מיקרועלילה עיצוב וצמח הכנה לדגימת קרקע עבור 15ניתוח חנקן
Summary
עיצוב מיקרועלילה למשך 15N מחקר המחקר מתואר כדי להכיל מספר רב של העונה באירועים המפעל הקרקע. הליכי איסוף ועיבוד של הקרקע והצומח, כולל פרוטוקולים לטחינת ושקילה, עבור הניתוח של 15N מושם.
Abstract
מחקרים רבים של דשן חנקן להעריך את ההשפעה הכוללת של טיפול במדידות סוף העונה כגון יבול תבואה או הפסדים N מצטבר. גישה איזוטופ יציבה יש צורך לעקוב ולכמת את הגורל של דשן שנגזר N (FDN) דרך מערכת יבול הקרקע. מטרת הנייר היא לתאר עיצוב קטן מחקר העלילה ניצול לא מוגבל 15N מיקרוגרשים מועשר עבור מספר רב של מערכות הקרקע והצומח אירועים במשך שתי עונות גדל ולספק לדוגמה איסוף, טיפול, ופרוטוקולי עיבוד עבור סך 15N ניתוח. השיטות הוכחו באמצעות מחקר משוכפל מדרום מרכז מינסוטה נטועים תירס (Zea מייז L.). כל טיפול מורכב משש שורות תירס (76 ס מ מרווח שורות) 15.2 m ארוך עם מיקרועלילה (2.4 m על ידי 3.8 m) מוטבע בקצה אחד. דשן שתנן הוחל ב 135 ק ג N ∙ ha-1 בנטיעת, בעוד מיקרועלילה קיבל אוריאה מועשר ל-5 אטום% 15N. הקרקע ודגימות הצמח נלקחו מספר פעמים במהלך העונה גדל, לטפל למזער את הזיהום באמצעות כלים נפרדים והפרדת פיזית דגימות מועשר ומועשר במהלך כל ההליכים. הקרקע ודגימות הצמח היו יבשים, הקרקע לעבור דרך מסך 2 מ”מ, ולאחר מכן הקרקע לעקביות כמו קמח באמצעות טחנת הרים הרולר. לימודי המעקב דורשים תכנון נוסף, המשך עיבוד לדוגמה ועבודה ידנית, וכרוכות בעלויות גבוהות יותר עבור 15N חומרים מועשרים וניתוח לדוגמה מאשר N לימודים מסורתיים. עם זאת, באמצעות הגישה לאיזון המוני, לימודי מעקב עם מספר אירועי דגימה בעונה מאפשרים לחוקר להעריך את התפלגות FDN באמצעות מערכת יבול הקרקע והערכה מוסברים של FDN מהמערכת.
Introduction
דשן חנקן (N) השימוש חיוני בחקלאות כדי לענות על המזון, סיבים, הזנה, ודרישות הדלק של אוכלוסיה גלובלית גוברת, אבל N הפסדים משדות חקלאיים יכול להשפיע לרעה על איכות הסביבה. מכיוון ש-N עובר שינויי צורה רבים במערכת יבול הקרקע, הבנה טובה יותר של הרכיבה על אופניים, ניצול יבול והגורל הכולל של דשן N נחוצים כדי לשפר את נוהלי הניהול המעודדים את N להשתמש ביעילות ולמזער את ההפסדים הסביבתיים. מחקר הדשן N מסורתי מתמקד בעיקר בהשפעה של טיפול במדידות סוף העונה כגון התשואה יבול, יבול N ספיגת ביחס לשיעור N להחיל (לכאורה דשן להשתמש ביעילות), ושיורית אדמה N. בעוד מחקרים אלה מכמת את המערכת הכוללת N תשומות, תפוקות, ויעילות, הם לא יכולים לזהות או לכמת N במערכת יבול הקרקע נגזר ממקורות דשן או הקרקע. גישה שונה באמצעות איזוטופים יציבה יש להשתמש כדי לעקוב ולכמת את הגורל של דשן N (FDN) במערכת יבול הקרקע.
