토양 생성작용 Soil Formation in Action

반암(bedrock)의 침식에 의한 표토의 축적이나 바람, 물, 빙하 등에 의하여 토양모재(parent materials)들이 침적되는 것은 토양단면의 발달과 동시에 일어난다. 모재로부터 토양이 생성되는 동안 표토는 심한 변화를 여러 번 받는다.

토양생성의 4단계 Four Broad Processes of Soil Genesis

토양생성은 일련의 큰 변화에 의해 진행되는데, 다음에 4단계로 구분될 수 있다.

(1) 변형(Transformations), 무기물의 풍화와 유기물 분해에 의해 토양성분들은 변화되거나 파괴되며 어떤 것들은 합성된다.

(2) 전위(Trasnlocations), 무기물이나 유기물이 한 장소(단면)에서 다른 장소(단면)로 이동하며, 이러한 이동은 주로 물에 의해 일어나며, 가끔은 토양미생물에 의해 일어나기도 한다.

(3) 첨가(Additions), 식물로부터 유입된 유기물, 대기로부터 유입된 먼지나 지하수에서 올라온 무기염 같은 외부로부터 유입된 물질들이 토양단면에 첨가된다.

(4) 용탈(Losses), 지하수로 용탈되거나 표토의 침식이나 다른 형태의 손실 등으로 토양단면에서 물질이 손실된다. 종종 변형과 전위는 특정 단면에 물질들은 축적하게 한다. 앞서 언급한 여러 환경의 영향력 하에서 발생되는 이러한 토양생성의 과정은 특정한 토양과 지형 및 식생과의 상호관계를 이해하는 데 도움을 준다.

주어진 장소에서 이러한 상호관계를 분석할 때 다음의 질문을 한다. 어떠한 모재들이 이 토양에 첨가되었나 어떠한 모재들이 이동되었나 그리고 이 장소에서 기후, 유기물, 지형 및 모재들이 얼마 동안 토양생성에 작용했나

간단한 예 A Simplified Example

상대적으로 균일한 모재를 가진 두꺼운 층에서부터 토양이 발달하면서 변화가 일어난다고 생각해 보자. 특정 모재가 있는 곳에서 식물이 생장하려면 물리적인 풍화와 용탈작용을 받아 토양이 생성된 후라야 가능한데도 불구하고 식물이 자라고 그들의 낙엽과 뿌리 잔사물을 표층에 침적시킬 때 비로소 토양생성은 시작된다.

식물 잔사물들은 흩어지고 일부는 부식이나 다른 유기물을 합성하는 토양미생물에 의해 분해된다. 부식의 축적은 물과 영양분의 이용성을 증가시켜서 식물생장과 계속적인 부식의 축적에 촉진한다. 지렁이, 개미, 흰개미 등의 작은 동물들은 토양에 축적된 유기물을 섭취하며 토양을 파헤침으로써 식물의 잔사와 무기물울 서로 혼합하는 역할을 한다.

A층 발달(A-Horizon Development). 토양 표면에서 유기물과 무기물이 혼합되면 최초의 토양단면이 발달되는데, 이를 A층이라 한다. 어두운 색을 띠며, 이화학적 성질은 원래의 모재와는 다르다. 이 층의 개별적 토양입자들은 유기물의 영향으로 인해 작은 입단형태로 뭉쳐지게 되는데, 이것은 아래 단면과 구별되며, 원래의 토양모재와도 다른 모습이다. 경사지에서는 침식으로 인하여 새롭게 형성되는 단면에서 모재들이 제거되거나 단면형성이 다소 느려진다.

용탈(Leaching). 분해되는 유기물로부터 생성된 유기산은 토양으로 침투되는 물에 의해 이동되어 풍화작용을 촉진시킨다. 산성을 띠게 되는 토양수에 의해 여러 물질들이 용해되어 토양의 위 단면으로부터 아래 단면으로 이동(용탈)되어 침전된다. 결과적으로 물질이 용탈된 층과 집적된 층을 만들게 된다. 용해된 물질은 유기물이나 무기물에서 용해된 Ca2+ 같은 양이온과 CO3-나 SO42- 같은 음이온을 포함한다. 반건조나 건조지방에서는 이러한 이온들이 물이 침투되는 최대 깊이까지 침전되어 방해석(CaCO3)이나 석고(CaSO4·2H2O)가 풍부한 단면이 형성된다.

