• 제목/요약/키워드: nitrogen

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대기오염집중측정소별 2013~2015년 사이의 PM2.5 화학적 특성 차이 및 유발인자 조사 (Difference in Chemical Composition of PM2.5 and Investigation of its Causing Factors between 2013 and 2015 in Air Pollution Intensive Monitoring Stations)

  • 유근혜;박승식;김영성;신혜정;임철수;반수진;유정아;강현정;서영교;강경식;조미라;정선아;이민희;황태경;강병철;김효선
    • 한국대기환경학회지
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    • 제34권1호
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    • pp.16-37
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    • 2018
  • In this study, difference in chemical composition of $PM_{2.5}$ observed between the year 2013 and 2015 at six air quality intensive monitoring stations (Bangryenogdo (BR), Seoul (SL), Daejeon (DJ), Gwangju (GJ), Ulsan (US), and Jeju (JJ)) was investigated and the possible factors causing their difference were also discussed. $PM_{2.5}$, organic and elemental carbon (OC and EC), and water-soluble ionic species concentrations were observed on a hourly basis in the six stations. The difference in chemical composition by regions was examined based on emissions of gaseous criteria pollutants (CO, $SO_2$, and $NO_2$), meteorological parameters (wind speed, temperature, and relative humidity), and origins and transport pathways of air masses. For the years 2013 and 2014, annual average $PM_{2.5}$ was in the order of SL ($${\sim_=}DJ$$)>GJ>BR>US>JJ, but the highest concentration in 2015 was found at DJ, following by GJ ($${\sim_=}SJ$$)>BR>US>JJ. Similar patterns were found in $SO{_4}^{2-}$, $NO_3{^-}$, and $NH_4{^+}$. Lower $PM_{2.5}$ at SL than at DJ and GJ was resulted from low concentrations of secondary ionic species. Annual average concentrations of OC and EC by regions had no big difference among the years, but their patterns were distinct from the $PM_{2.5}$, $SO{_4}^{2-}$, $NO_3{^-}$, and $NH_4{^+}$ concentrations by regions. 4-day air mass backward trajectory calculations indicated that in the event of daily average $PM_{2.5}$ exceeding the monthly average values, >70% of the air masses reaching the all stations were coming from northeastern Chinese polluted regions, indicating the long-range transportation (LTP) was an important contributor to $PM_{2.5}$ and its chemical composition at the stations. Lower concentrations of secondary ionic species and $PM_{2.5}$ at SL in 2015 than those at DJ and GJ sites were due to the decrease in impact by LTP from polluted Chinese regions, rather than the difference in local emissions of criteria gas pollutants ($SO_2$, $NO_2$, and $NH_3$) among the SL, DJ, and GJ sites. The difference in annual average $SO{_4}^{2-}$ by regions was resulted from combination of the difference in local $SO_2$ emissions and chemical conversion of $SO_2$ to $SO{_4}^{2-}$, and LTP from China. However, the $SO{_4}^{2-}$ at the sites were more influenced by LTP than the formation by chemical transformation of locally emitted $SO_2$. The $NO_3{^-}$ increase was closely associated with the increase in local emissions of nitrogen oxides at four urban sites except for the BR and JJ, as well as the LTP with a small contribution. Among the meterological parameters (wind speed, temperature, and relative humidity), the ambient temperature was most important factor to control the variation of $PM_{2.5}$ and its major chemical components concentrations. In other words, as the average temperature increases, the $PM_{2.5}$, OC, EC, and $NO_3{^-}$ concentrations showed a decreasing tendency, especially with a prominent feature in $NO_3{^-}$. Results from a case study that examined the $PM_{2.5}$ and its major chemical data observed between February 19 and March 2, 2014 at the all stations suggest that ambient $SO{_4}^{2-}$ and $NO_3{^-}$ concentrations are not necessarily proportional to the concentrations of their precursor emissions because the rates at which they form and their gas/particle partitioning may be controlled by factors (e.g., long range transportation) other than the concentration of the precursor gases.

친환경농자재 처리가 배과수원 토양 및 과실품질에 미치는 영향 (The Effects of Environment-Friendly Agricultural Materials on Soil and the Quality of 'Niitaka' pear's Orchad)

