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첨단산업용 핵심광물(흑연, REE, Ni, Li, V)의 지질학적 부존특성 및 활용현황 (Situation of Utilization and Geological Occurrences of Critical Minerals(Graphite, REE, Ni, Li, and V) Used for a High-tech Industry)

  • 고상모;이범한;허철호
    • 자원환경지질
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    • 제56권6호
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    • pp.781-797
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    • 2023
  • 최근 들어 첨단산업에 활용되는 핵심광물의 확보를 위한 광물수요국들의 대응이 빠르게 진행되고 있다. 흑연은 중국 생산량이 압도적 우위에 있지만, EV 배터리 부문의 기하급수적인 성장에 따라 글로벌 공급에서 변화가 초래되고 있으며, 동 아프리카에서의 활발한 탐사가 좋은 사례이다. 우리나라에서도 생산이 증가되고 있다. 희토류는 첨단산업에 폭넓게 사용되고 있는 핵심원료이다. 세계적으로 희토류를 생산하는 광상은 카보너타이트형, 라테라이트형 및 이온흡착형 광상이 개발 중에 있다. 중국의 생산이 다소 감소되는 추세이지만 여전히 압도적인 우위를 점하고 있다. 최근 수년간의 변화는 미얀마의 급부상과 베트남의 생산 증가이다. 니켈은 다양한 화학 및 금속 산업에 사용되어 온 금속이지만 최근 밧데리 비중이 점차 증가되고 있는 추세이다. 세계 니켈 광상은 초염기성암에서 유래된 유화형 광상과 라테라이트형 광상으로 크게 구분된다. 유화형 광상은 호주에서 개발이 지속적으로 증가 할 것으로 예측되며, 라테라이트형 광상은 인도네시아에서의 개발이 촉진 될 것으로 보인다. 리튬이온 배터리 수요에 따라 니켈 시장도 견인될 것으로 전망된다. 세계 리튬 광상은 염호형(78%)과 암석/광물형(스포듀민 19%), 점토형(3%)이 생산되고 있다. 암석형 광상이 염호형 광상보다 품위가 다소 높지만 매장량이 적고 페그마타이트에 함유된 스포듀민 리튬광물이 대상이다. 칠레, 아르헨티나, 미국에서는 염호형 광상을 주로 개발하고 있으며, 호주와 중국에서는 염호 및 암석/광물 두 근원으로부터 리튬을 추출하고 있고 캐나다에서는 암석/광물로부터만 생산한다. 바나듐은 전통적으로 강철 합금에 약 90% 이용되어 왔으나 최근 대규모 전력 저장을 위한 바나듐 레독스 흐름배터리 용도가 증가 추세에 있다. 세계 바나듐 공급원은 광산에서 생산하는 바나듐을 함유한 철광석(81%)과 부산물에서 회수하는 바나듐(2차 근원, 18%)으로 양대분 된다. 81%를 차지하는 바나듐-철광석 근원은 제강공정에서 유래된 바나듐 슬래그가 70%를 차지하고 광산에서 생산하는 1차 근원인 광석은 30%에 불가하다. 이러한 공급원으로부터 중간재인 바나듐 산화물이 제조된다. 바나듐 광상은 함바나듐 티탄자철석형 광상, 사암 모암형 광상, 셰일 모암형 광상과 바나듐산염형 광상으로 구분되는데 함바나듐 티탄자철석형 광상만이 현재 개발되고 있다.

0D 반응 모델을 활용한 PP와 PE의 비응축성 열분해 기체의 열화학적 전환에 대한 수치해석 연구 (Numerical Study on Thermochemical Conversion of Non-Condensable Pyrolysis Gas of PP and PE Using 0D Reaction Model)

  • 이은지;양원;이은도;이영재
    • 청정기술
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    • 제30권1호
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    • pp.37-46
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    • 2024
  • 전 세계적으로 플라스틱 폐기물로 인한 환경문제가 지속적으로 제기되었으며, 코로나19 이후 플라스틱 폐기물은 급증하는 추세이다. 특히 PP와 PE는 전체 플라스틱 생산량의 절반 이상을 차지하며 두 소재의 폐기물량은 심각한 수준이다. 이에 따라 국내외적으로 플라스틱 재자원화를 위한 연구가 지속적으로 수행되고 있으며, 그중 열분해 기술은 한가지 대안이 될 수 있다. 본 연구에서는 PP와 PE의 열분해 생성 기체에 대한 화학 반응론적 거동을 예측하고자 비응축성 기체의 열분해 거동에 관한 수치해석 연구를 수행하였다. 기존의 열분해 문헌 조사를 통해 얻은 다양한 조성의 탄화수소 화학종을 기반으로 온도와 체류시간에 따라 생성물의 거동을 분석하였다. 수치해석 결과, 온도 및 체류시간이 증가함에 따라 비응축성 기체의 전환을 통해 H2와 고분자 탄화수소의 생성이 증가하였고 동시에 CH4와 C6H6 화학종은 감소하여 반응에 참여하는 것을 알 수 있었다. 또한 생성률 분석을 통해 C2H4의 분해 반응이 H2 생성에 지배적인 반응임을 확인하였고, C2H4의 함량이 PP 대비 많은 PE에서 C2H4의 분해 반응을 통해 H2 생성량이 증가하는 경향을 나타냈다. 향후 수치해석 결과에서 도출된 여러 변수를 통해 플라스틱에서 H2 및 탄소의 전환율을 높이는 방법을 실험적으로 확인할 계획이다.

