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Kafe 바로가기주관연구기관 | 국립농업과학원 National Institute of Agricultural Sciences |
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연구책임자 | 신중두 |
참여연구자 | 이선일 , 최은정 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2021-02 |
과제시작연도 | 2020 |
주관부처 | 농촌진흥청 Rural Development Administration(RDA) |
등록번호 | TRKO202100010070 |
과제고유번호 | 1395065617 |
사업명 | 농업과학기반기술연구(R&D) |
DB 구축일자 | 2021-10-09 |
키워드 | 탄소격리.온실가스.자동화 이동식 챔버.국가 온실가스 배출량.바이오차 팰렛.Carbon sequestration.Greenhouse gases.automatic moving chamber.national GHG emissions.Biochar pellet. |
< 제1세부과제 >
본 연구는 토양 칼럼에 벼를 재배하면서 바이오차 팰렛처리에 따른 침출수 및 토양 중의 작물 양분 이동 동태를 구명하기 위해 수행하였다. 칼럼 실험을 위한 시험구 처리는 돈분퇴비처리구를 대조구, 100% 돈분퇴비 팰렛구, 바이오차 팰렛 그리고 완효성 비료 처리구로 구성되어 있다. 연구 결과로서, 침출수 중의 NH4-N의 농도는 이양 후 35일을 정점으로 점차 감소하였으며, NO3-N의 농도는 이양 후 63-98일 사이에 가장 높게 관측되었다. 침출수 중의 돈분 팰렛 및
< 제1세부과제 >
본 연구는 토양 칼럼에 벼를 재배하면서 바이오차 팰렛처리에 따른 침출수 및 토양 중의 작물 양분 이동 동태를 구명하기 위해 수행하였다. 칼럼 실험을 위한 시험구 처리는 돈분퇴비처리구를 대조구, 100% 돈분퇴비 팰렛구, 바이오차 팰렛 그리고 완효성 비료 처리구로 구성되어 있다. 연구 결과로서, 침출수 중의 NH4-N의 농도는 이양 후 35일을 정점으로 점차 감소하였으며, NO3-N의 농도는 이양 후 63-98일 사이에 가장 높게 관측되었다. 침출수 중의 돈분 팰렛 및 바이오차 팰렛 처리구에서 PO4-P의 농도가 가장 낮게 나타났다. 침출수 중의 K의 함량이 대조구에서 가장 높게 보이지만, 완효성 비료 처리구에서 가장 낮게 나타났다. 토양의 깊이별 NH4-N의 농도는 40-60cm사이가 가장 높게 났으며, 돈분팰렛 처리구를 제외하고 처리구 간에 유의차가 없었다. 또한 토양 깊이가 깊을수록 NH4-N의 농도가 높게 관측되었다. 반면에 PO4-P의 농도는 완효성 비료 처리구를 제외하고 토양 깊이가 깊을수록 낮게 나타났다. 대조구에서 PO4-P의 농도가 가장 높았다. 토양중의 가리의 이동 패턴은 대조구와 돈분 퇴비 팰렛구, 그리고 바이오차 팰렛구와 완효성 비료 처리구가 비슷한 것으로 나타났다. 그러므로 벼 재배시 바이오차 팰렛을 사용함으로써 식물 양분 이동에 의한 손실을 줄일 수 있는 것으로 사료되다.
본 연구는 토마토 재배 시 바이오차 펠렛형 완효성 비료의 적정 시용량을 구명하기 위해 수행되었다. 연구 결과 토양의 질소 Balance를 보면 바이오차 펠렛 N 40% 처리구에서 80.1%로 가장 높게 나타났으며, 탄소 Balance는 N 50% 처리구에서 80.8%로 가장 큰 값을 보였다.
P2O5 농도는 전체적으로 대조구에서 2.7 g kg-1으로 가장 큰 값을 보였고, 바이오차 펠렛 N 50% 처리구에서 1.5 g kg-1으로 나타났다. Mehlich Ⅲ 추출성 K 농도는 전체 생육 기간 동안 대조구에서 가장 큰 값을 보였고, 처리 10일 정점으로 토마토 재배 기간이 지남에 따라 서서히 감소하는 경향을 보였다. 과실의 총 중량은 대조구와 바이오차 펠렛 N 50% 처리구 사이에 유의차를 보이지 않았다. 따라서 본 공시 토양에서 토마토 재배 시 바이오차 펠렛 완효성 비료의 적정 시용량은 질소 기준 시비량의 절반인 N 50% 처리가 적정한 것으로 판단된다.
