토양

토양

 

육상생태계에서 토양은 대부분의 물질들이 먹이그물로 들어가는 관문이다. 뿌리를 통해서 식물이 물, 질산, 인산,황산, 칼륨, 구리, 아연, 그리고 다른 필수무기물질들을 흡수한다. 이것들을 이용하여 식물은 잎을 통하여 흡수한 이산화탄소를 전환시켜 식물을 비롯한 모든 종속영양생물이 필요로 하는 단백질, 탄수화물, 지방, 핵산, 비타민 등을 합성한다. 온도와 물과 함께 토양은 지구의 생산성을 결정하는 주요 인자이다.

토양의 수직면은 보통 여러층위(horizon)로 되어 있다. 맨 위층은 나뭇잎과 같은 썩은 유기물 찌꺼기들이 들어 있다. 이 바로 아래층을 표토라고 한다. 표토층은 위층에 있었던 물질이 스며들어와 형성된 부식질(humus)인 썩은 유기물질이 있기 때문에 보통 어두운 색을 띤다. 높은 농업 생산성을 유지하기 위해서는 표토층이 두꺼워야 한다. 표토층으로 인해서 틈이 많은 토양구조를 갖게 되므로 물을 많이 함유하게 되고 공기도 잘 확산이 되기 때문이다. 산소는 식물의 뿌리, 부패 미생물, 땅 속에 사는 다른 모든 생물들의 호흡을 위해서 필수적이다. 표토 아래층에는 하층토(subsoil)라고 불리는 층이 있다. 하층토는 표토층보다는 색깔이 옅으나 무기영양물질이 매우 많이 축적되어 있다.

하층토 아래에 있는 층은 풍화모재(weathered parent material)라고 하는데 이는 바위가 토양으로 전환되는 화학적인 분해반응의 첫번째 단계가 일어나는 장소이다. 풍화모재 아래에 모재(parent material)가 있는 경우가 흔하지만 간혹 다른 지역으로부터 바람, 물혹은 빙하 등에 의하여 운반되어 온 토양이 현재의 위치에 있는 경우도 있다. 모재의 화학적인 성분이 화강암, 석회암 혹은 사암 등 어느 것이냐에 따라 이로부터 유래된 토양의 비옥도가 중요한 영향을 받는다. 토양은 매우 역동적인 과정을 통해서 형성된다. 토양은 (1) 화학반응을 통해서 모재가 분해되고, (2) 위층으로부터(미생물에 의해서) 부식질이 형성되어(동물에 의해서) 운반되고, (3) 물에 녹아 있는 무기물질이 스며들어 오게 된다.

토양 위에 떨어지는 물의 양은 토양의 특성과 생산성에 엄청난 영향을 준다. 습한지역(연중 강우량이 75 ~ 100 cm 이상)에서는 토양 위에 떨어지는 물의 양이 지하수면까지 흘러들어가기에 충분하다. 물이 지하수면까지 흘러들어가면 물이 무기물질을 운반하게 된다. 그러한 토양은 산성화되는 경향이 있으며 비옥도도 떨어지게 된다. 농업 생산성을 높이기 위해서는 보통 사용하는 비료들을 써야하며 (칼슘을 첨가하여 pH를 높여주는), 석회화과정을 거쳐야만 한다. 애팔래치아 산맥의 동부지역에 있는 토양이 이러한 종류에 해당된다.

북아메리카의 평원지대에는 일년강우량이 50cm 이하로 낮기 때문에 빗물이 지하면까지 결코 흘러들어갈 수 없다. 칼슘과 다른 무기물질들이 식물뿌리가 닿을 수 있는 지점 아래로는 운반되지 않기 때문에 결과적으로 항상 식물이 유용할 수 있는 상태로 남게 된다. 이러한 현상의 토양은 pH를 유지하며 일반적으로 비옥도도 높게 유지할 수 있다. 농작물을 수확할 때 손실되는 양의 무기물질을 제외하고 무기물질은 하층토로부터 식물로, 표토층으로 이동했다가 다시 하층토로 돌아가는 순환을 하게 된다. 평야지역의 토양은 자기 스스로 비옥도를 회복할 수 있으므로 이 지역은 “곡창지대”로 불린다.

사막에서는 강우량이 매우 낮기 때문에(연중 25cm 이하) 빗물이 즉시 다른 지역으로 흘러가지 못하고 토양표면에 남아 있다가 주로 증발에 의해서 손실된다. 염류는 토양의 위쪽 부근에 남아 있게 된다. 염류가 축적되어 토양이 염기성으로 되며 염도도 높아 대부분의 농작물은 자랄 수 없다. 이러한 상황은 대분지가 위치한 지역(유타와 네바다주)에서 특히 심한 편인데 산에서 흘러내리는 지표수는―염류가 많이 용해된 상태-바다로 흘러들어가지 못하고 골짜기로 흘러가다가 그곳에서 증발된다.