강우가 충분한 곳에서는 용해된 물질들이 배수가 진행되는 동안 토양단면으로부터 완전히 없어지게 된다. 풍화물의 소실은 풍화작용이 더욱 진행되게 하여 단면의 산성화가 증가하고 Ca2+, Mg2+ 및 K+이 부족하게 된다. 반면에 심근성 식물은 이러한 수용성 물질들을 흡수하여 토양 표면에 다시 그들을 제공한다. 따라서 풍화작용과 단면형성 과정을 다소 늦춘다.

무기물 풍화(Mineral Weathering). 생화학적 작용은 주요 무기물의 풍화작용을 촉진시키며여러 종류의 규산염 점토를 생성하게 한다. 무기물이 분해되면 그 분해물들은 여러 형태의 규산염 점토와 철과 알루미늄의 수산화물을 포함한 다른 종류의 무기물과 혼합된다.

이렇게 새롭게 형성된 점토광물은 형성된 곳에 집적되기도 하거나, 토양 아래로 이동하여 아래 단면에 집적되기도 한다. 모재들이 한 단면에서 용탈되면 다른 단면에서는 집적되는데, 이런 진행이 계속되어 단면간의 특징이 나타나게 되어 결국 토양단면이 발달하게 된다. 점토가 집적되는 곳에서는 점토덩어리들이 건조되거나 깨질 때 암석모양이나 각주모양의 토양 구조가 발달하게 된다. 토양이 성숙되면서 같은 토양단면이라 할지라도 다양한 특성을 가진 층이 발달한다.

자연에서의 토양 생성 Soil Genesis in Nature

토양단면에서 발견되는 모든 단면들이 토양 생성작용에 의해 만들어진 단면은 아니다. 토양모재들은 토양생성이 시작되기 전에 이미 단면적 특성을 가지고 있다. 예를 들어, 빙하 퇴적물이나 수중 퇴적물은 여러 번의 침전으로 생성된 미세하고 거친 입자로 이루어진 다양한 층으로 이루어진다. 결과적으로 토양단면의 특징은 토양생성과정에서 발생된 특징뿐만 아니라 토양 모재에서 유래한 특징도 있다는 것을 이해해야 한다. 게다가 토양단면은 끊임없이 생성되고 변화한다는 것을 인식해야 한다. 결과적으로 자연에서는 단면이 잘 발달된 곳이 있는가 하면 어떤 곳은 이제 막 시작하는 곳도 있다.

토양 단면 The Soil Profile

특정 장소에서 지구 표면은 5가지 토양생성요인의 영향을 장소에 따라 다른 조합의 영향을 받으므로 각기 다른 장소에는 다른 형태의 단면이 형성된다. 따라서 우리가 토양이라고 부르는 자연체가 서서히 형성된다. 각 토양은 이러한 단면에 의해 특징을 나타내게 된다. 이러한 토양의 수직적 일련의 형태를 토양단면(soil profile)이라고 부른다. 이제부터 토양단면을 형성하는 주요한 토양층과 그들을 일컫는 주요 기호에 대해 알아본다.

주요 토양단면과 세부 층 The Master Horizons and Layers

주요 토양 단면은 5개가 있고 이는 대문자 O, A, E, B 와 C로 표기한다.(그림 2) 세부 층은 주요 단면 내에 형성되고, 이들은 대문자 옆에 소문자로 표시한다(Bt, Ap, Oi 등).

O층(O Horizons). O층은 주로 유기물층으로, 무기물토양의 위에 존재한다. 이층은 죽은 식물이나 동물의 잔사물로부터 유래한다.

일반적으로 초원지역에서는 존재하지 않는 O층은 보통 삼림지에 존재하며, forest floor(삼림토양)이라고 불린다. 세 개의 세부 층이 존재한다.

Oi층은 fibric materals들이 존재하는 층으로, 분해가 거의 일어나지 않아 식물이나 동물의 형태를 식별할 수 있다. (Oi층은 일부 삼림에서는 litter나 L 층으로 불린다.)

Oe층은 hemic materials로 이루어진 층으로, 작게 쪼개진 잔사물들이 일부 분해를 받았으나 섬유질들이 여전히 많이 존재하고 있다. (이 층은 일부 삼림에서는 fermentation 나 F층으로 불린다.)

Oa층은 sapric mareials로 이루어진 층으로, 분해를 많이 받아 형체를 알아볼 수 없고 섬유질을 함유하지 않은 부드럽고 무정형의 물질들이 존재한다.(일부 삼림에서는 humidified나 H층으로 불린다.)

