논토양 종류가 메탄배출에 미치는 영향을 구명하기 위하여 적황색토인 화동통과 회색토인 신흥통을 공시하여 벼 재배기간중 메탄배출량, 산화환원전위 및 토양중 산화물 함량을 분석하였다. 적황색토에서 메탄배출이 회색토에 비해 유의하게 낮았으며, 산화환원전위는 상대적으로 높았다. 적황색토는 회색토에 비해 쉽게 환원될 수 있는 Active oxide 함량은 낮은 반면, 상대적으로 안정성이 높은 Free oxide의 함량이 높았다. 따라서 논토양 종류별 메탄배출은 벼 재배기간중 산화환원전위와 토양중 Geothite, Hematite 등과 같은 메탄산화제의 함량에 영향을 받는 것으로 나타났다.
논토양 종류가 메탄배출에 미치는 영향을 구명하기 위하여 적황색토인 화동통과 회색토인 신흥통을 공시하여 벼 재배기간중 메탄배출량, 산화환원전위 및 토양중 산화물 함량을 분석하였다. 적황색토에서 메탄배출이 회색토에 비해 유의하게 낮았으며, 산화환원전위는 상대적으로 높았다. 적황색토는 회색토에 비해 쉽게 환원될 수 있는 Active oxide 함량은 낮은 반면, 상대적으로 안정성이 높은 Free oxide의 함량이 높았다. 따라서 논토양 종류별 메탄배출은 벼 재배기간중 산화환원전위와 토양중 Geothite, Hematite 등과 같은 메탄산화제의 함량에 영향을 받는 것으로 나타났다.
Anaerobic decomposition of organic materials in flooded rice fields produces methane ($CH_4$) gas, which escapes to the atmosphere primarily by transport through organs of the rice plants such as arenchyma etc., Although the annual amount of methane emitted from a given area is influenced...
Anaerobic decomposition of organic materials in flooded rice fields produces methane ($CH_4$) gas, which escapes to the atmosphere primarily by transport through organs of the rice plants such as arenchyma etc., Although the annual amount of methane emitted from a given area is influenced by cultivation periods of rice and organic/inorganic amendments etc., soil type also affects methane emission from paddy soil during a rice cultivation. A field experiment was conducted to evaluate effects of soil type on $CH_4$ emission in two paddy soils. One is a red-yellow soil classified as a Hwadong series (fine, mixed, mesic family of Aquic Hapludalfs), and the other is a gley soil classified as a Shinheung series (fine loamy, mixed, nonacid, mesic family of Aeric Fluvaquentic Endoaquepts). During a flooded periods, redox potentials of red-yellow soil were significantly higher than gley soil. $CH_4$ emission in red-yellow soil ($0.21kg\;ha^{-1}\;day^{-1}$) was lower than that in gley soil ($5.25kg\;ha^{-1}\;day^{-1}$). In the condition of different soil types, $CH_4$ emissions were mainly influenced by the content of total free metal oxides in paddy soil. The results strongly imply that iron- or manganese-oxides of well ordered crystalline forms in soil such as goethite and hematite influenced on a $CH_4$ emission, which is crucial role as a $CH_4$ oxidizers in paddy soil during a rice cultivation.
Anaerobic decomposition of organic materials in flooded rice fields produces methane ($CH_4$) gas, which escapes to the atmosphere primarily by transport through organs of the rice plants such as arenchyma etc., Although the annual amount of methane emitted from a given area is influenced by cultivation periods of rice and organic/inorganic amendments etc., soil type also affects methane emission from paddy soil during a rice cultivation. A field experiment was conducted to evaluate effects of soil type on $CH_4$ emission in two paddy soils. One is a red-yellow soil classified as a Hwadong series (fine, mixed, mesic family of Aquic Hapludalfs), and the other is a gley soil classified as a Shinheung series (fine loamy, mixed, nonacid, mesic family of Aeric Fluvaquentic Endoaquepts). During a flooded periods, redox potentials of red-yellow soil were significantly higher than gley soil. $CH_4$ emission in red-yellow soil ($0.21kg\;ha^{-1}\;day^{-1}$) was lower than that in gley soil ($5.25kg\;ha^{-1}\;day^{-1}$). In the condition of different soil types, $CH_4$ emissions were mainly influenced by the content of total free metal oxides in paddy soil. The results strongly imply that iron- or manganese-oxides of well ordered crystalline forms in soil such as goethite and hematite influenced on a $CH_4$ emission, which is crucial role as a $CH_4$ oxidizers in paddy soil during a rice cultivation.
