• 한국환경농학회지
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• 제34권3호
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• pp.155-160
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• 2015

왕겨 바이오차의 $N_2O$의 배출을 감소하기 위한 $NH_4-N$의 흡착제로서 가능성을 연구하기 위해 $NH_4-N$ 용액을 이용하여 왕겨 바이오차의 흡착 특성을 조사하였다. $NH_4-N$ 제거율은 왕겨 바이오차를 많이 첨가할수록 $NH_4-N$ 제거율이 증가하는 경향을 보이는 반면에, 바이오차 무게(g) 당 $NH_4-N$ 흡착량은 감소하는 경향을 보였다. 왕겨 바이오차를 이용한 흡착실험 결과를 Langmuir 흡착등온식에 적용하여 최대 단분자층 흡착량($q_m$), 흡착 친화도(b), 무차원 상수 $R_L$를 산출하였다. 그 결과 무차원 상수 $R_L$값이 0-1사이에 있어 Langmuir 흡착등온식을 잘 표현하였다. 따라서 왕겨를 소재로 제조한 바이오차는 흡착에 용이한 것으로 나타났다. 향후 이를 바탕으로 온실가스를 제어하기 위해 왕겨를 소재로 한 바이오차를 토양에 시용하였을 시 $N_2O$ 배출 감소를 위한 $NH_4-N$ 흡착 특성에 대한 연구가 필요한 것으로 판단된다.

• 유기물자원화
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• 제31권3호
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• pp.55-64
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• 2023

본 연구의 목적은 바이오차를 미생물 담체로 활용하기 위해 pH 조절제로서 구연산과 목초액을 각각 처리한 왕겨 바이오차와 어분을 혼합한 토양 침출수의 양분 용출 패턴을 구명하기 위해 수행하였다. 왕겨 바이오차 pH 6.0~7.0와 어분을 혼합비(4:6)로 조제하였다. 본 실험의 처리는 산도를 조절하지 않은 바이오차 처리한 토양을 대조구(RB+DF), 목초액으로 산도 조절한 왕겨 바이오차와 어분의 혼합물(RBP+DF)을 처리한 토양, 구연산으로 산도 조절한 왕겨 바이오차와 어분의 혼합물(RBC+DF)을 처리한 토양 3 수준으로 구성되어 있다. 왕겨 바이오차와 어분을 혼합한 토양 침출수 중에 NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P, K의 농도를 분광계를 이용하여 분석하였다. 실험 결과로서 RBC+DF 처리한 토양의 침출수 중에 NH₄-N와 PO₄-P 누적함량은 가장 높았고, 또한 RBP+DF를 처리한 토양의 침출수에서 NO₃-N와 K의 누적함량은 가장 높게 나타났다. 대조구에 비해 NH₄-N와 PO₄-P는 구연산으로 산도를 조절한 왕겨 바이오차를 처리한 토양의 침출수에서, NO₃-N와 K는 목초액으로 조절한 왕겨 바이오차 처리한 토양의 침출수에서 각각 흡착능이 낮아 더 많이 용출되는 것으로 관측되었다. 따라서, 미생물 담체로서 산도를 조절한 왕겨 바이오차의 시용에 따른 작물 생육 반응에 관한 연구가 필요하다고 판단된다.

• 유기물자원화
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• 제30권4호
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• pp.67-83
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• 2022

