항온실험에서 왕겨 바이오차와 바이오차 펠렛의 시용수준에 따른 토양 이화학성 변화평가

이승규(Seunggyu Lee),김소희(Sohui Kim),박재혁(Jaehyuk Park),윤진주(Jinju Yun),강세원(Sewon Kang),조주식(Jusik Cho) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

최근 바이오차의 토양개량 역할과 유기물질의 공급원으로 각광받기 시작하면서 바이오차를 농경지에 적용하는 사례가 늘어나고 있다. 이에 따라 다양한 농경지 조건의 항온실험을 통하여 토양의 화학적 특성 변화를 관찰하기 위하여 연구를 진행하였다. 실험에 사용된 농경지별 토양은 일반 밭토양(U), 시설재배지 토양(G), 개간토양(C), 간척지 토양(R)을 사용하였고, 모든 처리구에 관행시비량인 퇴비 540 kg 10a<SUP>-1</SUP>, N-P-K: 32-7.8-19.8 kg 10a<SUP>-1</SUP>의 수준으로 시비하였다. 바이오차는 왕겨 바이오차(R)와 바이오차 펠렛(P)을 사용하여 비교하였으며, 바이오차 펠렛의 함량조성은 나무숯30%+가공계분50%+쌀겨10%+왕겨숯 10%의 비율로 제조되었고, 왕겨바이오차와 바이오차 펠렛 시용수준은 0, 5, 10, 20 t ha<SUP>-1</SUP>의 수준으로 적용하여 처리구를 완성하였다. 이 항온실험은 40일 간 진행되었으며, 실험 중 인큐베이터 안의 온도는 25 °C, 수분보수력(WHC) 70% 수준을 유지하여 진행하였다. 항온실험 전 토양과 40일 후 토양의 화학성을 비교한 결과 토양의 pH는 대부분 왕겨 바이오차 처리구보다 바이오차 펠렛 처리구에서 더 높이 증가하는 경향을 보였고, 일반 밭토양의 pH는 바이오차 시용수준 차이에 따라 증가하였으나(+0.49 ~ +1.47), 시설재배지토양, 개간토양, 간척지토양에서는 전부 감소하였다 (–0.08 ~ –1.38). 유기물 함량은 일반 밭토양 UP20 처리구에서 38%, 시설재배지 GP10 처리구 26%, 개간토양 CR20 처리구에서 21%, 간척지 RP5 처리구에서 32%까지 증가하였다. 항온실험 결과 왕겨 바이오차보다는 바이오차 펠렛에서 토양 개량효과가 더욱 증가하였고, 바이오차의 함량이 10, 20 t ha<SUP>-1</SUP> 의 시용수준에서 토양개량 효과가 더욱 높아진다고 판단된다.

바이오차의 원료, 온도, 스팀 활성화가 바이오차 성질과 납 흡착능에 미치는 영향

곽진협,( Md Shahinoor Islam ),( Siyuan Wang ),( Selamawit Ashagre Messele ),( M. Anne Naeth ),( Mohamed Gamal El-din ),( Scott X. Chang ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

바이오차(biochar)는 폐수 내 중금속 및 유기 오염물질을 제거할 수 있는 물질로 각광을 받고 있다. 하지만 바이오차 생성 조건에 따른 성질 변화와 그에 따른 폐수 내 중금속 제거능에 대한 연구는 미비하였다. 본 연구는 바이오차의 원료, 열분해 온도, 그리고 스팀 활성화가 바이오차의 물리적, 화학적 성질과 납 흡착능에 미치는 영향을 알아보기 위해 수행하였다. 톱밥, 카놀라 짚, 밀짚, 그리고 축산 분뇨 펠렛을 이용하여 300, 500, 700 ℃에서 스팀 활성화가 있거나 없는 조건에서 바이오차를 제조하였다. 열분해 온도가 증가함에 따라 바이오차 pH, 표면적, 그리고 탄소 함량이 증가하였으며, 산소 및 수소 함량 그리고 작용기가 감소하였다. 스팀 활성화는 바이오차의 표면적은 증가시켰지만 다른 성질에는 영향을 미치지 않았다. 스팀 활성화를 시키지 않은 바이오차 중 카놀라와 밀짚을 700 ℃에서 생성하였을 때 납 흡착능이 최대였다. 또한 열분해 온도가 증가함에 따라 납 흡착능이 증가하였는데, 이는 바이오차 pH, 에쉬함량 및 표면적이 증가하면서 침전, 이온 교환, 내권복합화가 증가하였기 때문으로 판단된다. 스팀 활성화에 의해 납 흡착능이 증가하였는데, 이는 바이오차의 표면적이 증가하였기 때문이다. 납 흡착은 2차 동역학 모델을 따랐다. 연구 결과 폐수 정화를 위해 지역 농업과 임업에서 발생하는 부산물을 이용하여 바이오차를 제조할 수 있으며 생성 조건에 따라 최적의 바이오차를 생성할 수 있을 것으로 판단된다.

