15Azot Analizi için Mikroplot Tasarımı ve Bitki ve Toprak Numune Hazırlama
Summary
15N izleyici araştırması için bir mikroplot tasarımı, mevsiminde birden fazla bitki ve toprak örnekleme olayını barındıracak şekilde tanımlanmıştır. Öğütme ve tartım protokolleri de dahil olmak üzere toprak ve bitki numune toplama ve işleme prosedürleri 15N analiz için konur.
Abstract
Introduction
Gübre azotu (N) kullanımı tarımda artan küresel nüfusun gıda, lif, yem ve yakıt taleplerini karşılamak için gereklidir, ancak tarım salkı larından kaynaklanan N kayıpları çevresel kaliteyi olumsuz etkileyebilir. N toprak-kırpma sisteminde birçok dönüşümler uğrar çünkü, N bisiklet daha iyi anlaşılması, ürün kullanımı, ve gübre N genel kaderi N kullanım verimliliğini teşvik ve çevresel kayıpları en aza indirmek yönetim uygulamalarını geliştirmek için gereklidir. Geleneksel N gübre çalışmaları öncelikle ürün verimi, uygulanan N oranına göre mahsul N alımı (görünür gübre kullanım verimliliği) ve artık toprak N gibi sezon sonu ölçümleri üzerinde bir tedavinin etkisi üzerinde duruluyor. Bu çalışmalar genel sistem N girdileri, çıktıları ve verimlilikleri ölçerken, gübre kaynaklarından veya topraktan elde edilen toprak mahsul sisteminde N’yi tanımlayamazlar ve ölçemezler. Toprak mahsul sisteminde n (FDN) elde edilen gübrenin akıbetini izlemek ve ölçmek için kararlı izotoplar kullanılarak farklı bir yaklaşım kullanılmalıdır.
Azot un doğada 14 N/ 15N için nispeten sabit bir oranda meydana gelen 14N/15N1 (konsantrasyon0,366 atom % 15N veya 3600 ppm 15N2,3)olmak üzere iki kararlı izotopvardır. 15 15N zenginleştirilmiş gübrenin eklenmesi toprak sisteminin toplam 15N içeriğini artırır. 15N zenginleştirilmiş gübre zenginleştirilmemiş toprak N ile karışımları gibi, 14N /15N oranı ölçülen değişiklik araştırmacılar toprak profilinde FDN izlemek ve ürüniçine 3,4sağlar. Bir kütle dengesi, sistemdeki toplam 15N izleyici miktarı ve 2′2nin her biri ölçülerek hesaplanabilir. 15N zenginleştirilmiş gübreler geleneksel gübrelere göre çok daha pahalı olduğundan, 15N zenginleştirilmiş mikroplotlar genellikle arıtma arazileri içinde gömülür. Bu yöntem ödevinin amacı, mısır için birden fazla mevsim içi toprak ve bitki örnekleme etkinlikleri(Zea mays L.) için mikroçizimler iman eden küçük bir arazi araştırma tasarımını tanımlamak ve toplam 15N analizi için bitki ve toprak örneklerinin hazırlanması için protokoller sunmaktır. Bu sonuçlar daha sonra N gübre kullanım verimliliğini tahmin etmek ve toplu toprak ve mahsul fdn için kısmi Bir N bütçe muhasebe oluşturmak için kullanılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kararlı izotop araştırma toprak-kırpma sistemi üzerinden FDN izleme ve ölçmek için yararlı bir araçtır. Ancak, ihlal edilirse bu metodolojiyi kullanarak çıkarılan sonuçları geçersiz kılabileceği ne kadar önemli üç temel varsayım vardır. Onlar 1) tracer düzgün sistem boyunca dağıtılır, 2) çalışma kapsamında süreçler aynı oranlarda oluşur ve 3) N 15N zenginleştirilmiş havuz bırakarak3dönmez . Bu çalışma toprak-mahsul sistemi boyunca toplam FDN …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Minnesota Mısır Araştırma ve Promosyon Konseyi, Hueg-Harrison Bursu ve Minnesota Discovery, Research and InnoVation Economy (MnDRIVE) Bursu’nun desteğini kabul eder.
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).
