토양 종류별 보릿짚 및 가축분 바이오차 투입이 토양 탄소 무기화에 미치는 영향

박도균,이종문,최은정,권효숙,이형석,박혜란,오택근,이선일 유기성자원학회 2022 유기물자원화 Vol.30 No.4

Biochar is a carbon material produced through the pyrolysis of agricultural biomass with limited oxygen condition. It has been suggested to enhance the carbon sequestration and mineralization of soil carbon. Objective of this study was to investigate soil potential carbon mineralization and carbon dioxide(CO2) emissions in different soils cooperated with barely straw and livestock manure biochars in the closed chamber. The incubation was conducted during 49 days using a closed chamber. The treatments consisted of 2 different biochars that were originated from barley straw and livestock manure, and application amounts were 0, 5, 10 and 20 ton ha-1 with different soils as upland, protected cultivation, converted and reclaimed. The results indicated that the TC increased significantly in all soils after biochar application. Mineralization of soil carbon was well fitted for Kinetic first-order exponential rate model equation (P<0.001). Potential mineralization rate ranged from 8.7 to 15.5% and 8.2 to 16.5% in the barely straw biochar and livestock manure biochar treatments, respectively. The highest CO2 emission was 81.94 mg kg-1 in the upland soil, and it was more emitted CO2 for barely straw biochar application than its livestock biochar regardless of their application rates. Soil amendment of biochar is suitable for barely straw biochar regardless of application rates for mitigation of CO2 emission in the cropland. 바이오차는 바이오매스를 산소가 제한된 환경에서 고온(300~700℃)으로 열분해하여 얻어지는 탄소 함량이높은 생성물이다. 최근 바이오차는 농업 부산물을 최소화하고 순환 경제의 효율성을 높이는 효과적인 도구로 농업및 환경 분야에서 다양한 용도로 널리 사용되고 있다. 바이오차를 만드는 재료로 왕겨, 가축분, 보릿짚 등 여러종류의 유기성 부산물이 사용되고 있으며, 약 10% 바이오차 적용(wt/wt)은 작물의 수확량, 토양 탄소 격리량을 높여준다는 연구 결과가 있다. 우리나라 농경지의 경우 논에서 밭으로 토지 이용이 전환되거나 간척으로 인한갯벌이 논으로 개간되고, 산림에서 밭이나 시설재배지로 개간되는 경우가 발생한다. 그러므로 농경지 전환으로인한 농경지별 바이오차 적용 효과가 상이할 것으로 판단된다. 그러나 국내에서 농경지 유형별 바이오차 종류와투입 수준에 따른 토양 탄소저장 연구는 여전히 미흡한 상황이다. 이에 본 연구는 농경지 토양별 바이오차 종류와투입 수준에 따른 토양 탄소저장과 무기화되어 배출되는 이산화탄소(CO2) 배출량을 정량적으로 평가하였다. 본연구에 사용한 재료는 보릿짚, 가축분을 수거, 건조 등 전처리 과정을 거친 후 충남 예산에 있는 바이오차 제조공장탄화로를 이용하여 TLUD (Top Lit Up Draft) 상향 통풍형 열분해 방식으로 약 500℃에서 제조하였다. Kinetic 모델적용 결과 토양에 투입된 탄소 무기화는 바이오차를 투입하지 않으면 토양 종류별 8.2~16.5% 비율로 탄소원이무기화 되어 이산화탄소로 배출되었다. 노지 밭 토양에서 15.5~16.5%로 가장 높았고, 간척지 토양에서 8.2~8.7%로가장 낮았다. 이는 토양 내 탄소 함량이 높은 토양에서 유기물의 분해가 상대적으로 높아 배출되는 이산화탄소(CO2)는탄소 함량에 비례하여 증가하는 것으로 판단된다. 바이오차를 투입한 토양에서 탄소 함량이 증가함에도 상대적으로무기화되는 비율은 낮아졌다. 국제 바이오차협 회에서는 H:C 비율이 0.7 이하면 100년 이상 토양 내 탄소 격리효과가 있는 것으로 인정되고 있다. 본 연구를 통해 바이오차의 원료물질이 상이한 보릿짚, 가축분 바이오차 간탄소 무기화에 미치는 영향이 상이할 것으로 판단했지만, 각각의 바이오차 H:C 비율이 0.30~0.39로 0.7 이하임으로토양에 혼합하였을 때 탄소 무기화의 비율이 낮고 탄소 격리의 효과가 나타났다.