바이오차의 밭 토양 탄소 증진 및 온실가스 감축 효과

이선일(Sun-Il Lee),이종문(Jong-Mun Lee),최은정(Eun-Jung Choi),권효숙(Hyo-Suk Gwon),이형석(Hyoung-Seok Lee),박도균(Do-Gyun Park),강성수(Seong-Soo Kang),최우정(Woo-Jung Choi) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

바이오차 (Biochar)는 바이오매스 (biomass)와 숯 (charcoal)의 합성어로, 식물 잔사 등 바이오매스를 산소가 없는 조건에서 열분해하여 제조한 고형물로 탄소 함량이 높다. 바이오차 원료 중 탄소는 열분해를 거치면서 안정된 형태의 방향족 구조로 재배열돼 토양 미생물에 의해 쉽게 분해되지 않는다. 바이오차를 토양에 투입하면 탄소를 반영구적으로 저장해 토양 속에서 탄소를 격리할 수 있다. 이처럼 바이오차를 토양에 투입·저장하면 대기 중 이산화탄소 농도를 줄일 수 있어 기후변화 완화기술로 주목받고 있다. 바이오차는 탄소격리 효과 이외에도 온실가스 감축, 토양개량을 통한 작물 수확량 증진 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 기후변화 완화를 위한 농업 분야 대응 기술로 주목받고 있는 바이오차의 토양 온실가스 저감 및 탄소저장 효과를 조사하기 위해 수행되었다. 연구 대상 농경지는 밭 (과수원 포함) 토양으로 한정하였으며, 온실가스는 이산화탄소 (CO₂)와 아산화질소 (N₂O)를 대상으로 하였다. 연구는 1) 농경지 바이오차 투입에 따른 토양 탄소저장, 온실가스 감축 및 작물생육: 한·중·일 문헌 연구, 2) 바이오차 종류별 농경지 온실가스 배출 특성 비교, 3) 콩대 바이오차 투입에 의한 밭 토양 탄소 증진 효과, 4) 과원 전정 가지 바이오차 투입에 따른 토양 탄소 및 온실가스 배출량 비교 등 4가지로 구성하였다. 문헌 연구 결과에 의하면, 바이오차 농경지 투입에 따른 탄소저장, 온실가스 저감 그리고 작물 수확량 증진 연구는 2007년 이후 급격히 증가하였다. 우리나라와 농업 환경이 유사한 중국, 일본 등 동북아시아 지역에서 수행된 연구 결과에 의하면, 바이오차의 탄소는 미생물에 분해에 대한 저항성이 있어 바이오차 투입량에 비례하여 토양 탄소저장량이 증가하였다. 그리고, 대부분 연구에서 바이오차 투입에 따른 농경지에서 배출되는 온실가스인 N₂O 배출량은 감소하였고, 작물 수확량은 증가하였으나, 실험 조건에 따라서 그 반대의 경향도 보고되었다. 따라서, 바이오차에 의한 온실가스 저감과 작물 수량 증대 효과는 기후, 토양, 작물 등 다양한 요인에 영향을 받는 것으로 해석되었다. 대표적 농업부산물인 왕겨, 콩대 그리고 배 전정 가지를 열분해하여 바이오차를 생산하고 밭 토양에 적용하여 온실가스 발생량에 대해 비교 평가한 실험 연구에서, 바이오차 투입으로 CO₂ 발생량은 바이오차 종류에 따라 1.3 ∼ 19.9% 범위로 감소하였고, N₂O의 발생량은 바이오차 종류와 상관없이 80% 이상 감축되었다. 콩대 부산물 바이오차를 콩 재배 농경지에 투입하고 토양 탄소 저장량 및 수확량을 비교검토한 결과, 문헌조사 결과와 유사하게 토양 탄소 함량은 바이오차 투입량에 비례하여 증가하였지만, 수량 증대 효과는 인정되지 않았다. 배 과원의 전정 가지 부산물로 생산한 바이오차를 토양에 환원하여 토양탄소 저장량과 토성별 온실가스 배출량을 비교 검토한 결과에 의하면, 토양 탄소저장량은 바이오차 투입량에 따라 유의성 있게 증가하였다. 또한, 바이오차에 의해 N₂O 발생이 양토에서 12.6 ∼ 31.9%, 사양토에서 27.9 ∼ 48.1% 줄이어 토성에 따라 줄이는 효과가 상이하였지만 줄이는 효과는 바이오차 투입량과 상관관계가 있었다. 본 연구 결과는 우리나라 농업 환경 여건에서 바이오차에 의한 온실가스 배출 저감과 토양 탄소 함량 증진 효과를 실험적으로 검증함으로써 향후 저탄소 농업실천 기술로서의 바이오차 활용 가능성과 방법을 제시한다.

