제 목 : 토양표준분석법

Ⅰ. 토양시료 조제 (Soil Sample Preparation)

1. 준비물

 토양시료를 조제할 때는 채취한 토양, 시료봉투,  비닐, 받침대, 나무망치, 2㎜체가 필요합니다.

2. 건조요령

 토양시료를 조제하기 전, 먼저 채취한 토양을 건조시켜야 합니다.

 가) 받침대에 토양시료봉투를 두고 그 위에 비닐을 깝니다. 이렇게 하면 시료봉투가 바뀔 염려가 없습니다.

 나) 채취된 흙 시료를 비닐 위에 부어 얇게 폅니다. 큰 덩어리는 부수어주고, 돌과 같은 이물질은 제거해 줍니다.

 다) 채취된 시료를 그늘에서 서서히 건조시킵니다. 건조시설은 휘발성 화학물질이나 이물질이 바람에 날아 들어와 섞이지 않도록 환기가 잘되면서도 바람을 막을 수 있는 시설이 좋습니다.

 라) 건조 중 흙덩이를 손으로 비볐을 때 잘 부서지면 수분함량이 적당한 것으로, 이때 토양을 비벼서 잘게 부수어 주어야 시료조제가 편합니다.

3. 시료조제

 건조를 마친 흙은 토양시료로 조제합니다.

 가) 먼저 흙에 이물질이 없도록 모두 골라냅니다.

 나) 흙이 덩어리가 져 있을 때는 나무망치나 고무망치로 가볍게 두드려 부수어 줍니다.

 다) 부순 흙은 2㎜체로 쳐서 고릅니다.

 라) 이것을 고루 섞은 후 대략 500g 정도씩 시료 내역이 기록된 토양시료봉투에 넣습니다.

 마) 이 봉투를 습기가 적은 곳에서 보관하며 필요할 때 꺼내어 각종 토양분석에 사용하면 됩니다.

4. 주의사항

<인터뷰>

토양시료 조제는 토양이 완전히 마르기 전, 적당한 수분이 있을 때 비벼주어야 힘이 들지 않으며, 오염되거나 서로 바뀌지 않도록 주의해야 합니다.”

Ⅱ. 토양산도(pH) 측정 (Soil acidity)

 토양의 양분, 중금속의 유효도, 미생물의 활성도 등은 토양의 산도에 따라 달라지므로 토양산도 측정은 매우 중요합니다. 토양산도는 토양용액 중 유리상태로 있는 수소이온 활동도의 역대수로, 다음과 같이 계산됩니다.

토양산도, 즉 pH는 1~14범위로 표시하여 사용합니다.

1. 준비물

  

 토양산도를 측정할 때는 토양시료, 비이커, 저울, 분주기, 산도측정기, 표준완충용액 2종이 필요합니다.

2. 측정방법

 

 가) 먼저 조제한 토양시료 5g을 저울로 단 후, 비이커에 넣습니다.

 나) 여기에 증류수 25㎖를 넣고 진탕기로 30분간 진탕합니다.

 다) 그 사이 산도측정기를 조정합니다. 측정하기 전에는 반드시 증류수로 전극을 씻고 휴지로 물기를 닦은 후 사용해야 정확하게 측정할 수 있습니다.

 라) 완충용액을 이용해 측정기를 조정(표준화, Calibration)합니다.

먼저 pH 7의 완충용액에 전극을 넣고, 조정버튼을 눌러줍니다. 수치가 안정되면 저장버튼을 눌러 저장합니다.  

 마) 증류수로 전극을 씻고 휴지로 물기를 닦은 후, pH 4의 완충용액에 전극을 넣고, 조정버튼을 눌러줍니다. 수치가 안정되면 저장합니다.

 바) 다시 증류수로 전극을 씻어 물기를 닦은 후, 진탕이 끝난 토양용액에 전극을 넣고, 측정버튼을 눌러줍니다. 처음에는 수치가 크게 변하지만 점점 안정된 값이 나타납니다.

 사) 지금 나타난 5.23이, 이 토양시료의 pH 수치입니다.

3. 주의사항

<인터뷰>

토양산도 측정은 온도의 영향이 크기 때문에 표준완충용액과 토양용액의 온도를 같게 유지하여 측정해야 정확한 측정을 할 수 있습니다.”

