Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

تصميم Microplot وإعداد عينات النباتات والتربة لتحليل النيتروجين 15

Published: May 10, 2020 doi: 10.3791/61191
Automatic Translation
1, 1
1Department of Soil, Water and Climate, University of Minnesota

Summary

ويرد وصف لتصميم microplot لأبحاث التتبع 15N لاستيعاب عدة أحداث في الموسم عينات النباتات والتربة. وتُطرح إجراءات جمع عينات التربة والنبات ومعالجتها، بما في ذلك بروتوكولات الطحن ووزنها، لتحليل 15ن.

Abstract

العديد من دراسات الأسمدة النيتروجينية تقييم الأثر العام للعلاج على قياسات نهاية الموسم مثل الغلة الحبوب أو الخسائر N التراكمي. ومن الضروري اتباع نهج النظائر المستقرة لمتابعة وتحديد مصير الأسمدة المشتقة من N (FDN) من خلال نظام محاصيل التربة. الغرض من هذه الورقة هو وصف تصميم البحث قطعة صغيرة باستخدام غير محصورة 15N microplots المخصب للتربة متعددة والأحداث أخذ العينات النباتية على مدى موسمين من النمو وتوفير جمع العينات ، والمناولة ، ومعالجة البروتوكولات لتحليل مجموع 15N. وقد أظهرت هذه الأساليب باستخدام دراسة مماثلة من جنوب وسط مينيسوتا زرعت إلى الذرة(زيا مايز L.). وتألفت كل معالجة من ستة صفوف من الذرة (76 سم تباعد في الصفوف) طولها 15.2 متر مع ميكروكوبلوت (2.4 متر في 3.8 م) مدمجة في نهاية واحدة. وقد طبقت مادة اليوريا من فئة الأسمدة في 135 كغ من وزنN•ha-1 عند الزراعة، بينما تلقت البورمتر الدقيق اليوريا المخصبة إلى 5 ذرة % 15ن. أخذت عينات التربة والنباتات عدة مرات طوال موسم الزراعة، مع الحرص على تقليل التلوث المتبادل باستخدام أدوات منفصلة وفصل العينات غير المخصبة أو المادية خلال جميع الإجراءات. تم تجفيف عينات التربة والنباتات ، والأرض لتمرير من خلال شاشة 2 ملم ، ومن ثم الأرض إلى الاتساق مثل الدقيق باستخدام طاحونة جرة الأسطوانة. تتطلب دراسات التتبع تخطيطًا إضافيًا ووقت معالجة العينات والعمل اليدوي ، وتحمل تكاليف أعلى لـ 15مادة غنية N وتحليل العينات من الدراسات N التقليدية. ومع ذلك، وباستخدام نهج التوازن الجماعي، تسمح دراسات التتبع التي أجريت بعدة أحداث لأخذ العينات في الموسم للباحث بتقدير توزيع FDN من خلال نظام محصول التربة وتقدير FDN غير المعروف من النظام.

Introduction

استخدام الأسمدة النيتروجين (N) ضروري في الزراعة لتلبية متطلبات الغذاء والألياف والأعلاف والوقود من سكان العالم المتزايد، ولكن الخسائر ن من الحقول الزراعية يمكن أن تؤثر سلبا على نوعية البيئة. لأن ن يخضع العديد من التحولات في نظام التربة المحاصيل، فهم أفضل للدراجات ن، واستخدام المحاصيل، والمصير العام للمخصبات ن ضرورية لتحسين الممارسات الإدارية التي تعزز ن استخدام الكفاءة وتقليل الخسائر البيئية. تركز دراسات الأسمدة التقليدية N في المقام الأول على تأثير العلاج على قياسات نهاية الموسم مثل غلة المحاصيل، ون امتصاص المحاصيل نسبة إلى معدل N المطبق (كفاءة استخدام الأسمدة الظاهرة)، والتربة المتبقية N. وفي حين أن هذه الدراسات تحدد كمياً مدخلات النظام N الإجمالي، ونواتجه، وكفاءاته، فإنها لا تستطيع تحديد N أو قياسها في نظام محاصيل التربة المستمد من مصادر الأسمدة أو التربة. ويجب استخدام نهج مختلف يستخدم النظائر المستقرة لتتبع وتحديد مصير الأسمدة المشتقة من N (FDN) في نظام محاصيل التربة.