밭 작물(作物)의 가리(加里) 생리(生理) (Potassium Physiology of Upland Crops)

  • 박훈
    • 한국토양비료학회지
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    • 제10권3호
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    • pp.103-134
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    • 1977
  • 밭 작물에 대(對)한 칼리의 생리(生理) 및 생화학적(生化學的) 역할(役割)을 최근(最近) 연구결과(硏究結果)를 중심(中心)으로 검토(檢討)하였으며 우리나라 밭 작물(作物)의 가리영양(加里營養) 현황(現況)을 살펴봤다. 칼리이온의 물리화학적(物理化學的) 특성(特性)은 Na에 의(依)하여 완전(完全) 대체(代替) 불가능(不可能)함을 보이며 대부분(大部分)의 작물(作物)에서 Na의 K대체(代替)는 불가피(不可避)한 대체기능(代替機能)에 대(對)한 부분적(部分的) 대체(代替)에 불과(不過)한 것 같다. 칼리의 특이성(特異性)은 엽록체(葉綠體) thylacoid막(膜)과 같은 미세구조(微細構造)를 효율적(效率的) 구조(構造)로 유지(維持)하며 주(主)로 탄수화물(炭水化物)과 단백질(蛋白質) 대사(代謝)에 관계(關係)하는 제효소(諸酵素)들의 allosteric effector로, 효율적(效率的) conformation의 유지자(維持者)로 작용(作用)하는 것으로 보였다. 광인산화(光燐酸化) 반응(反應)과 산화적(酸化的) 인산반응(燐酸反應) 등(等) energy 대사(代謝)에 필수적(必須的) 존재(存在)로서 유기물(有機物)의 합성(合成)과 전류등(轉流等) 광범(廣範)한 energy 의존(依存) 생리작용(生理作用)에 관여(關與)하고 있다. 칼리는 삼투압(渗透壓) 및 교질(膠質)의 가수도(加水度)를 유지(維持)하여 수분흡수(水分吸收) 및 전류(轉流)의 동인(動因)으로 작용(作用)하여 생리작용(生理作用)의 최적환경(最適環境)을 만들며 수분효율(水分效率)을 높인다. 칼리는 무기양분(無機養分)의 흡수(吸收)와 체내분포(體內分布)에 영향(影響)을 주고 생산물의 품질향상(品質向上)에도 영향을 주며 생산품의 K함량자체(含量自體)가 인체(人體)에서의 K의 중요성(重要性)으로 품질평가(品質評價)의 기준(基準)이 될 것 같다. 칼리의 흡수(吸收)는 저온(低溫)에 의(依)해 크게 저해(沮害)받으며 내부(內部) 칼리 함량에 의(依)한 부(否)의 feedback기작(機作)이 있어서 칼리의 사치흡수는 재평가(再評價)되어야 할 것으로 보였다. 우리나라 토양(土壤)의 전가리(全加里)는 약(約) 3%이나 치환성(置換性)은 0.3me/100g으로 동해(凍害), 한해(寒害)와 불균일(不均一)한 강우(降雨)로 인(因)한 습해(濕害), 한해(旱害) 등(等)으로 모든 밭 작물(作物)에서 요구도(要求度)가 컸다. 대맥(大麥)은 결빙직전(結氷直前) 및 해빙(解氷) 직후(直後)의 K영양(營養)이 수량(收量)과 유의성(有意性) 상관(相關)을 보이며 곡실(穀實)로 많이 전류(轉流)되는 것이 좋았다. 대맥(大麥)의 가리이용률(加里利用率)은 27%, 대두(大豆)는 숙전(熟田)에서 58% 개간지(開墾地)에서 46%였다. 대두(大豆)는 야산(野山) 개발지(開發地)에서 특(特)히 가리(加里) 결핍증상(缺乏症狀)을 많이 보였으며 화아분화기(花芽分花期)에 엽(葉) 중(中) $K_2O$ 2% 이상(以上) K/(Ca+Mg) (함량비(含量比))비(比)는 1.0 이상(以上)이어야 할 것 같다. 고구마는 가리흡수력(加里吸收力)이 커서 후작(後作)의 K영양(營養)에 크게 영향(影響)을 주었다. 감자와 옥수수는 Ca와 Mg에 비(比)해 K가 특히 높았다. 가리결핍(加里缺乏) 고구마는 뿌리에서 K농도 차이가 가장 컸다. 당근, 가지, 배추, 고추, 무우, 도마도가 가리(加里) 함량(含量)이 많았으며 배추 수량(收量)은 가리(加里)와 정상관(正相關)이었다. 사료작물(飼料作物)의 가리(加里) 함량(含量)은 비교적(比較的) 높은 편이었으며 식물체(植物體) 중(中) N, P, Ca와 유의정상관(有意正相關)을 보였다. 과수원(果樹園)의 16~25%가 가리(加里) 부족(不足)으로 나타났으며 우량(優良) 사과밭과 배밭의 토양(土壤)과 엽(葉)은 가리(加里) 함량(含量)이 높았다. 뽕나무의 동해(凍害)에 의(依)한 가지 끝 고사방지(枯死防止)를 위(爲)한 엽(葉) 중(中) $K_2O/(CaO+MgO)$ 임계치(臨界値)는 0.95이었다. 밭 작물재배(作物栽培) 뒤의 토양(土壤) 중(中) 가리(加里)는 전작(前作)에 따라 증가(增加)되는 경우와 감소(減少)되는 경우가 있으며 가리(加里) 흡수(吸收)는 토양수분(土壤水分)에 존재(依存)하는 것 같다. 따라서 토양(土壤) 중(中)의 전가리(全加里)를 포함한 형태별(形態別) 가리(加里) 함량(含量)의 토질(土質), 기상(氣象), 작부체계(作付體系) 등(等) 제요인(諸要因)과 관련(關聯) 장기적(長期的)이고 정량적(定量的)인 조사(調査)가 필요(必要)하다. 가리(加里)의 추비(追肥), 심층시비(深層施肥) 또는 완용성(緩溶性) 비료(肥料)와 입상비료(粒狀肥料) 등(等)이 강우양상(降雨樣相)과 관련(關聯) 검토(檢討)됨으로써 K흡수(吸收) 및 효율(效率)을 증진(增進)시킬 수 있을 것 같다. 가리영양(加里營養)을 포함하여 밭 작물(作物)의 영양해석(營養解析)에는 다요인분석(多要因分析)에 의(依)한 합리적(合理的)이고 실용적(實用的)인 영양지표(營養指標)를 찾는데 경주(傾注)해야 할 것 같다.

