토양 반응과 pH

핵심 정리

토양 pH는 흙의 산성 또는 알칼리성 정도를 나타내는 척도이다. 흙과 물을 섞은 슬러리 상태에서 측정하며, 7은 중성, 7 미만은 산성, 7 초과는 알칼리성이다. pH는 수용액 속 수소이온 활동도의 음의 로그로 정의되므로, pH 1 차이는 수소이온 10배 차이를 뜻한다. 토양 pH는 여러 화학 과정을 좌우하는 주요 변수이므로 작물 재배에서 가장 먼저 확인하는 토양 특성이다.

토양 반응이 작물에 미치는 가장 큰 영향은 양분의 가급도를 바꾸는 데 있다. 토양 중 작물 양분의 가급도는 토양 pH에 따라 크게 달라지며 중성～약산성에서 가장 높다. 같은 양분이라도 토양이 산성이나 알칼리성으로 치우치면 식물이 흡수할 수 있는 형태가 달라진다. 따라서 pH는 양분의 화학적 형태를 조절하는 변수로 이해해야 한다.

강산성 토양에서는 붕소와 몰리브덴의 가급도가 문제가 된다. 강산성이 되면 붕소와 몰리브덴의 가급도가 감소하여 작물 생육에 불리하다. 가급도가 낮아지면 작물이 해당 원소를 필요한 만큼 흡수하기 어려우므로, 산성 토양에서는 pH 값과 양분 상태를 함께 살펴야 한다.

토양 pH 범위는 절대적인 기준이 아니다. 대부분의 식물에 적합한 pH 범위는 5.5에서 7.5 사이이지만, 많은 식물은 이 범위 밖에서도 잘 자라도록 적응했다. 따라서 pH 값 하나만으로 작물의 생육 여부를 단정하지 말고, 작물별 적응성과 양분 가급도를 함께 따져야 한다. 초산성 토양(pH 3.5 미만)과 매우 강한 알칼리성 토양(pH 9 초과)은 드물다.

토양 산성화는 수소 양이온이 축적되어 pH가 낮아지는 현상이다. 자연적으로는 지의류와 조류가 암석 표면을 분해하면서 시작되며, 산성비·농업·오염 같은 요인이 산성화를 빠르게 진행시킬 수 있다. 산성화에는 염기가 빠져나가는 경로와 산 성분이 더해지는 경로가 있으며, 아래 쟁점에서 원인을 나누어 살펴본다.

자세히

산성화를 일으키는 원인

염기가 빠져나가는 경로에서는 치환성 염기의 용탈이 핵심이다. 치환성 염기가 용탈되어 교질의 염기 포화도가 낮아지면 토양이 산성화된다. 교질은 점토와 부식처럼 양이온을 붙잡는 입자이다. 교질에서 염기가 빠져나가면 수소가 그 자리를 차지하면서 토양 반응이 산성으로 기운다.

산을 더하는 경로에서는 비료의 종류가 중요하다. 유안 같은 산성 비료를 계속 사용하면 토양이 산성화된다. 황산암모늄과 염화칼륨을 장기간 과량 연용하면 산성화와 염류 집적이 함께 일어난다. 인산 가급도가 떨어진 토양에서는 시금치와 부추의 재배 적응성이 낮다.

탄산과 유기산은 수소이온을 공급하는 대표적인 산 성분이다. 토양 중 탄산과 유기산은 수소이온을 공급하여 토양을 산성으로 만든다. 알루미늄도 산성화를 일으키는 경로이다. 강산성 토양에서 Al3+은 가수분해되어 수소이온을 내놓으므로 산도를 높인다.

규산염 광물은 산성화 원인으로 오해하기 쉬운 항목이다. 규산염 광물은 가수분해 과정에서 수소이온을 소비하고 염기를 방출하므로 토양 산성화의 원인이 아니다. 원인을 구분할 때는 각 과정이 수소이온을 공급하는지 소비하는지를 기준으로 삼으면 이해하기 쉽다.

산성 토양의 독성과 석회 요구량

산성화가 작물에 주는 피해는 금속 원소의 용출에서 두드러진다. 토양이 산성화되면 알루미늄과 망가니즈가 많이 녹아 나와 작물에 독성을 일으킨다. 용출된 이온이 토양 용액에 많아질수록 독성이 커지므로, 산성화로 용출이 늘어나면 독성도 커진다. 산성은 토양의 물리성에도 영향을 준다. 강산성은 점토와 부식을 분산시켜 토양입단의 생성을 저해한다.