본 연구의 목적은 밭에서 바이오차 펠렛 사용에 따른 옥수수 재배 시 바이오차 펠렛의 적정 시용비율을 구명하고, 탄소격리량을 산정하는 것이다. 바이오차 펠렛은 N 40%, N 40%(0.07M MgO), N 60%로 구분하여 처리하였으며, 대조구의 비료 시용량은 15.8-3.0-6.3 kg/10a-1 (N-P-K)으로 처리하였다. 토양 중 NH4-N 및 NO3-N함량 변화에서 토양 중의 질소 함량은 대조구가 처리구에 비해 높게 나타났으며, P2O5 함량 변화에서 전 작기에 걸쳐 대조구가 처리구에 비해 높았지만, K2O의 함량은 정식 후 21일과 51일에 높게 나타났다. 유거수 중의 NH4-N 및 NO3-N 함량 변화는 대조구가 처리구에 비해 전반적으로 높게 관측이 되었으며, PO4-P 및 SiO2 함량 변화에서는 처리 간에 큰 차이(p>0.05)가 없었다. 바이오차 팰렛 처리에 따른 토양 탄소격리량에서는 대조구(60.4 kg 10a-1)와 N 40% (0.07M MgO)처리 구간에서는 유의차 (p<0.05)를 보이지 않았으며, 옥수수 바이오매스 생체중은 N 60% 바이오차 펠렛 처리구를 제외하고 대조구(1,123±130.0 kg 10a-1)에 비해 처리구 간의 유의차가 없었다. 그러므로 바이오차 펠렛 시용에 따른 옥수수 재배 시 질소 약 60%를 저감 할 수 있을 것으로 생각한다.
벼 재배 시 바이오차 펠렛의 시용에 따른 논물과 토양에서 환경영향 평가를 수행하였다. 논 표면수의 질소 함량 변화는 처리와 관계없이, NH4-N 농도는 이앙 후 40일까지 그리고 NO3-N 농도는 이앙 후 15일까지 낮은 농도를 유지하였다. PO4-P 및 K의 농도는 대조구와 비교하여 바이오차 펠렛 처리구에서 전반적으로 낮게 나타났다. 토양 중에 NH4-N 농도는 벼 생육기 간이 지남에 따라 바이오차 펠렛 처리구의 농도가 높게 나타남에 따라, 벼 생육에 필요한 암모늄태 질소성분이 지속적으로 공급되고 있다고 판단되었다. 그리고 잠재 토양 탄소격리량은 대조구에 비해 60% N(0.07M MgO) 처리구가 222 kg 10a-1으로 가장 높게 나타났다. 벼 정조 수량은 대조구의 650 kg 10a-1에 비해 질소 추천 시비량인 바이오차 펠렛 40% N 처리구와 60% N(0.07M MgO) 처리구 간에는 유의차가 인정되지 않았다. 따라서 벼 재배 시 개량한 바이오차 펠렛 가장 적절한 시용량은 60% N(0.07M MgO)로 나타났으며, 바이오차 펠렛 시용은 기후변화 대응 탄소격리뿐만 아니라 논 표면수 및 토양에서의 환경 영향을 줄일 수 있는 완효성 비료로서 적합하다고 판단된다.
벼 재배기간 동안 처리 간의 토양 탄소격리량은 PBCF 50%과 PBPFN 50%사이에는 유의차 (p<0.01)를 보이지 않았으며, SRFN 50%이 62.4 tonnes ha-1로 가장 낮게 산정되었다. 누적 CH4 발생량은 PBPCF 50% 처리구에서 가장 낮았으며, 누적 N2O 발생량은 PBPFN 50%에서 가장 낮았다. CO2–equi. 발생량은 PBPCF 50% 처리구에서 7.1 tonne ha-1로 가장 낮게 산정되었다. 처리 간에 벼 생육 반응에서 SRFN 50% 처리구에서 가장 좋게 나타났으며, 특히 조곡 수량은 바이오차 팰렛 완효성 비료 처리구 보다 10a당 105kg 증수되었다.
