본 실험의 목적은 토양탄소 격리 기술을 개발하기 위한 바이오차 팰렛 시용에 따른 고추 생육 효과를 평가하는 것이다. 처리는 고추 수확 후 총 탄소 함량, 암모늄태 질소의 농도 및 총 바이오매스량 비교를 위해 일반적인 영농 방법으로서 대조구, 돈분 팰렛, 바이오차와 돈분 퇴비 혼합 비율별 바이오차 팰렛 시용구 (9:1, 8:2, 6:4, 4:6, 2:8)로서 구성되어 있다. 바이오차 팰렛의 사용량은 고추 재배를 위한 추천 시용량 (440 kg/10a)기준으로 혼합 비율에 관계없이 8.8 g/pot이었다. 실험 결과로서 총 탄소 함량은 대조구와 비교하여 처리구에서 1.8-2.6배 낮게 나타났다. 암모늄태 질소의 농도는 대조구와 비교하여 처리구들 사이에 유의차가 인정되지 않았으며, 질산태 질소는 모든 처리구에서 검출되지 않았다. 그렇지만, 총 바이오매스량은 다른 처리구에서는 낮게 나타났다 할지라도 대조구와 2:8 바이오차 팰렛 처리구 사이에는 유의차가 인정되지 않았다. 따라서 이 바이오차 팰렛 시용은 농사 활동에 있어서 탄소격리를 위해서는 더욱더 연구되어야 한다.
일반가정이나 식당에서 배출되는 유기성주방폐기물을 소형용기를 이용하여 퇴비화할 수 있는지를 알아보기 위해 밑바닥이 없는 세개의 소형용기를 바깥 뜰의 토양면에 설치하였다. 퇴비화용기의 내부를 준혐기성상태, 다공관을 설치한 자연대류형, 산기관을 이용하여 공기를 불어 넣어주는 공기공급형으로 각각 조건을 만든 후 주방에서 배출된 폐기물을 충전한 후 120 여일간 실험을 한 결과 수분은 80% 에서 40-50% 로, 휘발성고형물질(건조중량)은 80% 에서 48-55% 로, 탄소질소비는 18에서 8-10으로 안정화 되었다. 휘발성고형물질 % 와 탄소질소비의 분해에 의한 변화는 2차 반응식에 잘 부합되었으며 휘발성고형물질의 분해시 반응속도상수 k 는 준혐기성의 경우 $4.96{\times}10^{-5}/day$, 자연대류형은 $5.82{\times}10^{-5}/day$, 공기공급형은 $8.42{\times}10^{-5}/day$ 인 것으로 나타나 본 실험에 사용한 것과 유사한 용기를 사용하여 유기성주방폐기물을 퇴비화 할 경우 인위적으로 공기를 공급하는것이 퇴비화에 소요되는 기간을 단축할 수 있을 것으로 나타났다.
현재 지구상에서 농업에 기인하여 배출되는 $N_2$O의 80% 정도가 지구의 온난화 뿐만 아니라 오존층 파괴에까지 영향을 미친다. 토양에서 수분함량 등과 관련한 유기태 탄소는 지하수면의 계절적 변화에 따라 탈질화를 결정하는 주요 요인이 되기도 하며 심층토의 탈질화 활동은 토양내 유기물을 분해하여 유기태 질소를 일시적으로 토양에 축적시키기도 한다. 그리고 토양의 관리방법, 폐기물의 토양처리, 질소질 비료의 시용 등이 $N_2$O 증가에 결정적 요인이 되기도 한다. 그러나 이러한 효과의 정도는 거의 알려져 있지 않을 뿐만 아니라 질산화나 탈질화와 같은 상반되는 과정과 제한 요소와 관련하여 범용적으로 적용할 수 있는 $N_2$O 방출을 예측하는 측정 계수와 같은 연구는 매우 미미한 상태이다. 그러므로 농업토양에서 비료와 유기물 시용 둥에 의해 발생하는 토양의 $N_2$O배출을 효율적으로 관리하기 위하여 심층토에서의 동적 역학적 $N_2$O 배출 측정과 관리 방법을 개발하여야 한다.
