토양 pH

Soil pH
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토양 pH의 전지구적 변화.빨간색 = 산성 토양.황색 = 중성 토양.파란색 = 알칼리성 토양.검은색 = 데이터가 없습니다.

토양 pH는 토양의 산도 또는 염기성(알칼리성)을 측정하는 것입니다.토양 pH는 토양 [1]특성에 대한 정성적, 정량적 분석을 할 수 있는 핵심 특성으로, pH는 용액 중 하이드로늄 이온(H+
)의 활성에 대한
3+
aq 음의 로그(base 10)로 정의된다.토양에서는 물과 혼합된 토양 슬러리(또는 0.01M
2 CaCl과 같은 소금 용액)에서 측정되며 일반적으로 3에서 10 사이이며 7은 중성이다.산성 토양은 pH가 7 이하이고 알칼리성 토양은 pH가 7 이상입니다.초산성 토양(pH < 3.5)과 매우 강한 알칼리성 토양(pH > 9)은 드물다.[2][3]

토양 pH는 많은 화학 작용에 영향을 미치기 때문에 토양에서 주요 변수로 여겨진다.그것은 다양한 영양소의 화학적 형태를 통제하고 그들이 겪는 화학 반응에 영향을 줌으로써 식물 영양소의 가용성에 특히 영향을 미칩니다.대부분의 발전소의 최적 pH 범위는 5.5와 7.[3]5 사이이다. 그러나 많은 발전소는 이 범위를 벗어난 pH 값에서 번성하도록 적응했다.

토양 pH 범위 분류

미국 농무부 천연자원보존국은 토양 pH 범위를 다음과 같이 분류한다.

디노미네이션 pH 범위
초산성 3.5 미만
극산성 3.5–4.4
매우 강한 산성 4.5–5.0
강산성 5.1–5.5
중간 산도 5.6–6.0
약산성 6.1–6.5
중립 6.6–7.3
약알칼리성 7.4–7.8
중간 알칼리성 7.9–8.4
강알칼리성 8.5–9.0
매우 강한 알칼리성 > 9.0

0 ~ 6=중성, 7=중성 및 알칼리도 8 이상

pH 결정

pH를 결정하는 방법은 다음과 같습니다.

  • 토양 프로필 관찰:특정 프로필 특성은 산, 식염수 또는 소다 상태의 지표일 수 있습니다.예를 들면 다음과 같습니다.[5]
    • 유기 표면층과 기초 광물층의 불충분한 통합 – 이는 강한 산성 토양을 나타낼 수 있다.
    • 전형적인 포드졸 수평 배열은 포드졸이 강한 산성이기 때문에: 이러한 토양에서는 옅은 용리(E) 지평선이 유기 표면층 아래에 있고 어두운 B 지평선 위에 놓여 있다.
    • 칼리시 층의 존재는 알칼리성 조건에서 존재하는 탄산칼슘의 존재를 나타낸다.
    • 원기둥 구조는 소딕 상태의 지표가 될 수 있습니다.
  • 주요 식물군의 관찰.석회화 식물(산성 토양을 선호하는 식물)에는 에리카, 로덴드론 및 기타 거의 모든 에리카과 종, 많은 자작나무(베툴라), 여우꽃(디지탈리스), 고르세(Ulex spp.) 및 스코틀랜드 소나무(Pinus silvestris)가 포함된다.칼시콜(석회를 좋아하는) 식물에는 재나무(프락시너스), 인동나무(로니세라), 버들랴, 개나무(코너스), 라일락(시링가), 클레마티스 종이 포함됩니다.
  • 저렴한 pH 테스트 키트를 사용하여 흙의 작은 샘플에 산도에 따라 색이 변하는 지시 용액을 혼합합니다.
  • 리트머스지 사용소량의 흙 샘플이 증류수와 혼합되어 리트머스지 조각이 삽입됩니다.토양이 산성이면 종이는 빨간색, 기본이면 파란색으로 변한다.
  • 다른 과일이나 야채 색소들도 pH 변화에 따라 색이 변한다.블루베리 주스는 산을 첨가하면 더 붉게 변하고, 높은 pH를 낼 수 있는 충분한 염기로 적정하면 인디고가 된다.붉은 양배추도 비슷한 영향을 받는다.
  • 유리 또는 고체 전극을 습윤 토양 또는 토양과 물의 혼합물(현탁액)에 삽입하는 시판 전자 pH 미터 사용. 보통 디지털 디스플레이 화면에서 pH를 읽습니다.
  • 최근에는 토양 [6]추출물에 지시 염료를 첨가하는 토양 pH를 측정하는 분광 광도 측정 방법이 개발되었습니다.유리 전극 측정과 비교가 잘 되지만 드리프트 부족, 액체 접합 및 서스펜션 효과와 같은 상당한 이점을 제공합니다.