전소발전소 고온 바이오차의 토양 과잉 시비 방법이 상추 생육에 미치는 영향

이슬린 ( Seul-rin Lee ),이수림 ( Su-lim Lee ),이재훈 ( Jae-hoon Lee ),노준석 ( Jun-suk Rho ),최아영 ( Ah-young Choi ),김신실 ( Sin-sil Kim ),박유진 ( Yu-jin Park ),박종환 ( Jong-hwan Park ),서동철 ( Dong-cheol Seo ) 한국환경농학회 2022 한국환경농학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.-

최근 지구온난화, 이상기후 등과 같은 환경문제의 심각성이 대두되면서, 온실가스의 저감을 위한 다양한 정책들이 제시되고, 연구들이 수행되고 있다. 기후변화 문제들을 해결하기 위해서 토양 내유기 및 무기탄소의 격리가 중요한 방법으로 떠오르고 있다. 토양 내 탄소를 격리하기 위한 방법으로 바이오차가 탄소중립과 함께 대두되고 있다. 또한, 바이오차를 토양에 투입하면 토양의 보수력, pH 조절 능력 및 양분 보유능력이 증대되면서 작물의 생산성을 향상시킬 수 있다. 하지만, 바이오차를 토양에 매우 과량으로 처리했을 시 토양과 작물의 생육에 미치는 영향에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 바이오차를 기준 대비 10배 과량 투입하되 전층시비와 골시비로 투입 방법을 달리하였을 때 상추의 생육에 미치는 영향을 조사하였다. NPK는 상추 생육을 위한 추천 시비량으로 처리하였으며, 바이오차는 1 m² 당 약 2 kg 투입하였다. NPK만 처리한 대조구와 바이오차 처리구의 상추의 생육조사 결과, 상부의 생체중은 바이오차 골시비(130.5 g)>NPK(118.1 g)>바이오차 전층시비(73.6 g) 순이었다. 하부의 생체중 역시 바이오차 골시비(11.5 g)>NPK(9.0 g)>바이오차 전층시비(6.7 g) 순으로 상부의 생체중과 동일한 경향이었다. 본 연구결과를 통해서 바이오차를 과량 시비하였을 때 줄기와 뿌리 모두에서 골시비는 상추의 생육 저해가 거의 일어나지 않았으며, 오히려 NPK 처리 대비 생산량이 10% 이상 증대되었다. 반면에 과량 주입한 바이오차의 전층시비는 초기 높은 pH 등으로 인해 상추 생육이 NPK 처리 대비 37% 정도 감소되었으며, 지상부와 지하부 모두 생육 저해가 일어났다. 따라서, 바이오차의 과량시비는 전층시비보다 골시비가 적합한 것으로 판단되었다.

바이오차 시용수준이 무기태질소 변화에 미치는 영향

박재혁 ( Jae-hyuk Park ),강세원 ( Se-won Kang ),윤진주 ( Jin-ju Yun ),조한나 ( Han-na Cho ),이승규 ( Seung-gyu Lee ),김소희 ( So-hui Kim ),조주식 ( Ju-sik Cho ) 한국환경농학회 2021 한국환경농학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.-

