21년 1회차

제시된 특성의 토양생성작용은 석회화작용이다.

건조·반건조 기후에서는 용해도가 큰 염화물·황산염은 씻겨 내려가지만, 용해도가 낮은 탄산칼슘·탄산마그네슘은 하층에 집적된다.

• 염류화작용은 증발량이 많아 가용성 염류(염화물·황산염)가 오히려 표층에 집적되는 작용이다.
• 포드졸화작용은 냉온습윤 기후의 산성 조건에서 철·알루미늄이 용탈되어 하층에 집적되는 작용이다.
• 회색화작용은 과습한 환원 조건에서 철이 환원되어 청회색 토층이 생기는 작용이다.

기본토층은 C층→A층→B층 순서로 형성된다.

모재가 풍화된 C층이 먼저 생기고, 그 표면에 유기물이 쌓이며 A층이 발달한 뒤, A층에서 용탈된 점토·철·알루미늄 등이 아래에 집적되어 B층이 분화한다.

• A층→B층→C층은 표층이 먼저 생긴다고 본 순서로, 모재(C층) 풍화가 선행된다는 점에 어긋난다.
• A층→C층→B층 역시 A층을 가장 먼저 둔 순서라 모재 풍화가 선행된다는 점에 어긋난다.
• C층→B층→A층은 B층이 A층의 용탈 물질이 쌓여 생기는 집적층이라는 점에 어긋난다.

보전경운은 수식과 풍식에 의한 토양 유실을 모두 줄인다.

작물 잔재를 지표에 남겨 빗방울 타격과 유거수를 줄이고, 지표 풍속을 낮추며 토양을 덮어 바람에 의한 비산도 막는다.

• 강우는 토양을 적셔 입자 간 응집력을 높이므로 풍식을 오히려 줄인다.
• 침투율이 커지면 유거수량이 줄어 수식이 감소한다.
• 같은 강수량이면 단시간에 내리는 고강도 강우가 침투량을 넘는 유거수를 만들어 유실이 더 크다.

질소고정에 관여하는 미량원소는 몰리브덴과 코발트이다.

몰리브덴은 질소고정 효소인 니트로게나아제의 구성 성분이고, 코발트는 근류균의 비타민 B12(코발라민) 합성에 필요해 콩과식물의 질소고정에 관여한다.

• 아연은 효소 활성화와 옥신 합성 등에 관여하며 질소고정의 직접 요소로 보지 않는다.
• 구리는 광합성 전자전달과 산화효소의 구성 성분으로 질소고정과는 직접 관련이 없다.

균근은 원핵생물에 해당하지 않는다.

균근은 곰팡이(사상균)가 식물 뿌리와 공생하는 형태로, 핵막이 있는 진핵생물에 속한다.

• 고세균은 핵막이 없는 원핵생물로 세균과 별개의 영역을 이룬다.
• 방선균은 균사 모양으로 자라지만 세균에 속하는 원핵생물이다.
• 세균은 대표적인 원핵생물이다.

염류집적 토양의 판정 기준이 되는 삼투퍼텐셜은 -144 kPa이다.

염류토양은 포화침출액의 전기전도도가 4 dS/m 이상인 토양으로 판정한다.

$\psi_o = -0.036 \times \mathrm{EC}$
$= -0.036 \times 4 = -0.144\ \mathrm{MPa}$
$= -144\ \mathrm{kPa}$

• -72 kPa는 전기전도도 2 dS/m에 해당하는 값이다.
• -216 kPa는 전기전도도 6 dS/m에 해당하는 값이다.
• -288 kPa는 전기전도도 8 dS/m에 해당하는 값이다.

이 토양의 수분포화도는 40 %이다.

공극률: $f = 1 - \dfrac{\rho_b}{\rho_s} = 1 - \dfrac{1.3}{2.6} = 0.5$

수분포화도: $S = \dfrac{\theta_v}{f} \times 100 = \dfrac{0.20}{0.5} \times 100 = 40\ \%$

• 10 %는 용적수분함량을 공극률로 나누지 않고 곱한 값이다.
• 20 %는 용적수분함량을 그대로 포화도로 본 값이다.
• 60 %는 공극 중 공기가 차지하는 비율(공기포화도)이다.