  • 윤성탁;허진우;장경우;김태호;남중창;박상헌;곽노일;문수학;이혁재;최진호
    • 한국유기농업학회지
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    • 제18권4호
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    • pp.613-626
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    • 2010
  • 웰빙시대의 도래와 함께 안전농산물에 대한 국민요구가 커져가고 있으며, 이에 따라 친환경 배 생산체계 개발이 절실한 실정이다. 따라서 본 연구는 최근 효과가 큰 것으로 알려지고 있는 유효미생물제제인 Amo 등을 비롯한 몇가지 친환경농자재를 조합 처리하여 친환경 배 생산체계를 수립코자 2년간 수행한 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 친환경농자재 처리에 의한 배과수원의 토양양분의 변화는 T-C, 유기물, Ca 및 Mg 함량은 2008년에 비해 2009년 약간 증가하였으며, 처리 간에는 EC, Ca 및 Mg 함량이 2 처리에서 많은 경향이었다. 2. 엽내 질소 및 인산함량은 2008년에 비해 2009년 각 처리구 모두에서 감소하였다. 칼륨 함량은 2008년 1.93%에 비해 2009년은 2.06%로 증가하였으며, 처리간에는 1처리구가 2.17%로 가장 많았다. 칼슘함량도 2008년에 비해 2009년 각 처리구 모두에서 함량이 감소되었으며, 처리간에는 3처리구가 1.52%로 가장 많았다. 3. 연차간 과실특성을 보면 과중은 2008년 평균 682g에 비해 2009년에는 713g으로 31g이 높았으며, 처리간에는 2처리구가 738g으로 가장 높았다. 과실의 당도함량은 12.2~12.6$^{\circ}Bx$로 2008년 평균 12.2$^{\circ}Bx$에서 2009년 12.6$^{\circ}Bx$로 당도가 증가하였다. 처리간에는 대조구와 2처리구가 12.6$^{\circ}Bx$로 가장 높았다. 4. 과피색의 L값은 연차간 처리구간에 큰 차이가 없었으나, a 값의 경우 2008년 3.73에 비해 2009년에는 5.35로 1.62 높은 경향을 보여 성숙진행이 2009년에 다소 빨랐음을 알 수 있었으며, 처리간에는 2처리구가 4.82로 가장 높았다. 5. 과실 조직의 처리간 응집성 및 점착성은 1처리구가 각각 1.97, 0.14로 가장 높았다. 부착성은 2008년과 비교하여 2009년이 -0.86이 적었으며, 유의성이 인정되었다. 처리간 부착성은 3처리가 -2.58로 가장 높았다. 과실의 경도는 1처리구가 14.4로 가장 높았으며, 씹힘성도 1처리가 1.77로 가장 높았다. 6. 과피의 무기성분 함량 중 인산함량은 2008년 0.91g/kg에 비해 2009년 0.97g/kg으로 0.06g 더 많았으며, 처리간에는 3처리가 1.15g/kg으로 가장 많았다. 칼륨함량은 2008년 7.82g/kg에 비해 2009년 8.20g/kg으로 2009년이 더 많았으며, 처리간에는 1처리가 8.34g/kg으로 가장 많았다. 칼슘은 처리간에는 3처리에서 166.80ppm을 나타내 가장 함량이 높았다. 7. 과육의 질소함량은 처리간에는 3처리가 4.32mg/g으로 가장 함량이 높았다. 인산함량은 2008년 평균 1.59g/kg에 비해 2009년 1.42mg/g로 함량이 적었으며, 처리간에는 1처리, 3처리가 1.68g/kg으로 가장 많았다. 칼륨함량은 년차 간에는 차이가 없었으며, 처리간에는 1처리가 11.81g/kg으로 가장 함량이 많았다. 칼슘함량은 2008년 34.13ppm에서 2009년은 35.10g/kg을 나타내 함량이 증가하였다. 마그네슘 함량은 3처리가 0.93g/kg으로 가장 함량이 높았다.

대청호의 시공간적 수질 변화 특성 및 호수내 유입지천의 영향 (Spatio-temporal Fluctuations with Influences of Inflowing Tributary Streams on Water Quality in Daecheong Reservoir)

  • 김경현;이재훈;안광국
    • 생태와환경
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    • 제45권2호
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    • pp.158-173
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    • 2012
  • 본 연구는 대청호 본류유역 7개 지점과 대청호 유입지류 8개 지점을 선정하여 2001년부터 2010년까지 측정된 환경부 수질자료를 분석해 시 공간적 변이를 파악하고, 더불어 대청호 유입 지류에 의한 대청호 수질의 영향을 분석하였다. 본류 수역의 연평균 수질 자료 분석결과에 따르면, 질소(N) 및 인(P)의 농도는 호수대 내에서 상류역에서 댐(M7)으로 갈수록 거리에 따라 1차 함수적으로 감소하는 경향을 보였다. 호수내 유수대(M1~M3), 전이대(M4~M6) 및 정수대(M7)의 TN과 TP는 외국 인공호들과 마찬가지로 뚜렷한 Zonation 패턴을 보였다. 반면, 호수내 유기물 지표로서 엽록소(CHL)와 BOD는 TN과 TP의 구간별 연속적 감소 패턴과는 달리 전이대에서 최고치를 보였다. 유수대에서는 몬순 집중강우기인 8월에 TP가 377 ${\mu}gL^{-1}$로서 최대치를 보였으나, 정수대에서는 7월에 165 ${\mu}gL^{-1}$로서 최대치를 보였다. 한편, 유수대의 TN은 3월 최대치(8.52 $mg\;L^{-1}$)를 보였으며, 정수대의 TN은 본류에 비해 상대적으로 낮은 수치를 보였고, 최대치는 8월 (3.76 $mg\;L^{-1}$)에 관측되었다. 집중강우에 의한 이온희석현상은 9~10월에 극명하게 나타났다. 호수내 제한요인의 평가지표로서 이용되는 TN : TP 비는 88 이상으로서 이미 대청호는 질소가 과잉공급 상태인 것으로 사료되었다. 몬순강우에 따라 호수의 수질은 악화되는 경향을 보였으며, TP와 SS가 강우에 가장 민감하게 반응하였고, CHL은 정수대의 변이 폭이 높게 나타났다. 호수내로 유입되는 지천의 영향평가에 따르면, 도심형 하천이자 농공단지와 하수처리장의 영향을 받고 있는 T1, T2 및 호수내에 가장 큰 영향을 줄 것으로 사료되는 옥천천(T5)의 오염도가 가장 높게 나타났다. 호수의 경험적 모델 분석에 다르면, 호수내에서 CHL의 변이는 유수대($R_z$: $R_2$=0.044, p=0.264)와 전이대 ($T_z$: $R_2$=0.126, p=0.054)에서 TN에 의해 통계학적 유의성을 보이지 않았으나, 정수대($L_z$)에서 질소는 조류 생장에 억제효과($R_2$=0.458, p=0.032)를 가질 수 있는 것으로 나타났다. 한편, 유입 지천($I_w$)의 TN은 호수내($I_r$)의 CHL의 변이에 통계학적으로 유의성이 없는 것으로 나타났고($R_2$=0.258, p=0.110), 유입 지천($I_w$)의 TP는 호수내($I_r$)의 CHL의 변이에 통계학적으로 유의성이 있는 것으로 나타났다 ($R_2$=0.567, p=0.005). 즉, 지천의 TP 유입은 대청호의 조류 생장에 직접적으로 영향을 주는 것을 의미하였다. 한편, 대청호의 TN : TP 비는 지천의 TN보다는 TP에 의한 영향을 받는 것으로 나타나 결국 TN : TP 비는 직접적으로 인(P)의 농도에 의해 조절되는 것으로 나타났다. 따라서 호수내의 여름철 TP와 SS 유입을 최소화 시키고, 높은 인이 유입되는 도심형 하천(옥천천)의 수질 개선이 대청호의 수질 개선에 큰 도움을 줄 것으로 사료되었다.

