The objective of this study was to examine carbon dynamics with biomass, soil $CO_2$ efflux, litter and root decomposition after tree density control in young Pinus densiflora stands. The stands were established with 50% thinning, clear-cut, and control stands with three pseudo-replicated plots and a bare soil plot in 8-year-old Pinus densiflora nursery field. Monthly measurements were conducted from March 2012 to February 2014 and aboveground biomass and coarse-roots were estimated by derived allometric equations. Average diameter growth at root collar in control and thinned was 0.89 cm and 1.48 cm per year, respectively, and the diameter growth of control stand was significantly higher than that of thinned stands (p<0.05). Total biomass was estimated to 5.17, $4.85kg\;C\;m^{-2}$ per year in control and thinned, respectively. Annual soil $CO_2$ efflux in control, thinned, clear cut, and bare soil was 3.71, 3.90, 4.17, $4.56kg\;CO_2\;m^{-2}\;yr^{-1}$, respectively and removing trees significantly increased soil $CO_2$ efflux (p<0.05). Net Ecosystem Production (NEP) was 1.57, 1.36, -0.67, $-1.25kg\;C\;m^{-2}\;yr^{-1}$ in control, thinned, clear cut and bare soil in the young Pinus densiflora stands. NEP was significantly decreased by removing trees. Thinning increased diameter at root collar and carbon of individual tree and recovered 86% of carbon removed by thinning after one-year. In addition, soil $CO_2$ efflux increased and NEP increased by thinning. Results of this study, tree density control such as thinning increased the carbon storage and growth of the young Pinus densiflora stands.
Understanding N mineralization dynamics in soil is essential for efficient nutrient management. An anaerobic incubation experiment was conducted to examine N mineralization potential and N mineralization rate of the organic amendments with different C:N ratio in paddy soil. Inorganic N in the soil sample was measured periodically under three temperature conditions ($20^{\circ}C$, $25^{\circ}C$, $30^{\circ}C$) for 90 days. N mineralization was accelerated as the temperature rises by approximately $10%^{\circ}C^{-1}$ in average. Negative correlation ($R^2=0.707$) was observed between soil inorganic N and C:N ratio, while total organic carbon extract ($R^2=0.947$) and microbial biomass C ($R^2=0.824$) in the soil were positively related to C:N ratio. Single exponential model was applied for quantitative evaluation of N mineralization process. Model parameter for N mineralization rate, k, increased in proportion to temperature. N mineralization potential, $N_p$, was very different depending on C:N ratio of organic input. $N_p$ value decreased as C:N ratio increased, ranged from $74.3mg\;kg^{-1}$ in a low C:N ratio (12.0 in hairy vetch) to $15.1mg\;kg^{-1}$ in a high C:N ratio (78.2 in rice straw). This result indicated that the amount of inorganic N available for crop uptake can be predicted by temperature and C:N ratio of organic amendment. Consequently, it is suggested that the amount of organic fertilizer application in paddy soil would be determined based on temperature observations and C:N ratio, which represent the decomposition characteristics of organic amendments.
Clean soil environment is of crucial importance to sustain lives of ecosystem and humans. With rapid industrialization, there has been a great increase of soil contamination by accidental releases of petroleum products. In general, soil remediation is an expensive and time-consuming process as compared to cleanup of water and air. Moreover, determining the source and responsible parties of soil pollution often turns into legal conflicts and that further delay the cleanup process of contaminated sites. In practice, total petroleum hydrocarbon (TPH) analysis has been employed to determine the petroleum species and to track down the responsible polluters. However, this approach often suffers from differentiating similar TPH species. In this study, we analyzed TPH chromatogram patterns of 24 domestic petroleum products in specific carbon ranges (${\sim}C_{10}$, $C_{10}-C_{12}$, $C_{12}-C_{36}$, and $C_{36}{\sim}$) and the fractional changes of THP ratio in the mixture products of gasoline, kerosene and diesel. The proposed TPH analysis method in this study could serve as a useful tool to better analyze the petroleum species in soils contaminated with complex oil mixtures, and ultimately be used to identify the polluters of soil.
The aim of this paper was to study the effect of five different waste combinations (C/N 15, C/N 20, C/N 25, C/N 30, and control) of sewage sludge coupled with sawdust and cattle manure in a pilot scale rotary drum reactor, during 20 days of the composting process. Our results showed that C/N 30 possesses a higher temperature regime with higher % reduction in moisture content, total organic carbon, soluble biochemical oxygen demand and chemical oxygen demand; and higher % gain in total nitrogen and phosphorus at the end of the composting period implying the total amount of biodegradable organic material is stabilized. In addition, $CO_2$ evolution and oxygen uptake rate decreased during the process, reflecting the stable behavior of the final compost. A Solvita maturity index of 8 indicated that the compost was stable and ready for usage as a soil conditioner. The results indicated that composting can be an alternate technology for the management of sewage sludge disposal.