바이오차는 농업적인 측면에서 온실가스 감축효과가 있는 것으로 평가되고 있다. 바이오차의 시용은 토양 pH의 증가와 토양 통기성을 개선시켜주며, N₂O 환원효소의 활성화 및 NH₄⁺ 고정을 통해 N₂O 발생을 감소시켜준다. 또한 넓은 비표면적을 통한 양분보유능은 토양의 질소손실을 감소시켜 질소시비량을 감축시켜주는 효과가 있다. 이러한 차이는 바이오차의 종류 및 투입량에 따라 변화하며, 다른 토양의 특성을 가진 농경지에 따라서도 이화학적 특성 및 온실가스 배출에 영향을 줄 수 있다. 본 연구는 바이오차 투입량에 따른 무기태 질소의 변화를 통해 온실가스인 N₂O 배출에 어떠한 영향을 미치는지를 확인하고자 실험이 진행되었다. 본 실험에 사용된 토양은 일반 경작지, 시설 재배지, 개간지, 간척지에서 채취한 토양을 사용하였으며, 바이오차는 유기성 물질 기반의 바이오차 펠렛을 사용하였다. 바이오차 펠렛은 0, 5, 10 및 20 t ha^-1의 시용수준으로 각각 처리하였으며, 포장용수량의 70% 조건에서 2주간 항온 실험을 진행하였다. 토양의 pH는 바이오차 시용수준에 상관없이 일반 경작지 (4.35), 시설 재배지 (5.52), 개간지 (6.49) 및 간척지 (6.71) 토양에서 각각 5.21∼6.04, 6.53∼7.18, 7.13∼7.53 및 7.61∼8.01 범위로 증가하였다. 토양 NH₄⁺는 토양의 종류에 상관없이 바이오차 투입량이 증가할수록 증가하였으며, 1주차에서는 토양의 NH₄⁺ 함량이 증가하였으나, 이후 NH₄⁺함량이 감소하는 경향을 보였다. 토양 NO₃^-는 토양의 종류에 상관없이 바이오차 투입량이 증가할수록 감소하였으며, 일반 경작지, 시설 재배지, 개간지, 간척지 순서로 NO₃^-가 높게 조사되었다. 이는 농경지 토양의 종류에 따른 토양 pH 차이로 인하여 NO₃^-의 차이가 나타났다고 판단된다. 처리 기간에 따른 NO₃^-의 변화를 확인한 결과, 바이오차 시용수준이 10 tha^-1 이하일 경우에 처리 기간이 길어질수록 NO₃^- 함량이 증가하였으며, 시용수준이 20 t ha^-1 조건에서는 2주차 이후부터 NO₃^- 함량이 증가하지 않거나 1주차에 비해 감소하였다. 결과적으로 바이오차 시용은 토양의 종류에 상관없이 토양 질산화 작용 감소로 인한 NH₄⁺의 증가와 NO₃^-를 감소를 통하여 온실가스인 N₂O의 발생을 저감시킬 수 있으며, 바이오차를 20 t ha^-1 조건으로 처리하였을 경우, 온실가스 저감에 효과적이라고 판단된다.

왕겨 바이오차와 유기농자재 혼합에 따른 주요 양분 용출 모델 적용 및 N2O 배출량 산정

이동건,최재이,심창기,남주희,윤석인,송종석,박도균,신중두 유기성자원학회 2023 유기물자원화 Vol.31 No.3

본 연구는 플라즈마 왕겨 바이오차와 왕겨 바이오차가 식물의 주요 영양소 용출과 온실가스 성분 중 N2O 배출에 미치는 영향을 구명하기 위해 수행하였다. 처리는 3 수준으로 바이오차를 넣지 않은 혼합물(Control), 왕겨바이오차를 넣은 혼합물(Rice hull biochar) 그리고 플라즈마 처리한 왕겨 바이오차를 넣은 혼합물(Plasma-treated rice hull biochar)로 구성되어 있다. 바이오차 처리에 따른 양분 누적 용출 농도를 살펴보면, NH4-N 누적 용출 농도는대조구에서 3673.5mg L-1 가장 높게 나타났으며, 플라즈마를 처리한 왕겨 바이오차 처리에서 3296.35mg L-1로 가장낮게 나타났다. 누적 인(PO4-P) 용출 농도는 대조구에서 681.0mg L-1로 가장 높게 나타났으며, 왕겨 바이오차 처리에서가장 낮게 나타났다. 누적 칼륨(K) 용출 농도는 플라즈마 처리한 왕겨 바이오차 처리에서 가장 높은 누적 용출농도를 보인 반면, 왕겨 바이오차 처리구에서 가장 낮은 누적 용출 농도를 나타났다. 식물의 주요 영양소 용출추정치는 수정된 Hyperbola 모델에 적합한 것으로 나타났다(p<0.0001). 각 N2O 온실가스 배출량의 경우, 플라즈마처리한 왕겨 바이오차(Plasma-treated rice hull biochar)가 혼합된 토양 중의 N2O 발생량은 대조구 보다 약 3배 이상감소하는 것으로 산정되었다. 기존 바이오차 보다 아산화 질소를 감축시키는 좋은 소재로 판단된다. 따라서, 향후왕겨 바이오차 처리 별 작물 생육 반응 구명이 필요한 것으로 판단된다. This batch experiment evaluated the impacts of major plant nutrient releases by applying the modified Hyperbola model on the leachates and N2O emissions from incorporated rice hull biochar with organic fertilizer materials. The treatments consisted of the control as incorporated with organic fertilizer materials, the incorporated rice hull biochar with organic fertilizer materials, and the incorporated plasma-activated rice hull biochar with organic fertilizer materials under redox conditions. The results indicated that the maximum release amount of NH4-N was 3486.3 mg L-1 in the control, and their reduction rates of NH4-N, NO3-N, PO4-P, and K were 8.0%, 17.5% 44.3.0% and 8.7%, respectively, relative to the control. In the control, the highest soluble amount of PO4-P was 681.0 mg L-1. The estimations for accumulated NH4-N, NO3-N, PO4-P, and K-releases in all the treatments were significantly (p<0.01) fitted with a modified Hyperbola model. For greenhouse gas emissions, the lowest cumulative N2O was 340.4 mg kg-1 in the soil incorporated with plasma-activated rice hull biochar, and the reduction rates were 27.8% and 86.4% in the rice hull biochar and plasma-activated rice hull biochar treatments, respectively, compared to the control. Therefore, it concluded that the incorporated rice hull biochar can be especially useful for controlling PO4-P release and N2O emissions for bio-fertilizer applications.

