BACKGROUND: Cultivation of winter cover crops is strongly recommended to increase land utilization efficiency, animal feeding material self-production, and to improve soil and environmental quality. METHODS AND RESULTS: Four major winter crops (barley, Chinese milk vetch, hairy vetch, and rye) having different C/N ratio were seeded in silt loam paddy soil in the November 2007 and the aboveground biomass was harvested on the late May 2008 to evaluate its effectiveness as green manure, and root biomass distribution was characterized at the different depth (0-60 cm) to study its effect on physical properties and carbon sequestration in soil. During this experiment, the naturally growing weed in the rice paddy soil in Korea, short awn foxtail (Alopecurus aequalis Sobol), was considered as control treatment. Above-ground biomass of all cover crops selected was significantly higher than that of the control treatment (2.8 Mg/ha). Comparatively higher above-ground biomass productivity of rye and barley (15.8 and 13.5 Mg/ha, respectively) suggested that these cover crops possibly had the highest potential as a green manure and animal feeding material. Root biomass production of different cover crops followed the same trend as that for their above ground biomass. Rye (Secale cereal) might have the highest potential for soil C accumulation (7893 C kg/ha) by root biomass development, and then followed by barley (6985 C kg/ha), hairy vetch (6467 C kg/ha), Chinese milk vetch (6671 C kg/ha), and control (5791 C kg/ha). CONCLUSION(s): Cover crops like rye and barley having high biomass productivity might be the most effective winter cover crops to increase organic carbon distribution in different soil aggregates which might be beneficial to improve soil structure, aeration etc. and C sequestration.
The objectives of this research are to evaluate and compare the oxygen transfer coefficients($K_{La}$) in both a general bubbles reactor and a micro-nano bubbles reactor for effective operation in sewage treatment plants, and to understand the effect on microbial kinetic parameters of biomass growth for optimal biological treatment in sewage treatment plants when the micro-nano bubbles reactor is applied. Oxygen transfer coefficients($K_{La}$) of tap water and effluent of primary clarifier were determined. The oxygen transfer coefficients of the tap water for the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor were found to be 0.28 $hr^{-1}$ and 2.50 $hr^{-1}$, respectively. The oxygen transfer coefficients of the effluent of the primary clarifier for the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor were found be to 0.15 $hr^{-1}$ and 0.91 $hr^{-1}$, respectively. In order to figure out kinetic parameters of biomass growth for the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor, oxygen uptake rates(OURs) in the saturated effluent of the primary clarifier were measured with the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor. The OURs of in the saturated effluent of the primary clarifier with the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor were 0.0294 mg $O_2/L{\cdot}hr$ and 0.0465 mg $O_2/L{\cdot}hr$, respectively. The higher micro-nano bubbles reactor's oxygen transfer coefficient increases the OURs. In addition, the maximum readily biodegradable substrate utilization rates($K_{ms}$) for the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor were 3.41 mg COD utilized/mg active VSS day and 7.07 mg COD utilized/mg active VSS day, respectively. The maximum specific biomass growth rates for heterotrophic biomass(${\mu}_{max}$) were calculated by both values of yield for heterotrophic biomass($Y_H$) and the maximum readily biodegradable substrate utilization rates($K_{ms}$). The values of ${\mu}_{max}$ for the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor were 1.62 $day^{-1}$ and 3.36 $day^{-1}$, respectively. The reported results show that the micro-nano bubbles reactor increased air-liquid contact area. This method could remove dissolved organic matters and nutrients efficiently and effectively.
Ammonium limitation did not promote ply(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) production of Azotobacter vinelandii UWD. In acid phase, ammonium limitation during utilization of propionic acid and butyric acid led to 35% decrease in product yield. In glucose phase, both biomass yield and polymer yield decreased about 22% under ammonium limitation. However, in nitrogen-fixing culture glucose was consumed 25% faster and the final PHBV wt% decreased slightly. Under nitrogen limitation a portion of the carbon sources was used fro nitrogen fixation rather than biomass and polymer formation, resulting in a decrease in biomass yield and polymer yield.
