• 한국토양비료학회지
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• 제50권1호
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• pp.40-48
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• 2017

In this study, we evaluated the nitrogen (N) mineralization potential and Nitrogen use efficiency (NUE) of oil-cake, compost, hairy vetch and barley, which are the most widely used organic amendments in South Korea. The N mineralization potential (No) for organic fertilizers treated soil was highest for the hairy vetch treatment with a value of $18.9mg\;N\;100\;g^{-1}$, followed by oil-cake, barley and compost. The amount of pure N mineralization potentials in hairy vetch, oil-cake, barley and compost treatments were 8.42, 7.62, 3.82 and $3.60mg\;N\;100\;g^{-1}$, respectively. The half-life ($t_{1/2}$) of organic N in soil amended with oil-cake fertilizer mineralized quickly in 17 days. While, $t_{1/2}$ values of organic N for the compost and barley treatments accounted to 44.4 and 44.1 days, respectively. Oil-cake was good in supplying nutrients to plants. Compost and barley inhibited plant growth in the beginning growth stage and this is attributed to N immobilization effect. The results of this study highlight that compost and barley could be used as potential slow release fertilizers in conventional agriculture.

• Parasites, Hosts and Diseases
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• 제53권2호
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• pp.189-196
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• 2015

The sequestration of infected erythrocytes in the placenta can activate the syncytiotrophoblast to release cytokines that affect the micro-environment and influence the delivery of nutrients and oxygen to fetus. The high level of IL-10 has been reported in the intervillous space and could prevent the pathological effects. There is still no data of Th17 involvement in the pathogenesis of placental malaria. This study was conducted to reveal the influence of placental IL-17 and IL-10 levels on fetal weights in malaria placenta. Seventeen pregnant BALB/C mice were divided into control (8 pregnant mice) and treatment group (9 pregnant mice infected by Plasmodium berghei). Placental specimens stained with hematoxylin and eosin were examined to determine the level of cytoadherence by counting the infected erythrocytes in the intervillous space of placenta. Levels of IL-17 and IL-10 in the placenta were measured using ELISA. All fetuses were weighed by analytical balance. Statistical analysis using Structural Equation Modeling showed that cytoadherence caused an increased level of placental IL-17 and a decreased level of placental IL-10. Cytoadherence also caused low fetal weight. The increased level of placental IL-17 caused low fetal weight, and interestingly low fetal weight was caused by a decrease of placental IL-10. It can be concluded that low fetal weight in placental malaria is directly caused by sequestration of the parasites and indirectly by the local imbalance of IL-17 and IL-10 levels.

• 한국농공학회논문집
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• 제63권1호
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• pp.89-102
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• 2021

Soils in agricultural lands contain large amount of organic matter and nutrients due to the injected fertilizers and manure. During heavy rain, surface water and base runoff pollutants flows into a nearby stream or lake with eroded soil from agricultural lands. On the other hands, agricultural lands near the lake are inundated due to the increase of the water level in the lake, leading to organic matter and nutrient release from the inundated soil. In this study, releasing rates of nutrient salts and organic substances were analyzed for the soil in the agricultural land, where cultivation activities has been carried out and periodically flooded, to account for the possibility of contamination from the inundated agricultural land in reservoir areas The experiment results have shown that COD was released from the soil in anaerobic conditions, and T-P was released in both anaerobic and aerobic conditions. However, in the case of T-N, it was found that the runoff by soil was not made before the rainfall occurred, and when the soil was impound due to rainfall, the elution occurred under the aerobic conditions. Through the results of this study, it was possible to account for the effect of flooded agricultural lands on the water quality in the lake, and this could be reflected in an efficient agricultural non-point pollution management policy. In order to determine the precise releasing rate for each agricultural land, it is believed that the leaching experiment for paddy fields and grasslands are needed.

• 한국물환경학회지
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• 제37권6호
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• pp.520-530
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• 2021

Multivariate statistical analysis and an environmental hydrological model were applied for investigating the causes of water pollution and providing best management practices for water quality improvement in urban and agricultural watersheds. Principal component analysis (PCA) and cluster analysis (CA) for water quality time series data show that chemical oxygen demand (COD), total organic carbon (TOC), suspended solids (SS) and total phosphorus (T-P) are classified as non-point source pollutants that are highly correlated with river discharge. Total nitrogen (T-N), which has no correlation with river discharge and inverse relationship with water temperature, behaves like a point source with slow and consistent release. Biochemical oxygen demand (BOD) shows intermediate characteristics between point and non-point source pollutants. The results of the PCA and CA for the spatial water quality data indicate that the cluster 1 of the watersheds was characterized as upstream watersheds with good water quality and high proportion of forest. The cluster 3 shows however indicates the most polluted watersheds with substantial discharge of BOD and nutrients from urban sewage, agricultural and industrial activities. The cluster 2 shows intermediate characteristics between the clusters 1 and 3. The results of hydrological simulation program-Fortran (HSPF) model simulation indicated that the seasonal patterns of BOD, T-N and T-P are affected substantially by agricultural and livestock farming activities, untreated wastewater, and environmental flow. The spatial analysis on the model results indicates that the highly-populated watersheds are the prior contributors to the water quality degradation of the river.