토양 종류별 보릿짚 및 가축분 바이오차 투입이 토양 탄소 무기화에 미치는 영향

박도균,이종문,최은정,권효숙,이형석,박혜란,오택근,이선일 유기성자원학회 2022 유기물자원화 Vol.30 No.4

Biochar is a carbon material produced through the pyrolysis of agricultural biomass with limited oxygen condition. It has been suggested to enhance the carbon sequestration and mineralization of soil carbon. Objective of this study was to investigate soil potential carbon mineralization and carbon dioxide(CO2) emissions in different soils cooperated with barely straw and livestock manure biochars in the closed chamber. The incubation was conducted during 49 days using a closed chamber. The treatments consisted of 2 different biochars that were originated from barley straw and livestock manure, and application amounts were 0, 5, 10 and 20 ton ha-1 with different soils as upland, protected cultivation, converted and reclaimed. The results indicated that the TC increased significantly in all soils after biochar application. Mineralization of soil carbon was well fitted for Kinetic first-order exponential rate model equation (P<0.001). Potential mineralization rate ranged from 8.7 to 15.5% and 8.2 to 16.5% in the barely straw biochar and livestock manure biochar treatments, respectively. The highest CO2 emission was 81.94 mg kg-1 in the upland soil, and it was more emitted CO2 for barely straw biochar application than its livestock biochar regardless of their application rates. Soil amendment of biochar is suitable for barely straw biochar regardless of application rates for mitigation of CO2 emission in the cropland. 바이오차는 바이오매스를 산소가 제한된 환경에서 고온(300~700℃)으로 열분해하여 얻어지는 탄소 함량이높은 생성물이다. 최근 바이오차는 농업 부산물을 최소화하고 순환 경제의 효율성을 높이는 효과적인 도구로 농업및 환경 분야에서 다양한 용도로 널리 사용되고 있다. 바이오차를 만드는 재료로 왕겨, 가축분, 보릿짚 등 여러종류의 유기성 부산물이 사용되고 있으며, 약 10% 바이오차 적용(wt/wt)은 작물의 수확량, 토양 탄소 격리량을 높여준다는 연구 결과가 있다. 우리나라 농경지의 경우 논에서 밭으로 토지 이용이 전환되거나 간척으로 인한갯벌이 논으로 개간되고, 산림에서 밭이나 시설재배지로 개간되는 경우가 발생한다. 그러므로 농경지 전환으로인한 농경지별 바이오차 적용 효과가 상이할 것으로 판단된다. 그러나 국내에서 농경지 유형별 바이오차 종류와투입 수준에 따른 토양 탄소저장 연구는 여전히 미흡한 상황이다. 이에 본 연구는 농경지 토양별 바이오차 종류와투입 수준에 따른 토양 탄소저장과 무기화되어 배출되는 이산화탄소(CO2) 배출량을 정량적으로 평가하였다. 본연구에 사용한 재료는 보릿짚, 가축분을 수거, 건조 등 전처리 과정을 거친 후 충남 예산에 있는 바이오차 제조공장탄화로를 이용하여 TLUD (Top Lit Up Draft) 상향 통풍형 열분해 방식으로 약 500℃에서 제조하였다. Kinetic 모델적용 결과 토양에 투입된 탄소 무기화는 바이오차를 투입하지 않으면 토양 종류별 8.2~16.5% 비율로 탄소원이무기화 되어 이산화탄소로 배출되었다. 노지 밭 토양에서 15.5~16.5%로 가장 높았고, 간척지 토양에서 8.2~8.7%로가장 낮았다. 이는 토양 내 탄소 함량이 높은 토양에서 유기물의 분해가 상대적으로 높아 배출되는 이산화탄소(CO2)는탄소 함량에 비례하여 증가하는 것으로 판단된다. 바이오차를 투입한 토양에서 탄소 함량이 증가함에도 상대적으로무기화되는 비율은 낮아졌다. 국제 바이오차협 회에서는 H:C 비율이 0.7 이하면 100년 이상 토양 내 탄소 격리효과가 있는 것으로 인정되고 있다. 본 연구를 통해 바이오차의 원료물질이 상이한 보릿짚, 가축분 바이오차 간탄소 무기화에 미치는 영향이 상이할 것으로 판단했지만, 각각의 바이오차 H:C 비율이 0.30~0.39로 0.7 이하임으로토양에 혼합하였을 때 탄소 무기화의 비율이 낮고 탄소 격리의 효과가 나타났다.

