• 한국환경생태학회지
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• 제26권5호
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• pp.780-786
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• 2012

공주 근교의 상수리나무림을 대상으로 단근처리 방법을 적용하여 토양호흡량에 대한 뿌리호흡량의 기여율을 파악하였다. 토양호흡구(control plot)와 미생물호흡구(trenched plot)를 설치하고 2011년 6월부터 2012년 5월까지 IRGA 토양호흡측정기를 사용하여 $CO_2$발생량을 측정하였다. $CO_2$발생량은 하절기에 증가한 후 동절기에 감소하는 경향을 보였다. 토양호흡구와 미생물호흡구의 $CO_2$발생량은 8월에 가장 높았으며, 이때 토양호흡구와 미생물호흡구의 $CO_2$발생량은 각각 1.345, 0.897g $CO_2\;m^{-2}\;hr^{-1}$로 토양호흡구에 비해 미생물호흡구에서 33.31% 낮게 나타났다(P<0.05). $CO_2$발생량은 1월에 가장 낮았으며, 이때 토양호흡구와 미생물호흡구에서 각각 0.097, 0.032g $CO_2\;m^{-2}\;hr^{-1}$로 토양호흡구에 비해 미생물호흡구에서 67.01% 낮게 나타났다(P<0.01). 연간 $CO_2$발생량은 토양호흡구와 미생물호흡구에서 각각 4.320, 2.834kg $CO_2\;m^{-2}\;yr^{-1}$로 나타났다. $CO_2$발생량은 토양호흡구와 미생물호흡구에서 토양온도와 높은 상관관계가 있었다. 토양호흡구와 미생물호흡구간의 $CO_2$발생량 차이로 추정한 뿌리호흡량은 토양호흡량 중 약 34.40%를 차지하는 것으로 나타났다.

• KSBB Journal
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• 제16권4호
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• pp.351-355
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• 2001

호흡율 측정법을 이용하여 하수의 유기물 성분을 ASM No.1에서 제안한 네 가지 성분으로 구분하였다. Ss의 경우 전체 TCOD의 10-16%, Xs의 경우 32-50%, S$_1$의 경우 8-1% 정도를 차지하는 것으로 나타났으며, X$_1$의 경우 2-47% 정도를 차지하는 것으로 관찰되었다. 그리고 이 결과는 외국의 결과와 비교해 볼 때 Ss 성분이 10% 작을 반면 X$_1$ 성분은 10% 정도 큰 것으로 비교되었다. 하수의 미생물 농도를 분석한 결과, active heterotrophic biomass가 TCOD의 10-23% 정도를 차지하고 있었으며, active autotrophic biomass는 검출되지 않았다. 본 실험은 현재 TCOD, SCOD로 구분하는 하수의 유기물 성분을 미생물의 이용 정도를 나타내는 호흡률 측정법으로 세분화함으로서, 본 실험 방법을 이용하여 유기물 분해 과정 및 탈질화 그리고 인 제거 기작에 사용되는 유기물에 대한 정보를 구체적으로 제공할 수 있음을 보여 주었다.

• Environmental Engineering Research
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• 제19권1호
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• pp.91-99
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• 2014

Ordinary heterotrophic organism (OHO) active biomass plays key roles in biological wastewater treatment processes. However, due to the lack of measurement techniques, the OHO active biomass exists hypothetically within the design and simulation of biological wastewater treatment processes. This research was purposed to develop a quick and easy quantifying technique for the OHO active biomass applying a modified batch aerobic growth test. Two nitrification-denitrification activated sludge systems, with 10- and 20-day sludge ages, were operated to provide well-cultured mixed liquor to the batch tests. A steady state design model was firstly applied to quantify the "theoretical" OHO active biomass concentration of the two parent systems. The mixed liquor from the parent systems was then inoculated to a batch growth test and a batch digestion test to estimate the "measured" OHO active biomass concentration in the mixed liquor. The measured OHO active biomass concentrations with the batch growth test and the batch digestion test were compared to the theoretical concentrations of the parent system. The measured concentrations with the batch growth test were generally smaller than the theoretical concentrations. However, the measured concentrations with the batch aerobic digestion tests showed a good correlation to the theoretical concentrations. Thus, a different microbial growth condition (i.e., a higher food/biomass ratio) in the batch growth test, compared to the parent system or the batch digestion test, was found to cause underestimation of the OHO active biomass concentrations.

