간척지 토양에서 혐기소화액비 시용에 따른 사료작물의 생산성과 사료가치 평가

신국식,황원재,이승헌,김창현,윤영만,Shin, Kook-Sik,Hwang, Won-Jae,Lee, Seung-Heon,Kim, Chang-Hyun,Yoon, Young-Man 한국유기농업학회 2012 韓國有機農業學會誌 Vol.20 No.4

This study was carried out to investigate the nutrient value and yield response of corn, barley, and sudangrass by the application of anaerobic liquid fertilizer in two tidal land soil in order to design the resource recycling agricultural system between livestock and forage crop cultivation in a environment friendly agricultural region. Forage crop yields at reclaimed tidal soil during were at the level of 64~76% comparing with forage crop yields at upland soil in the cropping system of corn, barley, and sudangrass. And yields of forage crops were in the order of barley > corn > sudangrass in the cultivated cropping system for 2 year. Relative feed values (RFVs) of forage crops were 88%~106% for corn, 90%~111% for barley, and 91%~113% for sudangrass, and the carrying capacity of beef cattle (Hanwoo) was 5.8~8.6 head/year/ha for the corn-barley cropping system of one year, and 4.8~6.7 head/year/ha for the barley-sudangrass cropping system of one year. Also, carrying capacity of beef cattle (Hanwoo) was highest in the application level of anaerobic liquid fertilizer 200%. 본 연구는 간척농경지에 경 축 순환단지 구축을 목적으로 2년 3작기 작부체계로 혐기소화액비를 시용하고 사료작물 재배를 실시하여 수량반응과 사료가치분석을 하였으며, 이를 토대로 연간 한우 사육 용량을 추정 하였다. 2년 3작기 동안의 사료작물의 생산성은 전체 혐기소화액비 시비구에서 대조토양에 비해 간척지 토양에서 약 64~76% 수준을 보였으며, 사료 작물별 수확량은 보리 > 옥수수 > 수단그라스 순으로 나타났다. 사료작물의 상대적 사료가치(RFV)는 옥수수가 88~106%, 청보리는 90~111%, 수단그라스는 91~113%이었으며, 한우의 사육용량을 추정 하였을 때 1년 2작기 옥수수-청보리 작부체계에서 5.8~8.6 두/년/ha, 청보리-수단그라스 작부체계에서는 4.8~6.7 두/년/ha로 추정되었고, 혐기소화액비 시비율 200% 처리구에서 가장 높은 연간 한우 사육용량을 보였다. 따라서 결론적으로 간척지토양 같은 조건 불리지라 하더라도 가축분뇨액비를 시용하여 사료작물을 재배하는 것은 생초수량은 감소하였지만 연간한우 사육용량과 사료가치 면에서 크게 뒤지지 않는 결과를 보여 주었다.

농축산 부산물의 메탄생산 퍼텐셜 목록

신국식 ( Kook Sik Shin ),김승환 ( Seung Hwan Kim ),윤영만 ( Young Man Yoon ),김창현 ( Chang Hyun Kim ),임우진 ( Woo Jin Lim ) 한국토양비료학회 2010 한국토양비료학회 학술발표회 Vol.2010 No.1

집적형 이온선택성 미세전극 센서에 적합한 토양화학 분석용 침출액 종 개발

신국식(Kook-Sik Shin),임우진(Woo-Jin Lim),이상은(Sang Eun Lee),이재선(Jae Seon Lee),차근식(Geun Sig Cha) 한국토양비료학회 2009 한국토양비료학회지 Vol.42 No.6