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문제 정의
따라서 토양특성이 상이한 적황색토와 회색토에서 토양 중 철, 망간 함량과 존재형태에 따른 메탄 배출양상을 조사하고자 본 연구를 수행하였다.
제안 방법
CH4 분석을 위해 Porapak Q column (Stainless steel, 1/8"×2 m) 칼럼을 사용하였으며 column oven 온도는 40℃, injector 온도는 50 ℃, detector 온도는 250℃로 분석하였다.
논토양 종류가 메탄배출에 미치는 영향을 구명하기 위하여 적황색토인 화동통과 회색토인 신흥통을 공시하여 벼 재배기간중 메탄배출량, 산화환원전위 및 토양중 산화물 함량을 분석하였다. 적황색토에서 메탄배출이 회색토에 비해 유의하게 낮았으며, 산화환원전위는 상대적으로 높았다.
대상 데이터
메탄가스 시료채취는 polyacrylic plastic 재질의 밀폐식 chamber (60 cm × 60 cm × 100 cm)를 이용하였으며 메탄가스는 오전 10시경 부터 30분간 포집하였으며 삼방 밸브가 장착된 60 ml polypropylene 주사기로 채취하여, 시료채취 당일에 불꽃이온화검출기 (Flame Ionization Detector, FID)가 장착된 가스크로마토그래프 (Agilent GC6890, USA)를 사용하여 분석하였다.
벼는 칠보벼 (Oryzae sativa L. cv. Chilbobyeo)를 공시하여 45일간 육묘한 후 주당 4～5본씩 재식거리 30×14 cm로 6월 1일에 손으로 이앙하였으며, 삼요소의 성분별 시비량은 질소 90 kg ha-1, 인산 45 kg ha-1, 칼리 57 kg ha-1을 시용하였다.
본 시험은 대구광역시 북구 칠곡중앙대로길 136길 47번지에 위치하고 있는 경상북도농업 기술원 포장 (북위 : 35°57′02″, 경도 : 128°33′52″, 해발고도 50 m)에서 시험을 수행하였다.
데이터처리
, 2006). 시험구는 완전임의배치법 3반복으로 하였으며, 처리평균간 유의성검증을 위해서 T-test를 실시하였다.
이론/모형
산화환원전위는 Rowell (1994)의 방법에 따라 분석하였으며 백금전극을 이용하여 측정하였다. 논토양으로 부터 발생되는 메탄가스 채취와 분석은 Ko et al. (2011)의 방법에 준하여 실시하였다. 메탄가스 시료채취는 polyacrylic plastic 재질의 밀폐식 chamber (60 cm × 60 cm × 100 cm)를 이용하였으며 메탄가스는 오전 10시경 부터 30분간 포집하였으며 삼방 밸브가 장착된 60 ml polypropylene 주사기로 채취하여, 시료채취 당일에 불꽃이온화검출기 (Flame Ionization Detector, FID)가 장착된 가스크로마토그래프 (Agilent GC6890, USA)를 사용하여 분석하였다.
0)으로 추출하여 원자흡광분석기 (Analyst 800, Perkin Elmer, USA)로 분석하였으며, 토성은 비중계법으로 측정하였다. 산화환원전위는 Rowell (1994)의 방법에 따라 분석하였으며 백금전극을 이용하여 측정하였다. 논토양으로 부터 발생되는 메탄가스 채취와 분석은 Ko et al.
