과수원에서 발생하는 전정가지 부산물로부터 생산한 바이오매스탄화물의 토양내 처리효과를 구명하기 위하여 배 전정가지를 활용하여 탄화물을 생산하고 이를 배 과원 토양에 투입하여 토양 화학성 변화와 토양 탄소 저장 잠재량을 비교 검토하였다. 배 전정가지 유래 탄화물은 방향족 화합물 형태를 유지하고 탄소함량도 62%로 매우 높았으며, 과원 토양의 유기물함량은 탄화물의 투입량이 많을수록 통계적으로 유의하게 증가하였다. 탄화물 투입 166일 후 토양 탄소저장 잠재량은 바이오매스 탄화물 시용 수준이 높을수록 증가하는 경향을 나타냈으며, 통계적으로 유의한 차이를 나타냈다. 대조구, C-1 그리고 C-2 처리구에서 각각 토양 탄소저장 잠재량은 40.1, 49.3 그리고 57.8 Mg/ha으로 나타났다. 토양 탄소저장 잠재량은 탄화물 투입량에 따라 고도로 높은 상관관계 (P < 0.001)를 나타내며 증가하였다. 기울기가 1.496인 1차 회귀방정식을 나타냈으며, 탄화물 투입량이 100 kg/ha 높아질수록 토양 탄소 저장 잠재량은 0.1496 Mg/ha 증가하였다. 이러한 결과를 미루어 볼 때 장기간 동안 지속적으로 바이오매스 탄화물을 시용한다면 토양 탄소의 중요한 공급원이 되며 결론적으로 농경지가 토양 탄소저장원으로서의 역할을 할 수 있을 것으로 판단된다.
과수원에서 발생하는 전정가지 부산물로부터 생산한 바이오매스 탄화물의 토양내 처리효과를 구명하기 위하여 배 전정가지를 활용하여 탄화물을 생산하고 이를 배 과원 토양에 투입하여 토양 화학성 변화와 토양 탄소 저장 잠재량을 비교 검토하였다. 배 전정가지 유래 탄화물은 방향족 화합물 형태를 유지하고 탄소함량도 62%로 매우 높았으며, 과원 토양의 유기물함량은 탄화물의 투입량이 많을수록 통계적으로 유의하게 증가하였다. 탄화물 투입 166일 후 토양 탄소저장 잠재량은 바이오매스 탄화물 시용 수준이 높을수록 증가하는 경향을 나타냈으며, 통계적으로 유의한 차이를 나타냈다. 대조구, C-1 그리고 C-2 처리구에서 각각 토양 탄소저장 잠재량은 40.1, 49.3 그리고 57.8 Mg/ha으로 나타났다. 토양 탄소저장 잠재량은 탄화물 투입량에 따라 고도로 높은 상관관계 (P < 0.001)를 나타내며 증가하였다. 기울기가 1.496인 1차 회귀방정식을 나타냈으며, 탄화물 투입량이 100 kg/ha 높아질수록 토양 탄소 저장 잠재량은 0.1496 Mg/ha 증가하였다. 이러한 결과를 미루어 볼 때 장기간 동안 지속적으로 바이오매스 탄화물을 시용한다면 토양 탄소의 중요한 공급원이 되며 결론적으로 농경지가 토양 탄소저장원으로서의 역할을 할 수 있을 것으로 판단된다.
BACKGROUND: Carbonized biomass is increasingly used as a tool of soil carbon sequestration. The objective of this study was to evaluate soil carbon storage to application of carbonized biomass derived from pear tree pruning.METHODS AND RESULTS: The carbonized biomass was a mobile pyrolyzer with fiel...
