토양생태계와 농업

제4장 토양생태계와 농업

  토양은  대부분의 식량, 사료 목재 및 천연고무 생산의 기초가 된다. 그러나 세계 도처에서 토양관리의 실패로 토지가 불모지가 되어 토양생산이 감소하고 있다.

4.1 식물과 토양의 상호관계

  일반적으로 식물의 뿌리가 차지하는 표면적은 가지나 잎이 차지하는 표면적보다 크다. 그러므로 지표 밑의 환경이 식물의 복잡한 환경의 반이상을 차지하고 있다.

  생산적 토양은 그 자체로 복잡한 하나의 생태계이며 토양생태계는 식물과 유기생물체들이 그들의 성장을 적절하게 지탱시켜주는 토양을 유지하는데 중요한 역할을 하는 동적인 상호관계를 포함한다.

4.1.1 토양으로부터 식물이 필요로 하는 것

  1) 무기영양물질

  식물이  필요로 하는 무기영양물질은 질소산화물(NO-3), 인산화물(PO-33), 카리(K+), 그리고 칼슘(Ca-2)이다. 질소산화물은 대기로부터 얻어지지만 다른 무기영양물질들은 원칙적으로 풍화라는 과정을 통해 암석이 분해되어 얻어진다. 그러나 풍화작용은 매우 느린 과정이므로 식물들이 필요로 하는 영양물질 모두를 공급할 수는 없다. 자연생태계에서 식물에 대한 영양물질의 주요 공급원은 죽은 동식물의 분해 즉 재순환에 의한 것이다.

  토양의 영양물질에 대한 주요한 관점은 이용 가능한 영양물질의 직접적인 양뿐만 아이라 그들이 식물에 의하여 흡수될 때까지 영양물질을 간직하는 토양의 능력이다.

  2) 물

  식물체 조직의 활동은 그들의 수분을 계속 보존하느냐에 달려있는데 나무잎으로부터 증산작용에 의해 잃어버린 것과 광합성 작용에 이용된 부분을 채우기 위하여 계속적이 물 공급이 필요하다.

  강우로부터 식물에 이르기까지 물의 통로가 완성되기 위하여는 토양의 두 가지 측면이 중요하다. 첫째, 강우는 토양에 스며들어야 한다. 둘째, 식물에 물을 공급할 수 있는 저수지 역할을 할 수 있도록 물이 토양에 간직되어야 한다.

3) 공기

뿌리도 호흡작용을 하므로 산소공급이 필요하고 이산화탄소를 배출하여야 한다. 뿌리는 산소를 토양에서 흡수하여야 하는데 토양과 대기의 가스교환을 통기라 부른다. 통기가 봉쇄되면 뿌리는 곧 질식하여 죽는다.

4) 토양산도

대부분의 식물들은 중성에 가까운 토양과 수용액을 필요로 하고 대부분의 자연환경은 이를 공급해주고 있다. 수소이온농도는 토양의 중요한 지표중 하나이다.

5) 염과 삼투압

모든 살아있는 생물체가 적절히 기능할 때 세포들은 일정량의 물 즉 물의 균형을 유지해야한다. 물의 균형은 세포막내외의 상대적인 염분농도에 따라 일차적으로 결정된다. 세포막은 염을 통과시키지 아니하나 물은 염의 농도가 높은 쪽으로 막을 통과하며 이를 삼투압현상이라 한다.

4.1.2 식물성장과 토양특성

1) 토양의 입자조성

암석은 풍화작용에 의하여 서서히 작은 입자 크기로 분쇄된다. 그 입자는 크기에 따라 모래, 미사 및 점토 등으로 구분된다. 이들의 상대적 비율을 입자의 조성이라 부른다. 그리고 토양은 토양삼각도에서 보는 것처럼 입자의 조성에 따라 분류된다.

입자의 크기가 클수록 침수성과 통기성은 증대한다. 보수력과 이온교환능역은 입자크기에 반비례한다.

2) 유기물, 부식 및 토양구조

가장 좋은 광물토양은 단지 모래와 진흙의 장단점을 절충시킨 것이다. 토양에 유기물질을 투입하면 화학적 및 물리적 특성이 현저히 증대된다. 유기물질이 분해될 때 무기영양물질이 남는다.

식토에 부식을 더하면 부식의 흡수성은 토양을 느슨하게 하고 침수성, 통기성 및 작업성을 향상시킨다.

4.1.3 토양이 식물로부터 필요로 하는 것

1) 부식형성과 표토

부식은 썩은 유기물의 잔존물이므로 부식이 형성되기 위해서는 우선 생물폐기물이 공급되어야 한다. 자연 생태계내에 생물폐기물의 주요 공급원은 식물이다. 죽은 생물체의 생물량은 여러 영양수준으로 구성된 복잡한 먹이 그물을 유지시켜 주고 있다.

죽은 생물체의 대부분은 토양표면에서 썩어지고 죽은 뿌리도 토양표면 근처에 있기 때문에 대부분의 동물체의 먹이활동과 그로인한 부식 형성 과정도 표토 혹은 그 근처에서 이루어진다.

2) 침식방지

식물들은 침식으로부터 토양을 보호하는데 상당한 역활을 하고 있다. 침식은 물 또는 바람이 토양입자들을 집어내어 먼 곳으로 보내는 과정이다. 물에 의한 침식은 나지에 빗방울이 튀겨짐으로 침식이 일어나는 물튀김 침식으로부터 시작된다.

