산성토양에서 발생된 NO2 가스에 의해 작물이 피해를 입는 사례가 흔히 보고되고 있다. 미부숙 유기물 함량이 높은 산성조건의 토양에서 아질산산화균의 작용에 의해 NO2 가스가 발생하는 것으로 알려져 있다. 그러나 NO2 가스가 발생할 수 있는 토 양환경과 정확한 NO2 가스의 발생기작은 분명하지 않다. 산성용액에서 NO2-는 HNO2와 평형을 이루게 되는데, pH 5.5 이하에서 HNO2의 화학적 자가분해를 통해 NO2 가스가 발생될 수 있다. 이러한 현상을 고려하면, 산성토양에서 질산화과정이나 탈질과정의 중간생성물인 NO2-가 축적될 경우 NO2 가스의 발생과 함께 작물에 대한 피해현상이 발생될 수 있을 것이다. 농가의 NO2 가스 피해사례는 질산태 질소비료가 시용되었거나 NO3-가 축적된 산성토양에서 발생되었다. 따라서 탈질작용이 활발히 일어날 수 있는 토양환경조건에서 작물에 피해를 입힐 수 있는 NO2 가스가 발생될 가능성이 높은 것으로 판단된다. 본 연구에서는 탈질조건의 토양환경을 중심으로 NO2 가스의 발생과 딸기 잎에 나타나는 피해현상을 조사하여 산성토양조건에서 나타나는 NO2 가스 피해의 발생 원인과 기작을 구명하였다. pH를 4.0으로 조절한 1 M KNO2 용액을 250 mL 유리 배양병에 담고 air-space에 딸기 잎을 장치했을 때 실험 시작 후 1-2일 사이에 NO2 가스가 발생되었으며 딸기 잎 주변이 흑갈색으로 변하는 피해증상이 관찰되었다. pH를 5.0, 수분함량을 20%로 조절하고 500 mg N/kg의 NO3-와 glucose를 첨가한 토양 200 g을 250 mL 유리 배양병에 담고 air-space에 딸기 잎 또는 NO2 가스 흡착제를 장치하고 밀폐된 상태로 30oC에서 보관했을 때, 4일차부터 딸기 잎에 피해증상이 나타났으며 NO2 가스의 ...
산성토양에서 발생된 NO2 가스에 의해 작물이 피해를 입는 사례가 흔히 보고되고 있다. 미부숙 유기물 함량이 높은 산성조건의 토양에서 아질산산화균의 작용에 의해 NO2 가스가 발생하는 것으로 알려져 있다. 그러나 NO2 가스가 발생할 수 있는 토 양환경과 정확한 NO2 가스의 발생기작은 분명하지 않다. 산성용액에서 NO2-는 HNO2와 평형을 이루게 되는데, pH 5.5 이하에서 HNO2의 화학적 자가분해를 통해 NO2 가스가 발생될 수 있다. 이러한 현상을 고려하면, 산성토양에서 질산화과정이나 탈질과정의 중간생성물인 NO2-가 축적될 경우 NO2 가스의 발생과 함께 작물에 대한 피해현상이 발생될 수 있을 것이다. 농가의 NO2 가스 피해사례는 질산태 질소비료가 시용되었거나 NO3-가 축적된 산성토양에서 발생되었다. 따라서 탈질작용이 활발히 일어날 수 있는 토양환경조건에서 작물에 피해를 입힐 수 있는 NO2 가스가 발생될 가능성이 높은 것으로 판단된다. 본 연구에서는 탈질조건의 토양환경을 중심으로 NO2 가스의 발생과 딸기 잎에 나타나는 피해현상을 조사하여 산성토양조건에서 나타나는 NO2 가스 피해의 발생 원인과 기작을 구명하였다. pH를 4.0으로 조절한 1 M KNO2 용액을 250 mL 유리 배양병에 담고 air-space에 딸기 잎을 장치했을 때 실험 시작 후 1-2일 사이에 NO2 가스가 발생되었으며 딸기 잎 주변이 흑갈색으로 변하는 피해증상이 관찰되었다. pH를 5.0, 수분함량을 20%로 조절하고 500 mg N/kg의 NO3-와 glucose를 첨가한 토양 200 g을 250 mL 유리 배양병에 담고 air-space에 딸기 잎 또는 NO2 가스 흡착제를 장치하고 밀폐된 상태로 30oC에서 보관했을 때, 4일차부터 딸기 잎에 피해증상이 나타났으며 NO2 가스의 발생도 확인되었다. 