BACKGROUND: Generally, nitrogen (N) fertilization higher than the recommended dose is applied during vegetable cultivation to increase productivity. But higher N fertilization also increases the concentrations of nitrate ions and nitrous oxide in soil. In this experiment, the impact of N fertilization was studied on nitrous oxide ($N_2O$) emission to standardize the optimum fertilization level for minimizing $N_2O$ emission as well as increasing crop productivity. Herein, we developed $N_2O$ emission inventory for upland soil region during red pepper and Chinese milk vetch cultivation. METHODS AND RESULTS: Nitrogen fertilizers were applied at different rates to study their effect on $N_2O$ emission during red pepper and Chinese milk vetch cultivation. The gas samples were collected by static closed chamber method and $N_2O$ concentration was measured by gas chromatography. The total $N_2O$ flux was steadily increased due to increasing N fertilization level, though the overall pattern of $N_2O$ emission dynamics was same. Application of N fertilization higher than the recommended dose increased the values of both seasonal $N_2O$ flux (94.5% for Chinese cabbage and 30.7% for red pepper) and $N_2O$ emission per unit crop yield (77.9% for Chinese cabbage and 23.2% for red pepper). Nitrous oxide inventory revealed that the $N_2O$ emission due to unit amount of N application from short-duration vegetable field in fall (autumn) season (6.36 kg/ha) was almost 70% higher than that during summer season. CONCLUSION: Application of excess N-fertilizers increased seasonal $N_2O$ flux especially the $N_2O$ flux per unit yield during both Chinese cabbage and red pepper cultivation. This suggested that the higher N fertilization than the recommended dose actually facilitates $N_2O$ emission than boosting plant productivity. The $N_2O$ inventory for upland farming in temperate region like Korea revealed that $N_2O$ flux due to unit amount of N-fertilizer application for Chinese cabbage in fall (autumn) season was comparatively higher than that of summer vegetables like red pepper. Therefore, the judicious N fertilization following recommended dose is required to suppress $N_2O$ emission with high vegetable productivity in upland soils.
Pig slurry (PS) is the most applicable recycling option as an alternative organic fertilizer. The application of pig slurry has the risk of air pollution via atmospheric ammonia (NH3) and nitrous oxide (N2O) emission. The zeolite has a porous structure that can accommodate a wide variety of cations, thus utilizing for the potential additive of deodorization and gas adsorption. This study aimed to investigate the possible roles of zeolite in mitigating NH3 and N2O emission from the pig slurry applied to the maize cropping. The experiment was composed of three treatments: 1) non-N fertilized control, 2) pig slurry (PS) and 3) pig slurry mixed with natural zeolite (PZ). Both of NH3 and N2O emission from applied pig slurry highly increased by more than 3-fold compared to non-N fertilized control. The NH3 emission from the pig slurry was dominant during early 14 days after application and 20.1% of reduction by zeolite application was estimated in this period. Total NH3 emission through whole period of measurement was 0.31, 1.33, and 1.14 kg ha-1. Nitrous oxide emission in the plot applied with pig slurry was also reduced by zeolite treatment by 16.3%. Significant increases in forage and ear yield, as well as nutrient values were obtained by pig slurry application, while no significant effects of zeolite were observed. These results indicate that the application of zeolite and pig slurry efficiently reduces the emission of ammonia and nitrous oxide without negative effects on maize crop production.