BACKGROUND: Carbonized biomass is increasingly used as a tool of soil carbon sequestration. The objective of this study was to evaluate soil carbon storage to application of carbonized biomass derived from pear tree pruning.METHODS AND RESULTS: The carbonized biomass was a mobile pyrolyzer with field scale, which a reactor was operated about 400~500℃ for 5 hours. The treatments were consisted of a control without input of carbonized biomass and two levels of carbonized biomass inputs as 6.06 Mg/ha, C-1 and 12.12 Mg/ha, C-2. It was shown that the soil carbon pools were 49.3 Mg/ha for C-1, 57.8 Mg/ha for C-2 and 40.1 Mg/ha for the control after experimental periods. The contents of accumulated soil carbon pool were significantly (P < 0.001) increased with enhancing the carbonized biomass input amount. The slopes (1.496) of the regression equations are suggested that carbon storage from the soil was increased about 0.1496 Mg/ha with every 100 kg/ha of carbonized biomass input amount.CONCLUSION: Our results suggest that application of carbonized biomass would be increased the soil carbon contents due to a highly stable C-matrix of carbonized biomass. More long-term studies are needed to be proved how long does carbon stay in orchard soils.
BACKGROUND: Carbonized biomass is increasingly used as a tool of soil carbon sequestration. The objective of this study was to evaluate soil carbon storage to application of carbonized biomass derived from pear tree pruning.METHODS AND RESULTS: The carbonized biomass was a mobile pyrolyzer with field scale, which a reactor was operated about 400~500℃ for 5 hours. The treatments were consisted of a control without input of carbonized biomass and two levels of carbonized biomass inputs as 6.06 Mg/ha, C-1 and 12.12 Mg/ha, C-2. It was shown that the soil carbon pools were 49.3 Mg/ha for C-1, 57.8 Mg/ha for C-2 and 40.1 Mg/ha for the control after experimental periods. The contents of accumulated soil carbon pool were significantly (P < 0.001) increased with enhancing the carbonized biomass input amount. The slopes (1.496) of the regression equations are suggested that carbon storage from the soil was increased about 0.1496 Mg/ha with every 100 kg/ha of carbonized biomass input amount.CONCLUSION: Our results suggest that application of carbonized biomass would be increased the soil carbon contents due to a highly stable C-matrix of carbonized biomass. More long-term studies are needed to be proved how long does carbon stay in orchard soils.
따라서 탄화물의 생산과 수송비용을 줄일 수 있도록 농가단위에서 직접 탄화물을 제조하고 이용할 수 있는 현장실용연구가 필요한 상황이다. 본 연구는 소규모 농가 단위에서 이용할 수 있는 탄화장치를 활용하여 과수 전정가지 부산물 바이오매스로부터 탄화물을 제조하고 그 특성을 분석하였다. 그리고 과수 농경지에 환원하여 토양 화학성 변화와 토양 탄소저장 잠재량을 비교 검토하였다.
제안 방법
73 g/kg 이였으며, 탄질비 (C/N ratio)는 131이였다 (Table 2). Jung (2011)은 본 연구의 탄화장치와 같은 원리의 장비를 이용해 목화대, 밀집, 수수대, 옥수수대, 왕겨 등 다양한 농업부산물을 탄화물을 생산하고 분석하였다. 그 결과 탄소함량의 범위는 481 ~ 697 g/kg, 질소함량의 범위는 5.
3%)을 100%로 하여 무처리 (Control), 100% (C-1), 200% (C-2) 수준으로 시험구를 배치하였다. 결과적으로 Control, C-1, C-2 처리구의 바이오매스 탄화물 처리량은 각각 0, 6.06, 12.12 Mg/ha 시용하였다. 탄화물 투입을 제외하고 모든 시험구에서 관행적인 병해충방제 등의 동일한 영농활동을 하여 탄화물 투입에 따른 토양탄소 증대에 미치는 영향을 비교·검증하는 시험을 하였다.
본 연구는 소규모 농가 단위에서 이용할 수 있는 탄화장치를 활용하여 과수 전정가지 부산물 바이오매스로부터 탄화물을 제조하고 그 특성을 분석하였다. 그리고 과수 농경지에 환원하여 토양 화학성 변화와 토양 탄소저장 잠재량을 비교 검토하였다.