النيتروجين لديه اثنين من النظائر مستقرة، 14N و 15N، التي تحدث في الطبيعة بنسبة ثابتة نسبيا من 272:1 ل14N /15N1 (تركيز 0.366 ذرة ٪ 15N أو 3600 جزء في المليون 15N2،3). إضافة 15N المخصب الأسمدة يزيد من إجمالي 15N المحتوى من نظام التربة. كما 15N المخصب الأسمدة يمزج مع التربة غير المخصب N، تغيير قياس 14N /15N نسبة يسمح للباحثين لتتبع FDN في التربة الشخصية وإلى المحاصيل3،4. ويمكن حساب رصيد الكتلة عن طريق قياس المبلغ الإجمالي لل 15ن التتبع في النظام وكل من أجزائه2. لأن 15N المخصب الأسمدة هي أكثر تكلفة بكثير من الأسمدة التقليدية، 15N المخصب microplots غالبا ما تكون جزءا لا يتجزأ من قطع أراضي العلاج. الغرض من هذه الأساليب ورقة هو وصف تصميم البحوث مؤامرة صغيرة باستخدام microplots لعدة في الموسم التربة والأحداث عينات النباتات للذرة(زيا مايز L.) وتقديم بروتوكولات لإعداد عينات النبات والتربة لمجموع 15ن تحليل. ويمكن عندئذ استخدام هذه النتائج لتقدير كفاءة استخدام الأسمدة N وإنشاء حساب جزئي لموازنة N لـ FDN في التربة السائبة والمحاصيل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1- وصف الموقع الميداني

ملاحظة: عند إجراء 15تجربة ميدانية 15 N، يجب أن تقلل المواقع المختارة التباين بسبب التربة والتضاريس والمعالم الفيزيائية5. قد يحدث التلوث عبر بعد حركة التربة الجانبي بسبب المنحدر، والرياح أو نقل المياه، أو الحرث، في حين أن التوزيع الرأسي للتربة N قد تتأثر تدفق المياه تحت سطح الأرض والبلاط الصرف6.

  1. وصف الموقع الميداني التجريبي بما في ذلك الإدارة السابقة (مثل المحاصيل السابقة و الحرث)، وخط العرض وخط الطول، والخواص الفيزيائية والكيميائية للتربة (مثل التحليل النصي للتربة، وظروف الخصوبة الأولية، والزيتون، وكثافة التربة الضخمة).
  2. تسجيل إحداثيات GPS لموقع البحث وزوايا الحقل.
  3. وصف إدارة موسم الزراعة بما في ذلك إدارة الآفات والأمراض (مبيدات الأعشاب، المبيدات الحشرية، أو استخدام مبيد الفطريات)، وإدارة خصوبة التربة (بما في ذلك معدل، مصدر، موضع، وتوقيت التطبيق)، الحرث، والأحداث والري والكميات، وإدارة المخلفات.
  4. كما نمو المحاصيل والميكروبات بوساطة ن تتأثر رطوبة التربة، ودرجة حرارة التربة، ودرجة حرارة الهواء، وتسجيل المعلومات المناخية بما في ذلك درجات الحرارة اليومية العالية والمنخفضة، وهطول الأمطار اليومية، ورطوبة التربة ودرجات الحرارة في العديد من الأعماق التي تعكس أعماق أخذ العينات التربة.

2. تصميم المؤامرة

  1. نبات ستة صفوف الذرة (~ 86،000 النباتات ها-1) على 76 سم التباعد مع بعد مؤامرة النهائي من 15.2 م من قبل 4.6 م.
    1. إنشاء مناطق حدودية على بعد 1.5 متر من كل نهاية للبعد الطولي (0-1.5 م، 13.7-15.2 م) ومنطقة حدودية إضافية طولها 1.5 متر (9.8 -11.3 م) مجاورة لمناطق أخذ العينات والحصاد (الشكل 1).
    2. تعيين الصفين 2 و3 كمنطقة عينات من النباتات والتربة في الموسم (1.5-9.8 م) والصفوف 4 و5 كمنطقة الحصاد (1.5-9.8 م) لمحصول حبوب الذرة.
    3. إنشاء منطقة ميكروبلوت (11.3-13.7 م) مع أبعاد 2.4 م في 3.8 متر تركزت على البعد العرض. جمع جميع 15N المخصب النباتات وعينات التربة من هذه المنطقة، وترك 0.38 م من الحدود غير المamped على أبعاد الطول والعرض للحد من آثار حافة(الشكل 2).
  2. تحديد مؤامرة العلاج وزوايا microplot مع الأعلام الملونة المختلفة.

3. التربة واحتياطات عينة النبات

  1. استخدام المعدات المخصصة ومناطق المعالجة للمواد غير المخصبة وغير المخصب. تلوث المواد غير المخصبة (الأسمدة، التربة، أو النبات) من خلال مواد المخصب والعكس بالعكس يمكن أن تؤثر تأثيراً كبيراً على النتائج.
  2. جمع ومعالجة عينات من التربة والنبات 15ن المخصبة في ترتيب من أدنى إلى أعلى 15ن التخصيب المتوقع لتقليل التلوث المتبادل. تأكد من تنظيف أسطح العمل والقفازات والأواني والآلات بدقة بين كل عينة لتقليل التلوث المتبادل من حمل العينة.
  3. تقليل حركة السير على الأقدام في microplots لمنع تلوث مناطق أخذ العينات غير المُهدَّد بها. ارتداء أغطية الأحذية الواقية عند الوصول microplots وإزالتها عند الخروج من منطقة microplot.