수분함량을 10%로 낮추거나, NO3 -를 250mg N/kg으로 낮추거나 또는 glucose를 첨가하지 않은 토양에서는 NO2 가스 발생량이 적었으며 딸기 잎에 피해증상도 나타나지 않았다. 탈질작용이 활발히 일어날 수 있는 환경이 갖추어진 산성토양에 기질인 NO3-가 충분히 공급될 경우 식물에 피해를 입힐 수 있는 수준의 NO2 가스가 발생할 수 있을 것으로 판단된다. pH 5.0, 수분함량 10% 그리고 NH4+과 NO3-가 각각 250 mg N/kg씩 함유된 토양 200 g을 250 mL 유리 배양병에 담고 air-space에 딸기 잎 또는 NO2 가스 흡착제를 장치하고 밀폐된 상태로 30oC에서 보관했을 때, 5일차까지 NO2 가스 발생량이 매우적었으며 딸기 잎에서 피해 증상도 전혀 나타나지 않았다. 토양에 첨가된 NH4+의 대부분은 5일 사이에 NO3-로 산화되었고 원래 토양중의 NO3-도 함께 토양에 잔류되어 있었다. 이는 질산화작용은 일어났으나 탈질작용은 일어나지 않은 것이며, 첨가된 NH4+이 NO3-로 산화되는 과정에서 NO2-가 생성될 수 있음에도 불구하고 NO2 가스는 거의 발생되지 않은 것이다. 원래 토양중의 NO3-와 NH4+의 산화로 생성된 NO3-를 합쳐 총 544.4 mg N/kg의 NO3-가 존재하는 토양에 glucose를 첨가하고 수분함량을 20%로 조절한 후 30oC에서 보관하면 환원조건이 발달하면서 NO3-의 87% 정도가 소실됨과 동시에 NO2 가스가 많이 발생하고 딸기 잎에서 피해 증상도 나타났다. 질산화과정에서는 NO2 가스 피해가 발생되지 않지만 탈질과정에서는 피해가 나타나는 것이다. pH와 수분함량을 5.0 및 20%로 조절하고 500 mg N/kg의 NO3 -와 glucose를 첨가한 토양을 멸균한 후 30oC에서 보관했을 경우에는 NO2 가스 극히 미량으로 발생되었으며 딸기 잎에서 피해 증상도 나타나지 않았다. 이러한 결과는 탈질현상이 발생될 수 있는 조건의 토양에서 발생되는 NO2 가스는 1차적으로 탈질미생물의 작용에 기인하는 것으로 판단된다. 탈질현상이 활발히 일어날 수 있도록 NaNO3와 glucose를 첨가하고 수분함량을 25%로 조절한 토양에서 pH가 5.0일 경우에는 실험 시작 후 4-5일차에 딸기 잎에서 심한 피해증상이 관찰되었으며 pH 6.5 토양에서는 피해증상이 관찰되었으나 pH 5.0 토양의 경우에 비해 그 증상이 훨씬 약하게 나타났다. 토양의 pH가 낮을수록 탈질현상을 통한 NO2 가스의 발생량이 많고 작물에 피해현상이 나타날 확률이 더 높은 것으로 판단된다. 본 연구의 결과를 보면 NO3-가 축적된 산성토양에서 발생되는 농가의 NO2 가스피해사례는 탈질작용이 활발히 일어날 때 토양에 NO2-가 축적됨으로써 HNO2의 화학적 자가분해를 통해 NO2 가스가 발생되기 때문인 것으로 추정된다. 특히 비닐하우스와 같은 시설농업에서 퇴비를 기비로 시용하고 토양을 비닐로 피복한 상태에서 작물을 재배하면서 관주시스템을 통해 질소비료를 공급함으로써 과도하게 습한 상태의 토양에 NO3-가 축적될 경우 탈질작용이 활발하게 일어날 수 있다. 따라서 산성토양의 시설재배 농가에서 NO2 가스 피해를 방지하기 위해서는 토양중의 산소 부족현상이 발생되지 않도록 퇴비 종류와 시용량 및 관수량을 적절히 선택하고 조절해야하며 질소비료 종류와 시용량을 결정하는데도 주의를 기울여야 할 것이다.
