아산화질소 (N2O)는 주요한 온실가스이며 오존층을 파괴하기 때문에, 이의 배출원과 배출량을 정확히 파악하고 그에 맞는 저감 기술을 도입할 필요가 있다. 에너지, 산업 공정, 축산, 경종 등 다양한 아산화질소 배출원 중 경종 부문에서의 배출량이 총 인위적 배출량의 40%에 달하기 때문에, 작물재배 과정에서 배출되는 아산화질소의 감축 노력이 시급한 실정이다. 이에 본 연구는 국내 농경지에서 가축 종류별 퇴비 투입에 따른 아산화질소 배출 특성을 파악하고, 아산화질소 저감 방안을 제안하기 위하여 야외 실험과 실내 배양 실험을 각각 수행하였다. 야외 실험은 2016년부터 2018년까지 3년간 충청남도 농업기술원 내 밭에서 수행되었다. 아무런 처리도 하지 않은 무처리구와 화학 비료를 투입한 NPK처리구, 화학 비료를 처리하고 돈분, 우분, 계분을 각각 10, 20, 30 ton ha-1만큼 투입한 처리구로 수행되었으며, 화학 비료, 돈분, 우분, 계분에 대한 아산화질소 배출계수를 산정하였다. 화학 비료의 3년 평균 배출계수는 0.0120 kg N2O-N (kg N)-1 로 ...
아산화질소 (N2O)는 주요한 온실가스이며 오존층을 파괴하기 때문에, 이의 배출원과 배출량을 정확히 파악하고 그에 맞는 저감 기술을 도입할 필요가 있다. 에너지, 산업 공정, 축산, 경종 등 다양한 아산화질소 배출원 중 경종 부문에서의 배출량이 총 인위적 배출량의 40%에 달하기 때문에, 작물재배 과정에서 배출되는 아산화질소의 감축 노력이 시급한 실정이다. 이에 본 연구는 국내 농경지에서 가축 종류별 퇴비 투입에 따른 아산화질소 배출 특성을 파악하고, 아산화질소 저감 방안을 제안하기 위하여 야외 실험과 실내 배양 실험을 각각 수행하였다. 야외 실험은 2016년부터 2018년까지 3년간 충청남도 농업기술원 내 밭에서 수행되었다. 아무런 처리도 하지 않은 무처리구와 화학 비료를 투입한 NPK처리구, 화학 비료를 처리하고 돈분, 우분, 계분을 각각 10, 20, 30 ton ha-1만큼 투입한 처리구로 수행되었으며, 화학 비료, 돈분, 우분, 계분에 대한 아산화질소 배출계수를 산정하였다. 화학 비료의 3년 평균 배출계수는 0.0120 kg N2O-N (kg N)-1 로 IPCC 가이드라인의 기본 계수와 유사한 수준인 반면, 돈분은 0.0020 kg N2O-N (kg N)-1, 우분은 0.0075 kg N2O-N (kg N)-1, 계분은 0.0062 kg N2O-N (kg N)-1로 IPCC 가이드라인 가축분뇨 기본 계수의 16, 60, 50% 수준이었다. 본 연구에서 개발된 배출계수와 함께 호남, 경남 지역에서 개발된 배출계수의 평균치를 온실가스 인벤토리에 적용함으로써 농경지 가축분뇨 시용에 의한 배출량 산정의 정확도를 개선할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 연간 총 누적 아산화질소 배출량은 가축분의 종류 및 연도에 따라 최대 6배 가량의 차이를 보였는데, 가축분의 질소 함량과 더불어 가축분 투입 후 초기 한 달 동안의 토양 수분 함량이 이러한 변동을 결정하는 주요 요인임을 파악하였다.
