Nitrogen Isotope Compositions of Synthetic Fertilizer, Raw Livestock Manure Slurry, and Composted Livestock Manure

To investigate the difference in N isotope ratio ($^{15}N/^{14}N$, expressed as ${\delta}^{15}N$) among N sources (synthetic fertilizer, livestock manure, and manure compost), eight synthetic fertilizer, four livestock manure, and thirty-seven compost samples were collected and analyzed for ${\delta}^{15}N$. The mean ${\delta}^{15}N$ values of N sources were $-1.5{\pm}0.5$‰ (range: -3.9 to +0.5‰) for synthetic fertilizer, $+6.3{\pm}0.4$‰ (+5.3 to +7.2‰) for manure, and $+16.0{\pm}0.4$‰ (+9.3 to +20.9‰) for compost. The lower ${\delta}^{15}N$ of synthetic fertilizer was attributed to its N source, atmospheric $N_2$ of which ${\delta}^{15}N$ is 0‰ Meanwhile, more $^{15}N$-enrichment of compost than manure was assumed to be resulted from N isotopic fractionation (faster loss of $^{14}N$-bearing compound than $^{15}N$) associated with N loss particularly via $NH_3$ volatilization during composting. Therefore, our study shows that ${\delta}^{15}N$ values could successfully serve in discriminating two major N sources (synthetic fertilizer and compost) in agricultural system.

화학비료, 가축분뇨 및 퇴비의 질소동위원소비

화학비료, 가축분뇨 및 퇴비 등 주요 질소원의 질소동위원소비 (${\delta}^{15}N$) 차이를 조사하기 위해 각각 8, 4, 37점의 시료를 채취하여 ${\delta}^{15}N$을 분석하였다. 평균 ${\delta}^{15}N$ 값은 화학비료가 $-1.5{\pm}0.5$‰ (범위: -3.9~+0.5‰‰), 가축분뇨가 $+6.3{\pm}0.4$‰ (+5.3~+7.2‰), 가축분퇴비가 $+16.0{\pm}0.4$‰ (+9.3~+20.9‰)였다. 화학비료가 타 질소원에 비해 ${\delta}^{15}N$ 값이 낮은 것은 화학비료 제조시 이용하는 질소원인 대기 $N_2$의 ${\delta}^{15}N$ 값 (0‰)을 반영하기 때문이다. 반면, 가축분에 비해 퇴비의 ${\delta}^{15}N$ 값이 높은 것은 퇴비화 과정 중 일어나는 질소손실 (특히, 암모니아 휘산)과 관련된 질소동위원소분할효과 ($^{14}N$의 손실속도>$^{15}N$의 손실속도)에 의한 퇴비 중 $^{15}N$ 농축에 의한 결과로 판단된다. 따라서, 본 연구는 ${\delta}^{15}N$ 분석을 통해 현재 우리나라 농업 시스템에서 가장 널리 이용되고 있는 두 가지 질소원 (화학비료와 퇴비)을 구분할 수 있음을 보여준다.