Ⅲ. 전기전도도(EC) 측정 (Electrical Conductivity)

 전기전도도 측정은 토양용액에 염류가 많을수록 전기가 잘 통하는 성질을 이용해 토양의 염류집적도를 측정하는 것입니다.  

1. 준비물

 전기전도도를 측정하기 위해서는 전기전도도측정기, 전기전도도표준용액, 토양용액이 필요합니다.

2. 측정방법

  

 가) 먼저 조제한 토양시료 5g을 저울로 단 후, 비이커에 넣습니다.

 나) 여기에 증류수 25㎖을 넣고 진탕기로 30분간 진탕합니다.

 다) 그 사이 전기전도도측정기를 조정합니다. 측정하기 전에는 반드시 증류수로 전극을 씻고 휴지로 물기를 닦은 후 사용해야, 정확하게 측정할 수 있습니다.

 라) 전기전도도표준용액을 이용해 전도도측정기를 조정(표준화, Calibration)합니다. 표준용액에 전극을 넣고 조정버튼을 눌러줍니다. 표준용액의 전도도 수치가 1413 μS/cm가 되면 저장버튼을 누릅니다.

 마) 다음, 진탕이 끝난 토양용액의 전기전도도를 측정합니다. 이때 토양입자가 전극 사이에 있으면 측정치에 영향을 주게 되므로 토양입자를 가라앉힌 후 측정합니다.

 바) 증류수로 전극을 씻어 물기를 닦은 후, 토양용액에 전극과 온도센서가 완전히 잠기게 넣습니다. 이때 전극의 위치는 윗부분의 맑은 용액 부분에 둡니다. 측정버튼을 눌러 수치가 안정되면 수치와 단위를 기록합니다.

 사) 지금 나타난 628 μS/cm가 이 토양의 전기전도도 수치입니다.

 아) 토양시료에 따라 분석치의 단위는 μS/cm 또는 mS/cm로 나타납니다. 이것을 다음 공식으로 계산하여 dS/m로 환산합니다. 

  μS/cm로 측정되었을 경우

  전기전도도(dS/m)=

  측정치(μS/cm)÷1000×희석배수(5)×전극상수(1)

  = 628÷1000×5×1= 3.14

  mS/cm로 측정되었을 경우

  전기전도도(dS/m)=

  측정치(mS/cm)×희석배수(5)×전극상수(1)

3. 주의사항

<인터뷰>

“전기전도도 측정은 표준용액의 농도가 정확해야하며 측정할 때마다 저장용 표준용액을 덜어서 사용하는 것이 좋습니다.”

4. 시약만들기

# 전기전도도표준용액

전기전도도표준용액을 만들어보겠습니다.

① 먼저 특급염화칼륨(KCI) 0.7456g을 저울로 정확히 단 후, 메스플라스크에 넣습니다.

② 증류수로 시약을 씻어 넣고 교반기를 이용해 특급염화칼륨을 녹입니다.

③ 다시 증류수를 넣어 1ℓ표선에 매니스커스 하단을 맞춥니다.

④ 이 용액이 전기전도도 1413μS/cm 표준용액입니다.

 

Ⅳ. 유효 인산 분석 (Available phosphate)

 인산은 토양 중에서 여러 가지 무기 및 유기성분과 결합하고 있으며 무기인산의 결합 형태는 주로 알루미늄과 결합한 인산 (Al-P), 철과 결합한 인산 (Fe-P), 칼슘과 결합한 인산 (Ca-P) 등의 형태로 되어 있습니다. 유효인산은 토양 중의 인산 중에서도 작물이 흡수하여 이용할 수 있는 형태의 인산으로, 약산 또는 산과 염기 혼합용액을 이용하여 분석합니다.

1. 준비물

 유효인산을 분석할 때는 토양시료, 저울, 삼각플라스크, 분주기, 항온기, 마이크로피펫, 시험관, 비색계, 시약 12종이 필요합니다.

2. 분석절차 

 가) 토양시료 5g을 저울로 단 후, 삼각플라스크에 넣습니다.

 나) 여기에 인산침출액 20㎖를 넣고 10분간 진탕합니다.