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한국산(韓國産) 감귤류(柑橘類)의 화학성분(化學成分)에 관(關)한 연구(硏究)(I) -주요(主要) 감귤품종별(柑橘品種別) 화학성분함량(化學成分含量)에 관(關)하여- (Studies on the chemical composition of citrus fruits in Korea(I) -The chemical composition of main varieties-)

  • 양차범;박훈;김재욱
    • Applied Biological Chemistry
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    • 제8권
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    • pp.29-37
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    • 1967
  • 제주도산(濟州道産) 감귤(柑橘) 10개(個) 품종(品種)에 대하여 일반성분(一般成分) 및 무기성분(無機成分)을 분석(分析)하고 과즙중(果汁中)의 산(酸)과 당(糖)의 함량(含量) 및 완충능(緩衝能)을 조사(調査)하였으며 외국산(外國産) 감귤(柑橘) 2개품종(個品種)과 분재(盆栽)한 감귤(柑橘) 2개품종(個品種) 및 기타(其他) 과실(果實) 수종(數種)을 동시(同時)에 분석(分析) 비교(比較)하여 다음과 같은 결과(結果)를 얻었다. 1. 과육율(果肉率)(-과육중(果肉重)/과실중(果實重)${\times}100$)은 만생온주(晩生溫州)의 72.8%로 가장 높으나 타과실(他果實)보다는 낮으며 가장 적은것은 댕우지로 48.5%이며 동일(同一)한 품종(品種)사이에서는 미국산(美國産)보다 제주산(濟州産)이 약(約) 8% 낮고 분재(盆栽)한 것은 제주산(濟州産)에 비(比)하여 약간 떨어졌으며 이는 기온(氣溫)의 차(差)로 과피중(果皮重)이 닯아진 때문이라고 생각한다. 2. 조단배질(粗蛋白質)의 함량(含量)은 1내외(內外)로 품종간(品種間) 큰 차(差)가 없으나 타과실(他果實)보다 높은 조지방(粗脂肪)은 세품종(品種)에서 0.1 이하(以下)이고 기타는 0.1 이상(以上)이며 조섬유(粗纖維)의 함량(含量)은 0.3에서 0.8사이에 분포(分布)하고 동일(同一)한 품종간(品種間)에는 조단백질(粗蛋白質)이 많은것이 조섬유(粗纖維)의 함량(含量)이 높은 경향(傾向)을 보였다. 조회분(粗灰分)의 함량(含量)은 0.4%에서 0.7% 사이이며 전탄수화물(全炭水化物)은 비교적(比較的) 적었으나 전당(全糖)이 많은것에서 높았다. 3. 전산(全酸)의 함량(含量)은 신선과실(新鮮果實) 100g당(當) 병귤이 최저(最低)로 19.5m.e이며 이는 타과실중(他果實中) 최고치(最高値)인 국광(國光)의 18.4m.e 보다 높다. 최고치(最高値)는 댕우지의 44.2m.e였다. 전산량(全酸量)과 적정산량간(滴定酸量間)에 일정(一定)한 관계(關係)는 없었으며 결합산비(結合酸比)(전산(全酸)/결합산(結合酸))가 전산(全酸)이 40m.e이상(以上)인 두 품종(品種)에서 10보다 크고 3m.e이하(以下)인 다른 품종(品種)들은 5이하(以下)였다. 과피산비(果皮酸比)(과육산(果肉酸)/과피산(果皮酸))에 있어서도 전자(前者)가 9이고 후자(後者)는 $3{\sim}5$였다. 미국산(美國産)에 비(比)하여 전산(全酸) 및 적정산(滴定酸)이 많았다. 결합산(結合酸)과 적정산(滴定酸)의 함량비(含量比)는 과육(果肉)과 과피(果皮)에서 서로 반대(反對)의 결과(結果)였다. 4. 전당(全糖)의 함량(含量)은 네이블에서 12.82%로 최고치(最高値)를 보이며 하귤(夏橘)의 4.9%가 최저(最低)였다. 전당(全糖)은 타과실(他果實)과 큰 차(差)가 없으나 환원당(還元糖)의 함량(含量)은 네이블을 제외(除外)하면 감귤류(柑橘類)가 타과실(他果實)의 약반(約半)이었다. 감미비(甘味比)(전당(全糖)/적정산(滴定酸))는 네이블이 13.30으로 가장 크고 산(酸)이 많았던 댕우지와 하귤(夏橘)에서 2로 가장 낮았다. 5. 과즙(果汁)의 pH는 산(酸)이 많았던 댕우지와 하귤(夏橘)이 3 이하(以下)이고 기타(其他)는 3 이상(以上)이며 최고치(最高値)인 네이블의 3.8은 타과실중(他果實中) 제일 낮은 국광(國光)의 3.89 보다 높다. 미국산(美國酸)의 pH는 4.09로 가장 높았고 pH 7 이상(以上)에서 완충력(緩衝力)이 가장 컸고 온주(溫州), 그다음이 네이블로 품질(品質)이 좋은것에서 큰 경향이었다. 6. 중화곡선(中和曲線)에 의(依)하여 하귤형(夏橘型)과 온주형(溫州型)으로 감귤(柑橘)으로 나눌 수 있고 타과실(他果實)들은 기타형(其他型)으로 나눌 수있으며 전산량(全酸量), 감미비(甘味比), 결합산비(結合酸比) 과피산비(果皮酸比) 및 pH 등(等)도 이에 따라 분류(分類)되었다. 7. 과실각부(果實各部)의 무기성분(無機成分) 함량(含量)은 종실(種實)에서 가장 많고 과육(果肉) 과피(果皮)의 순(順)이며 과육(果肉)에서는 $K_2O>N>R_2O_5{\gtrless}CaO{\gtrless}MgO>SO_4$ 과피(果皮)에서는 $K_2O>N>CaO\;P_2O_5{\gtrless}MgO$ 종실(種實)에서는 $N>K_2O>P_2O_5>CaO>MgO$의 순(順)이었다. 마루메루와 하귤(夏橘)에서 가리합량(加里含量)이 특(特)이 높았고 석회함량(石灰含量)이 다른 과실(果實)보다 약배(約倍)높았으며 과피(果皮)에서 과육(果肉)보다 높았다. 외국산(外國産)에 비(比)하여 우리나라산(産)은 가리함량(加里含量)이 적고 석회(石灰)와 고토(苦土)의 함량(含量)은 많았다.

