CEC(Cation Exchange Capacity, 양이온 치환 용량)

 

 

'CEC(Cation Exchange Capacity, 양이온 치환 용량) https://infos.tistory.com/7085' '보비력'과 동일. CEC가 높을수록 비료를 많이 주어도 양분이 물에 씻겨 내려가는 용탈이나 과비 현상이 적게 나타난다 . 유기물은 토양 구성 성분 중 CEC가 가장 높다. 점토 입자(특히 몬모릴로나이트와 같은 팽창형 점토)는 표면적이 넓고 음전하가 많아 CEC를 크게 높으나, 가용성(Available Nutrient)은 다른 점토에 비해 낮아지거나 조절될 수 있다. pH가 높아지면 토양 교질(Colloids)의 작용기에서 수소 이온(H^+)이 해리되어 음전하가 증가하므로 CEC도 함께 증가한다.

 

CEC의 정의 및 의미

 

구분	내용
정의	토양이 양전하를 띠는 영양소 이온(양이온)을 흡착하고 저장할 수 있는 총 능력.
원리	토양의 주된 구성 성분인 점토와 부식(유기물) 입자는 표면에 음전하(−)를 띠고 있어, 양전하(+)를 띠는 영양소(K+,Ca2+,Mg2+,NH4+​ 등)를 전기적 인력으로 끌어당겨 저장합니다.
보비력	CEC는 곧 토양의 '보비력(保肥力, 비료를 보유하는 힘)'과 일치하며, CEC가 높을수록 비료를 많이 주어도 양분이 물에 씻겨 내려가는 용탈이나 과비(過肥) 현상이 적게 나타난다 .
단위	토양 100g당 '밀리당량(meq100g)' 또는 토양 kg당 '하전 센티몰(cmol_c/kg, SI 단위)로 나타낸다.
적정 기준	밭토양의 적정 CEC는 일반적으로 15meq/100g 이상이다.

 

CEC향상

유기물은 토양 구성 성분 중 CEC가 가장 높다.

점토 입자(특히 몬모릴로나이트와 같은 팽창형 점토)는 표면적이 넓고 음전하가 많아 CEC를 크게 높인다. 가용성(Available Nutrient)은 다른 점토에 비해 낮아지거나 조절될 수 있다.

pH가 높아지면 토양 교질(Colloids)의 작용기에서 수소 이온(H^+)이 해리되어 음전하가 증가하므로 CEC도 함께 증가한다.

 

CEC에 영향을 미치는 주요 요인

CEC의 크기는 토양이 가진 음전하의 총량에 의해 결정된다.

 

영향 요인	설명	영향
유기물 (부식)	유기물은 토양 구성 요소 중 단위 무게당 CEC가 가장 높다.	유기물 함량이 높을수록 CEC가 크게 증가한다.
점토 함량	점토는 입자 크기가 작아 표면적이 매우 넓다.	점토 함량이 높을수록 CEC가 증가한다. (모래 토양은 낮음)
점토광물의 종류	점토의 종류에 따라 CEC가 크게 다르다.	Montmorillonite, Vermiculite 계열이 Kaolinite 계열보다 CEC가 훨씬 높다.
토양 pH	pH는 토양 입자의 음전하가 노출되는 정도에 영향을 준다.	pH가 높아지면 (알칼리성), 토양 입자 표면의 OH-기 등에서 수소 이온(H+)이 해리되어 음전하가 증가하므로 CEC도 증가한다.

 

 

CEC와 염기 포화도

CEC에 흡착된 양이온 중 염기성 양이온(Ca2+,Mg2+,K+ 등)이 차지하는 비율을 '염기 포화도(Base Saturation Percentage, BSP)'라고 한다.
염기 포화도(BSP)
BSP(%)=치환성 염기 양이온의 총량/CEC×100
이상적인 염기 균형: 작물 생육에 가장 이상적인 밭토양의 BSP는 보통 60%∼80% 수준이다.
pH6.5 내외에서 Ca:Mg:K의 이상적인 비율은 60:15:5 정도다.
토양 산성화 지표: BSP가 낮아지면 양이온 흡착 자리에 H+이나 Al3+등의 산성 이온이 대신 흡착되어 토양이 산성화되었음을 나타내는 중요한 지표가 된다.

 

CEC 측정 방법 (일반적인 방법)

CEC는 토양 시료에 특정 양이온을 포화시킨 후, 다른 용액으로 이 양이온을 추출하여 정량하는 방식으로 측정한다.
Ammonium Acetate (암모늄 아세테이트)법:
토양 시료를 pH7.0의 1MNH4OAc 용액으로 처리하여 토양의 모든 음전하 자리에 NH4+이온을 포화시킨다.
과잉의 NH4+이온을 알코올 등으로 세척하여 제거한다.
산성화된 염 용액 (NaCl 등)을 사용하여 흡착된 NH4+이온을 모두 치환 추출한다.
추출된 NH4+의 양을 질소 자동 분석기 등으로 정량하여 CEC를 계산한다.
다른 방법: 메틸렌 블루 지시약을 이용한 간이 측정법, Cu2+ (구리) 흡착을 이용한 분광광도법 등도 사용된다.

 

식물의 양분 흡수 방식

Ec와 토양 토질

'식물의 양분 흡수 방식(EC, CEC)' MassFlow는 식물이 증산작용을 위해 물을 흡수할 때, 물에 녹아 있는 양분 이온들이 물의 흐름을 따라 뿌리 표면으로 함께 이동하여 흡수된다. EC측정되고 쉽고 빠르게 양분을 흡수하는 방법. CationExchange는  에너지를 사용하며, MassFlow보다 느리다. 주로 CEC에 흡착된 양분으로 양이온(K+,Ca2+ 등)을 흡수하기 위해, 식물 뿌리는 '수소 이온(H+)'을 분비하고, 이 이온이 토양에 양이온을 밀어내고(교환), 밀려나온 양이온을 흡수한다.

 

양분의 우선 순위

'CEC양분우선순위 https://infos.tistory.com/7171': 일반적인 양이온 흡착의 우선순위: Al^3+ > H^+ > Ca^2+ > Mg^2+ > K^+ =~ NH_4+ > Na^+; 토양의 '산성도(pH)'에 따라 H^+은 +2가 양이온들보다 더 강하게 흡착되는 경향을 보인다. 토양이 산성일수록 H^+와 Al^3+의 비율이 높아진다.