• 유기물자원화
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• 제27권1호
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• pp.39-48
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• 2019

본 연구의 목적은 원예작물을 대상으로 밭에서 바이오차 시용에 따른 토마토 재배 시 바이오차의 적정 시용비율을 구명하고, 탄소 격리량을 산정하는 것이다. 바이오차는 0.01%, 0.03%, 0.05% 및 0.07%(w/w, 토양/바이오차)로 구분하여 처리하였으며, 비료는 N-P-K, 20.4-10.3-12.2kg $10a^{-1}$를 기비와 추비로 나누어 시용하였고, 돈분퇴비는 $440kg\;10a^{-1}$를 기준으로 전량 기비로 투입하였다. 토양 이화학성의 결과를 보면 토양중의 $NO_3-N$함량은 바이오차 처리 9일 후 가장 높게 나타났지만 처리간 유의성은 없었지만(p>0.05) NH4-N 함량은 바이오차 처리 후 14일 후 바이오차 처리구에서 낮게 나타났다. 토양중의 $P_2O_5$ 함량은 바이오차 처리 후 19일 후 0.01%를 제외한 바이오차 처리구에서 낮게 나타났다. 토양 중 $K_2O$ 함량은 바이오차 처리 후 6일 때 대조구와 비교하였을 때 0.01%와 0.03%가 높게 났다. 하지만 다른 처리구와 비교 하였을 때 유의차가 인정되지 않았다. 질소 효율성을 보면 0.05%에서 가장 높았으며, 또한 토마토 생육도 바이오차 처리량에 관계없이 좋았다. 바이오차 0.05% 시용구에서 질소 효율성 및 토마토 생육과 수량이 가장 높게 나타났다. 바이오차 투입량 변화에 따른 탄소 격리량 산정에서는 0.03% 처리에서 $2.83mg\;kg^{-1}$으로 가장 높게 나타났지만, 토마토 수량 측면에서 바이오차 적정 시용비율은 0.05%라고 판단된다.

• 환경생물
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• 제37권4호
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• pp.618-624
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• 2019

This study aimed to determine the growth and carbon storage of planted Haloxylon aphyllum in the Aralkum Desert in Kazakhstan. Six sites afforested in 2000, 2005, 2009, 2010, 2013, and 2017 were selected. The root collar diameter(cm) and height(m) were measured for all H. aphyllum in 30 m×44 m plots. Biomass accumulation (g m^-2) and carbon storage(C g m^-2) were calculated using allometric equations and the carbon concentration data of Haloxylon species. The diameters varied from 2.5 cm to 4.3 cm and the height varied from 106.2 cm to 223.7 cm. The growth of H. aphyllum was not linearly related to the afforestation year or soil properties. Tree growth might have been influenced by variations in the microclimate, such as temperature, precipitation, and dust storms. The mean total biomass accumulation was 20.57g m^-2 and ranged from 2.42 g m^-2 to 64.53 g m^-2. The mean carbon storage was 9.70C g m^-2 and ranged from 1.12 C g m^-2 to 30.61 C g m^-2. These biomass and carbon storage estimates were smaller than those reported for other Central Asian deserts, but afforestation enabled the generation of vegetative cover and consequently, carbon sequestration in the manmade Aralkum Desert.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제18권5호
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• pp.1-6
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• 2013

This study was performed to develop a method for quantitative analysis obtaining the amount of calcium carbonate minerals formed when Ca salts biomimetically reacted with carbon dioxide. There were two methods compared; 1) volumetric calcimeter method that determining the amount of released carbon dioxide after calcium carbonate minerals were acidified by 4N HCl and 2) Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis (TG-DTA) adopting differential decomposition temperature breaking-up the structural link within calcium carbonate minerals. The comparisons were made by batch experiment (i.e., biocalcification process) along with control (i.e., nominal concentration of $CaCO_3$ prepared). For the control, TG-DTA took a minor root mean square deviation (RMSD) of 1.1~5.9 mg, whereas volumetric calcimeter exposed a greater RMSD of 28.3 mg. For the biocalcification, the amount of $CaCO_3$ was more precisely obtained for TG-DTA rather than that of volumetric calcimeter. It was decided that TG-DTA was more successfully used for quantitative analysis to observe the amount of calcium carbonate minerals derived from biocalcification.