H₃PO₄ 처리한 바이오차의 특성분석 및 메틸오렌지, 메틸렌블루 흡착

신윤정 ( Yoon-jung Shin ),이재원 ( Jae-won Lee ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술발표논문집 Vol.2023 No.0

전세계적으로 살충제, 중금속, 염료 등을 포함하는 다양한 오염물질로 인해 수질 오염 문제가 증가하였다. 오염물질을 제거하기 위한 방법으로 흡착은 효율적인 기술, 저비용, 고성능 및 환경 친화적이라는 장점이 있다. 흡착제로 바이오차를 사용하면 풍부한 공극 부피 및 다양한 작용기로 인해 오염물질의 제거에 적용할 수 있다. 바이오차의 물리적 구조와 화학적 특성은 흡착 과정에 영향을 미치는 주요 요인이다. 바이오차의 흡착 능력을 향상시키기 위한 방법으로는 KOH, NaOH, ZnCl₂, H₃PO₄를 이용한 화학적 처리가 있다. 그 중에서, H₃PO₄ 처리는 바이오차와 H₃PO₄가 반응하여 표면에 -P=O 및 -P=OOH 작용기를 형성하여 흡착물질과의 상호작용을 향상시킨다. 본 연구에서는 벌채 부산물 및 참나무를 이용하여 H₃PO₄ 처리한 바이오차의 특성분석 및 메틸오렌지, 메틸렌블루 흡착 실험을 진행하였다. H₃PO₄ 처리는 25 g의 바이오매스와 40% H₃PO₄ (250 mL)를 1:10(w/v)으로 혼합하여 24시간 교반 후 건조하여 사용하였다. H₃PO₄ 처리 전후 바이오차는 탄화로를 이용하여 600℃로 1시간 동안 반응하여 제조하였다. H₃PO₄ 처리 전후 바이오차의 특성분석은 원소분석, X선 회절 분석(XRD), 푸리에 변환 적외선 분광 분석(FTIR), Brunauer-Emmett-Teller (BET) 방법으로 비표면적 분석, Barrett-Joyner-Halenda (BJH) 방법으로 공극분포 분석을 수행하였다. H₃PO₄ 처리한 바이오차의 탄화수율이 70~80%로 처리하지 않은 바이오차보다 높게 나타났다. FTIR 분석 결과, H₃PO₄ 처리 후 P 관련 작용기(P=O 및 P=OOH) 피크가 1220 cm-1에서 나타났으며, 구조적 변화는 H₃PO₄ 처리에 의해 고온에서 산소와 인의 결합에 의한 것으로 판단된다. H₃PO₄ 처리 전후 바이오차의 ICP-OES 분석 결과, H₃PO₄ 처리 후 인 함량이 증가하였다. 이것은 H₃PO₄ 처리를 통해 바이오차 표면에 인이 도포되었음을 의미한다. 원시료와 비교했을 때, H₃PO₄ 처리 전후 바이오차의 탄소함량은 증가하였고, 수소 및 산소함량은 감소하는 경향이 나타났다. 또한, H₃PO₄ 처리 전후 바이오차의 비표면적은 원시료와 비교했을 때 증가하였다. H₃PO₄ 처리 후 바이오차의 비표면적은 벌채부산물이 1369.50 ㎡/g, 참나무는 1563.90 ㎡/g으로 처리하지 않은 바이오차보다 높았고, 공극 크기는 H₃PO₄ 처리 후 바이오차에서 벌채부산물이 1.82 nm, 참나무가 1.75 nm로 미세공극(< 2 nm)으로 나타났다. 또한, 바이오차에 메틸오렌지, 메틸렌블루 흡착 실험을 진행하여 흡착제로서의 가능성을 평가하였다. 메틸오렌지, 메틸렌블루 흡착 실험을 진행한 후 오염물질 제거율을 분석하였고, Langmuir model과 Freundlich model로 흡착등온선을 평가하였다.