4. 15N المخصب الأسمدة إعداد وتطبيق

  1. اتباع المبادئ التوجيهية التي وضعتها المرجع 2 للمخصبات 15N استخدام الكفاءة (F15NUE) الدراسات، وتمييع 10 ذرة ٪ 15N المخصب اليوريا إلى 5 ذرة ٪ 15N إثراء اليوريا وتذوب في 2 لتر من المياه غير المؤين لضمان الإثراء الموحدة للسماد اليوريا.
    ملاحظة: يعتمد التركيز المطلوب من الأسمدة المخصبة 15ن على أهداف الدراسة الزراعية. إذا كان تركيز المخزون 15N المخصب الأسمدة يتجاوز متطلبات الباحث، قد تضعف تركيز الأسمدة المخزون مع الأسمدة التقليدية مماثلة باستخدام الصيغة التالية3.
    X2 = [(C1/C2) - 1] × X1
    X2 هي كتلة السماد غير المخصب التقليدي، X1 هو كتلة الأسمدة المتتبعة، C1 هو تركيز النظير [التعبير عن الذرة % الزائدة (التخصيب المقاس % ناقص تركيز الخلفية الطبيعية المفترض أن يكون 0.3663 ذرة٪) من الأسمدة المتتبعة الأصلية، و C2 هو تركيز النظير للخليط النهائي. وكمثال على ذلك، فإنه إذا أعطي 100 غرام من 10 ذرة من 10 % من اليوريا المخصبة، فإن 92.7 غرام من الأسمدة التقليدية غير المخصبة ستكون مطلوبة لتركيز نظائري نهائي من 5 ذرة؛
    X2 = {[(10-0.3663)/5] - 1} × 100.
  2. تحليل الحل لتركيز 15N للتحقق من التخصيب. استخدم المؤلفون الخدمات التحليلية التي تقدمها جامعة كاليفورنيا في ديفيس مرفق النظائر المستقرة.
    ملاحظة: قد تتأثر ردود فعل نظام التربة - النبات - الميكروبات على إضافات الأسمدة بالشكل المادي للأسمدة. اعتمادا على أهداف الدراسة، يمكن تطبيق محلول اليوريا كسائل أو المجففة لإصلاح بلورات. قد تكون بلورات ضغط في كعكة باستخدام الصحافة كارفر في 10،000 psi، تليها سحق الكعكة وفحص الجسيمات إلى الحجم المطلوب3.
  3. تطبيق بالتساوي على 15N المخصب المحاليل اليوريا على microplots باستخدام معايرة على ظهره CO2 بخاخ(الشكل 3أ). وإذا استخدمت معدلات N أو مستويات إثراء متعددة، ففكر في استخدام رشاشات معينة من ثاني أكسيد الكربون2 لكل مستوى من مستويات التخصيب أو استخدم بخاخاً واحداً وتطبيق حلول من أدنى الإثراء إلى أعلى مستوى للتقليل من التلوث المتبادل للمعالجة.
  4. دمج الأسمدة المحتوية على اليوريا مع الحرث الخفيف، أشعل النار اليد، أو على الأقل 0.6 سم من الري في غضون 24 ساعة من التطبيق للتقليل من احتمال فقدان التطاير.
  5. لا يتم تطبيق أي سماد يوريا 15N المخصب إضافية على microplot خلال موسم النمو الثاني. تطبيق اليوريا غير enenriched التقليدية للعلاج بأكمله لتجنب استجابة تفاضلية في نمو الذرة بسبب النيتروجين.