3%를 기준으로 정하였다. 따라서 ha당 바이오매스 탄화물 6.06 Mg (배 전정가지 발생량 42.3%)을 100%로 하여 무처리 (Control), 100% (C-1), 200% (C-2) 수준으로 시험구를 배치하였다. 결과적으로 Control, C-1, C-2 처리구의 바이오매스 탄화물 처리량은 각각 0, 6.
배 전정가지 탄화물 투입이 토양에 미치는 영향 요인을 파악하기 위하여 탄화물 자체의 특성을 분석하였다. 탄화물을 건조 후 40 mesh로 분쇄한 시료를 사용하여 pH, EC, 총 탄소, 총 질소, X-선 형광도 (X-ray fluorescence), 적외선 분광도(Fourier-transform infrared spectroscopy)를 분석하였다.
탄화물 투입을 제외하고 모든 시험구에서 관행적인 병해충방제 등의 동일한 영농활동을 하여 탄화물 투입에 따른 토양탄소 증대에 미치는 영향을 비교·검증하는 시험을 하였다. 시험 처리구당 면적은 배 나무 재식거리를 고려하여 4 × 5 m로 난괴법 3반복으로 배치 후 포장실험을 수행하였다. 바이오매스 탄화물은 배 꽃의 수정기가 지난 직후 2015년 4월 9일 투입하였고 지하부 20 cm 깊이까지 혼합하였다.
pH는 토양을 증류수와 1:5 (W/V)로 혼합한 후 30분간 교반하여 pH meter (Orion 4 star, Thermo, Singapore)로 측정하였고, EC는 pH 측정 후 토양용액을 #42 여과지로 여과 후 EC meter (Orion 4 star, Thermo, Singapore)를 이용하여 측정하였다. 총 탄소와 유기물은 TOC-meter (Vario TOC cube, Elementar, Germany)로 분석하였으며, 유기물은 토양시료에 2 M HCl을 기포가 발생하지 않을때까지 침출 건조시켜 무기탄소 성분을 제거 후 TOC 분석기로 분석하였다 (Wang et al., 2012). 총 질소는 CN analyzer (Vario Max CN, Elementar, Germany), 유효인산은 Lancaster법으로 720 nm 파장에서 비색계 (AU/CARY 300, Varian, Australia)로 분석하였다.
12 Mg/ha 시용하였다. 탄화물 투입을 제외하고 모든 시험구에서 관행적인 병해충방제 등의 동일한 영농활동을 하여 탄화물 투입에 따른 토양탄소 증대에 미치는 영향을 비교·검증하는 시험을 하였다. 시험 처리구당 면적은 배 나무 재식거리를 고려하여 4 × 5 m로 난괴법 3반복으로 배치 후 포장실험을 수행하였다.
배 전정가지 탄화물 투입이 토양에 미치는 영향 요인을 파악하기 위하여 탄화물 자체의 특성을 분석하였다. 탄화물을 건조 후 40 mesh로 분쇄한 시료를 사용하여 pH, EC, 총 탄소, 총 질소, X-선 형광도 (X-ray fluorescence), 적외선 분광도(Fourier-transform infrared spectroscopy)를 분석하였다. pH는 탄화물을 증류수와 1:10 (W/V)로 혼합한 후 30분간 교반하여 pH meter (Orion 4 star, Thermo, Singapore)로 측정하였고, EC는 pH 측정 후 용액을 #42 여과지로 여과 후 EC meter (Orion 4 star, Thermo, Singapore)를 이용하여 측정하였다.
토양시료는 탄화물 투입에 따른 토양이화학성 변화와 탄소저장효과를 파악하기 위해 시험구내에서 탄화물 투입 직 후와 배 열매 수확기 후인 탄화물 투입 166일 후 시료를 채취하였다. 토양시료 채취는 5 ~ 20 cm를 대상으로 토양채취용 오거를 활용하여 격자용으로 각각 5개씩 채취하여 혼합시료로 사용하였다.
