토양 온실가스 배출 예측 모델 분석 및 국내 농경지 적용성 평가

황원재,박민석,김용성,조기종,이우균,현승훈,Hwang, Wonjae,Park, Minseok,Kim, Yong-Seong,Cho, Kijong,Lee, Woo-Kyun,Hyun, Seunghun 응용생태공학회 2015 Ecology and resilient infrastructure Vol.2 No.2

Greenhouse gas (GHG) emission from agricultural lands is recognized as one of important factors of global warming. The objective of this short communication was to evaluate the applicability of different soil GHG emission prediction models on agricultural systems in Korea. Four models, namely, DNDC, DAYCENT, EXPERT-N and COUP, were selected and the basic structure (e.g., components and sub-model), input variables, and output variables were compared. In particular, the availability and compilation of essential input variables were assessed. Major input variables needed for operating these predictive models were found to be available through database systems established by national organizations such as the Korea Meteorological Administration, the Korean Soil Information System, and the Rural Development Administration. However, in order to apply these models in Korea, it was necessary to calibrate and validate each of the models for the domestic landscape settings and climate conditions. In addition, field data of long-term monitoring of GHG emission from agricultural lands are limited and therefore should be measured. 농경지 토양에서 배출되는 온실가스는 기후변화와 지구온난화에 영향을 미치는 중요한 요인 중 하나이다. 본 연구에서는 해외에서 개발되어 이용되고 있는 DNDC, DAYCENT, EXPER-N, COUP 모델의 기본적인 구조와 입력, 출력 인자를 분석함으로써 국내 적용 가능성을 평가하였으며, 현재 국내의 여건에서 각 모델의 구동에 요구되는 필수 입력 인자의 형태와 확보 가능성에 대해 조사하였다. 모델 구동의 필수 인자는 기상청, 한국토양정보시스템, 농촌진흥청 등의 국내 관계 기관의 자료를 통해 확보할 수 있다. 하지만 실제 국내 적용을 위해서는 국내 지형과 기후 조건을 반영하고 모델의 보정과 검증을 통해 모델을 교정할 필요가 있다. 또한, 다양한 조건의 농경지를 대상으로 한 장기적인 현장 온실가스 발생 모니터링 자료 구축이 필요하다.

급경사 복원 농경지 토양 유실 저감을 위한 개량제 효율 및 현장 적용성 평가

황원재(Wonjae Hwang),박민석(Minseok Park),현승훈(Seunghun Hyun),지원현(Won hyun Ji),이상환(Sang-Hwan Lee) 응용생태공학회 2017 Ecology and resilient infrastructure Vol.4 No.3