유휴 논토양에서 가축분뇨를 이용한 조사료의 생산 (Application of Animal Excreta for Forage Production on Uncultivated Rice Paddy)

  • 이주삼;조익환;안종호;김성규
    • 한국초지조사료학회지
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    • 제15권3호
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    • pp.175-185
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    • 1995
  • 유휴 논토양에 reed canarygrass를 재배하였을 때, 예취빈도와 액상구비의 시용수준의 차이가 연간 건물수량과 주요 영양성분의 변화에 미치는 영향을 검토하여reed canarygrass의 잠재 생산성을 증대시키기 위한 경제적이고도 합리적인 예취빈도와 액상구비의 적정 시용수준을 추정하고자 하였다. 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 예취빈도별 연간 건물수량에 대한 예취번초의 상대수량은 3회와 4회 예치ㅜ구에서 3번초, 5회 예취구에서는 4번초에서 각각 42.2, 45.2 및 34.7%를 나타내어, 다름 예취번초에 비하여 가장 높은 상대수량을 나타내었다. 2. 무시용구의 연간 건물수량은 예취빈도에 따라서 6.8~8.0 tons/ha의 범위를 나타내었으며, 3회 예취구에서 가장 많은 연간 건물수량을 나타내었다. 3. 모든 예취구에서 액상구비의 시용수준이 증가함에 따라서 연간 건물수량은 증가하였다. 즉, 3회 예취구에서는 90kg N/ha/cut 수준의 연간 건물수량이 무시용구에 비하여 3.3ton, 그리고 4회와 5회 예취구에서는 30kg N/ha/cut 수준에서 무시용구보다 각각 1.7ton과 2.4ton/ha의 연간 건물수량이 증가하였다. 4. 조단백질 함량은 3회와 4회 예취구에서 90kg N/ha/cut, 그리고 5회 예취구에서는 120kg/ha/cut 수준에서 각각 12.01%, 15.00% 및 16.51%로 가장 높았으나, ADF 함량은 이들 수준에서 가장 낮았다. 5. 예취빈도별 평균 조단백질 함량은 3회, 4회 및 5회 예취구에서 각각 11.43, 13.53 및 15.53%로 유의한 증가를 나타내었다. 그러나 ADF함량은 5회 예취구가 37.06%로 유의하게 낮았고 3회와 4glh 예취구에서는 각각 40.27과 40.53%를 나타내어 유의성이 인정되지 않았다. 6. 건물 생산효율은 3회와 5회 예취구의 30kg N/ha/cut 수준에서 18.9kg와 15.7kg을 나타내어 가장 높았고, 4회 예취구에서는 90kg N/ha/cut 수준에서 16.3kg으로 가장 높았다. 전 질소량은 예취번초별로 3회 예취구에서는 90kg N/ha/cut수준에서 0.52kg, 4회와 5회 예취구에서는 30kg N/ha/cut수준에에서 각각 0.51kg과 0.43kg의 높은 전 질소량을 나타내었다. 7. 경제적 액상구비 시용수준의 범위는 3회 예취구에서 107.2~151.0kg N/ha/cut, 4회 예취구에서 359.1~375.7kg N/ha그리고 5회 예취구에서 160.3~236.9kg N/ha이었으며, 이 때 얻어지는 경제적 한계수량은 각각 9.6~10.0ton/ha, 12.4~12.6 ton/ha 및 9.0~9.7 ton/ha의 범위를 나타내었다. 8. 액상구비의 시용수준에 따른 액상구비의 한계시용수준은 3회 예취구에서 420.0kg/ha, 4회 예취구에서 440.6kg/ha, 그리고 5회 예취구에서 666.3kg/ha로 추정되었다.

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금강 하류역에서 수질의 시공간적 변화특성 (Characteristics of Spatio-temporal Variation of the Water Quality in the Lower Keum River)