Kim, Choonsig;Baek, Gyeongwon;Choi, Byeonggil;Ha, Jiseok;Bae, Eun Ji;Lee, Kwang-Soo;Son, Yeong Mo
Journal of Korean Society of Forest Science
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v.109
no.2
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pp.169-178
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2020
This study aimed to compare the organic carbon stocks of Cryptomeria japonica and Chamaecyparis obtusa stands established under a similar-site environmental condition in South Korea. C. japonica and C. obtusa stands adjacent to each other from 13 representative regions were chosen to evaluate the carbon stocks of tree biomass, forest floor, and mineral soils. Mean stand ages were 45 years for C. japonica and 43 years for C. obtusa, respectively. Tree density was significantly lower in C. japonica (989 tree ha-1) than in C. obtusa (1,223 tree ha-1) stands, whereas diameter at breast height and dominant tree height values were significantly higher in C. japonica (27.4 cm and 20.4 m, respectively), compared with C. obtusa (23.9 cm and 17.9 m, respectively) stands. The total carbon stocks of tree biomass were linearly related with stand basal area (C. japonica: r2 = 0.82; C. obtusa: r2= 0.92; P< 0.05), whereas stand density and site index were not correlated with the carbon stocks of tree biomass (P > 0.05). The carbon stocks of aboveground tree biomass were significantly higher in C. obtusa (117.7 Mg C ha-1), compared with C. japonica (95.5 Mg C ha-1) stands, whereas carbon concentration and stocks of the forest floor and mineral soil layers were insignificantly different between the C. japonica and C. obtusa stands. The results indicated that trees in C. obtusa stands sequestrated more carbon dioxide, compared with C. japonica stands, whereas carbon stocks in the forest floor and mineral soil layers were unaffected by stand development processes of the different tree species.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2004.09a
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pp.413-416
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2004
TOC(total organic carbon)분석은 폐수 및 강수의 오염특성을 평가하기 위한 도구로서 BOD(biochemical oxygen demand), COD(chemical oxygen demand) 와 함께 사용되어 왔다. TOC 측정시간은 10분 정도로 BOD(5~6일), COD(2~3시간)에 비해 아주 짧은 시간에 측정할 수가 있으며, 전처리과정이 단순하고 정확도도 높은 것으로 알려져 있다. 본 연구는 지하수의 잠재오염성을 밝혀내기 위한 도구로 TOC를 활용하여 신뢰성 있는 분석 값을 얻기 위해서 시료의 채취, 보관, 측정까지의 최적 조건을 도출하는데 목적을 두었다. 아울러 시료 채취 후 일정 경과 시간에 따른 TOC의 변화를 관찰하였다. 시료채취 용기, 채취 후 산성화, 보관방법 및 기간에 대한 실험 결과, 대상 변수에 따라서 TOC의 농도변화에 커다란 차이점을 볼 수 있었다. TOC 농도가 낮은 지하수시료의 측정에서는 빛을 차단시킨 불투명 유리병을 사용해야만 하고 채취 즉시 산도를 높여(pH<2)주며 4$^{\circ}C$ 이하에서 보관하여야 한다. 지하수중 TOC 측정시료는 가능한 보관 기간에 있어서 채수 후 24시간 이내에 측정하는 것이 좋으나 1) 본 연구에서는 채취현장과의 거리를 고려하면 현실적으로 불가능하므로 기간에 따른 TOC 변화를 30일까지 측정, 조사하였다.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.33
no.4
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pp.267-274
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2011
The environmental impacts of 95% remediation of a total petroleum hydrocarbon-contaminated soil were evaluated using life cycle assessment (LCA). LCA of two remediation systems, soil vapor extraction (SVE) and biopile, were conducted by using imput materials and energy listed in a remedial system standardization report. Life cycle impact assessment (LCIA) results showed that the environmental impacts of SVE were all higher than those of biopile. Prominent four environmental impacts, human toxicity via soil, aquatic ecotoxicity, human toxicity via surface water and human toxicity via air, were apparently found from the LCIA results of the both remedial systems. Human toxicity via soil was the prominent impact of SVE, while aquatic ecotoxicity was the prominent impact of biopile. This study also showed that the operation stage and the activated carbon replacement stage contributed 60% and 36% of the environmental impacts of SVE system, respectively. The major input affecting the environmental impact of SVE was electricity. The operation stage of biopile resulted in the highest contribution to the entire environmental impact. The key input affecting the environmental impact of biopile was also electricity. This study suggested that electricity reduction strategies would be tried in the contaminated-soil remediation sites for archieving less environmental impacts. Remediation of contaminated soil normally takes long time and thus requires a great deal of material and energy. More extensive life cycle researches on remedial systems are required to meet recent national challenges toward carbon dioxide reduction and green growth. Furthermore, systematic information on electricity use of remedial systems should be collected for the reliable assessment of environmental impacts and carbon dioxide emissions during soil remediation.