 다) 진탕이 끝나면 2번 여과지로 여과합니다.

 라) 그 사이 기준치로 사용될, 농도가 다른 인산표준용액 6종(0ppm, 5ppm, 10ppm, 15ppm, 20ppm, 25ppm)을 각각의 시험관에 3㎖씩 넣습니다.

 마) 여과된 시료액을 다른 시험관에 3㎖ 넣습니다.

 바) 표준용액과 시료액에 몰리브덴산 암몬황산 희석혼합액 6㎖를 각각 넣습니다.

 사) 발색시약 1·2·4용액 0.4㎖를 넣습니다.

 아) 혼합기를 이용해 시험관 하나하나를 잘 혼합해줍니다.

 자) 혼합한 표준용액과 시료액은 30℃의 항온기에 넣어 30분간 둡니다.

 차) 비색계의 파장을 720nm로 조정 또는 확인합니다.

 카) 먼저 표준용액들의 흡광도 값을 측정합니다. 다음과 같은 표준곡선이 나타납니다.

 타) 이것을 바탕으로 시료액의 농도를 역추적합니다.

 파) 지금 나타난 5.252를 다음과 같은 공식에 따라 계산합니다.

    인산 계산 공식

P₂O₅(mg kg^-1) = 표준곡선에서 구한 mgL^-1 값× 20mL(침출액)/ 5 g(토양무게) × 2.29

  = 5.252 mgL^-1 × 20mL/5 g × 2.29 = 48mg kg^-1

3. 주의사항

<인터뷰>

“침출액을 미리 만들어 두고 사용하는 경우 반드시 분석 전에 침출액의 pH가 4.25(±0.05)인지 확인하고, 맞지 않으면 조절하여 사용해야 합니다. 그리고 실험 데이터는 온도에 따라 차이가 크므로 실험실 온도는 항상 25℃정도를 유지하고 특히 겨울철에 분석할 경우 적정온도가 유지되도록 주의해야 합니다.”

4. 시약만들기

# 인산침출액

인산침출액을 만들어보겠습니다.

① 증류수 6ℓ에 후드에서, 아세트산(HOAc) 400㎖와 10N 젖산 300㎖를 넣습니다.

② 여기에 암모늄플루오라이드(NH₄F) 22.2g, 암모늄설파이트((NH₄)₂SO₄₎) 133.3g, 수산화나트륨(NaOH) 170g을 순서대로 넣어 녹인 후, 실온에서 식힙니다.

③ 다시 증류수를 넣어 20ℓ로 만듭니다.

④ pH를 4.25 ± 0.05로 조절합니다.

⑤ pH를 올리거나 낮출 때는 다음과 같은 시약으로 조절합니다.

먼저 pH를 올리는 용액입니다.

 ① 후드에서, 증류수 600㎖에 아세트산 40㎖와 10N 젖산 30㎖를 넣습니다.

 ② 여기에 암모늄플루오라이드(NH₄F) 2.22g, 암모늄설파이트((NH₄)₂SO₄₎) 13.33g, 수산화나트륨(NaOH) 34g을 순서대로 넣어 녹인 후, 실온에서 식힙니다.

 ③ 다시 증류수를 넣어 2ℓ로 만듭니다.

다음 pH를 낮추는 용액입니다.

 ① 후드에서, 증류수 600㎖에 아세트산 40㎖와 10N 젖산 30㎖를 넣습니다.

 ② 여기에 암모늄플루오라이드(NH₄F) 2.22g, 암모늄설파이트((NH₄)₂SO₄₎) 13.33g을 넣어 녹인 후 실온에서 식힙니다.

 ③ 다시 증류수를 넣어 2ℓ로 만듭니다.

# 인산표준용액

인산표준용액을 만들어보겠습니다.

 ① 1ℓ 메스플라스크에 인산침출액 300㎖를 넣습니다.

 ② 제일인산칼륨(KH₂PO₄) 0.2197g을 110℃에서 건조시킨 후 데시케이터에서 식힙니다.

 ③ 이것을 인산침출액이 있는 메스플라스크에 넣습니다.

 ④ 다음 후드에서 농황산 5㎖을 넣은 후, 인산침출액을 1ℓ 표선까지 맞추면 농도가 50mgPL^-1인 인산표준용액이 됩니다.