본 시험은 대구광역시 북구 칠곡중앙대로길 136길 47번지에 위치하고 있는 경상북도농업 기술원 포장 (북위 : 35°57′02″, 경도 : 128°33′52″, 해발고도 50 m)에서 시험을 수행하였다. 시험토양의 조사지점의 토양 분류는 농업과학기술원의 토양통 설명서 (NIAST, 2000a)를 이용하여 분류를 하였다. 적황색토 (Red-yellow soil)는 홍적대지에 분포된 식질계 적황색토인 화동통 (fine, mixed, mesic family of Aquic Hapludalfs)에 해당되며 본 시험 이전까지 작물을 재배하지 않은 나지상태의 토양이었고, 회색토 (Gley soil)는 하성평탄지에 분포된 신흥통 (fine loamy, mixed, nonacid, mesic family of Aeric Fluvaquentic Endoaquepts)으로 배수가 약간 불량한 논토양으로 현재까지 벼를 계속 재배하고 있는 논토양이었다.
(2000)의 방법에 따라 토양에 진한 질산을 가하여 마이크로웨이브 분해장치로 분해한 후 유도결합플라즈마분석기 (Optima 3200 RL, Perkin Elmer, USA)를 이용하여 분석하였다. 유리태 산화물 (total free oxides)는 Citrate-bicarbonate-dithionite법으로 분석하였고 (Bech et al., 1997), 0.5 M HCl로 추출하여 활성태 산화물 (Active oxide) 함량을 구하였다 (Thompson et al., 2006). 시험구는 완전임의배치법 3반복으로 하였으며, 처리평균간 유의성검증을 위해서 T-test를 실시하였다.
CH4 분석을 위해 Porapak Q column (Stainless steel, 1/8"×2 m) 칼럼을 사용하였으며 column oven 온도는 40℃, injector 온도는 50 ℃, detector 온도는 250℃로 분석하였다. 토양중 함유된 total Fe와 Mn함량은 Giesler et al. (2000)의 방법에 따라 토양에 진한 질산을 가하여 마이크로웨이브 분해장치로 분해한 후 유도결합플라즈마분석기 (Optima 3200 RL, Perkin Elmer, USA)를 이용하여 분석하였다. 유리태 산화물 (total free oxides)는 Citrate-bicarbonate-dithionite법으로 분석하였고 (Bech et al.
성능/효과
001). Geothite, Hematite 등의 상대적인 안정성이 높은 oxide를 나타내는 Free oxide 함량을 조사한 결과, 표토의 Free Fe는 적황색토 14,599 mg kg-1로 회색토에 9,410 mg kg-1에 비해 유의하게 높았고, 심토에서도 같은 경향을 나타내었다. 또한, Free Mn 함량도 적황색토에서 표토와 심토 공히 높은 함량을 나타내었다.
적황색토 (Red-yellow soil)는 홍적대지에 분포된 식질계 적황색토인 화동통 (fine, mixed, mesic family of Aquic Hapludalfs)에 해당되며 본 시험 이전까지 작물을 재배하지 않은 나지상태의 토양이었고, 회색토 (Gley soil)는 하성평탄지에 분포된 신흥통 (fine loamy, mixed, nonacid, mesic family of Aeric Fluvaquentic Endoaquepts)으로 배수가 약간 불량한 논토양으로 현재까지 벼를 계속 재배하고 있는 논토양이었다. pH는 적황색토 5.7, 회색토 6.5로 적정수준인 5.5～6.5의 범위였고 유기물은 적황색토 23.0 g kg-1, 회색토 22.7 g kg-1로 비슷한 함량을 나타내었으며 적황색토의 표토의 토성은 점토함량이 311 g kg-1의 미사질식양토이었고, 회색토는 점토함량이 156 g kg-1인 미사질양토였다 (Table 1).