• 대한환경공학회지
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• 제37권7호
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• pp.432-440
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• 2015

유기물의 열분해로 생성되는 바이오차는 토양 탄소 저장량을 증가시킴으로써 기후변화를 완화할 수 있는 전략으로 소개되고 있다. 또한 바이오차는 토양의 흡착능을 증대시켜 중금속으로 오염된 토양을 정화할 수 있다고 보고된다. 본 연구는 두 종류 바이오차의 토양 중금속 제거 효과와 함께 기후변화 완화효과를 동시에 알아보기 위해 수행되었다. 두 종류의 바이오차는 가시박 및 차 찌꺼기 바이오매스를 열분해 하여 준비했다. 납으로 오염된 농경지 토양은 바이오차 및 바이오매스와 혼합되어 60일 동안 배양하였다. $CO_2$, $CH_4$, $N_2O$는 배양 기간 동안 주기적으로 측정되었고 토양 분석은 배양 종료 후 아세트산을 이용한 납 추출량을 비롯한 생화학적 요소에 대해 수행하였다. 그 결과, 배양 후 납의 양은 BC_Ch에서 71% 만큼 감소했다. 배양 중 $CO_2$와 $N_2O$ 발생은 BC_Ch, TW_Ch에서 각각 BC_Bm, TW_Bm 대비 약 24%, 34% 감소하였다. $CH_4$ 발생은 바이오차 처리에 의한 유의한 차이를 나타내지 않았다. GWP 계산 과정에서 온실가스($CO_2$, $CH_4$, $N_2O$), 토양에 처리한 가시박 및 차 찌꺼기 바이오매스와 바이오차, 토양 내 총 탄소량을 고려하였으며, 바이오차 투입으로 토양 내 납의 농도가 감소한 BC_Ch를 제외한 나머지 처리구와 대조구에 제올라이트를 투입하였다고 가정하여 GWP 계산을 수행하였다. BC_Ch가 GWP 측면에서 가장 유리한 것을 보였는데, 이는 가시박 바이오차가 높은 납 흡착과 토양 내 탄소 격리 효과를 나타냈기 때문으로 사료된다. 결론적으로, 가시박으로부터 생성한 바이오차를 투입하는 것이 토양 오염 저감과 기후변화 완화 효과를 동시에 기대할 수 있는 전략임을 시사한다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제5권2호
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• pp.94-104
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• 2018

The Soyangho Reservoir in Korea has a large drawdown zone, with an annual maximum water level fluctuation of 37 m due to dam operations to maintain a stable water supply and control flooding, especially during the monsoon period. The floristic composition, distribution and biomass of the major plant communities in the drawdown zone of the Soyangho Reservoir were assessed in order to understand their responses to the wide water level fluctuation. Species richness of vascular plants was low, and species composition was dominated by herbaceous annuals. Principal coordinates analysis using both flora and environmental data identified slope angle and the distance from the dam as important factors determining floristic composition. The species richness was low in the steep drawdown zone close to the dam, where much of the soil surface was almost devoid of vegetation. In shallower slopes, distant from the dam plant communities composed of mainly annuals were found. The large fluctuation in water level exposed soil where these annuals could establish. An overall biomass of 122 t (metric tons) Dry Matter was estimated for the reservoir, containing ca 3.6 t N (nitrogen) and ca 0.3 t P (phosphorus); the role of the vegetation of the drawdown zone in carbon sequestration and water pollution were briefly discussed.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권3호
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• pp.435-443
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• 2012

본 연구는 논과 목초지에서 관리방법에 따른 토양탄소의 변화에 대해 알아보았다. 논에서는 총탄소 농도의 변화에 비하여 입자상 탄소농도의 변화가 IRG 처리에 따라 더 민감하게 반응하였으며, 이에 입자상 탄소농도는 관리방법 변화에 따른 조기지시자로 활용될 수 있음을 시사하였다. 반면, 초지에서는 입자상 탄소농도의 변화가 총탄소 농도 변화에 비해 오히려 더 민감하지 않게 반응하였는데, 이는 본 연구방법에 따라 분류한 입자상 탄소가 초지와 같은 생태계에서는 의미 있는 탄소부분이 아닐 수 있음을 시사한다. 토양탄소저장을 살펴보았을 때 논의 경우는 겨울동안 IRG 목초작물을 재배하는 관리를 3년 이상 지속한 서천 및 장흥에서 유의한 증가가 있었다. 토양탄소의 유의한 증가는 농도뿐만 아니라 용적밀도를 고려하여 동일 부피 토양을 비교한 경우 및 동일 질량 토양을 비교한 경우 모두 유의하게 관찰되었는데, 이는 IRG 재배에 따른 토양탄소 저장의 증가가 단순히 표토에 축적된 식물체 유기물에 의한 일시적 농도의 증가가 아닌 토심 0-15 cm 깊이의 토양탄소의 증가였음을 시사한다. 목초지에서는 목초지 조성이후 3년, 5년, 7년, 10년이 지남에 따라 표토 (0-5 cm)에서의 탄소농도 증가가 현저하였다. 반면 5-15 cm 깊이의 토양에서는 이러한 증가경향이 뚜렷하지 않거나 오히려 감소하기도 하였다. 이 결과 토양내 저장되어 있는 탄소량을 용적밀도를 고려하고 동일 질량을 비교한 경우에 시간에 따른 뚜렷한 증가경향이 흐릿해짐을 알 수 있었다. 이는 초지 조성시기가 오래됨에 따라 토양의 용적밀도가 높아짐으로 인해 용적밀도 증가에 따른 토양질량의 증가분을 보정하였을 때 나타나는 결과로써, 초지조성연도가 오래될수록 저장된 탄소의 양이 선형적으로 증가할 것이라는 기존의 통념을 수정할 필요가 있음을 시사한다. IPCC (2006)에서 제안한 지침에 따르면, 토양탄소는 20년 동안 직선적인 증가를 한다는 가정을 하였는데, 본 연구의 결과에서 특정 관리방법 착수시점에서 초기 5-7년 동안토양탄소는 빠르게 증가하고, 증가속도는 그 이후에 느려지고 있음을 보여준다. 이는 지속적 토양탄소 저장 증가를 위해서는 적절한 토양관리 및 유기물 관리를 해야 한다는 점을 의미하기도 한다. 한편, 토양 내 FDA 활성도에 비추어본 미생물 활성도는 논의 경우는 IRG 처리구에서 대조구에 비해 유의하게 낮게 나타났으며 초지의 경우는 조성연도별 유의한 차이가 없었다. 이는 FDA 활성도가 토양의 관리방법별 차이에 따른 토양 질의 변화를 표현하기에는 민감하거나 변별력이 높은 지시자는 아님을 의미하며, 미생물 생체량이나 토양호흡량 등과 함께 측정하여 보조적인 자료로 활용하는 것이 좋다고 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권7호
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• pp.461-468
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• 2014