A층(A Horizons).

A층으로 표시되는 무기질 토양의 최상층은 일반적으로 분해를 충분히 많은 유기물을 함유하여 아래층에 비해 어두운 토양색을 나타낸다.

A층은 조직이 거칠고, 아래층으로의 전위나 침식에 의해 미세한 물질들이 손실되어 있다.

E층(E Horizons). 이 층은 점토, 철 및 알루미늄 산화물의 용탈이 최대로 일어나는 층으로, 모래나 미사를 이루는 석영 같은 저항성 광물이 집적된다.

E층은 보통 A층 바로 밑에 위치하며 일반적으로 A층에 비하여 색이 연하다. 이러한 E층은 삼림에서 발달한 토양에서 볼 수 있으며, 초원토양에서는 거의 발달되지 않는다.

B층(B Horizons). B층은 O, A 또는 E층 밑에 존재하며, 토양생성과정 중에 상당한 변화를 겪기 때문에 모재가 가지고 있던 성질은 존재하지 않는다. 대부분의 경우 B층은 물질들이 집적하는데, 일반적으로 위층에서 용탈된 물질들이 집적된다. 습한 지역에서 B층은 철, 알루미늄 산화물(Bo 또는 Bs 층)과 규산염 점토(Bt 층)같은 물질들이 최대로 집적되는 층이다. 집적되는 물질 중 일부는 위층에서 용탈된 물질이며, 일부는 여기서 만들어진 것이다. 건조나 반건조 지역에서, 탄화칼슘 또는 황산칼슘은 B층에 집적된다(각각 Bk 와 By 층).

B층은 때로는 심토라고 부적절하게 사용되어지는데, 이는 정확도가 떨어지는 말이다. A층이 얇은 토양에서는 B층의 일부가 경운 층에 포함된다. 따라서 표토가 된다. A층이 두꺼운 다른 토양에서는 경운 층이나 표토가 A층의 윗부분만을 포함하므로 심토는 B층과 함께 A층의 아래 부분을 포함한다. 이러한 것은 토양 단면을 표현하는데 있어서 토양학자들에 의해 사용되어지는 학문적(기술적) 단어와 일반적(일상 회화에서 사용되는) 단어를 차별화하는 것이 필요함을 말해 준다.

C층(C Horizons). C층은 solumn(A층과 B층을 함께 일컫는 말) 밑에 존재하는 층이다. 이 층은 solumn을 형성한 모재와 같을 수도 있고 같지 않을 수도 있다. C층은 생물학적 활동이 일어나는 층의 밑에 존재하므로 토양생성과정에서 B층과 같은 질적인 변화를 겪지 않는다. C층의 물질들은 삽으로 팔 수 있을 만큼 부드럽기도 하고 모암이나 지형적 침전물의 구조적 특징을 보유하기도 한다. 이 층의 윗부분은 풍화작용과 침식이 계속 발생하는 solumn의 일부가 되기도 한다.

R층(R layers). 이 층은 풍화의 흔적이 전혀 없는 암석으로 이루어진다.

주요 단면 내의 세부층 Sundivisions within Master Horizons

대부분 특징적인 세부 층위는 주요 단면 내에 존재하며, 단면을 나타내는 문자 뒤에 숫자를 써서 나타낸다. 예를 들면, 구조와 색이 다른 조합이 B층에서 발견된다면 그 단면은 B1-B2-B3로 나타낸다. 두 개의 다른 지질학적 모재(예를 들면, 빙력토 위의 뢰스)가 토양단면 내에 존재한다면 모재의 두 번째 층에서 발달된 층을 나타내는 주요 단면 기호 앞에 숫자 2를 쓴다. 예를 들면, 빙력토 지역에서 위에는 뢰스가 발달하는 동안 C층이 발달한다면, O-A-B-2C라고 표시한다.

단면 전위 Transition Horizons

주요 단면(O, A, E, B 및 C) 사이의 단면 전위는 한 단면의 특징에 의해 지배받을 수도 있고, 다른 주요 특성을 가지기도 한다. 전위된 단면을 표시할 때는 적절한 두 개의 대문자를 사용한다(AE, EB, BE 및 BC). 하위 단면 앞에 주요 단면을 쓴다. E/B 같은 문자 조합은 B층의 특성을 일부 가지고 있지만 주요한 단면적 특성이 B층의 특성일 때 나타낸다.

