Park, Do-Gyun;Lee, Jong-Mun;Choi, Eun-Jung;Gwon, Hyo-Suk;Lee, Hyoung-Seok;Park, Hye-Ran;Oh, Taek-Keun;Lee, Sun-Il
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.30
no.4
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pp.67-83
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2022
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.
This study was carried out to determine impacts of burning of barley straw produced from rice-barley double cropping paddy field on air quality by investigating emissions of greenhouse gases ($CO_2$, $CH_4$ and $N_2O$), air pollution gases (CO, $SO_2$, $H_2S$, $NH_3$ and NO) and particulate matters (PM 10 and PM 2.5). When the barley straw at a rate of 4.5 t/ha was burned at open status, the emitted GHGs amounts were $CO_2$ 376.8 kg/l0a, $CH_4$ 1.56 and $N_2O$ 0.06. The amount of CO emission was the largest among air pollution gases. These results showed that the range of $45{\sim}55%$ of total C in barley straw was emitted as $CO_2-C$, followed by CO-C ($6.4{\sim}5.9%$) and $CH_4-C$ ($0.5{\sim}0.7%$). As far as moisture content in barley straw is concerned, the higher moisture content that the barley straw contains, the larger amount of air pollution gases and the higher portion of PM 2.5 in PM 10 were emitted when it burned. In case of harvesting time of barley straw, emission amounts of greenhouse, air pollution gases and PM 2.5 portion in PM 10 had tendency to increase when earlier harvested barley straw was burned.
To reduce both the floatation of the seedling of rice and the failure in standing in the paddy field when the barley straw was applied to paddy field before planting the rice, we tested the effect of rice rooting with plowing methods and irrigation rates for 2 years from 2003 to 2004. This study was carried out in paddy field with Fluvio-Marine deposit in Jeonbug series and the operating accuracy and the change of soil physico-chemical properties depending on plowing methods and irrigation rates following the barley straw applying were examined. There was a less floatation of barley straw in the dry-rotaryI+water-rotaryI(DRI+WRI) plot than in the plowing+water-rotary(PL+WRI) plot. The ratio of miss-planted and floating seedling also decreased by 1.7%, 2.6% in the DRI+WRIplot compared with PL+WRI plot. The soil physical property was improved with the decreasing soil hardness, bulk density and increasing soil porosity after the application of barley straw, especially enhanced greatly in the increase of porosity, gaseous phase and with the decrease of soil hardness, bulk density of subsurface soil in DRI+WRI plot. And the change of soil chemical property were increased the content of total carbon$^{\circ}{\S}$nitrogen$^{\circ}{\S}$organic matter and available phosphate while decreased the content of exchangeable cations and available silicate after the application of barley straw. Also the content of organic matter, available phosphate and cation exchangeable capacity were increased, whereas caron/nitrogen ratio was decreased in DRI+WRI plot compared with PL+WRI plot. The number of panicles, spikelets per square meter were increased and 1,000 grains weight of hulled rice was gained more in DRI+WRI plot at irrigation rate of $500ton\;ha^{-1}$, in DRI+WRII plot at irrigation rate of $700ton\;ha^{-1}$. So the rice yields were increased by 7%, in DRI+WRI and 5% in DRI+WRII plot, respectively compared with PL+WRI plot. The result of this study indicated that the most appropriate plowing method with barley straw application on rice cultivation at double cropping in normal paddy field plain land was DRI+WRI.
Lignocellulosic biomass is the most abundant organic material on earth and also promising raw material for bioenergy production. Agricultural residues in the process of bio-oil extraction, is an abundant and low-cost lignocellulosic material. The technology for conversion of lignocellulosic biomass resources to fuels and chemicals, such as ethanol, has been under development for decades. One of the well-studied technologies that are currently being commercialized is to use a dilute acid-catalyzed pretreatment followed by enzymatic hydrolysis and fermentation to produce ethanol. In this work, the dilute-acid hydrolysis of agricultural residues was optimized through the utilization of statistical experimental design. Evaluation criteria for optimization of the pretreatment conditions were based on high xylose recovery and low inhibitor contents in the hydrolyzates. The purpose of this study was to gain a more accurate understanding of the quantities of acid required for effective hydrolysis and the reactivity trade-offs with reaction time and temperature that will enable overall process optimization.