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에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 파라벤의 In Vitro 검색시험 연구에서의 내분비독성 (Oestrogenic Activity of Parabens In Vitro Estrogen Assays)

  • 이성훈;김선중;박정란;조은혜;안남식;박준석;황재웅;정지윤;이영순;강경선
    • 한국식품위생안전성학회지
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    • 제21권2호
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    • pp.100-106
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    • 2006
  • ER와 리포터 유전자인 $\beta$-galactosidase가 도입된 효모재조합검색시험법을 이용하여 파라벤류의 내분비계 장애작용을 검색하였다. 양성대조 시험물질로 앞의 시험법들과 동일하게 E2와 BPA를 설정하여 파라벤류의 에스트로젠성을 비교분석 하였다. E2의 경우 $10^{-9}M$에서 가장 활성이 높게 관찰되었고, BPA의 경우 $10^{-7}M$에서 에스트로젠성이 가장 높았다. 파라벤의 경우 이소프로필파라벤이 $10^{-9}M$에서 $10^{-3}M$까지 시험하였을 때, 농도 의존적으로 에스트로젠성이 증가하였으며, $10^{-9}M$의 경우 가장 강력한 에스트로젠성을 보였다. 또한 양성대조군인 E2와 비교하였을 때, $10^{-7}M$에서 $10^{-3}M$까지의 이소프로필파라벤은 오히려 E2보다 높은 내분비계 장애작용이 검색되었다. 이소프로필파라벤을 제외한 나머지 파라벤류의 경우 $10^{-4}M$$10^{-5}M$의 프로필파라벤과 $10^{-3}M$$10^{-4}M$의 에틸파라벤에서 에스트로젠성이 관찰되었다. 또한 MCF-7세포주는 사람의 유방암 세포이면서 $ER{\alpha}$가 존재하여 에스트로젠 또는 에스트로젠 유사물질이 ER와 반응하여 세포의 성장을 유도하게 된다. 이번 연구에서 파라벤의 시험 이전에 이미 내분비계 장애물질로 널리 알려진 BPA와 체내에 존재하는 강력한 에스트로젠이면서 BPA보다 활성이 1000배정도 높다고 알려진 E2를 양성대조군으로 설정하여 MCF-7세포의 성장을 관찰하였다. 72시간동안 BPA와 E2를 다양한 농도로 MCF-7세포에 노출한 후 DNA 양을 측정하였더니, E2의 경우 $10^{-9}M$에서 대조군보다 약 2.5배의 세포성장을 관찰할 수 있었으며, BPA의 경우 $10^{-8}M$에서 대조군 보다 약 2.2배의 세포성장을 관찰할 수 있었다. 에틸파라벤의 경우 $10^{-7}M$에서 $10^{-4}M$까지 농도 의존적으로 MCF-7세포의 성장을 증가시켰고, $10^{-4}M$이 대조군에 비해 세포성장이 약 2.2배에 달하여 양성대조군과 비슷하면서 높은 에스트로젠 유사반응을 보였다. 프로필파라벤, 부틸파라벤, 이소부틸파라벤과 이소프로필파라벤의 경우 $10^{-5}M$의 농도에서 2배 이상의 세포성장이 유도되었고, 이소프로필파라벤의 경우 RPE값이 약 104%에 이르는 등, 내분비계 장애작용이 검색되었다. 한편, 본 연구팀은 ER에 대한 파라벤의 시험관 내 상경적 결합력을 측정하기 위해 $ER{\alpha}$$ER{\beta}$ competition binding assay kit를 사용하여 시험하였다. 이 시험법은 E2와 비교하여 파라벤류의 $ER{\alpha}$$ER{\beta}$에 반응하는 시험물질의 RBA(relative binding affinities) 값을 측정하였다. 파라벤의 $ER{\alpha}$ 상경적 결합시험의 경우. E2의 $IC_{50}$의 값이 $4.29{\times}10^{-9}$이었고, 이소부틸파라벤의 경우 $4.5{\times}10^{-7}$에 달하여 RBA값이 0.952가 계산되었다. 이전 연구에 의해 밝혀진 BPA의 경우 RBA값이 0.333인데 반하여, 이소부틸파라벤은 약 3배가 높은 내분비계 장애작용이 검색되었다. 파라벤의 $ER{\beta}$ 상경적 결합시험의 경우. $ER{\alpha}$와 마찬가지로 이소부틸파라벤이 $1.94{\times}10^{-7}M$$IC_{50}$값을 가지면서 RBA값이 0.471이 계산되었다. 이것은 파라벤이 $ER{\alpha}$$\beta$모두와 결합을 할 수 있고 E2와 경쟁적으로 결합을 할 수 있으며 이는 내분비계를 방해할 수 있다는 것을 다시 한번 뒷받침 해주고 있다. 덧붙여 본 연구팀의 결과는 이소부틸파라벤의 경우 경쟁적으로 결합하는 능력 또한 내분비계교란물질로 잘 알려진 BPA만큼의 능력을 가지고 있는 것으로 나타났다. 결론적으로 in vitro적 방법으로 파라벤류들의 에스트로젠성을 측정한 결과 이미 보고된 연구와 비슷하게 화학 구조적으로 더 길거나 분지된 알킬기를 가지는 파라벤일수록 에스트로젠성이 더 강하게 나타났다. 따라서, 식품이나 화장품 등의 보존제로 사용되는 이 화학물질의 과다한 노출은 정상적인 내분비계에 큰 영향을 미칠 가능성이 있다고 판단된다.

