이 실험은 밀웜 분변(mealworm frass, MF)에 의한 중금속의 흡착–탈착 특성과 메커니즘을 평가하기 위해 수행되었다. MF에 의한 Cd의 흡착 특성은 초기 pH, MF 투입량, 온도, 반응 시간의 영향을 주로 받았다. MF에 의한 Cd의 최대 흡착 용량은 48.1 mg/g이었으며, 이는 Langmuir 등온식 및 2차 반응속도( pseudo-second-order ) 모델로 잘 설명되었다. Cd가 흡착된 MF로부터 Cd를 분리하기 위한 최적 탈착 용액은 0.02 M HCl이었고, 이는 90%를 초과하는 높은 탈착 효율을 보였다. 특히, 기능기 변화, 양이온 교환, 침전 실험을 통해 MF에 의한 Cd의 흡착 메커니즘을 확인하였으며, Cd는 MF 표면에서 주로 양이온 교환과 침전에 의해 영향을 받는 것으로 확인되었다. F1(교환성) 및 F2(탄산염에 결합) 용액으로 분획된 총 분획 Cd 양 대비 비율은 각각 58.9%와 25.2%였는데, 이는 MF에 흡착된 Cd가 환경 변화에 의해 쉽게 용출/동원될 수 있음을 의미한다. 이상의 결과를 종합하면 MF는 Cd 제거를 위한 효과적인 흡착제로 사용될 수 있다고 판단된다. 그러나 MF에 의한 Cd의 흡착은 환경 변화에 민감하고 결합 자체가 약하므로, 이를 위한 특별한 관리 계획이 필요하다고 여겨진다.

이 실험은 밀웜 분변(mealworm frass, MF)에 의한 중금속의 흡착–탈착 특성과 메커니즘을 평가하기 위해 수행되었다. MF에 의한 Cd의 흡착 특성은 초기 pH, MF 투입량, 온도, 반응 시간의 영향을 주로 받았다. MF에 의한 Cd의 최대 흡착 용량은 48.1 mg/g이었으며, 이는 Langmuir 등온식 및 2차 반응속도( pseudo-second-order ) 모델로 잘 설명되었다. Cd가 흡착된 MF로부터 Cd를 분리하기 위한 최적 탈착 용액은 0.02 M HCl이었고, 이는 90%를 초과하는 높은 탈착 효율을 보였다. 특히, 기능기 변화, 양이온 교환, 침전 실험을 통해 MF에 의한 Cd의 흡착 메커니즘을 확인하였으며, Cd는 MF 표면에서 주로 양이온 교환과 침전에 의해 영향을 받는 것으로 확인되었다. F1(교환성) 및 F2(탄산염에 결합) 용액으로 분획된 총 분획 Cd 양 대비 비율은 각각 58.9%와 25.2%였는데, 이는 MF에 흡착된 Cd가 환경 변화에 의해 쉽게 용출/동원될 수 있음을 의미한다. 이상의 결과를 종합하면 MF는 Cd 제거를 위한 효과적인 흡착제로 사용될 수 있다고 판단된다. 그러나 MF에 의한 Cd의 흡착은 환경 변화에 민감하고 결합 자체가 약하므로, 이를 위한 특별한 관리 계획이 필요하다고 여겨진다.

본 연구는 고농도 인산염 용액에서 달걀껍질(ES) 및 소성된 ES(C-ES)의 인산염 흡착(인산염 sorption) 특성을 평가하기 위해 수행되었다. C-ES는 900 °C에서 급격히 흡착 성능이 감소하였는데, 이는 ES를 구성하는 CaCO3가 고온 소성에 의해 CaO로 전환되었음을 시사한다. C-ES를 이용한 인산염 제거의 최적 소성 온도는 900 °C였다. ES 및 C-ES900에 의한 인산염의 실제 흡착량은 랭뮤어 등온흡착식(Langmuir isothermal sorption equation)과 일치하였으며, 이로부터 도출된 최대 흡착능은 각각 178.6 mg/g 및 270.3 mg/g이었다. ES 및 C-ES900에 의한 인산염 흡착 속도는 두 단계로 구분되었는데, 먼저 초기의 빠른 흡착 단계가 나타난 뒤 느린 흡착 단계가 이어졌다. ES에 의한 인산염 흡착은 초기 pH와 염(salt) 농도의 영향을 주로 받았으나, C-ES900은 환경 변화와 무관하게 일정한 흡착 용량을 나타냈다. SEM–EDS 및 XRD 결과는 인산염이 ES 및 C-SE900 표면에 성공적으로 흡착되었음을 보여주었다. 본 연구에서 ES에 의한 인산염 흡착은 이온 교환과 침전 반응을 통해 일어났으며, C-ES900에 의한 인산염 흡착은 침전의 영향이 지배적임이 확인되었다. 무엇보다도 C-ES는 다양한 환경 조건에서 고농도 인산염을 제거하기 위한 효과적인 흡착제로 적용될 수 있다.