질산화균은 종속영양세균이 아니라 화학자가영양세균이다.

암모늄 산화균(Nitrosomonas 등)과 아질산 산화균(Nitrobacter 등)은 암모늄·아질산의 산화에서 에너지를 얻고 이산화탄소를 탄소원으로 쓴다.

• 질산화는 산소를 필요로 하는 호기적 반응이다.
• 암모늄이 질산으로 산화되면서 수소 이온이 방출되어 토양 pH가 낮아진다.
• Nitrapyrin은 암모늄 산화 단계를 억제하는 대표적인 질산화 억제제이다.

유효수분 25%, 모세관수 32%, 흡습수 6%로 짝지은 조합이 옳다.

유효수분은 포장용수량(−0.033 MPa)과 위조점(−1.5 MPa) 사이의 물이다.
40 − 15 = 25%

모세관수는 포장용수량과 흡습계수(−3.1 MPa) 사이의 물이다.
40 − 8 = 32%
흡습수는 흡습계수와 오븐건조 상태(−1,000 MPa) 사이의 물이다.
8 − 2 = 6%

• 유효수분 30%: 상한을 포장용수량이 아닌 포화(0.0 MPa, 45%)로 잡은 값(45 − 15)으로, 배수되는 중력수까지 넣은 셈이다.
• 모세관수 35%: 하한을 흡습계수가 아닌 −100 MPa 지점(5%)으로 잡은 값(40 − 5)이다.
• 모세관수 37%·40%: 상한을 포화(45%)로 잡아 중력수를 포함한 값(45 − 8, 45 − 5)이다.
• 흡습수 3%: 상한을 흡습계수(8%) 대신 −100 MPa 지점(5%)으로 잡은 값(5 − 2)이다.

제시된 증상은 칼륨 결핍이다.

칼륨은 체내 이동성이 커서 결핍되면 늙은 잎의 칼륨이 새 잎으로 옮겨 가므로, 성숙한 잎의 끝과 가장자리부터 황화·고사한다.

• 붕소는 체내 이동성이 낮아 결핍 증상이 생장점과 어린 잎에 먼저 나타난다.
• 철도 이동성이 낮아 어린 잎의 엽맥 사이가 황화된다.
• 마그네슘은 이동성이 있어 성숙한 잎에 나타나지만, 가장자리 고사보다 엽맥 사이 황화가 특징이다.

질소기아가 가장 우려되는 것은 리그닌 함량이 낮고 탄질률이 높은 유기물(리그닌 10 %, 탄질률 50)이다.

탄질률이 높으면 미생물이 분해 중 토양의 무기태 질소를 흡수(고정화)하고, 리그닌이 적으면 분해가 빨라 이 질소 흡수가 단기간에 집중되어 작물이 질소 부족을 겪는다.

• 리그닌 10 %, 탄질률 10인 유기물은 질소가 충분해 분해 시 무기태 질소가 방출된다.
• 리그닌 30 %, 탄질률 10인 유기물도 질소가 충분하고 분해가 느려 질소기아 우려가 작다.
• 리그닌 30 %, 탄질률 50인 유기물은 탄질률은 높지만 리그닌이 많아 분해가 느리므로 질소 고정화가 완만하게 일어난다.

회색 토양은 붉은색 토양보다 배수가 불량하다.

회색은 과습한 환원 조건에서 철이 $\mathrm{Fe^{2+}}$로 환원되어 나타나고, 붉은색은 배수가 좋아 철이 $\mathrm{Fe^{3+}}$로 산화된 상태를 뜻한다.

• 용적밀도가 커지면 공극, 특히 대공극이 줄어 배수가 불량해진다.
• 양질 토양은 식질 토양보다 대공극이 많아 배수가 양호하다.
• 주상 구조는 수직 균열을 따라 물이 잘 빠지지만, 판상 구조는 수평으로 겹쳐 물의 하향 이동을 막는다.

압밀될 때 사토는 식토보다 공극량 감소가 적다.