착유우 사료에 대한 Aspergillus oryzae 발효물질 첨가가 in vitro 건물, 섬유소 및 단백질 소화율과 발효액의 pH에 미치는 영향 (The Effects of a Fermentation Product by Aspergillus oryzae on the in vitro Digestibilities of Dry Matter, Fiber and Protein and pH in the Fermentation Fluid of Diets for Dairy Cows)

  • 명윤아;박덕섭;이수기;박종수;김용국
    • 농업과학연구
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    • 제29권2호
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    • pp.20-34
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    • 2002
  • 본 연구는 Aspergillus oryzae 배양물이 in vitro 건물, 섬유소 및 단백질 소화율과 pH에 미치는 영향을 구명하고자 실시하였다. 균종 Aspergillus oryzae는 한국 생명공학연구원에서 분양받았으며, 본 연구에 사용된 사료는 시중 유통중인 착유우용 배합사료와 TMR 사료로서, 일반성분 분석은 (주)우성사료 중앙실험실에서 실시하였고, 건물, 섬유소 및 단백질 소화율 실험은 충남대학교 실험실에서 실시하였다. 배합사료와 TMR에 Aspergillus oryzae 배양물 0, 1.0, 2.0 및 3.0%를 첨가한 후, Holstein종 착유우로부터 채취한 반추위액에 시료 2.0g 내외를 넣어 진탕배양기에서 24, 48 및 72시간 소화시켰다. 침전물에 0.2% pepsin이 들어있는 0.1N HCl 30ml를 넣고 $39^{\circ}C$ incubator에서 48시간 소화시키고 나서, 마지막으로 침전물을 $60^{\circ}C$의 건조기에서 48시간 건조시켰다. 실험은 3회 반복하여 실시하였다. 건물 소화율은 Aspergillus oryzae 발효물을 첨가하지 않은 대조구에 비해 24시간 배양시킨 배합사료의 경우 2.1%(63.1%), 9.7%(68.5%) 및 9.0%(68.0%) 개선되었고, TMR은 4.8%(60.0%), 6.4%(61.1%) 및 2.9%(58.8%)의 개선효과가 있었다. 이와 대조적으로, 48시간 및 72시간 배양시킨 시험구의 건물 소화율에 Aspergillus oryzae 배양물이 미치는 영향은 24시간 배양시보다 상대적으로 낮은 경향을 보였다. 섬유소 소화율에서 Aspergillus oryzae가 조섬유, ADF 및 NDF 소화율을 유의적으로 개선시킨다는 것을 알 수 있었다. 배합사료에서 3% 첨가구의 경우 24시간 배양시 13.3%(53.3%), 72시간 배양시 2.4%(54.6%)까지 증가되었다. 하지만, 첨가수준에 따라 소화율이 높아졌음에도 불구하고 첨가수준별 개선효과에는 유의적인 차이가 없었다. 단백질 소화율은 Aspergillus oryzae 배양물 첨가에 의해 배합사료에서 0.4%(79.7%)에서 9.4%(71.8%)의 유의적인 개선효과를 나타내었지만, 2.0%와 3.0% 첨가구간의 유의적인 차이는 인정되지 않았다. TMR의 경우에는 4.0%(70.4%)에서 6.3%(65.1%)의 유의적인 소화율 향상을 나타내었지만 2.0%와 3.0% 첨가구간의 유의적인 차이는 인정되지 않았다. 본 연구에서, pH 처리구간 유의적인 차이는 없었으나, Aspergillus oryzae 배양물 첨가에 따라 pH가 약간 감소하는 경향을 보였다. 그러므로 본 발효물은 pH에는 영향을 미치지 않으나 건물, 섬유소 및 단백질 소화율 향상에는 다소 효과가 있 는 것으로 결론을 내릴 수가 있다.

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친환경농자재 처리가 배과수원 토양 및 과실품질에 미치는 영향 (The Effects of Environment-Friendly Agricultural Materials on Soil and the Quality of 'Niitaka' pear's Orchad)

  • 윤성탁;허진우;장경우;김태호;남중창;박상헌;곽노일;문수학;이혁재;최진호
    • 한국유기농업학회지
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    • 제18권4호
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    • pp.613-626
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    • 2010
  • 웰빙시대의 도래와 함께 안전농산물에 대한 국민요구가 커져가고 있으며, 이에 따라 친환경 배 생산체계 개발이 절실한 실정이다. 따라서 본 연구는 최근 효과가 큰 것으로 알려지고 있는 유효미생물제제인 Amo 등을 비롯한 몇가지 친환경농자재를 조합 처리하여 친환경 배 생산체계를 수립코자 2년간 수행한 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 친환경농자재 처리에 의한 배과수원의 토양양분의 변화는 T-C, 유기물, Ca 및 Mg 함량은 2008년에 비해 2009년 약간 증가하였으며, 처리 간에는 EC, Ca 및 Mg 함량이 2 처리에서 많은 경향이었다. 2. 엽내 질소 및 인산함량은 2008년에 비해 2009년 각 처리구 모두에서 감소하였다. 칼륨 함량은 2008년 1.93%에 비해 2009년은 2.06%로 증가하였으며, 처리간에는 1처리구가 2.17%로 가장 많았다. 칼슘함량도 2008년에 비해 2009년 각 처리구 모두에서 함량이 감소되었으며, 처리간에는 3처리구가 1.52%로 가장 많았다. 3. 연차간 과실특성을 보면 과중은 2008년 평균 682g에 비해 2009년에는 713g으로 31g이 높았으며, 처리간에는 2처리구가 738g으로 가장 높았다. 과실의 당도함량은 12.2~12.6$^{\circ}Bx$로 2008년 평균 12.2$^{\circ}Bx$에서 2009년 12.6$^{\circ}Bx$로 당도가 증가하였다. 처리간에는 대조구와 2처리구가 12.6$^{\circ}Bx$로 가장 높았다. 4. 과피색의 L값은 연차간 처리구간에 큰 차이가 없었으나, a 값의 경우 2008년 3.73에 비해 2009년에는 5.35로 1.62 높은 경향을 보여 성숙진행이 2009년에 다소 빨랐음을 알 수 있었으며, 처리간에는 2처리구가 4.82로 가장 높았다. 5. 과실 조직의 처리간 응집성 및 점착성은 1처리구가 각각 1.97, 0.14로 가장 높았다. 부착성은 2008년과 비교하여 2009년이 -0.86이 적었으며, 유의성이 인정되었다. 처리간 부착성은 3처리가 -2.58로 가장 높았다. 과실의 경도는 1처리구가 14.4로 가장 높았으며, 씹힘성도 1처리가 1.77로 가장 높았다. 6. 과피의 무기성분 함량 중 인산함량은 2008년 0.91g/kg에 비해 2009년 0.97g/kg으로 0.06g 더 많았으며, 처리간에는 3처리가 1.15g/kg으로 가장 많았다. 칼륨함량은 2008년 7.82g/kg에 비해 2009년 8.20g/kg으로 2009년이 더 많았으며, 처리간에는 1처리가 8.34g/kg으로 가장 많았다. 칼슘은 처리간에는 3처리에서 166.80ppm을 나타내 가장 함량이 높았다. 7. 과육의 질소함량은 처리간에는 3처리가 4.32mg/g으로 가장 함량이 높았다. 인산함량은 2008년 평균 1.59g/kg에 비해 2009년 1.42mg/g로 함량이 적었으며, 처리간에는 1처리, 3처리가 1.68g/kg으로 가장 많았다. 칼륨함량은 년차 간에는 차이가 없었으며, 처리간에는 1처리가 11.81g/kg으로 가장 함량이 많았다. 칼슘함량은 2008년 34.13ppm에서 2009년은 35.10g/kg을 나타내 함량이 증가하였다. 마그네슘 함량은 3처리가 0.93g/kg으로 가장 함량이 높았다.