< 제2세부과제 >
농경지 N2O 측정하는 방법으로 챔버법을 가장 많이 이용하여 측정해 왔다. 지면에 상하부가 개방된 원형 또는 사각형 틀을 토양 표면에 고정한 후 상부에 캡 형태의 뚜껑을 결착하여 지면과 캡 사이를 밀폐 상태로 만든 후 시간 경과에 따라 농도의 상승률을 측정하여 단위면적당 온실가스 배출량을 계산하는 과정이다. 가격이 저렴하고 간단한 장치를 이용하면서도 비교적 높은 정밀도 측정이 가능하기 떄문에 지난 30년간 온실가스 측정연구의 95% 이상이 챔버법을 통해 N2O 분석을 하고 있으며, 연구결과를 제시하고 있었다. 밀페되어 있는 챔버 내부의 압력이 불안정하고 온도나 수분의 조건이 주변 환경과 다르고 강우 등 기상 환경에 의한 영향평가를 할 수 없으며, 주로 맑은 날 주간에 측정이 집중됨에 따라 주간의 측정결과에서는 과소평가 이루어진다는 단점이 있어, 이를 보완하기 위한 연구들이 수행되고 있으며, 본 연구에서는 자동으로 온실가스를 측정할 수 있는 시스템을 구축하여 각 방법별 비교평가하는 연구를 수행하였다. 가을배추 재배기간 동안 감축기술로써 바이오차를 적용한 이후 N2O 배출특성을 매뉴얼 챔버법과 자동 분석법을 활용하여 비교평가를 하였다. 매뉴얼 챔버법을 활용하였을 때, N2O는 비료 투입 직후 최대 배출을 나타냈다. 재배기간 동안 누적 N2O 배출량은 대조구와 바이오차 투입 처리구에서 각각 499.3, 159.1 mg/m2이였고, 바이오차 투입함에 따라 N2O 배출은 68.1% 저감되었다. 자동 분석을 활용하였을 때, N2O 배출은 비료 투입 2주 이내 최대 배출을 나타냈다. 재배기간 동안 누적 N2O 배출량은 대조구와 바이오차 투입 처리구에서 각각 1,261.3, 366.0 mg/m2이였고, 바이오차 투입함에 따라 N2O 배출은 71.0% 저감되었다. N2O 측정방법별 비교하였을 때, 자동측정에서 매뉴얼 챔버법보다 N2O 배출량이 2배 이상 나타났다. N2O 배출경향은 측정 방법간 차이는 없었고, 감축기술 적용에 따른 N2O 배출 저감효과도 측정 방법간 차이는 없었다. 하지만 환경요인에 따른 N2O 배출에 미치는 영향은 자동측정만 확인할 수 있었다.
< 제3세부과제 >
2018년부터 2020년까지의 농업분야 경종(재배)부문 온실가스 배출량을 매년 산정하고, 배출원 및 온실가스 종류별 배출량 결과를 비교·분석하였다. 산정된 결과는 환경부 온실가스종합정보센터에 제출되어 검증 및 협의회를 거쳐 최종 국가 통계로 공표되고, 「국가 온실가스 인벤토리 보고서」로 발간되었다. 기후변화에 대한 국제적 관심이 높아지는 가운데, 정확한 배출량 산정의 중요성은 증가하고 있다. 배출량은 IPCC(기후변화에 관한 정부간 협의체)에서 발간되는 가이드라인 및 산정방법에 따라 달라지기 때문에 가이드라인별 세부 요인을 검토하는 것도 산정에 있어서 중요한 작업이다. 특히 국가 온실가스 배출량 산정에 적용되는 가이드라인이 2024년부터 1996에서 2006으로 계획되어 있어, 2006 가이드라인에 대한 분석 및 필요 활동자료 조사, 시범 산정의 필요성을 깨닫고 본 연구에서 수행하였다. 2006 가이드라인을 적용한 결과, 기존 산정방법 대비 2018년 배출량이 18.7% 적은 9,575 천톤 CO2-eq.로 산정되었다. 지구온난화지수를 제 5차 평가보고서(AR5) 기준인 메탄 28, 아산화질소 265를 적용한 결과에서는 기존 배출량 대비 15% 감소되는 것을 확인하였다. 그러나 향후 배출계수나 매개변수, 활동자료가 개선됨에 따라 배출량 정도는 차이가 있을 것으로 판단된다.