바이오차(biochar)는 산소가 제한된 환경에서 바이오매스를 열분해를 시켜 얻을 수 있는 고체물질을 말한다. 원료가 되는 바이오매스는 에너지작물, 임업부산물, 농업부산물 등의 폐기물을 사용할 수 있으며, 토양으로 적용 시 기후변화 완화, 화석연료 소비저감, 폐기물 처리비용저감 등의 장점이 있다. 본 연구에서는 폐목재를 원료로 바이오차를 생산하는 시스템을 대상으로 전과정평가 기법에 의해 환경에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 폐목재 1톤을 기능단위로 하였을 때 생산되는 바이오차를 토양에 적용하는 시나리오를 구성하고 지구온난화에 미치는 영향을 중심으로 환경영향을 분석한 결과, 파쇄 및 건조의 전처리 공정에서 4.048E-01 kg, 가스화 열분해공정에서 4.579E-01 kg, 토양살포 공정에서 9.070E-02 kg의 온실가스를 발생하여 총 9.534E-01 kg의 온실가스가 발생하는 것을 확인하였다. 바이오차의 토양적용 시 탄소저장효과는 252 kg으로 분석되어 251 kg의 탄소 네거티브 효과를 보였다.

• Journal of Forest and Environmental Science
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• 제31권2호
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• pp.78-90
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• 2015

Short rotation woody crops belonging to the genera Populus L., Salix L., Pinus L., and Eucalyptus L'Her. have provided broad economic and ecological benefits throughout the world, including afforestation and reforestation along urban to rural gradients. Within the genus Populus, cottonwoods, poplars, aspens, and their hybrids (hereafter referred to as poplars) have been shown to exhibit favorable genotype ${\times}$ environment interactions, especially in the face of changing climates. Similar growth responses have been reported for Pinus, especially with white pine (Pinus strobus L.) in the North Central United States. This has led to current research priorities focused on ecosystem services for both genera. The Millennium Ecosystem Assessment (2005) defines cultural, supporting, provisioning, and regulating ecosystem services. The overarching objective of this paper was to synthesize information about the potential of poplars to provide multiple ecosystem services when grown at sites with varying soil and climate conditions across landscape gradients from urban to rural areas. Specific objectives included: 1) providing background of the United States Forest Service and its Research and Development branch, 2) integrating knowledge of current poplar breeding and development with biomass provisioning and carbon regulating ecosystem services as they relate to changing climates in the North Central United States, and 3) providing a case study illustrating this integration through comparisons of poplar with white pine. Our results were evaluated in the context of climate change mitigation, with specific focus on selection of favorable genotypes for sequestering atmospheric carbon and reducing fossil fuel carbon emissions.