바이오차는 바이오매스를 산소가 제한된 환경에서 고온(300~700℃)으로 열분해하여 얻어지는 탄소 함량이 높은 생성물이다. 최근 바이오차는 농업 부산물을 최소화하고 순환 경제의 효율성을 높이는 효과적인 도구로 농업 및 환경 분야에서 다양한 용도로 널리 사용되고 있다. 바이오차를 만드는 재료로 왕겨, 가축분, 보릿짚 등 여러종류의 유기성 부산물이 사용되고 있으며, 약 10% 바이오차 적용(wt/wt)은 작물의 수확량, 토양 탄소 격리량을 높여준다는 연구 결과가 있다. 우리나라 농경지의 경우 논에서 밭으로 토지 이용이 전환되거나 간척으로 인한 갯벌이 논으로 개간되고, 산림에서 밭이나 시설재배지로 개간되는 경우가 발생한다. 그러므로 농경지 전환으로 인한 농경지별 바이오차 적용 효과가 상이할 것으로 판단된다. 그러나 국내에서 농경지 유형별 바이오차 종류와 투입 수준에 따른 토양 탄소저장 연구는 여전히 미흡한 상황이다. 이에 본 연구는 농경지 토양별 바이오차 종류와 투입 수준에 따른 토양 탄소저장과 무기화되어 배출되는 이산화탄소(CO₂) 배출량을 정량적으로 평가하였다. 본 연구에 사용한 재료는 보릿짚, 가축분을 수거, 건조 등 전처리 과정을 거친 후 충남 예산에 있는 바이오차 제조공장 탄화로를 이용하여 TLUD (Top Lit Up Draft) 상향 통풍형 열분해 방식으로 약 500℃에서 제조하였다. Kinetic 모델 적용 결과 토양에 투입된 탄소 무기화는 바이오차를 투입하지 않으면 토양 종류별 8.2~16.5% 비율로 탄소원이 무기화 되어 이산화탄소로 배출되었다. 노지 밭 토양에서 15.5~16.5%로 가장 높았고, 간척지 토양에서 8.2~8.7%로 가장 낮았다. 이는 토양 내 탄소 함량이 높은 토양에서 유기물의 분해가 상대적으로 높아 배출되는 이산화탄소(CO₂)는 탄소 함량에 비례하여 증가하는 것으로 판단된다. 바이오차를 투입한 토양에서 탄소 함량이 증가함에도 상대적으로 무기화되는 비율은 낮아졌다. 국제 바이오차협 회에서는 H:C 비율이 0.7 이하면 100년 이상 토양 내 탄소 격리효과가 있는 것으로 인정되고 있다. 본 연구를 통해 바이오차의 원료물질이 상이한 보릿짚, 가축분 바이오차 간 탄소 무기화에 미치는 영향이 상이할 것으로 판단했지만, 각각의 바이오차 H:C 비율이 0.30~0.39로 0.7 이하임으로 토양에 혼합하였을 때 탄소 무기화의 비율이 낮고 탄소 격리의 효과가 나타났다.

• 농업과학연구
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• 제41권4호
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• pp.369-377
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• 2014

This study was carried out to evaluate the effect of rice husk (RHB) and food waste biochar (FWB) on upland soil with sandy loam texture, in terms of physico-chemical analysis, lettuce seed germination test, and orgainc carbon leaching experiment. RHB and FWB had different physico-chemical properties each other. Carbon to nitrogen ratio (C/N ratio) of RHB was 32, showing two times higher than that of FWB. FWB had high salt and heavy metal content, compared to RHB. This is probably due to different ingredients and production processing between two biochars each other. Results of germination test with Lettuce showed lower germination rate when FWB was applied because of higher salt concentration compared to control and RHB. Organic carbon leaching test using saturated soil column (${\Phi}75{\times}h75mm$) with $10MT\;ha^{-1}$ biochar application rate, showed higher saturated hydraulic conductivity in rice husk biochar treatment column, compared to control and food waste biochar treatment. The highest total organic carbon concentration in column effluent was lower than those in both of rice husk biochar and food waste biochar, whereas the differences was negligible after 9 pore volumes of effluent. Consequently, biochars from byproducts such as rice husk and food waste in sandy loam textured upland soil could enhance a buffer function such as reduction of leaching from soil, but the harmful ingredient to crops such as high salt and heavy metals could limit the agricultural use of biochars.

• 유기물자원화
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• 제30권2호
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• pp.17-28
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• 2022

