[토양학] 토양수분 (토양수분의 퍼텐셜, 토양수분퍼텐셜 표시방법)

토양수분의 퍼텐셜(중력퍼텐셜, 압력퍼텐셜, 삼투퍼텐셜, 매트릭퍼텐셜)

토양수분의 퍼텐셜

• Soil water E = 운동E + 위치E + 전기E + 화학E
• 토양수분 퍼텐셜 = (토양 단면중 특정위치에 있는 수분의 에너지 레벨) - (reference elevation, 표준압력, 표준온도에서 순수의 E level)
  "수분퍼텐셜" == "수분의 양" 으로 이해!!
• 포텐셜 : E 의 상태의 차이
• 총수분퍼텐셜 = 매트릭퍼텐셜 + 압력퍼텐셜 + 중력퍼텐셜 + 삼투퍼텐셜
• 수분퍼텐셜의 값은 절대값이 아니고, 퍼텐셜이 0이되는 기준상태와 비교하여 표시하는 상대적인 값

1. 중력퍼텐셜

• [공식] :Ψg = mgh = Pwgz
• 중력의 작용으로 물이 가질수 있는 에너지를 말함
• 중력퍼텐셜의 절대값은 지구 중심에서 '0'
  => 사실상 기준면을 정하고 그곳을 0으로 설정.
• 사실상 지구의 중심을 알수가 없기에 기준면을 설정하여 상대값으로 중력퍼텐셜을 나타냄
  (기준면에 위치하고 있는 물의 경우는 z 값이 0이므로 중력퍼텐셜은 0)

Ψg : 중력퍼텐셜 Pw : 물의 밀도 g : 지구중력가속도 z : 기준면으로부터 물이 위치하고 있는 점까지의 높이 m, Pw ==> 물의밀도 g ==> 지구의 중력가속도 h, z ==> 기준면으로부터 물이 위치하고 있는 점까지의 높이

2. 압력퍼텐셜

• 물의 무게에 의해 생성되는 에너지의 퍼텐셜
• 대기와 접촉하고 있는 수면이 기준상태 '0'
• 포화상태 토양의 수면이하의 물의 압력퍼텐셜은 항상 + 값

3. 삼투퍼텐셜 (이런 경우는 토양에 없다.)

• 토양 용액 중 용질의 존재로 인하여 발생함.
• 토양수분은 용질을 함유하고 있으므로 항상 - 값을 가진다.
• 용질 이온/분자 주위에 물분자가 모이므로 움직임감소 
• 반투막을 경계로만 수분이동 => 토양엔 반투막이 없으므로 수분이동에 영향이 없음
• 영향 있는 것 : 식물뿌리 (염농도가 올라가면, 세포내 수분은 밖으로 나감)

4. 매트릭퍼텐셜

• 극성을 가진 물분자가 토양표면에 흡착되는 부착력과 모세관에 의한 힘으로 만들어지는 물의 에너지.
• 토양 고체입자에 결합된 물은 순수한 물보다 에너지 상태가 낮으므로 매트릭포텐셜은 언제나 음의 값을 갖는다.
  (메트릭 퍼텐셜 값은 항상 - 값이다)

토양수분퍼텐셜 표시방법

1. 단위질량당 에너지

• 가장 기본적인 퍼텐셜 표시방법
• 단위질량당 매트릭퍼텐셜의 단위는 erg/g (= dyne•cm/g) 또는 J/kg 단위를 사용함.

2. 단위부피당 에너지

• 물은 압축되지 않는 액체이므로 물의 밀도는 퍼텐셜이 변해도 달라지지 않음
• 단위부피당 에너지로 나타낸 물의 퍼텐셜은 erg/c㎥ 또는 J/㎥ 단위를 사용함
• 물의질량(M) = 물의밀도(rw) x 부피(V)

3. 단위무게당 에너지

• 무게는 중력에 의한 힘이므로 단위무게당 에너지는 다음과같이 나타냄(최종단위는 길이)
• FL/W = dyne•cm/g•(cm/sec²) = (g•cm/sec²)•cm/g•(cm/sec²) = cm
• 압력으로 나타낸 퍼텐셜에 해당하는 물기둘의 높이로 나타낸것.

(참고) 물기둥의 높이를 '수두'라고 하며 H로 나타낸다. 

1atm에 해당하는 수분퍼텐셜을 수두로 나타내면 1033cm