  • 양한섭;김성수
    • 한국수산과학회지
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    • 제23권3호
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    • pp.225-237
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    • 1990
  • 금강본류역의 20개 지점에서 1988년 5월부터 4개월 동안 매월 1회씩 화학성분들을 측정하고, 4월에는 지점 2와 지점 9에서 25시간 동안 연속관측을 실시하여 금강 하류수역의 수질특성과 그 변동요인에 대해 연구하였다. 하구둑 상류 300 m(지점 2)에서 4월에 측정한 표 $\cdot$저층수 중 염분의 시간변화는 군산항 조석주기와 거의 일치하였고 규산염, 용존무기태질소 및 질산염의 시간변화는 염분분포와 거의 대칭적이었다. 염분과의 관계로부터 규산염과 질산염의 대부분은 보존적인 거동을 하며 해수의 유입은 하천수중 이 두 성분의 농도를 희석시킨다. 반면에 인산염은 염분농도와 관계없이 비교적 낮은 농도로 시간별 변화폭도 크지 않다. 이는 대부분의 용존 인산염이 무기침전물이나 현탁물질에 의해 흡착제거되고, 또한 흡$\cdot$탈착 과정에 의해 인산염이 완충되어 있기 때문이라 추측된다. 한편 탁도는 최저염분을 나타내는 시간부터 약 4시간 동안 비교적 높았고, pH는 염분의 시간변화 모양과 유사하나 시간별 pH의 변화는 매우 완만하다. 그러나 COD와 용존산소포화도는 일반 내만역에서의 시간변화 모양과 유사한 것이 특징적이다. 즉 비슷한 염분범위에서 광합성능이 큰 10시 이후 주간에 측정한 COD값이 야간 보다 높으며, 호흡작용이 활발한 야간에는 염분농도가 낮을수록 COD는 낮아지고 AOU값은 커진다. 성분별로 다소의 차이는 있으나 표$\cdot$저층수간 농도차가 매우 작으며, 규산염, 용존무기태질소 및 질산염은 표층이 다소 높고, 그 외의 성분들은 저층이 약간 높다. 하구둑 상류 약 35 km의 강경(지점 9)에서는 염분이 한번도 검출되지 않았으나 수위의 시간변화 폭은 약 2.5 m였다. 그러나 대부분의 화학성분들은 수위의 변화만큼 시간별 농도차가 크지 않고 지점 2에서 보다 매우 완만한 농도변화를 보였다. 규산염, 용존무기태질소, 암모니아의 농도는 지점 2에 비해 월등히 높은 반면 pH 및 인산염은 다소 낮고 그 외의 성분들은 지점 9가 약간 높다. 지점별로 보면 해수의 영향을 가장 많이 받는 지점 1과 2, 그리고 하구둑으로부터 상류 $40\~55km$의 지점들에서 pH값이 비교적 높으나 그 외의 수역에서는 지점별 차이도 적고 pH값도 낮다. COD 및 용존산소포화도 역시 pH값이 높은 지점들에서 가장 높았으나, 그 수역을 중심으로 상류 및 하류로 갈수록 점차 감소하였다. 이와같이 지점 11과 지점 15 사이에서 이들 세 성분이 높은 것은 식물의 광합성작용에 의한 것이라고 사료된다. 현탁물질은 하구역 특히 하구둑으로부터 300 m에서 약 20 km 까지의 지점들(지점 2에서 지점 6)에서 매우 높은 값을 보이며 이는 조석작용으로 해수와 담수가 강제혼합되면서 표층퇴적물이 재부유하기 때문이라고 판단된다. 영양염류는 월별로 다소의 차이는 있으나, 대체적으로 지점 1과 2에서 가장 낮고, 상류로 갈수록 점차 증가하며 지점 7 상류역이 하류역에 비해 높은 농도이다. 월별로는 7월에 규산염, 용존무기태질소 및 암모니아의 농도가 가장 높은 반면에 용존산소포화도는 가장 낮다. 그러나 지점 14 상류역에서는 5월에 측정한 용존무기태질소, 암모니아, 인산염 및 COD 값이 7월보다 다소 높거나 비슷하다. 한편 영양염류와 COD값은 대체적으로 8월에 가장 낮으나 용존산소포화도는 가장 높다.

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가막만 표층퇴적물중 유기물량의 시.공간적 분포 특성 (The Spatio-temporal Distribution of Organic Matter on the Surface Sediment and Its Origin in Gamak Bay, Korea)

  • 노일현;윤양호;김대일;박종식
    • 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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    • 제9권1호
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    • pp.1-13
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    • 2006
  • 가막만 표층퇴적물중 유기물량의 시 공간적 분포 특성 및 기원을 파악하고자 2000년 4윌부터 2002년 3월까지월간격으로 현장조사를 실시하였다. 강열감량(IL)은 $4.6{\sim}11.6%(7.1{\pm}1.6%)$, 화학적산소요구량(CODs)은 $2.25{\sim}99.26mgO_2/g-dry(30.98{\pm}19.09mgO_2/g-dry)$, 총 황화물량(AVS)은 $nd{\sim}10.29mgS/g-dry(1.02{\pm}0.58mgS/g-dry)$, 식물색소량은(phaeopigment) $6.84{\sim}116.18{\mu}g/g-dry(23.72{\pm}21.16{\mu}g/g-dry)$, 입자성유기탄소(POC)는 $5.45{\sim}23.24 mgC/g-dty(10.34{\pm}4.40C\;mgC/g-dry)$, 입자성유기질소(PON)는 $0.71{\sim}2.99mgN/g-dry(1.37{\pm}0.58mgN/g-dry)$, 함수율(water content)은 $43.1{\sim}77.6%(55.8{\pm}5.6%)$의 범위를 나타냈으며 펄 함량(mud content)은 모든 정점에서 95% 이상의 값을 나타냈다. 유기물질의 공간적인 분포는 북서 내만역, 만 중앙부와 동쪽해역 그리고 남쪽만 입구역으로 대별되어, 북서 내만역과 남쪽 만 입구역은 만 중앙부와 동쪽해역 및 백야도 인근해역보다 대부분 항목에서 높은 유기물 농도를 나타내었다. 특히 북서 내만역은 과도한 양식활동에 따른 과잉의 유기물 공급, 육상으로부터 생활하수 및 산업폐수 유입, 분지형태의 지형적 특성에 의한 물질의 장기체류로 유기오염이 매우 심각하게 나타났다. 그리고 그로인한 하계 수온약층에 의한 저층의 무산 소 환경이 형성되고 있다. 경시적인 변동양상은 북서 내만역과 남쪽 만 입구역에서 저수온기보다 고수온기에 주로 높은 농도를 보였다. 반면에 만 중앙부와 동쪽해역은 각 항목에서 변동양상의 일정한 규칙성은 보여지지 않으나 황 화물을 제외하면 주로 저수온기에 더 높은 농도를 나타내었다. 황화물 농도는 모든 정점에서 고수온기에 더 높게 나타났으며, 특히 만 중앙부와 동쪽해역은 화학적산소요구량이 $20mgO_2/g-dry$을 넘는 경우 고수온기를 중심으로 일시적인 황화물 증가양상이 나타났다. 가막만 표층퇴적물중 유기물질의 기원은 C/N 비가 평균 8 이하로, 육상기원보다 해양기원 유기물에 의한 것으로 나타났으나, POC/phaeopigment 비로부터 유기물 조성에 있어서 살아있는 식물플랑크톤보다 유기쇄설물이 우점하며, CODs/IL 비로부터 유기쇄설물은 해양자체 순환에 의해 생산되는 것보다 양식활동에서 발생하는 잉여사료와 생물의 배설물 등 인위적 활동에 의한 부분이 높은 것으로 추정되었다.

