Park, Jun-Hong;Park, Sang-Jo;Kim, Jong-Su;Seo, Dong-Hwan;Park, So-Deuk;Kim, Jin-Ho
한국토양비료학회지
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제48권4호
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pp.271-277
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2015
Anaerobic decomposition of organic material in flooded rice fields produces methane, which escapes to the atmosphere primarily by transport through the rice plants. The annual amount of $CH_4$ emitted from a given area of rice is a function of the number and duration of crops grown, water regimes before and during cultivation period, and organic and inorganic soil amendments. Soil type, temperature, and rice cultivar also affect $CH_4$ emissions. The field experiment was conducted for three years to develop methane emission factor for water regime before the cultivation period from the rice fields. It was treated with three different water regimes prior to rice cultivation, namely: non-flooded pre-season < 180 days, non-flooded pre-season > 180 days, flooded per-season in which the minimum flooding interval is set to 30 days. Methane emission increased with days after transplanting and soil redox potential (Eh) decreased rapidly after flooding during the rice cultivation. The average methane emission fluxes were $5.47kg\;CH_4\;ha^{-1}day^{-1}$in flooded pre-season > 30 days, 5.04 in non-flooded pre-season < 180 days and 4.62 in non-flooded pre-season > 180. Methane emission flux was highly correlated with soil temperature and soil Eh. Rice yields showed no difference among treatments with water regime before the cultivation period.
한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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pp.4-4
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2017
Atmospheric carbon dioxide enrichment ($eCO_2$) often increases soil nitrous oxide ($N_2O$) emissions, but the underlying mechanisms are not fully understood. Emerging evidence suggests that $eCO_2$ alters plant N preference in favor of ammonium ($NH_4{^+}-N$) over nitrate ($NO_3{^-}-N$). Yet, whether and how this attributes to the enhancement of $N_2O$ emissions has not been investigated. We examined the effects of $eCO_2$ on soil $N_2O$ emissions in the presence of two N forms ($NH_4{^+}-N$ or $NO_3{^-}-N$), using wheat (Triticum aestivum L.) as a model plant. Our results showed that N forms dominated $eCO_2$ effects on plant and microbial N utilization, and thus soil $N_2O$ emissions. Elevated $CO_2$ significantly increased the rate and the sum of $N_2O$ emissions by three to four folds when $NO_3{^-}-N$, but not $NH_4{^+}-N$, was supplied. Enhanced $N_2O$ emission was related to the reduced plant $NO_3{^-}-N$ uptake in wheat. We propose a new conceptual model in which $eCO_2$-inhibition of plant $NO_3{^-}-N$ uptake and/or $CO_2$-enhancement of soil labile C enhances the N and/or C availability for denitrifiers and increases the intensity and/or the duration of $N_2O$ emissions. Together, these findings suggest that to enhance plant N use efficiency and reduce $N_2O$ emission, crop breeding and management need to consider altered plant preference of N sources under future $CO_2$ scenarios.
1. 30년 장기 연용구의 연작 대비 윤작에 의한 옥수수 및 콩의 수량증대는 옥수수보다 콩이 더 컸으며, 연작시 무경운에 따라 수량이 감소되었던 옥수수는 윤작에 의해 수량이 많이 회복되었다. 콩은 연 윤작구 모두 무경운에서도 수량이 감소하지 않았다. 2. 윤작구의 작물재배기간의 이산화탄소 누적발생량은 재배작물 및 처리간 차이가 없었으며, 메탄은 콩의 재배시 plow 경운구에서 생육초기에 증가하였다. 3. 아산화질소의 발생은 옥수수 생육초기 질소시비 후에 질소비료의 무기화 과정에서 발생량이 증가하였는데, 경운방법에 따라 차이가 뚜렷하여 chisel 경운에서 가장 높았고, 무경운에서 가장 낮았다. 4. 콩-옥수수 윤작체계에서 plow 및 chisel 경운에 비해 무경운(no-tillage)의 채택에 따라 작물의 수량 감소없이 콩 재배 시 메탄 $0.7kg\;C\;ha^{-1}$ 및 옥수수 재배 시 아산화질소 $2{\sim}4kg\;N\;ha^{-1}$ 발생량을 감소시킬 수 있었다.