농산물 탄소성적표지제도 도입을 위한 농업분야 LCI database에 대한 연구를 위하여 쌀의 생산체계를 대상으로 전과정평가를 수행하였다. LCI 구축을 위한 영농 투입물과 산출물에 대한 데이터결과 유기질비료와 복합비료가 각각 4.29E-01 kg $kg^{-1}$ rice, 2.30E-01 kg $kg^{-1}$ rice으로 영농단계에서 가장 높은 투입량을 보였고, 영농단계에서 발생하는 직접대기배출물이 3.23E-02 kg $kg^{-1}$ rice의 배출값을 나타내었다. 쌀생산체계에서 발생하는 온실가스를 중심으로 전과정 목록분석을 수행한 결과 탄소성적값은 8.70E-01 kg $CO_2$-eq. $kg^{-1}$ rice이었다. 이 중 $CO_2$가 7.02E-01 kg $CO_2$-eq. $kg^{-1}$ rice로 온실가스 발생의 약 80%가 $CO_2$였고, $CH_4$과 $N_2O$의 배출량은 각각 13%, 5%의 비중을 차지하였다. 전과정 영향평가 결과 지구온난화에 기여하는 주요인자는 유기질비료 생산 공정이 42%, 무기질비료 생산공정이 40%로 비료생산공정에 의한 비중이 가장 높았다.
토양생태계는 정량화하기 어려운 다양한 규칙이 다중적으로 조화되어 끊임없이 변하고있어 어떤 현상을 획일적으로 평가하기 어렵다. 그러나, 미생물은 환경에 대한 감수성이 빨라 토양의 생물적인 특성 변화를 가장 먼저 나타내기 때문에, 미생물은 생태계의 가변적 변동상의 지표가 될 수 있다. 또한 토양에 생명력을 부여해주는 기능을 가지고 있어 토양미생물의 작용 및 기능 평가는 토양 건전성 관리에 있어 중요한 역할을 한다. 따라서 본 연구는 생물학적 토양 건전성 평가 지표요인 개발하고자 주요 모재별 미경지 토양의 생물학적 토양특성을 평가하고자 수행하였다. 주요 모재별 미경지 토양의 미생물 밀도는 현무암유래 토양에서 낮고 석회암유래 토양에서 높은 경향이었으나, 그람 음성균은 비슷한 수준을 유지하고 있었다. 토양 건조처리시 미생물의 생존율은 형광성 Pseudomonas속이 0.1%로 가장 낮았으나 고온성 Bacillus속과 호알카리성균은 90%이상으로 높았다. 토양미생물체량과 미생물 유fo 유기탄소량 간에는 정의 상관관계를 나타냈으며, 토양 건조처리 효과는 토양별 9.7~95.0% 범위로 평균 39.8%였다. 건토를 재습윤하였을 때 중온성 Bacillus속은 원래 균수보다 높게 복원되는 토양이 많았다. 토양 pH는 미생물수 복원율에 정의 영향을 주었다. 건토의 재습윤화에 의한 토양 미생물체량 복원율은 평균 65.3%였으며, 재습윤토의 미생물체 복원량과 형광성 Pseudomonas속간에 유의한 정의 상관관계가 있었다.
본 연구는 탄소 : 질소(탄질)비가 다른 유기자재를 시용하였을 때 시기별 양분의 동태와 유기재배 수수$^*$수단그라스의 비료이용율에 미치는 영향을 조사하였다. 처리구는 질소함량 210kg/ha 수준으로 축분퇴비, 알팔파, 유박, 화학비료를 포함하였다. 유박과 알팔파는 가장 낮은 탄질비를 나타내었고 축분퇴비는 33.7 : 1의 가장 높은 탄질비를 보였다. 축분퇴비는 시용량이 가장 많았고 이에 따라 토양내 양분농도를 증가시켰다. 탄질비가 낮은 유박과 알팔파는 축분퇴비에 비해서 질소의 무기화율을 촉진시켰다. 질소이용효율은 화학비료구에 비해서 알팔파와 유박이 약 60% 전후를 나타내었고, 축분퇴비는 20% 이하의 효율이 관찰되었다. 인산의 이용효율은 알팔파가 가장 높았고 축분퇴비가 가장 낮았다. 이에 따라 탄질비를 고려한 유기자재를 선택해서 밭토양에 시비를 해야 할 것으로 판단되었다.