야외 실험을 통해 아산화질소 배출 특성을 파악할 수 있었으며, 이를 기반으로 국내 농경 토양에 적합한 아산화질소 배출 저감 기술 도입을 위한 배양 실험을 수행하였다. 바이오차는 이를 농경 토양에 투입함으로써 탄소를 장기적으로 저장할 수 있는 기후변화 완화 대책으로 주목받고 있다. 또한 바이오차의 농경 토양 투입은 토양의 건강성을 회복시키고, 아산화질소의 배출을 저감할 수 있는 추가적인 효능을 가지고 있기 때문에 척박한 국내 농경지 토양에 적합한 아산화질소 배출 저감 기술로 판단된다. 하지만 일부 바이오차 투입으로 인해 아산화질소의 배출량이 증가 또는 영향을 받지 않는 사례들이 보고되고 있기 때문에, 실제 농경지에 적용하기에 앞서 실내 실험을 통해 바이오차의 밭 토양 투입에 따른 아산화질소 배출량 변화를 관찰하고 그 원인을 파악하고자 하였다. 배양실험 I은 바이오차 토양 투입에 따른 아산화질소 배출량 변화가 바이오차가 함유하고 있는 가용한 탄소함량 (HWC; Hot Water extractable Carbon)과 연관이 있다고 보고, HWC 함량이 상이한 세 종류의 바이오차 (WO_600, CO_400, RH_400)를 가지고 수행되었다. 모든 대조구와 바이오차 처리구에는 300 mg N kg-1의 과도한 질소 시비가 이루어졌으며, 산소 공급이 원활한 조건에서 15일간 배양되었다. 실험 결과 HWC 함량이 높을수록 대조구 대비 아산화질소의 배출량이 증가하는 것을 볼 수 있었으며, HWC 함량이 낮은 WO_600 바이오차의 경우 대조구와 차이가 없었다. 아산화질소 배출량이 높게 나타난 RH_400 과 CO_400 처리구에서 전반적인 미생물 활성도가 증가되었을 뿐만 아니라 요소 분해 효소의 활성도도 높게 관찰되었는데, 이로 인해 요소 투입 직후 토양 내 NH4+/NH3이 과량 존재할 것으로 사료된다. 토양 내 고농도 암모니아가 존재하면 아질산이 축적되는 것으로 알려져 있는데 이는 아질산 산화균이 암모니아 산화균에 비하여 고농도 암모니아에 대한 독성에 민감하게 저해되어 나타나는 현상으로 보고되고 있다. 본 실험 결과 CO_400 과 RH_400 처리구에서 배양 4일차에 아질산 이온의 축적을 관찰할 수 있었으며, 축적된 아질산이 질산화 미생물의 탈질 과정 등에 의해 아산화질소로 배출되어 대조구와 WO_600 처리구 대비 아산화질소 배출량이 높은 것으로 사료된다. 하지만 암모늄/아질산 산화균의 종풍부도는 처리구 간 차이가 없었는데, 이는 AOB와 NOB의 DNA 풍부도의 변화를 관찰하기에는 실험 기간이 다소 짧았거나, 암모니아에 의한 NOB의 저해가 일시적인 현상이기 때문에 나타난 결과로 사료된다. 배양 실험 II는 아산화질소 배출 증가가 가장 컸던 RH_400 바이오차만으로 수행되었으며, HWC 함량이 높은 바이오차를 활용하기에 적합한 농경지 관리 방안을 찾고자 질소시비량을 150 mg N kg-1으로 줄이고 석회 시용 (0.5% CaCO3)을 한 세트를 추가하였다. 배양 실험 I과는 상이하게도, RH_400 처리구에서 아산화질소 배출이 증가되지 않았으며, 석회 시용 처리구에서는 오히려 배출이 감소되었다. 하지만 배양실험 I과 동일하게 RH_400 바이오차 처리구에서 높은 미생물 활성을 보였으며, 각 처리구 별 아산화질소 배출량과 아질산 이온의 농도가 높은 상관관계를 보였다. 