Kim, Gun-Yeob;Lee, Seul-Bi;Lee, Jong-Sik;Choi, Eun-Jung
한국토양비료학회지
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제45권6호
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pp.1187-1193
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2012
Water control is mainly one of the key factors that can affect nitrous oxide ($N_2O$) emissions from soils. This study was undertaken to determine the effect of intermittent drainage compared to continuous flooding (conventional water regime) on $N_2O$ emission to global warming potential (GWP) with NPK (standard cultivation practice), NPK+Straw, and PK fertilizations. Nitrous oxide emission rates were collected twice a week using a closed chamber method. With continuous flooding, nitrogen (N) application increased $N_2O$ emission by 106.6% ($0.64kg\;ha^{-1}$ in NPK) with respect to the PK treatment ($0.31kg\;ha^{-1}$), and straw addition to NPK enhanced 148.3% of seasonal $N_2O$ flux ($0.77kg\;ha^{-1}$ in NPK+Straw). Although seasonal $N_2O$ emission slightly increased by 16.1-42.9% with intermittent irrigation, its seasonal $CH_4$ emission drastically reduced at 43.5-52.8% resulting in a lower GWP at 48.9-58.5% with respect to that of continuously flooded treatments ($4.51Mg\;CO_2\;ha^{-1}$, PK; $7.60Mg\;CO_2\;ha^{-1}$, NPK; $14.55Mg\;CO_2\;ha^{-1}$, NPK+Straw). Rice yield, at similar fertilization with the continuously-flooded rice field, was not affected by intermittent irrigation. Conclusively, intermittent irrigation can be very effective and a rational soil management strategy to mitigate GWP with considering rice productivity in a temperate paddy rice field like Korea.
$N_2O$는 주요 온실가스 성분의 하나로서 광화학 스모그의 유발, 산성비의 전구체 등 온실효과에 상당한 기여를 하고 있는 물질이다. 이러한 $N_2O$ 및 질소산화물을 제거하기 위하여 환원제를 이용한 Selective Catalytic Reduction (SCR) 반응 공정이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 Hydrotalcite 형태의 전구체로부터 Mixed Metal Oxide 촉매를 제조하고 그를 사용하여 $N_2O$ 분해를 위한 메탄 SCR 반응 및 CO의 생성효과를 비교 연구하였다. 실험결과 $CH_4$ 환원제의 첨가는 $N_2O$의 분해 반응에 긍정적인 영향을 미치며, 최적화된 $O_2/CH_4$ 비율의 조건에서 메탄의 부분산화에 의한 SCR 반응이 가장 높은 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
마취가스로 사용되는 아산화질소($N_2O$)는 만성건강 잠재위험을 일으킬 수 있기 때문에 근무자를 보호하기 위해 아산화질소 노출을 감시하고 제어하는 것이 필요하다. 이 연구에서는 아산화질소 노출평가를 위해서 흡착제로는 molecular sieve 5A를 사용하였고 $7m{\ell}$ vial에 보관한 후 heating block에서 $100^{\circ}C$로 12시간 이상 가열하여 GC-ECD를 이용하여 분석, 평가하였다. GC-ECD에 의한 검량선 설명력계수($R^2$)는 0.9992이며 검출한계는 $0.96{\mu}g$/injection, 정량한계는 $3.21{\mu}g$/injection, 탈착효율은 평균 $94.78\;{\pm}\;4.50%$이다. 파과는 각 농도대비 10% 범주 내에 있었다. GC-ECD에 의한 $N_2O$의 수술 전과 수술 중의 노출평가에서는 수술 전의 평균농도는 5.12ppm이고 수술 중의 평균 농도는 42.33ppm으로 수술 중의 아산화질소의 농도가 높게 나타났고 중대한 차이가 있다(P<0.05). GC-ECD에 의한 $N_2O$의 근무자의 근무위치에 따른 노출 평가에서는 중대한 차이가 없고(P>0.005), 시료채취 법에서는 능동식 시료채취 법에서의 $N_2O$ 농도가 높게 나타났다(P<0.05).
Experiments have been conducted to investigate the characteristics of formaldehyde and nitrous oxide formation from the catalytic reaction of methane. Catalysts used in the experiment were Pd. Pd/Pt/Rh loaded on ${\gamma}-Al_2O_3$ and ${\gamma}-Al_2O_3-La_2O_3$ monolith. In the catalytic reaction of methane. as the concentration of NO, $O_2$ and $CH_4$ increased, the formaldehyde emission was increased. The concentration of $N_2O$ increased as NO and CO increased. It was also found that the formaldehyde emission was produced by the gas reaction of methane in high temperature above 950K.
