Conception de microplots et préparation d’échantillons de plantes et de sols pour 15analyses d’azote
Summary
Une conception de microplots pour la recherche sur les traceurs de 15N est décrite pour tenir compte de multiples événements d’échantillonnage des plantes et des sols en saison. Des procédures de collecte et de traitement des échantillons de sol et d’usine, y compris les protocoles de broyage et de pesage, pour l’analyse de 15N sont mises de l’avant.
Abstract
De nombreuses études sur les engrais azotés évaluent l’effet global d’un traitement sur les mesures de fin de saison, comme le rendement des grains ou les pertes cumulatives de N. Une approche isotopique stable est nécessaire pour suivre et quantifier le sort de l’engrais dérivé du N (FDN) par le système de culture du sol. Le but de ce document est de décrire une conception de recherche sur de petites parcelles utilisant des microplots non confinés enrichis de 15N pour de multiples événements d’échantillonnage des sols et des plantes sur deux saisons de croissance et de fournir des protocoles de collecte, de manipulation et de traitement d’échantillons pour l’analyse totale de 15N. Les méthodes ont été démontrées à l’aide d’une étude reproduite du centre-sud du Minnesota plantée au maïs (Zea mays L.). Chaque traitement consistait en six rangées de maïs (espacement des rangées de 76 cm) de 15,2 m de long avec un microlot (2,4 m sur 3,8 m) intégré à une extrémité. L’urée de qualité engrais a été appliquée à 135 kg N-ha-1 lors de la plantation, tandis que le microplot a reçu de l’urée enrichie à 5 atomes % 15N. Des échantillons de sol et de plantes ont été prélevés plusieurs fois tout au long de la saison de croissance, en prenant soin de minimiser la contamination croisée en utilisant des outils distincts et en séparant physiquement des échantillons non enrichis et enrichis pendant toutes les procédures. Les échantillons de sol et de plantes ont été séchés, moulus pour passer à travers un écran de 2 mm, puis moulus à une consistance semblable à de la farine à l’aide d’un moulin à rouleaux. Les études de traceur exigent la planification supplémentaire, le temps de traitement d’échantillon et le travail manuel, et engagent des coûts plus élevés pour 15matériaux enrichis de N et l’analyse d’échantillon que les études traditionnelles de N. Toutefois, à l’aide de l’approche de l’équilibre de masse, les études de traceur avec de multiples événements d’échantillonnage en saison permettent au chercheur d’estimer la distribution du FDN par l’intermédiaire du système de culture du sol et d’estimer le FDN non comptabilisé du système.
Introduction
L’utilisation d’azote d’engrais (N) est essentielle dans l’agriculture pour répondre aux demandes alimentaires, de fibres, d’aliments pour animaux et de carburant d’une population mondiale croissante, mais les pertes de N provenant des champs agricoles peuvent avoir un impact négatif sur la qualité de l’environnement. Étant donné que n subit de nombreuses transformations dans le système de culture du sol, une meilleure compréhension du cycle N, l’utilisation des cultures et le sort global de l’engrais N sont nécessaires pour améliorer les pratiques de gestion qui favorisent l’efficacité de l’utilisation de N et minimisent les pertes environnementales. Les études traditionnelles sur les engrais n se concentrent principalement sur l’effet d’un traitement sur les mesures de fin de saison telles que le rendement des cultures, l’absorption de N par rapport au taux de N appliqué (efficacité apparente de l’utilisation des engrais) et l’efficacité résiduelle du sol N. Bien que ces études quantifient l’ensemble des intrants, des extrants et des gains d’efficacité du système N, elles ne peuvent ni identifier ni quantifier le N dans le système de culture du sol dérivé des sources d’engrais ou du sol. Une approche différente à l’aide d’isotopes stables doit être utilisée pour suivre et quantifier le sort du N dérivé de l’engrais (FDN) dans le système de culture du sol.
