[논문]과수원 토양의 탄화물 시용에 따른 아산화질소 발생량 감소와 토양탄소 증가효과

이선일; 김건엽; 최은정; 이종식; 정현철

doi:10.5338/kjea.2017.36.2.13

초록
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본 연구는 농가에서 버려지는 부산물을 탄화물로 변환한 후 토양에 적용하여 토양의 화학적 특성 변화와 온실가스 발생량을 비교하였다 탄화물로의 활용은 세 가지의 장점이 있었다. 첫 번째 버려지는 자원은 활용하여 재이용한 측면, 두 번째 농경지의 토양탄소 함량을 증진 시킬 수 있는 측면, 세 번째 농경지에서 발생하는 아산화질소를 줄일 수 있는 측면에서 유용할 것으로 판단된다. 하지만 $N_2O$ 감축기작에 대한 정확한 파악을 위해 질소순환과 연계된 추가적인 연구가 필요하다.

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BACKGROUND: Carbonized biomass is a carbon-rich solid product obtained by the pyrolysis of biomass. It has been suggested to mitigate climate change through increased carbon storage and reduction of greenhouse gas emission. The objective of this study was to evaluate carbon dioxide ($CO_2$

BACKGROUND: Carbonized biomass is a carbon-rich solid product obtained by the pyrolysis of biomass. It has been suggested to mitigate climate change through increased carbon storage and reduction of greenhouse gas emission. The objective of this study was to evaluate carbon dioxide ($CO_2$) and nitrous oxide ($N_2O$) emissions from soil after carbonized biomass addition. METHODS AND RESULTS: The carbonized biomass was made from a pyrolyzer, which a reactor was operated about $400{\sim}500^{\circ}C$ 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 for CB-1 and 12.12 Mg/ha for CB-2. Emissions of $CO_2$ and $N_2O$ from orchard soil were determined using closed chamber for 13 weeks at $25^{\circ}C$ of incubation temperature. It was shown that the cumulative $CO_2$ were $209.4g\;CO_2/m^2$ for CB-1, $206.4g\;CO_2/m^2$ for CB-2 and $214.5g\;CO_2/m^2$ for the control after experimental periods. The cumulative $CO_2$ emission was similar in carbonized biomass input treatment compared to the control. It was appeared that cumulative $N_2O$ emissions were $4,478mg\;N_2O/m^2$ for control, $3,227mg\;N_2O/m^2$ for CB-1 and$ 2,324mg\;N_2O/m^2$ for CB-2 at the end of experiment. Cumulative $N_2O$ emission contents significantly decreased with increasing the carbonized biomass input. CONCLUSION: Consequently the carbonized biomass from byproducts such as pear branch residue could suppress the soil $N_2O$ emission. The results fromthe study imply that carbonized biomass can be utilized to reduce greenhouse gas emission from the orchard field.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한, 화학적 특성변화로 인해 온실가스 발생량 변화연구는 연구결과가 다양하기 때문에 원인을 해석하는 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 과수원에서 발생하는 부산물인 전정가지로부터 탄화물을 제조하고 토양에 투입하였을 때 토양 탄소함량, 화학성 변화 및 온실가스로 CO₂와 N₂O 발생량을 비교 검토하였다,

제안 방법

06 Mg (배 전정가지 발생량 42.3%)을 100%로 하여 무처리(Control), 100% (CB1), 200% (CB2) 수준으로 시험구를 배치하였다 결과적으로 Control, CB1, CB2 처리구의 바이오매스 탄화물 처리량은 각각 0, 6.06, 12.12 Mg/ha 시용하였다. ;그리고 배 과원 비옥지 표준시비량에 해당되는 N-P-K (20-13-20 kg/10a)와 계분톱밥퇴비(425 kg/10a)를 모든 처리구에 투입 후 혼합하여 Closed chamber (∅ 9.0 cm, H 12.
3%를 기준으로 정하였다. 따라서 ha당 탄화물 6.06 Mg (배 전정가지 발생량 42.3%)을 100%로 하여 무처리(Control), 100% (CB1), 200% (CB2) 수준으로 시험구를 배치하였다 결과적으로 Control, CB1, CB2 처리구의 바이오매스 탄화물 처리량은 각각 0, 6.06, 12.

