Global warming and climate changes have been major issues for decades andvarious researches have reported their impact on our environment. According to recent researches, increased carbon dioxide ($CO_2$) concentration in the atmosphere is considered as a dominant contributor to global climate changes and thus numerous researches were conducted to control $CO_2$ concentration in the atmosphere. Soil management practices, such as reducing tillage intensity, returning plant residues, and enhancing cropping system have recommended for restoring organic carbon into the soils effectively. However, few studies on soil carbon sequestration have reported for Korean paddy soils. Therefore, evaluation of soil organic carbon (SOC) dynamics in the long-term single rice cropping system is essential in order to find out potential capacity of paddy field as a carbon sink source. The objective of this research was to evaluate SOC dynamics on the long-term single rice cropping system. Research was conducted in the research farm at National Institute of Agricultural Science and Technology, Rural Development Administration, Suwon. Long-term phosphorus and potassium fertilization and lime application didn't significantly affect on SOC compared to controls. We found that SOC contents were increased continually at the long-term composting plots with enhanced rate of carbon storage. In conclusion, continuous incorporation of plant residues (i.e., composting) is recommended to effectively sequester soil carbon for Korean paddy soils. This result implies that continuous composting in a paddy field may contributenot only for increasing SOC in the soils but also for mitigating global warming through reducing carbon dioxide emission into atmosphere. Therefore, we recommend that a strategy or policy measures to encourage farmers to return plant residues continuously for mitigation of global warming as well as soil fertility is being developed.
Cheolho Lee;Jongsung Lee;Chaebin Kim;Yeounsu Chu;Bora Lee
Ecology and Resilient Infrastructure
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v.10
no.4
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pp.161-170
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2023
We attempted to estimate the carbon accumulation of Hibiscus hamabo and Paliurus ramosissimus, semimangroves native to Jeju Island, by remote sensing and to build an artificial intelligence model that predicts its spatial variation with climatic factors. The aboveground carbon accumulation of semi-mangroves was estimated from the aboveground biomass density (AGBD) provided by the Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) lidar upscaled using the normalized difference vegetation index (NDVI) extracted from Sentinel-2 images. In Jeju Island, carbon accumulation per unit area was 16.6 t C/ha for H. hamabo and 21.1 t C/ha for P. ramosissimus. Total carbon accumulation of semi-mangroves was estimated at 11.5 t C on the entire coast of Jeju Island. Random forest analysis was applied to predict carbon accumulation in semi-mangroves according to environmental factors. The deviation of aboveground biomass compared to the distribution area of semi-mangrove forests in Jeju Island was calculated to analyze spatial variation of biomass. The main environmental factors affecting this deviation were the precipitation of the wettest month, the maximum temperature of the warmest month, isothermality, and the mean temperature of the wettest quarter. The carbon accumulation of semi-mangroves predicted by random forest analysis in Jeju Island showed spatial variation in the range of 12.0 t C/ha - 27.6 t C/ha. The remote sensing estimation method and the artificial intelligence prediction method of carbon accumulation in this study can be used as basic data and techniques needed for the conservation and creation of mangroves as carbon sink on the Korean Peninsula.
The study area, Kwangneung Experiment Forest (KEF) is located on the west-central portion of Korean peninsula and belongs to a cool-temperate broadleaved forest zone. At the old-growth deciduous forest near Soribong-peak (533.1m) in KEF, we have established a permanent plot and a flux tower, and the site was registered as a KLTER site and also a KoFlux site. In this study, we aimed to present basic ecological characteristics and synthetic data of carbon budgets and flows, and some monitoring data which are essential for providing important parameters and validation data for the forest dynamics models or biogeochemical dynamics models to predict or interpolate spatially the changes in forest ecosystem structure and function. We made a stemmap of trees in 1 ha plot and analyzed forest stand structure and physical and chemical soil characteristics, and estimated carbon budgets by forest components (tree biomass, soils, litter and so on). Dominant tree species were Quercus serrata and Carpinus laxiflora, and accompanied by Q. aliena, Carpinus cordata, and so on. As a result of a field survey of the plot, density of the trees larger than 2cm in DBH was 1,473 trees per ha, total biomass 261.2 tons/ha, and basal area 28.0 m2/ha. Parent rock type is granite gneiss. Soil type is brown forest soil (alfisols in USDA system), and the depth is from 38 to 66cm. Soil texture is loam or sandy loam, and its pH was from 4.2 to 5.0 in the surface layer, and from 4.8 to 5.2 in the subsurface layer. Seasonal changes in LAI were measured by hemispherical photography at the l.2m height, and the maximum was 3.65. And the spatial distributions of volumetric soil moisture contents and LAIs of the plot were measured. Litterfall was collected in circular littertraps (collecting area: 0.25m2) and mass loss rates and nutrient release patterns in decomposing litter were estimated using the litterbag technique employing 30cm30cm nylon bags with l.5mm mesh size. Total annual litterfall was 5,627 kg/ha/year and leaf litter accounted for 61% of the litterfall. The leaf litter quantity was highest in Quercus serrata, followed by Carpinus laxiflora and C. cordata, etc. Mass loss from decomposing leaf litter was more rapid in C. laxiflora and C. cordata than in Q. serrata litter. About 77% of C. laxiflora and 84% of C. cordata litter disappeared, while about 48% in Q. serrata litter lost over two years. The carbon pool in living tree biomass including below ground biomass was 136 tons C/ha, and 5.6 tons C/ha is stored in the litter layer, and about 92.0 tons C/ha in the soil to the 30cm in depth. Totally more than about 233.6 tons C/ha was stored in DK site. And then we have drawn a schematic diagram of carbon budgets and flows in each compartment of the KEF site.