본 연구는 현장에서 신속히 토양양분을 측정하기에 적합한 집적형 미세 이온선택성 전극을 토양화학성분석에 이용하기 위하여, 이에 적합한 침출액의 종류와 양과 같은 분석방법을 개발 하는 데에 목적을 두었다. 대상 토양화학성들은 교환성 양이온들(K?, Ca²?, Mg²?, Na?)과 무기태 질소들(NH₄?, NO₃?) 이었으며, 분석법 개발의 목표는 다 성분 동시침출액 종 선발에 있었다. 침출액 자체에 존재하는 화학종들은 이온간 방해작용으로 이온선택성 전극의 분석능에 영향을 미친다. 순수용액 내에서는 0.01M HCl 과 1M LiCl 이 모든 분석대상 화학종과 그들의 존재 농도범위(10?¹M~10?⁴M)에 대하여 가장 Nernst 이론값에 근접하였다. 그러나 실제 토양 침출용액에서 1M LiCl은 고농도(1M)의 Li? 존재로 말미암아 분석대상 화학성분의 선택성이 현저히 낮아짐을 알 수 있었다. 반면에, 0.1M HCl로 침출하여 10배 희석 측정하거나 또는 0.01M HCl로 직접 침출하여 측정하는 것은 표준분석 방법과 고도의 유의성이 있는 상관관계를 보이므로 최적 분석 방법으로 밝혀졌다. 토양에 대하여 집적형 이온선택성 미세 전극을 사용한 분석치와 표준분석법 분석치의 사이의 회귀상관에서는 K?, Na?, Ca²?, NO₃?가 매우 우수한 회귀상관 관계를 보였다. 그러나 NH₄?이온은 K?이온과 혼재할 때 K?이온의 간섭으로 매우 낮은 선택성을 나타내었다. 또한, Mg²?이온은 현재까지 이온선택성 막을 위한 최적의 Ionophore(이온투과 담체)가 개발되어 있지 않아 분석의 어려움이 있었다. The primary goal of this research was to develop an optimized analytical procedure for soil analysis based on ion-selective microelectrodes for agricultural purposes, which can perform on-site measurement of various ions in soil easily and rapidly. For the simple and rapid on-site diagnosis, an analysis of soil chemicals was performed employing a multicomponent-in-situ-extractant and an evaluation of ionselective microelectrodes were conducted through the regressive correlation method with a standard analytical approach widely employed in this area. Examination of sensor responses between various soil nutrient extractants revealed that 0.01M HCl and 1M LiCl provided the most ideal Nernstian response. However, 1M LiCl deteriorated the selective response for analytes due to high concentration (1M) of lithium cation. Thus, employing either 0.1M HCl as an extractant followed by 10 times dilution, or 0.01M HCl as an extractant without further dilution was chosen as the optimal extractant composition. A study of regressive correlation between results from ion-selective microelectrodes and those from the standard analytical procedure showed that analyses of K?, Na?, Ca²?, and NO₃? showed the excellent consistency between two methods. However, the response for NH₄? suffered the severe interference from K?. In addition, the selectivity for Mg²? over Ca²? was not sufficient enough since available ionophores developed so far do not provide such a high selectivity for Mg²?. Therefore, as an agricultural on-site diagnostic instrument, the device in development requires further research on NH₄? analysis in the soil sample, development of Mg²?-selective ionophore, and more detailed study focused on potassium, one of the most important plant nutrients.

The Determination of Anaerobic Biodegradability and Organic Fractionation of Agricultural Byproducts by Biochemical Methane Potential Assay Using Double First-Order Kinetic Model

