Effects of Different Nitrogen Fertilizer and Biochar Applications on CO2 and N2O Emissions from Upland Soil in the Closed Chamber

Abstract

Carbon dioxide (CO2) and nitrous oxide (N2O) emissions from soil are expected to vary with type of nitrogen fertilizer used. Biochar has recently been proposed as a potential solution to mitigate climate change by reducing greenhouse gas emissions from soils. Incubation experiment was conducted to investigate the effect of different types of biochar on CO2 and N2O emissions when different nitrogen fertilizers used in upland soil. The treatment consisted of different nitrogen fertilizers such as urea, ammonium sulfate and oil cake, and three types of biochars from pear branch, rice hull and soybean stalk. Soil moisture content was adjusted to 70% of the water holding capacity at 25°C. CO2 and N2O gases were collected and analyzed. The cumulative CO2 emissions were 119.4 g m -2 for urea, 107.1 g m -2 for ammonium sulfate, 381.5 g m -2 for oil cake, 137.1 -154.8 g m -2 for urea + biochars, 114.4 -161.5 g m -2 for ammonium sulfate + biochars, and 396.9 -416.4 g m -2 for oil cake + biochars. The cumulative N2O emissions were 216.6 mg m -2 for urea, 44.2 mg m -2 for ammonium sulfate, 347.7 mg m -2 for oil cake and 123.7 -208.3 mg m -2 for urea + biochars, 39.1 -114.9 mg m -2 for ammonium sulfate + biochars and 108.9 -184.2 mg m -2 for oil cake + biochars. No significant differences were observed in N2O emissions among biochar types, except for the mixture of soybean stalk biochar and ammonium sulfate. However, N2O emission was related to both biochar input amount and nitrogen fertilizer types. In particular, N2O reduction effect was great in the addition of biochar when oil cake is mixed into soil. It is considered that further long term field study is needed to apply the biochar use in farming practices.

Greenhouse Gas Emissions according to Application of Biochar by Soil Type in the Closed Chamber

“…바이오차는 농경지 토양 개선에 긍정적인 영향이 있지만 (Chen et al, 2020), 그 효과는 바이오차 공급 원료 (Liu et al, 2011(Liu et al, , 2016, 공급량 (Amoakwah et al, 2020;Duan et al, 2021), 제조 온도 (Han et al, 2021) 토양 조건 (Van Zwieten et al, 2014;Nguyen et al, 2020) 등에 따라 상이하다. 그럼에도 분해에 대한 저항성이 있는 바이오차를 토양 에 투입하면 토양 탄소 함량이 증가하여 (Lee et al, 2020), 토양의 물리, 화학, 생물학적 성질 회복을 유도할 수 있다고 평가되고 있다 (Bai et al, 2015;El-Naggar et al, 2018;Han et al, 2021).…”

“…최근 기후변화 대응의 일환으로 농업 부산물을 활용한 바이오차 (biochar) 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다 (Lehmann et al, 2011;Lee et al, 2020). 바이오차는 바이오매스 (biomass)와 숯 (charcoal)의 합성어로, 바이오매스 를 산소가 없는 환경에서 열분해하여 만든 탄소 함량이 높은 고형물이다 (Lehmann, 2007).…”

“…일반적으로 토양에서 배출되는 CO 2 는 탄소 함량에 비례하여 증가하는데(Sistani et al, 2011), 바이오차를 투 입한 시설재배지, 개간지, 간척지 토양에서는 탄소 함량이 증가함에도 불구하고 CO 2 배출량이 증가하지 않았다. 이는 타 연구의 결과와도 유사한 것으로 나타났다(Liu et al, 2011;Ameloot et al, 2013;Lee et al, 2020). 다만, 밭 토양의 경우 기존 농경으로 인하여 기본적인 탄소 함량이 높았고, 다량의 바이오차가 투입됨에 따라 CO 2 배출량이 증가된 것 으로 사료된다.…”

“…, 토양탄소 함량은 증가하지만 분해가 되지 않아, 직접적인 CO 2 배출에 큰 영향을 주지 않는다(Lee et al, 2020). 본 연구에서도 바이오차 투입량에 따라 CO 2 배출량의 차이를 분석한 결과 1.5 -5.1% 더 낮게 나타났다.Spokas et al (2009)은 우드칩 바이오차가 대조 군 토양에 비해 CO 2 배출을 억제하는 효과가 있다는 연구결과를 발표했는데, 이는 본 연구결과와 매우 유사하다고 판단된다.…”

Effect of Biochar on Nitrous Oxide Emissions under Anaerobic and Aerobic Conditions in Cropland of East Asia: A Meta-Analysis

“…현재까지 연구되고 있는 영농 관리 기술로써 농경지 무경운 기술 (Lee et al, 2010(Lee et al, , 2019Kim et al, 2012;Feng et al, 2018), 휴경기 녹비작물 재배 및 환원 (Lee et al, 2019;Arif et al, 2021), 관개 관리 등 여러 기술들이 연구되어왔 다 (Pandey et al, 2014;Lee et al, 2020a;Gwon et al, 2021). 이와 같은 전통적인 영농 관리 기술과 함께 근래에 바이 오차를 활용한 온실가스 감축 기술도 주목받고 있다 (Woo, 2013;Lee et al, 2020bLee et al, , 2021b. 바이오차는 바이오매스 (biomass)와 숯 (charcoal)의 합성어로 바이오매스를 산소가 없는 환경에서 열분해하여 만들어진 탄소 고형물이다 (Lehmann, 2007).…”