5. معالجة العينة الميدانية: الكتلة الحيوية للذرة فوق الأرض

  1. في كل مرحلة من مراحل أخذ العينات، جمع عينة مركب مصنع الذرة فوق الأرض من داخل منطقة أخذ العينات(15ن غير enenriched) ، وستة فوق الأرض عينة مصنع الذرة المركبة من 15N المخصب microplot. يجب أن يفصل مصنعان على الأقل كل مصنع تم أخذ عينات منه لتجنب تغيير ديناميكيات نمو النبات بشكل كبير. جمع المؤلفون عينات نباتية في مراحل التطور الفسيولوجي للذرة V8 و R111 وعند النضج الفسيولوجي(الشكل 2).
  2. اتباع المبادئ الموصوفة في الخطوتين 3.1 و3.2، ختم V8 و R1 فوق الأرض (≤ 5 سم في ≤ 5 سم)؛ ساحة النفايات التقطيع هو خيار مرض. ضع الكتلة الحيوية المفرومة في نسيج أو أكياس ورقية تحمل علامات وجفف في فرن الهواء القسري عند 60 درجة مئوية حتى كتلة ثابتة. سجل وزن الكتلة الحيوية الجافة (الشكل 3B).
  3. تقسيم نباتات الذرة الناضجة من الناحية الفسيولوجية إلى stover (جميع الأنسجة النباتية بما في ذلك الأوراق، قشور، وسيقان)، والحبوب، وكسور الكز. ختم وتجفيف في فرن الهواء القسري في 60 درجة مئوية حتى كتلة ثابتة. سجل وزن الكتلة الحيوية الجافة.
  4. داخل microplot، وقطع جميع سيقان الذرة في سطح التربة، وربطة عنق في حزمة، التسمية وفقا لمؤامرة، وإزالة من الحقل (الشكل 3C). ضبط الأعلام الزاوية microplot لتكون دافق تقريبا مع سطح التربة لتقليل خطر إزالة من قبل الجمع أثناء الحصاد أو الحرث بعد الحصاد.
  5. حصاد الحبوب من منطقة الحصاد وتقرير العائد في 15.5٪ محتوى الرطوبة12. حصاد المناطق البحثية المتبقية مع مؤامرة الجمع.
  6. أشعل النار غير مُنَقَدّة الكتلة الحيوية من خارج منطقة الـ"ميكروبلوت". ختم وإعادة تطبيق microplot فوق الأرض الكتلة الحيوية إلى مؤامرة الصحيح (الشكل 3D).
  7. دمج المخلفات في سطح التربة مع الحرث مع الحرص على تقليل نقل التربة وبقايا الذرة إلى منطقة ميكروبلوت أو خارجها. استبدال أي أعلام الزاوية microplot إزالتها بسبب الحرث.
  8. نبات الذرة في السنة الثانية على نفس الصفوف كما الذرة في السنة الأولى.
  9. جمع في السنة الثانية فوق الأرض الذرة الكتلة الحيوية فقط في النضج الفسيولوجي وعملية مثل عينات الذرة في السنة الأولى كما هو موضح في الخطوة 5.3. جمع عينات microplot من وسط منطقة microplot (1.52 م في 0.76 م) لتجنب أي تخفيف إشارة محتملة بعد الحرث (الشكل 2). حصاد الحبوب من منطقة الحصاد وتقرير العائد في 15.5٪ محتوى الرطوبة.
  10. اتباع مبادئ الخطوات 3.1 و 3.2، خلط شامل وطحن 100 إلى 200 غرام من المواد النباتية المجففة لتمرير من خلال منخل 2 مم. امزج المادة الأرضية جيداً وخزن نموذج فرعي في ظرف عملة مسمّى لمزيد من المعالجة.
    ملاحظة: مطحنة توماس وايلي هو خيار مرض لطحن الأنسجة النباتية في حين أن مختبر بيرتن مطحنة 3610 هو خيار مرض لطحن الحبوب.
    تنبيه: يجب على الأشخاص طحن عينات النباتات ارتداء حماية الأذن والحماية من استنشاق الغبار من خلال ارتداء المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية المعتمد N95 الجسيمات تصفية Facepiece الجهاز التنفسي.