적황색토는 회색토에 비해 쉽게 환원될 수 있는 Active oxide 함량은 낮은 반면, 상대적으로 안정성이 높은 Free oxide의 함량이 높았다. 따라서 논토양 종류별 메탄배출은 벼 재배기간중 산화환원전위와 토양중 Geothite, Hematite 등과 같은 메탄산화제의 함량에 영향을 받는 것으로 나타났다.
(2005)은 산화환원전위를 조절하여 벼를 재배할 경우 -200 mV에서 -300 mV로 낮추었을 때 메탄의 생성이 10배 정도 증가하며, 볏짚을 시용하지 않았거나 포장용수량에 해당하는 토양수분 함량을 조절한 처리에서는 산화환원전위가 상대적으로 높았고 메탄배출량은 낮다고 보고하였다. 따라서 메탄의 배출량은 토양의 산화환원전위 변화와 매우 높은 관련성을 나타내며 토양중 메탄이 생성되기 위해서는 -200 mV 이하로 되어야 하며, 메탄생성을 위한 토양의 산화환원전위는 -150 mV라는 연구결과를 종합하면 토양의 산화환원전위가 메탄배출을 조절하는 주요 인자로 사료된다. Kim (2009)의 연구결과와 상이한 메탄배출 양상은 메탄배출에 기질이 되는 토양중 유기물의 조성도 관련성이 있는 것으로 사료된다.
Geothite, Hematite 등의 상대적인 안정성이 높은 oxide를 나타내는 Free oxide 함량을 조사한 결과, 표토의 Free Fe는 적황색토 14,599 mg kg-1로 회색토에 9,410 mg kg-1에 비해 유의하게 높았고, 심토에서도 같은 경향을 나타내었다. 또한, Free Mn 함량도 적황색토에서 표토와 심토 공히 높은 함량을 나타내었다. 회색토의 경우 지대가 다소 낮은 곳에 위치하기 때문에 B층의 경우 지하수위의 영향으로 3가 철이 환원되어 2가철로 존재하며, 비담수기간에는 다시 3가철로 존재하게 된다.
쉽게 환원될 수 있는 oxide (labile) 함량을 조사하기 위하여 Active oxide를 분석한 결과, 표토의 Active Fe은 적황색토 1,399 mg kg-1에 비해 회색토에서 3,548 mg kg-1로 유의하게 높았으며 (P<0.0001), 심토에서도 적황색토 860 mg kg-1에 비해 회색토에서 3,631 mg kg-1로 유의하게 높았다 (P<0.0001).
적황색토에서 메탄배출이 회색토에 비해 유의하게 낮았으며, 산화환원전위는 상대적으로 높았다. 적황색토는 회색토에 비해 쉽게 환원될 수 있는 Active oxide 함량은 낮은 반면, 상대적으로 안정성이 높은 Free oxide의 함량이 높았다. 따라서 논토양 종류별 메탄배출은 벼 재배기간중 산화환원전위와 토양중 Geothite, Hematite 등과 같은 메탄산화제의 함량에 영향을 받는 것으로 나타났다.
논토양 종류가 메탄배출에 미치는 영향을 구명하기 위하여 적황색토인 화동통과 회색토인 신흥통을 공시하여 벼 재배기간중 메탄배출량, 산화환원전위 및 토양중 산화물 함량을 분석하였다. 적황색토에서 메탄배출이 회색토에 비해 유의하게 낮았으며, 산화환원전위는 상대적으로 높았다. 적황색토는 회색토에 비해 쉽게 환원될 수 있는 Active oxide 함량은 낮은 반면, 상대적으로 안정성이 높은 Free oxide의 함량이 높았다.
후속연구
, 2009)로 미루어 본 연구에 공시된 적황색토는 그동안 벼 재배가 이루어지지 않은 논토양이기 때문에 토양중 유기물은 분해가 다소 느린 유기물이 주를 이룰 것으로 추정된다. 따라서 벼 뿌리의 유입에 따른 년차간 메탄배출량 변화에 대한 조사가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
농업부문에서 배출되는 온실가스는 어떻게 구분할 수 있는가?
