[논문]Comparison of the effect of peat moss and zeolite on ammonia volatilization as a source of fine particulate matter (PM 2.5) from upland soil

Park, Seong Min; Hong, Chang Oh

doi:10.7744/kjoas.20190073

[국내논문] Comparison of the effect of peat moss and zeolite on ammonia volatilization as a source of fine particulate matter (PM 2.5) from upland soil 원문보기

Korean journal of agricultural science, v.46 no.4, 2019년, pp.907 - 914

Park, Seong Min (Department of Life Science and Environmental Biochemistry, Pusan National University) , Hong, Chang Oh (Department of Life Science and Environmental Biochemistry, Pusan National University)

Abstract ▼ AI-Helper

Ammonia (NH3) that reacts with nitric or sulfuric acid in the air is the major culprit contributing to the formation of fine particulate matter (PM2.5). NH3 volatilization mainly originates from nitrogen fertilizer and livestock manure applied to arable soil. Cation exchange capacity (CEC) of peat moss (PM) and zeolite (ZL) is high enough to adsorb ammonium (NH4+) in soil. Therefore, they might inhibit volatilization of NH3. The objective of this study was to compare the effect of PM and ZL on NH3 volatilization from upland soil. For this, a laboratory experiment was carried out, and NH3 volatilization from the soil was monitored for 12 days. PM and ZL were added at the rate of 0, 1, 2, and 4% (wt wt-1) with 354 N g m-2 of urea. Cumulative NH3-N volatilization decreased with increasing addition rate of both materials. Mean value of cumulative NH3-N volatilization across application rate with PM was lower than that with ZL. CEC increased with increasing addition rate of both materials. While the soil pH increased with ZL, it decreased with PM. Increase in CEC resulted in NH4+ adsorption on the negative charge of the external surface of both materials. In addition, decrease in soil pH hinders the conversion of NH4+ to NH3. Based on the above results, the addition of PM or ZL could be an optimum management to reduce NH3 volatilization from the soil. However, PM was more effective in decreasing NH3 volatilization than ZL due to the combined effect of CEC and pH.

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. Chemical properties of the soil used in this study.
표 Table 2. Chemical properties of the adsorbents used in this study.
그림 Fig. 1. NH₃-N flux from soils amended with different rates of (a) peat moss and (b) zeolite for 12 days. Error
표 Table 3. Cumulative NH₃-N volatilization from soils amended with different rates of peat moss and zeolite for 12 days
표 Table 4. Change of cation exchange capacity (CEC) of soils amended with different rates of peat moss and zeolite after 12 days.
표 Table 5. Change of pH of soils amended with diferent rates of peat moss and zeolite after 12 days.

AI 본문요약
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문제 정의

의 휘산량을 줄일 수 있을 것으로 예상하였다. 따라서 본 연구는 가장 많이 사용되는 질소질 비료인 요소를 밭토양에 시용하였을 때, 피트모스와 지올라이트의 처리에 따른 NH₃ 발생 저감능을 비교하여 최적의 NH₄⁺ 흡착제재를 선발하고자 실시되었다.

제안 방법

공시토양을 채취하여 풍건세토 후 2 mm 체로 걸러냈다. 200 mL 플라스틱 용기에 건조한 토양 100 g을 넣고 질소 원으로서 요소를 354 N g m^-2 수준으로 처리하였다. 또한 피트모스와 지올라이트를 각각 0, 1, 2, 4% (wt wt -1 ) 수준으로 처리한 후 토양과 고르게 섞어주었다.
요소 비료가 투입된 후 대부분의 NH₃ 가스가 초기에 배출되는 특성상 NH₃ 포집 시간을 점차 늘려갔다. NH₃ 가스는 시험 시작 후 5 일동안은 4 시간마다 포집을 진행하였으며, 이후 8 일차까지는 6 시간, 10 일차까지는 12 시간, 12 일차까지는 24 시간마다 포집을 진행하였다.
200 mL 플라스틱 용기에 건조한 토양 100 g을 넣고 질소 원으로서 요소를 354 N g m^-2 수준으로 처리하였다. 또한 피트모스와 지올라이트를 각각 0, 1, 2, 4% (wt wt -1 ) 수준으로 처리한 후 토양과 고르게 섞어주었다. 토양 내 수분함량이 공극 부피의 60% 가 되도록 증류수를 첨가하였다.

대상 데이터

본 연구를 수행하기 위해 경남 밀양시 부북면 오례리에 소재하는 부산대학교 부속농장 밭토양(35°30'07.6"N 128° 43'16.0"E)을 공시토양으로 선정하였다. 공시토양의 pH는 6.
시판되는 피트모스와 시약용 지올라이트를 공시제재로 이용하였다. 사용된 피트모스와 지올라이트의 pH는 각각 3.

데이터처리

처리간 차이를 비교하기 위하여 조사된 자료는 ANOVA 검증을 통하여 분석하였다. F-test 결과 값이 p < 0.05의 범위에서 유의한 경우에만 최소 유의차 검정(least significant difference test, LSD) 을 실시하였다.
0, Analytical Software, Tallahassee, USA)을 이용하여 실시하였다. 처리간 차이를 비교하기 위하여 조사된 자료는 ANOVA 검증을 통하여 분석하였다. F-test 결과 값이 p < 0.