6- معالجة العينات الميدانية: التربة

  1. جمع عينات التربة في السنة الأولى بعد 8 أيام من 15N المخصب الأسمدة التطبيق، V8، R1، وما بعد الحصاد قبل الحرث. جمع عينات من التربة في السنة الثانية في مرحلة ما قبل النبات وما بعد الحصاد. بسبب القيود اللوجستية أخذ العينات ، وجمع المؤلفين في الموسم عينات التربة في 0 - إلى 15 - ، 15 - إلى 30 ، و 30 - إلى 60 سم ، عينات التربة بعد الحصاد في 0-إلى 15-، 15-إلى 30-، 30-إلى 60-، و 60-90 سم، وعينات التربة في السنة الثانية قبل النبات في 0-إلى 30-، 30-إلى 60-، 60-إلى 120-سم الأعماق.
    ملاحظة: إذا كان مسبار التربة غير قادر على جمع لب التربة إلى أعمق عمق مطلوب واحد، جمع أعمق عمق الآبار من الآبار نفس الأعماق العليا التخلص من أعلى 1 سم من التربة لتجنب التلوث من التربة التي تقع من أعماق العليا.
    1. جمع عينة تربة مركبة رباعية النوى (قطرها 1.8 سم) من منطقة أخذ العينات غير المُغَرَبة في V8 وR1 باستخدام مسبار يدوي. جمع نواة واحدة في صف الذرة وثلاثة نوى بين صفوف الذرة.
    2. جمع عينة تربة مركبة من اثنين من النوى (قطرها 5 سم) من منطقة أخذ العينات غير المُرَكَّبة في مرحلة ما قبل النبات وما بعد الحصاد باستخدام مسبار هيدروليكي.
    3. جمع عينة 15-core (1.8 سم قطر) عينة التربة المركبة من منطقة microplot 8 أيام بعد 15N المخصب الأسمدة التطبيق، V8، وR1 باستخدام مسبار اليد. جمع ثلاثة إلى أربعة نوى في صف الذرة و 11 إلى 12 نواة بين صفوف الذرة.
      ملاحظة: التربة غير متجانسة للغاية. أكبر عدد من النوى التي تم جمعها من داخل microplot المخصب يوفر تقديرا أفضل لإثراء 15N الحقيقي للتربة N13.
    4. جمع عينة تربة مركبة ثلاثية النواة (قطرها 5 سم) من منطقة ميكروبلوت في مرحلة ما قبل النبات وما بعد الحصاد باستخدام مسبار هيدروليكي.
    5. التجانس كل عينة التربة المركبة في دلو ووضعها في كيس ورق المسمى مسبقا.
  2. عينات التربة الجافة في 35 درجة مئوية في فرن الهواء القسري حتى كتلة ثابتة. طحن كل عينة لتمرير من خلال غربال 2 مم. طاحونة التربة الميكانيكية مرضية إذا كان يمكن تنظيفها بدقة بين كل عينة.
    ملاحظة: قد تكون عينات التربة مجففة بالهواء عن طريق نشر العينات على الصواني في طبقة رقيقة. يجب أن تكون الصواني في منطقة خالية من التلوث من مصادر N الخارجية. وينبغي فصل العينات غير المخصبة وغير المخصب مادياً لمنع التلوث المتبادل.
    تنبيه: يجب على الأشخاص طحن عينات التربة ارتداء حماية الأذن والحماية من استنشاق الغبار من خلال ارتداء المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية المعتمد N95 جسيمات تصفية Facepiece الجهاز التنفسي.

7. معالجة عينة مختبر: طحن التربة وعينات النباتات

  1. عينات النباتات الأرضية الجافة (2 مم) بين عشية وضحاها في فرن عند 60 درجة مئوية.
  2. اتباع المبادئ المذكورة في الخطوة 3، طحن عينات النباتات المجففة أو مواد التربة إلى غرامة، مثل الدقيق الاتساق. مطحنة جرة الأسطوانة هو خيار مرض.
    ملاحظة: مطحنة الجرة المؤلفين هو نظام حزام ناقل مخصص الصنع يمكنه معالجة 54 جرة أسطوانية في كل مرة.
    1. ملء كل جرة الأسطوانة (250 مل بوروسيليكات جرة زجاجية مع غطاء المسمار الأعلى) مع 10 إلى 20 غرام من عينة مصنع الأرض أو التربة وسبعة قضبان الفولاذ المقاوم للصدأ (8.5 سم طويلة، 0.7 سم القطر).
    2. رول الجرار الدوارة في 0.4 × ز لمدة 6-24 ساعة أو حتى العينات لديها غرامة، مثل الدقيق الاتساق.
    3. نقل المواد الأرض ناعما إلى نظيفة، وصفت 20 مل قارورة التلألؤ.
    4. بين كل عينة، وغسل الجرار الدوارة، وقضبان الفولاذ المقاوم للصدأ، والأغطية مع الصابون والماء لإزالة أي بقايا.
      1. تزج الجرار الدوارة والأغطية في 5٪ حمام حمض HCl (أعدت من 36-38٪ المخزون المركزة) بين عشية وضحاها14.
        تنبيه: حمض الهيدروكلوريك هو تآكل. يمكن أن يسبب حروقاً شديدة في الجلد، وتلفاً للعين، وضاراً إذا استنشق. ارتدي الملابس الواقية والقفازات وحماية العين والوجه. تدفق الأنسجة اتصلت جيدا مع الماء. دائما استخدام حاوية ثانوية عند نقل الأحماض. دائماً إضافة حمض إلى الماء كما هو رد فعل هذا exothermic. تحييد فورا انسكابات حمض مع صودا الخبز.
        ملاحظة: يمكن إعداد حمام حمض كبير كـ 100 لتر من 5٪ HCl في حاوية بلاستيكية 208 L. إعداد عدة وحدات أصغر في غطاء الدخان ومن ثم نقل الحلول إلى حاوية بلاستيكية. استبدل الحل كل ثلاثة أشهر.
      2. الثلاثي شطف الجرار الدوارة والأغطية مع المياه الأيونية والهواء الجاف.
      3. غمر قضبان الفولاذ المقاوم للصدأ في حمام 0.05 M NaOH (أعدت عن طريق حل 2 غرام من NaOH في 1 لتر من المياه غير المؤينة) بين عشية وضحاها14. إعداد جديد 0.05 M NaOH حمام كل يوم.
        تنبيه: يمكن أن يسبب هيدروكسيد الصوديوم حروقًا شديدة في الجلد وتلفًا للعين. ارتدي ملابس واقية وحماية للعين. إزالة الملابس الملوثة على الفور وشطف الجلد أو العينين بالماء لعدة دقائق.
      4. شطف قضبان تحت تشغيل مياه الصنبور الساخنة لمدة 5 دقائق. Decant وثلاثية شطف قضبان مع المياه ديوند. السماح للقضبان للهواء الجاف على صينية ورقية مبطنة بمنشفة.

