Progettazione di microplot e preparazione di campioni di piante e suolo per 15Analisi dell'azoto
Summary
Un progetto di microplotcrolo per la ricerca di 15N tracciante è descritto per ospitare più eventi di campionamento di piante e terreni in stagione. Per l’analisi di 15N, vengono messe avanti le procedure di raccolta e lavorazione dei campioni di suolo e impianti, compresi i protocolli di macinazione e pesatura.
Abstract
Molti studi sui fertilizzanti azotati valutano l’effetto complessivo di un trattamento sulle misurazioni di fine stagione, come la resa del grano o le perdite cumulative n. Un approccio isotopo stabile è necessario per seguire e quantificare il destino del fertilizzante derivato N (FDN) attraverso il sistema di coltura del suolo. Lo scopo di questo documento è quello di descrivere un progetto di ricerca di piccole trame che utilizza microtravi arricchite non confinate 15N per eventi multipli di campionamento del suolo e dell’impianto in due stagioni di crescita e fornire protocolli di raccolta, movimentazione e lavorazione dei campioni per l’analisi totale di 15N. I metodi sono stati dimostrati utilizzando uno studio replicato dal Minnesota centro-meridionale piantato al mais(zea mays L.). Ogni trattamento consisteva in sei file di mais (76 cm a spaziatura righe) lunghi 15,2 m con un microplot (2,4 m x 3,8 m) incorporato ad un’estremità. L’urea di grado fertilizzante è stata applicata a 135 kg N∙ha-1 durante la semina, mentre la microtrama ha ricevuto urea arricchita a 5 atomi % 15N. Campioni di suolo e piante sono stati prelevati più volte durante la stagione di crescita, facendo attenzione a ridurre al minimo l’uso di strumenti separati e separando fisicamente campioni non arricchiti e arricchiti durante tutte le procedure. I campioni di suolo e piante sono stati essiccati, macinati per passare attraverso uno schermo da 2 mm, e poi macinati ad una consistenza simile alla farina utilizzando un mulino a rulli. Gli studi di tracciamento richiedono una pianificazione aggiuntiva, il tempo di elaborazione del campione e il lavoro manuale e comportano costi più elevati per 15N materiali arricchiti e analisi dei campioni rispetto agli studi N tradizionali. Tuttavia, utilizzando l’approccio del bilancio di massa, gli studi di tracciamento con più eventi di campionamento in-season consentono al ricercatore di stimare la distribuzione FDN attraverso il sistema di coltura del suolo e di stimare FDN non contabilizzato dal sistema.
Introduction
L’uso di azoto fertilizzante (N) è essenziale in agricoltura per soddisfare le esigenze alimentari, fibre, mangimi e di carburante di una popolazione globale in crescita, ma le perdite n dai campi agricoli possono avere un impatto negativo sulla qualità ambientale. Poiché N subisce molte trasformazioni nel sistema di coltura del suolo, una migliore comprensione del ciclo N, dell’utilizzo delle colture e del destino complessivo dei fertilizzanti N sono necessari per migliorare le pratiche di gestione che promuovono l’efficienza dell’uso N e riducono al minimo le perdite ambientali. Gli studi tradizionali sui fertilizzanti N si concentrano principalmente sull’effetto di un trattamento sulle misurazioni di fine stagione come la resa delle colture, l’assorbimento di N rispetto al tasso N applicato (efficienza apparente dell’uso del fertilizzante) e il suolo residuo N. Mentre questi studi quantificano gli ingressi, le uscite e le efficienze del sistema complessivo N, non possono identificare né quantificare N nel sistema di coltura del suolo derivato da fonti di fertilizzanti o dal suolo. Un approccio diverso che utilizza isotopi stabili deve essere utilizzato per tracciare e quantificare il destino dei fertilizzanti derivati da N (FDN) nel sistema di coltura del suolo.
L’azoto ha due isotopi stabili, 14N e 15N, che si verificano in natura ad un rapporto relativamente costante di 272:1 per 14N/15N1 (concentrazione di 0,366 atom % 15N o 3600 ppm 15N2,3). L’aggiunta di 15fertilizzanti arricchiti N aumenta il totale di 15N contenuto del sistema del suolo. Come 15N arricchito miscele di fertilizzante con terreno non arricchito N, il cambiamento misurato di 14N /15N rapporto permette ai ricercatori di tracciare FDN nel profilo del suolo e nel raccolto3,4. Un bilancio di massa può essere calcolato misurando la quantità totale di 15N tracciante nel sistema e ciascuna delle sue parti2. Poiché 15fertilizzanti arricchiti N sono significativamente più costosi dei fertilizzanti convenzionali, 15microtrafele arricchite n sono spesso incorporate all’interno dei lotti di trattamento. Lo scopo di questo documento sui metodi è quello di descrivere un progetto di ricerca di piccole trame che utilizza microplots per più eventi di campionamento del suolo e delle piante in stagione per il mais(ea mays L.) e di presentare protocolli per la preparazione di campioni di piante e suolo per un totale di 15N analisi. Questi risultati possono quindi essere utilizzati per stimare l’efficienza dell’uso di N fertilizzanti e creare un bilancio N parziale che tiene contabilizzato l’FDN nel suolo sfuso e nel raccolto.
Protocol
Representative Results
Discussion
La ricerca sugli isotopi stabili è uno strumento utile per tracciare e quantificare l’FDN attraverso il sistema di coltura del suolo. Tuttavia, ci sono tre ipotesi principali associate a studi traccianti N che, se violati, possono invalidare le conclusioni tratte dall’utilizzo di questa metodologia. Essi sono 1) il tracciante è uniformemente distribuito in tutto il sistema, 2) processi nell’ambito dello studio si verificano alle stesse tariffe, e 3) N lasciando il 15N piscina arricchita non restituisce<sup c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori riconoscono il sostegno del Minnesota Corn Research & Promotion Council, della Hueg-Harrison Fellowship e della Borsa di studio Discovery, Research and InnoVation Economy (MnDRIVE) del 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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