개념 한 쪽
토양의 산도는 pH 값으로 나타내며 식물의 생육과 양분 가용성에 큰 영향을 준다는 점을 이해해야 한다. 작물마다 선호하는 토양 pH 범위가 달라 적정 범위를 벗어나면 생육 저해나 중금속 독성 문제가 발생한다는 점을 숙지해야 한다. 산성화가 진행되면 일부 양이온은 용탈되고 일부 원소는 용출 증가로 가용성이 바뀐다는 사실을 기억해야 한다.
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출제기준 단원 「토양반응과 산성토양」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 미생물 분류(자급 영양) | 1 | 자급 영양 세균의 예를 고르는 능력을 묻는다 |
| 연작 기지 원인 판별 | 1 | 연작으로 발생하는 토양 장애의 원인 여부를 판별하는 능력을 묻는다 |
| 내염성 작물 판정 | 1 | 염분 스트레스에 대한 작물의 적응성을 판정하는 능력을 묻는다 |
pH는 토양용액 중 수소이온[H+] 농도의 음의 상용로그(-log[H+])로 정의되며, 수소이온 농도가 0.001M이면 pH는 3이 된다는 계산 원리를 적용해야 한다. 지수 표기법을 이용해 10의 거듭제곱으로 바꾼 뒤 로그를 취하면 pH 값을 구할 수 있다는 점을 확인해야 한다.
작물은 각자 자라기에 적합한 토양 산도 범위를 지니며, 예컨대 시금치는 중성에서 약알칼리성 범위를 선호하므로 강산성(pH 4.5~5.0)에서는 생육이 불량하다는 사실을 유의해야 한다. 반면 호밀과 땅콩은 상대적으로 내산성이 있어 약산성에서도 재배가 가능하고, 토란은 습윤한 산성 환경을 선호하는 경향이 있다는 사실을 기억해야 한다.
토양의 강산성화(pH ≤ 5)가 진행되면 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 칼륨(K) 같은 양이온이 용탈되어 가용도가 감소하고, 인산(P)은 철이나 알루미늄과 결합해 불용성으로 고정되어 가용도가 낮아진다는 점을 이해해야 한다. 반대로 알루미늄(Al)과 망간(Mn) 같은 원소는 산성화로 용출이 증가하여 토양 내 가용도가 높아지고 식물 독성 문제를 일으킬 수 있다는 점을 경계해야 한다.
논과 같이 통기성이 낮아 물이 고이는 환경에서는 무산소 상태로 인해 미생물 분해 과정에서 황화수소(H2S)가 발생할 수 있으며, 이 독성 기체는 벼의 근부를 손상시킨다. 이를 완화하려면 토양 내 철(Fe)이 충분히 있어야 철이 산화되어 황화수소와 결합해 불용성 황화철(FeS)을 생성함으로써 독성을 제거하는 화학적 반응이 일어난다는 원리를 이해해야 한다.
토양 유형별 특성도 함께 이해해야 한다. 예를 들어 부식토는 유기물이 풍부하여 식물 생육에 유리하지만 유기산 생성으로 산성을 띠는 경향이 있으므로 산성화와 관련된 영향을 함께 고려해야 한다.
pH 계산 문제는 수소이온 농도를 10의 거듭제곱 형태로 바꿔 로그를 취하면 빠르게 풀 수 있다는 점을 보여준다. 예를 들어 [H+]가 0.001M이면 0.001 = 10⁻³이므로 pH = -log(10⁻³) = 3이 된다는 절차를 따른다.
작물 적응성 관련 문제에서는 작물별 선호 pH 범위를 기준으로 소거법을 적용해야 한다. 예컨대 pH 4.5~5.0의 강산성 조건에서는 시금치가 가장 생육 불량하므로 시금치를 정답으로 고르는 것이 합리적이다. 반대로 호밀·땅콩·토란 등은 약산성이나 산성 환경에서도 비교적 적응력이 있으므로 오답으로 소거한다.
토양 화학의 문제에서는 산성화가 가용성에 미치는 상반된 영향을 구분해야 한다. 산성이 강해지면 Ca, Mg, K는 용탈되어 가용도가 감소하고 P는 고정되어 이용성이 떨어지는 반면 Al과 Mn은 용출이 증가해 가용도가 높아진다는 대조를 활용해 정답을 판정해야 한다.
논의 황화수소 문제는 화학적 대응 원리를 묻는 문제이므로 철이 산화되어 황화수소를 불용성 황화철로 침전시키는 반응을 연결해서 답을 선택해야 한다.
다음 토양미생물 중 자급 영양 세균은?
정답 ③ · 자급 영양 세균은 무기물을 산화하여 에너지를 얻는 세균을 말합니다. 주어진 보기 중 Nitrobacter(질산화 세균)는 아질산을 질산으로 산화시키면서 에너지를 얻는 화학 합성 무기 영양 세균에 해당합니다.
자급 영양 세균은 무기물 산화를 통해 에너지를 얻는 세균으로, 아질산을 질산으로 산화시키는 Nitrobacter가 해당됩니다.
연작에 의해서 나타나는 기지(忌地)현상의 원인이 아닌 것은?
정답 ② · 문항은 연작으로 발생하는 피지(忌地)현상의 원인이 아닌 것을 묻고 있다. 연작피해는 토양 양분의 소모, 염류의 축적(증가), 병해충·선충의 번성, 잡초 증가 등으로 발생하므로 염류의 감소는 오히려 개선 방향이어서 원인이 될 수 없다.
연작 기지현상은 토양 양분 고갈, 염류 축적, 병해충 증가로 발생하므로 염류 감소는 원인이 될 수 없다.
다음 중 내염성 작물로 분류되는 것은?
정답 ③ · 문제는 염분 스트레스에 대한 내성이 큰 작물을 묻고 있다. 고구마는 염분이 높은 토양에서도 비교적 잘 자라는 내염성 작물로 분류되며, 감자와 완두는 염분에 민감하고 목화도 상대적으로 내염성이 높지 않은 편이다.
내염성 작물은 염분 스트레스에 강한 작물로, 고구마가 대표적이며 감자·완두·목화는 내염성이 약하다.
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