L’azote a deux isotopes stables, 14N et 15N, qui se produisent dans la nature à un rapport relativement constant de 272:1 pour 14N/15N1 (concentration de 0,366 atome % 15N ou 3600 ppm 15N2,3). L’ajout de 15engrais enrichis de N augmente la teneur totale de 15N du système de sol. Comme 15N engrais enrichi se mélange avec le sol non enrichi N, le changement mesuré de 14N /15N rapport permet aux chercheurs de tracer FDN dans le profil du sol et dans la culture3,4. Un solde de masse peut être calculé en mesurant la quantité totale de traceur de 15N dans le système et chacune de ses parties2. Étant donné que 15engrais enrichis de 15 N sont beaucoup plus chers que les engrais conventionnels, 15microplots enrichis de N sont souvent intégrés dans les parcelles de traitement. Le but de ce document de méthodes est de décrire une conception de recherche de petites parcelles utilisant des microplots pour de multiples épreuves d’échantillonnage en saison et d’échantillonnage des plantes pour le maïs(Zea mays L.) et de présenter des protocoles pour la préparation d’échantillons de plantes et de sols pour une analyse totale de 15N. Ces résultats peuvent ensuite être utilisés pour estimer l’efficacité de l’utilisation des engrais N et créer un budget N partiel tenant compte du FDN dans le sol en vrac et la culture.
Protocol
Representative Results
Discussion
La recherche sur les isotopes stables est un outil utile pour le suivi et la quantification du FDN par l’entremise du système de culture du sol. Cependant, il y a trois hypothèses principales associées aux études de traceur de N qui, si elle est violée, peuvent invalider les conclusions tirées de l’utilisation de cette méthodologie. Ils sont 1) le traceur est uniformément réparti dans tout le système, 2) les processus dans le cadre de l’étude se produisent aux mêmes taux, et 3) N laissant la piscine enr…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs reconnaissent le soutien du Minnesota Corn Research & Promotion Council, de la Hueg-Harrison Fellowship et de la Bourse Discovery, Research and InnoVation Economy (MnDRIVE) du Minnesota.
Materials
| 20 mL scintillation vial | ANY; Fisher Scientific is one example | 0334172C | |
| 250 mL borosilicate glass bottle | QORPAK | 264047 | |
| 48-well plate | EA Consumables | E2063 | |
| 96-well plate | EA Consumables | E2079 | |
| Cloth parts bag (30×50 cm) | ANY | NA | For corn ears |
| CO2 Backpack Sprayer | ANY; Bellspray Inc is one example | Model T | |
| Coin envelop (6.4×10.8 cm) | ANY; ULINE is one example | S-6285 | For 2-mm ground plant samples |
| Corn chipper | ANY; DR Chipper Shredder is one example | SKU:CS23030BMN0 | For chipping corn biomass |
| Corn seed | ANY | NA | Hybrid appropriate to the region |
| Disposable shoe cover | ANY; Boardwalk is one example | BWK00031L | |
| Ethanol 200 Proof | ANY; Decon Laboratories Inc. is one example | 2701TP | |
| Fabric bags with drawstring (90×60 cm) | ANY | NA | For plant sample collection |
| Fertilizer Urea (46-0-0) | ANY | NA | ~0.366 atom % 15N |
| Hand rake | ANY; Fastenal Company is one example | 5098-63-107 | |
| Hand sickle | ANY; Home Depot is one example | NJP150 | For plant sample collection |
| Hand-held soil probe | ANY; AMS is one example | 401.01 | |
| Hydraulic soil probe | ANY; Giddings is one example | GSPS | |
| Hydrochloric acid, 12N | Ricca Chemical | R37800001A | |
| Jar mill | ANY; Cole-Parmer is one example | SI-04172-50 | |
| Laboratory Mill | Perten | 3610 | For grinding grain |
| Microbalance accurate to four decimal places | ANY; Mettler Toledo is one example | XPR2 | |
| N95 Particulate Filtering Facepiece Respirator | ANY, ULINE is one example | S-9632 | |
| Neoprene or butyl rubber gloves | ANY | NA | For working in HCl acid bath |
| Paper hardware bags (13.3×8.7×27.8 cm) | ANY; ULINE is one example | S-8530 | For soil samples and corn grain |
| Plant grinder | ANY; Thomas Wiley Model 4 Mill is one example | 1188Y47-TS | For grinding chipped corn biomass to 2-mm particles |
| Plastic tags | ULINE | S-5544Y-PW | For labeling fabric bags and microplot stalk bundles |
| Sodium hydroxide pellets, ACS | Spectrum Chemical | SPCM-S1295-07 | |
| Soil grinder | ANY; AGVISE stainless steel grinder with motor is one example | NA | For grinding soil to pass through a 2-mm sieve |
| Tin capsule 5×9 mm | Costech Analytical Technologies Inc. | 041061 | |
| Tin capsule 9×10 mm | Costech Analytical Technologies Inc. | 041073 | |
| Urea (46-0-0) | MilliporeSigma | 490970 | 10 atom % 15N |
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