초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
○ 거대억새 재배단지의 수질환경 분석
- 거대억새 재배단지의 pH는 인근 유휴농경지와 큰 차이가 없지만, EC, SS는 낮은 수치를 나타냄
- 거대억새 재배단지의 COD는 인근 유휴농경지에 비해 다소 낮았지만 2년차 거대억새 재배지의 경우 잔재하는 억새 부산물 등의 영향으로 1년차 억새단지보다 높은 수치를 나타냄
- T-N, T-P는 인근 유휴농경지와 거대억새 재배단지간 차이가 없는 것으로 나타남
○ 거대억새 재배단지의 토양환경 분석
- 유휴농경지와 거대억새 재배단지의 토양은 미사질

Ⅳ. 연구개발결과
○ 거대억새 재배단지의 수질환경 분석
- 거대억새 재배단지의 pH는 인근 유휴농경지와 큰 차이가 없지만, EC, SS는 낮은 수치를 나타냄
- 거대억새 재배단지의 COD는 인근 유휴농경지에 비해 다소 낮았지만 2년차 거대억새 재배지의 경우 잔재하는 억새 부산물 등의 영향으로 1년차 억새단지보다 높은 수치를 나타냄
- T-N, T-P는 인근 유휴농경지와 거대억새 재배단지간 차이가 없는 것으로 나타남
○ 거대억새 재배단지의 토양환경 분석
- 유휴농경지와 거대억새 재배단지의 토양은 미사질 양토로 구분되며, 거대억새의 재배년수가 경과할 수록 억새 부산물에 의한 토양산성화 경향이 보이나 확인을 위해서는 장기적인 모니터링이 필요할 것으로 보임
- 거대억새의 양이온교환용량은 일반적인 미사질 양토의 범위에 있으며 거대억새의 재배년수가 경과할 수록 토양의 전기전도도가 낮아지는 경향을 보이나 장기적인 모니터링이 필요할 것임
- 억새재배지와 유휴농경지 간의 T-N, T-P의 차이는 미미하며, 토양 중금속의 경우 재배년수가 경과할 수록 토양산성화 경향이 보이기 때문에 적절한 관리가 요구됨
- 거대억새 재배지의 토양탄소는 인근 유휴농경지와 차이가 없지만 토양 심도에 따른 탄소함량 차이를 보임
○ 거대억새 재배단지의 생태환경 조사
- 거대억새 재배지는 억새의 크기 및 밀도의 영향으로 외부식물의 생육이 낮으며, 비료 및 농약의 미살포 등의 영향으로 동물 및 곤충류의 서식이 인근 유휴농경지에 비해 높았음
○ 거대억새 재배, 수확, 전처리 등에 대한 경제성 평가
- 거대억새 생산함수 추정결과 거대억새 생장에 영향을 미치는 주요 인자는 광합성유효방사(PAR)로 나타났으며, 모델링 결과 평균 21.56 ton/ha, 최대 42.47 ton/ha의 생산량이 가능할 것으로 나타남
- 거대억새 최적 수확시기 산정결과 PAR와 일강우량에 따라 모의된 최적 수확시기는 식재 후 240일 정도로 예측되며, 바이오에탄올 생산시 경제성은 없는 것으로 나타남
- 거대억새 바이오에너지 생산에 따른 경제성 분석결과 억새의 생산성이 40 ton/ha로 향상되고, 근경의 납품비가 50% 수준으로 낮아져야 경재성이 확보될 것으로 판단

Abstract ▼

Miscanthus is one of the promising energy crops for producing bioethanol or bioenergy in many countries. A field of about 180 ha for M iscanthus plantation was started for demonstration near Geum River in 2011. Since the size of the field is much larger than those of traditional cultivation for one