• ALGAE
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• 제37권3호
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• pp.213-226
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• 2022

Aquaculture is one of the fastest growing food producing sectors; however, intensive farming techniques of finfish have raised environmental concerns, especially through the release of excessive nutrients into surrounding waters. Biodiversity has been widely shown to enhance ecosystem functions and services, but there has been limited testing or application of this key ecological relationship in aquaculture. This study tested the applicability of the biodiversity-function relationship to integrated multi-trophic aquaculture (IMTA), asking whether species richness can enhance the efficiency of macroalgal bioremediation of wastewater from finfish aquaculture. Five macroalgal species (Chondrus crispus, Fucus serratus, Palmaria palmata, Porphyra dioica, and Ulva sp.) were cultivated in mono- and polyculture in water originating from a lumpfish (Cyclopterus lumpus) hatchery. Total seaweed biomass production, specific growth rates (SGR), and the removal of ammonium (NH₄⁺), total oxidised nitrogen (TON), and phosphate (PO₄^3-) from the wastewater were measured. Species richness increased total seaweed biomass production by 11% above the average component monoculture, driven by an increase in up to 5% in SGR of fast-growing macroalgal species in polycultures. Macroalgal species richness further enhanced ammonium uptake by 25%, and TON uptake by nearly 10%. Phosphate uptake was not improved by increased species richness. The increased uptake of NH₄⁺ and TON with increased macroalgal species richness suggests the complementary use of different nitrogen forms (NH₄⁺ vs. TON) in macroalgal polycultures. The results demonstrate enhanced bioremediation efficiency by increased macroalgal species richness and show the potential of integrating biodiversity-function research to improve aquaculture sustainability.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제65권3호
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• pp.652-663
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• 2023

The rumen fluids contain a wide range of bacteria, protozoa, fungi, and viruses. The various ruminal microorganisms in the rumen provide nutrients by fermenting the forage they eat. During metabolic processes, microorganisms present in the rumen release diverse vesicles during the fermentation process. Therefore, in this study, we confirmed the function of rumen extracellular vesicles (EVs) and their interaction with the host. We confirmed the structure of the rumen EVs by transmission electron microscope (TEM) and the size of the particles using nanoparticle tracking analysis (NTA). Rumen EVs range in size from 100 nm to 400 nm and are composed of microvesicles, microparticles, and ectosomes. Using the Caenorhabditis elegans smart animal model, we verified the interaction between the host and rumen EVs. Exposure of C. elegans to rumen EVs did not significantly enhance longevity, whereas exposure to the pathogenic bacteria Escherichia coli O157:H7 and Staphylococcus aureus significantly increased lifespan. Furthermore, transcriptome analysis showed gene expression alterations in C. elegans exposed to rumen EVs, with significant changes in the metabolic pathway, fatty acid degradation, and biosynthesis of cofactors. Our study describes the effect of rumen EV interactions with the host and provides novel insights for discovering biotherapeutic agents in the animal industry.

• 대한환경공학회지
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• 제38권8호
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• pp.420-427
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• 2016

본 연구는 미세기포를 이용하여 하천 및 호수의 퇴적물 내 영양염류 제어 가능성을 살펴보고자 하였다. 이를 위해 실제 호수에서 퇴적물을 채취하여 용출 특성 실험 및 기포를 이용한 퇴적물 및 영양염류 제거 실험을 수행하였다. 연구에 사용된 퇴적물의 입도분석 결과, 점토와 실트(<0.075 mm)비율은 약 7.7%, 모래(0.075~4.75 mm)는 약 67.8%, 자갈은(${\geq}4.75mm$) 약 24.5%로 나타났다. 총질소(T-N), 총인 (T-P), 강열감량은 각각 2,790~3,260 mg/kg, 261~311 mg/kg, 4.1~9.6%로 나타났다. 퇴적물의 입도별 T-N과 T-P을 분석한 결과, 입도가 클수록 퇴적물의 T-N와 T-P 함량은 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 입도가 클수록 비표면적이 작아져 흡착되는 오염물질량이 줄어들기 때문으로 판단된다. 기포의 특성에 따른 퇴적물의 제거효율을 분석한 결과, 압력 6기압, 순환률 30%, 응집제 주입량 15 ppm의 조건으로 실험을 수행하였을 때 퇴적물의 제거율이 19.9%로 가장 높게 나타났다. 이 때의 T-N, T-P의 제거효율도 21.4, 22.6%로 가장 높게 나타났다. 운전조건을 고정시키고 기포 주입횟수를 증가시키면서 T-N과 T-P의 제거효율을 살펴본 결과, 주입횟수 2회까지 T-N과 T-P의 제거효율은 높았으나, 3회부터는 제거효율이 낮아짐에 따라 주입횟수가 증가하더라도 제거효율에는 큰 변화를 보이지 않았다. 그리고 미세입자가 제거된 퇴적물의 영양염류 용출량은 미세입자를 제거하지 않은 퇴적물의 용출량보다 약 20.1~64.3% 정도 감소함을 알 수 있었다. 이를 통해 미세기포를 퇴적물에 반복적으로 주입하는 방안은 퇴적물 및 퇴적물에서의 영양염류 용출을 제어하는 효과적인 방안으로써 가능성이 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국버섯학회지
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• 제18권1호
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• pp.1-9
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• 2020

