• Journal of Ecology and Environment
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• 제37권3호
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• pp.139-145
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• 2014

Denitrification permanently removes nitrate from aquatic ecosystems, so construction of denitrification walls to enhance denitrification activity is often suggested to reduce the nitrate levels from tributary ecosystems. However, little information is available to guide the choice of appropriate organic materials for increasing denitrification rates in the walls. This study investigated how differences in organic substrates originating from litter and organic materials affected denitrification and carbon mineralization rates in riparian sediments. Potential denitrification rates were highest in riparian sediments that contained large quantities of extractable organic carbon (Ext. Org C) and that had high anaerobic carbon mineralization rates, but they were negatively correlated with C:N ratios. Therefore, this research suggested that the both carbon quantity and quality should be considered when assessing the efficiency of organic substrates to remove nitrate from tributary ecosystems.

• 한국습지학회지
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• 제6권1호
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• pp.117-132
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• 2004

갯벌이나 연안습지의 생태구조 및 생지화학적 물질 순환을 이해하기 위해서는 유기물 분해기능 평가 및 분해경로에 대한 연구가 필수적으로 진행되어야 함에도 불구하고 국내에는 이에 대한 연구가 거의 없다. 본 논문에서는 하계 강화도 남단의 갯벌에서 미생물에 의한 혐기성 유기물 분해정도를 파악하고, 황산염 환원을 통한 유기물 분해경로의 정량적 중요성을 평가하고자 하였다. 유기물 분해율은 깊이 6 cm 이내에서 $41.9{\sim}89.4mmol\;m^{-2}d^{-1}$의 범위로 나타났으며, 이를 강화도 갯벌의 전체 면적(약 $300km^2$)으로 환산할 경우, 하루에 216 ton의 유기물이 혐기적 과정을 통해 분해되는 것으로 계산되었다. 이러한 결과는 하구갯벌인 강화도 갯벌의 유기물 분해능이 생산력이 높은 염습지의 유기물 분해능에 비해 결코 뒤지지 않음을 보여주는 결과이다. 한편, 인위적으로 유기물(acetate)을 공급하였을 경우 유기물 분해율이 약 2배~5배의 증가율을 나타냈다. 이러한 결과는 미생물의 유기물 분해가 이용 가능한 유기물의 공급 부족에 의해 제한되고 있음을 의미한다. 한편 깊이 6 cm 이내에서 적분한 황산염 환원율은 $20.7{\sim}45.1mmol\;SO{_4}^{2-}m^{-2}d^{-1}$의 범위로 나타났으며, 전체 혐기성 유기물 분해의 대부분을 차지하였다. 이러한 연구결과는 황산염 환원력의 과도한 증대가 향후 갯벌 주변 생태계의 생물 다양성 감소로 이어질 수 있음을 시사하는 것이다.

• 한국토양비료학회지
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• 제49권6호
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• pp.712-719
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• 2016

Understanding N mineralization dynamics in soil is essential for efficient nutrient management. An anaerobic incubation experiment was conducted to examine N mineralization potential and N mineralization rate of the organic amendments with different C:N ratio in paddy soil. Inorganic N in the soil sample was measured periodically under three temperature conditions ($20^{\circ}C$, $25^{\circ}C$, $30^{\circ}C$) for 90 days. N mineralization was accelerated as the temperature rises by approximately $10%^{\circ}C^{-1}$ in average. Negative correlation ($R^2=0.707$) was observed between soil inorganic N and C:N ratio, while total organic carbon extract ($R^2=0.947$) and microbial biomass C ($R^2=0.824$) in the soil were positively related to C:N ratio. Single exponential model was applied for quantitative evaluation of N mineralization process. Model parameter for N mineralization rate, k, increased in proportion to temperature. N mineralization potential, $N_p$, was very different depending on C:N ratio of organic input. $N_p$ value decreased as C:N ratio increased, ranged from $74.3mg\;kg^{-1}$ in a low C:N ratio (12.0 in hairy vetch) to $15.1mg\;kg^{-1}$ in a high C:N ratio (78.2 in rice straw). This result indicated that the amount of inorganic N available for crop uptake can be predicted by temperature and C:N ratio of organic amendment. Consequently, it is suggested that the amount of organic fertilizer application in paddy soil would be determined based on temperature observations and C:N ratio, which represent the decomposition characteristics of organic amendments.

• 한국환경농학회지
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• 제38권4호
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• pp.262-268
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• 2019

