식물생육의 기반이 되는 토양에 대하여 1

< 식물생육 기반으로서의 토양>

 지각을 구성하는 암석과 광물질이 풍화되어 지구 표면에 남아있는 것이 토양이다. 토양은 기후, 식생, 지형 및 지질학적 조건의 영향을 받아 생성된다. 토양은 식물을 지지해주는 매체이며 뿌리에 수분, 양분을 공급하고 기타 생장 환경을 제공한다. 우리가 일상생활에서 이용하는 자원들은 모두 토양에 그 기반이 있다. 고대 그리스와 로마에서는 토양을 자연적인 물체로 보고 연구하였으며 그 원인을 알지는 못했지만 식물의 생장을 토양조건과 관련지어 설명하였다(Russell. 1973). 이때부터 르네상스에 이르기까지 농업 활동은 읽거나 쓰기를 할 줄 모르는 일반 사람들이 해왔다. 따라서 그들이 토지에서 배운 경험과 지식을 축적하거나 전달할 수 없었다. 토양이 학문으로서 발전한 시기는 19세기 중반 이후이며, 토양조건과 식물 생장 사이의 원인 및 결과에 대한 지식을 제공하였다.
 토양의 특성은 몇 가지 기본적인 물리적, 화학적, 생물학적 특성에 의하여 결정된다. 이러한 토양 특성 간의 상호작용은 식물 생장과 토지이용에 관하여 토양이 어떠한 역할을 할지 결정하며, 이러한 토양 특성들에 대한 지식은 한 지역의 토양 이용을 위한 결정이 적절하게 내려질 수 있도록 도와준다.


1. 토양의 정의 및 개념

토양의 정의는 그것을 설명하는 사람의 관점에 따라 다르다. 초기 토양학자들은 토양을 “지구의 단단한 지각 상부를 구성하는 풍화층”으로 정의했다. Way(1973)는 토양을 “기반암 위의 부드럽고 굳지 않은 물체로서 원래 상태에서 풍화되어온” 지각의 일부분으로 정의하였다. 지금까지 내려진 정의들을 종합하면 토양은 다음과 같이 정의된다. 토양은 역동적인 자연 체계로서 지구의 표면에서 풍화된 무기물질과 부식 중인 유기물이 다양하게 섞이고 기후, 지형적인 조건과 살아있는 생명체의 영향을 받아 토양층을 형성하며, 적당량의 공기, 수분, 기계적인 지지력을 가질 때 식물에 자양분을 공급한다. 지질학, 공학, 계획학에서는 토양의 재료 특성과 기반암에 주목하며 농학, 임학, 조경학에서는 식물 뿌리가 있는 부분에 더 많은 주의를 기울인다. 
 토양은 무생물인 물리적 요소와 살아있는 생물적 요소로 구성되어 생태계를 이루고 있는 집합체이다. 식물의 생장에 관심이 있는 사람들은 이 두 요소를 잘 이해해야 한다. 생태계 내에서 토양의 중요성이 인식되고 있는 한 토양이 어떻게 정의되는가는 별로 중요하지 않다.
 토양이 지표면 위에 어떻게 존재하고 그것은 왜 특정한 형태로 나타나며 물리적, 화학적, 생물학적 특성을 갖게 되는지 설명하는 데 도움이 되는 몇 가지 개념이 있다. 간략하게 설명된 자연토양의 개념들은 다음과 같다.
① 토양은 장시간에 걸쳐 지속되어온 과정과 조건들에 의하여 형성되었다.
② 토양은 대기권과 수권이 포함된 암석권 사이의 중간층으로서 지구의 표면에 존재한다.
③ 토양은 물리적, 화학적, 생물학적인 과정들이 포함된 자연적이고 역동적인 체계를 구성한다. 
④ 어떤 과정들은 점토의 형성과 같이 토양 발달에 유일하게 작용하는 것이 있다.
⑤ 토양은 토양 형성과정의 결과 다양한 물리적, 화학적, 생물학적인 특성을 갖는다.
⑥ 기후, 식생, 모재를 포함하는 환경요인들은 지형에 의하여 변경되며 장기간에 걸쳐 복합적으로 토양 발달과정에 영향을 미친다. 이 요인들은 지구 전체에 걸쳐 다르기 때문에 장소와 위치가 다른 곳에서는 다른 토양이 나타난다.
⑦ 암석, 식생군집, 토양은 변화에 저항하는 특성이 있다. 한번 토양이 발달하면 그 후 변화에 대한 저항성은 풍화 이전 물질보다 더 강하다.
 대부분의 자연토양은 적어도 8,000년은 되었고 600,000년 이상 된 것도 많이 있다(Buol 등, 1989). 그러나 하천 범람원의 충적토, 빙하퇴적물, 화산퇴적물, 최근 형성된 해안퇴적물 등 현재 만들어지고 있는 토양도 있다. 토양의 나이가 늘어남에 따라 토양의 특성도 변화하게 된다.
 토양은 암석권과 대기권 사이에 형성되는데, 이곳은 에너지 교환 수준이 높은 장소이다. (그림 1) 태양의 복사광선이 유입되어 토양 표면이 가열되면 복사광선의 일부는 대기 중으로 반사되어 되돌아가며, 토양에 흡수된 열은 밑으로 전도되어 풍화된 맨틀로 이동한다. 이 열에너지는 토양생성 과정에 사용되는데 토양은 열을 잘 전달하지 못하는 특성을 갖는다. 가장 더운 온도와 차가운 온도가 표면에 나타나고 깊이 들어갈수록 온도 변화는 줄어든다. 열은 야간에 장파복사로 대기 중에 방출된다. 토양 표면에 도달한 강우는 흡수되고 중력 또는 모세관 작용에 의하여 아래로 침투한다. 깊이 침투한 수분은 결국은 지하수면에 도달하게 되며, 나머지 수분은 모세관작용으로 뿌리 표면으로 옮겨져 식물에 흡수되어 들어가게 된다. 어떤 수분은 토양 표면에서 증발되기도 하며, 토양 표면의 일부 수분은 토양에 침투하지 못하고 지표면 위로 유출된다. 토양수분 함량은 표면에서 가장 변동이 심하고 깊이 내려갈수록 수분함량의 변화는 감소한다. 대기권과 풍화된 맨틀 사이에서는 가스의 확산이 일어나는데, 산소는 온도와 농도 경사를 따라 다공질의 토양물질 속으로 확산되어 들어가며 이산화탄소는 토양으로부터 대기 중으로 확산되어 나간다. 이산화탄소는 토양 내에서 뿌리와 토양생물의 호흡에 의하여 발생된다. 산소의 농도는 토양 표면에서 가장 높아서 생물들과 그들이 관련된 산화작용에 유리한 환경을 조성한다. 식물잔해가 토양에 떨어지면 유기물순환이 시작된다. 식물 뿌리는 토양의 상층부를 침투해 들어가 토양에 유기분비물, 떨어져 나간 조직, 죽은 뿌리 등을 더하게 된다. 유기물은 잎, 잔가지, 가지 및 기타 조직 형태로 추가되어 표면 토양의 물리, 화학적 성질에 상당한 영향을 미친다. 이렇게 생성된 것을 표토라고 부른다. 이러한 유기물은 토양에서 살아가는 대부분의 생물에게 에너지원이 된다. 이상의 모든 과정들은 암반 또는 맨틀을 구성하는 무기물의 물리적인 분할과 화학적 분해에 기여하며 풍화된 부분의 깊이를 증가시킨다. 

(그림 1) 대기권과 암석권 사이에 존재하는 토양층