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쌀 및 쌀 전분을 활용한 약주의 품질특성 (Quality characteristics of rice and rice starch-based Yakju)

  • 강지은;김재운;최한석;김찬우;여수환;정석태
    • 한국식품저장유통학회지
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    • 제22권3호
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    • pp.353-360
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    • 2015
  • 본 연구에서는 한국의 전통주인 약주를 쌀과 쌀전분, 그리고 4개의 발효제(효소제, 개량누룩, 재래누룩, 황국)를 사용하여 제조하였다. 쌀과 쌀전분의 원료차이와 발효제에 따른 발효 특성을 조사하였다. 우선 일반성분을 살펴보면 수분함량은 쌀 12.80, 쌀전분 10.75%, 발효제별로는 황국 5.57~재래누룩 8.15%로 나타났으며, 조단백은 쌀 76.90, 쌀전분 4.90 g, 발효제별로는 효소제 0.17~황국 77.10 g 의 범위로 나타났다. 조지방은 쌀 3.90, 쌀전분 2.20 g이며, 발효제별로는 효소제 0~황국 1.40 g으로 나타났으며, 회분은 쌀 5.10, 쌀전분은 3.90 g, 발효제별로는 개량누룩 0.57~황국 3.60 g으로 관찰되었다. 이화학성분 결과는 다음과 같다. 알코올 함량(%)을 살펴보면 쌀약주(황국 $17.67{\pm}0.12$~재래누룩 $20.13{\pm}0.12%$)가 쌀전분약주(황국 $14.93{\pm}0.23$~재래누룩 $18.47{\pm}0.12%$) 보다 높게 나타났는데 이는 각 원료 및 발효제별로 함유하고 있는 단백질 양의 차이에서 오는 것으로 단백질이 많을수록 효모의 생육에 더 용이하여 활발한 발효가 일어나기 때문인 것으로 사료된다. pH는 각각 쌀약주는 효소제 $4.50{\pm}0.08$~황국 $4.88{\pm}0.03$, 쌀전분 약주는 개량누룩 $4.34{\pm}0.02$~황국 $4.40{\pm}0.00$의 범위로 나타났는데 이 또한 원료 및 발효제별로 함유된 단백질, 지질 등의 성분이 각각 발효됨에 따라 생성된 유기산과 알코올이 상호 반응하여 ester 같은 flavor 형성에 이용되기 때문인 것으로 사료된다. 이와 관련하여 총산(succinic acid, %)은 쌀약주(효소제 $0.27{\pm}0.02$~황국 $0.34{\pm}0.01$)보다 쌀전분약주(효소제 $0.32{\pm}0.01$~황국 $0.48{\pm}0.01$)가 높게 나타났으며, 총아미노산(glycine, %)은 쌀약주(효소제 $0.59{\pm}0.09$~황국 $4.28{\pm}0.1$)가 쌀전분약주(효소제 $0.63{\pm}0.10$~황국 $4.45{\pm}0.1$)보다 높게 나타나 발효제별로 각각의 유의적인 차이가 있었다(p<0.05). 누룩 자체의 색이 발효 중 용출되어 약주의 색에 기인하는 착색도는 쌀약주(효소제 $0.23{\pm}0.00$~재래누룩 $0.35{\pm}0.00$)가 쌀전분약주(효소제 $0.10{\pm}0.00$~황국 $0.28{\pm}0.00$)보다 높게 나타나 약주 자체의 색이 진할 것으로 사료되고 발효제별 각각의 유의적인 차이가 있었다(p<0.05). 유기산 함량은 쌀약주(효소제 259.27~황국 357.70 mg%)보다 쌀전분 약주(재래누룩 389.83~효소제 538.34 mg%)에서 높게 나타났는데 이는 쌀보다 전분함량이 많은 쌀전분에서 효모의 작용이 활발하게 일어나 유기산이 생성된 것으로 사료된다. 유기산 중 와인과 맥주의 짠맛, 쓴맛, 신맛의 복합체인 succinic acid와 TCA cycle로부터 생성되는 citric acid의 함량이 쌀약주와 쌀전분약주 모두에서 가장 높게 나타났다. 유리 질소화합물의 함량은 쌀약주(효소제 498.38~황국 5,976.93 ppm)가 쌀전분약주(효소제 600.43~황국 4,463.79 ppm)보다 높게 나타났다. 주요 유리 질소화합물 성분으로는 alanine, leucine, glutamic acid, arginine이 7.51~9.58%의 범위로 가장 높게 나타났는데 쌀 및 쌀전분에 따른 질소화합물의 분포에는 차이가 나타나지 않았다. 지금까지의 결과를 요약하면 쌀약주와 쌀전분약주의 발효특성을 비교해본 결과 주류의 전체적인 맛, 향, 색 등에 관여하는 아미노산 함량이 약 15.7배 많은 쌀약주가 쌀전분 약주에 비해 감칠맛, 단맛, 쓴맛 등 풍미가 많을 것으로 사료된다. 하지만 아미노산이 너무 많으면 잡미가 증가하고 숙성취(노주취)를 발생시키기 때문에 적정 함량을 유지하기 위해서 알맞은 원료와 발효제를 사용하는 것이 중요하다. 그러나 약주의 품질은 다양한 성분에 의해서 영항을 받으며, 발효과정에서 많은 변화가 일어나므로 종합적인 평가가 필요하며 각 원료 및 발효제별 품질특성에 대해서 추가적인 조사가 요구된다.