חנקן יש שני איזוטופים יציבה, 14n ו 15N, המתרחשים בטבע ביחס קבוע יחסית של 272:1 עבור 14n/15n1 (ריכוז של 0.366 אטום% 15n או 3600 ppm 15n2,3). תוספת של 15הדשנים n מועשר מגדילה את סך 15n תוכן של מערכת הקרקע. כמו 15n דשן מועשר תערובות עם אדמה בלתי מועשר N, שינוי נמדד של 14n/15n יחס מאפשר לחוקרים לעקוב fdn בפרופיל הקרקע לתוך יבול3,4. ניתן לחשב איזון המוני על-ידי מדידת הסכום הכולל של 15מעקב N במערכת וכל חלקיו2. מכיוון שבחלקות הטיפול מוטבע לעתים קרובות 15דשנים מועשרים באופןמשמעותי מדשנים קונבנציונליים. המטרה של נייר שיטות זה היא לתאר את מגרש קטן עיצוב מחקר ניצול מיקרוגרשים עבור מספר בעונה הקרקע ואירועים לדיגום צמחים תירס (Zea מייז L.) ולהציג פרוטוקולים להכנת דגימות הצמח והקרקע עבור סך 15N ניתוח. תוצאות אלה ניתן להשתמש כדי להעריך את השימוש בדשן N להשתמש ביעילות וליצור חלקית N חשבונאות תקציב עבור FDN בקרקע בצובר והיבול.
Protocol
Representative Results
Discussion
מחקר איזוטופ יציב הוא כלי שימושי עבור מעקב וכימות FDN באמצעות מערכת יבול הקרקע. עם זאת, ישנן שלוש הנחות עיקריות הקשורות למחקרים מעקב N, שאם הפרה עלולה לפסול מסקנות הנמשכות משימוש במתודולוגיה זו. הם 1) המעקב מופץ באופן אחיד בכל המערכת, 2) התהליכים תחת המחקר מתרחשים באותם שיעורי, ו 3) N עוזב את 15<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מכירים בתמיכת מחקר התירס של מינסוטה & המועצה לקידום העסקים, מלגת האריסון-הריסון, ומלגת גילוי, מחקר וחדשנות כלכלת מינסוטה (MnDRIVE).
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 |
References
- Sharp, Z. . Principles of Stable Isotope Geochemistry. , (2017).
- Van Cleemput, O., Zapata, F., Vanlauwe, B. Guidelines on Nitrogen Management in Agricultural Systems. Guidelines on Nitrogen Management in Agricultural Systems. 29 (29), 19 (2008).
- Hauck, R. D., Meisinger, J. J., Mulvaney, R. L. Practical considerations in the use of nitrogen tracers in agricultural and environmental research. Methods of Soil Analysis: Part 2-Microbiological and Biochemical Properties. , 907-950 (1994).
- Bedard-Haughn, A., Van Groenigen, J. W., Van Kessel, C. Tracing 15N through landscapes: Potential uses and precautions. Journal of Hydrology. 272 (1-4), 175-190 (2003).
- Peterson, R. G. . Agricultural Field Experiments: Design and Analysis. , (1994).
- Follett, R. F. Innovative 15N microplot research techniques to study nitrogen use efficiency under different ecosystems. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 32 (7/8), 951-979 (2001).
- Russelle, M. P., Deibert, E. J., Hauck, R. D., Stevanovic, M., Olson, R. A. Effects of water and nitrogen management on yield and 15N-depleted fertilizer use efficiency of irrigated corn. Soil Science Society of America Journal. 45 (3), 553-558 (1981).
- Schindler, F. V., Knighton, R. E. Fate of Fertilizer Nitrogen Applied to Corn as Estimated by the Isotopic and Difference Methods. Soil Science Society of America Journal. 63, 1734 (1999).