산성토양에서 발생된 NO2 가스에 의해 작물이 피해를 입는 사례가 흔히 보고되고 있다. 미부숙 유기물 함량이 높은 산성조건의 토양에서 아질산산화균의 작용에 의해 NO2 가스가 발생하는 것으로 알려져 있다. 그러나 NO2 가스가 발생할 수 있는 토 양환경과 정확한 NO2 가스의 발생기작은 분명하지 않다. 산성용액에서 NO2-는 HNO2와 평형을 이루게 되는데, pH 5.5 이하에서 HNO2의 화학적 자가분해를 통해 NO2 가스가 발생될 수 있다. 이러한 현상을 고려하면, 산성토양에서 질산화과정이나 탈질과정의 중간생성물인 NO2-가 축적될 경우 NO2 가스의 발생과 함께 작물에 대한 피해현상이 발생될 수 있을 것이다. 농가의 NO2 가스 피해사례는 질산태 질소비료가 시용되었거나 NO3-가 축적된 산성토양에서 발생되었다. 따라서 탈질작용이 활발히 일어날 수 있는 토양환경조건에서 작물에 피해를 입힐 수 있는 NO2 가스가 발생될 가능성이 높은 것으로 판단된다. 본 연구에서는 탈질조건의 토양환경을 중심으로 NO2 가스의 발생과 딸기 잎에 나타나는 피해현상을 조사하여 산성토양조건에서 나타나는 NO2 가스 피해의 발생 원인과 기작을 구명하였다. pH를 4.0으로 조절한 1 M KNO2 용액을 250 mL 유리 배양병에 담고 air-space에 딸기 잎을 장치했을 때 실험 시작 후 1-2일 사이에 NO2 가스가 발생되었으며 딸기 잎 주변이 흑갈색으로 변하는 피해증상이 관찰되었다. pH를 5.0, 수분함량을 20%로 조절하고 500 mg N/kg의 NO3-와 glucose를 첨가한 토양 200 g을 250 mL 유리 배양병에 담고 air-space에 딸기 잎 또는 NO2 가스 흡착제를 장치하고 밀폐된 상태로 30oC에서 보관했을 때, 4일차부터 딸기 잎에 피해증상이 나타났으며 NO2 가스의 발생도 확인되었다. 수분함량을 10%로 낮추거나, NO3 -를 250mg N/kg으로 낮추거나 또는 glucose를 첨가하지 않은 토양에서는 NO2 가스 발생량이 적었으며 딸기 잎에 피해증상도 나타나지 않았다. 탈질작용이 활발히 일어날 수 있는 환경이 갖추어진 산성토양에 기질인 NO3-가 충분히 공급될 경우 식물에 피해를 입힐 수 있는 수준의 NO2 가스가 발생할 수 있을 것으로 판단된다. pH 5.0, 수분함량 10% 그리고 NH4+과 NO3-가 각각 250 mg N/kg씩 함유된 토양 200 g을 250 mL 유리 배양병에 담고 air-space에 딸기 잎 또는 NO2 가스 흡착제를 장치하고 밀폐된 상태로 30oC에서 보관했을 때, 5일차까지 NO2 가스 발생량이 매우적었으며 딸기 잎에서 피해 증상도 전혀 나타나지 않았다. 토양에 첨가된 NH4+의 대부분은 5일 사이에 NO3-로 산화되었고 원래 토양중의 NO3-도 함께 토양에 잔류되어 있었다. 이는 질산화작용은 일어났으나 탈질작용은 일어나지 않은 것이며, 첨가된 NH4+이 NO3-로 산화되는 과정에서 NO2-가 생성될 수 있음에도 불구하고 NO2 가스는 거의 발생되지 않은 것이다. 