Kim, Choonsig;Baek, Gyeongwon;Choi, Byeonggil;Baek, Gyeongrin;Kim, Hojin
Journal of Korean Society of Forest Science
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v.110
no.4
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pp.569-576
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2021
This study developed an estimation model for litterfall input using the stand parameters (basal area, stand density, mean DBH, and carbon stocks of the aboveground tree biomass) collected from the Korean red pine (Pinus densiflora S. et Z.) stands of seven regions in Gyeongsangnam-do. The mean annual litterfall was 2,779 kg ha-1 year-1 for needles, 883 kg ha-1 year-1 for miscellaneous, 611 kg ha-1 year-1 for broadleaved, 513 kg ha-1 year-1 for branches, and 340 kg ha-1 year-1 for bark litter. The mean annual total litterfall was 5,051 kg ha-1 year-1. Litterfall components were significantly correlated with stand parameters, except for broadleaved litter. A stronger correlation was observed between the carbon stock of the aboveground tree biomass and all the litterfall components compared with the other stand variables. The allometric equations for all the litterfall components were significant (P < 0.05), with the stand parameters accounting for 5%-43% and 8%-42% of the variation in the needle litter and total litterfall, respectively. The results indicated that the annual litterfall inputs of the Korean red pine stands on a regional scale can be effectively estimated by allometric equations using the basal area and carbon stocks of the aboveground tree biomass.
A series of laboratory experiment was conducted to find out the chemical composition, characterization of humic substances by physical and chemical methods and reaction of Na-pyrophosphate, $Ca(OH)_2$ and rice straw with albumin on the degradation of soil organic matter in the volcanic ask soils of the Jeju Island. Results obtained were summarized as follows: 1. The contents of organic matter, available silicon, active iron and aluminum concentration in volcanic ash the soils were remarkably higher but available phosphorous was comparatively lower than the mineral soils. In volcanic ash soil, the contents of potassium, calcium and magnessium were higher in upland soil than that of forest soil. The ratios of active $Al^{{+}{+}{+}}/Fe^{{+}{+}}$, C/P and $K/Ca^+$ Mg were apparently high in volcanic ash soils while that of $SiO_2$/O.M. was high in mineral soil. 2. The carbon/nitrogen ratio in humin, humic acid content in organic matter, and carbon contents of humin in total carbon of soil organic matter were apparently higher in the volcanic ash soils than in the mineral soils, The total nitrogen and fractions of acid or alkali soluble nitrogen were remarkably high in volcanic ash soils while mineralizable nitrogen ($NH_4$-N and $NO_3$) contents were high in mineral soils. 3. The values of K600, RF and log K were also higher in volcanic ash soils than those in mineral soils, and the absorbance in the visible range were high and color was dark in the soil of which humification was progressed Extracted humic acid from volcanic ash soil was less reactive to the oxidizing chemical reagent and was persistance to the acid or alkali hydrolysises. 4. The major oxygen-containing functional groups in humic substances of volcanic ash soils were phenolic-OH alcoholic-OH and carboxyl groups while those in mineral soil were methoxyl and carbonyl groups. 5. Absorption spectra of alkaline solution of humic acid ranged from 200 nm to maxima 500 nm. Visible spectra peaks of from humic substances in the visible region were recognized at 350, 420, 450 and 480 nm. Only one single absorbance peak was observed in the visible region at 362 nm for Heugag series and two absorbance Peak were also at 360 nm and 390 nm for Yeungrag series. 6. Evolution of carbon as $Co_2$ was increased with addition of Na-pyrophosphate in Namweon and Heugag series, and "priming effects" took place on the soil organic matter decomposition by addition of rice straw with albumin in Ido series.
This study examined the change in carbon (C) storage of soil, forest floor and coarse woody debris (CWD) for different thinning intensities in Pinus densiflora stands 4 years after the treatment. Two study stands were located in Jeongseon (Stand 1) and Gwangneung Experiment Forest (Stand 2). Three plots for different thinning intensities based on stand density were established at each stand in 2008; control plot (0%), T20 plot (20%) and T30 plot (30%) in Stand 1 and control plot (0%), T39 plot (39%) and T74 plot (74%) in Stand 2, respectively. The C storage of soil (0-50 cm), forest floor and CWD was measured in 2012. Total C storage of T30 plot ($109.80t{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$) was significantly higher than that of control plot ($86.69t{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$) in Stand 1. In stand 2, total C storage of T74 plot ($97.02t{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$) was significantly higher than that of control plot ($72.04t{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$) and T39 plot ($63.25t{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$). Total C storage of the heaviest thinned plot was the highest in each study stand. Since this study examined initial effects of thinning on C storage of soil, forest floor and CWD, further studies would be necessary to evaluate the long-term effects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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