We aimed at investigating the difference in $N_2O$ emission factors of chemical and organic fertilizers and identifying the main factors influencing annual fluctuations in $N_2O$ emission. We conducted two-year experiments in 2016 and 2017 in an agricultural field planted with sweet potato (Ipomoea batatas). Treatments included chemical NPK fertilizer (NPK) and chicken compost application at $10\;ton\;ha^{-1}$, $20\;ton\;ha^{-1}$, and $30\;ton\;ha^{-1}$ rates (CK1, CK2 and CK3). Control was also employed with no addition. Results showed that $N_2O$ emission rates were significantly related with soil water status and soil available N contents. Significant correlation between % water filled pore space (WFPS) and $N_2O$ emission was observed only when the %WFPS was greater than 40% and during the initial stage of the experiment (<60 d). Comparison of the emission factors in 2016 and 2017 showed us that the emission factor was greater in 2016 when the %WFPS was maintained higher by 16.5% compared to that in 2017. In 2016, the emission factor of organic fertilizer was higher than that of chemical fertilizer, while in 2017, the pattern was reversed. Annual variability in $N_2O$ emission could also be originated from the available N contents remaining in soil after being taken up by plants. If we apply excessive N fertilizer, the soil would contain excess amount of N which was not uptaken by plants, leading to a huge increase in $N_2O$ emission. This case would overestimate emission factor, which was the case for the organic fertilizer in 2016. Over-fertilization should be avoided when we set up an experiment to determine $N_2O$ emission factor.
Kim, Sung Un;Choi, Eun-Jung;Jeong, Hyun-Cheol;Lee, Jong-Sik;Hong, Chang Oh
한국토양비료학회지
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제50권6호
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pp.530-537
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2017
Composted animal manure added for improving soil quality and enhancing crop productivity can lead to greenhouse gas emissions such as nitrous oxide ($N_2O$) by processes of nitrification and denitrification. In addition, the amount of $N_2O$ emission from composted manure amended soils can vary greatly with composted manure type or different soil type. Therefore, the influence of cattle composted manure on $N_2O$ emissions was evaluated during growth of sweet potato (Ipomoea batatas). The treatments included control, conventional fertilization (CF), and CF + cattle composted manure (CCM) $10Mg\;ha^{-1}$ were applied in the spring. $N_2O$ emissions were significantly affected by composted manure and chemical fertilizer and the CCM had greater N2O emissions compared with other treatments. The majority of $N_2O$ emissions occurred shortly after composted manure and chemical fertilizer application compared with the rest of the growing seasons for all treatments. Also, $N_2O$ flux was associated with water-filled pore space (WFPS) at all treatments. On average of $N_2O$ emission accumulation, the CCM was 1.5 times greater than control treatment while there was no difference between CF and control.
Soil organic matter (SOM) plays an important role in the continuous production and environmental conservation in arable soils. In particular, the decomposition of organic matter in soil might promote soil organic matter and fertility due to the mineralization of N. In this study, to evaluate the effect of organic matter amendment on the C mineralization and N dynamic, $CO_2-C$ flux, extractable N and $N_2O$ emission were determined using closed chamber for 4 weeks at 10, 15, $20^{\circ}C$ of incubation temperature after the mixture of $2Mgha^{-1}$ rice straw compost and rye in sandy loam and clay loam. Regardless of soil texture, decomposition rates of rice straw compost and rye at $10{\sim}20^{\circ}C$ of incubation temperature ranged from 0.9 to 3.8% and 8.8 to 20.3%, respectively. Rye application in soil increased $NH_4-N$ and $NO_3-N$ content as well as the $N_2O$ emission compared to the rice straw compost. After incubation for 4 weeks, total C content in two soils was higher in rice straw compost than in rye application. In conclusion, application of rice straw compost and rye to soil was able to improve the soil organic matter and fertility. However, organic matter including the recalcitrant compounds like rice straw compost would be effective on the management of soil organic matter and the reduction of greenhouse gases in soil.