세부 층위의 특성 Subordinate Distinctions

대문자는 주요 단면의 특성을 매우 일반적으로 표시하는 것이기 때문에 특별한 단면의 특성을 나타내기 위해서는 주요 단면을 표시하는 문자 다음에 소문자로 나타낸다. 예를 들면, O층의 세가지 세부 층위는 [그림 2]에서 보는 것처럼 Oi, Oe 및 Oa 로 나타낸다. 다른 세부 층위의 특성은 특별한 물리적 특성과 점토와 염류같은 특별한 입자의 축적을 포함한다. 특별한 층위를 나타내는 문자와 그 의미는 [그림 3]에 나타나있다. 이 그림를 유의해서 살펴보고 단면 표시가 어떠한 토양의 특성을 나타내는지 연구해 보자. 실례로서, Bt 층은 점토가 집적된 B층이다. 또한 Bk층은 탄산염(k)이 집적되었다. 우리는 이미 O층의 세부층을 구별하기 위해 i, a 와 e 라는 접미사를 사용하였다.

특정 단면 Horizons in a Given Profile

어떤 토양의 단면은 [그림 2]에서 볼 수 있는 일반적인 토양 단면을 보여 주지는 않는다. 배수가 잘 되는 토양에서 가장 흔히 볼 수 있는 층위는 Oi와 Oe(또는 Oa) (삼림토양이라면), 그리고 A 또는 E층(또는 둘다, 주변 환경에 따라), 그리고 Bt 또는 Bw, 그리고 C층이다. 토양생성 조건에 따라 특정 층위의 존재유무와 층위의 명확성이 결정될 것이다.

미경작지 토양이 처음으로 경운되어 경작된다면 표층 15에서 20cm가 경작층, 즉 Ap층이 된다. 물론 경작을 하게 되면 이 토양단면의 위 부분은 경작하지 않았을 때의 상태와 다르게 될 것이다. 그리고 Ap층이 다소 동질화되어 간다. 어떤 토양에서는 A와 E층이 경작층에 비해 더 깊은 곳에 존재한다. 또 다른 경우에는 위층이 매우 얇은 곳에서는 경작층이 B층의 윗부분이나 심한 경우에는 아래 부분에 이르기도 한다.

어떤 경작지 토양에서는 심한 침식에 의해 불완전한 단면(truncated profile)이 형성된다. 표토층이 매년 씻겨 내려가면서 대부분의 경우 경작층이 대부분 B층이 되며, C층은 이와 동시에 표면에 가깝게 된다. 주변의 침식을 받지 않은 토양과 비교해 보면 침식이 얼마나 일어났었는지 알 수 있다.

결론 Conclusion

토양의 모재는 전세계적으로 매우 다양하게 존재하며 바로 몇 미터만 떨어져 있어도 다르다. 따라서 모재의 기원, 풍화작용 기작이나 이동과 집적의 수단 등의 모재에 대한 지식은 토양생성을 이해하는 데 있어서 필수적인 것이다.

토양생성은 오랜 시간 토양모재에 작용하는 생물체와 기후에 의해 촉진되며, 지형적 영향에 의해 영향받는다. 이러한 다섯 가지 토양 생성요인은 토양의 종류를 결정한다. 이러한 모든 요인이 다른 두 장소에 동시에 작용한다면 생성되는 토양도 같을 것이다.

모재에 존재하지 않았던 층위나 단면이 나타나기 시작할 때 토양생성은 시작된다. 위층에 유기물이 집적되고, 가용성 이온이 아래로 이동하며, 점토의 합성과 아래로의 이동이 일어나고, 토양의 위와 아래층에서 토양 입자들이 뭉쳐(토양 구조, 토양입단)지면 토양생성이 진행 중이라는 신호이다.

토양 생성의 네 개의 다른 과정(물질 유입 gain, 물질 용탈 osses, 변형 transformation, and 물질 이동 translocations)과 토양생성에 영향을 주는 다섯 개의 요인들을 통해 특정 장소에서 생성되어지는 토양의 특성과 종류를 알 수 있다. 토양단면의 특성에 대한 연구를 통해 그 장소의 기후, 생물상 및 지형적 특성을 알 수 있다. 토양 단면의 특성에 따라 토양분류를 실시한다.

■ 번역을 도와 주신 분 : 옥현충님 (서울대 대학원 박사과정, 약초학 전공))

운영자, 다른기사보기기사등록일시 : 2003.07.14 05:47

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