Unnikrishnan, V.U.;Reddy, J.N.;Banerjee, D.;Rostam-Abadi, F.
Interaction and multiscale mechanics
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v.1
no.4
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pp.397-409
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2008
The interfacial thermal resistance of pristine and defective carbon nanotubes (CNTs) embedded in low-density polyethylene matrix is studied in this paper. Interface thermal resistance in nanosystems is one of the most important factors that lead to the large variation in thermal conductivities in literature and the novelty of this paper lies in the estimation of the interfacial thermal resistance for defective nanotubes-systems. Thermal properties of CNT nanostructures are estimated using molecular dynamics (MD) simulations and the simulations were carried out for various temperatures by rescaling the velocities of carbon atoms in the nanotube. This paper also deals with the mesoscale thermal conductivities of composite systems, using effective medium theories by considering the size effect in the form of interfacial thermal resistance and also using the conventional micromechanical methods like Hashin-Shtrikman bounds and Wakashima-Tsukamoto estimates.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.340-340
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2010
Various structures of vacancy defects in graphene layers and carbon nanotubes have been reported by high resolution transmission electron microscope (HR-TEM) and those arouse an interest of reconstruction processes of vacancy defects. In this talk, we present reconstruction processes of vacancy defects in a graphene and a carbon nanotube by tight-binding molecular dynamics (TBMD) simulations and by first principles total energy calculations. We found that a structure of a dislocation defect with two pentagon-heptagon (5-7) pairs in graphene becomes more stable than other structures when the number of vacancy units is ten and over. The simulation study of scanning tunneling microscopy reveals that the pentagon-heptagon pair defects perturb the wavefunction of electrons near Fermi level to produce the $\sqrt{3}\;{\times}\;\sqrt{3}$ superlattice pattern, which is in excellent agreement with experiment. It is also observed in our tight-binding molecular dynamics simulation that 5-7 pair defects play a very important role in vacancy reconstruction in a graphene layer and carbon nanotubes.
Methods used to study carbon sequestration by soil aggregates have often excluded the concentric spatial variability and other dynamic processes that contribute to resource accessibility and solute transport within aggregates. We investigated the spatial gradients of carbon (C) and nitrogen (N) from the exterior to interior layers within macroaggregates, $6.3\sim9.5$ mm, sampled from conventional tillage (CT) and no tillage (NT) sites of a Hoytville silt clay loam. Spatial gradients in C accumulation within macroaggregates were related to the differences in C dynamics by determining the sizes and the turnover rates of fast C and slow C pools in the concentric layers of aggregates. Aggregate exteriors contained more labile C and were characterized by greater C mineralization rates than their interiors in both management systems. In contrast, C in the interior layers of aggregates was more resistant in both systems. These results indicated the spatial differentiation of C dynamics within macroaggregates, i.e., exterior layers as a reactive site and interior layers as a protective site. Greater total C distribution in the exterior layers of NT aggregates indicated more influx of C from the macropores in interaggregate space than C. mineralization (net gain of C), whereas lower C distribution within the exterior layers of CT aggregates indicated net loss of C by greater C mineralization than C influx. We found total C increased approximately 1.6-fold by the conversion of CT soils to NT management systems for a period of 36 years. Differences in total accumulation and the spatial distribution of C within aggregates affected by management were attributed to the differences in aggregate stability and pore networks controlling the spatial heterogeneities of resource availability and microbial activity within aggregates.
In this paper, molecular dynamics (MD) simulation was carried to predict thermo-mechanical behaviors for carbon nanotube (CNT) reinforced epoxy composites and to analyze the trends. Total of six models having the volume fractions of CNT from 0 to 25% in epoxy were constructed. To predict thermal behaviors, temperature was increased constantly from 300 to 600 K, and the glass transition temperature ($T_g$) and coefficient of thermal expansion (CTE) analyzed using the relationship between temperature and specific volume. The elastic moduli that represented to the mechanical behaviors were also predicted by constant strain. Additionally, the effects of functionalization of CNT on mechanical behaviors of composite were analyzed. Models were constructed to represent CNTs functionalized by nitrogen doping and COOH groops, and interfacial behaviors and elastic moduli were analyzed. Results showed that the agglomerations of CNTs in epoxy cause by perturbations of thermo-mechanical behaviors, and the functionalization of CNTs improved the interfacial response as well as mechanical properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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