이론/모형

pH와 EC는 토양 및 제재와 증류수의 비를 각각 1 : 5 와 1 : 10 으로 침출하여 pH meter (Orion Star A215, Thermo Fisher Scientific, USA)로 측정하였다. 유기물 함량은 Wakley and Black법(Nelson and Sommers, 1996)을 이용하여 분석 하였고 총 질소 함량은 Kjeldahl법을 이용하여 분석하였다. 유효인산의 함량은 Lancaster method (NIAST, 1988)을 이용하여 비색법으로 분석하였다.
유기물 함량은 Wakley and Black법(Nelson and Sommers, 1996)을 이용하여 분석 하였고 총 질소 함량은 Kjeldahl법을 이용하여 분석하였다. 유효인산의 함량은 Lancaster method (NIAST, 1988)을 이용하여 비색법으로 분석하였다. 치환성 양이온 K⁺, Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺을 분석하기 위해 침출액 1 M NH₄OAc를 pH 7.
가스 포집 시 각 처리구의 챔버 내 온도를 측정하여 flux 계산에 이용하였다. 황산에 포집된 NH₃ 농도의 정량 분석을 위해 indophenol blue 법(Searle, 1984)을 통해 UV-VIS Spectrophotometer (Optizen 3200, Mecasys Co., Ltd., Korea) 를 이용하여 667 nm의 파장에서 NH₄⁺이온의 농도를 측정하였다.

성능/효과

실내시험 기간 동안 요소 처리에 따른 NH₃ 휘산량은 무처리구에 비해 피트모스와 지올라이트 처리구에서 유의 하게 감소하는 결과를 나타냈다. 피트모스와 지올라이트의 높은 CEC의 영향으로 토양 내 CEC가 증가하였고 지올 라이트를 처리한 처리구의 CEC가 더 높아 NH₄⁺흡착 반응을 통해 NH₃ 휘산량이 저감된 것으로 판단된다.
휘산량은 무처리구에 비해 피트모스와 지올라이트 처리구에서 유의 하게 감소하는 결과를 나타냈다. 피트모스와 지올라이트의 높은 CEC의 영향으로 토양 내 CEC가 증가하였고 지올 라이트를 처리한 처리구의 CEC가 더 높아 NH₄⁺흡착 반응을 통해 NH₃ 휘산량이 저감된 것으로 판단된다. 피트모스의 경우 CEC 증대뿐만 아니라 토양의 pH를 감소시켜 NH₄⁺이 NH₃로 휘산되는 반응을 억제함으로써 지올라이트보다 NH₃ 휘산량 저감효과가 더 우수한 것으로 나타났다.
피트모스와 지올라이트의 높은 CEC의 영향으로 토양 내 CEC가 증가하였고 지올 라이트를 처리한 처리구의 CEC가 더 높아 NH₄⁺흡착 반응을 통해 NH₃ 휘산량이 저감된 것으로 판단된다. 피트모스의 경우 CEC 증대뿐만 아니라 토양의 pH를 감소시켜 NH₄⁺이 NH₃로 휘산되는 반응을 억제함으로써 지올라이트보다 NH₃ 휘산량 저감효과가 더 우수한 것으로 나타났다. 따라서 피트모스 또는 지올라이트를 농경지 밭토양에 시용할 경우 토양으로부터 발생하는 NH₃ 휘산량을 줄임으로써 주요 미세먼지 원인물질인 NH₃ 의 저감방안으로 활용할수 있을 것이다.

후속연구

피트모스의 경우 CEC 증대뿐만 아니라 토양의 pH를 감소시켜 NH₄⁺이 NH₃로 휘산되는 반응을 억제함으로써 지올라이트보다 NH₃ 휘산량 저감효과가 더 우수한 것으로 나타났다. 따라서 피트모스 또는 지올라이트를 농경지 밭토양에 시용할 경우 토양으로부터 발생하는 NH₃ 휘산량을 줄임으로써 주요 미세먼지 원인물질인 NH₃ 의 저감방안으로 활용할수 있을 것이다. 하지만 장기적으로 보았을 때, 토양의 환경조건이 달라짐에 따라 피트모스나 지올라이트에 흡착된 NH₄⁺이 다시 NH₃로 전환될 수 있을 것으로 판단된다.
하지만 장기적으로 보았을 때, 토양의 환경조건이 달라짐에 따라 피트모스나 지올라이트에 흡착된 NH₄⁺이 다시 NH₃로 전환될 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 현장조건의 밭토양에 두 제재가 장기적으로 시용되었을 때 NH₃ 의 배출양상에 대한 평가 및 토양의 이화학적 특성, 작물의 안전성 및 생산성에 미치는 영향에 대한 추가 적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	암모니아(NH3)는?	암모니아(NH3)는 대기 중 황산, 질산 등과 반응하여 황산암모늄, 질산암모늄 등과 같은 2차 미세먼지(PM2.5, secondary particulate matter)를 생성하는 주요 미세먼지 원인물질이다(KEI, 2017). PM2.
	PM2.5는 2.5 μm 이하 크기의 미세먼지의 특징은?	5는 2.5 μm 이하 크기의 미세먼지로, 10 μm 이하 크기의 미세먼지인 PM10보다 상대 적으로 표면적이 넓어 질산염, 비소, 납, 수은 등과 같은 유해물질이 더 잘 흡착될 수 있다(Kim et al., 2002). PM2.
	리그닌 등의 물질을 다량 포함하고 있어 알코올이나 알데하이드, 케톤과 같은 음하전 작용기를 가지는 것은?	Sharma and Forster (1993)에 따르면 피트모스는 200 m2g-1 이상의 넓은 표면적과 95%의 높은 공극률을 가진다. 또한 리그닌 등의 물질을 다량 포함하고 있어 알코올이나 알데하이드, 케톤과 같은 음하전 작용기를 가진다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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