(출처 : 요약서 3p)
< 제 1 세부 과제 >
This experiment was conducted to investigate nutrient leaching and mobility through soil column for application of biochar pellet during rice cultivation. For nutrient leaching through soil column experiment, it was also consisted with four treatments as control, 100% of pig manure
< 제 1 세부 과제 >
This experiment was conducted to investigate nutrient leaching and mobility through soil column for application of biochar pellet during rice cultivation. For nutrient leaching through soil column experiment, it was also consisted with four treatments as control, 100% of pig manure compost pellet (PMCP), biochar pellet (pig manure compost:biochar, 6:4)(BP), and slow release fertilizer (SRF). For experimental results, it was observed that NH4-N concentration in the leachate was gradually decreased at pick of 35 days and NO3-N concentration was highest from 60 to 98 days after transplanting. PO3-P concentration in the leachate was shown to be lowest in the PMCP and BP. K concentration in the leachate was highest in the control, but lowest in SRF. For mobility of nutrient in soil depths, it shown that NH4-N concentrations were highest from 40 to 60cm and did not significantly different among treatments except the control. It was observed that the deeper depth, the higher concentration for NH4-N concentrations, but for PO3-P concentrations the deeper depth, the lower concentration. And also PO3-P concentration was
highest in the control. For K mobility in soil, its pattern was appeared to be approximately same between the control and PMCP, and between BP and SRF. Therefore, it might be potential to be applied biochar pellet to reduce mobility of plant nutrients for rice cultivation.
Objective of this experiment was to investigate the changes of soil chemical properties and estimate carbon sequestration according to different application rates of blended biocharpellet during corn cultivation. The treatments were the control, 40% N, 40% N + 0.07M MgO, and 60% N of blended biocharpellet based on the recommended application rates of fertilizer for corn cultivation by National Institute of Agricultural Sciences.
Application amounts of fertilizers and pig manure compost in the control were 15.8-3.0-6.3 kg (N-P-K) 10a-1 and 440kg 10a-1, respectively. Nitrogen fertilizer was separately applied at 2 times as basal and additional application, and the other were applied with whole basal application before transplant. However, blended biocharpellets were applied as whole basal application with different rates. Chemical analysis was performed in the runoff water and soil, and then measured fresh biomass weight for biomass growth responses of corn to different blended biocharapplication rates. For the results of this experiment, it shown that NH4-N, NO3-N, P2O5, and K2O contents in the treatments of blended biocharapplication rates were lower than those of the control through corn cultivation periods. However, the K2O contents in the treatments were higher than those in the control at 21 days and 51 days after corn transplant. NH4-N and NO3-N contents of runoff water in the control appeared to be higher than those of the blended biocharpellet treatments, but PO3-P and SiO2 contents did not significantly different (p>0.05) between the control and blended biocharapplication plots. Carbon sequestration (60.0 kg 10a-1) did not significantly different between the control and 40% N + 0.07M MgOtreatment plot. Fresh biomass weights in the control were not significantly different with all the treatments except for the 60% N even if 60 % of nitrogen fertilizer application was decreased relative to the control. Therefore, it was decided that application of blended biocharpellet for corn cultivation was potential benefit to enhance the nutrient use efficiency as well as reduction of the chemical fertilizer application amounts for corn cultivation in agricultural practices.
This experiment was conducted to select an optimum application rate of supplemented biochar pellet as slow release fertilizer during tomato cultivation. The supplemented biochar pellet was made through pellet mill placed with a combination (4:6) of biochar and pig manure compost with spraying the N-P-K solution. The treatments consisted of control as the recommended application rates of fertilizers and pig manure compost, N 40%, N 50% and N 70% of the supplemented biochar pellet application based on the recommended application rates of nitrogen. The highest nitrogen balance was 80.1% in the N 40%, while the highest carbon balance was 80.8% in the N 50% during tomato cultivation. Mehlich Ⅲ extractable P2O5 contents in the N 50% was highest among the supplemented biochar pellet treatments. The highest stem diameter and plant height were 10.7 mm and 169.3 cm in the N 70% at 90 days after transplanting. The fresh weight of fruit was not significantly different between the control and N 50% treatment. Therefore, it might be considered that an optimum application rate was N 50% with considering chemical properties of soil and growth responses to application of supplemented biochar pellet during tomato cultivation.