본 실험은 벼 재배 기간 동안 활성바이오차팰렛 비료(ABPFs) 시용에 따른 벼 생육 반응, 논 표면수 및 토양의 화학적 특성 변화를 평가하였다. 시험구 처리는 대조구, 활성왕겨바이오차 팰렛 비료(ARHBP-40%), 활성 야자수 바이오차 팰렛 비료(APBP-40%)로 구성되어 있다. ARHBP-40% 처리구에서 논 표면수의 NH₄⁺-N 및 PO₄^--P의 농도가 가장 낮게 관측되었으며, 대조구에서 토양 중의 NH₄⁺-N농도가 이양 후 30일 까지 급격하게 감소되었다. 또한, 바이오차 혼합처리구에서 NH₄⁺-N 농도는 이양 후 1일에 9.18 mg L^-1로서 가장 낮았으며, 이양 후 56일에 ABPFs 처리구에서 NH₄⁺-N 농도가 1 mg L^-1 이하로 관측되었다. 이앙 후 30일 까지 ARHBP-40% 처리구에서 PO₄^--P농도는 0.06 mg L^-1에서 0.08 mg L^-1 범주로 처리구 사이로 가장 낮았다. 대조구에 있어 논 토양 중의 NH₄⁺-N 농도는 이양 후 14일에 177.7 mg kg^-1 에서 49.4 mg kg^-1로 급격히 감소한 반면, NO₃^--N 농도는 13.2 mg kg^-1로 가장 높았다. 토양 중의 P₂O₅ 농도는 처리에 관계없이 이양 후부터 수확기 까지 증가하는 경향 이었다. APBP-40% 처리구에서 K₂O 농도는 이앙 후 84일에 252.8 mg kg^-1로 가장 높았다. 대조구에서 초장은 다른 처리구에 비해 높았으며, 수량은 대조구와 ARHBP-40% 처리구 사이에 차이가 인정되지 않았다. 따라서 농업 생태계에서 ARHBP-40% 처리를 함에 따라 질소와 인산 시용량을 줄일 수 있다.

• 유기물자원화
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• 제27권2호
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• pp.19-30
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• 2019

본 연구는 국내산 우각이 혼합된 유기질비료를 개발하여 가장 많은 유기재배 면적을 차지하고 있는 벼를 포함하여 가지에 대한 시용효과를 조사하고 수입 유박을 대체할 유기자원으로 우각의 활용가능성을 구명하고자 실시하였다. 질소함량이 높은 국내산 유기자원 선발을 위하여 계분, 어분, 콩깻묵, 참깻묵, 들깻묵, 혈분, 우각, 맥주오니 등 8종을 분석하여 질소함량이 높은 유기자원을 선발하였고 보조제로 왕겨 바이오차, 미강 등을 원료별, 혼합비율별로 혼합하고 성분을 분석하여 유기농업에 사용 가능한 유기질비료 제조조건을 확립하였다. 우각은 전질소(T-N) 함량이 12.0 %로 높아 혈분 13.5 % 다음으로 높았으며 어분 및 깻묵은 전질소 함량이 5.9~7.9 % 수준이었다. 계분은 유기농업에 사용가능한 무항생제 산란계 계분을 사용하였으며, 맥주오니는 질소함량이 3.4 %로 나타났다. 무항생제 계분, 우각, 맥주오니 등을 주재료로 바이오차, 미강 등을 보조제로 사용하여 유기질비료를 제조한 결과. 수입유박의 질소함량(4.0~4.2 %) 대비 개발한 유기질비료의 질소함량은 7.5 %로 높고 중금속함량은 Zn 400 mg/kg, Cu 120 mg/kg 이하 등으로 나타나 질소 함량이 높고 유기농업자재 품질기준에 적합한 유기질비료를 개발하였다. 우각이 포함된 유기질비료를 사용하여 벼와 가지를 재배하면서 시용효과를 조사한 결과 토양검정질소시비량 기준 100 % 시용시 혼합유박 대비 시용량을 40 % 감소하였음에도 벼 생육 및 수량이 대등하였으며, 가지 재배시에도 동일한 결과를 나타내었다. 우각 등 국산 유기자원을 이용한 새로운 고농도 질소원 선발 및 이를 이용한 유기재배 적합 유기질비료 개발은 친환경농업 확대 보급의 중요성이 높아지고 있는 현 시점에서 지역자원을 이용한 기존 수입 혼합유박 대체 연구의 출발점이자 폐기되고 있는 국내 유기자원의 활용 방안 모색에서 큰 의미를 가지며 향후 확대 보급된다면 친환경농산물의 안정적 생산에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국환경농학회지
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• 제39권3호
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• pp.171-177
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• 2020