8. وزن عينات النباتات والتربة الأرضية لتحليل N و 15N

  1. تحليل عينات قليلة من النباتات والتربة التمثيلية للمحتوى N الكلي (مثل تحليل الاحتراق15). حساب كتلة العينة التي توفر محتوى N كافية لتحليل 15N وفقا لمواصفات محلل.
    ملاحظة: استخدم المؤلفون الخدمات التحليلية التي تقدمها منشأة النظائر المستقرة في جامعة كاليفورنيا في ديفيس. تم تحسين أوزان العينات المخصبة لـ 20 ميكروغرام من N بحد أقصى 100 ميكروغرام من N.
  2. تنظيم عينات من أدنى إلى أعلى المتوقع التخصيب 15N. تكرار كل عينة الثامنة إلى الثانية عشرة في كل تشغيل للتحقق من دقة العينة. تضمين عينة فحص واحدة على الأقل لكل تشغيل16.
  3. تسمية لوحة نظيفة 96 جيدا وغطاء مزودة بخواتم تبخر جيدا الفردية. قطع بطاقة مؤشر نظيفة لتناسب فقط داخل الغطاء لمنع حركة العينة بين الآبار أثناء النقل.
  4. ارتداء قفازات النتريل، وتنظيف microscale، أسطح العمل، ملعقة، ملقط مع مناديل المختبر والإيثانول. مكان الأواني تنظيفها على Kimwipe على مقاعد البدلاء المختبر.
    ملاحظة: ينبغي معالجة العينات غير المخصبة وغير المخصب باستخدام موازين و أدوات منفصلة لمنع التلوث المتداخل.
  5. استخدام ملقط لوضع قبل تشكيلها 5 مم × 9 مم كبسولة القصدير على سطح عمل نظيف، مثل كتلة الفولاذ المقاوم للصدأ مع 5 مم × 8 مم جيدا. اضغط بلطف على الكبسولة في البئر لإصلاح الشكل الأسطواني وتسطيح الجزء السفلي من الكبسولة إذا لزم الأمر.
    ملاحظة: لأن عينات الكتل ستكون صغيرة جداً، فإن خطر تلوث العينة مرتفع. لا تلمس الكبسولات أبداً بالقفازات. تجاهل الكبسولة إذا كان يلامس أي سطح آخر غير ملقط، سطح العمل نظيفة، حجم وزن عموم، أو 96-جيدا لوحة.
  6. استخدام ملقط لتشعل بلطف من أعلى 1 مم من الكبسولة لتسهيل التلاعب. لتجنب تلف المقياس عند القطر وزن الكبسولة، قم بحركة الماوس وحرر الكبسولة من 1 إلى 2 مم فوق مقلاة الوزن الدقيقة. اِلَأَر الكبسولة. استخدام ملقط للعودة كبسولة إلى سطح العمل نظيفة.
  7. استخدم ملعقة لإضافة الكتلة المطلوبة من مادة العينة الأرضية الدقيقة إلى الكبسولة. تجنب تسرب مواد العينة على السطح الخارجي للكبسولة أو أسطح العمل.
  8. باستخدام ملقط، تجعيد ببطء الثلث العلوي من الكبسولة وأضعاف أكثر من لختم. باستخدام ملقط، والاستمرار في طي وضغط الكبسولة في شكل كروي مع الحرص على عدم ثقب أو المسيل للدموع القصدير.
    ملاحظة: قد تتطلب العينات ذات المحتوى N المنخفضة وحدات تخزين العينة التي تتجاوز سعة الكبسولة 5x9 مم. ويمكن استخدام كبسولات أكبر (مثل 9 مم × 10 مم) في هذه الحالات.
  9. استخدام ملقط لإسقاط كبسولة ملفوفة عدة مرات من ارتفاع 1 سم على سطح نظيف, الظلام أو مرآة للتحقق من تسرب. إذا لم يظهر أي غبار، وزن العينة باستخدام نفس الأسلوب كما هو موضح في الخطوة 8.6. سجل وزن العينة. ضع الكبسولة في لوحة 96-well وسجل موضع البئر.
    1. إذا ظهر الغبار على السطح الداكن، قم بتسجيل وزن العينة. التفاف العينة في كبسولة القصدير الثانية، وإعادة فحص للتسريبات، ووضعها في لوحة نظيفة 96 جيدا.
      ملاحظة: إذا كانت الكبسولة الملفوفة كبيرة جداً بحيث لا يمكن احتوائه في لوحة 96-جيداً، استخدم لوحة 24 أو 48-جيداً.
  10. بين العينات، وتنظيف كل من الأواني والأسطح مع الإيثانول والمناديل المختبرية دفع اهتمام خاص لملعقة وحافات ملقط.
  11. تأمين الغطاء إلى لوحة 96-جيدا باستخدام الشريط وتخزينها في مجفف.