신국식(Kook-Sik Shin),윤영만(Young-Man Yoon) 유기성자원학회 2021 유기물자원화 Vol.29 No.4

본 연구는 독일 유기물분해율 표준시험법인 VDI4630 시험을 통해 메탄 생성 및 유기물의 분해율을 조사하였으며 시험을 위해 농업 분야의 11개의 폐기물 바이오매스를 공시재료로 선택하여 시험하였다. 본 연구의 목적은 초기에 빠르게 분해되는 생분해성 유기물과 이후 천천히 지속적으로 분해되는 유기물의 비율을 계산하기 위해Double first-order kinetics 모델을 이용하여 유기물의 분포를 추정하고자 하였다. 그 결과로 본 연구에 적용된 모든 바이오매스는 초기 단계에서 빠른 분해를 보이다가 이후 분해 속도가 일정 시간 느려지기 시작하여 초기 분해 속도보다 10배 이상 느려지는 결과를 보였다. 이러한 분해율 변화 경향은 바이오매스 분해의 전형적인 형태이며 쉽게 분해되는 인자(k1)는 채소 작물에서 0.097~0.152 day-1 범위였고, 분해에 저항성을 가지는 인자(k2)는 0.002~0.024 day-1 사이에 위치하였다. 유기물 분해율이 높을수록 k1 상수 값이 더 크게 나타났으나 (0.152, 0.144day-1) 오이와 파프리카 열매와 같이 표면에 왁스층이 존재하는 부산물은 k1 값이 오히려 줄기보다 낮았고 (0.002, 0.005day-1), 무와 귤껍질도 k1 각각 0.097과 0.094 day-1로 낮은 분해율과 k1 값을 보여 유기물의 분해율은 이분해성 유기물 분해 상수인 k1 값에 크게 영향을 미치는 것으로 분석되었다. This study investigated methane productions and a degradation rate of organic matters by German standard method, VDI4630 test. In this study, 11 waste biomasses from agricultural fields were selected for the investigation. The objective of this study was to estimate a distribution of organic matters by using the Double first-order kinetics model in order to calculate the rate of biodegradable organic matters which degrade rapidly in the initial stage and the persistently biodegradable organic matters which degrade slowly later. As a result, all the biomasses applied in this study showed rapid decomposition in the initial stage. Then the decomposition rate began to slow down for a certain period and the rate became 10 times slower than the initial decomposition rate. This trend of decomposition rate changes is typical conditions of biomass decompositions. The easily degradable factors (k1) were raged between 0.097~0.152 day-1 from vegetable crops and persistent degradable factor (k2) were 0.002~0.024 day-1. Among these results, greater organic matter decomposition rates from VDI4630 had greater k1 values (0.152, 0.144day-1) and smaller k1 values (0.002, 0.005day-1) from cucumbers and paprika. In a meanwhile, radishes and tangerine rinds which had low decomposition rates showed 0.097 and 0.094 day-1 of k1 values and decomposition rates seems to affect k1 values.

농산 바이오매스의 메탄퍼텐셜 목록

신국식 ( Kook Sik Shin ),김승환 ( Seung Hawn Kim ),김정현 ( Jung Hyun Kim ),이상은 ( Sang Eun Lee ),윤영만 ( Young Man Yoon ) 한국토양비료학회 2011 한국토양비료학회 학술발표회 Vol.2011 No.-

국내 주요 시설채소 부산물의 메탄 생산 퍼텐셜

신국식(Kook-Sik Shin),김창현(Chang-Hyun Kim),이상은(Sang-Eun Lee),윤영만(Young-Man Yoon) 한국토양비료학회 2011 한국토양비료학회지 Vol.44 No.6

