토양화학

Soil chemistry

토양 화학은 토양의 화학적 특성을 연구하는 학문이다.토양 화학은 광물 조성, 유기물 및 환경 요인에 의해 영향을 받습니다.1850년대 초 영국 왕립농업협회의 자문 화학자 J.토마스 웨이는 토양이 이온을 교환하는 방법에 대해 많은 실험을 수행했으며,[1] 토양 화학의 아버지로 여겨진다.생태학의 이 분야에 기여한 다른 과학자들로는 에드먼드 러핀과 라이너스 [1]폴링이 있다.

역사

1960년대 후반까지, 토양 화학은 주로 토양에서 발육에 기여하거나 식물의 성장에 영향을 미치는 화학 반응에 초점을 맞췄다.이후 환경오염, 유기 및 무기질 토양오염, 잠재적 생태보건 및 환경보건 리스크에 대한 우려가 커지고 있다.그 결과 토양 화학의 주안점은 토양학이나 농업 토양학에서 환경 토양학으로 바뀌었다.

환경토양화학

환경 토양 화학에 대한 지식은 오염물질이 토양으로 방출되는 과정뿐만 아니라 오염물질의 운명을 예측하는 데 가장 중요하다.일단 화학물질이 토양 환경에 노출되면 오염물질 독성을 증가시키거나 감소시킬 수 있는 무수한 화학 반응이 발생할 수 있습니다.이러한 반응에는 흡착/탈착, 침전, 중합, 용해, 착화 및 산화/환원이 포함됩니다.이러한 반응은 환경 교정과 관련된 과학자들과 엔지니어들에 의해 종종 무시된다.이러한 프로세스를 이해하면 오염물질의 운명과 독성을 보다 잘 예측할 수 있으며 과학적으로 정확하고 비용 효율적인 교정 전략을 개발할 수 있는 지식을 제공할 수 있습니다.

주요 개념

토양 구조

토양 구조는 이러한 개별적인 토양 입자들이 집합체라고 불리는 입자 군집을 형성하기 위해 함께 그룹화되는 방식을 말한다.

골재 형성

  • 골재는 다양한 조건에서 형성될 수 있으며 토양 지평선과 구조에서 서로 다르다.
  • 자연 골재는 소아과라고 불리는 결과를 낳는 반면, 인공 골재는 클로드라고 불립니다.
  • 밭을 갈거나 파서 밭이 교란되어 흙덩어리가 생긴다.
  • 미생물 활동 또한 [2]골재 형성에 영향을 미친다.

토양 구조 유형

토양 구조 형태의 분류는 주로 모양에 기초한다.

토양 입자 모양
  1. 구형 구조: 구형 또는 원형입니다.모든 축은 거의 동일한 치수로 곡면과 불규칙한 면을 가지고 있습니다.이것들은 경작지에서 흔히 볼 수 있다.
    1. 부스러기 구조: 작고 다공성이기 때문에 빵 부스러기와 같습니다.
    2. 입상 구조: 크럼 구조 골재보다 다공성이 낮고 크럼 구조 골재보다 내구성이 우수합니다.
  2. 판상 구조: 주로 식물 기반 영역을 따라 수평으로 정렬되며, 얇은 단위는 층상이고 골재의 두꺼운 단위는 평판으로 분류됩니다.평탄한 구조물은 보통 표면에서 발견되며 때로는 하부 토양에서 발견되기도 한다.
  3. 블록과 같은 구조: 중심점 주위에 배치된 입자는 평평하거나 다소 둥근 표면에 의해 둘러싸여 있습니다.이러한 유형은 일반적으로 지하 토양에서 발견됩니다.
    1. 서브 앵글 블록: 모서리가 앵글 블록 골재보다 더 둥글다.
  4. 프리즘 같은 구조: 가로보다 길고 세로축이 가로축보다 큰 입자.그들은 건조하고 반건조 지역의 토양 밑 지평선에서 흔히 발견됩니다.
    1. 프리즘: 골재 상단에서 더 각지고 육각형으로 형성됨
    2. 원기둥: 골재 상단에서 둥근 입자

광물

  • 토양의 광물성분은 부모의 암석이나 레골리스에서 유래한다.그 광물들은 토양의 총 중량의 약 90%를 차지한다.복합상태에서 발견되는 몇몇 중요한 원소들은 산소, 철, 실리콘, 알루미늄, 질소, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 탄소, 수소 등이다.
  • 1차 광물과 2차 광물의 형성은 암석 조성에 어떤 광물이 있는지를 더 잘 정의할 수 있다.

토양 모공

토양 미세공과 매크로포어의 상호작용은 토양과 주변 대기에 물과 가스 원소를 공급할 수 있게 해주기 때문에 토양 화학에 중요하다.매크로포어는[3] 분자와 물질을 마이크로포어 안과 밖으로 운반하는 것을 돕는다.마이크로포어는 Aggregate 자체에 포함되어 있습니다.

