우리나라의 미세먼지 농도는 OCED 국가의 주요 도시에 비해 높은 수준으로 알려져 있다. 최근 들어 미세먼지 중 입자의 크기가 2.5μm 이하인 초미세먼지 (PM2.5)의 건강 유해성이 밝혀지면서 이들에 대한 대기오염 문제가 새롭게 대두되고 있다. 국내 발생 초미세먼지 중 주요 원인물질인 황산화물, 질소화합물, 휘발성 유기물질과 암모니아나 오존이 화학반응을 통하여 황산암모늄과 질산암모늄 등의 형태로 생성된 간접 배출원인 초미세먼지가 전체의 약 76%로, 이들은 직접 배출원과 달리 제어가 쉽지 않고, 오히려 고농도 미세먼지 발생 일수의 증가에 따라 2차 생성 미세먼지 전구물질의 중요성이 대두되고 있다. 2차 생성 미세먼지의 주요 전구물질 중에서도 암모니아는 주로 악취물질로 규제대상으로 관리되어 초미세먼지 전구물질로의 관리는 이루어지지 않아 대기오염물질 관리 차원의 연구는 전무하다. 그러나 최근 농경지가 암모니아의 주요한 배출지로 알려지면서 암모니아로 인한 2차 생성 미세먼지에 대한 중요성이 대두되고 있다.
농경지에서 발생되는 암모니아는 유안, 요소 등의 질소비료로 부터 많이 발생되는데, 특히 질소비료 중 사용량이 많은 요소비료는 작물의 생산성과 질을 높이기 위해 반드시 사용되는 비료이기 때문에 사용량을 줄일 수 없는 상황이다. 하지만 현재 연구는 농경지에서 발생하는 암모니아 배출량을 통해 인벤토리를 구축하는 수준으로 농경지에서 배출되는 암모니아를 저감하기 위한 연구는 매우 부족한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 농경지에서 배출되는 2차 미세먼지 전구물질인 암모니아 발생을 저감하기 위한 연구의 일환으로 배추 재배지에서 미생물을 활용한 암모니아 저감 기술을 개발하였다. 우선, 배추 재배지에서 질소비료의 처리량에 따른 암모니아 배출 특성을 2년간 조사하여 암모니아 배출계수를 산출하였다. 이 결과를 기반으로 하여 암모니아 배출량을 저감하기 위한 미생물을 선정하고, 미생물제 개발을 위한 최적 혼합비율, 처리량, 처리 횟수 등을 통해 미생물제를 최적화하였고, 최종적으로 개발된 암모니아 저감 미생물제를 이용
0하여 2년 동안 배추 재배지에서 암모니아 배출 저감효율을 평가하였다.
배추 재배지의 암모니아 배출계수를 산정하기 위한 2년간 질소비료의 처리량에 따른 암모니아 배출 특성을 조사한 결과는 다음과 같다. 질소비료(urea)의 처리량에 따른 2년간의 암모니아 배출 특성을 조사한 결과, 봄배추 1 작기의 누적 암모니아 배출량은 무처리, 반배량, 기준량 및 두배량이 각각 0.9, 9.7, 39.3 및 75.3 N kg ha-1로 urea 처리량이 증가할수록 암모니아 배출량이 유의적으로 증가하는 경향이었다. 봄배추 2 작기의 경우 무처리, 반배량, 기준량 및 두배량의 누적 암모니아 배출량은 각각 3.4, 13.5, 35.2 및 87.8 N kg ha-1로 1 작기와 2 작기가 유사한 경향을 보였다. 2년 동안의 배추재배지에서 암모니아 배출계수는 평균 0.129로 산출되었다.
배추 재배지의 질소비료 사용량에 따른 암모니아 배출계수 결과를 기반으로 하여 배추 재배지에서 미생물을 활용한 암모니아 저감 기술을 개발한 결과는 다음과 같다. 암모니아 배출량을 저감하기 위한 최적 미생물 선정 결과, 질산화 미생물 중 Alcaligenes faecalis subsp. faecalis 및 Brevibacillus sp.의 암모니아 배출저감 효율이 각각 21 및 31%로 다른 미생물에 비해 우수하였고, 산 생성 미생물로 사용된 mixed microorganism (107종 혼합)의 암모니아 배출저감 효율은 미생물처리 중에서 55%로 가장 뛰어난 저감효율을 보였다.