이는 질소 시비량이 절반으로 줄은 경우 바이오차의 HWC가 전반적 미생물 활성도와 요소분해효소 활성도를 증가시켰음에도 불구하고, 이 때의 증가된 토양 암모니아는 바이오차의 높은 CEC로 인한 암모늄 흡착에 의해 조절되어 암모늄/아질산 산화 과정의 불균형을 초래하지 않은 것으로 사료된다. 배양 실험 I에서는 바이오차의 흡착에 의한 영향이 나타나기에 과도한 수준의 질소 시비가 이루어진 것으로 판단된다. 한편, 석회를 시용한 처리구들은 질소 시비량이 줄은 경우라도 석회가 함께 투입되어 토양 내 pH가 증가되었기 때문에 암모니아 농도가 상대적으로 높아 아질산 산화균에게 선택적 독성을 보일 수 있는 조건이지만, 바이오차 처리구에서 오히려 아질산 이온 감소 및 아산화질소 배출의 감소가 나타났다. pH가 증가함에 따라 바이오차의 양이온 교환능 역시 증가하는 선행 연구들을 고려했을 때 높은 pH로 인해 바이오차의 암모늄 흡착능이 증가하여 오히려 아질산 이온의 농도와 아산화질소 배출량이 감소한 것으로 사료된다. 두 번의 배양 실험은 과도한 질소 시비가 이루어지는 척박한 국내 농경 토양에 HWC 함량이 높은 바이오차를 투입하는 것은 추가적인 아산화질소 발생을 가져올 수 있으며, 이를 저감하기 위해서는 적정 시비량에 맞추어 질소원을 관리할 필요가 있음을 시사한다. 또한 토양 산성화 관리를 위해 석회를 시용 하는 경우 바이오차와 혼용하면 오히려 아산화질소 발생을 저감시킬 수 있는 효과적인 관리방안이 될 수 있을 것이다.
아산화질소 (N2O)는 주요한 온실가스이며 오존층을 파괴하기 때문에, 이의 배출원과 배출량을 정확히 파악하고 그에 맞는 저감 기술을 도입할 필요가 있다. 에너지, 산업 공정, 축산, 경종 등 다양한 아산화질소 배출원 중 경종 부문에서의 배출량이 총 인위적 배출량의 40%에 달하기 때문에, 작물재배 과정에서 배출되는 아산화질소의 감축 노력이 시급한 실정이다. 이에 본 연구는 국내 농경지에서 가축 종류별 퇴비 투입에 따른 아산화질소 배출 특성을 파악하고, 아산화질소 저감 방안을 제안하기 위하여 야외 실험과 실내 배양 실험을 각각 수행하였다. 야외 실험은 2016년부터 2018년까지 3년간 충청남도 농업기술원 내 밭에서 수행되었다. 아무런 처리도 하지 않은 무처리구와 화학 비료를 투입한 NPK처리구, 화학 비료를 처리하고 돈분, 우분, 계분을 각각 10, 20, 30 ton ha-1만큼 투입한 처리구로 수행되었으며, 화학 비료, 돈분, 우분, 계분에 대한 아산화질소 배출계수를 산정하였다. 화학 비료의 3년 평균 배출계수는 0.0120 kg N2O-N (kg N)-1 로 IPCC 가이드라인의 기본 계수와 유사한 수준인 반면, 돈분은 0.0020 kg N2O-N (kg N)-1, 우분은 0.0075 kg N2O-N (kg N)-1, 계분은 0.0062 kg N2O-N (kg N)-1로 IPCC 가이드라인 가축분뇨 기본 계수의 16, 60, 50% 수준이었다. 본 연구에서 개발된 배출계수와 함께 호남, 경남 지역에서 개발된 배출계수의 평균치를 온실가스 인벤토리에 적용함으로써 농경지 가축분뇨 시용에 의한 배출량 산정의 정확도를 개선할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 연간 총 누적 아산화질소 배출량은 가축분의 종류 및 연도에 따라 최대 6배 가량의 차이를 보였는데, 가축분의 질소 함량과 더불어 가축분 투입 후 초기 한 달 동안의 토양 수분 함량이 이러한 변동을 결정하는 주요 요인임을 파악하였다.