• 환경생물
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• 제34권4호
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• pp.257-263
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• 2016

본 연구는 영년생 작물 중 배 재배지의 탄소수지 평가를 위하여 전남 나주 욱곡리 배 재배지에서 토양호흡, 초본류의 생태계순생산량 그리고 배 과수의 바이오매스와 배 재배지에서의 생태계순교환량을 측정하였다. 2015년 배 재배지의 연간 토양호흡량은 약 $25.6ton\;CO_2\;ha^{-1}$이었다. 바이오매스 측정을 통해 측정된 배나무 수체에 저장된 $CO_2$ 양은 $(-)27.9ton\;CO_2\;ha^{-1}$이었으며, 전정된 가지에 저장된 $CO_2$ 양은 약 $(-)12.6ton\;CO_2\;ha^{-1}\;yr^{-1}$이었다. 배 재배지 임상 하부에 자생하는 초본류 광합성에 의해 흡수된 $CO_2$ 양은 $(-)5.2ton\;CO_2\;ha^{-1}\;yr^{-1}$이었다. 이를 배 재배지 단위에서의 $CO_2$ 배출량과 흡수량으로 구분하여 보면, 연간 1 ha당 약 25.6 ton이 대기 중으로 배출되었으며 대기로부터 흡수된 $CO_2$는 약 (-)45.7 ton이었다. 이를 합산하면 연간 약 (-)20.1 ton의 $CO_2$가 대기 중으로부터 배 재배지로 흡수되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 미기상학적인 방법을 이용하여 측정한 배 재배지 대기와 작물 및 토양권 간의 연간 $CO_2$ 교환량 $(-)17.8ton\;ha^{-1}$와 큰 차이를 보이지 않았다. 이러한 다양한 접근 방법을 이용한 연구는 배 재배지뿐만 아니라 영년생 작물 재배지 단위에서 농업생태계 구성요소들 간의 $CO_2$ 흐름을 파악하여 보다 효율적인 탄소수지 평가 연구를 위한 방법론을 제시하고 향후 농업생태계가 탄소 흡수원으로서 인정받기 위한 후속 연구의 기초 데이터로 사용될 수 있을 것으로 예상된다.

• 유기물자원화
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• 제30권4호
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• pp.67-83
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• 2022

바이오차는 바이오매스를 산소가 제한된 환경에서 고온(300~700℃)으로 열분해하여 얻어지는 탄소 함량이 높은 생성물이다. 최근 바이오차는 농업 부산물을 최소화하고 순환 경제의 효율성을 높이는 효과적인 도구로 농업 및 환경 분야에서 다양한 용도로 널리 사용되고 있다. 바이오차를 만드는 재료로 왕겨, 가축분, 보릿짚 등 여러종류의 유기성 부산물이 사용되고 있으며, 약 10% 바이오차 적용(wt/wt)은 작물의 수확량, 토양 탄소 격리량을 높여준다는 연구 결과가 있다. 우리나라 농경지의 경우 논에서 밭으로 토지 이용이 전환되거나 간척으로 인한 갯벌이 논으로 개간되고, 산림에서 밭이나 시설재배지로 개간되는 경우가 발생한다. 그러므로 농경지 전환으로 인한 농경지별 바이오차 적용 효과가 상이할 것으로 판단된다. 그러나 국내에서 농경지 유형별 바이오차 종류와 투입 수준에 따른 토양 탄소저장 연구는 여전히 미흡한 상황이다. 이에 본 연구는 농경지 토양별 바이오차 종류와 투입 수준에 따른 토양 탄소저장과 무기화되어 배출되는 이산화탄소(CO₂) 배출량을 정량적으로 평가하였다. 본 연구에 사용한 재료는 보릿짚, 가축분을 수거, 건조 등 전처리 과정을 거친 후 충남 예산에 있는 바이오차 제조공장 탄화로를 이용하여 TLUD (Top Lit Up Draft) 상향 통풍형 열분해 방식으로 약 500℃에서 제조하였다. Kinetic 모델 적용 결과 토양에 투입된 탄소 무기화는 바이오차를 투입하지 않으면 토양 종류별 8.2~16.5% 비율로 탄소원이 무기화 되어 이산화탄소로 배출되었다. 노지 밭 토양에서 15.5~16.5%로 가장 높았고, 간척지 토양에서 8.2~8.7%로 가장 낮았다. 이는 토양 내 탄소 함량이 높은 토양에서 유기물의 분해가 상대적으로 높아 배출되는 이산화탄소(CO₂)는 탄소 함량에 비례하여 증가하는 것으로 판단된다. 바이오차를 투입한 토양에서 탄소 함량이 증가함에도 상대적으로 무기화되는 비율은 낮아졌다. 국제 바이오차협 회에서는 H:C 비율이 0.7 이하면 100년 이상 토양 내 탄소 격리효과가 있는 것으로 인정되고 있다. 본 연구를 통해 바이오차의 원료물질이 상이한 보릿짚, 가축분 바이오차 간 탄소 무기화에 미치는 영향이 상이할 것으로 판단했지만, 각각의 바이오차 H:C 비율이 0.30~0.39로 0.7 이하임으로 토양에 혼합하였을 때 탄소 무기화의 비율이 낮고 탄소 격리의 효과가 나타났다.