인삼재배환경에서의 농약의 동태를 구명하기 위하여 살균제 procymidone을 공시하여 인삼 재배토양을 대상으로 흡착실험을 수행하였다. 또한 procymidone을 처리한 인삼재배토양을 10$^{\circ}C$ 및 25$^{\circ}C$의 항온에서 배양하면서 토양중 잔류성을 조사하였다. 흡착실험을 통하여 구한 procymidone의 유기탄소기준 흡착분배계수($K_{oc}$)는 531$\sim$743 수준으로서 토양 중 procymidone의 이동성은 낮을 것으로 판단되었다. 실내 항온배양 실험결과로부터 계산된 procymidone의 반감기는 248일(25$^{\circ}C$) 및 330일(10$^{\circ}C$)로서 포장실험결과에 비해 현저히 길어졌으며, 이는 procymidone이 가수분해 또는 미생물에 의한 분해 등에 안정한 화합물임을 시사하였다.
20,000ppm의 디젤로 오염시킨 토양으로부터 디젤 분해 활성이 있는 균주를 순수분리 하여 이를 동정하고 디젤유 분해능과 특성을 조사하였다. 분리된 균주는 각각 SJD2 및 SJD4로 명명하였으며, 최소배지에 디젤을 유일 탄소원으로 첨가하여 잔류 디젤 농도를 분석한 결과, SJD2 균주는 29.3%의 분해 효율을 가진 것으로 확인되었다. 각 균주의 16s-rDNA 염기서열 분석을 통해 SJD2 균주는 Bacillus fusiformis, SJD4 균주는 Bacillus cereus로 동정되었다. 실제 토양에서의 적용을 위해 microcosm을 제작하여 14일간 토양에서의 디젤 분해능을 측정한 결과, SJD2 균주가 24.9%의 분해 효율을 보였다. 두 균주 모두 $25^{\circ}C-37^{\circ}C$에서 생장이 활발히 일어나 실제 토양에서도 이용이 가능할 것으로 예상되며 pH 7-8, 디젤 농도는 2%일 때 디젤 분해 효율이 가장 높은 것으로 나타났다.
벤젠합성장치를 제작하여 액체섬광계수법을 이용한 방사성탄소 연대측정 시료인 목재, 목탄, 패류, 토양 등의 시료의 처리에 이용하였다. 이산화탄소, 아세틸렌의 생성 및 최종적으로 얻어지는 벤젠으로 이어지는 합성과정별 실험조건을 최적화하였다. 본 벤젠합성기를 이용함으로써 유기시료의 경우, 15시간의 합성을 통하여 탄산칼슘 기준으로 85% 이상의 합성수율을 얻을 수 있었다. 합성된 벤젠의 순도는 GC/MS 측정결과 99.9% 이상이었다.
토양으로부터 유기인계 살충제인 phosphamidon을 분해하는 세균들을 분리하고 Biolog system을 이용하여 동정하였다. 그람양성 세균들은 모두 Bacillus 속에 속하는 종들이었으며 그람음성 세균들은 토양에서 우점하지 않는 세균들이 많았다. 이들중 phosphamidon 함유배지에서 생장률이 높은 균주들을 선택하여 phophamidon 분해능을 조사한 결과 Capnocytophaga gingivalis 로 동정된 YD-17 균주가 가장 높은 생분해능을 나타내어 1000ppm의 phosphamidon 이 배양 21일 후 94%의 잔류량을 보였으며 이는 대조구에 비해 제거율이 52% 증가된 결과였다. 이 때 균주의 생장을 단백질량으로 측정하였는데 분해균주들이 고농도의 phosphamidon에 의해 저해되지 않고 지속적인 생장을 하여 phosphamidon을 탄소원으로 이용하는 생분해가 일어난 것을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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