야외 실험을 통해 아산화질소 배출 특성을 파악할 수 있었으며, 이를 기반으로 국내 농경 토양에 적합한 아산화질소 배출 저감 기술 도입을 위한 배양 실험을 수행하였다. 바이오차는 이를 농경 토양에 투입함으로써 탄소를 장기적으로 저장할 수 있는 기후변화 완화 대책으로 주목받고 있다. 또한 바이오차의 농경 토양 투입은 토양의 건강성을 회복시키고, 아산화질소의 배출을 저감할 수 있는 추가적인 효능을 가지고 있기 때문에 척박한 국내 농경지 토양에 적합한 아산화질소 배출 저감 기술로 판단된다. 하지만 일부 바이오차 투입으로 인해 아산화질소의 배출량이 증가 또는 영향을 받지 않는 사례들이 보고되고 있기 때문에, 실제 농경지에 적용하기에 앞서 실내 실험을 통해 바이오차의 밭 토양 투입에 따른 아산화질소 배출량 변화를 관찰하고 그 원인을 파악하고자 하였다. 배양실험 I은 바이오차 토양 투입에 따른 아산화질소 배출량 변화가 바이오차가 함유하고 있는 가용한 탄소함량 (HWC; Hot Water extractable Carbon)과 연관이 있다고 보고, HWC 함량이 상이한 세 종류의 바이오차 (WO_600, CO_400, RH_400)를 가지고 수행되었다. 모든 대조구와 바이오차 처리구에는 300 mg N kg-1의 과도한 질소 시비가 이루어졌으며, 산소 공급이 원활한 조건에서 15일간 배양되었다. 실험 결과 HWC 함량이 높을수록 대조구 대비 아산화질소의 배출량이 증가하는 것을 볼 수 있었으며, HWC 함량이 낮은 WO_600 바이오차의 경우 대조구와 차이가 없었다. 아산화질소 배출량이 높게 나타난 RH_400 과 CO_400 처리구에서 전반적인 미생물 활성도가 증가되었을 뿐만 아니라 요소 분해 효소의 활성도도 높게 관찰되었는데, 이로 인해 요소 투입 직후 토양 내 NH4+/NH3이 과량 존재할 것으로 사료된다. 토양 내 고농도 암모니아가 존재하면 아질산이 축적되는 것으로 알려져 있는데 이는 아질산 산화균이 암모니아 산화균에 비하여 고농도 암모니아에 대한 독성에 민감하게 저해되어 나타나는 현상으로 보고되고 있다. 본 실험 결과 CO_400 과 RH_400 처리구에서 배양 4일차에 아질산 이온의 축적을 관찰할 수 있었으며, 축적된 아질산이 질산화 미생물의 탈질 과정 등에 의해 아산화질소로 배출되어 대조구와 WO_600 처리구 대비 아산화질소 배출량이 높은 것으로 사료된다. 하지만 암모늄/아질산 산화균의 종풍부도는 처리구 간 차이가 없었는데, 이는 AOB와 NOB의 DNA 풍부도의 변화를 관찰하기에는 실험 기간이 다소 짧았거나, 암모니아에 의한 NOB의 저해가 일시적인 현상이기 때문에 나타난 결과로 사료된다. 배양 실험 II는 아산화질소 배출 증가가 가장 컸던 RH_400 바이오차만으로 수행되었으며, HWC 함량이 높은 바이오차를 활용하기에 적합한 농경지 관리 방안을 찾고자 질소시비량을 150 mg N kg-1으로 줄이고 석회 시용 (0.5% CaCO3)을 한 세트를 추가하였다. 배양 실험 I과는 상이하게도, RH_400 처리구에서 아산화질소 배출이 증가되지 않았으며, 석회 시용 처리구에서는 오히려 배출이 감소되었다. 하지만 배양실험 I과 동일하게 RH_400 바이오차 처리구에서 높은 미생물 활성을 보였으며, 각 처리구 별 아산화질소 배출량과 아질산 이온의 농도가 높은 상관관계를 보였다. 이는 질소 시비량이 절반으로 줄은 경우 바이오차의 HWC가 전반적 미생물 활성도와 요소분해효소 활성도를 증가시켰음에도 불구하고, 이 때의 증가된 토양 암모니아는 바이오차의 높은 CEC로 인한 암모늄 흡착에 의해 조절되어 암모늄/아질산 산화 과정의 불균형을 초래하지 않은 것으로 사료된다. 배양 실험 I에서는 바이오차의 흡착에 의한 영향이 나타나기에 과도한 수준의 질소 시비가 이루어진 것으로 판단된다. 한편, 석회를 시용한 처리구들은 질소 시비량이 줄은 경우라도 석회가 함께 투입되어 토양 내 pH가 증가되었기 때문에 암모니아 농도가 상대적으로 높아 아질산 산화균에게 선택적 독성을 보일 수 있는 조건이지만, 바이오차 처리구에서 오히려 아질산 이온 감소 및 아산화질소 배출의 감소가 나타났다. pH가 증가함에 따라 바이오차의 양이온 교환능 역시 증가하는 선행 연구들을 고려했을 때 높은 pH로 인해 바이오차의 암모늄 흡착능이 증가하여 오히려 아질산 이온의 농도와 아산화질소 배출량이 감소한 것으로 사료된다. 두 번의 배양 실험은 과도한 질소 시비가 이루어지는 척박한 국내 농경 토양에 HWC 함량이 높은 바이오차를 투입하는 것은 추가적인 아산화질소 발생을 가져올 수 있으며, 이를 저감하기 위해서는 적정 시비량에 맞추어 질소원을 관리할 필요가 있음을 시사한다. 또한 토양 산성화 관리를 위해 석회를 시용 하는 경우 바이오차와 혼용하면 오히려 아산화질소 발생을 저감시킬 수 있는 효과적인 관리방안이 될 수 있을 것이다.
As N2O is a major greenhouse gas and known to deplete stratospheric ozone, it is important to estimate total emission by different sources and develop appropriate technologies to reduce its emission. It was reported that 40% of total anthropogenic N2O emission is from the cultivation sector, indicat...