Sesquiterpenoids Bioconversion Analysis by Wood Rot Fungi

  • Lee, Su-Yeon;Ryu, Sun-Hwa;Choi, In-Gyu;Kim, Myungkil
    • 한국균학회소식:학술대회논문집
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    • 한국균학회 2016년도 춘계학술대회 및 임시총회
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    • pp.19-20
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    • 2016
  • Sesquiterpenoids are defined as $C_{15}$ compounds derived from farnesyl pyrophosphate (FPP), and their complex structures are found in the tissue of many diverse plants (Degenhardt et al. 2009). FPP's long chain length and additional double bond enables its conversion to a huge range of mono-, di-, and tri-cyclic structures. A number of cyclic sesquiterpenes with alcohol, aldehyde, and ketone derivatives have key biological and medicinal properties (Fraga 1999). Fungi, such as the wood-rotting Polyporus brumalis, are excellent sources of pharmaceutically interesting natural products such as sesquiterpenoids. In this study, we investigated the biosynthesis of P. brumalis sesquiterpenoids on modified medium. Fungal suspensions of 11 white rot species were inoculated in modified medium containing $C_6H_{12}O_6$, $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ for 20 days. Cultivation was stopped by solvent extraction via separation of the mycelium. The metabolites were identified as follows: propionic acid (1), mevalonic acid lactone (2), ${\beta}$-eudesmane (3), and ${\beta}$-eudesmol (4), respectively (Figure 1). The main peaks of ${\beta}$-eudesmane and ${\beta}$-eudesmol, which were indicative of sesquiterpene structures, were consistently detected for 5, 7, 12, and 15 days These results demonstrated the existence of terpene metabolism in the mycelium of P. brumalis. Polyporus spp. are known to generate flavor components such as methyl 2,4-dihydroxy-3,6-dimethyl benzoate; 2-hydroxy-4-methoxy-6-methyl benzoic acid; 3-hydroxy-5-methyl phenol; and 3-methoxy-2,5-dimethyl phenol in submerged cultures (Hoffmann and Esser 1978). Drimanes of sesquiterpenes were reported as metabolites from P. arcularius and shown to exhibit antimicrobial activity against Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus (Fleck et al. 1996). The main metabolites of P. brumalis, ${\beta}$-Eudesmol and ${\beta}$-eudesmane, were categorized as eudesmane-type sesquiterpene structures. The eudesmane skeleton could be biosynthesized from FPP-derived IPP, and approximately 1,000 structures have been identified in plants as essential oils. The biosynthesis of eudesmol from P. brumalis may thus be an important tool for the production of useful natural compounds as presumed from its identified potent bioactivity in plants. Essential oils comprising eudesmane-type sesquiterpenoids have been previously and extensively researched (Wu et al. 2006). ${\beta}$-Eudesmol is a well-known and important eudesmane alcohol with an anticholinergic effect in the vascular endothelium (Tsuneki et al. 2005). Additionally, recent studies demonstrated that ${\beta}$-eudesmol acts as a channel blocker for nicotinic acetylcholine receptors at the neuromuscular junction, and it can inhibit angiogenesis in vitro and in vivo by blocking the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway (Seo et al. 2011). Variation of nutrients was conducted to determine an optimum condition for the biosynthesis of sesquiterpenes by P. brumalis. Genes encoding terpene synthases, which are crucial to the terpene synthesis pathway, generally respond to environmental factors such as pH, temperature, and available nutrients (Hoffmeister and Keller 2007, Yu and Keller 2005). Calvo et al. described the effect of major nutrients, carbon and nitrogen, on the synthesis of secondary metabolites (Calvo et al. 2002). P. brumalis did not prefer to synthesize sesquiterpenes under all growth conditions. Results of differences in metabolites observed in P. brumalis grown in PDB and modified medium highlighted the potential effect inorganic sources such as $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ on sesquiterpene synthesis. ${\beta}$-eudesmol was apparent during cultivation except for when P. brumalis was grown on $MgSO_4$-free medium. These results demonstrated that $MgSO_4$ can specifically control the biosynthesis of ${\beta}$-eudesmol. Magnesium has been reported as a cofactor that binds to sesquiterpene synthase (Agger et al. 2008). Specifically, the $Mg^{2+}$ ions bind to two conserved metal-binding motifs. These metal ions complex to the substrate pyrophosphate, thereby promoting the ionization of the leaving groups of FPP and resulting in the generation of a highly reactive allylic cation. Effect of magnesium source on the sesquiterpene biosynthesis was also identified via analysis of the concentration of total carbohydrates. Our current study offered further insight that fungal sesquiterpene biosynthesis can be controlled by nutrients. To profile the metabolites of P. brumalis, the cultures were extracted based on the growth curve. Despite metabolites produced during mycelia growth, there was difficulty in detecting significant changes in metabolite production, especially those at low concentrations. These compounds may be of interest in understanding their synthetic mechanisms in P. brumalis. The synthesis of terpene compounds began during the growth phase at day 9. Sesquiterpene synthesis occurred after growth was complete. At day 9, drimenol, farnesol, and mevalonic lactone (or mevalonic acid lactone) were identified. Mevalonic acid lactone is the precursor of the mevalonic pathway, and particularly, it is a precursor for a number of biologically important lipids, including cholesterol hormones (Buckley et al. 2002). Farnesol is the precursor of sesquiterpenoids. Drimenol compounds, bi-cyclic-sesquiterpene alcohols, can be synthesized from trans-trans farnesol via cyclization and rearrangement (Polovinka et al. 1994). They have also been identified in the basidiomycota Lentinus lepideus as secondary metabolites. After 12 days in the growth phase, ${\beta}$-elemene caryophyllene, ${\delta}$-cadiene, and eudesmane were detected with ${\beta}$-eudesmol. The data showed the synthesis of sesquiterpene hydrocarbons with bi-cyclic structures. These compounds can be synthesized from FPP by cyclization. Cyclic terpenoids are synthesized through the formation of a carbon skeleton from linear precursors by terpene cyclase, which is followed by chemical modification by oxidation, reduction, methylation, etc. Sesquiterpene cyclase is a key branch-point enzyme that catalyzes the complex intermolecular cyclization of the linear prenyl diphosphate into cyclic hydrocarbons (Toyomasu et al. 2007). After 20 days in stationary phase, the oxygenated structures eudesmol, elemol, and caryophyllene oxide were detected. Thus, after growth, sesquiterpenes were identified. Per these results, we showed that terpene metabolism in wood-rotting fungi occurs in the stationary phase. We also showed that such metabolism can be controlled by magnesium supplementation in the growth medium. In conclusion, we identified P. brumalis as a wood-rotting fungus that can produce sesquiterpenes. To mechanistically understand eudesmane-type sesquiterpene biosynthesis in P. brumalis, further research into the genes regulating the dynamics of such biosynthesis is warranted.