Sesquiterpenoids Bioconversion Analysis by Wood Rot Fungi

  • Lee, Su-Yeon;Ryu, Sun-Hwa;Choi, In-Gyu;Kim, Myungkil
    • 한국균학회소식:학술대회논문집
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    • 한국균학회 2016년도 춘계학술대회 및 임시총회
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    • pp.19-20
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    • 2016
  • Sesquiterpenoids are defined as $C_{15}$ compounds derived from farnesyl pyrophosphate (FPP), and their complex structures are found in the tissue of many diverse plants (Degenhardt et al. 2009). FPP's long chain length and additional double bond enables its conversion to a huge range of mono-, di-, and tri-cyclic structures. A number of cyclic sesquiterpenes with alcohol, aldehyde, and ketone derivatives have key biological and medicinal properties (Fraga 1999). Fungi, such as the wood-rotting Polyporus brumalis, are excellent sources of pharmaceutically interesting natural products such as sesquiterpenoids. In this study, we investigated the biosynthesis of P. brumalis sesquiterpenoids on modified medium. Fungal suspensions of 11 white rot species were inoculated in modified medium containing $C_6H_{12}O_6$, $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ for 20 days. Cultivation was stopped by solvent extraction via separation of the mycelium. The metabolites were identified as follows: propionic acid (1), mevalonic acid lactone (2), ${\beta}$-eudesmane (3), and ${\beta}$-eudesmol (4), respectively (Figure 1). The main peaks of ${\beta}$-eudesmane and ${\beta}$-eudesmol, which were indicative of sesquiterpene structures, were consistently detected for 5, 7, 12, and 15 days These results demonstrated the existence of terpene metabolism in the mycelium of P. brumalis. Polyporus spp. are known to generate flavor components such as methyl 2,4-dihydroxy-3,6-dimethyl benzoate; 2-hydroxy-4-methoxy-6-methyl benzoic acid; 3-hydroxy-5-methyl phenol; and 3-methoxy-2,5-dimethyl phenol in submerged cultures (Hoffmann and Esser 1978). Drimanes of sesquiterpenes were reported as metabolites from P. arcularius and shown to exhibit antimicrobial activity against Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus (Fleck et al. 1996). The main metabolites of P. brumalis, ${\beta}$-Eudesmol and ${\beta}$-eudesmane, were categorized as eudesmane-type sesquiterpene structures. The eudesmane skeleton could be biosynthesized from FPP-derived IPP, and approximately 1,000 structures have been identified in plants as essential oils. The biosynthesis of eudesmol from P. brumalis may thus be an important tool for the production of useful natural compounds as presumed from its identified potent bioactivity in plants. Essential oils comprising eudesmane-type sesquiterpenoids have been previously and extensively researched (Wu et al. 2006). ${\beta}$-Eudesmol is a well-known and important eudesmane alcohol with an anticholinergic effect in the vascular endothelium (Tsuneki et al. 2005). Additionally, recent studies demonstrated that ${\beta}$-eudesmol acts as a channel blocker for nicotinic acetylcholine receptors at the neuromuscular junction, and it can inhibit angiogenesis in vitro and in vivo by blocking the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway (Seo et al. 2011). Variation of nutrients was conducted to determine an optimum condition for the biosynthesis of sesquiterpenes by P. brumalis. Genes encoding terpene synthases, which are crucial to the terpene synthesis pathway, generally respond to environmental factors such as pH, temperature, and available nutrients (Hoffmeister and Keller 2007, Yu and Keller 2005). Calvo et al. described the effect of major nutrients, carbon and nitrogen, on the synthesis of secondary metabolites (Calvo et al. 2002). P. brumalis did not prefer to synthesize sesquiterpenes under all growth conditions. Results of differences in metabolites observed in P. brumalis grown in PDB and modified medium highlighted the potential effect inorganic sources such as $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ on sesquiterpene synthesis. ${\beta}$-eudesmol was apparent during cultivation except for when P. brumalis was grown on $MgSO_4$-free medium. These results demonstrated that $MgSO_4$ can specifically control the biosynthesis of ${\beta}$-eudesmol. Magnesium has been reported as a cofactor that binds to sesquiterpene synthase (Agger et al. 2008). Specifically, the $Mg^{2+}$ ions bind to two conserved metal-binding motifs. These metal ions complex to the substrate pyrophosphate, thereby promoting the ionization of the leaving groups of FPP and resulting in the generation of a highly reactive allylic cation. Effect of magnesium source on the sesquiterpene biosynthesis was also identified via analysis of the concentration of total carbohydrates. Our current study offered further insight that fungal sesquiterpene biosynthesis can be controlled by nutrients. To profile the metabolites of P. brumalis, the cultures were extracted based on the growth curve. Despite metabolites produced during mycelia growth, there was difficulty in detecting significant changes in metabolite production, especially those at low concentrations. These compounds may be of interest in understanding their synthetic mechanisms in P. brumalis. The synthesis of terpene compounds began during the growth phase at day 9. Sesquiterpene synthesis occurred after growth was complete. At day 9, drimenol, farnesol, and mevalonic lactone (or mevalonic acid lactone) were identified. Mevalonic acid lactone is the precursor of the mevalonic pathway, and particularly, it is a precursor for a number of biologically important lipids, including cholesterol hormones (Buckley et al. 2002). Farnesol is the precursor of sesquiterpenoids. Drimenol compounds, bi-cyclic-sesquiterpene alcohols, can be synthesized from trans-trans farnesol via cyclization and rearrangement (Polovinka et al. 1994). They have also been identified in the basidiomycota Lentinus lepideus as secondary metabolites. After 12 days in the growth phase, ${\beta}$-elemene caryophyllene, ${\delta}$-cadiene, and eudesmane were detected with ${\beta}$-eudesmol. The data showed the synthesis of sesquiterpene hydrocarbons with bi-cyclic structures. These compounds can be synthesized from FPP by cyclization. Cyclic terpenoids are synthesized through the formation of a carbon skeleton from linear precursors by terpene cyclase, which is followed by chemical modification by oxidation, reduction, methylation, etc. Sesquiterpene cyclase is a key branch-point enzyme that catalyzes the complex intermolecular cyclization of the linear prenyl diphosphate into cyclic hydrocarbons (Toyomasu et al. 2007). After 20 days in stationary phase, the oxygenated structures eudesmol, elemol, and caryophyllene oxide were detected. Thus, after growth, sesquiterpenes were identified. Per these results, we showed that terpene metabolism in wood-rotting fungi occurs in the stationary phase. We also showed that such metabolism can be controlled by magnesium supplementation in the growth medium. In conclusion, we identified P. brumalis as a wood-rotting fungus that can produce sesquiterpenes. To mechanistically understand eudesmane-type sesquiterpene biosynthesis in P. brumalis, further research into the genes regulating the dynamics of such biosynthesis is warranted.

