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.

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.