비옥도가 낮은 배추 재배지에 바이오차 투입 시 탄소수지에 미치는 영향 평가

박도균(Do-Gyun Park),정현철(Hyun-Cheol Jeong),이형석(Hyoung-Seok Lee),박혜란(Hye-Ran Park),이종문(Jong-Mun Lee),오택근(Taek-Keun Oh),이선일(Sun-Il Lee) 한국토양비료학회 2023 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2023 No.10

토양 종류별 왕겨 바이오차 및 바이오차 팰렛 투입이 토양 탄소 무기화에 미치는 영향

박도균(Do-Gyun Park),이종문(Jong-Mun Lee),최은정(Eun-Jung Choi),권효숙(Hyo-Suk Gwon),이형석(Hyoung-Seok Lee),박혜란(Hye-Ran Park),오택근(Taek-Keun Oh),이선일(Sun-Il Lee) 한국토양비료학회 2022 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2022 No.10

농경지 토양별 왕겨 바이오차 적용에 따른 이산화탄소 배출

박도균(Do-Gyun Park),이종문(Jong-Mun Lee),최은정(Eun-Jung Choi),권효숙(Hyo-Suk Gwon),이형석(Hyoung-Seok Lee),강성수(Seong-Soo Kang),이선일(Sun-Il Lee) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

산업혁명 이후 온실가스 발생량 증가로 대기 평균온도는 지속해서 상승하고 있다. 이에 따라 전 지구적 기후변화로 인해 이상기상 현상에 의한 피해가 대두되고 있다. 농업 분야는 기후 기상과 밀접하게 연계되어 있기에 기후변화 대응책이 시급하다. 2018년 기후변화에 관한 정부가 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 특별보고서에 따르면, 바이오차는 이산화탄소 제거기술로 포함되어 주목받고 있다. 따라서 본 연구는 토양 종류별 (배추 재배 밭, 간척지) 왕겨 바이오차 투입에 따른 이산화탄소 (Carbon dioxide, CO₂) 발생량을 비교·분석하였다. 왕겨 바이오차 투입 토양 누적 CO₂ 배출량은 토양 유형별로는 유의미한 차이 (p<0.001)가 있는 것으로 나타났다. 배추 재배 밭 토양에서는 왕겨 바이오차를 처리하지 않은 무처리구에서 35.10 g m<SUP>-2</SUP>로 가장 낮게 나타났고, 간척지 토양에서는 왕겨 바이오차를 10 ton ha<SUP>-1</SUP> 처리한 처리구의 누적 CO₂ 배출량이 25.36 g m<SUP>-2</SUP>로 가장 낮게 분석되었다. 토양의 T-C 함량은 토양 유형별로 유의미한 차이(p<0.000)가 있는 것으로 나타났으며, 바이오차 투입량에 따라서도 유의미하게 증가하는 것으로 나타났다 (p<0.000). 밭 토양의 T-C 함량이 간척지보다 유의미하게 높은 것으로 분석되었으며, 대조구 대비 바이오차를 20 ton ha<SUP>-1</SUP> 투입한 처리구에서 최소 4.85 g kg<SUP>-1</SUP>, 최대 10.88 g kg<SUP>-1</SUP> 까지, 증가하는 것으로 나타났다. 탄소가 많이 함유된 밭 토양에서는 CO₂ 배출이 높게 나타났으며 전반적으로 탄소가 적게 함유된 간척지 토양에서는 CO₂ 배출이 낮게 났다. 즉 본연구결과 탄소 함량이 높은 토양에서는 바이오차를 투입함에 따라, 점화효과 (Priming effect)로 CO₂ 배출은 증가하였지만, 탄소 함량이 낮은 간척지 토양에서는 바이오차 투입으로 급격한 C/N 증가 등으로 인해 CO₂ 배출량이 감소하였다. 이는 지속 가능한 농업 측면에서 바이오차가 탄소저장 및 온실가스 배출량을 줄일 수 있는 긍정적인 영향을 줄 수 있으며 향후 장기적인 연구를 통해 효과를 검증하는 연구가 필요할 것이다.

