11. 토양내 질소와 인의 거동 및 거동특성

1) 질소의 거동

(1) 질소동화작용(유기화)

(2) 질소광물질화(무기화)

(3) 질산화반응(산화) : 암모늄이온(NH4₄⁺)이 호기적(산화) 조건에서 미생물의 활동으로 질산이온(NO₃-)으로 변하는 작용이며, 질산화반응은 수분보다 온도에 민감하다.

◎ 질소는 토양내에서 주로 유기형태로 저장되며, 토양내에서는 어떤 형태의 질소라도 토양미생물에 의해 아질산성질소(NO₂-)를 거쳐 질산성질소(NO₃-)로 변하려는 경향이 있다.

(4) 탈질반응(환원) : 질산이온이 지중의 혐기적(환원) 조건에서 산소를 잃어버리고 산화질소 또는 질소기체의 형태로 토양으로부터 빠져나가는 현상이며, 일반적으로 PH 7~8 에서 활발하다.

◎ 질산성질소에서 환원된 질소(NO₂- ,NO ,NO₂ ,N₂O 등)는 환원성조건과 에너지원을 필요로 하는 무산소(혐기성)상태의 탈질과정에서 생성되는 중간산물로서 단기간으로 존재한다.

(5) 질소고정 : 공기 중에 존재하는 분자상태의 질소를 이용하여 질소화합물을 만드는 반응이다.

2) 토양내 질소의 거동특성


(1) 토양내 질소성분은 유기질소가 90% 이상을 차지한다.

(2) 토양중의 질산이온은 토양에 잘 흡착되지 않고 이동성이 큰 음이온으로 빠른 속도로 침출하여 지하수의 오염원이 된다. 질산성질소의 침출은 토양에서 질소누출의 가장 큰 부분을 차지한다.

◎ 질산성질소가 지하수에 도달하는데 미치는 영향요인

• C/N 비

C/N 비가 20 이상이면 풍부한 탄소원으로 미생물이 성장한다 → 미생물 생체내로 질소 유입(부동화작용) → 질소는 단기간 동안 유출되지 않는다.

• 지형, 토양형태

- 모래, 자갈, 카르스트지형(산화환경)
   ↳ 통기량이 많고 배수 양호하다. → 질산염으로의 전환이 잘 되어 침출량이 많다.

- 점토층(환원환경)

✎ 배수 불량, 저 산소농도로 침출량은 적으나 탈질되어 질소가스가 대기로 방출한다.

✎ 탈질(N₂)과 휘발(NH₃)은 질소가 토양에서 대기로 배출되는 유일한 길이다.

• 지하수면의 깊이 : 지하수면이 낮아지면 질산염에 의한 오염을 더 많이 받는다.

• 식물의 형태 : 봄철에 수확이 끝난 토양에서 많은 양의 질산염이 지하수로 유출된다.

• 기후변동
강우량 〉증발산 + 수분함량 → 침출이 많이 발생


3) 인의 거동

(1) 인의 광물질화

(2) 인의 용출
고체상의 인 ( 알루미늄 + 칼슘염 ) ↔ 액체상의 인 ( H₂PO₄- 등 )

(3) 동화작용
무기인산염 --------→ 유기인화합물 (세포)
                      미생물


4) 토양내 인의 거동특성

(1) 토양내 인은 33 % ~ 90 % 가 무기물 형태로 존재한다.

(2) 인은 형태변화에 따라 큰 에너지 변화가 없으며, 타 원소와 결합도 잘 하지 않는다.

(3) 인은 다른 원소(C, N, S 등)에 비해 난용성이며,
질소와 달리 점토에 대하여 강한 흡착성이 있어 토양 하부 깊이 존재하지 않는다.

(4) 인은 토양내의 식물 - 미생물에 의하여 순환하며, 대기권으로의 휘산이 일어나지 않는다.

(5) 인은 대부분 지표수를 따라 유출된다.
         ↳ 지표수로의 유출은 강우가 토양에 침투되는 양 이상일 때 발생한다.

(6) 인은 PH＜ 4 에서 Fe 에 의해 고정되고, 5＜ PH＜ 6 에서 Al 에 의해 고정되며, 7＜ PH 에서 Ca 에 의해 고정되는데, 6.5＜ PH＜ 7 일때 유효도가 높다.

(7) 유기인과 무기인은 모두 고형물 형태에서 물에 용해성 형태로 전환될 수 있으며, 반대의 과정도 발생한다. ⇢ 식물은 용해성 인만 섭취할 수 있으며, 유기인도 토양박테리아와 식물에 의해 고정화가 될 수 있다.