Six low-molecular-weight organic acids from decomposing plant residues were analyzed, which were formic, acetic, succinic, malic, tartaric, and citric acids. Straws of rice, barley, wheat, and rye were put under acid- hydrolysis after decomposition for different periods of time. The contents of organic acids in the hydrolysates were determined. 1. The relative molarity of a low-molecular-weight organic acid varies with the passage of the time of decomposition. 2. In general, formic and acetic acids were the major low-molecular-weight organic acids in all samples. 3. Malic acid was found to be only in a trace amount in rice and barley straws, and in their decomposed residues. 4. The relative molarities of total monocarboxylic acids(formic and acetic) increased with the progressing time of decomposition, far exceeding those of dicarboxylic and tricarboxylic acids combined together. 5. Formic and acetic acids were compensatory for each other and they were supposed to persist for a long time in soil environment.
Kim, Young-Ran;Yu, An-Na;Chung, Bong-Woo;Han, Min-Hee;Choi, Gi-Wook
KSBB Journal
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v.24
no.6
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pp.527-532
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2009
Lignocellulose represents a key sustainable source of biomass for transformation into biofuels and bio-based products. Unfortunately, lignocellulosic biomass is highly recalcitrant to biotransformation, both microbial and enzymatic, which limits its use and prevents. As a result, effective pretreatment strategies are necessary. The vast majority of pretreatment strategies have focused on achieving a reduction of lignin content. In this work, an ethanosolv pretreatment has been evaluated for extracting lignin from barley straw. 75% ethanol was used as a pretreatment solvent to extract lignin from barley straw. The influence on delignification of three independent variables are temperature, time, catalyst (1 M $H_2SO_4$) dose. The best pretreatment condition observed was $180^{\circ}C$, 120 min, 0.2% $H_2SO_4$ and delignification was 38%. A combined roasting and ethanosolv, 2-step pretreatment, was developed in order to improve the delignification. Roasting didn't increase the delignification but reduced the pretreatment time. X-ray diffraction results indicated that these physical changes enhance the enzymatic digestibility in the ethanosolv treated barley straw. The cellulose in the pretreated barley straw becomes more crystalline without undergoing ethanosolv.
Sixteen amino acids in the hydrolysates of fulvic acid fraction from 7 plant materials were determined. Analyzed amino acids were aspartic acid, glutamie acid, arginine, histidine, lysine, glycine, alanine, valine, leucine, isoleusine, phenylalanine, tyrosine, serine, threonine, proline, and methionine. Four crop residues, wild grass cuttings and forest tree litters were put under investigation. 1. The content of amino acids in fulvic acid fractions extracted after 90 days of compositing ranged from 0.15% to 0.53% by dry weight. The highest value was found in the fulvic acids of wild grass cuttings and the lowest in those of wheat straw, being equivalent to 1/5-1/31 of those found in humic acids. 2. The group of neutral amino acids shared the largest portion followed by acidic and basic amino acids. 3. Arginine was not detected in fulvic acid fractions from well decomposed residues. 4. Aromatic amino acids, phenylalanine and tyrosine, were virtually absent in fulvic acid fractions. 5. Glycine, glutamic acid and aspartic acid were the 3 major amino acids contained in fulvic acids of well decomposed residues. With glutamic acid and aspartic acid excluded, the decreasing order of concentration of amino acids was roughly in parallel with the increasing order of molecular weight.
It is well known that upland soils in Korea are of low fertility, especially if newly reclaimed. Broadcasting of a sufficient rate of fused phosphate in addition to the normal dosage of fertilizer on such soils, may produce a crop yield comparable to that on ordinary upland soils, and the broadcasting of fertilities may build up soil fertility rather quickly. Building up fertility in this way will give a good crop growth on such newly reclaimed soils even under conditions where supplies of compost are limited. Since the precipitation in Korea is mainly concentrated in the months June through September, a complete cover of the land during this period is of major importance, requiring a well considered rotation and skilful management. If this is not possible, the application of a much of about 200 kg, straw per 1/10th ha. is recommended instead. Furthermore, contour cultivation on land with slopes less than five degrees, together with contour furrows, straw mulching, strip cultivation, interplanting, and proper selection of crops which provide a good cover of the land, is recommended on slopes varying between five and fifteen degrees and in addition, bench-terraces on slopes in excess of $15^{\circ}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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