Miscanthus is one of the promising energy crops for producing bioethanol or bioenergy in many countries. A field of about 180 ha for M iscanthus plantation was started for demonstration near Geum River in 2011. Since the size of the field is much larger than those of traditional cultivation for one single crop in this country, questions were raised if there are any environmental impacts from the energy crop plantation, particularly on water quality. In this study, water quality of runoff water from three different plots was analyzed for assessing the impacts of energy crop production. The results showed that there were no substantial differences among the plots; control, the first, and the second year growth fields. The concentrations of COD, T-N, and T-P were lower than those in runoff water from agricultural crop fields. The second year field showed a slight higher values of COD and T-N concentrations due to the biodegradation of residue of M iscanthus which was not cultivated for observation. Commercial planation of M iscanthus in a large scale would not result in a water quality problem when avoiding application of fertilizer as practiced in agricultural crop fields.
We also investigated the influence of the giant M iscanthus on the soil properties. The particle size, CEC, pH, EC, T-N, T-P, heavy metal total concentration, and heavy metal fractions of soil samples collected from abandoned field, 1 year old giant M iscanthus field, and 2 year old giant M iscanthus field at different depths of 0∼15, 15∼30, and 30∼45 cm in April and August were analyzed. Results showed that the CEC and pH of the soil of the giant M iscanthus field were lower than those of the soil of abandoned field. The EC of 2 year old giant M iscanthus field was lower than that of abandoned field, indicating that the giant M iscanthus may facilitate soil desalination process. The organic and sulfide fraction and residual fraction of heavy metals in the giant M iscanthus field was higher than in abandoned field, due to the low pH of the giant M iscanthus field and the excretion of phytosiderophores by rhizome of the giant M iscanthus.
To evaluate the ecological influence of the giant M iscanthus as an bioenergy crop for the future, we investigated the impact of the construction of the giant M iscanthus production fields on the biota and also compared it with biota in paddy fields near the study sites.
The biota including plants, amphibians, reptiles, mammals, avifauna, insects, and bugs was investigated. The plant diversity of the giant M iscanthus production fields was poorer than the paddy fields because the high height of the giant M iscanthus might hinder the growth of other plants. However, the giant M iscanthus production fields serves habitat to animals, leading to rich diversity of animals including avifauna, insects, and bugs. The rich diversity of the animals in the giant M iscanthus production fields coincides with the fact that the giant M iscanthus was grown without any pesticide, herbicide, and fertilizer.
To assess the economics feasibility of M iscanthus, the productivity and the cost of Miscanthus are identified as major variables. For the productivity, MISCANMOD, developed by Clifton-Brown (2004), is modified into STELLA. Local temperature and PAR (Photosynthetically Active Radiation) data in Korea are used. Water module (rainfall and evaporation) is modified. The simulation result shows that the productivity of M iscanthus in Korea is expected to be between 4.89∼42.47 ton/ha, depending on environment. The simulated average is 25.8 ton/ha with probability of 0.68. For the cost, preparation of the land, planting and harvest cost are considered. The propriety of cost of rhizome is found to loom large. For the benefit, the direct net benefit at farm level and the net benefit at social level (the direct net benefit + benefits from landscpae conservation, substitution of petroleum, reduction of carbon emission) are considered. A status quo analysis indicates that the economic feasibility of M iscanthus is not secured. Partial sensitivity analyses, varying one variable only, indicate that the economic feasibility can be secured when the petroleum price increases to 2.49 $/ℓ. Total sensitivity analyses, varying three variables simultaneously, indicate that the positive(+) direct net benefit can not be secured. The social net benefits are simulated to be positive for scenario Ⅳ(the productivity: 25.8 ton/ha, petroleum price: 2.49 $/ℓ, rhizome price: 10% drops), Ⅴ(the productivity: 25.8 ton/ha, petroleum price: 2.49 $/ℓ, rhizome price: 0), Ⅵ(the productivity: 42.47 ton/ha, petroleum price: 0.49 $/ℓ, rhizome price: 10% drops), Ⅶ(the productivity: 42.47 ton/ha, petroleum price: 0.49 $/ℓ, rhizome price: 0), Ⅷ(the productivity: 42.47 ton/ha, petroleum price: 2.49 $/ℓ, rhizome price: 10% drops) and Ⅸ(the productivity: 42.47 ton/ha, petroleum price: 2.49 $/ℓ, rhizome price: 0).

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• 목차 ... 10
• 제 1 장 서 론 ... 12
• 1. 바이오매스 생산의 중요성 ... 12
• 2. 억새 바이오매스의 활용 가능성 ... 12
• 2. 연구목표 및 내용 ... 15
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 16
• 제 1 절 국내 연구현황 ... 16
• 제 2 절 국외 연구현황 ... 16
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 18
• 제 1 절 거대억새 재배단지 기초환경영향 평가 ... 18
• 1. 거대억새 재배단지 선정 ... 18
• 2. 거대억새 재배단지 수질조사 및 분석 ... 18
• 3. 거대억새 재배단지 토양조사 및 분석 ... 23
• 4. 거대억새 재배단지 생물상 변화 조사 ... 33
• 제 2 절 거대억새 경제성 분석 ... 45
• 1. 거대억새 생산함수 추정 ... 45
• 2. 거대억새 활용의 경제성 분석 ... 51
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 61
• 제 1 절 목표대비 대외 달성도 ... 61
• 제 2 절 정량적 성과(논문게재, 특허출원, 기타) ... 61
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 62
• ○ 바이오작물 생산단지 조성 및 관리 기술 ... 62
• ○ 거대억새 재배단지의 경제성 평가 ... 62
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 63
• 제 7 장 기타 중요 변동사항 ... 64
• 제 8 장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구장비 현황 ... 65
• 제 9 장 참고문헌 ... 66
• 끝페이지 ... 71