광산 활동에 의해 오염된 농경지의 복원은 개량제 처리와 복토를 기반의 미량원소 안정화 기법으로 진행되고 있다. 최근 복원된 부지 중 경사 농경지에서 토양 유실 문제가 대두되고 있다. 본 연구에서는 4종의 개량제 (벤토나이트, 석회, 유기물, 제강슬래그)를 다양한 비율로 단일 또는 복합처리 한 후 입단 형성의 효율을 평가했다. 복토재는 점토함량이 다른 3가지 토양 (A 토양=9.4%, B토양=14.7%, C 토양=21.2%)을 대상으로 했다. 단일처리 결과, A 토양은 유기물 5%, B와 C 토양은 석회 5%가 각 토양의 대조구에 비해 입단 형성이 가장 효과적이었다. 9가지 복합처리구 중에서 A 토양은 유기물 3% + 석회 1%, B와 C 토양은 유기물 1% + 석회 3% 처리구의 입단 형성이 가장 높았다 (A 토양=30.4%, B 토양=25.0%, C 토양=36.5%). 현장처리를 위해 각 복토재 (A 토양=0.045, B 토양=0.051, C 토양=0.054)와 국내 농경지의 평균 (0.032) 토양침식인자 차이만큼을 개량제에 의한 목표 입단 형성량으로 설정하였다(29.1% 입단형성). 비용편익을 고려한 최적 개량제 선정한 결과 A와 B 토양은 석회 3%, C 토양은 석회 5%가 가장 적합 했으며, 이를 통한 경사진 복원된 경사 농경지에서 토양 유실을 효과적이고 경제적으로 저감할 것으로 예측된다. 본 연구에서 석회 처리에 의한 토양 알칼리도 상승은 고려하지 않았다. Restoration of min-impacted arable land is often performed through stabilization of trace elements by amendment treatment combined with (clean) soil covering on the surface. Recently, soil loss problem from sloping remediated agricultural lands has risen as an emerging concern. In this study, efficacy of aggregation formation was assessed by single and binary treatments of four potential amendments (bentonite, lime, organic matter, and steel slag) applied on three cover soils having different clay contents (9.4, 14.7, and 21.2% for A, B, and C soils respectively). In results of single treatments, 5% organic matter for A soil and 5% lime for B and C soils were found most effective for the aggregation formation compared to the respective controls (without amendments). Among nine binary treatments, 3% organic matter + 1% lime for A soil and 1% organic matter + 3% lime for both B and C soils led to the highest formation of aggregation (30.4, 25.0, and 36.5% for A, B, and C soils). For a site-application, the soil erodibility difference between the cover soils (0.045, 0.051, and 0.054 for A, B, and C soils, respectively) and the national average of arable land (0.032) was assumed to be compensated by amendment addition, which is equivalent to 29.1% aggregation formation. To achieve the aggregation goal, 5% lime for A and B soils and 3% lime for C soil were best in the consideration of benefit/cost, thereby effectively and economically reducing soil loss from sloping remediation site. Soil alkalinity induced by lime treatment was not considered in this work.

인공강우 모사를 통한 석회/유기퇴비 혼합물의 경사지 토양유실 억제효과

고일하,노훈,황원재,서형기,지원현,Koh, Il-Ha,Roh, Hoon,Hwang, Wonjae,Seo, Hyunggi,Ji, Won Hyun 한국지하수토양환경학회 2018 지하수토양환경 Vol.23 No.3

In a previous study, the feasibility of four materials (bentonite, steelmaking slag, lime and organic compost) to induce soil aggregate formation was assessed and the mixtures of organic compost and lime were chosen as most effective amendments in terms of cost benefit. This work is a subsequent study to evaluate the effectiveness of those amendments in reducing soil loss in $15^{\circ}$ sloped agricultural area by using rainfall simulation test. Three different soils were treated with two conditions of organic compost/lime mixtures (2% + 2%, 3% + 1%, w/w). In the amended soils, soil fertility was increased due to the increase of CEC, T-N, and T-P. During the rainfall simulation, suspended solid in run-off water from amended soil were reduced by 43% ~ 78%. When the content of organic compost was higher than that of lime, reduction of soil loss was also increased by 67% ~ 78%. Sediment discharge was also decreased by 72% ~ 96% in the amended soil. Similar to the suspended solid analysis, higher organic compost content led to more reduction of soil discharging, which implies organic compost is more effective than lime in reducing soil loss. The overall result suggests that the mixtures of organic compost and lime could be used as amendment materials to reduce soil loss in sloped farmland.

Modelling of Methane emission in rice paddy of South Korea by DNDC model and RCP scenario

Hyungi Min(민현기),Wonjae Hwang(황원재),Min-Suk Kim(김민석),Byeongjoo Lee(이병주),Kahura Millicent Wanjiku,Jeong-Gyu Kim(김정규) 한국토양비료학회 2016 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2016 No.3

DNDC 모형을 이용한 RCP 시나리오와 flooding 기법에 따른 전국 논 메탄 배출량 변화 모의

민현기(Hyungi Min),황원재(Wonjae Hwang),김민석(Min-Suk Kim),이병주(Byeongjoo Lee),Kahura Millicent Wanjiku,김정규(Jeong-Gyu Kim) 한국토양비료학회 2016 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2016 No.10