토마토 재배를 위한 바이오차 최적시용 비율 평가

박도균(Do-Gyun Park),홍승길(Seung-Gil Hong),장은숙(Eunsuk Jang)신중두(Joung-Du Shin) 유기성자원학회 2019 유기물자원화 Vol.27 No.1

본 연구의 목적은 원예작물을 대상으로 밭에서 바이오차 시용에 따른 토마토 재배 시 바이오차의 적정 시용비율을 구명하고, 탄소 격리량을 산정하는 것이다. 바이오차는 0.01%, 0.03%, 0.05% 및 0.07%(w/w, 토양/바이오차)로 구분하여 처리하였으며, 비료는 N-P-K, 20.4-10.3-12.2 kg 10a -1 를 기비와 추비로 나누어 시용하였고, 돈분퇴비는 440 kg 10a -1 를 기준으로 전량 기비로 투입하였다. 토양 이화학성의 결과를 보면 토양중의 NO 3 -N 함량은 바이오차 처리 9일 후 가장 높게 나타났지만 처리간 유의성은 없었지만(p>0.05) NH 4 -N 함량은 바이오차 처리 후 14일 후바이오차 처리구에서 낮게 나타났다. 토양중의 P 2 O 5 함량은 바이오차 처리 후 19일 후 0.01%를 제외한 바이오차 처리구에서 낮게 나타났다. 토양 중 K 2 O 함량은 바이오차 처리 후 6일 때 대조구와 비교하였을 때 0.01%와 0.03%가 높게 났다. 하지만 다른 처리구와 비교 하였을 때 유의차가 인정되지 않았다. 질소 효율성을 보면 0.05%에서 가장 높았으며, 또한 토마토 생육도 바이오차 처리량에 관계없이 좋았다. 바이오차 0.05% 시용구에서 질소 효율성 및토마토 생육과 수량이 가장 높게 나타났다. 바이오차 투입량 변화에 따른 탄소 격리량 산정에서는 0.03% 처리에서 2.83 mg kg -1 으로 가장 높게 나타났지만, 토마토 수량 측면에서 바이오차 적정 시용비율은 0.05%라고 판단된다. Objective of this study was to evaluate an optimum biochar application rate and estimate the carbon sequestration based on the soil chemical properties and growth responses for biochar application during tomatoes cultivation. The treatments consisted of control as recommended application rates of fertilizers, 0.01%, 0.03%, 0.05%, and 0.07% of biochar application(w/w, biochar:soil). For effects of soil chemical properties, the NO 3 -N contents in the soil were peaked at 9 days after transplanting. But there was not significant difference(p>0.05) among the treatments during cultivation periods. However, NH 4 -N contents in the biochar treatment were lower than the control until 14 days of transplanting. P 2 O 5 contents in the biochar treatments were lower than that of the control until 19 days after transplanting except 0.01% of biochar application plot. K 2 O contents in soils treated with 0.01% and 0.03% of biochar were higher until 6 days after transplanting than that in the control. For N use efficiency of biochar application, it was observed that the 0.05% biochar application plot was highest among the treatments. The highest carbon sequestration was estimated at 2.83 mg kg -1 for 0.03% of biochar application. However, it is considered that the optimum biochar application rate was 0.05% for tomato cultivation, considering the growth characteristics and yield components.