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일(日). 인원연교잡(印遠緣交雜) 수도품종(水稻品種)의 급성위조증상(急性萎凋症狀) 발생(發生)에 관(關)한 영양생리학적(營養生理學的) 연구(硏究) -I. 수도(水稻)의 영양상태(營養狀態)가 급성위조증상(急性萎凋症狀) 발생(發生)에 미치는 영향(影響) (Physiological studies on the sudden wilting of JAPONICA/INDICA crossed rice varieties in Korea -I. The effects of plant nutritional status on the occurrence of sudden wilting)

  • 김유섭
    • 한국토양비료학회지
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    • 제21권3호
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    • pp.316-338
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    • 1988
  • 우리나라에서 발생(發生)한 일(日) 인원연교잡수도품종(印遠緣交雜水稻品種)의 급성위조증상(急性萎凋症狀) 발생원인(發生原因)을 영양생리학적(營養生理學的) 관점(觀點)에서 구명(究明)하기 위하여 일본(日本)의 기상조건하(氣象條件下)에서 우리나라의 수도품종(水稻品種)을 사용(使用) pot 재배(栽培)에 의(衣)해 다질소시용(多窒素施用)으로 칼리시용량(施用量)을 달리하여 수도(水稻)의 위조증상발생(萎凋症狀發生)과 영양생리학적조건(營養生理學的條件)과의 관계(關係)를 요약(要約)하며 다음과 같다. 1. 공시(供試)한 "유신(維新)" 및 "밀양(密陽)23호(號)"의 2품종중(品種中)에서 위조증상(萎凋症狀)이 발생(發生)하였으며 "밀양(密陽)23호(號)"보다 "유신(維新)"에서 현저(顯著)하였다. 2. 위조증상발생(萎凋症狀發生) 시기(時期)는 등숙초기(登熟初期)와 후기(後期)의 2유형(類型)으로 나누어지며 등숙초기(登熟初期)에 발생(發生)한 수도(水稻)는 칼리공급량(供給量)이 적은 처리구(處理區)에서였다. 발생후기(發生後期)의 위조(萎凋)는 품종(品種)의 저항성(抵抗性)도 관계(關係)하고 있는 것으로 추정(推定)되었다. 3. 위조증상(萎凋症狀)에 대(對)한 저항성품종(抵抗性品種)혹은 수도(水稻)의 영양상태(營養狀態)에 따른 상위(相違)는 유효경화율(有效莖化率), 출종기(出種期)에 있어서 기관별(器官別) 건물중(建物重)등의 변동(變動)등에서 볼 때 유수(幼穗)의 생장시기(生長時期)에서부터 출종기(出種期)에 걸친 수도(水稻)의 생육(生育)에서 원인(原因)을 얻을 수 있을 것으로 생각된다. 4. 위조증상(萎凋症狀)과 관계(關係)에서 특징적(特徵的)인 현상(現象)으로 나타난 성분(成分)은 출수기(出穗期) 수도(水稻)의 망간함량(含量)과 등숙기(登熟期)의 간(稈)의 Fe/Mn비(比), $Fe{\times}Fe/Mn$비(比) 및 수확기(收穫期)에 있어서의 간(稈)의 $K_2O/N$비(比)였다. 위조증상(萎凋症狀)이 발생(發生)하는 수도(水稻)의 망간함량(含量)은 출수기(出穗期)에 이미 현저(顯著)하게 높았고 등숙후기(登熟後期)의 간(稈)에서 Fe/Mn 비(比)와 $Fe{\times}Fe/Mn$ 비(比)가 높았던 것은 근(根)의 나이와 망간의 흡수특성(吸收特性)과의 관계(關係)에서 보면 그 원인(原因)은 출수전(出穗前)의 근계(根系)의 노화(老化)에 있는 것으로 추정(推定)된다. 5. 위조증상(萎凋症狀)이 발생(發生)한 수도(水稻) 수확기(收穫期)에 있어서 절위별(節位別) 간(稈)의 $K_2O/N$ 비(比)는 칼리공급(供給)의 다소(多少)에 의(衣)한 영향(影響)이 상위절(上位節)의 간(稈)일수록 현저(顯著)하게 나타났으며 증상발생(症狀發生)이 상위엽(上位葉)에서부터 진행(進行)하는 사실(事實)을 확실(確實)하게 하였다. 이러한 현상(現象)은 칼리결지(缺之)의 영향(影響)이 하위절간(下位節稈) 일수록 현저(顯著)하게 나타나는 일반적(一般的)인 현상(現象)과는 상위(相違)한 것이었다. 6. 칼리결지상태(缺之狀態)에 있는 수도(水稻)는 각(各) 품종(品種) 공(共)히 출수기(出穗期)에 있어서 경엽(莖葉)의 질소함량(窒素含量)이 매우 높고, 기관별(器官別) $K_2O/N$비(比)는 낮으며 특(特)히 그 저하(低下)는 엽초 및 간(稈)에서 현저(顯著)하였다.