- Stevens, W. B., Hoeft, R. G., Mulvaney, R. L. Fate of Nitrogen-15 in a Long-Term Nitrogen Rate Study. Agronomy Journal. 97 (4), 1037 (2005).
- Recous, S., Fresneau, C., Faurie, G., Mary, B. The fate of labelled 15N urea and ammonium nitrate applied to a winter wheat crop. Plant and Soil. 112 (2), 205-214 (1988).
- Abendroth, L. J., Elmore, R. W., Boyer, M. J., Marlay, S. K. . Corn Growth and Development. , (2011).
- Gomez, K. A., Gomez, A. A. . Statistical Procedures for Agricultural Research. , (1984).
- Khan, S. A., Mulvaney, R. L., Brooks, P. D. Diffusion Methods for Automated Nitrogen-15 Analysis using Acidified Disks. Soil Science Society of America Journal. 62 (2), 406 (1998).
- Horneck, D. A., Miller, R. O. Determination of Total Nitrogen in Plant Tissue. Handbook of Reference Methods for Plant Analysis. , 75-84 (1998).
- . Carbon (13C) and Nitrogen (15N) Analysis of Solids by EA-IRMS Available from: https://stableisotopefacility.ucdavis.edu/13cand15n.html (2019)
- Stevens, W. B., Hoeft, R. G., Mulvaney, R. L. Fate of Nitrogen-15 in a Long-Term Nitrogen Rate Study: II. Nitrogen Uptake Efficiency. Agronomy Journal. 97 (4), 1046 (2005).
- . Fertilizing Corn in Minnesota Available from: https://extension.umn.edu/crop-specific-needs/fertilizing-corn-minnesota (2018)
- Blake, G. R., Hartge, K. H. Bulk Density. Methods of Soil Analysis: Part 1 Physical and Mineralogical Methods. , 363-375 (1986).
- Jokela, W. E., Randall, G. W. Fate of Fertilizer Nitrogen as Affected by Time and Rate of Application on Corn. Soil Science Society of America Journal. 61 (6), 1695 (2010).
- Hart, S. C., Stark, J. M., Davidson, E. A., Firestone, M. K. Nitrogen Mineralization, Immobilization, and Nitrification. Methods of Soil Analysis, Part 2. Microbiological and Biochemical Properties. (5), 985-1018 (1994).
- Olson, R. V. Fate of tagged nitrogen fertilizer applied to irrigated corn. Soil Science Society of America Journal. 44 (3), 514-517 (1980).
- Follett, R. F., Porter, L. K., Halvorson, A. D. Border Effects on Nitrogen-15 Fertilized Winter Wheat Microplots Grown in the Great Plains. Agronomy Journal. 83 (3), 608-612 (1991).
- Balabane, M., Balesdent, J. Input of fertilizer-derived labelled n to soil organic matter during a growing season of maize in the field. Soil Biology and Biochemistry. 24 (2), 89-96 (1992).
- Recous, S., Machet, J. M., Mary, B. The partitioning of fertilizer-N between soil and crop: Comparison of ammonium and nitrate applications. Plant and Soil. 144 (1), 101-111 (1992).
- Bigeriego, M., Hauck, R. D., Olson, R. A. Uptake, Translocation and Utilization of 15N-Depleted Fertilizer in Irrigated Corn. Soil Science Society of America Journal. 43 (3), 528 (1979).
- Glendining, M. J., Poulton, P. R., Powlson, D. S., Jenkinson, D. S. Fate of15N-labelled fertilizer applied to spring barley grown on soils of contrasting nutrient status. Plant and Soil. 195 (1), 83-98 (1997).
- Khanif, Y. M., Cleemput, O., Baert, L. Field study of the fate of labelled fertilizer nitrate applied to barley and maize in sandy soils. Fertilizer Research. 5 (3), 289-294 (1984).
