상태를 영구위조점(permanent wilting point, PWP)이라고 한다. pF는 4.2(15기압) 정도이다. 영구위조점에서의 토양함수율, 즉 토양건조중(土壤乾燥重)에 대한 수분의 중량비를 위조계수(wilting coefficient)라고 한다.

⑤ 홉습계수

홉습계수(hygroscopic coefficient)란 상대습도 98%(25℃)의 공기 중에서 건조토양이 흡수하는 수분상태를 말하며, 홉습수만 남은 수분상태이다. pF는 4.5(31기압)이며, 작물에 이용될 수 없는 수분상태이다.

⑥ 풍건상태

풍건상태(air dry)의 토양에서는 pF=6 이다.

⑦ 건토상태

건토상태(oven dry), 즉 105~110°C 에서 항량(恒量)이 되도록 건조한 토양에서는 pF=7 이다.

(4) 토양의 유효수분

포장용수량 이상의 토양수분은 과습상태이므로 잉여수분(surplus water)이라 하고, 영구위조점 이하의 토양수분은 작물이 이용할 수 없으므로 무효수분(unavailable water)이라고 하며, 포장용수량과 영구위조점 사이의 수분을 유효수분(available water)이라고 한다. 그러나 초기위조점 이하의 수분은 작물생육을 돕지 못한다.

작물생육의 최적함수량은 작물에 따라 차이가 있지만, 최대용 수량의 60~80 % 의 범위, 즉 포장용수량 부근에 있다. 봄호밀은 60%, 콩은 90% 정도가 가장 알맞다. 보통 작물에 직접적으로 이용되는 유효수분의 범위는 pF1.8~4.0이며, 작물이 정상적으로 생육하는 유효수분의 범위는 pF1.8~3.0 이다.