배 전정지 바이오차 시용이 작물 생육 및 토양이화학성에 미치는 영향

장재은,임갑준,박중수,심재만,강창성,홍순성 유기성자원학회 2018 유기물자원화 Vol.26 No.4

This study was conducted to develop the manufacturing method of biochar using pruned stems of pear tree and its application effect on the crop growth and soil physico-chemical properties. In this study, biochar derived from pruned stems of pear tree at heating temperature of 300 ℃, 500 ℃ and 700 ℃ in heating times of 2, 3 and 4 hours, were tested in the changes of their chemical properties during biochar processing. The pH, Exch. K, Exch. Mg and cation exchange capacity (CEC) increased as the pyrolysis temperature increased during the production of biochar, and the change of these properties rapidly occurred at 500 ℃. However, as the pyrolysis temperature increased, ash content increased and total carbon (T-C), yield decreased. And the change of the properties in response to the heating time was not shown. It was thought that it would be desirable to set the production conditions of biochar at 500 ℃ for 2 hours in consideration of the change of chemical properties and the ash content and yield. And also, were conducted the experiments to establish manufacturing method of farm-made biochar using drum biochar manufacturing machine and investigate the application effects of biochar on the cultivation of chinese cabbage and tomato. Application of biochar derived from pruned stems of pear tree could enhance pH, organic matter (OM), total carbon (T-C) of soil. On the other hand, soil electrical conductivity (EC), NO3-N were lowered compared to the control which has no application. The bulk density, porosity and aggregate formation of soil were improved by biochar application. The fresh matter yields of chinese cabbage and tomato were significantly increased in proportion to the application rate of biochar. This study demonstrated the effect of the biochar derived from agricultural byproduct to be as a low cost potential soil ameliorant by physico-chemical properties in eco-friendly greenhouse cultivation. 본 연구는 배 전정지를 사용하여 제조온도와 가열시간별로 바이오차를 제조하여 최적의 바이오차 제조조건을 확립하고 바이오차 시용이 작물 생육과 토양이화학성에 미치는 영향을 구명하기 위하여 수행하였다. 제조온도(300 ℃, 500 ℃, 700 ℃), 가열시간(2, 3, 4 시간)별로 전기로에서 바이오차를 제조하여 성분변화를 조사하였다. 바이오차 제조온도가 높을수록 pH, 칼륨, 마그네슘, 양이온교환용량(CEC)은 증가하였고 이러한 성분변화는 500 ℃에서 급격히 일어났다. 하지만 제조온도가 증가할수록 회분함량이 증가하고 전탄소(T-C) 함량과 수율은 감소하여 제한요인으로 작용하였다. 또한 가열시간에 따른 성분변화는 크게 나타나지 않아 가열시간보다는 제조온도에 따라 바이오차의 성분변화가 큰 것으로 나타났다. 따라서 바이오차 성분변화 및 회분, 수율을 고려하여 배 전정지 바이오차 제조조건은500 ℃, 2시간으로 설정하는 것이 바람직할 것으로 생각되었다. 농가 자가제조용 바이오차의 제조조건을확립하기 위해 드럼형 제조장치를 사용하여 배 전정지 바이오차를 대량으로 제조하였을 때에서도 전기로를 사용하여 제조한 바이오차와 주요 성분이 대등함을 확인할 수 있었으며, 이를 사용하여 배추와 토마토를 재배하면서 바이오차의 시용효과를 조사한 결과 무시용 대비 토양의 pH, 유기물(OM), 전탄소(T-C) 함량이 증가하고 EC, NO3-N가 감소하였다. 또한 바이오차 시용시 토양의 용적밀도가 낮아지고 공극률 및 입단율은 높아지는 경향을 보여 토양 물리성이 개선되는 효과가 나타났다. 바이오차를 연용한 결과 바이오차 시용으로 배추 생육 미 및 수량이 증가하였으며, 토마토는 바이오차 연용으로 상품과의 갯수 및 수량이 증가하였다. 드럼형 제조장치를 사용하여 농업부산물 바이오차를 농가에서 자가제조하여 사용할 경우 생산비 절감과 동시에 시설재배지 토양 이화학성 개선에 효과가 있어 친환경 농가의 토양관리에 활용도가 클 것으로 생각된다.