 ⑤ 만약 100㎖ 메스플라스크에 이 용액을 각각 0, 10, 20, 30, 40, 50㎖를 넣은 후 인산침출액으로 100㎖의 표선까지 맞춘다면 이 용액들이 각각  0, 5, 10, 15, 20, 25 mgPL^-1의 인산표준용액이 됩니다.

# 몰리브덴산 암몬황산 희석혼합액

 몰리브덴산 암몬황산 희석혼합액을 만들어보겠습니다.

① 60℃이하의 따뜻한 증류수 400㎖을 넣고 몰리브덴산암모늄((NH₄)₆MoO₂₄․4H₂O) 50g을 넣습니다. 이 용액을 ①번 용액이라 하겠습니다.

 ② 후드에서, 증류수 250㎖에 진한 황산 280㎖를 서서히 넣어 녹인 후 실온에서 식힙니다. 이 용액을 ②번 용액이라 하겠습니다.

 ③ ①번 용액에 ②번 용액을 넣어 혼합합니다.

 ④ 여기에 증류수를 넣어 1ℓ로 만듭니다. 이 용액이 몰리브덴산 암몬황산 저장용 혼합액입니다.

 ⑤ 다음, 붕산 (H₃BO₃) 50g에 증류수를 넣어 1ℓ로 만듭니다. 이 용액이 0.8 M 붕산용액입니다.

 ⑥ 몰리브덴산 암몬황산 저장용 혼합액 200㎖와 0.8M 붕산용액 100㎖를 넣은 후 증류수를 넣어 1ℓ로 만듭니다.

 ⑦ 이 용액이 몰리브덴산 암몬황산 희석혼합액입니다.

# 발색시약 1·2·4 용액

발색시약 1·2·4 용액을 만들어보겠습니다.

 ① 증류수 500㎖에 아황산소다( Na₂SO₃․7H₂O) 100g을 넣어 녹인 후, 2번 여과지로 여과합니다. 이 용액이 아황산소다용액입니다.

 ② 다음, 증류수 1ℓ에 산성아황산소다(NaHSO₃) 176.4g를 넣어 녹입니다. 이 용액이 산성아황산소다용액입니다.

 ③ 후드에서, 500㎖ 삼각플라스크에 산성아황산소다용액 195㎖를 넣습니다. 1·2·4 용액 분말 0.5g을 넣습니다. 마지막으로 아황산소다용액 5㎖를 넣어 완전히 녹입니다. 이 용액이 1·2·4용액입니다.

 * 1·2·4용액은 갈색병에 넣어 광선과 공기를 완전히  차단시켜주면 2주일간 사용이 가능합니다.

Ⅴ. 유기물(OM) 함량 분석 (Organic matter)

 토양의 유기물 함량은 튜린법(Tyurin method)을 사용하여 분석합니다.

1. 준비물

 

 유기물 함량을 분석할 때는 토양시료, 유리삼각플라스크, 뷰렛, 200메시 체, 전열판, 시약 5종이 필요합니다.

 

2. 분석절차

 가) 250㎖ 유리삼각플라스크 두 개를 준비합니다.

 나) 하나에 200메시 체를 통과한 토양시료 0.1~0.5g를 넣고 다른 하나는 그대로 둡니다. 여기서는 0.3g을 이용합니다.

 다) 각각의 삼각플라스크에 0.4 N 중크롬산칼륨황산혼합용액 10㎖를 넣습니다.

 라) 깔때기를 덮어, 200℃ 정도의 뜨거운 전열판에서 가열합니다. 플라스크바닥에 기포가 발생하기 시작할 때부터 정확히 5분간 끓입니다.

 마) 가열이 끝나면 전열판에서 내려, 적은 양의 증류수로 각각의 깔때기에 묻어 있는 중크롬산칼륨황산혼합용액을 씻어 내린 다음, 식혀줍니다.

 바) 증류수 약 150㎖를 넣습니다.

 사) 85% 인산용액(H₃PO₄₎ 5㎖를 넣습니다.

 아) 지시약 디페닐아민 5~6방울을 넣습니다.

