생물학발표 2026.09· 0

염류 토양 바이오차, 토양 및 작물 생산성 개선

염류 토양은 전 세계 식량 안보와 지속 가능한 농업 발전에 심각한 제약을 가하며, 토양 구조 저하, 양분 가용성 제한, 작물 생장 억제를 초래합니다. 다공성 구조, 높은 탄소 안정성 및 다양한 물리화학적 특성을 지닌 바이오차는 염류 토양 개량을 위한 유망한 물질로 부상하고 있습니다. 본 연구는 염류 토양에서 바이오차 적용이 토양 특성 및 작물 수확량에 미치는 영향을 체계적으로 정량화하고, 이러한 반응을 지배하는 핵심 요인을 규명하며, 다양한 환경 및 관리 조건에서 바이오차의 합리적인 적용을 위한 과학적 근거를 제공하고자 했습니다. 78개 발표 연구에서 추출한 831쌍의 관측치를 기반으로 글로벌 메타 분석을 수행하여 바이오차 적용이 토양 용적 밀도(BD), 전기 전도도(EC), pH, 염도, 토양 유기 탄소(SOC) 및 작물 수확량(Yield)에 미치는 영향을 평가했습니다. 또한, 작물 유형, 기후대, 기후 조건, 농업 관리 방식, 토양 특성 및 바이오차 특성에 따라 하위 그룹 분석을 수행했습니다. 랜덤 포레스트 모델을 활용하여 기후 요인, 토양 특성, 관리 방식 및 바이오차 특성이 토양 및 수확량 반응 변화에 기여하는 상대적 기여도를 파악했습니다. 바이오차 적용은 BD, EC, pH, 염도를 각각 8.2%, 30.7%, 0.5%, 13.7% 유의하게 감소시켰으며, SOC와 작물 수확량은 각각 38.4%와 28.9% 증가시켰습니다. 하위 그룹 분석 결과, 바이오차에 의한 BD 감소 및 SOC와 수확량 증가는 대부분의 환경 및 관리 조건에서 비교적 일관되게 나타났습니다.

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환경공학발표 2026.02· 31최근 1년 31회

인산 변성 바이오 숯: 중금속 고정 및 토양 비옥도 증진

본 연구는 단삼박(Salvia miltiorrhiza dregs)을 인산으로 변성시켜 인 변성 바이오 숯(3K-BC)을 제조하고, 이를 수용액 및 토양 내 납(Pb)과 카드뮴(Cd) 제거에 적용했습니다. 31P NMR 분석 등을 통해 바이오 숯에 정인산염이 성공적으로 도입되었음을 확인했습니다. 수용액 실험 결과, 3K-BC는 유사 2차 반응 속도론을 따르고 Langmuir 등온선 모델에 가장 잘 부합하여 다중 화학 흡착 과정을 시사했습니다. Pb와 Cd의 최대 흡착 용량은 각각 361.82 mg g−1 및 123.03 mg g−1였으며, 흡착 메커니즘은 물리 흡착, 침전, 산소 함유 작용기와의 착화합물 형성 및 양이온 교환을 포함했습니다. 토양 실험에서는 3K-BC가 중금속(HM)의 생체 이용률을 현저히 감소시켰으며, 적용률이 높을수록 감소 효과가 컸습니다. 종분화 분석 결과, Pb와 Cd의 산 가용성 형태는 감소하고 안정적인 잔류 형태는 증가하여 금속 이동성이 효과적으로 줄어들었습니다. 또한, 3K-BC 적용 시 천궁(Ligusticum chuanxiong) 수확량이 61% 증가하고 생장이 촉진되었으며, 유효 성분인 리구스틸라이드 농도도 증가했습니다. 이 연구는 Pb 및 Cd 오염 수계와 토양을 정화하는 동시에 농업 폐기물을 재활용하는 간단하고 효과적인 이중 목적 전략을 제시합니다. 이는 환경 오염 제어와 토양 비옥도 증진에 기여하는 지속 가능한 해결책이 될 수 있습니다.

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