본 연구는 안성시 관내에서 발생하는 농산부산물 바이오 매스 중 오이, 토마토, 파프리카 작물 잔사를 수거하여 실험에 공시하고 각 부산물의 발생특성과 메탄 생산 퍼텐셜을 조사?분석하였다. 농산부산물의 에너지 자원화 기준으로는 메탄생산량을 설정하고, 부산물별 메탄 퍼텐셜을 시험하였으며 측정된 메탄 퍼텐셜을 기초자료로 활용하여 단위면적당 바이오매스 발생량, 바이오가스 생산량 및 비료가치를 조사?분석하였다. 실험적 메탄 퍼텐셜은 농산부산물별로 0.170∼0.354 N㎥ kg<SUP>-1</SUP> VSadded의 값을 보였으며, 그중 파프리카 열매가 가장 높은 메탄 생산 퍼텐셜을 보였으며, 오이 줄기가 가장 낮은 메탄 생산 퍼텐셜을 보였다. 시설 원예에서 기인하는 바이오매스별 메탄생산량은 줄기 부위가 잎이나 열매 부위 보다 낮은 값을 나타내는 경향을 보였다. 시설 재배지의 단위면적당 바이오매스 발생량은 오이 30.5 〉 토마토 28.3 〉 파프리카 21.5 Mg ha<SUP>-1</SUP>순 이었으며, 단위면적당 메탄생산량은 오이 782.5 〉 파프리카 686.8 〉 토마토 645.0 N㎥ ha<SUP>-1</SUP>순 이었다. Number of crop residues generated at large amount in agriculture can be utilized as substrate in methane production by anaerobic digestion. Greenhouse vegetable crop cultivation that adopting intensive agricultural system require the heating energy during winter season, meanwhile produce waste biomass source for the methane production. The purpose of this study was to investigate the methane production potential of greenhouse vegetable crop residues and to estimate material and energy yield in greenhouse system. Cucumber, tomato, and paprika as greenhouse vegetable crop were used in this study. Fallen fruit, leaf, and stem residues were collected at harvesting period from the farmhouses (Anseong, Gyeonggi, Korea) adopting an intensive greenhouse cultivation system. Also the amount of fallen vegetables and plant residues, and planting density of each vegetable crop were investigated. Chemical properties of vegetable waste biomass were determined, and theoretical methane potentials were calculated using Buswell’ formula from the element analysis data. Also, BMP (Biochemical methane potential) assay was carried out for each vegetable waste biomass in mesophilic temperature (38℃). Theoretical methane potential (Bth) and Ultimate methane potential (Bu) off stem, leaf, and fallen fruit in vegetable residues showed the range of 0.352∼0.485 N㎥ kg<SUP>-1</SUP>VSadded and 0.136∼0.354 N㎥ kg<SUP>-1</SUP>VSadded respectively. The biomass yields of residues of tomato, cucumber, and paprika were 28.3, 30.5, and 21.5 Mg ha<SUP>-1</SUP> respectively. The methane yields of tomato, cucumber, and paprika residues showed 645.0, 782.5, and 686.8 N㎥ ha<SUP>-1</SUP>. Methane yield (N㎥ ha<SUP>-1</SUP>) of crop residue may be highly influenced by biomass yield which is mainly affected by planting density.

제지 슬러지의 메탄생산 퍼텐셜

신국식(Kook-Sik Shin),김승환(Seung-Hwan Kim),김현철(Hyun-Chul Kim),김창현(Chang Hyun Kim),윤영만(Young-Man Yoon) 한국토양비료학회 2010 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2010 No.10

RCP 8.5 신시나리오에 따른 2010년대 지역별 밭토양 농경지 물수지 변동 예측

신국식(Kook-Sik Shin),조현숙(Hyun-Sook Cho),성기영(Ki-Young Seong),박태선(Tae-Seon Park),강황원(Hang-Won Kang),서명철(Myung-Chul Seo) 한국토양비료학회 2013 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2013 No.10

물질 및 에너지 수지 분석을 통한 시설채소(오이)의 청정에너지 농업 시스템 구축을 위한 기초 연구

신국식(Kook-Sik Shin),김승환(Seung-Hwan Kim),오승용(Seong-Yong Oh),이상은(Sang-En Lee),김창현(Chang-Hyun Kim),윤영만(Young-Man Yoon) 한국토양비료학회 2012 한국토양비료학회지 Vol.45 No.2