바이오차(biochar)는 토양 개량제로서 탄소 격리(carbon sequestration)를 증진하고 토양 비옥도를 개선할 잠재력으로 인해 주목받고 있다. 바이오차의 통상 시비량은 2 t ha − 1 이지만, 최대 탄소 격리를 달성하기 위해서는 더 많은 투입이 필요하므로 작물 생산성을 유지하기 위한 최적 시비 방법에 대한 조사가 요구된다. 본 연구는 시비량을 10배 증가시킨 바이오차(20 t ha − 1 )의 처리가 근채류( Raphanus raphanistrum L.) 재배 및 토양 탄소 격리에 미치는 영향을 방송 시비( O-BC )와 줄(밴드) 시비( B-BC )의 두 가지 방법을 중심으로 평가하였다. O-BC 처리구는 바이오차 처리를 통해 Raphanus raphanistrum L.의 바이오매스를 증가시키고 P 및 K의 흡수를 향상시켜 뿌리 생장을 개선함으로써 생산성과 양분 동화를 증진하였다. 이는 에너지 전달과 뿌리 발달에서의 P의 핵심 기능, 그리고 삼투 조절(osmoregulation)과 탄수화물 수송에서의 K의 핵심 기능이 뿌리의 성장과 발달에 중요함을 보여준다. O-BC 처리는 식물 부위 전반에 걸쳐 Raphanus raphanistrum L.의 생장 및 영양소 획득을 가장 균형적이고 견고하게 향상시키는 것으로 나타났다. 반면, B-BC 처리는 국소적인 고농도의 바이오차로 인해 토양의 물리화학적 성질(예: pH, EC)에 일시적인 불균형이 발생하여 최적의 뿌리 발달을 제한했기 때문으로 보이며, 제한적인 유익만 제공하였다. O-BC 처리는 뿌리 조직에서 바이오매스 축적을 더 크게 하고 P, K 흡수를 향상시켜 가장 높은 수확량(4.67 t ha⁻¹)을 나타냈고, 그다음으로 B-BC(4.51 t ha⁻¹), 대조구(4.28 t ha⁻¹) 순이었다. 20 t ha⁻¹에서의 바이오차 시용은 토양 탄소 격리를 증가시켜 43.75 t ha⁻¹에 도달하였으며, 이는 통상량의 10배에 해당한다. 이러한 결과는 최적의 시비 방법과 함께 많은 양의 바이오차를 시용하면 고시비량에서 기인할 수 있는 잠재적 위험을 효과적으로 극복하면서 근채류의 생산성을 향상시키고, 동시에 탄소 격리 증가를 통해 장기적인 기후 완화에 기여할 수 있음을 보여준다.

본 연구는 남한에서 온실 작물 부산물로부터 생산된 바이오차의 최적 생산 조건과 시비(적용)율을 조사하여 토양 개선과 작물 수확량 증대를 도모함으로써 지속가능한 농업을 촉진하고자 하였다. 온실 재배의 확대는 상당한 폐기물 관리 문제를 야기하였고, 바이오차 생산은 이러한 부산물을 재활용하는 유망한 해결책으로 부상하였다. 바이오차는 고추 지상부 부산물을 200~600 °C에서 열분해하여 제조하였으며, pH, EC, T-C, T-N을 포함한 화학적 특성을 분석하였다. 본 연구에서 바이오차의 화학적 특성은 열분해 온도가 상승함에 따라 pH(5.8에서 10.3으로), EC(46.0에서 119.5 dS m⁻¹으로), T-C(47.7에서 63.1%로)가 유의하게 증가한 반면, 300 °C 이상에서 질소 휘발이 발생하여 T-N은 감소하였다. 상추 재배 실험에서 바이오차 시비는 생체중 수확량을 유의하게 향상시켰으며, 바이오차 처리군은 1차 재배 시즌에 최대 83.3 g pot − 1을 기록하여, NPK만 처리한 처리군의 62.8 g pot − 1과 비교되었다. 그러나 과도한 바이오차 시비율(≥ 800 kg ha⁻¹)은 2차 재배 시즌에 수확량을 감소시켰는데, 이는 주로 토양 pH와 EC의 증가로 인한 것으로 보인다. 이러한 결과는 온실 작물 잔재를 바이오차로 재활용하여 토양 비옥도와 작물 생산성을 향상시킬 잠재력이 있음을 시사하며, 한편 과다 사용으로 인한 부정적 영향을 최소화하기 위해 시비율을 관리할 필요가 있음을 보여준다.

과도한 양의 목재 기반 농업 및 임업 부산물 바이오차-바이오차를 서로 다른 시비 방법으로 적용했을 때 상추의 생장과 탄소 고정에 미치는 영향: 탄소 고정, 과도한 바이오차 시비, 시비 방법, 상추

본 연구는 딸기 수경재배에서 양분 이용 효율을 평가하고, 순환하지 않는 수경재배 시스템에서 실제 양분 방출 상태를 확인하고자 하였다. 공급수와 배수수에서 각각 물 시료를 월 3회, 약 10일 간격으로 10월부터 이듬해 5월까지 경남 지역 5개 농가에 걸쳐 채취하였다. 총 N(T-N), 총 P(T-P), 전기전도도(EC), pH를 포함한 18개 매개변수를 분석하였다. 연구 기간 동안 관찰된 평균 배수율은 49.5%였다. 식물에 의한 거대양분의 이용 효율은 T-N 47.5%, T-P 51.4%, K 56.3%, Ca 36.9%, Mg 40.2%, SO4 2- 33.5%였다. Fe, Mn, B 및 Mo와 같은 미량원소는 Cu와 Zn을 제외하고 이용 효율이 50%를 초과하였다. 조사 기간 동안 10월 자료(가장 높은 T-N 및 T-P 방출)를 이용하여 평균 총 방출량을 산정하였으며, 이는 헥타르당 일평균 배출량으로 T-N 2.12 kg, T-P 0.67 kg에 해당하여 환경오염을 완화하기 위해 관리해야 할 양분 부하가 있음을 보여준다. 본 연구는 공급, 배수 및 양분 이용 효율에 관한 기초 자료를 제공함으로써 순환하지 않는 수경재배 시스템에서의 환경오염 저감을 위한 기반을 마련하였다. 또한 배수의 감축과 재이용에 대한 추가 연구의 필요성을 강조한다.