토양수

  • 물은 토양 프로파일 내의 유기체에게 필수적이며, 이상적인 토양에서 부분적으로 대식세포를 채운다.
  • 토양의 침출은 물이 이온을 따라 더 깊은 토양 지평선으로 이동하면서 일어나 다른 토양 지평선에서 토양이 더 산화되도록 합니다.
  • 물은 또한 높은 물 전위로부터 낮은 물 전위까지 갈 것이며, 이는 토양 표면과의 물의 접착과 물 분자 간의 응집으로 인해 물과 함께 모세혈관 활동 및 중력이 발생할 수 있다.

공기/대기

대기에는 산소, 이산화탄소(CO2), 질소라는 세 가지 주요 가스가 포함되어 있습니다.대기 중 산소는 20%, 질소는 79%, CO는2 0.15%~0.65%이다.축적된 유기물의 분해와 식물 뿌리의 풍부함으로 인해 토양의 깊이가 증가함에 따라 CO가 증가한다2.토양에서 산소의 존재는 불용성 암석 덩어리를 용해성 미네랄과 유기적 부식물로 분해하는 데 도움을 주기 때문에 중요하다.토양의 공기는 대기에 존재하는 가스로 구성되어 있지만, 같은 비율은 아니다.이 가스들은 미생물의 화학반응을 촉진한다.토양에 수용성 영양소가 축적되면 생산성이 높아집니다.토양에 산소가 부족하면 미생물 활동이 느려지거나 없어진다.토양 대기를 제어하는 중요한 요인은 온도, 대기압, 바람/공기 및 강우입니다.

흙의 질감

토양 텍스처 삼각형

토양의 질감은 토양의 구조 유지 능력, 물의 흐름 제한 및 토양의 입자 함량과 관련된 토양의 화학 작용에 영향을 미친다.토양 텍스처는 모든 입자 유형을 고려하며 토양 텍스처 삼각형은 토양 프로파일에 대해 총 100%를 더한 각 입자 유형의 백분율을 계산하는 데 사용할 수 있는 차트입니다.이러한 토양 분리는 크기뿐만 아니라 토양 통기, 작업 능력, 수분 및 영양소의 이동 및 가용성 등 식물의 성장에 영향을 미치는 일부 중요한 요소에 대한 영향도 다릅니다.

모래

모래 입자는 크기가 다양합니다(약 0.05~[4]2mm).모래는 입자군 중 가장 거칠다.모래는 입자군 중 가장 큰 기공과 토양 입자를 가지고 있다.또한 가장 쉽게 배수됩니다.이 입자들은 점토로 코팅되면 화학 반응에 더 많이 관여하게 된다.

실트

실트 입자의 크기 범위는 약 0.002mm~0.5mm입니다.실트 기공은 다른 입자 그룹에 비해 크기가 큰 매개체로 간주됩니다.실트는 밀가루의 질감이 있습니다.진흙 입자는 물과 공기가 쉽게 통과할 수 있도록 해주지만 농작물 성장을 위해 수분을 유지합니다.실티 토양은 유기물과 무기물 모두 충분한 양의 영양소를 함유하고 있다.

점토

점토는 입자군 중 가장 작은 크기(약 0.002mm)의 입자를 가지고 있다.클레이는 또한 기공이 가장 작기 때문에 다공성이 크고 배수가 잘 되지 않습니다.찰흙은 물에 젖으면 끈적끈적한 질감이 난다.어떤 종류는 자라서 소멸되거나, 다른 말로 축소되거나 부풀어 오를 수 있다.

로암

롬은 흙을 감싸고 있는 모래, 진흙, 점토의 조합이다.토양 조성의 1차 입자(예: 샌디룸, 클레이룸, 실트룸 등)를 기준으로 명명할 수 있습니다.

바이오타

생물은 유기물과 함께 토양의 생물학적 시스템을 구성하는 것을 돕는 유기체이다.

토양 생물

토양 유기물

  • 부식에서 발견되는 주요 원소는 탄소, 수소, 산소, 황, 질소이다.부식액에서 발견되는 중요한 화합물은 탄수화물, 인산, 몇몇 유기산, 수지, 요소 등이다.
  • 부식물은 동적 생성물이며 산화, 환원 및 가수분해로 인해 지속적으로 변화하고 있습니다. 따라서 부식물은 탄소 함량이 많고 질소가 적습니다.

기타 관련 개념:

토양 주기

토양에 있는 많은 식물 영양소들은 그들의 환경 전체에 걸쳐 순환을 겪는다.