폐광산 토양에서 안정화제가 용출 가능한 비소 분획에 미치는 영향

남지호(Jiho Nam),황원재(Seunghun Wonjae Hwang),박민석(Minseok Park),이선경(Sun Kyung Lee),현승훈(Seunghun Hyun) 환경독성보건학회 2021 한국독성학회 심포지움 및 학술발표회 Vol.2021 No.5

폐광산 토양 내 중금속은 강우에 의해 용출되어 인근 농경지와 하천을 오염시킬 가능성이 있다. 본 연구는 두 종류의 안정화제(산성광산폐수 슬러지(MS) 및 제강슬래그(SS))가 폐광산 토양 내 용출가능 비소(As) 분획(비특이적흡착+특이적흡착) 감소에 미치는 영향을 평가했다. 각 토양은 광산 부지(충청북도 제천) 내 폐석장(WSU)과 폐석장 하단(WSD)에서 채취했으며 두 안정화제를 각각 5 %(w/w)로 처리하여 4주간 30 °C에서 포장용수량의 60 %의 수분 조건을 유지하여 안정화 했다. 안정화 이후 Wenzel 연쇄추출법을 이용해 중금속 결합 특성을 확인하고, 안정화 처리에 따른 통계적 유의성을 검정하였다(ANOVA 검정, 95 % 신뢰도). WSD 토양은 대조군과 대비하여 두 안정화제 처리에 따라 용출가능 분획의 감소가 나타나지 않았다. 반면, WSD 토양은 SS 처리구에서만 용출가능 분획의 농도가 42.1 mg As/kg으로 대조군(48.6 mg As/kg)에 비해 15.2 % 감소했으며, 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p <0.05). WSU와 WSD 토양 대조군의 비소 전함량 대비 용출가능 비소 분획의 비율은 각각 2.8 %와 17.8 %으로 WSU 토양의 용출가능 비소 비율이 낮아 안정화제의 효과가 나타나지 않은 것으로 판단된다. 향후 안정화제 처리비율과 안정화기간에 대한 추가 연구를 통해 안정화제를 적용하기 위한 최적 조건 선정 연구가 추가되어야 할 것이다.

Effect of RCP 8.5 scenario and Management Difference to Greenhouse Gases Emission in Rice Paddy of South Korea

Hyungi Min(민현기),Wonjae Hwang(황원재),Min-Suk Kim(김민석),Kahura Millicent Wanjiku,Jeong-Gyu Kim(김정규) 한국토양비료학회 2017 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2017 No.5

RCP 8.5 시나리오와 관수 기법의 변화에 따른 논에서의 온실가스 배출 변화의 DNDC 모델을 통한 모의

민현기(Hyungi Min),김정규(Jeong-Gyu Kim),김민석(Min-Suk Kim),황원재(Wonjae Hwang) 응용생태공학회 2018 Ecology and resilient infrastructure Vol.5 No.3