토양에서 유기자원의 무기화 특성을 구명하기 위하여 질소함량별로 볏짚, 우분퇴비, 균배양체, 유박, 아미노볼 등 총 5가지를 각각 처리하여 128일 동안 실내 항온배양실험을 실시하였으며, 이 분석결과를 질소 무기화 모형에 적용하여 유기자원의 질소 무기화 양상을 구명하였다. 항온배양 기간 동안 유기자원의 질소 순 무기화율은 질소함량이 가장 높은 아미노볼에서 가장 높았고, 질소함량이 가장 낮은 볏짚에서 가장 낮았다.잠재적 질소 무기화율은 전질소 함량과는 양의 상관관계(0.96)가 인정되었다. 무기화 속도상수 k는 유기자원의 유기물(-0.96) 및 탄소함량(-0.97)과 음의 상관관계가 인정되었다. 모형에 의해 추정된 1작기 동안의 질소 무기화율은 볏짚 6.6%, 우분퇴비 11.6%, 균배양체 30.9%, 유박 70.7%이었으며 아미노볼은 81.0%를 나타냈다. 질소 무기화율은 유기자원의 종류 또는 질소함량에 따라 다르게 나타나 질소 무기화율을 유기자원의 질소 공급 특성을 결정하는 지표로 사용할 수 있다. 질소함량이낮거나 발효과정을 거치는 퇴비 등의 유기자원은 퇴비화 과정에서 유기태 질소가 안정화되어 질소의 무기화율이 무발효 유기자원보다 낮으므로 시비량 결정시 양분공급의 목적보다는 토양 물리성 개량을 목적으로 사용하는 것이 바람직하다.

• 한국환경농학회지
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• 제30권2호
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• pp.99-104
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• 2011

BACKGROUND: Application of urea may increase $CO_2$ emission from soils due both to $CO_2$ generation from urea hydrolysis and fertilizer-induced decomposition of soil organic carbon (SOC). The objective of this study was to investigate the effects of increasing urea application on $CO_2$ emission from soil and mineralization kinetics of indigenous SOC. METHODS AND RESULTS: Emission of $CO_2$ from a soil amended with four different rates (0, 175, 350, and 700 mg N/kg soil) of urea was investigated in a laboratory incubation experiment for 110 days. Cumulative $CO_2$ emission ($C_{cum}$) was linearly increased with urea application rate due primarily to the contribution of urea-C through hydrolysis to total $CO_2$ emission. First-order kinetics parameters ($C_0$, mineralizable SOC pool size; k, mineralization rate) became greater with increasing urea application rate; $C_0$ increased from 665.1 to 780.3 mg C/kg and k from 0.024 to 0.069 $day^{-1}$, determinately showing fertilizer-induced SOC mineralization. The relationship of $C_0$ (non-linear) and k (linear) with urea-N application rate revealed different responses of $C_0$ and k to increasing rate of fertilizer N. CONCLUSION(s): The relationship of mineralizable SOC pool size and mineralization rate with urea-N application rate suggested that increasing N fertilization may accelerate decomposition of readily decomposable SOC; however, it may not always stimulate decomposition of non-readily decomposable SOC that is protected from microbial decomposition.

• 한국해양학회지:바다
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• 제10권3호
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• pp.145-153
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• 2005

산소가 고갈된 혐기성 환경의 유기물 분해 및 물질순환에서 철 환원반응의 생태/환경적 중요성에 대해 고찰하였다. 다양한 해양환경에서 유기물 분해 시 철 환원이 차지하는 중요성은 미약한 수준에서 거의 $100\%$에 이르기까지 그 범위가 극단적으로 다양하게 나타났다. 일반적으로 철 환원은 Fe(III)의 농도가 높은 곳에서 황산염 환원보다 중요한 유기물 분해 경로로 나타나, 유기물 분해에서 철 환원의 중요성은 철 환원세균이 이용 가능한 Fe(III)의 공급정도에 의해 결정되는 것으로 인식되었다. 산소공급이 미약한 연안혐기성 퇴적토 내에서 Fe(III)의 공급은: (1)조석에 의한 퇴적물 내 공극수의 교환(tidal flushing): (2)저서동물에 의한 생물교란: (3)식생의 유무에 따른 퇴적물의 산화/환원 상태의 변화 등에 의해 주로 영향을 받는 것으로 나타났다 철 환원세균에 의한 유기물 분해 및 다양한 금속원소의 전환기능을 이용한 특정 유기오염원과 금속오염원의 생물정화는 우리나라와 같이 부영양화된 연안생태환경의 개선 및 독성 유t무기 오염원의 생물정화 등 연안역의 환경친화적 관리가 절실히 요구되는 환경에서 생태/환경공학 분야의 유용한 해결수단으로 간주된다.

• Environmental Engineering Research
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• 제22권4호
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• pp.347-355
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• 2017

This study investigated how the combined changes in environmental conditions and nitrogen (N) deposition influence the mineralization processes and carbon (C) dynamics of wetland soil. For this objective, we conducted a growth chamber experiment to examine the effects of combined changes in environmental conditions and N deposition on the anaerobic decomposition of organic carbon and the emission of greenhouse gases from wetland soil. A chamber with elevated $CO_2$ and temperature showed almost twice the reduction of total decomposition rate compared to the chamber with ambient atmospheric conditions. In addition, $CO_2$ fluxes decreased during the incubation under the conditions of ambient $CO_2$ and temperature. The decrease in anaerobic microbial metabolism resulted from the presence of vegetation, which influences the litter quality of soils. This can be supported by the increase in C/N ratio over the experimental duration. Principle component analysis results demonstrated the opposite locations of loadings for the cases at the initial time and after three months of incubation, which indicates a reduction in the decomposition rate and an increasing C/N ratio during the incubation. From the distribution between the decomposition rate and gas fluxes, we concluded that anaerobic decomposition rates do not have a significantly positive relationship with the fluxes of greenhouse gas emissions from the soil.