과학적 연구와 모니터링을 위해서는 토양 pH의 정확하고 반복 가능한 측정이 필요하다.여기에는 일반적으로 표준 프로토콜을 사용한 실험실 분석이 수반된다. 그러한 프로토콜의 예는 USDA 토양 조사 현장 및 실험실 방법 [7]매뉴얼의 것이다.이 문서에서는 토양 pH 측정을 위한 3페이지 프로토콜에 다음 섹션이 포함되어 있습니다.용도; 방법 요약; 간섭; 안전; 장비; 시약; 절차.

방법의 개요

pH는 토양-물(1:1) 및 토양-소금(1: 2 용액으로 측정됩니다.편의상 pH는 처음에 물에서 측정한 후 2로 측정하며, 물 pH를 위해 준비한 토양 현탁액에 0.02M 2를 더하면 최종 토양-용액 비율 M01:01이 된다.
20-g 토양 시료에 20 mL의 역삼투(RO)수(1:1 w:v)를 가끔 교반하여 혼합한다.샘플은 1시간 동안 가끔 교반할 수 있습니다.시료를 30초간 교반하여 1:1 물 pH를 측정한다.토양 현탁액에 0.02M 2를 첨가하여 시료를 교반한 후 1:2 0.01M 2 pH를 측정한다(4C1a2a2).


— Summary of the USDA NRCS method for soil pH determination[7]

토양 pH에 영향을 미치는 요인

자연 토양의 pH는 토양의 모재료의 광물 성분과 해당 모재료의 풍화 반응에 따라 달라진다.따뜻하고 습한 환경에서는 풍화 생성물이 흙을 통해 가로 또는 아래로 이동하는 물에 의해 침출되면서 토양 산성화가 시간이 지남에 따라 발생합니다.그러나 건조한 기후에서는 토양 풍화 및 침출이 덜 강하며 토양 pH는 종종 중성 또는 [8][9]알칼리성이 있습니다.

산도원

많은 과정이 토양 산성화에 기여한다.여기에는 다음이 포함됩니다.[10][11]

  • 강우량:평균 강우량은 pH가 5.6이고, 산성인 물 형태 탄산
    2
    3    (HCO)과 결합할 경우 대기 중의 이산화탄소
    2    (CO) 때문에 약간 더 산성인 것으로 나타납니다.    이 물이 토양을 흐를 때, 그것은 중탄산염으로 토양에서 기본 양이온을 침출시킨다; 이것은 다른 [12]양이온에 대한 Al과+
    H의 비율을3+
    증가시킨다.
  • 미생물에 의한 유기물의 뿌리호흡 및 분해는 탄산(HCO
    2
    3    ) 농도를 증가시키고 그에 따른 침출량을 증가시키는 CO를 방출한다
    2.
  • 식물의 성장: 식물은 이온의 형태로−
    3+
    4 영양분을 섭취하고 종종 음이온보다
    2−
    4 양이온을2+
    더 많이 차지합니다.    그러나 식물은 뿌리에서 중성전하를 유지해야 한다.여분의 양전하를 보상하기 위해 그들은 뿌리에서 H이온을 방출할+
    것이다.    어떤 식물들은 또한 철분과 같은 중성 pH에서 용해되지 않는 금속 영양소를 용해시키는 것을 돕기 위해 뿌리 주변의 영역을 산성화하기 위해 유기산을 토양으로 배출합니다.
  • 비료 사용:암모늄(NH+
    4    ) 비료는 질화 과정에서 토양에서 반응해 질산염(NO)을−
    3 형성하고 그 과정에서 H이온을 방출한다+
    .
  • 산성비:화석연료의 연소는 황과 질소의 산화물을 대기 중으로 방출한다.이것들은 대기 중의 물과 반응하여 빗속에서 황산과 질산을 형성한다.
  • 산화적 풍화:일부 1차 광물, 특히 황화물과 Fe를 함유하는2+
    광물의 산화는 산도를 발생시킨다.    이 과정은 종종 인간 활동에 의해 가속화됩니다.
    • 내 고장:황철광의 산화로 인해 일부 광산 전리품 근처의 토양에 심각한 산성 조건이 형성될 수 있습니다.
    • 침수된 해안 및 하구 환경에서 자연적으로 형성된 산성 황산염 토양은 배수 또는 굴착 시 높은 산성이 될 수 있습니다.