배추 뿌리혹병 방제를 위한 미생물 선발과 바이오차 인위적 로딩 조건 설정 연구

남주희 ( Joo-hee Nam ),임성희 ( Sung-hee Lim ),장재은 ( Jae-eun Jang ),신민우 ( Min-woo Shin ),문지영 ( Ji-young Moon ),임갑준 ( Gab-june Lim ),심창기 ( Chan-ki Shim ),김민정 ( Min-jung Kim ),신중두 ( Jung-doo Shin ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술발표논문집 Vol.2023 No.0

배추, 양배추, 무, 순무 등의 십자화과 작물에서 발생되는 배추 뿌리혹병은 Plasmodiophora brassicae라는 병원균에 의해 발생되며, 균학적 특성상 약제 처리만으로 방제가 어려운 난방제 병원균에 속한다. 뿌리혹병원균은 토양 내 7~10년간 장기간 잔존할 수 있으며, 존재하는 휴면포자가 발아한 후 유주포자를 형성하여 이 유주포자가 배추 뿌리털 속으로 침입하고 증식하면서 뿌리혹을 형성하게 된다. 경기도농업기술원에서는 뿌리혹병에 대한 친환경 방제 기술 개발을 위하여 항균력이 우수한 균주를 수집하여 포트 검정시 방제 효과가 60% 이상인 3종의 미생물을 선발하였으며, 동정 결과 Arthrobacter sp., Pseudomonas sp., Bacillus sp.로 확인되었다. 기존에 알려진 선행연구는 선발한 미생물을 관주처리 하는 경우가 많았지만, 미생물의 특성 상 토양 내 잔존이나 우점이 어렵고, 환경이 적합하지 않아 증식이 불리하여 기내검정에서 효과가 우수한 균주를 선발하여도 현장에서 균주 자체의 특성을 나타내지 못하는 경우가 많았다. 본 연구는 이러한 현장 적용의 문제점을 해결하기 위하여 흡착력이 우수한 다공성의 바이오차에 미생물을 로딩하고, 미생물이 잘 배양될 수 있도록 pH, 멸균 유무, 건조 시간 등을 고려하여 균주 배양 특성에 적합한 인위적인 바이오차 로딩 조건을 설정하는 연구를 진행하였다. 바이오차는 계분+구아노 바이오차, 계분+구아노+산처리(구연산) 바이오차, 왕겨+구아노 바이오차, 왕겨+구아노+산처리(구연산), 왕겨+구아노+산처리(목초액) 총 5종류의 바이오차를 이용하였으며, 선발한 균주를 멸균유무, pH, 건조시간에 따라 인위적으로 로딩 조건을 설정하여 진행한 뒤, 접종한 균주가 바이오차 내에서 동일하게 발현하는지 유무를 확인하였다. 접종 후 도말하여 30℃에서 배양시킨 뒤 gDNA 추출 후 27F(5’-AGAGTTTGATCMTGG CTCAG-3’)과 1429R(5’-TACGGYTACCTTGTTACGACTT-3’) primer set을 이용하여 16S rRNA 유전자를 분석하였다. 분석된 염기서열은 NCBI의 BLAST를 이용하여 GenBank에 등록된 염기서열과 상동성을 비교하여 최종적으로 동정하였다. pH 농도별 선발된 길항미생물의 생균수를 측정한 결과 pH 6.0에서 8.0 전까지는 균주 배양이 가능하였으나 pH 8.0 이상부터는 균주 발현이 되지 않았다. 바이오차 멸균 유무에 따라 균주 로딩 후 발현 유무를 확인하였을 때, 멸균하지 않은 처리에서는 5종류의 바이오차 중에서 1종류의 바이오차에서만 Pseudomonas sp. 접종한 균주가 그대로 발현하였으며, 나머지 멸균하지 않은 바이오차에서는 접종한 균주 외 Staphylococcus sp. 등 대장성 오염균이 주로 발현되었고, 멸균한 바이오차에서는 Arthrobacter sp., Pseudomonas sp., Bacillus sp. 접종 균주가 그대로 발현되었다. 바이오차 로딩 후 건조시간에 따른 발현 조건을 확인한 결과 24 hr 건조에서는 Arthrobacter sp. 외 다른 미생물은 거의 발현이 되지 않았고, 72 hr 건조하였을 때 Arthrobacter sp., Pseudomonas sp., Bacillus sp. 접종 균주가 왕겨가 포함된 바이오차 3종류에서 모두 그대로 우점하여 발현되었다. 이 연구 결과를 통해 현장에 적용하는 환경과 선발 미생물이 배양되는 조건 간 차이를 줄여나가는 것이 군락 형성에 중요한 요소임을 확인하였으며, 추후 수분 조건, 영양 성분 등 인위적으로 줄여나갈 수 있는 조건을 구체적으로 확립하여 현장 적용이 가능한 유기농업자재를 개발할 수 있는 자료로 활용하고자 한다.