흙의 양분수지

자연생태계에서 숲이 우거져 울창한 삼림을 이루고 한편에는 빈약한 초목식생의 관목지대로 천이되는 현상을 흙의 모재 (岩石)에서 살펴볼 수 있다. 2,500여종의 암석광물이 흙의 골격을 구성하고 이들이 용출한 100여종이상의 성분(元素)이 생물의 먹이(養分)로 생태계의 번성과 쇠락의 열쇠를 쥐고 있다. 식물의 영양생리적인 기능상 기작이 밝혀진 16종을 필원수원소로 지정하고 많은 양(10kg/ha이상)으로 흡수하는 탄소, 산소, 수소, 질소, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 인과 황 등의 다량원소 9종과 염소, 철, 구리, 망간, 아연, 붕소, 몰리브덴 등의 적은 양으로 흡수하는 미량원소 7종이 투입된 흙의 양분 풀(pool,貯藏庫)에서 식물이 필요한 양만큼 필수성분을 흡수하여 생장하게 되므로 숲은 늘 푸르러 있게 마련이다. 주요 암석(母岩)은 규산4면체와 알루미늄8면에서 출발한 규산염광물로 풍화와 생성과정을 밟아 완성된 흙은 광물에 포함됐던 규소와 알루미늄성분이 필수원소와 함께 흙 용액으로 흘러나와 양분의 천연적인 투입과 식물에 의한 흡수제거로 양분수지가 흙에서 간단없이 이루어지고 있다. 필수원소의 핵심인 질소(N2)는 대기가스의 78%를 점유하고 산소(O2)와 결합하여 산화질소(NO)로 공중에 떠돌다가 흙에서 대기권으로 유입된 질소화합물(NH3,N2,N2O)과 함께 빗물이나 안개(煙霧, aerosol)상태로 지상에 낙하하여 양분으로 투입(5kg/ha)되고 식물 잎에 가스(N2O)로 흡착하거나 미생물이 생물학적인 고정으로 대기중의 질소(N2)를 회수하는데 이는 오늘날 질소비료합성원리이다. 생물유체(遺體)의 유기태질소는 무기화되면서 질소양분(NH4, NH3)으로 식물이 이용하고 일부는 흙에 흡착하거나 질산태(NO3)로 유실되어 지하수를 오염시키고 휘산과 탈질작용으로 대기가스로 환원하는 질소가스의 순환과정이다. 질소는 필수원소 중에 유일하게 암석광물성분으로 존재하지 않는 원소이다. 유기물에서 출발한 질산염광물(soda niter, NaNO3; niter, KNO3)은 새똥(guano)으로 대표하는 구아노로 남미의 안데스산맥의 잉카부족이 1500여 년간 흙을 개량한 조류배설물이며 건조기후에서 용탈된 암모니아(NH3)가 소듐과 칼륨 등의 이온화합물(鹽)의 결정으로 남아 유기질 성분으로 질소(8~16%), 인(8~12%)과 칼륨(2~3%) 등 3대 필수원소가 고루 풍부하게 함유되어 지금에도 유기농업자재로 지구도처에서 널리 활용하고 있다. 뿌리에서 흡수한 필수양분과 물, 잎을 통한 탄산가스와 광 에너지가 결합하여 탄수화물(澱粉)을 합성(炭素同化作用)하고 이로부터 식물생장에 중요한 질소화합물인 아미노산, 단백질 및 효소가 생성되어 세포분열 및 증식과 체내의 복잡한 대사조절에 관여한다. 질소가 결핍되면 엽록체의 발육부진으로 생육이 저조하여 외관상 왜소하며 잎은 작고 황백화되어 성숙하기 전에 괴사하여 낙엽이 된다. 줄기는 가늘고 길지 않고 분지가 억제되며 가는 뿌리(細根)는 양이 적어 자람(伸長)이 불량하며 영양생장기가 짧아 조기노화하게 된다. 자연에서 필수양분의 유입과 유출은 질소성분의 보기(例)에서와 같이 조화롭게 균형이 이루어진 건강한 흙에서는 울창한 삼림이 조성되고 암석광물에 따라 필수원소의 불균형이 식생의 차이를 불러온다. 작물재배에서는 부족한 성분은 최소양분율법칙에 따라 흙의 검정을 통해 부족성분을 시비로 흙의 양분수지를 맞춘다.