9- الحسابات

  1. حساب كتلة N(kg∙ha-1)الموجودة في عينات النبات أو التربة باستخدام المعادلات التالية.

  2. حساب الأسمدة N كسر (Nf)، الأسمدة المشتقة N (FDN)، والتربة المشتقة N (SDN) لعينات النباتات والتربة17.

    حيث A هو الذرة ٪ 15N التخصيب.

  4. حساب الأسمدة 15N استخدام كفاءة17.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تأتي النتائج الواردة في هذه الورقة من موقع ميداني أنشئ في عام 2015 في مركز التوعية والبحوث الجنوبي التابع لجامعة مينيسوتا بالقرب من وانكا بولاية مينيسوتا. تمت إدارة الموقع كدورة الذرة وفول الصويا[جلين ماكس (L.) Merr) قبل عام 2015 ولكن تمت إدارتها كدورة ذرة ذرة خلال موسمي النمو 2015 و 2016. كانت التربة طين نيكوليت طين (غرامة لود، مختلطة، فائقة النشاط، mesic Aquic Hapludolls) وبستر الطين لوم (غرامة لوم، مختلطة، فائقة النشاط، mesic Typic Endoaquolls) معقدة. تم إدارة خصوبة التربة وفقا للمبادئ التوجيهية للجامعة باستثناء N18. وقد تم ترتيب عدة علاجات الأسمدة ن في تصميم كتلة كاملة عشوائية مع أربعة تكرارات ولكن فقط 135 كجم N •ha-1 معدل تطبيق اليوريا في زراعة يتم عرضها في هذه الورقة. تم قياس كثافة التربة السائبة في مركز طبقات عمق 0-إلى 15-، 15-إلى 30-، 30-60-، 60-90-، و 60-إلى 120 سم طبقات عمق من عينتين عميقتين 5 سم لكل تكرار باستخدام طريقة الأساسية سليمة19. تم متوسط كثافة كبيرة داخل عمق عبر النسخ المتماثلة ويفترض أن تكون ثابتة عبر الحقل. تم جمع عينات من إعداد المؤامرة وعينات النباتات والتربة ومعالجتها على النحو المبين في قسم البروتوكول.

مجموع (FDN + SDN) الكتلة الحيوية فوق الأرض N زيادة مع كل حدث أخذ العينات المتعاقبة خلال موسم النمو الأول(الشكل 4). وكان تركيز الأسمدة المشتقة من N أكبر في وقت سابق في موسم الزراعة، حيث بلغ 44 ± 4 في المائة (متوسط الخطأ القياسي) من مجموع الكتلة الحيوية فوق الأرض N عند V8، وانخفض مع كل فترة أخذ العينات المتعاقبة(الشكل 4ألف). ومع ذلك، كانت شبكة SDN على الدوام أكبر جزء من الكتلة الحيوية فوق الأرض N مما يوضح أهمية إمدادات التربة N لنمو الذرة الأمثل. عند النضج الفسيولوجي في السنة الأولى، كان 27 ± 1٪ من الكتلة الحيوية فوق الأرض N من FDN بنسب مماثلة في كسور الحبوب، وsover، وcob (الشكل 4B). وعند النضج الفسيولوجي في السنة الثانية، تم استرداد 2 ± 0.1 في المائة فقط من قوات الدفاع الذاتي في السنة الأولى في الكتلة الحيوية فوق الأرض، حيث تمتصدير 1.6 ± 0.2 كيلوغرام من 1 من طراز FDN في السنة الأولى في الحبوب(الشكل 4ألف).