Nitrous oxide($N_2O$) concentration in the atmosphere has been constantly increased by the human activities with industrial growth after the industrial revolution. One of factors to increase $N_2O$ concentration in the atmosphere is the $N_2O$ emission caused by the combustion of marine fuel. Especially, a sulfur component included in marine fuel oils is known as increasing the $N_2O$ formation in diesel combustion. Form this point of view, $N_2O$ emission from a ship is not negligible. On the other hand, Exhaust gas recirculation(EGR) that have thermal, chemical and dilution effect is effective method for reducing the NOx emission. In this study, an author investigated $N_2O$ reduction by using EGR on a direct injection diesel engine. The test engine was a 4-stroke diesel engine with maximum output of 12 kW at 2600rpm, and operating condition of the engine was a fixed load of 75%. The experimental oil was a blend-fuel that were adjusted with sulfur ratio of 3.5%, and EGR ratio of 0%, 10%, 20% and 30%. In conclusion, diesel fuel that contained 3.5% sulfur component increased $SO_2$ emission in exhaust gas, and increment of EGR ratio reduced NO emission. Moreover, $N_2O$ emission was decreased as over 50% at EGR ratio of 10% and reduced 100% at EGR ratio of 30% compared with $N_2O$ emission of 0% EGR ratio.
A significant amount of nitrous oxide ($N_2O$), which is one of the serious greenhouse gases, is emitted from nitrification and denitrification of wastewater. Batch wastewater nitrifications with enriched nitrifiers were carried out under oxygen-limited condition with synthetic (without organic carbon) and real wastewater (with organic carbon) in order to find out the effect of ammonium concentration on $N_2O$ emission. Cumulated $N_2O$-N emission reached 3.0, 5.7, 6.2, and 13.5 mg from 0.4 l of the synthetic wastewater with 50, 100, 200, and 500 mg/l ${NH_4}^+$-N, respectively, and 1.0 mg from the real wastewater with 125 mg/l ${NH_4}^+$-N. The results indicate that $N_2O$ emission increased with ammonium concentration and the load. The ammonium removal rate and nitrite concentration also increased $N_2O$ emission. Comparative analysis of $N_2O$ emission from synthetic and real wastewaters revealed that wastewater nitrification under oxygen-limited condition emitted more $N_2O$ than that of heterotrophic denitrification. Summarizing the results, it can be concluded that denitrification by autotrophic nitrifiers contributes significantly to the $N_2O$ emission from wastewater nitrification.
Kim, Sung Un;Choi, Eun-Jung;Jeong, Hyun-Cheol;Lee, Jong-Sik;Hong, Chang Oh
한국토양비료학회지
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제50권6호
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pp.530-537
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2017
Composted animal manure added for improving soil quality and enhancing crop productivity can lead to greenhouse gas emissions such as nitrous oxide ($N_2O$) by processes of nitrification and denitrification. In addition, the amount of $N_2O$ emission from composted manure amended soils can vary greatly with composted manure type or different soil type. Therefore, the influence of cattle composted manure on $N_2O$ emissions was evaluated during growth of sweet potato (Ipomoea batatas). The treatments included control, conventional fertilization (CF), and CF + cattle composted manure (CCM) $10Mg\;ha^{-1}$ were applied in the spring. $N_2O$ emissions were significantly affected by composted manure and chemical fertilizer and the CCM had greater N2O emissions compared with other treatments. The majority of $N_2O$ emissions occurred shortly after composted manure and chemical fertilizer application compared with the rest of the growing seasons for all treatments. Also, $N_2O$ flux was associated with water-filled pore space (WFPS) at all treatments. On average of $N_2O$ emission accumulation, the CCM was 1.5 times greater than control treatment while there was no difference between CF and control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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