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경사도별 3요소시용 수준이 겉뿌림 산지초지에 미치는 영향 II. 토양특성 , 목초의 무기양분함량 및 3요소 이용율의 변화 (Effects of Nitrogen , Phosphorus and Potassium Application Rates on Oversown Hilly Pasture under Different Levels of Inclination II. Changes on the properties, chemical composition, uptake and recovery of mineral nutrients in mixed grass/clover sward)

  • 정연규;이종열
    • 한국초지조사료학회지
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    • 제5권3호
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    • pp.200-206
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    • 1985
  • 유지(由地)의 경사도(傾斜度)($10^{\circ},\;20^{\circ},\;30^{\circ}$) 및 3 요소(要素)($N-P_2O_5-K_2O$)의 시용수준(施用水準)(0-0-0, 14-10-10, 28-25-25, 42-40-40kg/10a)이 겉뿌림 산지초지(山地草地)(orchardgrass, tall fescue, redtop, ladino clover 혼파(混播)의 조성(造成), 생산성(生産性), 식생(植生) 및 목초품질등(牧草品質等)에 미치는 영향(影響)을 구명(究明)하였다. 본고(本稿)에서는 토양(土壤)의 화학적(化學的) 특성(特性), 목초(牧草)의 양분함량(養分含量)과 비료(肥料)의 이용효율에 관(關)하여 검토(檢討)하였다. 1. 2년(年) 시험후(試驗后) 토양(土壤)의 화학적(化學的) 특성변화(特性變化)를 보면, 경사도(傾斜度)가 증가(增加)함에 따라서 pH, 치환성(置換性) Mg, Na함량(含量), 염기포화도(鹽基飽和度)가 낮아지고, OM, 유효$P_2O_5$함량(含量) 증가경향(增加傾向)을 보였으나, Ca함량(含量) 및 $K/\sqrt{Ca+Mg}$ 당양비(當量比) 변화(變化)는 뚜렷하지 않았다. 3. 요소(要素) 시용수준(施用水準)이 증가(增加)함에 따라서 pH, 치환성(置換性) Ca, Mg, 염기포화도(鹽基飽和度)가 낮아지고, 유효 $P_2O_5$함량(含量), 치환성(置換性) K 함량(含量), $K/\sqrt{Ca+Mg}$ 당양비(當量比)는 증가(增加)하는 경향(傾向)을 보였다. 2. 목초중(牧草中) 무기양분(無機養分)의 함량변화특성(含量變化特性)을 보면 경사도(傾斜度)가 증가(增加)함에 따라서 혼파목초중(混播牧草中) 화본과목초(禾本科牧草) 및 잡초(雜草)의 양분함량변화(養分含量變化)는 뚜렷하지 않았으나 두과목초(荳科牧草)는 급경사지(急傾斜地)에서 N, K 및 Mg 함량(含量)이 매우 낮았으며 이는 수량감소(收量減少)와 연관(聯關)된 것으로 보인다. Mg함량(含量)은 모든 초종(草種)이 기준함량(基準含量)에 크게 부족(不足)하였다. 3. 3요소수준(要素水準)이 증가(增加)함에 따라서 화본과목초(禾本科牧草)는 N, K, Na함량(含量)은 증가(增加)하고, Mg 및 Ca함량(含量)은 감소(減少)되었고, P 함량(含量)은 무비구(無肥區)보다 증가(增加)하였으나 시용수준간(施用水準間)에는 차이(差異)가 없었다. 두과목초(荳科牧草)에서는 K함량(含量)은 미약(微弱)하게 증가(增加)되었고, Mg함량(含量)은 감소(減少)되었으며, N, Ca 및 Na함량(含量)은 뚜렷한 변화(變化)가 없었다. 반면에 잡초(雜草)에서는 N함량(含量)의 미약(微弱)한 증가외(增加外)에는 변화(變化)가 뚜렷하지 않았다. 혼합목초(混合牧草)의 특성(特性)을 보면 일반적(一般的)으로 N, K 함량(含量)은 증가(增加)하고 Ca, Mg함량(含量)은 감소(減少)되며, P, Na함량변화(含量變化)는 경미(輕微)하였다. 4. 3요소(要素)의 이용율(利用率)은 경사도(傾斜度)가 증가(增加)할수록, 3요소시용수준(要素施用水準)이 증가(增加)할수록 낮아졌으며 K>N>P 순(順)으로 높았다. 3요소(要素) 혼합시비효율은 경사도(傾斜度) 및 3 요소수준(要素水準)이 증가(增加)할수록 낮아졌으나, 3요소(要素)를 혼합(混合)한 흡수시비효율은 경사도간(傾斜度間)에는 차이(差異)가 없었으나 시비수준(施肥水準)이 증가(增加)함에 따라서 다소 감소(減少)되는 경향(傾向)을 보였다.

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