농업분야 탄소중립을 위한 바이오차 연구 사례 조사

박도균 ( Do-gyun Park ),이종문 ( Jong-mun Lee ),강성수 ( Seong-soo Kang ),최은정 ( Eun-jung Choi ),권효숙 ( Hyo-suk Gwon ),이형석 ( Hyoung-seok Lee ),박혜란 ( Hye-ran Park ),이선일 ( Sun-il Lee ) 한국환경농학회 2022 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2022 No.-

바이오차(Biochar)는 산소가 없는 조건에서 다양한 유기성 바이오매스를 열분해하여 만든 탄소 함량이 높은 고형물이다. 바이오차를 토양에 투입하면 토양내 미생물 분해 안정성이 높아 100년 이상 반영구적 토양 중 탄소를 격리 및 저장할 수 있다. 또한 토양의 산화력 및 흡착능이 향상되어, 논에서 메탄, 밭에서 아산화질소 배출량을 줄여 농경지에서 배출되는 온실가스를 줄일 수 있다. 수분 보유력 증진 및 이온교환 능력 향상으로 토양개량 효과 있는 것으로도 평가되고 있다. 따라서 기후변화에 관한 정부간 협의체 (IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 토양개량형 탄소격리 소재로 인정하였으며, 2019 IPCC 개정판에서는 바이오차의 원료 및 생산과정별 탄소 고정값을 제시하였다. 우리나라는 이러한 탄소 고정값을 활용하여, 온실가스 감축 사업에 적용할 수 있는 농업·농촌 자발적 온실가스 감축 사업 방법론을 2021년 5월 등록하였다. 국내 온실 가스 배출 저감을 위한 바이오차 적용 연구 결과를 보면 벼 재배지 논에 바이오차 투입에 따라 메탄 배출은 33.4∼48.1% 저감, 옥수수 재배 밭의 경우 아산화질소 배출은 5.2∼53.3% 줄었던 연구 사례가 있다, 국외 바이오차 적용에 따른 아산화질소 배출연구를 종합적으로 평가한 메타분석 결과에 따르면, 바이오차 투입에 따른 아산화질소 배출은 32∼54% 저감 되고, 작물 생산성은 평균 11% 증가하는 것으로 평가되었다. 농업에서 토양개량제 위주로 활용되고 있으며, 최근 바이오차의 보비력, 보수력이 작물생육에 유리한 효과가 주목받으며 육묘장의 상토, 고설재배와 양액재배의 배지의 용토 등으로 활용 범위를 넓히고 있다. 2021년 바이오차의 전 세계 시장규모를 예측한 보고서에 따르면, 2026년 32억 달러, 2031년 64억 달러가 될 것으로 예측된다. 이러한 바이오차가 활용되는 시장 규모는 점점 증가할 것으로 전망된다.

옥수수재배 시 바이오차팰렛 시용량에 따른 토양 화학성 변화에 미치는 영향

박도균(DoGyun Park),김혜원(HyeWon Kim),김희선(HuiSeon Kim),장은숙(EunSuk Jang),신중두(JoungDu Shin) 유기성자원학회 2019 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.춘계

Objectives of this experiment were to investigate the changes of soil chemical properties and estimate carbon sequestration according to application rates of blended biochar pellet during corn cultivation. The treatments were MgO (40% N + 0.07M MgO), and 60% of blended biochar pellet (60% N) based on the recommended application rates of fertilizer for corn cultivation by National Institute of Agricultural Sciences. Application amounts of 10a -1 and 440kg 10a -1 , respectively. Nitrogen fertilizer was separately applied at 2 times as basal and additional application and the other were applied with whole basal application before transplanting. However, blended biochar pellets were applied as whole basal application with different rates. Chemical analysis was performed in the runoff water and soil, and then measured fresh biomass weight for biomass growth responses of corn to different blended biochar application rates. For the results of this experiment, it shown that the residual contents of NH4-N, NO3-N, P2O5 and K2O in the treatments of blended biochar application rates were lower than those of the control through corn cultivation periods. However, the K2O contents in the treatments were higher than those in the control at 21 days and 51 days after corn transplanting. NH4-N and NO3-N contents of runoff water in the control appeared to be higher than those of the blended biochar pellet treatments, but PO4-P and SiO2 contents did not significantly different (p>0.05) between the control and blended biochar application plots. Carbon sequestration (60.0 kg 10a -1 ) did not significantly different between the control and 40% N + 0.07M MgO treatment plot. Fresh biomass weights in the control were not significantly different with all the treatments except for the 60% N even if reduction of nitrogen fertilizer application were decreased 60% relative to the control. Therefore, it was decided that application of blended biochar pellet for corn cultivation was potential benefit to enhance the nutrient use efficiency as well as reduction of the chemical fertilizer mounts for corn cultivation in agricultural practices.

