Objective of this study was to investigate the effect of carbonized biomass from crop residues on chemical properties of soil and soil carbon pools during soybean cultivation. The carbonized biomass was made by field scale mobile pyrolyzer. A pot experiment with soybean in sandy loam soil was conducted for 133 days in a greenhouse, by a completely randomized design with three replications. The treatments consisted of four levels including the control without input and three levels of carbonized biomass inputs of $9.75Mg\;ha^{-1}$, C-1 ; $19.5Mg\;ha^{-1}$, C-2 ; $39Mg\;ha^{-1}$, C-3. Soil samples were collected and analyzed pH, EC, TC, TN, inorganic-N, available phosphorus and exchangeable cations of the soils. Soil pH, Total-N and available phosphorus contents correspondingly increased with increasing the carbonized material input. The contents of soil carbon pools were $19.04Mg\;C\;ha^{-1}$ for C-1, $26.19Mg\;C\;ha^{-1}$ for C-2, $33.62Mg\;C\;ha^{-1}$ for C-3 and $12.01Mg\;C\;ha^{-1}$ for the control at the end of experiment, respectively. Increased contents of soil carbon pools relative to the control were estimated at $7.03Mg\;C\;ha^{-1}$ for C-1, $14.18Mg\;C\;ha^{-1}$ for C-2 and $21.62Mg\;C\;ha^{-1}$ for C-3 at the end of experiment, respectively, indicating that the soil carbon pools were increased with increasing the input rate of the carbonized biomass. Consequently, it seems that the carbonized biomass derived from the agricultural byproducts such as crop residues could increase the soil carbon pools and that the experimental results will be applied to the future study of soil carbon sequestration.
Lignocellulosic biomass conversion to biofuels such as ethanol and other value-added bio-products including activated carbons has attracted much attention. The development of an efficient, cost-effective, and eco-friendly pretreatment process is a major challenge in lignocellulosic biomass to biofuel conversion. Although several modern pretreatment technologies have been introduced, few promising technologies have been reported. Microwave irradiation or microwave-assisted methods (physical and chemical) for pretreatment (disintegration) of biomass have been gaining popularity over the last few years owing to their high heating efficiency, lower energy requirements, and easy operation. Acid and alkali pretreatments assisted by microwave heating meanwhile have been widely used for different types of lignocellulosic biomass conversion. Additional advantages of microwave-based pretreatments include faster treatment time, selective processing, instantaneous control, and acceleration of the reaction rate. The present review provides insights into the current research and advantages of using microwave-assisted pretreatment technologies for the conversion of lignocellulosic biomass to fermentable sugars in the process of cellulosic ethanol production.
Background: In ecosystem carbon cycle studies, distinguishing between $CO_2$ emitted by roots and by microbes remains very difficult because it is mixed before being released into the atmosphere. Currently, no method for quantifying root and microbial respiration is effective. Therefore, this study investigated the relationship between soil respiration and underground root biomass at varying distances from the tree and tested possibilities for measuring root and microbial respiration. Methods: Soil respiration was measured by the closed chamber method, in which acrylic collars were placed at regular intervals from the tree base. Measurements were made irregularly during one season, including high temperatures in summer and low temperatures in autumn; the soil's temperature and moisture content were also collected. After measurements, roots of each plot were collected, and their dry matter biomass measured to analyze relationships between root biomass and soil respiration. Results: Apart from root biomass, which affects soil's temperature and moisture, no other factors affecting soil respiration showed significant differences between measuring points. At each point, soil respiration showed clear seasonal variations and high exponential correlation with increasing soil temperatures. The root biomass decreased exponentially with increasing distance from the tree. The rate of soil respiration was also highly correlated exponentially with root biomass. Based on these results, the average rate of root respiration in the soil was estimated to be 34.4% (26.6~43.1%). Conclusions: In this study, attempts were made to differentiate the root respiration rate by analyzing the distribution of root biomass and resulting changes in soil respiration. As distance from the tree increased, root biomass and soil respiration values were shown to strongly decrease exponentially. Root biomass increased logarithmically with increases in soil respiration. In addition, soil respiration and underground root biomass were logarithmically related; the calculated root-breathing rate was around 44%. This study method is applicable for determining root and microbial respiration in forest ecosystem carbon cycle research. However, more data should be collected on the distribution of root biomass and the correlated soil respiration.
Balathanigaimani, M.S.;Shim, Wang Geun;Kim, Sang Chai
Applied Chemistry for Engineering
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v.28
no.1
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pp.8-16
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2017
The importance of the biomass-based activated carbon as an adsorbent has been reviewed with emphasizing on the application in the fields of energy storage and environmental related problems. It is clear from the literature survey that beside surface area and pore volume, surface chemistry also plays important role in determining their usage in various field. The capacities of biomass-based activated carbon can be increased depending upon the choice of the biomass used and the pathway taken for their activation and hence they can be tailored for various applications. Accordingly, this review summarizes the role of biomass based activated carbon in different applications.