최종 선정된 미생물을 이용하여 암모니아 저감효율을 향상시키기 위해, 질산화 미생물 2종과 산생성 미생물을 혼합하여 최적 혼합비율과 처리량, 처리횟수 등을 조사하였다. 개발된 미생물제를 이용한 최적 처리량과 처리횟수를 조사한 결과, 최적 혼합비율은 Mixed microorganism:Alcaligenes faecalis subsp. faecalis :Brevibacillus sp.=0.70:0.15:0.15이었고, 최적 처리량은 500 L ha-1이었고, 최적 처리횟수는 기비 1회, 추비 3회하여 총 4회이었다. 배추재배지에서 최적 조건하에서 암모니아 배출 저감효율은 대조구 대비 27%의 저감효율을 보였다. 이상의 결과를 미루어 볼 때, 본 연구에서 개발된 미생물제는 농경지에서 농작물의 수확량을 유지하면서 배출되는 2차 미세먼지 전구물질인 암모니아 배출을 효과적으로 저감할 수 있는 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

The concentration of particulate matter in South Korea is worse than any other OECD country. In recent years, the health hazard of fine particles(PM2.5), also known as fine particulate matter, with a diameter of 2.5 ㎛ or less, became a serious air pollution problem. Fine particles are an indirect emission sources which are derived from the formation of ammonium sulfate and ammonium nitrate, the main causative substances of generating PM2.5, through the chemical reactions of ammonia and ozone with sulfuric acid, nitric acid, and volatile organic compounds, account for about 76% of the PM2.5 levels.
Unlike direct emission sources, they are not easy to control, but rather the importance of secondarily formed fine particles precursors is emerging as the number of days of high concentration levels of PM2.5 increases. In the major precursors of secondarily formed fine particles, ammonia was mainly managed as a target for regulation of odor substances, and there is no research on air pollutant management because it is not managed as a precursor or fine particles.
Among all source of ammonia, agricultural activity is the main contributor to ammonia eissions, and most of this ammonia comes from nitrogen fertilizers used in growing crops. Urea fertilizer is used in large amounts in ammonia-based fertilizers, because of its advantages that improving the productivity and quality of crops, so it is hard to reduce the use of urea fertilizer. The current research is at the level of building an inventory to reduce the amount of ammonia emissions from agricultural land, and there is very little research found about it.
Therefore, this research is focused on the reduction of ammonia emissions which is a secondary fine particles precursor emitted from farmland. A technology was developed for reducing ammonia by using microorganisms in Chinese cabbage cultivation land.
First, the ammonia emission factor was calculated by investigating the ammonia emission characteristics according to the amount of nitrogen fertilizer in Chinese cabbage cultivation land for 2 years. Based on the result, microorganisms for reducing ammonia emissions were selected. Also, microbial agents were optimized through the optimum mixing ratio, the volume and the number of treatments for the development of microbial agents. Finally, the efficiency of reducing ammonia emission is evaluated in Chinese cabbage cultivation for 2 years using a microbial agent effectively reduces ammonia.
The results of the ammonia emission characteristics by the amounts of nitrogen fertilizers for 2 years to calculate its factors of Chinese cabbage cultivation are as follows. According to the amount of nitrogen fertilizer(urea), the cumulative ammonia emission of the first cropping season of spring cabbages were 0.9, 9.7, 39.3, and 75.3 N kg ha-1 for untreated, half, standard, and double the amount respectively, as the ammonia emission tended to increase significantly as the urea treatment increased. In the second cropping season of spring cabbages, the cumulative ammonia emission of untreated, half, standard, and double the amount were 3.4, 13.5, 35.2, and 87.8 N kg ha-1 respectively, showing a similar trend between the first and second cropping season. The average ammonia emission factor was calculated as 0.129 in Chinese cabbage cultivation land for 2 years.
Based on the results of the ammonia emission factor under the amount of nitrogen fertilizer used in the cultivation of Chinese cabbage, the results of developing an ammonia reduction technology using microorganisms in the cabbage cultivation are as follows.
As a result of selecting the optimum microorganism to reduce ammonia emissions, the ammonia emission reduction efficiency of among the nitrification microorganisms, the Alcaligenes faecalis subsp. faecalis and Brevibacillus sp. was 21 and 31% respectively, which were superior to other microorganisms, and the ammonia emission reduction efficiency of the mixed microorganism(107 kinds mixed)used as an acid-producing microorganism showed the best reduction efficiency at 55% of the microbial treatment.
In order to improve ammonia reduction efficiency using the finally selected microorganisms, two kinds of nitrifying microorganisms and acid-producing microorganisms were mixed and the optimum mixing ratio, treatment amount, and the number of treatments were investigated. As a result of the optimal treatment amount and the number of treatments using the developed microbial agent, the optimum mixing ratio was Mixed microorganisms : Alcaligenes faecalis subsp. faecalis : Brevibaillus sp. = 0.70:0.15:0.15, the optimum treatment amount was 500 L ha-1, and the optimum number of treatments was basal fertilization(also known as pre-planting fertilization) 1 time, additional fertilization 3 times, for a total of 4 times. The reduction efficiency of ammonia emission under the optimum conditions in cabbage cultivation was 27% lower than that of the control group. Considering the above results, the microbial agent developed in this study can be utilized as a technology that can effectively reduce the emission of ammonia, which is a secondary fine particles precursors, emitted while maintaining the yield of crops in agricultural fields.