알칼리성의 원인

토양의 총 알칼리도는 다음과 [13][14]같이 증가합니다.

  • Na, Ca2+
    , Mg2+
     및 K를+
    포함하는+
    규산염, 알루미늄 규산염 및 탄산염 광물의 풍화
  • 규산염, 알루미노규산염 및 탄산염 광물을 토양에 첨가한다. 이는 바람이나 물에 의해 침식된 물질이 다른 곳에 퇴적되거나 토양이 덜 풍화된 물질과 혼합됨(예: 산성 토양에 석회석을 첨가함)에 의해 발생할 수 있다.
  • 용해된 중탄산염이 함유된 물의 첨가(고탄산염 물로 세척할 때 발생).

토양(Na, K, Ca 및 Mg의 탄산염 및 중탄산염)에 알칼리도가 축적되는 것은 용해성 소금을 침출시키기 위해 토양에 물이 충분히 흐르지 않을 때 발생합니다.이는 건조한 조건 또는 열악한 내부 토양 배수로 인해 발생할 수 있습니다. 이러한 상황에서는 토양으로 유입되는 대부분의 물이 [13]토양을 통과하기보다는 증류(식물에 의해 흡수됨)되거나 증발됩니다.

토양 pH는 일반적으로 총 알칼리도가 증가하면 증가하지만 첨가된 양이온의 균형은 토양 pH에도 현저한 영향을 미친다.예를 들어 알칼리성 토양에서 나트륨의 양이 증가하면 탄산칼슘의 용해가 유발되어 pH가 높아진다.석회질 토양은 Ca 또는 Na가+
용해성 [13]양이온을 지배하는 정도에2+
따라 7.0에서 9.5까지 pH가 달라질 수 있다.

토양 pH가 식물 생장에 미치는 영향

산성 토양

높은 수준의 알루미늄은 광산 현장 근처에서 발생하며, 소량의 알루미늄은 석탄 화력발전소나 [15]소각로에서 환경으로 배출됩니다.공기 중의 알루미늄은 비에 의해 씻겨 나가거나 일반적으로 가라앉지만, 작은 알루미늄 입자는 공기 중에 오랫동안 [15]남아 있습니다.

산성 강수는 천연[16] 자원으로부터 알루미늄을 이동시키는 주요 자연 요소이며 알루미늄의 [17]환경 영향의 주요 원인입니다. 그러나 소금과 담수에 알루미늄이 존재하는 주요 요인은 알루미늄을 [16]공기 중으로 방출하는 산업 공정입니다.산성 토양에서 자란 식물은 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)[18]의 영양소 결핍뿐만 아니라 알루미늄(Al), 수소(H) 및/또는 망간(Mn) 독성 등 다양한 스트레스를 겪을 수 있습니다.