원래 토양중의 NO3-와 NH4+의 산화로 생성된 NO3-를 합쳐 총 544.4 mg N/kg의 NO3-가 존재하는 토양에 glucose를 첨가하고 수분함량을 20%로 조절한 후 30oC에서 보관하면 환원조건이 발달하면서 NO3-의 87% 정도가 소실됨과 동시에 NO2 가스가 많이 발생하고 딸기 잎에서 피해 증상도 나타났다. 질산화과정에서는 NO2 가스 피해가 발생되지 않지만 탈질과정에서는 피해가 나타나는 것이다. pH와 수분함량을 5.0 및 20%로 조절하고 500 mg N/kg의 NO3 -와 glucose를 첨가한 토양을 멸균한 후 30oC에서 보관했을 경우에는 NO2 가스 극히 미량으로 발생되었으며 딸기 잎에서 피해 증상도 나타나지 않았다. 이러한 결과는 탈질현상이 발생될 수 있는 조건의 토양에서 발생되는 NO2 가스는 1차적으로 탈질미생물의 작용에 기인하는 것으로 판단된다. 탈질현상이 활발히 일어날 수 있도록 NaNO3와 glucose를 첨가하고 수분함량을 25%로 조절한 토양에서 pH가 5.0일 경우에는 실험 시작 후 4-5일차에 딸기 잎에서 심한 피해증상이 관찰되었으며 pH 6.5 토양에서는 피해증상이 관찰되었으나 pH 5.0 토양의 경우에 비해 그 증상이 훨씬 약하게 나타났다. 토양의 pH가 낮을수록 탈질현상을 통한 NO2 가스의 발생량이 많고 작물에 피해현상이 나타날 확률이 더 높은 것으로 판단된다. 본 연구의 결과를 보면 NO3-가 축적된 산성토양에서 발생되는 농가의 NO2 가스피해사례는 탈질작용이 활발히 일어날 때 토양에 NO2-가 축적됨으로써 HNO2의 화학적 자가분해를 통해 NO2 가스가 발생되기 때문인 것으로 추정된다. 특히 비닐하우스와 같은 시설농업에서 퇴비를 기비로 시용하고 토양을 비닐로 피복한 상태에서 작물을 재배하면서 관주시스템을 통해 질소비료를 공급함으로써 과도하게 습한 상태의 토양에 NO3-가 축적될 경우 탈질작용이 활발하게 일어날 수 있다. 따라서 산성토양의 시설재배 농가에서 NO2 가스 피해를 방지하기 위해서는 토양중의 산소 부족현상이 발생되지 않도록 퇴비 종류와 시용량 및 관수량을 적절히 선택하고 조절해야하며 질소비료 종류와 시용량을 결정하는데도 주의를 기울여야 할 것이다.
Nitrogen dioxide (NO2) gas damages on plants are commonly occur in acid soils of vegetable farming plastic film houses. The NO2 gas is known to be produced by the action of nitrite oxidizing bacteria in acid soils amended with incompletely decomposed organic residues. However, the mechanisms and soi...
