환경 과학자와 상담하기

토양 수분 센서가 알아야 할 모든 것을 알려주지 못하는 이유

Why soil moisture sensors can’t tell you everything you need to know

정확하고 저렴한 토양 수분 센서는 토양 체적 수분 함량(VWC)을 측정하는 데 널리 사용됩니다, 하지만 모든 애플리케이션에 적합한 측정은 아닐 수 있습니다.

정확하고 저렴한 토양 수분 센서로 인해 토양 체적 수분 함량(VWC)이 널리 사용되고 있지만, 모든 용도에 적합한 측정은 아닙니다. 토양 내 물의 에너지 상태를 측정하는 수분 전위 (또는 토양 흡입력)는 물의 가용성, 물의 이동 여부, 물의 이동 방향에 대해 더 자세히 설명합니다.

집중 변수는 규모나 상황에 따라 변경되지 않습니다.

물의 포텐셜은 물의 양당 필요한 에너지로, 시료에서 순수한 자유 물의 기준 풀로 무한히 적은 양의 물을 운반하는 데 필요합니다. 수전위는 종종 온도와 비교되기도 합니다. 두 가지 모두 물질이나 에너지의 강도 또는 품질을 설명하는 "집약적" 변수로 간주됩니다. 예를 들어, 물질의 열 상태는 열 함량과 온도 두 가지 측면에서 설명할 수 있습니다. 온도는 사람의 편안함의 강도를 정의하는 확실한 방법입니다.

특정 쾌적도 수준의 열 함량은 큰 방에서는 더 높고 작은 방에서는 더 낮기 때문에 열 함량이 쾌적도를 정의하지 않습니다. 온도 측정은 방정식에 다른 변수를 입력하지 않고도 쾌적함을 정의합니다.

수분 함량으로 물의 이동 방식을 예측할 수 없습니다.

열 함량과 마찬가지로 수분 함량도 양입니다. 광범위한 변수입니다. 크기와 상황에 따라 달라집니다. 다음과 같은 역설을 생각해 보세요:

용적 수분 함량이 상당히 낮은 토양은 식물이 사용할 수 있는 수분이 많을 수 있고 수분 함량이 높은 토양은 거의 없을 수 있습니다.
중력은 프로파일을 통해 물을 아래로 끌어내리지만, 물은 수면에서 토양으로 이동합니다.
평형 상태의 인접한 두 토양 패치는 수분 함량이 크게 다를 수 있습니다.

이러한 경우와 다른 많은 경우에서 수분 함량 데이터는 물이 어떻게 움직이는지 예측하지 못하기 때문에 혼란을 야기합니다. 수분 포텐셜은 물의 에너지 상태를 측정하여 직관을 거스르는 물의 움직임의 실체를 설명합니다. 온도와 마찬가지로 수분 포텐셜은 식물의 쾌적성 수준을 정의합니다. 온도를 방 크기로 비유한 것과 마찬가지로, 수전위를 알면 식물이 어떤 환경에서 잘 자랄지 또는 스트레스를 받을지 예측할 수 있습니다.

토양 물리학자인 콜린 캠벨 박사의 초크 강연에서 집중적인 변수와 광범위한 변수에 대해 자세히 알아보세요.

수분 포텐셜은 식물의 쾌적성 수준을 정의합니다.

수분 함량은 토양 유형이 중요하기 때문에 식물의 '편안함'을 나타내는 지표가 아닙니다. 흙, 점토, 모래, 화분용 흙 및 기타 매체는 모두 물을 보유하는 방식이 다릅니다. 수분 함량이 30%인 모래를 상상해 보세요. 표면적이 낮기 때문에 모래는 너무 젖어 있어 식물이 최적의 상태로 성장하기 어렵고 뿌리에 통기성이 부족해져 포화 상태에 빠질 위험이 있습니다. 이제 동일한 수분 함량 30%의 미세한 질감의 점토를 생각해 보세요. 점토의 표면이 물을 결합하여 식물이 사용할 수 있는 수분을 감소시키기 때문에 점토는 촉촉하게만 보일 수 있으며 식물이 최적의 '편안함'에 훨씬 못 미칠 수 있습니다.

A graph of moisture release curves for two different types of soil demonstrate the effect of surface area — **그림 1.** 두 가지 유형의 토양에 대한 수분 방출 곡선은 표면적의 영향을 보여줍니다. 10%의 물을 함유한 모래는 매트릭 잠재력이 높으며, 유기체와 식물이 물을 쉽게 이용할 수 있습니다. 10%의 물을 함유한 미사토는 매트릭 전위가 훨씬 낮고 물의 가용성이 현저히 낮습니다.

수분 포텐셜 측정은 식물의 가용 수분을 명확하게 나타내며, 수분 함량과 달리 식물의최적 상태는 매우 습한 쪽에 해당하는 약 -2~5kPa부터 건조한 쪽의 최적 상태인 약 -100kPa까지 쉽게 참조할 수 있는 척도가있습니다. 그 이하로 내려가면 식물은 적자가 발생하고 -1000kPa를 넘어서면 손상을 입기 시작합니다. 식물에 따라 -1000~-2000kPa 이하의 수전위는 영구적인 시들음을 유발합니다.

표 1은 몇 가지 작물 유형에 대한 쉬운 참조 척도를 보여줍니다. 식물은 이 적정 수분 범위 내에서 유지될 때 스트레스를 덜 받고 더 많은 수확량을 얻을 수 있습니다.

A graphic showing the optimal kPa ranges for several crops — **표 1.** 일부 작물에 대한 쉬운 수분 잠재력 기준 척도(출처: 테일러, 스털링 A. 및 게일린 L. 애쉬크로프트. 물리적 에다폴로지. 관개 및 비관개 토양의 물리학. 1072.) 식물은 수분 잠재력 적정 범위 내에서 유지될 때 스트레스를 받지 않고 더 많은 수확량을 얻을 수 있습니다.

대부분의 애플리케이션에는 수분 전위와 수분 함량이 모두 필요합니다.

수분 함량보다 수분 전위가 식물의 가용 수분을 더 잘 나타내지만, 대부분의 상황에서는 수분 전위 센서와 토양 수분 센서를 모두 사용하는 것이 유용합니다. 수분 전위의 강도 측정이 저장되거나 필요한 물의 양으로 직접적으로 해석되지는 않습니다. 수분 함량 정보는 관개 관리 및 물 균형 연구와 같은 애플리케이션에서도 필요합니다.

자세한 내용은 다음을 참조하세요: "물을 줄 때 - 이중 측정으로 미스터리 풀기"를 참조하세요.