We studied natural and plantation forest ecosystem of Sarguja in Chhattisgarh, India in order to understand how vegetation biomass, carbon stock and its allocation patterns vary among the sites. For this, stratified random sampling was opted to measure the different layers of vegetation. Wide floral diversity was found in the natural forest site as compared to the teak stand. Overall, 17 tree species found in natural forest comprising 8 families while in the teak stand 6 species were recorded. In understory strata 23 species were recorded (18 herbs and 5 shrubs) in natural forest whereas in teak stand 20 herb species and 3 shrubs were found. Great variation was also seen in the population dynamics of the different vegetation stratum in concerned sites. The sapling, seedling and herb density was found to be highest in natural stand while tree and shrub density was more in teak stand. Results indicated that stand biomass of the natural site was $321.19t\;ha^{-1}$ while in the teak stand it was $276.61t\;ha^{-1}$. The total biomass of tree layer in plantation site was $245.22t\;ha^{-1}$ and natural forest $241.44t\;ha^{-1}$. The sapling, seedling, shrub and forest floor biomass was found highest under natural forest as compared to the teak plantation site. Carbon stock has similar trend as that of biomass accumulation in natural forest and teak stand. Higher biomass accumulation and carbon stock were recorded in the higher girth class gradation of the population structure. Proper efforts are required to manage these diverse ecosystems to obtain higher biomass and sustainable ecological services.
Biomass, carbon, nitrogen and phosphorus standing crops of bethic community were estimated at the trophic levels in the intertidal zone of Kum river estuary. Annual mean biomass of zoobenthos was 130.5g/$m^2$, body fraction 26.7g/$m^2$ and shell fraction 103.8 g/$m^3$. Biomass estimated as ash-free dry weight was total 28.9g/$m^2$, body fraction 20.2g/$m^2$ and shell fraction 8.7g/$m^2$ Carbon standing crops of zoobenthos were 15.9gC/$m^2$, in which organic carbon content was 7.0gC/$m^2$ and carbonate carbon was 8.9gC/$m^2$. Production efficiency by carbon standing crops from sediment to herbivores and carnivores and 10.6% and 16.0% in phosphorus, respectively. Annual primary production of benthic algae was crudely estimated to 329g.dw/$m^2$/yr by using the biomass and turn-over rate of benthic algae.
Carbon biomass of plankton community, Total Organic Carbon (TOC) and Chlorophyll a (chl.a) concentration were examined in the SeoNakdong river from January to December in 2014, to assess composition of phyto- and zoo-plankton variation, to certify the correlation between chl.a and TOC and to determine the level of contribution of plankton carbon content to TOC in the reservoir-river ecosystem. The correlation level between TOC and chl.a was low in the year 2014 but exceptionally was highly correlated only during the period with cyanobacterial bloom. The high level of contribution of plankton carbon content to TOC was attributed to cyanobacterial carbon biomass from May to November and to Cladocera carbon biomass from March to May, November and December despite of its low abundance. These results suggest that there were inter-relationships between phytoplankton, zooplankton and TOC and also subtle consistency of their properties through the year. These patterns should be discussed in relation to the physiochemical and biological characteristics of the environment, as well as to allochthonous organic matters from non-point pollution sources.
There are many researches in progress on co-firing of coal and biomass to reduce carbon dioxide produced from the coal consumption. This study carried out 200 Kg/h combustion test furnace by mixing coal with timber. Coal was mixed with domestic and imported-wood around 10% to 20% based on input energy. For the mixed fuel, combustion temperature, unburned carbon and the composition of flue gas were analyzed. In addition, the tendency of slagging and fouling was examined using a probe. According to the result of the experiment, combustion temperature was depended on the kind of wood and mixing ratio. The unburned carbon loss was higher with increase of wood biomass mixing ratio, as a result, the total heat loss of furnace was slightly increased. The emission of NOx and SOx were decreased by $3{\sim}20%$ and $21{\sim}60%$ respectively. There are no difference of slagging and fouling tendency between biomass co-firing and coal burning only.
This study was conducted to investigate the effect of carbonized biomass from crop residues on soil carbon storage during soybean cultivation. The carbonized biomass was made by field scale mobile pyrolyzer. The treatments consisted of control without input and three levels of carbonized biomass inputs as $59.5kg10a^{-1}$, C-1 ; $119kg10a^{-1}$, C-2 ; $238kg10a^{-1}$, C-3. Soil samples were collected during the 113 days of experimental periods, and analyzed soil pH and moisture contents. Soil carbon contents and soybean yield were measured at harvesting period. For the experimental results, soil pH ranged from 6.8 to 7.5, and then increased with increasing carbonized material input. Soil moisture contents were slightly higher by 0.1~1.5% than the control, but consistent pattern was not observed among the treatments. Soil carbon and organic carbon contents in the treatments increased at 24 and 15% relative to the control at 15 days after sowing, respectively. Loss rate of SOC (soil organic carbon) relative to its initial content was 7.2% in control followed by C-1, 6.8%> C-2, 3.5%>C-3, 1.1% during the experimental periods. The SOC change rate decreased with increasing carbonized biomass rate. It was appeared that soybean yields were $476.9kg10a^{-1}$ in the control, and ranged from 453.6 to $527.3kg10a^{-1}$ in the treatments. However, significant difference was not found among the treatments. It might be considered that the experimental results will be applied to soil carbon sequestration for future study.
The study of carbonaceous aerosols in the atmosphere is critical to understand the role of aerosols in human health and climate. Using standardized thermal optical transmittance methods, organic carbon (OC), elemental carbon (EC), and water soluble organic carbon (WSOC) were determined using a combustion sampling system for four types of agricultural crop residues (rice straw, red pepper stems, soybean stems, and green perilla stems) and eight types of forest trees (pine stems, pine needles, ginkgo stems, ginkgo leaves, maple stems, maple leaves, cherry stems, and cherry leaves). The aerosol particles between 0.056 and $5.6{\mu}m$ in size were analyzed using a Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor (MOUDI). In the current study, the Carbonaceous Thermal Distribution (CTD) by carbon analyzer was discussed in order to understand the carbon fractions from the twelve types of biomass burning. Also, the concentration of OC, EC, WSOC, and water insoluble organic carbon (WIOC) detected in the emissions were described.
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