As N2O is a major greenhouse gas and known to deplete stratospheric ozone, it is important to estimate total emission by different sources and develop appropriate technologies to reduce its emission. It was reported that 40% of total anthropogenic N2O emission is from the cultivation sector, indicating that the efforts to reduce N2O emission from the agricultural soils is urgently needed. In this study, we conducted the field and laboratory experiments to investigate characteristics of N2O emission patterns by manure application and to understand emission reduction mechanism of N2O by biochar application to the soil. The field experiment was conducted for 3 years from 2016 to 2018 in the central zone of Korea (Chungcheongnam-do agricultural research & extension). The experiment was carried out with control, chemical fertilizer treatment and chemical fertilizer with pig, cow and chicken manure treatments at 10, 20, 30ton ha-1 rate, respectively. Emission factor (EF) on the average of 3years for chemical fertilizer was 0.0120 kg N2O-N (kg N)-1, which is similar to that of default emission factor of IPCC guideline. On the other hand, the EFs of pig, cow and chicken manures were 0.0020 kg N2O-N (kg N)-1, 0.0075 kg N2O-N (kg N)-1, 0.0062 kg N2O-N (kg N)-1, respectively, which were 16, 60 and 50% of the default values of IPCC guidelines. Developed EFs in this study could be regarded as the representative emission factors in the Central Korea zone as we strictly followed the IPCC guidelines. Our EFs, together with those developed in Southern and Western Korean zones, are expected to improve the accuracy of N2O national inventory from the cultivation sector. In addition, total cumulative N2O emissions showed high annual variability among different manure treatments and the magnitude of variance was up to 600%. We found that the nitrogen content of the manure and the soil water content during the first month after the manure application were the main factor to control the total amount of annual N2O emissions. Biochar application was suggested as a new management practice to reduce N2O emission in upland agricultural fields. However, the effects of biochar on N2O emission showed inconsistent trends depending on biochar types and soil conditions. To understand this inconsistency, we need to understand mechanisms of microbial soil N transformations related to N2O emission. We hypothesized that biochar with high labile matter could increase N2O emission from dry and infertile upland soils with heavy N fertilization. To test our hypothesis, two sets of incubation experiments were conducted. The first set of experiment aimed at investigating the effect of biochar amendments with different labile matters on N2O emission and NO2- accumulation, which known to be directly associated with N2O emission increase in the excessive nitrogen fertilized soil. In the second set of experiment, we