대상 데이터
33년생 Y자형 신고배(Pyrus pyrifolia Nakai cv. Niitaka)가 6.0 × 4.5 m로 재식되어 있고 30년 이상 배 나무를 재배한 토양을 대상으로 수행하였다. 시험토양의 이화학적 특성은 토양화학분석법 (NIAS, 2000)에 준하여 분석한 결과 Table 1과 같았다.
시험 처리구당 면적은 배 나무 재식거리를 고려하여 4 × 5 m로 난괴법 3반복으로 배치 후 포장실험을 수행하였다. 바이오매스 탄화물은 배 꽃의 수정기가 지난 직후 2015년 4월 9일 투입하였고 지하부 20 cm 깊이까지 혼합하였다.
본 연구는 전라남도 나주시 봉황면에 위치한 배 과수원 포장 (126˚75′17″N 34˚93′57″E)에서 수행하였다. 33년생 Y자형 신고배(Pyrus pyrifolia Nakai cv.
본 연구에 사용한 바이오매스 탄화물은 전년도에 발생한 배 전정가지를 수거, 건조 과정과 파쇄 등의 전처리 과정을 거친 후 탄화하였다. 탄화조건은 최대한 공극을 줄여 산소공급을 제한조건으로 만든 후 탄화장치 (OCF-400)에 넣어 400 ~ 500℃에서 5시간 동안 열분해 제조하였다.
시험토양의 이화학적 특성은 토양화학분석법 (NIAS, 2000)에 준하여 분석한 결과 Table 1과 같았다. 토성은 모래 49.5%, 미사 24.9%, 점토 25.6%의 양토 (loam)이다. 화학적 특성은 토양산도 (pH) 7.
토양시료는 탄화물 투입에 따른 토양이화학성 변화와 탄소저장효과를 파악하기 위해 시험구내에서 탄화물 투입 직 후와 배 열매 수확기 후인 탄화물 투입 166일 후 시료를 채취하였다. 토양시료 채취는 5 ~ 20 cm를 대상으로 토양채취용 오거를 활용하여 격자용으로 각각 5개씩 채취하여 혼합시료로 사용하였다. 토양분석은 토양 화학분석법 (NIAS, 2000)에 준하여 토양산도, 전기전도도, 유기물, 총 탄소, 총 질소, 유효인산 및 치환성 양이온을 분석하였다.
이론/모형
5 m로 재식되어 있고 30년 이상 배 나무를 재배한 토양을 대상으로 수행하였다. 시험토양의 이화학적 특성은 토양화학분석법 (NIAS, 2000)에 준하여 분석한 결과 Table 1과 같았다. 토성은 모래 49.
토양분석은 토양 화학분석법 (NIAS, 2000)에 준하여 토양산도, 전기전도도, 유기물, 총 탄소, 총 질소, 유효인산 및 치환성 양이온을 분석하였다. 입경분포는 피펫법으로 분석하였으며, 토성은 미국농무성법 분류기준을 따랐다 (Gee and Bauder, 1986). pH는 토양을 증류수와 1:5 (W/V)로 혼합한 후 30분간 교반하여 pH meter (Orion 4 star, Thermo, Singapore)로 측정하였고, EC는 pH 측정 후 토양용액을 #42 여과지로 여과 후 EC meter (Orion 4 star, Thermo, Singapore)를 이용하여 측정하였다.
, 2012). 총 질소는 CN analyzer (Vario Max CN, Elementar, Germany), 유효인산은 Lancaster법으로 720 nm 파장에서 비색계 (AU/CARY 300, Varian, Australia)로 분석하였다. 치환성 양이온은 1 M NH4OAc (pH 7.