 자) 이것을 0.2 N 황산제1철암모늄용액으로 적정합니다. 액색이 주황색에서 남청색을 거쳐 담록색으로 변할 때를 각각, 적정의 종말점으로 합니다.

 차) 시료를 넣지 않은 상태의 값(Blank 적정치)은 22.0이고, 토양시료를 넣어 분석한 값(T, 시료적정치)은 19.3으로 나타났습니다. 이것을 다음 공식을 이용해 토양의 탄소함량으로부터 유기물함량을 계산합니다.

 

· 토양의 유기물 함량 공식

   ․토양탄소 함량 C(%) = (B—T) × f(적정액의 농도보정계수) × 0.2 ×12(탄소원자량)/4,000(탄소노르말농도)× 100/토양무게(g)

    = (22.0—19.3) × 1 × 0.2 ×12/4,000× 100/0.3

    = 0.54 %

    ․토양의 유기물함량(g kg^-1)=토양탄소함량C(%) × 1.724 × 10

     = 0.54 × 1.724 × 10 = 9 g kg^-1

3. 주의사항

<인터뷰>

“토양의 유기물함량이 지나치게 많으면 적정하지 않아도 액색이 남청색 또는 녹색이 될 수 있습니다. 가열 후 증류수 150㎖를 부었을 때 색이 남청색 또는 녹색이 되면 토양시료의 양을 줄이거나 중크롬산칼리황산혼합액을 증가시켜 재분석해야 합니다.”

4. 시약만들기

# 0.4 N 중크롬산칼륨황산혼합용액

 0.4 N 중크롬산칼륨황산혼합용액을 만들어보겠습니다.

 ① 중크롬산칼륨(K₂Cr₂O₇) 40g을 넣은 후 증류수 1ℓ를 넣어줍니다. 

 ② 비중 1.84이상의 황산 1ℓ를 서서히 넣어 식힙니다. 이 용액이 0.4 N 중크롬산칼륨황산혼합용액입니다.

 * 만약 황산을 급격히 넣으면 액체의 온도가 높아져, 보존 중, 중크롬산용액에 암적색의 침상 결정이 생기기면서 역가가 떨어져 사용할 수 없습니다.

# 85%의 인산용액

 

 85%의 인산용액을 만들어보겠습니다.

 ① 후드에서 인산 850㎖에 증류수를 넣어 1ℓ로 만들면 85% 인산용액이 됩니다.

# 지시약 디페닐아민

 지시약 디페닐아민을 만들어보겠습니다. 

 ① 증류수 20㎖에 진한 황산 100㎖와 디페닐아민 0.5 g을 넣으면 지시약 디페닐아민이 됩니다.

# 0.2 N 황산제1철암모늄용액

 0.2 N 황산제1철암모늄용액을 만들어보겠습니다.

 ① 증류수 500㎖에 황산암모늄철 (Fe(NH₄)₂(SO₄)₂ㆍ6H₂O) 78.44g을 넣습니다.

 ② 후드에서 황산 20㎖을 넣습니다.

 ③ 여기에 서서히 증류수를 넣어 1ℓ를 만들면 0.2 N 황산제1철암모늄용액이 됩니다.

 * 토양의 유기물함량에 따라 시료량과 중크롬산칼륨용액의 양을 달리 취하는 것이 좋으므로 다음의 표를 참고하여 조절합니다.

<표 1> 토양의 유기물함량별 적정시료량 및 중크롬산칼륨(K₂Cr₂O₇)액량

토양유기물함량 (g kg-1)	시 료 량(g)	K2Cr2O7액량
100~150	0.05	25
70~100	0.1	20
40~70	0.2	10
20~40	0.3	10
20	0.5~1.0	10

Ⅵ. 치환성양이온 분석 (Exchangeable cations)

 치환성 양이온 분석은 토양교질표면에 전기적으로 붙어 있는 칼슘, 칼륨, 마그네슘 (Ca²⁺, K⁺, Mg²⁺)을 다른 양이온으로 치환시켜 추출되어 나오는 방법으로, 1M 암모늄아세테이트용액법(CH₃COONH₄법)으로 분석합니다.

1. 준비물

  

 치환성양이온을 분석하려면 측정기계인 ICP (Inductive Coupled Plasma), 토양시료, 저울, 분주기, 마이크로피펫, ICP전용표준용액 4종, 시약 2종이 필요합니다.