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광물탄산화 공정 이후 발생하는 잔사슬래그의 수계 내 비소 제거 기작 (Arsenic Removal Mechanism of the Residual Slag Generated after the Mineral Carbonation Process in Aqueous System)

  • 김경태;일함 압둘 라티에프;김단우;김선희;이민희
    • 자원환경지질
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    • 제55권4호
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    • pp.377-388
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    • 2022
  • 제강슬래그를 이용한 광물탄산화 공정 이후 발생하는 잔사슬래그의 비소(As) 제거 기작 규명을 위해, 전로제강슬래그(blast oxygen furnace slag: BOF)에 직접 및 간접탄산화 공정이 각각 적용된 두 종류의 잔사슬래그를 대상으로 실험실 규모의 실험을 실시하였다. 광물탄산화 공정은 잔사슬래그의 화학적-광물학적 조성변화, 용출수의 pH 저감, 표면 미세공극 형성 등 기존 제강슬래그의 특성을 변화시키는 것으로 밝혀졌다. 다양한 pH 범위의 As 인공오염수(초기농도: 203.6 mg/L)에 잔사슬래그를 반응시킨 배치실험에서, RDBOF (직접탄산화 후 BOF)는 초기 pH가 감소할수록 As 제거효율이 증가하는 경향을 보이며 초기 pH가 1인 환경에서 99.3%의 As 제거효율을 나타냈다. 이는 RDBOF 표면을 피복하던 CaCO3가 낮은 초기 pH 환경에서 용해되어 RDBOF 표면에서 철산화물의 노출 면적을 증가시킴으로 인해, 철산화물의 As 음이온 표면 흡착을 촉진한 것에서 기인한 것으로 판단되었다. 반면 RIBOF (간접탄산화 후 BOF)는 초기 pH가 높은 환경일수록 As 제거효율이 증가하며 초기 pH 10의 As 오염수에서 70.0%의 가장 높은 As 제거효율을 보였다. RIBOF의 영전하점(pH 4.5)을 고려할 때, 초기 pH 4-10 조건에서 음전하를 띠는 RIBOF의 표면에 As 음이온의 전기적 인력에 의한 표면 흡착은 발생하기 어려울 것으로 예상되었다. 다만 수용액 내 용존하는 Ca2+, Mn2+, Fe2+와 같은 2가 양이온들에 의해 As 음이온이 RIBOF 내 철산화물에 간접적으로 고정되는 양이온 가교효과(cation bridge effect)가 발생하였고, 초기 pH가 높은 환경일수록 슬래그 표면이 더 강한 음전하를 띠며 양이온 가교효과가 가속화되어, 결과적으로 많은 As가 흡착된 것으로 판단되었다. 하지만 강알칼리 (pH 10-11 이상) 조건에서는 RIBOF 표면에 생성된 칼슘침전물이 철산화물을 피복함으로써 철산화물에 의한 As 음이온 표면 흡착을 저해하는 현상이 발생하였다. 또한 배치실험 이후 회수된 잔사슬래그에 TCLP 시험을 수행한 결과, RDBOF와 RIBOF 모두 2% 미만의 As 탈착률을 보여 안정적인 형태로 As가 고정되어 있음이 확인되었다. 본 연구 결과를 통해, 잔사슬래그가 기존에 As 제거제로 활용되던 제강슬래그의 단점인 수계의 급격한 pH 상승을 억제하는 동시에, 높은 As 제거효율 및 안정성을 나타내는 저비용-친환경의 As 제거제로서의 활용 가능성을 입증하였다.

수도집단재배의 기술체계에 관한 연구 (Study on the Technological System of the Cooperative Cultivation of Paddy Rice in Korea)