균근은 지구상의 육상식물 중 약 90% 이상의 식물들과 연합 또는 공생관계를 유지하고 있다고 알려져 있으며 식물 뿌리 내에 침투하여 토양 중으로 다량의 균사를 뻗어 토양 내의 수분 및 무기양분을 흡수하여 식물에게 제공하는 대신 식물로부터 광합성 산물인 탄수화물을 얻어 살기 때문에 이론적으로 기주식물 없이는 배양이나 생육이 불가능한 절대 생물영양성이다. 균근의 종류는 기후대, 위도와 고도, 우점하는 식생 등에 따라 여러 가지 종류가 있으며 크게 내생균근과 외생균근으로 나뉜다. 균근은 일반적으로 절대적 공생이라 할 수 있으나, 일부의 외생균근은 식물의 잔해, 낙엽층 등으로부터 유기물을 분해하여 탄소원을 자체 공급할 수 있기 때문에 임의적 공생의 가능성도 제시되고 있다. 이처럼 식물로부터 획득한 탄소의 토양으로의 흐름은 균근에 의하여 중재되어지며 생태계에서 탄소순환의 중요한 기능을 수행한다. 외생균근과 수지상 내생균근은 뿌리의 표면적을 넓히거나 토양 중에 다량의 균사를 뻗음으로서 뿌리 단독으로 흡수할 수 없는 양분고갈지역 바깥의 무기양분 등을 흡수하여 식물에게 제공한다. 또한 균근은 다양한 근권 미생물들과 상호작용을 통하여 식물에게 긍정적인 영향을 미친다. 일부의 토양미생물은 균근의 발아, 생육, 군집구조 등에 관여하여 식물과의 공생관계에 직간접적으로 영향을 미치기도 하며, 더 나아가 양분의 흡수, 식물 뿌리의 성장, 식물병원균 억제효과를 나타내어 식물의 생육을 촉진시키기도 한다. 이와 같이 균근균권 및 근권 토양 내의 다양한 미생물들과 균근과의 상호관계와 그 기능에 대해서 많은 연구들이 진행되어왔으나 아직까지도 밝혀지지 않은 부분들이 많으며 앞으로도 꾸준히 연구가 진행될 것으로 사료된다. 외생균근은 균근성 버섯으로 더 잘 알려져 있으며, 이 균류는 수목과 공생하며 버섯의 자실체를 발생시키며 송이, 능이와 같은 고가의 버섯을 생산하는 귀중한 산림 소득원이다. 국내 균근성 버섯의 연구는 주로 송이 인공재배 연구에 집중되어 있으며 현재까지 송이를 인공적으로 발생시킬 수 있는 방법은 송이감염묘와 송이접종묘를 이용하는 것이다. 그 이외에도 소나무 유묘의 생장력을 증대시키기 위한 우수 송이균주 선발, 송이 균사생장 조건 및 배양특성, 송이균의 탄소원 이용특성, 송이균환 또는 송이 발생 토양의 균류와 박테리아의 군집구조 분석을 통한 송이균환 및 자실체 발생에 영향을 미치는 토양미생물과 연합의 가능성에 대한 연구들이 활발히 수행되고 있다. 아직까지 균근성 버섯에 대한 인공재배기술이 완전하게 개발되지 않은 상태이지만 여러 우수한 연구자들의 꾸준한 노력이 계속적으로 이어지고 있다. 앞으로도 지속적으로 변화하는 국내 기후환경에 발맞추어 야생 균근성 버섯에 대한 생태를 이해하고 꾸준한 연구와 인공재배 기술 개발 시도가 계속 이루어진다면 지금까지 재배가 불가능하였던 균근성 버섯의 인공재배가 성공할 날도 멀지 않으리라 사료된다.

