김필주 연구실
환경생명화학과 김필주
김필주 연구실은 토양학을 기반으로 농업생태계의 지속가능성과 환경보전을 동시에 달성하기 위한 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 특히 논토양에서의 온실가스(메탄, 아산화질소) 배출 저감과 토양 탄소 격리, 그리고 산업 부산물의 농업적 활용을 통한 토양 환경 개선에 중점을 두고 있습니다. 이러한 연구는 농업이 기후변화 대응의 주체로 자리매김할 수 있도록 과학적 근거와 실용적 기술을 제공하는 데 목적이 있습니다.
연구실은 철강 슬래그, 플라이애시, 인산석고 등 산업 부산물을 활용한 규산질 비료의 개발과 적용, 그리고 바이오차, 유기물, 녹비작물 등 다양한 토양 개량제의 효과를 체계적으로 분석합니다. 이를 통해 토양 내 미생물 군집 변화, 영양분 순환, 중금속 안정화, 온실가스 배출 저감 등 다차원적 효과를 규명하고, 실제 농업 현장에 적용 가능한 저감 및 개선 기술을 개발하고 있습니다.
또한, 플라스틱 필름 멀칭, 간단한 배수 관리, 유기물의 호기성 전처리 등 농업 현장에서 실천 가능한 다양한 토양 관리기법의 환경적·경제적 효과를 평가합니다. 논과 밭 토양에서의 유기탄소 축적 메커니즘을 규명하고, 장기적으로 토양 내 탄소 저장량을 증진시키는 관리방안을 제시함으로써, 농업이 탄소중립 사회 실현에 기여할 수 있도록 연구를 확장하고 있습니다.
이와 더불어, 토양 내 인, 질소 등 주요 영양분의 순환과 과잉 축적에 따른 환경 문제, 중금속 오염 토양의 복원, 식물체 내 중금속 이동성 저감 등 토양 환경 전반에 걸친 다양한 현안에 대해 실험실 및 현장 실험, 분자생물학적 분석, 장기 모니터링 등 첨단 연구기법을 활용하여 심층적으로 접근하고 있습니다.
연구실은 국내외 다양한 연구기관, 산업체, 정부기관과의 협력을 통해 연구성과의 현장 적용과 기술이전을 적극적으로 추진하고 있습니다. 이러한 노력을 바탕으로, 김필주 연구실은 농업환경 분야의 선도적 연구실로 자리매김하고 있으며, 미래 농업의 지속가능성과 환경보전을 위한 핵심적 역할을 수행하고 있습니다.
Methane Emissions
Greenhouse Gas Mitigation
Biochar
토양학 기반 온실가스 저감 및 탄소 격리 기술
김필주 연구실은 토양학적 지식을 바탕으로 농업 분야에서 발생하는 온실가스, 특히 메탄(CH₄)과 아산화질소(N₂O)의 배출 저감에 중점을 두고 있습니다. 논토양에서의 메탄 발생 메커니즘을 규명하고, 다양한 토양 관리 및 비료 시용 방법이 온실가스 배출에 미치는 영향을 체계적으로 분석합니다. 이를 위해 실험실 및 현장 실험, 장기 모니터링, 분자생물학적 분석 등 다양한 연구 방법을 활용하여 토양 내 미생물 군집 변화와 온실가스 배출량의 상관관계를 밝히고 있습니다.
특히, 철 슬래그 기반 규산질 비료, 바이오차, 유기물 및 녹비 작물의 시용 등 다양한 토양 개량제와 관리기법이 메탄 및 아산화질소 배출 저감에 미치는 효과를 정량적으로 평가합니다. 또한, 플라스틱 필름 멀칭, 간단한 배수 관리, 유기물의 호기성 전처리 등 실제 농업 현장에서 적용 가능한 저감 기술을 개발하고, 그 효과와 한계를 과학적으로 검증합니다. 이러한 연구는 농업생산성 유지와 동시에 환경부하를 최소화하는 지속가능한 농업 실현에 기여하고 있습니다.
더 나아가, 토양 탄소 격리(soil carbon sequestration) 기술 개발에도 집중하고 있습니다. 논과 밭 토양에서의 유기탄소 축적 메커니즘을 규명하고, 장기적으로 토양 내 탄소 저장량을 증진시키는 관리방안을 제시합니다. 이를 통해 농업이 기후변화 대응의 핵심 역할을 할 수 있도록 과학적 근거와 실용적 솔루션을 제공하고 있습니다.
슬래그 및 산업 부산물의 농업적 활용과 토양 환경 개선
연구실은 철강 슬래그, 플라이애시, 인산석고 등 다양한 산업 부산물을 농업 토양 개량제로 활용하는 연구를 선도하고 있습니다. 슬래그 기반 규산질 비료의 시용이 논토양의 산도 조절, 영양분 공급, 중금속 안정화, 그리고 메탄 및 아산화질소 등 온실가스 배출 저감에 미치는 영향을 다각도로 분석합니다. 특히, 슬래그 내 활성 철(Fe)과 망간(Mn) 성분이 전자수용체로 작용하여 메탄 생성균의 활성을 억제하고, 토양 내 유해 중금속의 식물체 이동을 차단하는 메커니즘을 규명합니다.
이러한 산업 부산물의 농업적 재활용은 자원 순환과 환경오염 저감이라는 두 가지 측면에서 큰 의의를 지닙니다. 연구실은 슬래그 시용이 장기적으로 토양의 물리·화학적 특성, 미생물 군집 구조, 작물 생산성 및 품질에 미치는 영향을 장기간에 걸쳐 추적 조사합니다. 또한, 슬래그 시용에 따른 토양 내 중금속 축적 및 식물체 내 이동성, 환경 위해성 평가 등 안전성 검증 연구도 병행하여, 농업 현장에 적용 가능한 실질적 가이드라인을 제시합니다.
이와 더불어, 슬래그 및 기타 산업 부산물의 최적 혼합비, 시용량, 시용주기 등 실용적 활용 방안을 개발하고, 관련 특허 및 기술이전을 통해 산업계와의 협력도 활발히 추진하고 있습니다. 이러한 연구는 농업의 지속가능성과 환경보전, 산업 부산물의 고부가가치화라는 사회적 요구에 부응하는 혁신적 접근입니다.
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Carbon Footprint and Emission Reduction Strategies During Potato Cultivation
김필주, Jatish Chandra Biswas, Md Mozammel Haque, Sheikh Ishtiaque, Sohela Akhter, Md Mizanur Rahman
Agricultural Research, 202412
2
Coupled reduction in arsenic methylation and methanogenesis with silicate amendment in arsenic-enriched paddy soils
김필주, 수벤두 다스, 박소영, 스노위 제인 갈고, 채호경, 권효숙
ENVIRONMENTAL RESEARCH, 202412
3
Iron fertilization and soil carbon sequestration in rice paddies
김필주, 스노위 제인 갈고, 에스트라다 로레인 줄, 박소영, 카나토이 론리, 무하마드 이스라 칸, 벤자민 루크 터너
BIOGEOCHEMISTRY, 202411
1
(EZ-2차)새로운 메탄생성억제제로서 에틸렌 전구체를 이용한 벼논에서 메탄 배출량의 효과적 저감기술개발
2
[통합EZBARO](정부출연금)[농업생명과학연구원]농생명산업 기후변화 대응기술개발(3단계)
3
(EZ-2차)저탄소 농업구현을 위해 논에서 밭으로 토지이용 전환이 지구온난화에 미치는 영향성의 종합적 평가