  • 조민신
    • 한국작물학회지
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    • 제8권1호
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    • pp.129-177
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    • 1970
  • 수도작에 있어서 수량성의 향상과 경영의 합리화률 기하기 위한 집단재배의 기술체계를 확립하고자 지역과 지대별로 임의선정된 18개소에서 집단재배와 개별재배를 한 수도에 대하여 경종 및 생육ㆍ수량구성요소의 변이를 조사연구하였으며 460개소의 집단재배와 개별재배에 대하여 경종ㆍ경영 및 조직운영등을 비교조사하고 집단재배와 개별재배의 경제성을 분석하여 그 결과를 요약하면 아래와 같다. 1. 집단재배와 개별재배의 경종 및 생육ㆍ수량형질에 관하여 연구한 결과는 다음과 같다. (1) 육묘에 있어서 집단재배가 비료의 3요소 특히 인산과 가리의 사용량이 많았고 약제살포의 횟수도 많았다. (2) 본답에 있어서의 경종기술은 집단재배가 개별재배보다 ${\circled1}$ 이앙기가 빨랐고 ${\circled2}$ 재식밀도에 있어서 1주당 재식묘수는 적으나 단위면적당의 포기수는 많으며 \circled3 시비량은 질소, 인산, 가리 및 퇴비의 시용량이 현저히 많았고 ${\circled4}$ 분시횟수도 많았으며 ${\circled5}$ 살충제 및 살균제의 살포횟수도 역시 집단재배에서 많았다. (3) 도북의 정도는 집단재배가 약간 더 하였고 병해충의 발생정도는 잎도열병, 목도열병 그리구 멸구, 이화명충 1화기 및 2화기의 발생이 집단재배가 적었다. (4) 집단재배를 한 수도의 간장 및 수장은 길고 고중도 무거웠다. 그리고 조고비율은 집단재배에 있어서 80.9%, 개별재배가 69.9%로서 높은 유의차가 있었다. (5) 수량구성요소인 수수와 1수평균영화수가 집단재배에서 현저히 많았고 현미 1000립중도 무거웠으며 등숙율은 개별농가의 벼와 차이가 없었고 그 변이계수는 집단재배가 개별재배에 비하여 모두 작은 값을 보였다. (6) 현미수량은 평균 10a당 집단재배 459.0kg, 개별재배 374.8kg으로서 84.2kg이나 전자가 많았으며 그들간의 변이계수는 집단재배에서 작게 나타났다. (7) 기간재배기술과 수량구성요소의 상관관계에 있어서 고도의 유의상관을 보인 것은 파종기와 1수영화수, 못자리 약제살포횟수와 1수영화수, 이앙기와 1수영화수, 본답의 인산시용량과 수량, 본답의 가리시용량과 등숙율, 분시횟수와 수량등에서 정(+)상관을 보였고 파종기와 등숙율간에는 부(-)상관을 보였다. 2. 집단재배와 개별재배의 경종\ulcorner경영 및 조직운영에 대하여 종합적으로 조사비교한 결과는 다음과 같다. (1) 집단재배의 품종수는 13개이고 개별재배에서는 47품종으로서 개별재배가 품종의 단순화를 기하지 못하고 있다. (2) 육묘기술에 있어서 비료3요소 특히 인산과 가리의 시용량이 많았고 약제살포횟수가 많다는 것은 1ㆍ의 실험결과와 같으며 이밖에 집단재배의 경우에는 종자소특이 100% 실시되었으며 파종량도 3.3$m^2$당 표준파종량인 3.6~5.4이 파종이 많이 실시되었으나 개별재배에서는 박파와 밀파가 많아 파종량의 변이가 컸었다. (3) 이앙기, 재식밀도, 병충해방제, 약제살포횟수, 시비량 및 분시횟수등은 1.의 결과와 같으며 추경 및 객토와 동력경운기의 사용은 집단재배에서 많았으며 이앙방식은 종전의 정방형식에서 극단적인장방형식으로 많이 바뀌었으며 물관리에 있어서는 중각낙수와 간단관수가 비교적 많이 실시되었다. (4) 현미수량은 평균 10a당 집단재배가 466kg이고 개별재배는 380kg으로서 전자가 86kg 많았다. (5) 병충해방제작업이 집단재배에서 집단방제로 많이 실시되었고 종자소독도 80% 이상의 공동으로 이루어 졌으며 수확, 수확물의 운반, 탈곡, 논갈이 작업등도 개별재배에서 보다 많이 공동으로 이루어졌다. (6) 집단재배에서 객토 및 퇴비의 사용이 현저히 많았으며 그 작업도 공동으로 이루어진 비율이 높고 또한 노동력의 투입도 많았다. (7) 육묘 및 본답의 물관리작업은 집단재배가 개별재배보다 노동력의 투입이 적었다. (8) 비료, 농약 및 노동력등의 비용가액은 집단재배가 개별재배보다 많았으며 약 2배에 가까웠다. (9) 경영규모는 3ha로부터 7ha 이상의 범위에 있으며 5ha내외의 것이 많았고 1개소의 집단재배는 10~20개 정도의 필지로 되어있는 것이 대부분이었다. (10) 경영자 및 경작자의 학력은 집단재배의 회장, 재배반장, 방제반장 및 수리반장 모두 국민학교졸업 이상이 93.7%이며 개별재배는 83%를 보였고 그들의 연령은 40~45세가 가장 많으며 이러한 경향은 양자가 비슷하였다. (11) 집단재배의 운영에 관한 주요설문에 대한 경작자들의 반응은 집단재배를 함으로서 확실히 수량은 증가하였는데 이것은 시비법개선과 병충해방제의 효과가 가장 컸다고 생각하는 사람이 많았고 집단재배를 함으로서 영농자재의 입수와 모든 작업이 적기에 이루어 졌다고 하는 것이 많았다. 또한 경작노력은 적게 들었다는 것이 66.8%이며 이앙노력은 집단재배가 오히려 더 들었다는 것 그리고 관의 간섭이 많았다는 것 등이 특이한 것이며 집단재배의 계속을 원하는 농가가 74.5%이고 원치 않은 농가가 25.5%였었다. 3. 집단재배와 개별재배의 경제성을 분석한 결과는 다음과 같다. (1) 경영비의 비용가액중 퇴비, 금비, 농약대 및 고용노임은 집단재배에 있어서 개별재배보다 각각 335원, 199원, 388원 및 303원이 더 투입되어 큰 차이를 보였으나 기타생산비목들은 집단재배와 개별재배간에 큰 차이가 없었다. (2) 총수익에서 경영비를 뺀 소득은 집단재배에서 24,302원이였고 개별재배에서는 20,168원으로 집단재배에서 10a당 4,134원의 소득증대를 나타내었다. 본 연구에서 수도집단재배는 새로운 기술의 적용도를 높이고 경영의 합리화를 기하여 안전다수확으로 개개 농가의 소득증대에 기여하였을 뿐만아니라 농민에게 새 기술의 적용이 유익했다는 실증을 보여 줌으로서 농민 스스로의 생산과정에 파급적이며 영속적인 변화를 촉진시킬것이라는 또 하나의 결론을 얻었다.

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