Nitrogen dioxide (NO2) gas damages on plants are commonly occur in acid soils of vegetable farming plastic film houses. The NO2 gas is known to be produced by the action of nitrite oxidizing bacteria in acid soils amended with incompletely decomposed organic residues. However, the mechanisms and soil conditions favorable for NO2 production are still not well understood. In acid solution, the equilibrium between HNO2 and NO2- shifts towards HNO2, and NO2 might be produced by the spontaneous chemical decomposition of HNO2. Therefore NO2 gas capable of damaging plants might be produced in acid soils where NO2- is accumulated through soil microbial processes of nitrification and/or denitrification. NO2 gas production damaging crops is limited mostly to the acid soils of plastic film house vegetable farms fertigated with nutrient solution containing NO3 -. Thus, the toxic level of NO2 gas production can be attributed to denitrification processes in soils. In this research, NO2 gas production and its damaging effect on plants were investigated in soils under the conditions favorable to high rates of denitrification, and the mechanisms involved in the NO2 gas production were discussed. Silty loam soil having a pH of 5.0 and containing 20% water was amended with 500 mg N/kg NO3 - and glucose. The soil was incubated in glass bottle with strawberry leaf or NO2 gas absorption badge in air space of the bottle. After 4-5 days of incubation at 30oC, toxicity symptoms of dark burning was observed along the outside edge of strawberry leaf and NO2 gas production was confirmed in the air space of glass bottle. In the incubation experiments, NO2 toxicity symptoms on the strawberry leaf was not found in the soil treatments where water or NO3- content was reduced to 10% or 250 mg N/kg. Also in the soil treatment in which glucose amendment was not included, NO2 gas production was significantly reduced and NO2 toxicity symptoms on the strawberry leaf was not found. Therefore, the production of NO2 damaging plants might be occurred in acid soils where the conditions favorable to high rates of denitrification. In soil with pH of 6.5, NO2 gas was also evolved to the level causing damage on strawberry leaf when the soil conditions were favorable to high rates of denitrification. However, compared to the soil of pH 5.0, the NO2 gas production and its damage on plants were much less serious in pH 6.5 soil. Silty loam soil having a pH of 5.0 and containing 10% water was amended with 250 mg N/kg each of NH4 + and NO3-, and glucose. The soil was incubated in glass bottle with strawberry leaf or NO2 gas absorption badge in air space of the bottle. During the 5 days of incubation at 30oC, NO2 gas production measured in the air space of glass bottle was very small and any visible damage was not found in the strawberry leaf. The amended NH4+ was completely oxidized to NO3-, and the NO3- contained in the soil before incubation was not removed during the incubation period. These results indicate that NO2 gas is not much evolved from NO2- produced in soil as an intermediate product during the oxidation of amended NH4+. The soil, containing 544.4 mg N/kg of NO3- after incubation, was amended with glucose and adjusted to 20% water content, and further incubated at 30oC. After 5 days of the incubation, 87% of the soil NO3- was removed and NO2 gas production was confirmed in the air space of glass bottle with a visible damage in the strawberry leaf. This result could be another evidence for the toxic level of NO2 gas production through denitrification process in acid soil. Silty loam soil, having a pH of 5.0 and 20% water, was sterilized twice at 134oC after amending with 500 mg N/kg NO3- and glucose. And the soil was incubated in glass bottle at 30oC with strawberry leaf or NO2 gas absorption badge in air space of the bottle. During the 5 days of incubation, NO2 gas production from the soil was minimal and any visible damage was not found in the strawberry leaf. Therefore, the NO2 gas production in acid soils containing NO3- must be primarily attributed to the NO2 - production through the activity of denitrifying bacteria. The results obtained by this research suggests that NO2 gas damaging crops in acid soils of plastic film house is able to be produced through chemical self-decomposition of HNO2 when the soil conditions are favorable for accumulation of NO2- with high rates of denitrification. In plastic film house of vegetable farming, soil beds amended with compost and basal chemical fertilizers are covered with dark plastic sheeting before planting. During the plant growing period, water and nutrients including nitrogen are mostly supplied using drip irrigation system. Therefore, in soils beneath the plastic sheeting, conditions favorable for denitrification can be created by limited air exchange between soil and its surrounding atmosphere and by overly wet condition due to the reduced water lost to evaporation. Thus, proper selection of N fertilizer and its input and maintaining higher levels of available soil oxygen by avoiding excessive irrigation can effectively reduce the NO2 emissions during vegetable growth period in acid soils of plastic film house.