2. 분석절차

 

 가) 토양시료 5g을 저울로 단 후, 100㎖ 삼각플라스크에 넣습니다. 

 나) 여기에 양이온침출액 50㎖를 넣고 30분 동안 진탕합니다.

 다) 진탕이 끝나면 2번 여과지로 여과합니다.

 라) 여과한 시료액은 ICP 측정용 용기에 담습니다.

 마) ICP에서 기준치가 되어줄 표준용액(0ppm, 100ppm) 2종을 각각 시험관에 넣어 검량합니다. 다음과 같은 표준곡선이 생깁니다.

 바) 다음, 시료액을 측정합니다.

 사) 이 시료의 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 나트륨 함량은 각각 123.9, 30.91, 29.63, 6.767입니다. 다음 공식을 이용해 각각의 치환성 양이온 함량을 계산합니다.

 

   치환성 양이온 계산 공식

  1) 치환성 칼슘(Ex. Ca(cmol_c kg^-1)=표준곡선에서 구한 값 mg L^-1 × 50 mL/5 g × 1/200.4 × 희석배수

  = 123.9 mg L^-1× 50 mL/5 g × 1/200.4 × 1 = 6.2 cmol_c kg^-1

  2) 치환성 칼륨[Ex. K(cmol_c kg^-1] = 표준곡선에서 구한 값 mg L^-1 × 50 mL/5 g × 1/391 × 희석배수

  = 30.91 mg L^-1× 50 mL/5 g × 1/391 × 1 = 0.79 cmol_c kg^-1

  3) 치환성 마그네슘[Ex. Mg(cmol_c kg^-1)] = 표준곡선에서 구한 값 mg L^-1 × 50 mL/5 g×1/121.5×희석배수

  = 29.63 mg L^-1× 50 mL/5 g × 1/121.5 × 1 = 2.4 cmol_c kg^-1

  4) 치환성 나트륨[Ex. Na(cmol_c kg^-1)] = 표준곡선에서 구한 값 mg L^-1×50 mL/5 g×1/230×희석배수

  = 6.767 mg L^-1× 50 mL/5 g × 1/230 × 1 = 0.29 cmol_c kg^-1

3. 주의사항

<인터뷰>

“양이온분석에서 주의할 점은 표준용액은 반드시 ICP나 AAS기 모두 전용 표준용액을 사용해야 하고, 기기의 측정한계범위 내에서 되도록 희석을 하지 않고 원액으로 측정하는 것이 좋습니다. 또한, 침출 여과된 시료가 깨끗하지 못할 경우 기기를 오염할 수 있으므로 토양이나 다른 이물질이 섞이지 않도록 주의해야 합니다.”

4. 시약만들기

# 1M의 암모늄아세테이트용액

 1M의 암모늄아세테이트용액을 만들어보겠습니다.

 ① 암모늄아세테이트(CH₃COONH₄) 77.08g에 증류수를 넣어 1ℓ로 만듭니다.

 ② pH를 7.0으로 조절합니다.

 ③ pH를 올리거나 낮출 때는 다음과 같은 시약으로 조절합니다.

 

 먼저 pH를 올리는 용액입니다.

 ① 증류수에 암모늄아세테이트(H₃COONH₄) 77.08 g을 넣어 녹인 후 수산화암모늄 (NH₄OH ) 10㎖를 넣습니다.

 ③ 증류수를 넣어 1ℓ로 만듭니다.

 다음 pH를 낮추는 용액입니다.

 ① 증류수에 아세트산(CH₃COOH) 57.2㎖를 넣습니다.

 ② 증류수를 넣어 1ℓ로 만듭니다.

# 표준용액

 표준농도가 100mg L^-1인 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 나트륨 표준용액을 만들어보겠습니다.

 ① 1ℓ 메스플라스크에 홀피펫으로 1000mg L^-1의 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 나트륨의 표준용액을 각각 100㎖씩 넣습니다.

 ② 여기에 1M 암모늄아세테이트용액을 넣어 1ℓ로 만들면 표준농도가 100mg L^-1인 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 나트륨 표준용액이 됩니다.