대상 데이터

본 연구는 전라남도 나주시 봉황면에 위치한 배 과수원 포장에서 양토(Loam; 126˚ 45′ 06″ N 34˚ 54′ 19″ E), 사양토(Sandy Loam; 126˚ 46′ 20″ N 34˚ 56′ 23″ E)를 각각 채취한 토양을 풍건 후 2 mm 체를 통과한 시료를 본 실험에 사용하였다. 양토의 입경분포는 모래 50.
본 연구에 사용한 바이오매스 탄화물은 전년도에 발생한 배 전정가지를 수거, 건조 과정과 파쇄 등의 전처리 과정을 거친 후 전북 고창의 왕겨숯 제조공장 탄화로를 이용하여 열분해하여 생산하였다. 탄화물의 TC는 620.

데이터처리

처리간의 차이를 비교하기 위하여 조사된 자료는 일반선형모형을 이용한 검증을 통하여 분석하였다. 또한, ANOVA F-test 결과 값이 P<0.05의 범위에서 유의한 경우에만 Duncan`s Multiple Range Test를 실시하였다.
탄화물 투입에 따른 토양 화학성 변화에 미치는 영향을 SAS 통계프로그램(버전 9.2) 을 이용하여 통계처리 하였다. 처리간의 차이를 비교하기 위하여 조사된 자료는 일반선형모형을 이용한 검증을 통하여 분석하였다.

이론/모형

양토 사양토의 토성은 각각 피펫법으로 분석하였으며, 토성은 미국농무성법 분류기준을 따랐다(Gee and Bauder, 1986). 토양시료의 탄화물 투입에 따른 토양이화학성 변화를 파악하기 위해 시험구내에서 항온배양 실험 종료 후 시료를 채취하였다.

성능/효과

3) 추후 추가적인 검토가 필요할 것으로 사료된다. 그리고 NO₃^- 함량은 질산화가 최대로 일어난 시점인 양토에서 36일, 사양토에서 51일까지 일어난 것은(Fig. 3) N₂O 마지막으로 배출되는 시점과 동일하여 (Fig. 2) 질산화과정 N₂O발생의 연관성이 높음을 확인할 수 있었다.
1). 토양에서 배출되는 CO₂는 토양탄소함량에 영향을 받지만, 탄화물 투입에 의해 증가된 토양탄소함량은 CO₂ 배출에 영향을 주지 않은 경향을 나타냈다(Fig. 1). ;즉 탄화물은 생물학적 분해의 영향을 받지 않는 난분해성 물질이기 때문에(Nicholset al., 2000; Ascough et al.
, 2005). 토양에서 배출되는 N₂O와 토양의NH₄⁺, NO₃^- 함량을 조사한 결과 양토와 사양토 모두에서 배출되는 N₂O는 탄화물 투입량이 많을수록 감소하였다. 양토에서 탄화물 투입량이 많을수록 누적 N₂O 발생량이 12.

후속연구

, 2014). 하지만 항온기간 중 무기태질소의 변화량은 탄화물 투입 수준에 따른 차이가 발생하지 않아(Fig. 3) 추후 추가적인 검토가 필요할 것으로 사료된다. 그리고 NO₃^- 함량은 질산화가 최대로 일어난 시점인 양토에서 36일, 사양토에서 51일까지 일어난 것은(Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탄화물 생성 방법은 무엇인가?	탄화물은 산소공급이 제한된 조건의 열분해 과정을 통해 만들어진다 이렇게 만들어진 탄화물의 탄소는 흑연질 상태이고, 방향족 화합물 형태이므로(Glaser et al., 1998) 토양 중에서 화학적으로 안전한 탄소결합 형태를 유지한다 (Mathews, 2008).
	무산소 조건의 열분해로 생성된 탄화물의 탄소 형태는?	탄화물은 산소공급이 제한된 조건의 열분해 과정을 통해 만들어진다 이렇게 만들어진 탄화물의 탄소는 흑연질 상태이고, 방향족 화합물 형태이므로(Glaser et al., 1998) 토양 중에서 화학적으로 안전한 탄소결합 형태를 유지한다 (Mathews, 2008).
	탄화물의 화학적으로 안전한 탄소결합 형태로 인한 특징은 무엇인가?	, 1998) 토양 중에서 화학적으로 안전한 탄소결합 형태를 유지한다 (Mathews, 2008). 이러한 특성 때문에 탄화물을 토양에 투입하면 토양 내에서 장기간 분해되지 않고 저장할 수 있어 탄소격리(Carbon sequestration) 측면에서 큰 효과가 있다고 알려져 있다(Lehmann, 2009; Singh et al., 2012).

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