농업부문에서 배출되는 온실가스는 크게 메탄 (CH4)과 아산화질소 (N2O)로 구분되며 (IPCC, 1995; Rodhe, 1990) CH4은 이산화탄소에 이어 2번째로 지구온난화 효과가 높은 온실가스이다 (Karl et al., 2003).
메탄배출의 70% 정도의 원인은 무엇인가?
, 2003). 특히 메탄배출의 70% 정도가 인간의 활동에 의한 것으로 알려져 있는데 전세계에서 년간 25～100 Tg의 메탄이 논토양에서 배출되는 것으로 보고되고 있으며 (IPCC, 1995), 우리나라에서는 2006년도에 약 6,717천 CO2톤에 해당하는 메탄이 벼 재배동안 배출되는 것으로 조사되었다 (NIAST, 2009a).
온실가스 중 메탄가스는 우리나라 2006년도에 벼가 재배되는 동안 배출되는 양은 어느정도였는가?
, 2003). 특히 메탄배출의 70% 정도가 인간의 활동에 의한 것으로 알려져 있는데 전세계에서 년간 25～100 Tg의 메탄이 논토양에서 배출되는 것으로 보고되고 있으며 (IPCC, 1995), 우리나라에서는 2006년도에 약 6,717천 CO2톤에 해당하는 메탄이 벼 재배동안 배출되는 것으로 조사되었다 (NIAST, 2009a).
참고문헌 (31)
Bachelet, D., J. Kern, and M. Tolg. 1995. Balancing the rice carbon burget of irrigated rice in China using spacially distributed data. Ecol. Model. 79:167-177.
Bech, J., J. Rustullet, J. Garrigo, F.J. Tobias, and R. Martinez. 1997. The iron content of some red Mediterranean soils from northeast Spain and its pedogenic significance. Catena. 28:211-229.
Bodelier, P.L., P. Roslev., T. Henckel, and P. Frenzel. 2000. Stimulation by ammonium based fertilizers of methane oxidation in soil around rice roots. Nature. 403:421-424.
Butterbach-Bahl, K., H. Papen, and H. Rennenberg. 1997. Impact of gas transport through rice cultivars on methane emission from rice paddy fields. Plant cell Environ. 20:1175-1183.
Cao, M.K., K. Gregson, and S. Marshall. 1998. Global methane emission from wetlands and its sensitivity to climate change. Atmos. Environ. 32:3293-3299.
Cicerone, R.J. and J.D. Shetter. 1981. Source of atmospheric methane measurements in rice paddies and a discussion. J. Geophys. Res. Oceans Atmos. 86:7203-7209.
Giesler, R., H. Ilvesniemi, L. Nyberg, P. van Hees, M. Starr, K. Bishop, T. Kareinen, and U.S. Lundstrom. 2000. Distribution and mobilization of Al, Fe, and Si in three podzolic soil profiles in relation to the humus layer. Geoderma. 94:249-263.
Jung, Y.T. 1986. Characteristics and genesis of terraces soils in Yeongnam area. V : Soil genesis and classification. Korean J. Soil Sci. Fert. 19(4):275-282.
Karl, T.R. and E.T. Kevin. 2003. Modern global climate change. Science 302:1719-1723.
Kim, G.Y. 2009. Emission and evaluation of greenhouse gas ( $CO_2,\;CH_4,\;N_2O$ ) in paddy and upland field. p. 25-29. Ph.D. Thesis. Chungbuk National University. Cheongju, Korea.
Knox, J.W., R.B. Mattews, and R. Wassmann. 2000. Using a crop/soil simulation model and GIS techniques to assess methane emissions from rice fields in Asia. III. Databases. Nutr. Cycl. Agroecosyst. 58:179-199.