This research was studied for dissolving pulp preparation as the raw material of viscose rayon from woody biomass by solvolysis pretreatment. In the change of pulp characteristic after solvolysis pretreatment, the following results were obtained. In the case of solvolysis pretreatment, we have obtained pulp that high purity cellulose, and degree of polymerization was inclined to decrease less than 440 on the phosphoric acid as catalyst. Comparing phosphoric acid and formic acid as catalyst in the solvolysis pretreatment, using on formic acid catalyst is superior to phosphoric acid catalyst for making dissolving pulp.
It is well known that bioassay on the low organic matters in water have developed from the two methods. One is assimilable organic carbon(AOC) that makes use of the maximum growth biomass of the pure strains for the standard substrates, the other is biodegradable dissolved organic carbon(BDOC) that determines the fraction of dissolved organic carbon(DOC) available for microbial utilization. The purpose of this study was to upgrade the measurement method of BDOC in natural water or drinking water. BBOC was determined by means of the bacterial growth and the DOC decrease at the same time. The origin inoculums were used to the suspended bacteria from Han River water, The initial optimum biomass and incubation time for initial DOC were induced by variation of nutrient repression and inoculums. The time reached to minimum DOC was selected as incubation time. The initial optimum biomass for Han river water was about 1000~5000 CFU/mL, respectively. In a sufficient biomass, suitable incubation time was about 3~5 day. It was indirectly calculated BDOC on maximum growth rate by measuring growth yield of indigenous bacteria. But it was difficult to adapt growth yield coefficient because of irregular bacterial growth. The measured 3 day BDOC was close to BDOC calculated with our proposed experimental equation between DOC and BDOC. It shows that the quantification of BDOC with this experimental equation can be used indirectly.
Natural astaxanthin mainly derives from a microalgae producer, Haematococcus pluvialis. The induction of nitrogen starvation and high light intensity is particularly significant for boosting astaxanthin production. However, the different responses to light intensity and nitrogen starvation needed to be analyzed for biomass growth and astaxanthin accumulation. The results showed that the highest level of astaxanthin production was achieved in nitrogen starvation, and was 1.64 times higher than the control group at 11 days. With regard to the optimization of light intensity utilization, it was at $200{\mu}mo/m^2/s$ under nitrogen starvation that the highest astaxanthin productivity per light intensity was achieved. In addition, both high light intensity and a nitrogen source had significant effects on multiple indicators. For example, high light intensity had a greater significant effect than a nitrogen source on biomass dry weight, astaxanthin yield and astaxanthin productivity; in contrast, nitrogen starvation was more beneficial for enhancing astaxanthin content per dry weight biomass. The data indicate that high light intensity synergizes with nitrogen starvation to stimulate the biosynthesis of astaxanthin.
Biomass is originally photosynthesized from inorgainic compounds such as $CO_2$, minerals, water and solar energy. Recent studies have shown that anaerobic bacteria have the ability to convert recalcitrant biomass such as cellullosic or chitinoic materials to useful compounds. The biomass containing agricultural waste, unutilized wood and other garbage is expected to utilize as feed, food and fuel by microbial degradation and other metabolic functions. In this study we isolated several anaerobic, cellulolytic and chitinolytic bacteria from rumen fluid, compost and soil to study their related enzymes and genes. The anaerobic and cellulolytic bacteria, Clostridium thermocellum, Clostridium stercorarium, and Clostridium josui, were isolated from compost and the chitinolytic Clostridium paraputrificum from beach soil and Ruminococcus albus was isolated from cow rumen. After isolation, novel cellulase and xylanase genes from these anaerobes were cloned and expressed in Escherichia coli. The properties of the cloned enzymes showed that some of them were the components of the enzyme (cellulase) complex, i.e., cellulosome, which is known to form complexes by binding cohesin domains on the cellulase integrating protein (Cip: or core protein) and dockerin domains on the enzymes. Several dockerin and cohesin polypeptides were independently produced by E. coli and their binding properties were specified with BIAcore by measuring surface plasmon resonance. Three pairs of cohesin-dockerin with differing binding specificities were selected. Two of their genes encoding their respective cohesin polypeptides were combined to one gene and expressed in E. coli as a chimeric core protein, on which two dockerin-dehydrogenase chimeras, the dockerin-formaldehyde dehydrogenase and the dockerin-NADH dehydrogenase are planning to bind for catalyzing $CO_2$ reduction to formic acid by feeding NADH. This reaction may represent a novel strategy for the reduction of the green house gases. Enzymes from the anaerobes were also expressed in tobacco and rice plants. The activity of a xylanase from C. stercorarium was detected in leaves, stems, and rice grain under the control of CaMV35S promoter. The digestibility of transgenic rice leaves in goat rumen was slightly accelerated. C. paraputrificum was found to solubilize shrimp shells and chitin to generate hydrogen gas. Hydrogen productivity (1.7 mol $H_2/mol$ glucos) of the organism was improved up to 1.8 times by additional expression of the own hydrogenase gene in C. paraputrficum using a modified vector of Clostridiu, perfringens. The hydrygen producing microflora from soil, garbage and dried pelletted garbage, known as refuse derived fuel(RDF), were also found to be effective in converting biomass waste to hydrogen gas.