BACKGROUND: Recently, biomass conversion from agricultural wastes to carbon-rich materials such as biochar has been recognized as a promising option to maintain or increase soil productivity, reduce nutrient losses, and mitigate greenhouse gas emissions from the agro-ecosystem. This experiment was conducted to select an optimum conditions for enhancing the NH₄-N adsorption capacity of rice hull activated biochar. METHODS AND RESULTS: For deciding the proper molarity of KOH for enhancing its porosity, biochars treated with different molarity of KOH (0, 1, 2, 4, 6, 8) were carbonized at 600℃ in the reactor. The maximum adsorption capacity was 1.464 mg g^-1, and an optimum molarity was selected to be 6 M KOH. For the effect of adsorption capacity to different carbonized temperatures, 6 M KOH-treated biochar was carbonized at 600℃ and 800℃ under the pyrolysis system. The result has shown that the maximum adsorption capacity was 1.76 mg g^-1 in the rice hull activated biochar treated with 6 M KOH at 600℃ of pyrolysis temperature, while its non-treated biochar was 1.17 mg g^-1. The adsorption rate in the rice hull activated biochar treated with 6 M KOH at 600℃ was increased at 62.18% compared to that of the control. Adsorption of NH₄-N in the rice hull activated biochar was well suited for the Langmuir model because it was observed that dimensionless constant (R_L) was 0.97 and 0.66 at 600℃ and 800℃ of pyrolysis temperatures, respectively. The maximum adsorption amount (q_m) and the bond strength constants (b) were 0.092 mg g^-1 and 0.001 mg L^-1, respectively, for the rice hull activated biochar treated with 6 M KOH at 600℃ of pyrolysis. CONCLUSION: Optimum condition of rice hull activated biochar was 6M KOH at 600℃ of pyrolysis temperature.

• 한국환경농학회지
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• 제39권3호
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• pp.222-227
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• 2020

BACKGROUND: Among the biomass conversion techniques of livestock manure, composting process is a method of decomposing organic matter through microorganisms, and converting it into fertilizer in soil. The aerobic composting process is capable of treating cow manure in large quantities, and produces greenhouse gas as CO₂ and N₂O, although it has economical benefit. By using the activated rice hull biochar, which is a porous material, it was intended to mitigate the greenhouse gas emissions, and to produce the compost of which quality was high. Objective of this experiment was to estimate CO₂ and N₂O emissions through composting process of cow manure with different cooperated biochar contents. METHODS AND RESULTS: The treatments of activated rice hull biochar were set at 0%, 5%, 10% and 15%, respectively, during composting cow manure. The CO₂ emission in the control was 534.7 L kg^-1, but was 385.5 L kg^-1 at 15% activated rice hull biochar. Reduction efficiency of CO₂ emission was estimated to be 28%. N₂O emission was 0.28 L kg^-1 in the control, but was 0.03 L min^-1 at 15% of activated rice hull biochar, estimating about 89% reduction efficiency. CONCLUSION: Greenhouse gas emissions during the composting process of cow manure can be reduced by mixing with 15% of activated rice hull biochar for eco-friendly compost production.

• 유기물자원화
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• 제31권3호
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• pp.43-53
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• 2023

This batch experiment evaluated the impacts of major plant nutrient releases by applying the modified Hyperbola model on the leachates and N₂O emissions from incorporated rice hull biochar with organic fertilizer materials. The treatments consisted of the control as incorporated with organic fertilizer materials, the incorporated rice hull biochar with organic fertilizer materials, and the incorporated plasma-activated rice hull biochar with organic fertilizer materials under redox conditions. The results indicated that the maximum release amount of NH₄-N was 3486.3 mg L^-1 in the control, and their reduction rates of NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P, and K were 8.0%, 17.5% 44.3.0% and 8.7%, respectively, relative to the control. In the control, the highest soluble amount of PO₄-P was 681.0 mg L^-1. The estimations for accumulated NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P, and K-releases in all the treatments were significantly (p<0.01) fitted with a modified Hyperbola model. For greenhouse gas emissions, the lowest cumulative N₂O was 340.4 mg kg^-1 in the soil incorporated with plasma-activated rice hull biochar, and the reduction rates were 27.8% and 86.4% in the rice hull biochar and plasma-activated rice hull biochar treatments, respectively, compared to the control. Therefore, it concluded that the incorporated rice hull biochar can be especially useful for controlling PO₄-P release and N₂O emissions for bio-fertilizer applications.