침식은 다량의 먼지를 이동시키는 것보다 훨씬 위해한 효과를 미친다. 첫째 표면으로부터 이동되는 약간의 토양은 가장 가치가 있는 표토이다. 둘째, 토양입자는 크기와 무게에 따라 이동하며 더 작을수록 더 가벼울 수록 더 쉽게 쓸려 내려간다. 토양은 점점 사질토가 되며 이로 인해 토양의 보수력, 이온교환능력 및 식물을 바쳐주는 토양의 힘이 떨어지게 된다.

3) 깔짚과 습도

땅위를 덮은 깔짚은 토양의 수분 함량을 유지하는데 도움이 된다.

4.1.4 식물과 토양의 균형

 식물은 토양으로부터 영양물질, 물 및 뿌리의 통기작용을 의지한다. 그러나 이러한 물질을 공급하는데 매우 중요한 토양의 물리적 화학적 특징은 식물로부터 얻는 유기물질에 따라 좌우된다.

4.2 인간활동이 토양에 미치는 영향

4.2.1. 경운작업

  1) 피해영향

  작물을 재배하기 위한 첫 단계는 토양을 경운하는 것이다. 경운의 기본적인 목적은 잡초를 제거하는 것이다. 잡토를 제거하는 것 외에 경운은 토양 파괴를 초래할 수 있고 더욱 중요한 것은 경운은 표토를 바람과 물에 의한 침식에 그대로 토출 시킨다는 것이다.

  2) 토양보전

  중요한 토양보전기술 중에는 둥고선농법과 줄재배법이 있다. 등고선농법은 등고선을 따라 경운과 농작물을 재배하는 기술로써 배수는 경사면에 따랄 흘러가는 것이 아니라 고랑사이에 물을 고이게 된다. 이러한 농법은 고랑에서 물이 충분히 스며들어가게 하여 배수와 침식을 억제해 준다. 줄재배법이란 농작물을 심은 줄 사이 사이에 목초를 띠형태로 재배하는 것이다. 줄재배법은 풍식을 예방하는데 특히 효과적이다.

  3) 무경운농법

  경운의 악영향을 피하는 방법은 경운을 중지하는 것이다. 즉 토양을 그대로 놓아둔 상태에서 작물을 심는 것이다. 잡초가 제거되지 아니하면 농작물의 성장 및 수확량이 상당히 감소되므로 경운 작업은 필요하였다. 화학제초제는 토양을 방해하지 아니하고 잡초를 죽인다. 또는 종작물을 수확한 즉시 또는 그 바로 직전에 독보리 등 인공잡초를 심을 수도 있다. 무경운농법으로 토양구조는 방해받지 아니하고 식물 피복도 항상 유지되므로 침식은 자연생태계에서 자연적으로 이루어지는 이상으로는 일어나지 않는다. 무경운 농경지에서는 수확량이 증가하고 시간, 노동 및 연료를 절약할 수 있다.

4.2.2 유기질 비료와 무기질 비료

  작물에는 많은 광물 영양물질을 함유하고 있으므로 작물을 수확한다는 것은 토양으로 부터 영양물질을 제거하는 것과 같다. 이러한 영양물질이 보충되지 아니하면 그 토양의 영양물질원은 서서히 고갈되어 식물성장은 제한될 것이다.

4.2.3 과다방목과 사막화

  강유량이 감소함에 따라 삼림에서 초원으로 그리고 사막으로 생태계는 전환된다. 과다방목은 초지의 토지생산량이 서서히 감소하면서 서서히 악화되는 것으로부터 시작된다. 종말에 가서는 갑자기 하락하여 목초생산이  소비되는 목초량을 견지하지 못하고 완전히 헐벗은 토지에서 방목되어야 한다. 토지의 수용능력을 결정하는 데 있어 목초지의 총 생산성이 가축먹이로 이용되지 아니한다는 것을 인식하여야 한다.

4.2.4 산림: 완전벌체와 선택벌체

  모든 나무가 벌채되어 땅이 노출되는 경우가 완전 벌채이다. 완전벙채방법은 재녹화에도 불구하고 토양에 심각한 영향을 준다. 완전벌채를 대체하는 방법은 선책절 벌채이다. 선책적 벌채를 하면 선별된 입목만이 간헐적으로 베어지고 나머지는 계속 성장하므로 토양을 보호하게 된다.

4.2.5 관개와 염류토화

  물이 작물생산의 제한인자가 되는 곳의 치유 방법은 외부로부터 도랑이나 파이프를 통하여 관개하는 것이다. 관개의 장점은 대부분의경우 단기적인 것이며 그 토지는 결국 염류토화 과정에 의해 농경지로 이용할 수 없는 땅으로 변한다.

4.2.6 산성비와 영양물질의 용탈

  뿌리에서 분비된 유기산에서 나온 수소이온이 느슨하게 결합된 영양물질 이온과 교환되어져서 영양물질의 뿌리내 흡수가 가능하게 된다. 황산화물과 질산화물 같은 대기 오염물질이 대기중에 있는 수증기와 작용하여 산을 형성하고 이것이 지표에 빗물로 떨어지는 현상을 산성비라 한다. 산성비로 인해 영양원소들의 용탈이 이루어지고 있다.

4.2.7 농약

  살포된 농약의 1%이하만이 목표해충에 도달하고 나머지의 많은 양이 토양에 유독 물질로 들어간다.

4.2.8 결론

  모든 육상생물은 토양과 뿌리사이의 중간층에 의존하고 있으며 따라서 토양환경을 보존하는 것은 생명 그 자체를 보존하는 것보다 더 우선하여야 한다.