The treatments consisted of 1) the control, 2) 40% N, 3) 60% N and 4) 60% N(0.07M MgO) of modified supplemented biochar pellets(MSBP) which were based on 40% N, 60% N and 60% N of recommended rate of nitrogen and 60% N(0.07M MgO) reacted with major nutrient solution and 0.07M MgO for rice cultivation. For the paddy water, the NH4-N and NO3-N concentrations in whole treatments were rapidly increased at 84 days and 40 days after transplanting, respectively. The PO3-P concentrations were highest at 9 days after transplanting, and their concentrations in the MSBP were generally lower than those of the control. For the paddy soil, NH4-N concentrations in the MSBP were higher than those of the control at 5 days after transplanting, while NO3-N concentrations were not significantly different in the treatments through rice cultivation. P2O5 concentrations in the control were higher than those of the MSBP until 40 days after transplanting, while K2O concentrations were not significantly different among the treatment. The highest carbon sequestration was 970 kg ha-1 in the 60% N 60% (0.07M MgO), and the potential carbon storage in the 60% N (0.07M MgO) was higher at 222 kg ha-1 than the control during rice cultivation. It shown that the rice yield in the control was not significantly different between the 40% N and 60% N (0.07M MgO) application plots. Application of MSBP for rice cultivation was effective for carbon sequestration as well as agro-environmental impacts even though nitrogen application rate was reduced at 40% based on recommended application rate of fertilizer. Therefore the MSBP might be useful to apply for carbon sequestration and nitrogen reduction of fertilizer as well as mitigation of agro-environmental impacts.
The application effects of supplemental biochar pellet fertilizers in rice paddy were evaluated by investigating key factors such as changes of sequestrated carbon amount, greenhouse gas (GHG) emissions, and rice growth responses over the growing-season. The treatments consisted of control (8.5-4.5-5.7 kg/10a, N-P-K), PBPCF 50%, PBPFN 50%, and SRFN 50% applications. The sequestrated carbon amount as much as 62.4 tonnes ha-1 was observed in the SRFN 50%. In terms of greenhouse gases, accmulated CH4 and N2O emissions were lowest in the PBPCF 50% and PBPFN 50%, respectively, for rice cultivation periods. Additionally, GHG (CO2-equiv.) emission from the PBPCF 50% application was lowest at 7.1 tonne ha-1. However, Rice yield in the the SRFN 50% was highest at 636kg 10a-1 compared to others. In short, the application of PBPFN50 can minimize nitrogen inputs, greenhouse gas emissions, and enhance carbon sequestration, contributing to establishment of sustainable agro-ecosystem.
< 제 2 세부 과제 >
The chamber method has been used most frequently to measure N2O in cropland. Since the price is low and simple device is available for relatively high precision measurement, more than 95% of greenhouse gas measurement studies have been conducted through chamber method for the past 30 years. However the pressure inside the chamber is unstable, the temperature and moisture conditions are different from the environment. As the measurement is mainly conducted on the clear day, the results are underestimated.
After applying biochar as a greenhouse gas reduction technology during the autumn cabbage cultivation period, N2O emission characteristics were compared and evaluated using manual chamber method and automatic analysis method. When the manual chamber method was used, the N2O showed maximum emission immediately after fertilizer input. During cultivation period, cumulative N2O emissions were 499.3 and 159.1 mg/m2, respectively, in the control and biochar treatment, and N2O emissions were reduced by 68.1% as biochar treatment. Using automatic analysis, N2O emission showed maximum emission within 2 weeks of fertilizer input. During cultivation period, cumulative N2O emissions were 1,261.3 and 366.0 mg/m2, respectively, in the control and biochar treatment, and N2O emissions were reduced by 71.0% as biochar treatment. When compared by N2O measurement method, the automatic analysis showed more than twice the amount of as high N2O emission than the manual chamber method. However there was no difference in the N2O emission tendency between the measurement methods, and there was no difference in the N2O emission reduction effect according to the reduction technology application. However, the effect of environmental factors on N2O emission was only confirmed by automatic measurement.
< 제 3 세부 과제 >
Accurate estimation of national greenhouse gas(GHG) emissions is very important for mitigation action of climate change. The IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) guidelines have been used for calculating emissions from the energy, industrial processes, agriculture, and LULUCF(Land Use, Land-Use Change and Forestry), and waste sectors in national country. Assessment of national GHG emissions from the agriculture sector has been conducted using the 2000 Good Practice Guidance, 1996 and 2006 IPCC Guidelines. Agricultural emission contributed about 2.9~3.0% of the national GHG emissions. The emissions from rice paddies have been reduced due to area of rice paddy was decreased since 1990. On the other hands, the emissions from livestock and manure management have been increased due to the livestock population has been increased since 1990. The agricultural emission which was calculated under 2006 GL and applied GWP AR4 version was lower 18.7% than that under 2000 GPG and applied GWP AR2. Also, the agricultural emission which was calculated under 2006 GL and applied GWP AR5 version was lower 15.0% than that under 2000 GPG and applied GWP AR2.
(출처 : Summary 8p)
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