생장조절제를 이용한 ‘후지’사과의 적과 효과

박도균(DoGyun Park),손태권(TaeKwon Son),최철(Cheol Choi) 한국원예학회 2015 한국원예학회 학술발표요지 Vol.2015 No.10

바이오차 펠렛 시용량에 따른 옥수수 작물재배 시 토양 화학성 변화에 미치는 영향

박도균 ( Dogyun Park ),신중두 ( Joungdu Shin ) 한국환경농학회 2020 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2020 No.-

본 연구의 목적은 밭에서 바이오차 팰렛 사용에 따른 옥수수 재배 시 바이오차 팰렛의 적정 시용비율을 구명하고, 탄소 격리량을 산정하는 것이다. 바이오차 팰렛은 N 40%, N 40%(0.07M MgO), N 60%로 구분하여 처리하였으며, 대조구의 비료 시용량은 15.8-3.0-6.3 kg/10a^-1(N-P-K)으로 처리하였다. 토양 중 NH₄-N및 NO₃-N함량 변화에서 토양중의 질소 함량은 대조구가 처리구에 비해 높게 나타났으며, P₂O ₅함량 변화에서 전 작기에 걸쳐 대조구가 처리구에 비해 높은 반면, K₂0의 함량은 정식 후 21일과 51일에 높게 나타났다. 유거수 중의 NH₄-N및 NO₃-N함량 변화는 대조구가 처리구에 비해 전반적으로 높게 관측이 되었으며, PO₄-P및 SiO₂함량 변화에서는 처리 간에 큰 차이(p〉0.05)가 없었다. 바이오차 팰렛 처리에 따른 토양 탄소 격리량에서는 대조구(60.4 kg 10a^-1)와 N 40% (0.07M MgO)처리 구간에서는 유의차(p〈0.05)를 보이지 않았으며, 옥수수 바이오매스 생체중은 N 60% 바이오차 팰렛 처리구를 제외하고 대조구(1, 123±130.0 kg 10a^-1)에 비해 처리구 간의 유의차가 없었다. 그러므로 바이오차 팰렛 시용에 따른 옥수수 재배 시 질소 약 60%를 저감 할 수 있을 것으로 생각한다.

머신 러닝 기법을 활용한 박스오피스 관람객 예측

박도균(Do-kyoon Park),백주련(Juryon Paik) 한국컴퓨터정보학회 2020 한국컴퓨터정보학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1

특정 영화의 스크린 독과점이 꾸준히 논란이 되고 있다. 본 논문에서는 영화 스크린 분배의 불평등성을 지적하고 이에 대한 개선을 요구할 근거로 머신러닝 기법을 활용한 영화 관람객 예측 모델을 제안한다. 이에 따라 KOBIS, 네이버 영화, 트위터, 구글 트렌드에서 수집한 3,143개의 영화 데이터를 이용하여 랜덤포레스트와 그라디언트 부스팅 기법을 활용한 영화 관람객 예측 모델을 구현하였다. 모델 평가 결과, 그라디언트 부스팅 모델의 RMSE는 600,486, 랜덤포레스트 모델의 RMSE는 518,989로 랜덤포레스트 모델의 예측력이 더 높았다. 예측력이 높았던 랜덤포레스트 모델을 활용, 상영관을 크게 확보하지 못 했던 봉준호 감독의 영화 ‘옥자’의 상영관 수를 조절하여 관람객 수를 예측, 6,345,011명이라는 결과를 제시한다.