본 연구는 바이오가스 생산시설과 연계하는 시설채소 오이의 청정에너지 농업 시스템 구축을 위하여 물질 및 에너지 수지 분석하였으며, 물질 및 에너지 수지 분석을 통해 시설채소 청정에너지 시스템의 도입 방안을 검토하였다. 시설채소 오이 재배지의 연간 가온용 순에너지요구량 (EYHED)을 충족시키는 바이오가스양은 촉성과 반촉성 재배에서 각각 9,482, 2,636 N㎥ 10a<SUP>-1</SUP> (60% 메탄함량을 기준)이었으며, 바이오가스 생산을 위해서 각각 양돈슬러리 511, 142 ㎥10a<SUP>-1</SUP>가 요구되었다. 해당 양돈슬러리에서 발생하는 질소(N)와 인산 (P₂O5)은 촉성재배에서 1,788, 511 kg 10a<SUP>-1</SUP>, 반촉성 재배에서 497, 142 kg 10a<SUP>-1</SUP>이었으며, 비료성분의 농지환원을 위해서는 촉성 재배의 경우 질소시비 기준 7.5ha, 반촉성 재배의 경우 질소시비 기준 2.1 ha의 오이재배면적이 요구되었다. 가온기간 중 촉성 재배에서 일일 가온에너지 요구량 (Ei,DHED)은 최소 7.7, 최대 515.1, 평균 310.2 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP>을 나타냈으며, 반촉성 재배에서 일일 가온에너지 요구량 (Ei,DHED)은 최소 5.3, 최대 258.0, 평균 165.1 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP>을 나타났다. 촉성 및 반촉성 재배에서 일일 가온에너지 요구량 (Ei,DHED)의 평균치를 기준으로 산출한 바이오가스 생산 시설의 양돈슬러리 유입용량은 각각 3.3, 1.7 ㎥ day<SUP>-1</SUP>이었으며, 일일 가온에너지 요구량 (Ei,DHED)의 최대값을 기준으로 한 유입용량은 각각 5.4, 2.7 ㎥ day<SUP>-1</SUP>로 나타났다. 또한 소화액의 처리측면에서 지역특성에 따라 액비이용을 고려한 바이오가스 생산시설 용량설계와 하절기의 잉여 바이오가스 활용 방안의 모색이 필요하였다. Clean energy farming is the agricultural activity to improve an efficiency of agricultural energy use and to replace fossil fuels. This study was carried out to establish the clean energy farming system in the controlled cultivation of vegetable crop (cucumber) adopting the biogas production facility. In order to design the clean energy farming system, mass and energy balance was analyzed between the controlled cultivation system and the biogas production facility. Net yearly heating energy demands (EYHED) of forcing and semi-forcing cultivation types were 48,697 and 13.536 Mcal 10<SUP>-1</SUP> in the controlled cultivation of vegetable cucumber. To cover these EYHED, the pig slurry of 511 and 142 ㎥ 10a<SUP>-1</SUP> (biogas volume of 9,482 and 2,636 N㎥ 10a<SUP>-1</SUP>, respectively, as 60% methane content) were needed in forcing and semi-forcing cultivation types. The pig slurry of 511 ㎥ 10a<SUP>-1</SUP> caused N 1,788, P₂O5 511 kg 10a<SUP>-1</SUP> in the forcing cultivation type, and the pig slurry of 142 ㎥ 10a<SUP>-1</SUP> caused N 497, P₂O5 142 kg 10a<SUP>-1</SUP> in the semi-forcing cultivation type. The daily heating energy demand (Ei,DHED) by the time scale analysis showed the minimum Ei,DHED of 7.7 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP>, the maximum Ei,DHED of 515.1 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP>, and the mean Ei,DHED of 310.2 in the forcing cultivation type. And the minimum Ei,DHED, the maximum Ei,DHED, and the mean Ei,DHED were 5.3, 258.0, and 165.1 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP> in the semi-forcing cultivation type, respectively. Input scale of biogas production facility designed from the mean Ei,DHED were 3.3 and 1.7 ㎥ day<SUP>-1</SUP> in the forcing and the semi-forcing cultivation type. The maximum Ei,DHED gave the input scale of 5.4 and 2.7 ㎥ day<SUP>-1</SUP> in the forcing and the semi-forcing cultivation type.

농축산 부산물의 메탄생산 퍼텐셜 목록

신국식(Kook-Sik Shin),김승환(Seung-Hwan Kim),윤영만(Young-Man Yoon),김창현(Chang Hyun Kim),임우진(Woo-Jin Lim) 한국토양비료학회 2010 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2010 No.10