토양시료 채취는 5 ~ 20 cm를 대상으로 토양채취용 오거를 활용하여 격자용으로 각각 5개씩 채취하여 혼합시료로 사용하였다. 토양분석은 토양 화학분석법 (NIAS, 2000)에 준하여 토양산도, 전기전도도, 유기물, 총 탄소, 총 질소, 유효인산 및 치환성 양이온을 분석하였다. 입경분포는 피펫법으로 분석하였으며, 토성은 미국농무성법 분류기준을 따랐다 (Gee and Bauder, 1986).
성능/효과
, 2006). 시험초기 토양 내 치환성 양이온 K, Ca, Mg 함량 모두 대조구 보다 탄화물이 투입된 처리구에서 투입량이 많을수록 치환성 양이온량 함량이 높게 나타났다. 이는 탄화물이 다공성으로 표면적이 넓은 이유도 있지만 전체적으로 표면이 음전하를 가지고 있고 전하밀도가 낮아 (Liang et al.
9%로 함량이 높아 토양에 투입시 산성개량효과 및 토양산도 값을 높일 것으로 예상되었지만, 기본 토양의 pH값이 높아 탄화물 투입에 따른 효과는 미미하게 나타났다. 유기물 함량은 32.1 ~ 65.9 g/kg 범위로 나타났으며, 탄화물의 투입량이 증가 할수록 유기물함량은 통계적 유의한 차이를 보이며 증가하였다. 탄화물 투입에 따른 유기물 함량의 증가는 물리적으로 입단형성, 화학적으로 토양 완층능 증대 그리고 유용 미생물 증가 등의 종합적인 개선 효과가 있을 것으로 기대된다 (Sohn and Han, 2000).
5% 비율로 낮아지는 경향을 나타냈다. 유효인산 함량도 대조구에서는 2,050 mg/kg이였고, 탄화물이 투입된 처리구에서 2,472 ~ 2,618 mg/kg의 범위로 탄화물이 투입된 처리구에서 높았으며 통계적 유의성을 보였다. 이러한 결과는 탄화물 특성 상 토양 내에서 표면적이 큰 다공성 형태를 지니고 있어 양분 흡착능이 일반적인 유기물보다 크게 나타나 토양 내 총 질소 함량과 유효인산 함량을 높이는데 기인한다고 볼 수 있다 (Liang et al.
5 범위였으며, 탄화물의 투입량에 따른 통계적 차이는 나타나지 않았다. 탄화물의 구성비율 중 산화칼슘 (CaO)이 15.9%로 함량이 높아 토양에 투입시 산성개량효과 및 토양산도 값을 높일 것으로 예상되었지만, 기본 토양의 pH값이 높아 탄화물 투입에 따른 효과는 미미하게 나타났다. 유기물 함량은 32.
탄화물 투입에 따른 유기물 함량의 증가는 물리적으로 입단형성, 화학적으로 토양 완층능 증대 그리고 유용 미생물 증가 등의 종합적인 개선 효과가 있을 것으로 기대된다 (Sohn and Han, 2000). 토양의 총 질소 함량은 대조구에서 2.56 g/kg이였고, 탄화물이 투입된 처리구에서 2.50 ~ 2.71 g/kg의 범위로 탄화물 처리구에서 소폭 높아졌지만, 통계적으로 유의한 차이는 발생하지 않았다. 그리고 166일 후 질소함량은 7.
후속연구
, 2011). 따라서 탄화물 시용에 대한 종합적인 연구결과를 해석 및 확인하기 위해 탄화물 장기연용 등 추가연구가 필요할 것으로 판단된다.
9 g/kg 범위로 나타났으며, 탄화물의 투입량이 증가 할수록 유기물함량은 통계적 유의한 차이를 보이며 증가하였다. 탄화물 투입에 따른 유기물 함량의 증가는 물리적으로 입단형성, 화학적으로 토양 완층능 증대 그리고 유용 미생물 증가 등의 종합적인 개선 효과가 있을 것으로 기대된다 (Sohn and Han, 2000). 토양의 총 질소 함량은 대조구에서 2.
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