알루미늄 독성은 산성 토양에서 가장 널리 퍼져있는 문제이다.알루미늄은 모든 토양에 다양한 정도로 존재하지만 용해된3+ Al은 식물에 독성이 있습니다. Al은3+ 낮은 pH에서 가장 잘 용해됩니다. pH 5.0 이상에서는 대부분의 [19][20]토양에서 용해성 형태의 Al이 거의 없습니다.알루미늄은 식물성 영양소가 아니기 때문에 식물이 적극적으로 흡수하지 않고 삼투작용을 통해 식물 뿌리로 수동적으로 들어갑니다.알루미늄은 다양한 형태로 존재할 수 있으며 세계 여러 지역에서 성장을 제한하는 역할을 합니다.알루미늄 내성 연구는 노출 [21]시 기능과 함께 노출되는 활성 임계값 및 농도를 확인하기 위해 여러 식물 종에서 수행되었습니다.알루미늄은 뿌리 성장을 방해하고, 측근과 뿌리 끝부분은 두꺼워지며, 뿌리는 미세한 분기가 없다. 뿌리 끝부분은 갈색으로 변할 수 있다.근원적으로 Al의3+ 초기효과는 뿌리줄기세포의 팽창을 억제하여 그 파열을 초래하는 것으로 칼슘 및 기타 필수영양소의 흡수 및 운반, 세포분열, 세포벽 형성 및 [19][22]효소활성화를 포함한 많은 생리적 과정을 방해하는 것으로 알려져 있다.

양성자(H+ 이온) 스트레스 또한 식물의 성장을 제한할 수 있다.뿌리 세포의 플라스마에서 양성자 펌프인 H-ATPase는 +세포질의 거의 중립적인 pH를 유지하기 위해 작용합니다.외부 성장 배지에서 높은 양성자 활성(대부분 식물종의 경우 3.0~4.0 범위 내 pH)은 세포질 pH를 유지하는 세포의 능력을 극복하고 성장을 [23]멈춘다.

망간 함유 미네랄 함량이 높은 토양에서는 pH 5.6 이하에서 Mn 독성이 문제가 될 수 있다.망간은 알루미늄과 마찬가지로 pH가 떨어짐에 따라 용해도가 높아지며, 5.6 미만의 pH에서 Mn 독성 증상을 볼 수 있습니다.망간은 필수적인 식물 영양소이기 때문에 식물은 Mn을 잎으로 운반합니다.Mn 독성의 전형적인 증상은 잎이 구겨지거나 뭉치는 것이다.

토양 pH와 관련된 영양소 가용성

토양[24] pH와 관련된 영양소 가용성

토양 pH는 일부 식물 영양소의 가용성에 영향을 미칩니다.

위에서 설명한 바와 같이 알루미늄 독성은 식물 성장에 직접적인 영향을 미치지만 뿌리 성장을 제한함으로써 식물 영양소의 가용성도 감소시킵니다.뿌리가 손상되어 영양소 흡수가 감소하며, 초산성 토양(pH<5.0)[25]에서 매우 강한 산성으로 영양소(질소, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘)의 결핍이 자주 발생한다.토양에서 알루미늄 수치가 증가하면 pH 수치가 감소합니다.이것은 나무들이 물을 흡수하는 것을 허용하지 않는데, 이는 나무가 광합성을 하지 못하여 죽게 만든다는 것을 의미한다.나무는 잎과 정맥에 [26]노란색을 띠기도 한다.

몰리브덴 가용성은 pH가 높을 때 높아집니다.몰리브덴 이온은 pH가 낮을 [27]때 점토 입자에 의해 더 강하게 흡수되기 때문입니다.

아연, 철, 구리 및 망간은 pH가 높을 때([27]pH가 높을 때 흡착이 증가) 가용성이 감소합니다.

pH가 인 가용성에 미치는 영향은 토양 조건과 해당 작물에 따라 상당히 다릅니다.1940년대와 1950년대에는 P 가용성이 거의 중성(토양 pH 6.5–7.5)에 가깝게 극대화되었고 pH가 [28][29]높을수록 감소했다는 견해가 지배적이었다.그러나 중간~약산성 범위(pH 5.5~6.5)에서 pH와 인의 상호작용은 이 관점에 의해 제시된 것보다 훨씬 복잡하다.실험실 시험, 유리 하우스 시험 및 현장 시험에서는 이 범위 내에서 pH의 증가가 증가하거나 감소하거나 [29][30]발전소에 대한 P 가용성에 영향을 미치지 않을 수 있는 것으로 나타났다.

