토양에 이온의 흡착 침출

 

'식물 흡수 순위, 낮은 pH' P>Mo>B>Si>Mg>Ca>S>K>N>Cl>Mn>Fe>Zn>Cu>Ni
'식물 흡수 순위, 높은 pH' Fe>Mn>Zn>Cu>P>B>Ni>Mg>Ca>Si>Mo>S>K>N>Cl
'양분 용해도 손익 순위(높은 pH로 인한)' Cl,K,N,S,Si,B,Mg,Mo,Ca,Ni,Zn,Cu,Mn,Fe,P
'양분 용해도 손익 순위(낮은 pH로 인한)' Cl,K,N,S,Mg,Ca,Si,B,Mo,Zn,Cu,Ni,Mn,Fe,P

 

D5416요약 '토양에 이온의 흡착 침출' 토양 콜로이드(점토 광물, 유기물)는 표면에 음전하. 양이온은 콜로이드 표면에 강하게 흡착. 흡착력의 크기는 양이온의 전하가 클수록, 이온 반지름이 작을수록, 수화 정도가 작을수록 강하다. 토양 pH가 낮아져 H+ 이온의 농도가 높아지면, 흡착된 다른 양이온들이 H+ 이온과 경쟁하여 교환됨으로써 침출이 촉진될 수 있다. 일부 토양 성분(산화철, 산화알루미늄 등)은 pH 조건에 따라 양전하를 띨 수 있어서 음이온을 흡착할 수 있고, 인산 이온(H2​PO4−​, HPO42−​)은 이러한 양전하 표면과 '특이 흡착(specific adsorption)'으로 비교적 강하게 흡착 가능하나 토양 pH 변화, 다른 음이온과의 경쟁, 인산 흡착 포화 등으로 인해 침출될 수 있다.

 

D5416AiSc

양이온 (Cations: Ca2+, Mg2+, K+, NH4+​ 등)
    • 흡착:
        ◦ 대부분의 토양 콜로이드(점토 광물, 유기물)는 표면에 음전하를 띠고 있다. 따라서 양이온은 정전기적 인력에 의해 콜로이드 표면에 강하게 흡착되는 경향이 있다. 
        ◦ 흡착력의 크기는 양이온의 전하가 클수록, 이온 반지름이 작을수록, 수화 정도가 작을수록 강해진다 (리소트로픽 계열 참고). 예를 들어, Ca2+은 K+보다 흡착력이 강하고, K+은 Na+보다 흡착력이 강하다. 
        ◦ **양이온 교환 용량 (CEC, Cation Exchange Capacity)**이 큰 토양일수록 더 많은 양이온을 흡착하여 보유할 수 있다. CEC는 토양의 비옥도를 결정하는 중요한 요인 중 하나다. 
        ◦ 특정 양이온은 콜로이드 표면의 특정 흡착 자리에 선택적으로 흡착되기도 한다. 
    • 침출:
        ◦ 양이온은 토양 콜로이드에 강하게 흡착되므로 음이온에 비해 침출될 가능성이 낮다. 
        ◦ 하지만, 강우나 관개 등으로 인해 다량의 물이 토양을 통과할 때, 흡착된 양이온이 물에 용해되어 이동할 수 있다. 이때, 흡착력이 약한 양이온(Na+, K+ 등)부터 침출될 가능성이 높다. 
        ◦ 토양 pH가 낮아져 H+ 이온의 농도가 높아지면, 흡착된 다른 양이온들이 H+ 이온과 경쟁하여 교환됨으로써 침출이 촉진될 수 있다. 
        ◦ CEC가 낮은 사질토양의 경우, 양이온 흡착 능력이 떨어져 침출 위험이 더 크다. 

음이온 (Anions: NO3−​, SO42−​, Cl−, H2​PO4−​, HPO42−​ 등)
    • 흡착:
        ◦ 대부분의 토양 콜로이드 표면은 음전하를 띠므로, 음이온은 정전기적 척력에 의해 흡착이 잘 되지 않는다. 
        ◦ 하지만, 일부 토양 성분(산화철, 산화알루미늄 등)은 pH 조건에 따라 양전하를 띨 수 있으며, 이때 음이온을 흡착할 수 있다. 특히 인산 이온(H2​PO4−​, HPO42−​)은 이러한 양전하 표면과 **특이 흡착(specific adsorption)**을 통해 비교적 강하게 흡착될 수 있다. 
        ◦ 황산 이온(SO42−​) 역시 산성 토양 조건에서 일부 흡착될 수 있다. 
        ◦ 질산 이온(NO3−​)과 염소 이온(Cl−)은 토양 콜로이드와의 정전기적 척력으로 인해 흡착이 매우 약하거나 거의 되지 않는다. 
    • 침출:
        ◦ 음이온, 특히 질산 이온(NO3−​)과 염소 이온(Cl−)은 토양에 잘 흡착되지 않으므로 물의 이동과 함께 매우 쉽게 침출된다. 이는 질소 비료의 과다 사용 시 질산성 질소가 지하수 오염의 주요 원인이 되는 이유다. 
        ◦ 황산 이온(SO42−​)은 흡착력이 약하여 비교적 쉽게 침출될 수 있다. 
        ◦ 인산 이온(H2​PO4−​, HPO42−​)은 특이 흡착으로 인해 다른 음이온에 비해 침출이 덜 되지만, 토양 pH 변화, 다른 음이온과의 경쟁, 인산 흡착 포화 등으로 인해 침출될 수 있다.