tried to find the condition where the biochar with high labile matter can be utilized without increasing N2O emission. The experiment I was carried out using the C limited soil with 300mg N kg-1 fertilization amended with 4% (w/w) biochars, varying with HWC content (Hot Water extractable carbon, wood pellet biochar: 635.13 mg kg-1; cocopeat biochar: 4413.70 mg kg-1; rice husk biochar: 6943.80 mg kg-1). As a result, N2O emission rates were increased in the high labile biochar treatments, which supported our hypothesis. We speculated that increased urease activity and microbial respiration by labile matter of biochar resulted in NH3 increase and NO2- accumulation, leading to higher N2O emission. This is because in the process of nitrification (NH4+→ NO2- → NO3-), when NH3 contents are high, NO2- tends to be accumulated due to NOB (nitrite oxidizing bacteria) is more sensitively inhibited to NH3 toxicity than AOB (ammonia oxidizing bacteria). However, the gene abundance of AOB and NOB did not change by biochar application and it is assumed that the experiment period was too short to observe changes of gene abundance and/or the inhibitory effect of NH3 to NOB was temporary. Our results showed that when labile biochar is added to C limited soil with excessive N condition, more N2O is produced via NO2- accumulation. The experiment II was followed using the same soil amended with rice husk biochar only, which showed an increase in N2O emission upon biochar addition from the experiment I. On the other hand, we changed the N fertilization rate into half (150mg N kg-1) and a set of lime application (0.5% CaCO3) was added to find a condition where the biochar with high labile matter can be utilized without increasing N2O emission. In contrast to experiment I, N2O emission was not increased by rice husk biochar and it was rather decreased when biochar was added with CaCO3. While urease activity and microbial respiration were increased by biochar addition as same as experiment I. It was speculated that NH3 concentration was also increased rapidly by biochar addition. However, NO2- concentration and N2O emission were maintained/reduced in the biochar treatments and this results implies that the inhibition of NOB by increased NH3 was minimal. We attributed this to adsorption of NH4+ by biochar, which was not observed in excessive N condition. Overall results indicate that application of biochar with high HWC content to the carbon limited agricultural field with excessive N fertilization may lead to additional N2O emission and it is necessary to manage the N application rate in order to reduce N2O emission. In addition, when lime and biochar are simultaneously amended to the moderately fertilized soils, it would be an effective strategy to reduce N2O emission.