토양 pH와 관련된 수분 가용성

상세 정보:수분함유량, 수분전위, 알칼리 토양

강한 알칼리성 토양은 침윤이 느리고, 유압 전도율이 낮으며, 가용수량이 부족한 [31]소듐과 분산성 토양입니다.토양이 젖으면 통기성이 떨어지기 때문에 식물의 생육이 엄격히 제한된다. 건조한 환경에서는 식물에 이용 가능한 물이 급격히 고갈되고 토양이 단단하고 [32]탁해진다.토양의 pH가 높을수록, 토양에 의존하는 식물과 유기체에 분배할 수 있는 물은 적어진다.pH가 낮아지면 식물이 평소처럼 물을 흡수할 수 없다.이것은 그들이 광합성을 [33]할 수 없게 만든다.

반면, 많은 강산성 토양은 응집력이 강하고, 내부 배수가 잘 되며, 물이 고이는 특성이 좋다.그러나 많은 식물 종에서 알루미늄 독성은 뿌리 성장을 심각하게 제한하고 토양이 상대적으로 [19]촉촉한 경우에도 수분 스트레스가 발생할 수 있습니다.

식물 pH 설정

일반적으로 다른 식물 종은 다른 pH 범위의 토양에 적응한다.많은 종에게 적합한 토양 pH 범위는 꽤 잘 알려져 있다.USDA[34] PLANTS and Plants for a[35] Future와 같은 발전소 특성의 온라인 데이터베이스를 사용하여 광범위한 발전소의 적절한 토양 pH 범위를 검색할 수 있다.영국[36] 식물에 대한 엘렌버그의 지표 값과 같은 문서도 참조할 수 있습니다.

그러나 식물은 특정 메커니즘의 결과로 일부 토양에서 특정 pH에 대해 내성이 없을 수 있으며, 그 메커니즘은 다른 토양에서는 적용되지 않을 수 있다.예를 들어 몰리브덴이 낮은 토양은 pH 5.5에서 콩 식물에 적합하지 않을 수 있지만 몰리브덴이 충분한 토양은 해당 [25]pH에서 최적의 성장을 가능하게 한다.마찬가지로, 일부 칼시퓨그(고 pH 토양에 내성이 없는 식물)는 충분한 인이 [37]공급되면 석회질 토양에 견딜 수 있다.또 다른 교란 요인은 동일한 종의 다양한 종류가 종종 다른 적합한 토양 pH 범위를 갖는다는 것이다.식물 육종업자는 이를 사용하여 해당 종에 적합하지 않다고 간주되는 조건을 견딜 수 있는 품종을 번식시킬 수 있습니다. 예를 들어, 강한 산성 [38]토양에서 식량 생산을 위해 알루미늄 내성 및 망간 내성 품종의 곡물 작물을 번식시키는 프로젝트가 있습니다.

아래 표는 USDA PLANTS 데이터베이스에 [34]있는 일부 널리 재배된 식물에 적합한 토양 pH 범위를 제공한다.일부 종(Pinus radiata 및 Opuntia ficus-indica)은 토양 pH의 좁은 범위만 허용하지만, 다른 종(Vetiveria zizanioides)은 매우 넓은 pH 범위를 허용한다.