• 한국물환경학회지
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• 제34권6호
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• pp.579-590
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• 2018

The lakes' metabolism bears important information for the assessment of the carbon budget due to the accumulation or loss of carbon in the lake as well as the dynamics of the food webs through primary production. A lake-scale metabolism is evaluated by Gross Primary Production (GPP), Ecosystem Respiration (R), and Net Ecosystem Production (NEP), which is the difference between the first two values. Methods for estimating GPP and R are based on the levels carbon and oxygen. Estimation of carbon is expensive because of the use of radioactive materials which requires a high degree of proficiency. The purpose of this study was to estimate Lake Daecheong ecosystem metabolism using high frequency water temperature data and DO measurement sensor, widely utilized in the field of water quality monitoring, and to evaluate the possibility of using the application method. High frequency data was collected at intervals of 10 minutes from September to December 2017 by installing a thermistor chain and a DO sensor in downstream of Daechung Dam. The data was then used to estimate GPP, R and NEP using the R public program LakeMetabolizer, and other metabolism models (mle, ols, kalman, bookkeep). Calculations of gas exchange coefficient methods (cole, crusius, heiskanen, macIntyre, read, soloviev, vachon) were compared. According to the result, Lake Daecheong has some deviation based on the application method, but it was generally estimated that the NEP value is negative and acts as a source of atmospheric carbon in a heterotrophic system. Although the high frequency sensor data used in this study had negative and positive GPP and R values during the physical mixing process, they can be used to monitor real-time metabolic changes in the ecosystem if these problems are solved.

• Journal of Ecology and Environment
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• 제46권3호
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• pp.250-258
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• 2022

Background: To assess the carbon sequestration capacity and net ecosystem productivity (NEP) of Quercus glauca forests, we analyzed the net primary productivity (NPP), carbon storage, and carbon emission of soil in a Q. glauca forest on Jeju Island (South Korea) from 2016 to 2018. Results: The average carbon stock in the above- and below-ground plant biomass was 223.7 Mg C ha^-1, while the average amount of organic carbon fixed by photosynthesis was 9.8 Mg C ha^-1 yr^-1, and the average NPP was 9.6 Mg C ha^-1 yr^-1. Stems and branches contributed to the majority of the above- and below-ground standing biomass and NPP. The average heterotrophic carbon emission from the soil was 8.7 Mg C ha^-1 yr^-1, while the average NEP was 1.1 Mg C ha^-1 yr^-1. Although the carbon stock, carbon absorption, and soil respiration values were higher than those reported in other oak forests in the world, the NEP was similar or lower. Conclusions: These results indicator that Q. glauca forests perform the role of a large carbon sink through the CO₂ absorption in the plants in terms of carbon balance. And it is judged to be helpful as data for assessment of carbon storage and flux in the forests and mitigation of elevated CO₂ in the atmosphere.

• 생태와환경
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• 제43권4호
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• pp.453-458
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• 2010

DOC (Dissolved Organic Carbon) is an operational terminology for organic carbon molecules dissolved in natural waters. DOC has been studied by ecologists extensively, because it plays a key role in various ecological functions such as substrates for secondary production and the carbon cycle. DOC also represents a substrate for microbial growth within potable water distribution systems, and can react with disinfectants (e.g., chloride) to form harmful disinfection by-products. In addition, residual DOC may carry with it organically bound toxic heavy metals. DOC in aquatic ecosystems may ultimately be transported to the oceans, or released back to the atmosphere by heterotrophic respiration, which can accelerate global climate change. There is evidence that DOC concentrations in aquatic ecosystems are increasing in many regions of the world including Europe, North America, and even in Korea. Land use changes, elevated temperature, elevated $CO_2$, recovery from acidification, and nitrogen deposition have been proposed as mechanisms for the trend. However, the key driving mechanism is yet to be conclusively determined. We propose that more extensive and longer-term observations, research of chemical properties of DOC, impacts of elevated DOC on environmental issues and interdisciplinary approaches are warranted as future studies to fill the gaps in our knowledge about DOC dynamics.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제27권11호
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• pp.2010-2018
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• 2017

Mixotrophic microalgal growth gives a great premise for wastewater treatment based on photoautotrophic nutrient utilization and heterotrophic organic removal while producing renewable biomass. There remains a need for a control strategy to enrich them in a photobioreactor. This study performed a series of batch experiments using a mixotroph, Chlorella sorokiniana, to characterize optimal guidelines of mixotrophic growth based on a statistical design of the experiment. Using a central composite design, this study evaluated how temperature and light irradiance are associated with $CO_2$ capture and organic carbon respiration through biomass production and ammonia removal kinetics. By conducting regressions on the experimental data, response surfaces were created to suggest proper ranges of temperature and light irradiance that mixotrophs can beneficially use as two types of energy sources. The results identified that efficient mixotrophic metabolism of Chlorella sorokiniana for organics and inorganics occurs at the temperature of $30-40^{\circ}C$ and diurnal light condition of $150-200{\mu}mol\;E{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$. The optimal specific growth rate and ammonia removal rate were recorded as 0.51/d and 0.56/h on average, respectively, and the confirmation test verified that the organic removal rate was $105mg\;COD{\cdot}l^{-1}{\cdot}d^{-1}$. These results support the development of a viable option for sustainable treatment and effluent quality management of problematic livestock wastewater.