Nitrogen dioxide (NO2) gas damages on plants are commonly occur in acid soils of vegetable farming plastic film houses. The NO2 gas is known to be produced by the action of nitrite oxidizing bacteria in acid soils amended with incompletely decomposed organic residues. However, the mechanisms and soil conditions favorable for NO2 production are still not well understood. In acid solution, the equilibrium between HNO2 and NO2- shifts towards HNO2, and NO2 might be produced by the spontaneous chemical decomposition of HNO2. Therefore NO2 gas capable of damaging plants might be produced in acid soils where NO2- is accumulated through soil microbial processes of nitrification and/or denitrification. NO2 gas production damaging crops is limited mostly to the acid soils of plastic film house vegetable farms fertigated with nutrient solution containing NO3 -. Thus, the toxic level of NO2 gas production can be attributed to denitrification processes in soils. In this research, NO2 gas production and its damaging effect on plants were investigated in soils under the conditions favorable to high rates of denitrification, and the mechanisms involved in the NO2 gas production were discussed. Silty loam soil having a pH of 5.0 and containing 20% water was amended with 500 mg N/kg NO3 - and glucose. The soil was incubated in glass bottle with strawberry leaf or NO2 gas absorption badge in air space of the bottle. After 4-5 days of incubation at 30oC, toxicity symptoms of dark burning was observed along the outside edge of strawberry leaf and NO2 gas production was confirmed in the air space of glass bottle. In the incubation experiments, NO2 toxicity symptoms on the strawberry leaf was not found in the soil treatments where water or NO3- content was reduced to 10% or 250 mg N/kg. Also in the soil treatment in which glucose amendment was not included, NO2 gas production was significantly reduced and NO2 toxicity symptoms on the strawberry leaf was not found. Therefore, the production of NO2 damaging plants might be occurred in acid soils where the conditions favorable to high rates of denitrification. In soil with pH of 6.5, NO2 gas was also evolved to the level causing damage on strawberry leaf when the soil conditions were favorable to high rates of denitrification. However, compared to the soil of pH 5.0, the NO2 gas production and its damage on plants were much less serious in pH 6.5 soil. Silty loam soil having a pH of 5.0 and containing 10% water was amended with 250 mg N/kg each of NH4 + and NO3-, and glucose. The soil was incubated in glass bottle with strawberry leaf or NO2 gas absorption badge in air space of the bottle. During the 5 days of incubation at 30oC, NO2 gas production measured in the air space of glass bottle was very small and any visible damage was not found in the strawberry leaf. The amended NH4+ was completely oxidized to NO3-, and the NO3- contained in the soil before incubation was not removed during the incubation period. These results indicate that NO2 gas is not much evolved from NO2- produced in soil as an intermediate product during the oxidation of amended NH4+. The soil, containing 544.4 mg N/kg of NO3- after incubation, was amended with glucose and adjusted to 20% water content, and further incubated at 30oC. After 5 days of the incubation, 87% of the soil NO3- was removed and NO2 gas production was confirmed in the air space of glass bottle with a visible damage in the strawberry leaf. This result could be another evidence for the toxic level of NO2 gas production through denitrification process in acid soil. Silty loam soil, having a pH of 5.0 and 20% water, was sterilized twice at 134oC after amending with 500 mg N/kg NO3- and glucose. And the soil was incubated in glass bottle at 30oC with strawberry leaf or NO2 gas absorption badge in air space of the bottle. During the 5 days of incubation, NO2 gas production from the soil was minimal and any visible damage was not found in the strawberry leaf. Therefore, the NO2 gas production in acid soils containing NO3- must be primarily attributed to the NO2 - production through the activity of denitrifying bacteria. The results obtained by this research suggests that NO2 gas damaging crops in acid soils of plastic film house is able to be produced through chemical self-decomposition of HNO2 when the soil conditions are favorable for accumulation of NO2- with high rates of denitrification. In plastic film house of vegetable farming, soil beds amended with compost and basal chemical fertilizers are covered with dark plastic sheeting before planting. During the plant growing period, water and nutrients including nitrogen are mostly supplied using drip irrigation system. Therefore, in soils beneath the plastic sheeting, conditions favorable for denitrification can be created by limited air exchange between soil and its surrounding atmosphere and by overly wet condition due to the reduced water lost to evaporation. Thus, proper selection of N fertilizer and its input and maintaining higher levels of available soil oxygen by avoiding excessive irrigation can effectively reduce the NO2 emissions during vegetable growth period in acid soils of plastic film house.
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