기후 변화는 21세기에 인류가 맞이한 가장 중요한 문제 중에 하나이다. 탄소 배출은 이러한 기후 변화의 가장 핵심 원인으로 지목 된다. 토양은 관리 방법에 따라서 탄소의 저장원이 되기도 하지만 큰 배출원이 될 수도 있다. 기온의 변화는 농경지 토양에서 배출되는 온실가스의 양을 크게 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라 작물의 생산량을 위한 농법 변화에도 영향을 미치기 때문에 기후변화에 따른 온실가스 배출 변화는 두 가지 요인의 상호작용을 고려할 필요가 있다. 본 연구에서는 남한의 논에서의 온실가스 배출은 2011년부터 2100년까지 RCP 8.5 시나리오의 기상 변화에 따라서 모의하였다. 농법의 변화로는 다양한 논의 담수 기법이 적용되었다. 기존의 담수 기법으로는 기후변화가 진행됨에 따라서 온실가스 배출이 급격하게 상승하는 것을 확인할 수 있었고, 간단관수가 이러한 온실가스 배출을 크게 감소시킴을 확인하였다. 미래의 농법이 작물의 생산량을 최대화시키는 방향으로 변화한다고 가정하였을 때 기후 변화에 따라서 많은 농지가 관행 농법 보다 간단관수가 시행되었을 때 수확량이 상승하게 되었고, 이러한 기후변화의 적응을 고려하였을 때는 기후 변화에 따라서 온실가스 배출이 감소함을 확인하였다. In 21th century, climate change is one of the fundamental issue. Greenhouses gases are pointed as the main cause of climate change. Soil play a vital role of carbon sink and also can be a huge source of greenhouse gases defense on the management. Flux of greenhouse gases is not the only factor can be changed by climate change. Climate change can alter proper management. Temperature change will modify crop planting and harvesting date. Other management skills like fertilizer, manure, irrigation, tillage can also be changed with climate change. In this study, greenhouse gases emission in rice paddy in South Korea is simulated with DNDC model from 2011 - 2100 years. Climate for future is simulated with RCP 8.5 scenario for understanding the effect of climate change to greenhouse gases emission. Various rice paddy flooding techniques were applied to find proper management for future management. With conventional flooding technique, climate change increase greenhouse gases emission highly. Marginal flooding can decrease large amount of greenhouse gases emission and even it still increases with climate change, it has the smallest increasing ratio. If we suppose the flooding technique will change for best grain yield, dominant flooding technique will be different from conventional flooding to marginal flooding. The management change will reduce greenhouse gases emission. The result of study shows the possibility to increase greenhouse gases emission with climate change and climate change adaptation can show apposite result compared without the adaptation.

기후변화 시나리오별 한강유역의 수계별 수온상승 가능성

김민희 ( Minhee Kim ),이정희 ( Junghee Lee ),성경희 ( Kyounghee Sung ),임철수 ( Cheolsoo Lim ),황원재 ( Wonjae Hwang ),현승훈 ( Seunghun Hyun ) 한국물환경학회 2022 한국물환경학회지 Vol.38 No.1

Climate change has increased the average air temperature. Rising air temperature are absorbed by water bodies, leading to increasing water temperature. Increased water temperature will cause eutrophication and excess algal growth, which will reduce water quality. In this study, long-term trends of air and water temperatures in the Han-river basin over the period of 1997-2020 were discussed to assess the impacts of climate change. Future (∼2100s) levels of air temperature were predicted based on the climate change scenarios (Representative concentration pathway (RCP) 2.6, 4.5, 6.0, and 8.5). The results showed that air and water temperatures rose at an average rate of 0.027°C year^-1 and 0.038°C year^-1 respectively, over the past 24 years (1997 to 2020). Future air temperatures under RCP 2.6, 4.5, 6.0, and 8.5 increased up to 0.32°C 1.18°C, 2.14°C, and 3.51°C, respectively. An increasing water temperature could dissolve more minerals from the surrounding rock and will therefore have a higher electrical conductivity. It is the opposite when considering a gas, such as oxygen, dissolved in the water. Water temperature also governs the kinds of organisms that can live in rivers and lakes. Fish, insects, zooplankton, phytoplankton, and other aquatic species all have a preferred temperature range. As temperatures get too far above or below this preferred range, the number of individuals of the species decreases until finally there are none. Therefore, changes of water temperature that are induced by climate change have important implications on water supplies, water quality, and aquatic ecosystems of a watershed.

정수처리시설의 철배관 내부 부식에 미치는 부식성 수질 인자의 고찰

김민희 ( Minhee Kim ),현승훈 ( Seunghun Hyun ),박민석 ( Minseok Park ),황원재 ( Wonjae Hwang ),( Loretta Y. Li ) 한국물환경학회 2017 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2017 No.-