Microbial communities in mangrove forests have recently been intensively investigated to explain the ecosystem function of mangroves. In this study, the soil microbial communities under young (<11 years-old) and old (>17 years-old) mangroves have been studied during dry and wet seasons. In addition, biogeochemical properties of sediments and methane emission from the two different mangrove ages were measured. The results showed that young and old mangrove soil microbial communities were significantly different on both seasons. Seasons seem to affect microbial communities more than the mangrove age does. Proteobacteria and Chloroflexi were two top abundant phyla showing >15%. Physio-chemical properties of sediment samples showed no significant difference between mangrove ages, seasons, nor depth levels, except for TOC showing significant difference between the two seasons. The methane emission rates from the mangroves varied depending on seasons and ages of the mangrove. However, this did not show significant correlation with the microbial community shifts, suggesting that abundance of methanogens was not the driving factor for mangrove soil microbial communities.
농경지에서 발생되는 온실가스인 $CH_4$, $N_2O$의 배출제어 기술을 구명하기 위하여 수원시에 위치한 국립농업과학원 기후변화생태과 시험포장에서 온실가스 배출시험을 수행하였다. 고추밭에서 토성과 토양수분에 의한 온실가스배출 시험은 2004~2005년 2년간 고추 재배를 하여, 질소를 시용하지 않는 PK와 NPK+ 돈분퇴비 등으로 시비처리를 하였고 온실가스배출에영향을 주는 토양수분, 토양온도 그리고 무기태 질소($NH{_4}^+$, $NO{_3}^-$) 등 관련 요인별로 온실가스배출량을 측정하였다. 이와 같이 밭에서 온실가스 배출에 미치는 영향을 조사하여 온실가스 관리에 필요한 기초 자료로 활용하기 위해 시험한 결과는 다음과 같다. 1) 토성에 따른 $N_2O$ 배출량은 식양토에 비해 사양토에서 74.0~82.1% 적었고, 토양 수분장력 -30 kPa보다 -50 kPa에서 식양토는 13.2%, 사양토는 40.2%가 적었다. 2) $CH_4$ 배출은 식양토에 비해 사양토에서 45.7~61.6%, 그리고 수분장력에 따라 -30kPa보다 -50kPa에서 식양토 69.6%, 사양토 55.8%가 적었다. 3) $N_2O$ 배출에 영향을 미치는 요인은 식양토에서 무기태질소 (51.2%), 토양온도 (25.8%), 토양수분함량 (23.0%), 그리고 사양토에서는 토양수분함량 (39.3%), 토양온도 (36.4%), 무기태질소 (24.3%) 순으로 나타났으며, 식양토에 비해 사양토에서 $N_2O$ 배출에 대한 무기태질소의 기여도가 낮았다.