학명 통칭 pH(최소) pH(최대)
크리소포곤지자니오이데스 풀밭 3.0 8.0
리기다과 송곳니 3.5 5.1
루부스차메모루스 클라우드베리 4.0 5.2
아나나스코모수스 파인애플. 4.0 6.0
코페아 아라비카 아라비아 커피 4.0 7.5
로덴드론아르보레스켄스 매끄러운 진달래 4.2 5.7
피너스 라디오아타 몬테레이 소나무 4.5 5.2
카리아일리노엔시스 피칸 4.5 7.5
타마린두스 인디카 타마린드 4.5 8.0
백키늄코림보섬 하이부시 블루베리 4.7 7.5
마니호트 에스쿨렌타 카사바 5.0 5.5
모루스 알바 흰 뽕나무 5.0 7.0
말루스 사과 5.0 7.5
실베스트리스 스코틀랜드 소나무 5.0 7.5
카리카 파파야 파파야. 5.0 8.0
카야누스카얀 비둘기과 5.0 8.3
피루스 코뮤니티 보통배 5.2 6.7
솔라넘 리코퍼시쿰 원예용 토마토 5.5 7.0
구아자바초 구아바 5.5 7.0
네리움 올레인더 올레인더 5.5 7.8
푸니카 그라나툼 석류 6.0 6.9
비올라 소로리아 일반적인 청자색 6.0 7.8
카라가나아르보레센스 시베리안 페쉬럽 6.0 9.0
코토네아스터 정수리머스 코토네아스터 6.8 8.7
오펀티아피쿠스인디카 바바리 무화과(Pricklypear) 7.0 8.5

토양 pH의 변화

산성토양의 pH 상승

잘게 간 농업용 석회는 토양 pH(제한)를 높이기 위해 산성 토양에 종종 사용됩니다.pH를 변화시키는 데 필요한 석회나 분필의 양은 석회의 그물 크기(얼마나 미세하게 갈았는지)와 토양의 완충 능력에 의해 결정된다.높은 메쉬 크기(60 메쉬 = 0.25 mm, 100 메쉬 = 0.140 mm)는 토양 산도와 빠르게 반응하는 미세 분쇄 석회를 나타냅니다.토양의 완충능력은 토양의 점토 함유량, 점토의 종류 및 존재하는 유기물의 양에 따라 달라지며, 토양 양이온 교환능력과 관련이 있을 수 있다.점토 함량이 높은 토양은 점토가 적은 토양보다 완충력이 높고 유기물이 많은 토양은 유기물이 적은 토양보다 완충력이 높다.완충 능력이 높은 토양은 동등한 [39]pH 변화를 달성하기 위해 더 많은 양의 석회를 필요로 한다.토양 pH의 완충은 토양 용액 내 알루미늄의 양과 직접 관련이 있으며 양이온 교환 용량의 일부로 교환 장소를 차지한다.이 알루미늄은 토양 테스트에서 측정할 수 있으며, 토양에서 소금 용액을 추출한 후 실험실 분석을 통해 정량화할 수 있습니다.그런 다음 초기 토양 pH와 알루미늄 함량을 사용하여 pH를 원하는 수준으로 올리는 데 필요한 석회의 양을 [40]계산할 수 있습니다.

농업용 석회 이외에 토양 pH를 높이기 위해 사용할 수 있는 수정으로는 목재재, 공업용 산화칼슘(연석회), 산화마그네슘, 염기성 슬래그(규산칼슘), 굴껍질 등이 있다.이러한 생성물은 다양한 산염기 반응을 통해 토양의 pH를 증가시킨다.규산칼슘은 H이온과+ 반응해 토양의 활성산도를 중화시켜 중성용질인 모노실산(HSIO44)[41]을 형성한다.

알칼리성 토양의 pH 저감

알칼리성 토양의 pH는 산성화제나 산성 유기물을 첨가함으로써 감소시킬 수 있다.원소 황(90~99% S)은 300~500kg/ha(270~450lb/acre)의 적용 속도로 사용되었으며, 토양에서 서서히 산화되어 황산을 형성합니다.황산암모늄, 질산암모늄, 요소와 같은 산성 비료는 암모늄이 산화되어 질산이 형성되기 때문에 토양의 pH를 낮추는 데 도움이 될 수 있습니다.산성화 유기물에는 이탄 또는 주머니 [42]이끼가 포함된다.

그러나 탄산칼슘 함량이 높은 고pH 토양(2% 이상)에서는 산과 함께 pH를 낮추려는 시도가 매우 비용이 많이 들거나 효과가 없을 수 있습니다.이러한 경우에는 인, 철, 망간, 구리 및/또는 아연을 대신 첨가하는 것이 더 효율적입니다. 이러한 영양소의 결핍이 석회질 [43][44]토양에서 식물이 잘 자라지 못하는 가장 일반적인 이유이기 때문입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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