Background: Cultivation of medicinal crops, which synthesize hundreds of substances for curative functions, was focused on the synthesis of secondary metabolites rather than biomass accumulation. Nutrition is an important restrict factor for plant growth and secondary metabolites, but little attention has been given to the plasticity of nutrient uptake and secondary metabolites synthesis response to soil nitrogen (N) change. Methods: Two year-field experiments of Sanqi (Panax notoginseng), which can synthesize a high level of saponin in cells, were conducted to study the effects of N application on the temporal dynamics of biomass, nutrient absorption, root architecture and the relationships between these parameters and saponin synthesis. Results: Increasing N fertilizer rates could improve the dry matter yields and nutrient absorption ability through increasing the maximum daily growth (or nutrient uptake) rate. Under suitable N level (225 kg/ha N), Sanqi restricted the root length and surface and enhanced the root diameter and N uptake rate per root length (NURI) to promote nutrient absorption, but the opposite status of Sanqi root architecture and NURI was found when soil N was deficient. Furthermore, increasing N rates could promote the accumulation of saponin in roots through improving the NURI, which showed a significant positive relationship with the content of saponin in the taproots. Conclusion: Appropriate N fertilizer rates could optimize both root architecture and nutrient uptake efficiency, then promote both the accumulation of dry matter and the synthesis of saponins.
최근, 미세조류에 대한 생물공학적 관심이 급격히 증가하고 있으며 이의 응용범위는 식품이나 제약, 화장품 등 다양한 구도로 확장되어지고 있다. 고농도의 미세조류 배양을 위해서는 빛이 핵심적 제한요소로 작용되어지며 빛의 투과 깊이나 강도에 따라 균체의 성장속도가 결정되어지게 된다. 본 연구에서는 다양한 빛의 투과경로와 빛을 받는 면적/배양액의 부피 비율, 조도 그리고 단계적 조사에 따른 Chlorella sp.의 성장률을 조사하여 빛이 미세조류에 미치는 영향을 알아보았으며, 본 연구에 적용된 값들 중 4 cm의 직경, 57.6%의 면적/부피 비율, 62 $\mu$mo1/$m^2$/s의 조도에서 Chlorella sp. 성장에 필요한 빛 에너지를 가장 효율적으로 이용함을 확인할 수 있었다.
Total forest growing stock and growing stock per ha in Korea are $470\times10^6m^3\;and\;73m^3$, respectively. Those figures mean that forest growing stock was increased 4.7 times more during last 30 years. The annual production of forest biomass comes from forest tending executed by Korea Forest Service was estimated about $1.07\times10^6m^3$ M/T, which was equivalent to $0.45\%$ of total imported crude oil of Korea at 2002. The production is expected to increase and reach up to $1.9\times10^6 M/T$ till 2008. The analysis of economic feasibility showed that the production cost of wood chip(134,786Won/T) was about 30,389 Won/T higher than heat value of wood chip, 104,397 Won/T estimated from that of kerosene. For the promotion of forest bioenergy utilization, more efforts need to be given for the education and public relations to induce publicity a willingness-to-pay for the environment friendly fuels under the good understanding for the use of bioenergy. In addition, we need to provide a community-based biomass utilization program by region to allocate the role of each participant and to increase the profitability of bioenergy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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