아산화질소 ($N_2O$)는 가장 중요한 지구온난화 가스 중의 하나로 농업용으로 시용한 비료의 생물학적인 변환에 의한 것이 가장 큰 배출 원인으로 알려져 있다. 우리나라 농경지로부터 아산화질소의 간접배출 특성 및 배출량을 밝히기 위해 2007부터 2010년 까지 4년간 경남지방의 농업용관정의 지하수 질소성분들을 분석한 결과, 총 질소의 경우 평균 6.91, 질산태질소는 $5.06mg-N\;L^{-1}$이었다. 용존 아산화질소의 농도는 평균 $14.2{\mu}g-N\;L^{-1}$, 중앙값은 $7.8{\mu}g-N\;L^{-1}$, 최고값은 $169.6{\mu}g-N\;L^{-1}$로 분포하였다. 지하수 중의 총 질소나 질산태질소의 농도는 연도나 시기별로 큰 차이가 없었으나 용존 아산화질소 농도는 연도별로는 2009년에 시기별로는 8월이 가장 낮은 결과를 보였다. 우리나라 지하수 중의 $N_2O$-N 농도와 $NO_3$-N 농도비는 평균값이 0.0034, 중앙값이 0.0018이며, 95% 이상이 IPCC 가이드라인의 default 값인 0.015 이하에 분포하고 있어 IPCC가 1996 가이드라인의 농경지 지하유출에 의한 간접배출계수 ($EF_{5-g}$) 0.015 $N_2O-N/NO_3-N$가 우리나라의 환경보다 너무 높게 선정된 것임을 알 수 있었다. 따라서 IPCC의 $EF_{5-g}$ default 값인 0.015 $N_2O-N/NO_3-N$ 대신 우리나라 농경지 지하수 중의 $N_2O$-N와 $NO_3$-N 농도비의 평균값인 0.0034 $N_2O-N/NO_3-N$을 농경지 질소의 지하유출에 의한 아산화질소 간접배출량 평가를 위한 국가고유 배출계수 ($EF_{5-g}$)로 제시코자 하며, 따라서 농경지에서 수계유출에 의한 아산화질소 전체의 간접 배출계수 ($EF_{5-g}+EF_{5-r}+EF_{5-e}$)는 현재 우리나라의 국가 배출량평가에 사용되는 IPCC default값 0.025 $N_2O-N/NO_3-N$ 대신 0.0134 $N_2O-N/NO_3-N$를 제시코자 한다. IPCC의 수계 간접 배출계수인 0.025 $N_2O-N/NO_3-N$을 적용하여 평가한 2008년 우리나라 농경지에서 질소의 수계유출에 의한 아산화질소 배출량은 1,801,576톤 ($CO_2$-eq)이었으나 본 연구에서 제시한 배출계수인 0.0134 $N_2O-N/NO_3-N$을 적용할 경우 964,645톤 ($CO_2$-eq)으로 835,931톤 ($CO_2$-eq)의 온실가스 배출 감축효과를 얻을 수 있었다. 하지만 본 연구에서 제시한 배출계수는 질소 유출경로 중 가장 비중이 큰 지하침출에 의한 배출계수인 $EF_{5-g}$ 뿐으로 우리나라 농경지 아산화질소 간접배출량의 올바른 평가를 위해서는 앞으로 시용된 질소 중 수계를 통한 외부 유출 비율에 관한 default 값인 $Frac_{LEACH}$ (30%), 표면수 유출계수인 $EF_{5-r}$ (0.0075 $N_2O-N/NO_3-N$), 그리고 하천변을 통해 유출되는 계수인 $EF_{5-e}$ (0.0025 $N_2O-N/NO_3-N$ )에 관한 추가적인 연구가 수행되어야 할 것이다.
Park, Woo-Kyun;Kim, Gun-Yeob;Lee, Sun-Il;Shin, Joung-Du;Jang, Hee-Young;So, Kyu-Ho
한국토양비료학회지
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제47권5호
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pp.381-389
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2014
$NH_4$-N contents in the soil treated were relatively high in the initial stages, but rapidly decreased at 124 days after treatment. $NO_3$-N contents were shown to be opposite patterns of $NH_4$-N contents. $CO_2$ emissions in the non-treatment and Carbonized rice hull treatment with application of NPK fertilizers decreased by 43.7 and 21.9% relative to the non-application of NPK fertilizer plot except 5.4% increasement in the pig manure compost treatment. $N_2O$ emissions of the non-application, the Expander rice hull application, and bio-char treatment increased by 90, 25, and 21.4%, respectively, but decreased by 54.2% in the pig manure compost treatment applied with NPK fertilizers compared with the NPK fertilizer non-application plot.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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