• 한국습지학회지
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• 제25권2호
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• pp.99-110
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• 2023

농업지역에서 발생하는 비점오염물질은 타 지역에 비해 넓은 면적에서 배출되기 때문에 수질관리를 위해서는 발생원 제어와 배출수 관리와 같은 다양한 오염원 저감대책이 필요하며, 이를 위해서는 유역특성을 고려한 오염원별 배출량 및 최적관리방안에 따른 수질개선 효과를 정량적으로 파악할 필요가 있다. 이에 본 연구는 Hydrological Simulation Program-FORTRAN(HSPF)모델을 활용하여 유역내 오염원별 부하 및 주요 오염원저감방안에 대한 수질개선효과를 분석하여 농업지역의 비점오염관리대책 수립 지원을 목적으로 하였다. 연구지역은 경남 창녕군 계성천 유역으로 전체 면적대비 농업지역이 약 26.13%로 산림을 제외하고 지배적인 토지이용을 가지며, 주요 오염원은 농업활동에 기인하는 화학비료 및 액비살포와 축사에서 발생하여 야적 또는 농지에 살포되는 축분을 포함하고 있다. 계성천 유역에 대한 HSPF 모델 구축시 화학비료와 액비 사용량, 소규모 축사의 축분 발생량과 공공하수처리장, 분뇨처리장, 마을하수도 및 개인오수처리시설 등 점오염원 영향을 고려하였다. 특히 본 연구에서는 영양염류의 식생흡수, 침적, 흡탈착, 깊은침투에 의한 손실 등 상세 순환기작모의가 가능하도록 NITR 및 PHOS모듈을 활용하였다. 구축된 모델은 유역말단의 2015~2020년 측정값을 토대로 보·검정을 수행하였으며 모델이 유량 및 수질을 적절히 모의하는 것을 확인하였다. 오염저감시나리오는 농업비점관리(배수물꼬관리, 완효성비료와 사용), 축산비점관리(액비저감, 소규모 축사 축분관리), 생활계오염원제어(개인오수처리시설 관리) 등 세 부문으로 구분하고, 달성기간에 따라 단기, 중기, 및 장기로 구분하여 부문별로 단계별 저감대책을 구성하였다. 개별시나리오 모의 결과 수질개선에 효과는 완효성비료의 대체사용>배수물꼬관리>소규모축사 축분관리 순으로 나타났다. 유역 전반에 모든 관리방안을 적용하였을 때 장기적으로 TN, TP의 연간부하량은 각각 40.6%, 41.1%, 연평균 농도는 각각 35.1%, 29.2% 감소되는 효과를 보였다. 본 연구를 통하여 농업활동 우세 유역에서의 다양한 오염원 저감시나리오별 수질개선효과에 대한 예측 및 이에 기반한 오염관리대책 우선순위 도출을 위한 합리적인 방법론을 제시하고자 한다.

• 한국물환경학회지
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• 제28권1호
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• pp.63-70
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• 2012

This study was carried out to investigate change in influent concentration of domestic wastewater flowed from a newly constructed separate sewer system (SSS) and biological nutrients removal efficiency of a full scale Air-vent sequential batch reactor (SBR, $600m^3/d$). The average concentration of $BOD_5$, SS, T-N and T-P from SSS were 246.5 mg/L, 231.6 mg/L, 42.974 mg/L, 5.360 mg/L, respectively which corresponds to 2.2times, 1.2times, 1.8times and 2.1times higher than those from the conventional combined sewer system (CSS). The removal efficiency of $BOD_5$, SS, T-N, and T-P for the Air-vent SBR operated with influent from SSS averaged 99.1%, 99.0%, 91.2%, and 93.5%, respectively. Especially the respective nitrogen and phosphorus removal was 15% greater than that of the SBR operated with influent from CSS. Simultaneous nitrification and denitrification (SND) was observed in an aerobic reactor(II) as a result of DO concentration gradient developed along the depth by the Air-vent system. In order to achieve T-N removal greater than 90%, the C/N ratio should be over 6.0 and the difference between $BOD_5$ loading and nitrogen loading rate be over 100 kg/day (0.130 kg $T-N/m^3{\cdot}d$). Even with high influent T-P concentration of 5.360 mg/L from SSS (compared with 2.465 mg/L from CSS) T-P removal achieved 93.5% which was 15.5% higher than that of the SBR with influent from CSS. This is probably due to high influent $BOD_5$ concentration from SSS that could provide soluble carbon source to release phosphorus at anaerobic condition. In order to achieve T-P removal greater than 90%, the difference between $BOD_5$ loading and phosphorus loading rate should be over 100 kg /day (0.130 kg $T-N/m^3{\cdot}d$).