Isotope Ratio of Mineral N in Pinus Densiflora Forest Soils in Rural and Industrial Areas : Potential Indicator of Atmospheric N Deposition and Soil N Loss :Potential Indicator of Atmospheric N Deposition and Soil N Loss

Jin-Hyeob Kwak; Sang-Sun Lim; Hyun-Jung Park; Sun-Il Lee; Dong-Suk Lee; Kye-Han Lee; Gwang-Hyun Han; Hee-Myong Ro; Sang-Mo Lee; Woo-Jung Choi

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저자정보: Jin-Hyeob Kwak (Chonnam National University) Sang-Sun Lim (Chonnam National University) Hyun-Jung Park (Chonnam National University) Sun-Il Lee (Chonnam National University) Dong-Suk Lee (Chonnam National University) Kye-Han Lee (Chonnam National University) Gwang-Hyun Han (Chungbuk National University) Hee-Myong Ro (Seoul National University) Sang-Mo Lee (Seoul National University) Woo-Jung Choi (Chonnam National University)

저널정보: 한국토양비료학회 한국토양비료학회지 한국토양비료학회지 제42권 제1호

발행연도: 2009.2

수록면: 46 - 52 (7page)

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질소동위원소비(δ15N)가 낮은 대기질소 강하물의 유입에 의해 산림 생태계 내 다양한 시료(나이테, 엽, 토양)의δ15N 값이 낮아지는 것으로 보고되고 있다. 하지만, 토양 미생물과 식물이 쉽게 이용할 수 있는 토양 무기태 질소의 δ15N에 대한 연구는 진행된 바 없다. 본 연구는 대기질소 강하물이 상대적으로 적은 농촌지역과 많은 공 업지역에 위치한 적송 산림지역의 유기토양층과 무기토양층(0~20 cm와 20~40 cm) 중 NH4 +과 NO3-의 δ15N 값을 분석하여 두 지역간의 차이를 조사하였으며, 이들 δ15N 값을 근거로 조사 지역의 질소손실 민감성을 평가하였다. 농촌지역과 공업지역에서 NH4+의 δ15N 값은 각각 +8.9 ~ +24.8‰과 +4.4 ~ +13.8‰로 분포하였다. 유기토양층과 무기토양층(0~20 cm)에서 두 지역간 NH4+의 δ15N값 차이가 나타났는데, 공업지역에서 각각+4.4‰과 +13.8‰이었고, 농촌지역에서는 각각 +8.9‰과 +24.3‰로 공업지역에서 더 낮은 δ15N 값이 나타났다. 이는 공업지역에서 δ15N값이 낮은 대기 유래 NH4+ 유입량이 더 많았음을 의미한다. 한편, NO3-의 δ15N 값은 지역간 차이가 없었는데, 이는 NO3-가 용탈과 탈질 등에 의해 쉽게 손실되는 과정에서 수반되는 질소동위원소 분할 효과에 의해 강하물에서 유래된 NO3-의 δ15N 기여도가 낮아지기 때문으로 판단된다. 본 연구에서 관측된 무기태 질소의 δ15N 값은 다른 지역에서 조사된 NH4+(-10.9 ~ +15.6‰)과 NO3-(-14.8 ~ +5.6‰)의 δ15N 값보다 매우 높은데, 이는 본 연구지역에서 토양 질소 손실 가능성이 높음을 보여준다. 이상의 연구 결과에 의하면 산림토양의 무기태 질소 중 NO3-보다 NH4+이 질소공급원(대기 질소 강하)에 대한 δ15N 정보를 보다 잘 반영하는 것으로 판단된다.

Deposition of atmospheric N that is depleted in 15N has shown to decrease N isotope ratio (15N/14N,expressed as δ15N) of forest samples such as tree rings, foliage, and total soil-N. However, its effect on δ15N of mineral soil-N which is biologically active N pool has never been tested. In this study, δ15N of mineral N(NH4+ and NO3-) in forest soils from organic and two depths of mineral soil layers (0 to 20 cm and 20 to 40cm depth) of Pinus densiflora stands located at two distinct areas (rural and industrial areas) in southern Korea was analyzed to investigate if there is any difference in δ15N of mineral N between these areas. We also evaluated potential N loss of the study sites using δ15N of mineral N. Across the soil layers, the δ15N of NH4+ ranged from +8.9 to +24.8‰ in the rural area and from +4.4 to +13.8‰ in the industrial area. Soils from organic layer (+4.4‰) and mineral layer between 0 and 20 cm (+13.8‰) of industrial area showed significantly lower δ15N of NH4+ than those of rural area (+8.9 and +24.3‰, respectively), probably indicating the greater contribution of 15N-depleted NH4+ from atmospheric deposition to forest in the industrial area than in the rural area. Meanwhile, δ15N of NO3- was not different between the rural and industrial areas, probably because δ15N of NO3- is more likely to be altered by the N loss that causes 15N enrichment of the remaining soil N pool. Compared with the δ15N of soil mineral N reported by other studies (from -10.9 to +15.6‰ for NH4+ and -14.8 to +5.6‰ for NO3-), the δ15N observed in our study was substantially high, suggesting that the study sites are more subject to the N loss. It was concluded that NH4+ rather than NO3- can conserve the δ15N signature of atmospheric N deposition in forest ecosystems.

#Acid rain #Forest soil #N deposition #N isotopic fractionation #Red pine #Tree ring age

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