Ko, J.Y., J.S. Lee, K.S. Woo, S.B. Song, J.R Kang, M.C. Seo, D.Y. Kwak, B.G. Oh, and M.H. Nam. 2011. Effects of soil organic matter contents, paddy types and agricultural climatic zone on CH4 emissions from rice paddy field. Korean J. Soil Sci. Fert. 44(5):887-894.
Lee, G.B., J.G. Kim, C.W. Park, Y.K. Shin, D.B. Lee, and J.D. Kim. 2005. Effects of irrigation water depth on greenhouse gas emission in paddy field. Korean J. Soil Sci. Fer. 38(3): 150-156.
Lee, S.B., C.H. Lee, K.Y. Jung, K.D. Park, D.K. Lee, and P.J. Kim. 2009. Changes of soil organic carbon and its fractions in trlation to soil physical properties in a longterm fertilizerd paddy. Soil Till. Res. 104:227-232.
Loeppert, R.H. and W.P. Inskeep. 1996. Iron. p. 639-664. In D.L. Sparks et al.(ed.). Method of soil analysis., part 3. Chemical methods. Soil Science Society of America. Madison, WI, USA.
Mattews, R.B., R. Wassmann, and J. Arah. 2000. Using a crop/soil simulation model and GIS techniques to assess methane emissions from rice fields in Asia. I. Model development. Nutr. Cycl. Agroecosyst. 58:141-159.
NIAST. 1992. Introduction of Korean soil. National Institute of Agricultural Science and Technology, Suwon, Korea (In Korean).
NIAST. 2000a. Taxonomical classification of Korean soil. National Institute of Agricultural Science and Technology, Suwon, Korea.
NIAST. 2000b. Method of analysis soil and plant. National Institute of Agricultural Science and Technology, Suwon, Korea (In Korean).
NIAST. 2009a. Estimating greenhouse gas emissions and removals in croplands. p. 11-15. National Institute of Agricultural Science and Technology, Suwon, Korea (In Korean).
NIAST. 2009b. Technique of rice cultivation for reducing a greenhouse gas emissions. p. 29-30. National Institute of Agricultural Science and Technology, Suwon, Korea (In Korean).
Rodhe, H. 1990. A comparison of the contribution of various gases to the greenhouse effect. Science. 247:1217-1219.
Rowell, D.L. 1994. Air in soils-Supply and demand. p. 125-129. Soil Science : Method and applications. Longman Scientific and Technical, Larlow, Essex, England.
Schutz, H., W. Seiler, and R. Conrad. 1990. Influence of soil temperature on methane emission from paddy fields. Biochemistry. 11:77-95.
Thompson, A., O.A. Chadwick, D.G. Rancourt, and J. Chorover. 2006. Iron oxide crystallinity increases during soil redox oscillations. Geochimica et Cosmochimicha Acta. 70:1710-1727.
Trumbore, S.E. 1995. Use of isotopes and tracers in the study of emission and consumption of trace gases in terrestrial environments. p. 291-326. In Matson, P.A. and R.C. Harriss. (ed.). Biogenic trace gases : Measuring emission from soil and water. Blackwell science Ltd. Osney Mead, Oxford, UK.
Van Bodegom, P., J. Goudriaan, and P. Leffelaar. 2001. A mechanistic model on methane oxidation in a rice rhizosphere. Biochemistry. 55:145-177.
Wassmann, R., H.U. Neue, R.S. Lantin, L.V. Buendia, and H. Rennenberg. 2003. Characterization of methane emissions from rice fields in Asia. I. Comparison among field sites in five countries. Nutr. Cycl. Agroecosyst. 58:1-12.
Yan, X.Y., T. Ohara, and H. Akimoto. 2003. Development of region specific emission factors and estimation of methane emission from rice fields in East, Southeast and South Asian countries. Global Change Biol. 9:237-254.
Yang, S.S. and H.L. Chang. 1999. Diurnal variation of methane emission from paddy fields at different growth stages of rice cultivation in Taiwan. Agric. Ecosyst. Environ. 76:75-84.
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