요소 주기

조사 방법

토양의 화학에 대한 새로운 지식은 종종 현장의 방해받지 않은 토양 지평선에서 채취한 토양 샘플이 반복되는 치료와 조절을 포함하는 실험에 사용되는 실험실의 연구에서 비롯된다.대부분의 경우 토양 샘플은 대기 온도(예: 25°C(77°F)에서 공기 건조되고 추가 연구를 위해 보관하기 전에 2mm 크기로 체에 걸러진다.이러한 건조 및 체질 토양 샘플은 토양 구조, 미생물 집단의 다양성 및 pH와 관련된 화학적 특성, 산화 환원 상태, 망간 산화 상태 및 용해된 유기물 [7]등을 현저하게 파괴한다.최근 수십 년간 새로운 관심으로 인해 많은 토양 화학자들은 조사 전과 조사 [8]중에 토양 샘플을 현장 습기 상태로 유지하고 호기성 조건 하에서 4°C(39°F)에 저장했다.

토양 화학의 실험실 조사에는 두 가지 접근법이 자주 사용된다.첫 번째는 배치 균등화라고 알려져 있습니다.화학자는 소정의 부피의 물이나 알려진 용해 이온 농도의 소금 용액을 토양 덩어리에 첨가한다(예: 원심분리 튜브나 플라스크에 있는 5g의 토양에 25 mL의 용액을 첨가한다).그런 다음 토양 슬러리를 일정 시간(예: 15분~수시간) 동안 흔들거나 소용돌이쳐 안정된 상태 또는 평형 상태를 확립한 후 고속으로 여과 또는 원심 분리하여 평형 [9]용액에서 모래 입자, 실트 입자 및 점토 콜로이드를 분리한다.여과액 또는 원심분리기는 이온특이전극, 원자흡수분광도측정법, 유도결합플라즈마분광도측정법, 이온크로마토그래피, 색도측정법 등 여러 방법 중 하나를 사용하여 분석됩니다.각 경우 분석에서는 용액상의 이온 또는 분자의 농도 또는 활성을 정량화하고 측정된 농도 또는 활성(예를 들어 mg 이온/mL)에 용액 대 토양비(추출액/g 토양 mL)를 곱하여 mg 이온/g 토양으로 한다.토양 질량에 기초한 이 결과는 다른 토양과 처리 방법을 비교할 수 있게 해준다.관련 접근법은 알려진 부피를 사용하여 작은 기둥에 있는 토양의 양을 제어된 속도로 침출(침입)하여 비, 눈 녹은 물 및 관개수가 현장의 토양을 통과하는 방법을 시뮬레이션합니다.그런 다음 여과액은 배치 [10]평형에 사용되는 것과 동일한 방법을 사용하여 분석됩니다.

토양 프로세스와 현상을 정량화하기 위한 또 다른 접근법은 토양을 파괴하지 않는 현장 방법을 사용한다.토양이 흔들리거나 추출 토양 용액으로 침출될 때 발생하는 현상이다.이러한 방법들은 일반적으로 푸리에 변환 적외선 분광법, 핵자기 공명, 뫼스바우어 분광법, X선 분광법 등의 표면 분광 기법을 사용한다.이러한 접근법은 입자 및 콜로이드 표면의 광물학과 화학의 화학적 성질, 그리고 이온과 분자가 흡착, 착화 및 [11]침전에 의해 어떻게 그러한 표면과 연관되어 있는지에 대한 정보를 얻는 것을 목표로 한다.

이러한 실험실 실험과 분석은 토양에서 이온과 분자가 어떻게 반응하는지에 대한 화학적 메커니즘이 데이터로부터 추론될 수 있다는 점에서 현장 연구보다 유리하다.다양한 질감, 유기물 함유량, 점토광물 및 산화물의 종류, pH, 배수상태 등 토양별로 유사한 반응에 대한 결론을 도출하거나 새로운 가설을 세울 수 있다.실험실 연구는 현장에서 방해를 받지 않은 토양의 현실성과 이질성을 일부 상실하는 한편, 미개척 토양의 제어와 추정의 힘을 얻는다는 단점이 있다.보다 현실적이고 덜 통제된 관측 현장 연구와 결합된 기계론적 실험실 연구는 종종 공간적으로 이질적이고 시간적으로 가변적일 수 있는 토양의 행동과 화학의 정확한 근사치를 산출한다.토양 화학자들이 직면하는 또 다른 도전은 토양이 교란될 때, 특히 실험실 연구와 [12]분석 전에 토양 샘플이 건조될 때, 밭 토양의 미생물 개체수와 효소 활성이 어떻게 변할 수 있는가 하는 것이다.

레퍼런스

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  • 소논, L.S., M.A. 채펠, V.P.에반젤로(2000) 토양화학사.2006-04-11 에 액세스 된 URL.

외부 링크


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