• 생태와환경
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• 제49권1호
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• pp.51-61
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• 2016

본 연구는 서울시 노원구에 위치한 두 도시공원 (노해근린공원, 상계근린공원)의 탄소수지를 정량하고 인접한 자연공원인 불암산 신갈나무림을 대상으로 동일한 조사를 수행하여 그 개선방안을 찾기 위해 수행하였다. 순생산량(NPP)은 상대생장법을 적용하여 측정하였고, 토양호흡량은 EGM-4를 이용하여 측정하였다. 노해근린공원과 상계근린공원에 조성된 식생의 순생산량은 각각 $5.4\;ton\;C\;ha^{-1}yr^{-1}$와 $4.8\;ton\;C\;ha^{-1}yr^{-1}$로 나타났고, 불암산 신갈나무군락의 순생산량은 $6.3\;ton\;C\;ha^{-1}yr^{-1}$로 나타났다. 연간 종속영양생물 토양호흡량은 노해근린공원과 상계근린공원에서 각각 $5.3\;ton\;C\;ha^{-1}yr^{-1}$와 $3.4\;ton\;C\;ha^{-1}yr^{-1}$로 측정되었고, 불암산 신갈나무군락의 토양호흡량은 $4.1\;ton\;C\;ha^{-1}\;yr^{-1}$로 측정되었다. 공원구역에서 나지가 차지하는 면적을 반영하여 산정한 노해근린공원과 상계근린공원의 순생태계생산량은 각각 $-1.0\;ton\;C\;ha^{-1}yr^{-1}$와 $0.6\;ton\;C\;ha^{-1}yr^{-1}$로 나타났고, 불암산 신갈나무군락의 순생태계생산량은 $2.3\;ton\;C\;ha^{-1}yr^{-1}$로 나타났다. 순생태계생산량 정보에 근거하면 노해근린공원은 탄소배출원으로 분류되었다. 반면에 상계근린공원은 탄소흡수원으로 구분되었지만 그 역할은 자연식생과 비교해 크게 낮은 것으로 평가되었다. 도시공원의 낮은 순생태계생산량은 자연림과 비교해 낮은 순생산량과 탄소배출 기능이 있는 나지를 넓게 배정한 것에 기인하는 것으로 나타났다.

• 한국기후변화학회지
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• 제4권2호
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• pp.77-93
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• 2013

지구온난화는 산림 생산성을 증가시켜 토양으로의 탄소 유입량을 늘리는 한편 토양호흡량을 증가시켜 토양으로부터의 탄소 유출량도 늘리기 때문에, 온도변화에 의한 미래 토양탄소 저장량의 변화 경향은 불확실하다. 따라서 본 연구에서는 한국형 산림토양탄소모델(Korean forest soil carbon model; KFSC 모델)을 이용하여 RCP 8.5 기후변화 시나리오 하에서 국내 소나무림 토양탄소의 동태를 추정하였다. 국내에 분포하고 있는 소나무림 총 1,467,458 ha를 16개 행정 구역으로 나누고, 이를 다시 6개의 영급[1영급(1~10년), 2영급(11~20년), 3영급(21~30년), 4영급(31~40년), 5영급(41~50년), 6영급 이상(51~80년)]으로 나누어 모의 단위를 설정하였다. 각 모의 단위별로 2100년까지의 순일차생산량, 토양 호흡량 및 산림토양탄소 저장량 변화를 기후변화가 있을 때(RCP 시나리오)와 없을 때(CT 시나리오; constant temperature)로 나누어 추정하였다. 두 시나리오 모두 순일차생산량은 초기에 감소하다가 점차 증가하는 경향을 나타내었으며, 토양 호흡량은 초기에 증가하다가 점차 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 현재 국내 소나무림이 유령림에서 장령림으로 전환되는 시점에 있기 때문으로 여겨진다. 또한, RCP 시나리오에서의 평균 순일차생산량 및 평균 토양 호흡량이 CT 시나리오에서보다 각각 20.2%와 20.0% 높게 나타났다. 한편, 토양탄소 저장량은 초기 임령이 1, 4, 5영급 또는 6영급 이상일 경우에는 CT 시나리오에서의 모의값이 RCP 시나리오에서의 모의값보다 높았으나, 2, 3영급일 경우에는 반대의 경향이 나타났다. 또한, 지위지수가 낮을 경우 지위지수가 높은 경우에 비해 토양탄소 저장량이 낮았다. 이는 임분의 생장이 빠르게 나타나는 경우, 온도에 의한 순일차생산량 변화의 영향을 더 크게 받았기 때문일 것이다. 모의 후기에 RCP 시나리오에서 토양탄소 저장량이 감소하는 경향이 나타났는데, 이것은 기온 상승에 의해 토양 호흡량이 지수함수적으로 증가하면서 호흡으로 인한 토양탄소 유출량이 상대적으로 많아지기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 현재의 기후변화 경향이 지속된다면 산림토양탄소의 손실량은 더욱 커질 것으로 예상된다.