As N2O is a major greenhouse gas and known to deplete stratospheric ozone, it is important to estimate total emission by different sources and develop appropriate technologies to reduce its emission. It was reported that 40% of total anthropogenic N2O emission is from the cultivation sector, indicating that the efforts to reduce N2O emission from the agricultural soils is urgently needed. In this study, we conducted the field and laboratory experiments to investigate characteristics of N2O emission patterns by manure application and to understand emission reduction mechanism of N2O by biochar application to the soil. The field experiment was conducted for 3 years from 2016 to 2018 in the central zone of Korea (Chungcheongnam-do agricultural research & extension). The experiment was carried out with control, chemical fertilizer treatment and chemical fertilizer with pig, cow and chicken manure treatments at 10, 20, 30ton ha-1 rate, respectively. Emission factor (EF) on the average of 3years for chemical fertilizer was 0.0120 kg N2O-N (kg N)-1, which is similar to that of default emission factor of IPCC guideline. On the other hand, the EFs of pig, cow and chicken manures were 0.0020 kg N2O-N (kg N)-1, 0.0075 kg N2O-N (kg N)-1, 0.0062 kg N2O-N (kg N)-1, respectively, which were 16, 60 and 50% of the default values of IPCC guidelines. Developed EFs in this study could be regarded as the representative emission factors in the Central Korea zone as we strictly followed the IPCC guidelines. Our EFs, together with those developed in Southern and Western Korean zones, are expected to improve the accuracy of N2O national inventory from the cultivation sector. In addition, total cumulative N2O emissions showed high annual variability among different manure treatments and the magnitude of variance was up to 600%. We found that the nitrogen content of the manure and the soil water content during the first month after the manure application were the main factor to control the total amount of annual N2O emissions. Biochar application was suggested as a new management practice to reduce N2O emission in upland agricultural fields. However, the effects of biochar on N2O emission showed inconsistent trends depending on biochar types and soil conditions. To understand this inconsistency, we need to understand mechanisms of microbial soil N transformations related to N2O emission. We hypothesized that biochar with high labile matter could increase N2O emission from dry and infertile upland soils with heavy N fertilization. To test our hypothesis, two sets of incubation experiments were conducted. The first set of experiment aimed at investigating the effect of biochar amendments with different labile matters on N2O emission and NO2- accumulation, which known to be directly associated with N2O emission increase in the excessive nitrogen fertilized soil. In the second set of experiment, we tried to find the condition where the biochar with high labile matter can be utilized without increasing N2O emission. The experiment I was carried out using the C limited soil with 300mg N kg-1 fertilization amended with 4% (w/w) biochars, varying with HWC content (Hot Water extractable carbon, wood pellet biochar: 635.13 mg kg-1; cocopeat biochar: 4413.70 mg kg-1; rice husk biochar: 6943.80 mg kg-1). As a result, N2O emission rates were increased in the high labile biochar treatments, which supported our hypothesis. We speculated that increased urease activity and microbial respiration by labile matter of biochar resulted in NH3 increase and NO2- accumulation, leading to higher N2O emission. This is because in the process of nitrification (NH4+→ NO2- → NO3-), when NH3 contents are high, NO2- tends to be accumulated due to NOB (nitrite oxidizing bacteria) is more sensitively inhibited to NH3 toxicity than AOB (ammonia oxidizing bacteria). However, the gene abundance of AOB and NOB did not change by biochar application and it is assumed that the experiment period was too short to observe changes of gene abundance and/or the inhibitory effect of NH3 to NOB was temporary. Our results showed that when labile biochar is added to C limited soil with excessive N condition, more N2O is produced via NO2- accumulation. The experiment II was followed using the same soil amended with rice husk biochar only, which showed an increase in N2O emission upon biochar addition from the experiment I. On the other hand, we changed the N fertilization rate into half (150mg N kg-1) and a set of lime application (0.5% CaCO3) was added to find a condition where the biochar with high labile matter can be utilized without increasing N2O emission. In contrast to experiment I, N2O emission was not increased by rice husk biochar and it was rather decreased when biochar was added with CaCO3. While urease activity and microbial respiration were increased by biochar addition as same as experiment I. It was speculated that NH3 concentration was also increased rapidly by biochar addition. However, NO2- concentration and N2O emission were maintained/reduced in the biochar treatments and this results implies that the inhibition of NOB by increased NH3 was minimal. We attributed this to adsorption of NH4+ by biochar, which was not observed in excessive N condition. Overall results indicate that application of biochar with high HWC content to the carbon limited agricultural field with excessive N fertilization may lead to additional N2O emission and it is necessary to manage the N application rate in order to reduce N2O emission. In addition, when lime and biochar are simultaneously amended to the moderately fertilized soils, it would be an effective strategy to reduce N2O emission.
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