• 한국해양학회지:바다
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• 제10권1호
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• pp.38-46
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• 2005

본 연구에서는 강화도 남단 갯벌에서 혐기성 유기물 분해능과 황산염 환원력을 정량화하고 유기물 분해에 있어 황산염 환원의 상대적 중요성에 미치는 저서 동물의 잠재적 영향에 대해 토의하고자 하였다. 혐기성 유기물 분해능은 $26{\sim}85\;mmol\;C\;m^{-2}\;d^{-1}$비 범위로 조사되었고, 이를 강화도 남단의 갯벌 면적 (약 90 $km^2$)으로 환산하면 하루 동안 약 46 ton의 유기물이 분해되는 것이라 할 수 있다. 황산염 환원력은 $22.6{\sim}533.4\;nmol\;cm^{-3}\;d^{-1}$의 범위로 조사되었으며, 전체 혐기성 유기물 분해의 $31{\sim}129%$를 차지하는 것으로 나타났다. 이는 연구지역에서의 혐기성 유기물 분해가 황산염 환원에 의해 주도되고 있음을 의미한다. 한편, 10월에 혐기성 유기물 분해에서 황산염 환원이 차지하는 비중이 상대적으로 낮게 나타난 반면, 공극수 내 Fe(II)의 농도가 증가한 것으로 나타났다. 이러한 결과들은 대형 저서 동물 활동에 의해 Fe(II)의 재산화가 촉진됨으로써 공극수 내 Fe(III)의 공급이 원활해졌고, 그로 인해 유기물 분해과정에서 철 환원 작용이 황산염 환원 작용을 약화시켰음을 의미한다.

• 유기물자원화
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• 제22권3호
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• pp.33-40
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• 2014

본 연구의 목적은 옥수수 재배 기간 동안 퇴비 및 바이오차를 시용한 토양에서 질소 무기화와 질산화율을 평가하였으며, 또한 유거수에 의한 총 탄소 및 질소 유실량을 산정하는 것이었다. 본 실험에 사용된 토성은 식양토였고, 비료 시용량은 토양검정 시비량으로서 $230-107-190kg\;ha^{-1}$($N-P_2O_5-K_2O$)이었으며, 바이오차 시용량은 토양무게 기준 0.2%이었다. 토양 시료는 15일 간격으로 채취하였으며, 시험구는 우분, 돈분 및 호기액비 처리구 와 각각의 처리구에 바이오차를 혼용하였다. 질소 무기화 및 질산화율은 일반적으로 파종 후 45일 토양 시료를 제외하고 유기성 퇴비만 시용한 구에 비해 바이오차를 혼용한 구에서 더 낮게 나타났으며, 호기액비 처리구에서 가장 높게 관측되었다. 유거수에 의한 총 탄소의 유실은 $1.5{\sim}3.0kg\;ha^{-1}$범위이었으며, 바이오차를 혼용한 돈분처리구에서만 $0.4kg\;ha^{-1}$ 저감되는 것으로 평가되었다. 또한 바이오차를 혼용함으로서 총 질소량이 돈분 및 호기소화액 처리구에서 각각 4.2 (15.1%) 와 $3.8(11.8%)kg\;ha^{-1}$이 줄어드는 것으로 나타났다.

• Journal of Ecology and Environment
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• 제40권1호
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• pp.5-11
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• 2016

Background: As the decomposition of lignocellulosic compounds is a rate-limiting stage in the nutrient mineralization from organic matters, elucidation of the changes in soil enzyme activity can provide insight into the nutrient dynamics and ecosystem functioning. The current study aimed to assess the effect of thinning intensities on soil conditions. Un-thinned control, 20 % thinning, and 30 % thinning treatments were applied to a Larix kaempferi forest, and total carbon and nitrogen, total carbon to total nitrogen ratio, extractable nutrients (inorganic nitrogen, phosphorus, calcium, magnesium, potassium), and enzyme activities (acid phosphatase, ${\beta}$-glucosidase, ${\beta}$-xylosidase, ${\beta}$-glucosaminidase) were investigated. Results: Total carbon and nitrogen concentrations were significantly increased in the 30 % thinning treatment, whereas both the 20 and 30 % thinning treatments did not change total carbon to total nitrogen ratio. Inorganic nitrogen and extractable calcium and magnesium concentrations were significantly increased in the 20 % thinning treatment; however, no significant changes were found for extractable phosphorus and potassium concentrations either in the 20 or the 30 % thinning treatment. However, the applied thinning intensities had no significant influences on acid phosphatase, ${\beta}$-glucosidase, ${\beta}$-xylosidase, and ${\beta}$-glucosaminidase activities. Conclusions: These results indicated that thinning can elevate soil organic matter quantity and nutrient availability, and different thinning intensities may affect extractable soil nutrients inconsistently. The results also demonstrated that such inconsistent patterns in extractable nutrient concentrations after thinning might not be fully explained by the shifts in the enzyme-mediated nutrient mineralization.