15개의질소 분석을 위한 마이크로플롯 설계 및 식물 및 토양 샘플 준비
Summary
15N 추적기 연구를 위한 마이크로플롯 설계는 여러 계절식물 및 토양 샘플링 이벤트를 수용하기 위해 설명된다. 15N분석을 위해 연삭 및 계량 프로토콜을 포함한 토양 및 식물 샘플 수집 및 처리 절차가 제시됩니다.
Abstract
많은 질소 비료 연구는 곡물 수율 또는 누적 N 손실과 같은 시즌 종료 측정에 대한 치료의 전반적인 효과를 평가합니다. 토양 작물 시스템을 통해 비료 유래 N(FDN)의 운명을 따르고 정량화하기 위해서는 안정적인 동위원소 접근법이 필요하다. 이 논문의 목적은 두 번의 재배 시즌 동안 여러 토양 및 식물 샘플링 이벤트에 대한 비밀한 15N 농축 마이크로플롯을 활용한 소규모 플롯 연구 설계를 설명하고 총 15N분석을 위한 샘플 수집, 처리 및 처리 프로토콜을 제공하는 것입니다. 이 방법은 미네소타 중남부에서 옥수수에 심은 복제된 연구를 사용하여입증되었습니다(Zea mays L.). 각 처리는 1끝에 내장된 마이크로플롯(2.4m x 3.8m)으로 6개의 옥수수 행(76cm 행 간격) 15.2m로 구성되었다. 비료 급 우레아는 심기 시 135kgN∙ha-1로 적용되었으며, 마이크로플롯은 재배 기간 동안 5원자% 15N토양 및 식물 샘플로 농축된 우레아를 여러 번 수차례 취했으며, 별도의 도구를 사용하여 교차 오염을 최소화하고 모든 시술 중에 풍부하지 않고 농축된 시료를 물리적으로 분리하여 교차 오염을 최소화했습니다. 토양 및 식물 샘플은 건조되어 2mm 화면을 통과한 다음 롤러 항아리 밀을 사용하여 밀가루와 같은 일관성으로 접지했습니다. Tracer 연구는 추가 계획, 샘플 처리 시간 및 수동 노동이 필요하며 기존 N 연구보다 15N 농축 재료 및 샘플 분석에 대해 더 높은 비용이 발생합니다. 그러나, 질량 균형 접근 방식을 사용하여, 여러 시즌 샘플링 이벤트를 가진 추적자 연구는 연구원이 토양 작물 시스템을 통해 FDN 분포를 추정하고 시스템에서 FDN에 대한 회계되지 않은 추정을 할 수 있습니다.
Introduction
비료 질소 (N) 사용은 증가하는 글로벌 인구의 식품, 섬유, 사료 및 연료 요구를 충족하기 위해 농업에 필수적이지만 농업 분야의 N 손실은 환경 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. N은 토양 작물 시스템에서 많은 변화를 겪고 있기 때문에 N 사이클링, 작물 활용 및 비료 N의 전반적인 운명에 대한 더 나은 이해가 N 사용 효율성을 촉진하고 환경 손실을 최소화하는 관리 관행을 개선하는 데 필요합니다. 전통적인 N 비료 연구는 주로 작물 수확량, N 속도에 비해 작물 N 섭취량(명백한 비료 사용 효율) 및 잔류 토양 N과 같은 시즌 종료 측정에 대한 치료의 효과에 중점을 둡니다. 이러한 연구는 전체 시스템 N 입력, 출력 및 효율성을 정량화하지만 비료 소스 또는 토양에서 파생된 토양 작물 시스템에서 N을 식별하거나 정량화할 수 없습니다. 안정적인 동위원소를 사용하는 다른 접근법은 토양 작물 시스템에서 비료 유래 N(FDN)의 운명을 추적하고 정량화하는 데 사용되어야 한다.
질소는 2개의 안정동위원소, 14N 및 15N을 가지고 있으며, 이는 자연에서 비교적 일정한 비율로 발생하며 14N/15 N151(0.366 원자% 15N 또는 3600 ppm 15N1 2,,3)에대해 비교적 일정한 비율로 발생합니다. 15N농축 비료를 첨가하여 토양 시스템의 총 15N함량을 증가시킨다. 15N 농축 비료가 농축되지 않은 토양 N과 혼합됨에 따라, 14N/15N 비의 측정된 변화는 연구원이 토양 프로파일과 작물3,,4로FDN을 추적할 수 있게 한다. 질량 저울은 시스템의 총 15N트레이서 양과 각 부품2를측정하여 계산할 수 있다. 15N농축 비료는 기존 비료보다 훨씬 비싸기 때문에 15N농축 마이크로플롯이 치료 플롯 내에 내장되어 있는 경우가 많습니다. 이 방법의 목적은 옥수수(Zea mays L.)에 대한 여러 계절 토양 및 식물 샘플링 이벤트에 대한 마이크로 플롯을 활용하는 작은 플롯 연구 설계를 설명하고 총 15N 분석을위한 식물 및 토양 샘플을 준비하기위한 프로토콜을 제시하는 것입니다. 이러한 결과는 N 비료 사용 효율을 추정하고 벌크 토양 및 작물에서 FDN에 대한 부분 N 예산을 생성하는 데 사용할 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
안정적인 동위원소 연구는 토양 작물 시스템을 통해 FDN을 추적하고 정량화하는 데 유용한 도구입니다. 그러나 N 추적기 연구와 관련된 세 가지 주요 가정이 위반되면이 방법론을 사용하여 얻은 결론을 무효화 할 수 있습니다. 그(것)들은 1) 트레이서가 시스템 전체에 균일하게 분포되고, 2) 연구 하에 프로세스는 동일한 비율로 발생하고, 3) N은 15N 농축 풀을 떠나는 것은3을</sup…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 미네소타 옥수수 연구 및 진흥 위원회, 휴그 해리슨 펠로우십, 미네소타의 발견, 연구 및 불복 경제 (MnDRIVE) 펠로우십의 지원을 인정합니다.
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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