항온 배양 논토양 조건에서 비산재 처리에 따른 CH₄와 CO₂ 방출 특성

임상선; 최우정; 김한용; 정재운; 윤광식

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자료유형: 학술저널

저자정보: 임상선 (전남대학교) 최우정 (전남대학교) 김한용 (전남대학교) 정재운 (국립환경과학원) 윤광식 (전남대학교)

저널정보: 한국토양비료학회 한국토양비료학회지 한국토양비료학회지 제45권 제5호

발행연도: 2012.10

수록면: 853 - 860 (8page)

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비산재 혼합에 의한 CH₄ 과 CO₂ 방출 저감 가능성을 조사하기 위해 질소 ((NH₄)2SO4) 무처리구와 처리구를 두고 비산재를 0, 5, 10% 수준으로 혼합한 후 토양 수분 변동조건 (습윤기간, 전이기간, 건조기간)에서 60일간 실험실내 항온배양실험을 통해 CH₄과 CO₂ flux를 분석하였다. 전체 항온배양기간 중 평균 CH₄ flux는 0.59~1.68 mg CH₄ m-2 day-1의 범위였으며, 질소 무처리구에 비해 처리구에서 flux가 낮았는데, 이는 질소 처리시 함께 시용된 SO₄ 2-의 전자 수용체 기능에 의해 CH₄ 생성이 억제되었기 때문으로 판단되었다. 질소 무처리구와 처리구에서 비산재 10% 처리에 의해 CH₄ flux가 각각 37.5%와 33.0% 감소하였는데, 이는 물리적인 측면에서 미립질 (실트 함량 75.4%)인 비산재 시용에 의해 통기성 대공극량이 감소되어 CH₄ 확산 속도가 저감되었기 때문으로 판단되었다. 또한, 생화학적 측면에서는 비산재의 CO₂ 흡착능에 의해 CH₄ 생성의 주요 기작 중 하나인 이산화탄소 환원에 필요한 CO₂ 공급이 억제된 것도 원인일 수 있다. 한편, 전체 항온 배양 기간의 평균 CO₂ flux (0.64~0.90 g CO₂ m-2 day-1) 역시 질소 무처리구가 질소 처리구보다 높았다. 이는 일반적으로 질소 시비에 의해 토양 호흡량이 증가한다는 기존의 연구결과와는 상이한데, 본 연구에서 질소 처리에 의해 활성화된 미생물에 의해 CO₂ flux 최초 측정 시점 (처리 후 2일째) 이전에 이미 상당한 양의 CO₂가 이미 방출되어 실측 flux에 반영되지 못했기 때문으로 설명이 가능했다. CH₄과 유사하게 CO₂ flux도 비산재 무처리구에 비해 비산재 10% 처리구에서 약 20% 감소하였는데, 이는 비산재의 원소 구성 중 Ca과 Mg과 토양수내 탄산이온의 탄산염 (CaCO3과 MgCO3)화 반응에 의한 CO₂ 침전 때문이다. 이상과 같은 비산재 처리에 의한 CH₄과 CO₂ flux 감소에 의해 지구온난화지수 역시 비산재 10% 처리구에서 약 20% 감소하였다. 따라서, 비산재는 논 토양에서 CH₄과 CO₂ 방출 저감에 효과가 있는 것으로 나타났으며, 실재 벼 재배 포장에서의 실험을 통한 추가적인 검증이 필요하다.

To estimate potential use of fly ash in reducing CH₄ and CO₂ emission from soil, CH₄ and CO₂ fluxes from a paddy soil mixed with fly ash at different rate (w/w; 0, 5, and 10%) in the presence and absence of fertilizer N ((NH₄)₂SO₄) addition were investigated in a laboratory incubation for 60 days under changing water regime from wetting to drying via transition. The mean CH₄ flux during the entire incubation period ranged from 0.59 to 1.68 mg CH₄ m-2 day-1 with a lower rate in the soil treated with N fertilizer due to suppression of CH₄ production by SO4 2- that acts as an electron acceptor, leading to decreases in electron availability for methanogen. Fly ash application reduced CH₄ flux by 37.5 and 33.0% in soils without and with N addition, respectively, probably due to retardation of CH₄ diffusion through soil pores by addition of fine-textured fly ash. In addition, as fly ash has a potential for CO₂ removal via carbonation (formation of carbonate precipitates) that decreases CO₂ availability that is a substrate for CO₂ reduction reaction (one of CH₄ generation pathways) is likely to be another mechanisms of CH₄ flux reduction by fly ash. Meanwhile, the mean CO₂ flux during the entire incubation period was between 0.64 and 0.90 g CO₂ m-2 day-1, and that of N treated soil was lower than that without N addition. Because N addition is likely to increase soil respiration, it is not straightforward to explain the results. However, it may be possible that our experiment did not account for the substantial amount of CO₂ produced by heterotrophs that were activated by N addition in earlier period than the measurement was initiated. Fly ash application also lowered CO₂ flux by up to 20% in the soil mixed with fly ash at 10% through CO₂ removal by the carbonation. At the whole picture, fly ash application at 10% decreased global warming potential of emitted CH₄ and CO₂ by about 20%. Therefore, our results suggest that fly ash application can be a soil management practice to reduce green house gas emission from paddy soils. Further studies under field conditions with rice cultivation are necessary to verify our findings.

#CH₄ emission #CO₂ emission #Chemical fertilizer #Fly ash #Carbonation.

참고문헌 (36)

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1. [학술지(정기간행물)] - Bédard, C. / 1989 / Physiology, biochemistry, and specific inhibitors of CH4, NH4 +, and CO oxidation by methanotrophs and nitrifiers / Microbiol. Mol. Biol. Rev 53 : 68 ~ 84

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3. [학술지(정기간행물)] - Chen, R. / 2011 / Mitigating methane emissions from irrigated paddy fields by application of aerobically composted livestock manures in eastern China / Soil Use Manage 27 : 103 ~ 109

4. [학술지(정기간행물)] - Dalal, R.C. / 2008 / Magnitude and biophysical regulators of methane emission and consumption in the Australian agricultural, forest, and submerged landscapes: a review / Plant Soil 309 : 43 ~ 76

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주요연구분야 농수해양학 > 농학

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Han-Yong Kim

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정재운

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윤광식

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