사토는 처음부터 입자가 조밀하게 맞물려 공극률이 낮고 압축성이 작지만, 식토는 공극률이 높고 압축되기 쉬워 다져질 때 공극이 크게 줄어든다.

• 압밀되면 같은 부피에 고상이 늘어 용적밀도가 증가한다.
• 입자밀도는 고상 자체의 밀도라 압밀과 무관하게 변하지 않는다.
• 압밀은 주로 대공극을 줄이므로 대공극 비율이 감소한다.

산성토양에서는 유기물 분해 속도가 감소한다.

pH가 낮아지면 유기물 분해를 주로 담당하는 세균·방선균의 활성이 떨어지기 때문이다.

• 산성에서는 인산이 활성 철·알루미늄과 결합해 불용화되므로 유효도가 낮아진다.
• 몰리브덴은 산성에서 철·알루미늄 산화물에 강하게 흡착되어 유효도가 감소한다.
• 화강암질 토양은 염기성 양이온 공급이 적어 완충능이 작으므로 산성화되기 쉽다.

논 토양은 담수로 환원 상태가 되어 철이 $\mathrm{Fe^{2+}}$로 환원되므로 붉은색이 아니라 회색을 띤다.

붉은색은 산화철($\mathrm{Fe^{3+}}$)이 많은, 배수 양호한 산화 상태 토양에서 나타난다.

• 먼셀 표기는 색상 명도/채도 순이므로 7.5 R 7/2는 명도 7, 채도 2이다.
• 토양색은 수분에 따라 달라지므로 포장용수량 정도의 습윤 상태에서 측정하는 것이 좋다.
• 부식은 검은색을 띠므로 유기물이 많을수록 토양이 어두워진다.

탄질률이 높으면(30 초과) 유기물의 분해속도가 감소한다.

질소가 부족해 미생물 증식이 제한되고, 미생물이 토양의 무기태 질소까지 끌어다 쓰므로 분해가 느려진다.

• 탄질률이 높으면 무기화보다 미생물의 질소 고정화가 우세해 암모니아태 질소가 쌓이지 않으므로 pH 상승 요인이 되지 않는다.
• 탄질률이 낮으면 분해 중 암모니아태 질소가 방출되어 pH가 오히려 높아지는 경향이 있다.
• 탄질률이 낮으면 질소 무기화가 우세해 무기태 질소가 증가한다.

비소는 산화상태보다 환원상태에서 독성이 크다.

환원 조건의 아비산($\mathrm{As(III)}$)이 산화 조건의 비산($\mathrm{As(V)}$)보다 이동성과 독성이 크다.

• 망간은 산화조건에서 불용성 산화물($\mathrm{MnO_2}$)이 되어 불용화된다.
• 카드뮴은 환원조건에서 황화물($\mathrm{CdS}$)로 침전되어 불용화된다.
• 크롬은 산화상태인 6가 크롬이 3가 크롬보다 독성이 크다.

탄소·수소·산소·질소·황은 유기물이 아니라 무기물 형태로 흡수된다.

탄소와 산소는 $\mathrm{CO_2}$·$\mathrm{O_2}$, 수소는 $\mathrm{H_2O}$, 질소는 $\mathrm{NO_3^-}$·$\mathrm{NH_4^+}$, 황은 $\mathrm{SO_4^{2-}}$ 형태로 흡수된다.

• 철·구리·염소는 필수 미량원소에 속한다.
• 구리·몰리브덴은 적정 범위를 넘으면 독성이 나타나는 상위한계농도가 있다.
• 칼륨·칼슘·마그네슘은 무기 양이온 형태로 흡수된다.

토양증기추출은 휘발성이 낮은 중질유·PCBs 정화에는 부적합하다.

토양에 진공을 걸어 공기를 흐르게 하고 기화된 오염물을 뽑아내는 기술이므로, 증기압이 높은 휘발성유기화합물에 적합하다.

• 미세토양은 통기성이 낮아 공기 흐름을 확보하기 어려우므로 처리비용이 증가한다.
• 토양을 굴착하지 않고 현장에서 그대로 처리하는 원위치(in situ) 기술이다.
• 지나치게 건조한 토양에서는 VOCs가 토양 입자에 강하게 흡착되어 제거율이 떨어진다.

하안완충대는 점오염원이 아니라 비점오염원 유출을 줄이는 관리방안이다.

하천변 식생대가 농경지에서 넓게 흘러드는 유거수의 토사·양분을 걸러 내는 것으로, 배출 지점이 특정되지 않은 오염원을 대상으로 한다.

• 피복작물은 휴한기에 잔류 질소를 흡수해 용탈 손실을 줄인다.
• 콩과작물은 근류균의 질소고정으로 질소비료 일부를 대체한다.
• 보전경운은 토양 침식을 줄여 토사에 붙어 나가는 인의 손실을 줄인다.

옳은 것은 ㄴ, ㄷ이다.

부식산은 알칼리에 녹고 강산성(pH 1~2)에서 침전되는 분획이며, 부식은 등전점이 낮아 그보다 높은 pH에서 작용기가 해리되어 순 음전하를 띤다.

• ㄱ: 부식의 전하는 대부분 pH에 따라 달라지는 가변전하이며, 영구전하는 점토광물의 동형치환에서 생긴다.
• ㄹ: 페놀성 OH는 해리 pH가 높아 대부분 pH 8보다 높은 알칼리 조건에서 해리되며, 낮은 pH에서 주로 해리되는 것은 카르복실기이다.

클로라이트는 스멕타이트보다 양이온교환용량이 작다.

스멕타이트는 층간이 팽창해 내부 표면까지 교환에 참여하지만, 클로라이트는 층간이 수활석(brucite) 팔면체층으로 막혀 있어 교환 자리가 적다.

• 부식은 카르복실기·페놀기 등 작용기가 많아 층상 점토광물보다 CEC가 크다.
• 유기질 토양인 히스토졸은 점토가 많은 버티졸보다 CEC가 크다.
• A층은 부식이 집중되어 CEC가 주로 부식 함량에 좌우된다.

유기물은 카르복실기가 많을수록 음전하가 늘어 음이온교환용량이 감소한다.

카르복실기는 해리되어 음전하를 띠므로 양이온교환용량을 높이고, 음이온은 오히려 반발해 흡착되지 않는다.

• 풍화가 진행되면 철·알루미늄 산화물 등 양전하를 띨 수 있는 광물이 늘어 AEC가 증가한다.
• 음이온 흡착 세기는 염소 이온이 가장 약하고 황산·규산을 거쳐 인산 이온이 가장 강하다.
• 철·알루미늄 수산화물은 수소 이온 농도가 높을수록(pH가 낮을수록) 양전하가 늘어 AEC가 증가한다.

클로라이트는 층간이 팔면체층으로 고정되어 팽창·수축하지 않는 광물이다.

2:1 층 사이에 수활석(brucite) 팔면체층이 끼어 층과 층을 단단히 묶으므로 물이 층간으로 들어가지 못한다.

• 일라이트는 2:1형이지만 층간 칼륨이 층을 강하게 결합해 팽창·수축하지 않는다.
• 카올리나이트는 규소가 많이 용탈된 용액에서 형성되는 1:1형 광물로 팽창·수축하지 않는다.
• 몽모릴로나이트는 규소와 마그네슘이 풍부한 용액에서 형성되며 층간이 팽창·수축한다.

필요한 $\mathrm{Al^{3+}}$의 양은 0.9 g이다.

양이온 교환은 전하 당량 기준으로 일어나므로 흡착된 칼슘과 같은 $10.0\ \mathrm{cmol_c}$만큼의 알루미늄 전하가 필요하다.

$10.0\ \mathrm{cmol_c} = 0.100\ \mathrm{mol_c}$
몰수: $\dfrac{0.100}{3} = 0.0333\ \mathrm{mol}$
질량: $0.0333 \times 27.0 = 0.9\ \mathrm{g}$

• 2.7 g은 알루미늄 0.1 mol의 질량으로, 3가 전하를 고려하지 않은 값이다.
• 9.0 g은 필요량의 10배로, cmol을 mol로 환산하는 단계를 잘못한 값이다.
• 27.0 g은 알루미늄 1 mol의 질량으로, 흡착량과 전하를 모두 반영하지 않은 값이다.