وميزانية نظام FDN التي محصولها التربة مفيدة في قياس ركوب الدراجات في نظام الدراجات في المنطقة مع مرور الوقت. ضمن 8 د من استخدام الأسمدة، كانت غالبية قوات الدفاع الوطني في أعلى 15 سم من ملامح التربة، كما هو متوقع (الشكل 5). ومع ذلك، فإن 22.2 ± 4.4 كجم من اله1 قد انتقل بالفعل إلى أعماق أعمق بينما كان 4 ± 10٪ من الـ FDN في عداد المفقودين. ومن المرجح أن تكون المنظومات غير المُقدَّرة في عداد المفقودين مدفوعة في المقام الأول بآليات فقدان ن بما في ذلك الرشح، والتجريد من النترات، والتطاير، التي إما أن تنقل الـ FDN تحت أعماق عينات التربة أو تزيل الـ FDN من النظام بالكامل. وفي V8 وR1، زادت نسبة الـ FDN غير المفقودة إلى 60.4 ± 4.7 كجم هه-1 في المتوسط، بينما كانت التربة N (0-15 سم) 31.6 ± 6.8 كجم ه ه-1 في المتوسط. وأدى النمو السريع للذرة وارتفاع الطلب على N من V8 إلى R1 إلى زيادة قدرها 19.0 ± 4.4 كجم من طراز FDNha-1 في الكتلة الحيوية النباتية فوق الأرض التي تعكس 17.7 ± 5.2 كجم FDNha-1 من أعماق التربة 15-60 سم. درجة حرارة التربة وظروف الرطوبة بين هذه مراحل التنمية الذرة تميل إلى تفضيل النمو الميكروبي مما أدى إلى دوران سريع من المخلفات العضوية وإعادة استخدام N المعدنية. وتشير هذه النتائج إلى أن جذور الذرة الملغومة FDN غير العضوية من أعماق 15-60 سم في حين أن FDN في عمق 0-15 سم تم تدويرها في المقام الأول بين المواد العضوية في التربة والكسور الميكروبية. تحليل نظائري إضافي للتربة غير العضوية وبرك العضوية N ضروري للتحقق من صحة هذه الفرضية وتقديم مزيد من التفاصيل والبصيرة في ديناميات ركوب الدراجات FDN10. وبحلول السنة الأولى من الحصاد، كان 59 ± 2 في المائة من القوات المسلحة الوطنيّة الأصليّة في عداد المفقودين، بينما كان 18.1 ± 3.9 كغم من الـ FDNha-1 في أعلى 30 سم من التربة(الشكل 5)و22.1 ± 2.3 كجم من طراز FDNHa-1 تم تصديره في الحبوب(الشكل 4باء). كان استخدام الأسمدة 15N كفاءة 24 ٪(المعادلة 7)، وهو في نهاية منخفضة من التدابير15 151N (25-45 ٪) ذكرت من قبل دراسات أخرى20. وعلى الرغم من أن المعدات قد تم تنظيفها بدقة بين كل عينة، فإن تدابير F15NUE الدنيا للدراسة يمكن أن تكون قطعة أثرية من تخفيف العينات المخصب عن طريق معالجة العينات المخصبة بالترتيب من أدنى إلى أعلى التخصيب المتوقع. تضاعفت كمية قوات الدفاع الذاتي في أعلى 30 سم (36.0 ± 5.2 كجم FDN ha-1) من سنة ما بعد الحصاد 1 إلى السنة 2 قبل النباتات بسبب انهيار جزئي للمخلفات منذ السقوط السابق ولكن بحلول سنة ما بعد الحصاد 2 فقط 17.3 ± 3.3 كجم FDNha-1 كان لا يزال موجودًا داخل نظام التربة والذرة(الشكل 5). وتشير هذه الدراسة إلى أنه بحلول نهاية السنتين الأولى والثانية، لم يتم حصر سوى 41 و29% على التوالي من طراز FDN في السنة الأولى ضمن نظام الذرة والتربة (بما في ذلك الـDDN المصدرة في الحبوب) في حين أن الباقي إما فُقد في البيئة أو تم رشحه تحت عمق أخذ العينات من التربة البالغ 90 سم.

ويمكن الحصول على نتائج زائفة عندما تكون العينات ملوثةfعبر الحسابات التي تؤثر على N وFDN و SDN. على سبيل المثال، لنفترض أن عينة من النباتات المخصبة 15N مع إثراء فعلي لـ 3.000 ذرة % 15N ملوثة بمواد غير enenriched تضعف تركيز 15N إلى 2.500 ذرة % 15N. وعلاوة على ذلك، افترض Total Nالنبات هو 100 كجم ن ها-1،والذرة ٪ 15N إثراء الأسمدة كان 5.000، والذرة ٪ 15N إثراء العينة النباتية غير enriched كان 0.366. 15N المخصب عينة النبات Nو سيتم تخفيض من 0.568 (الفعلية) إلى 0.461 (عينة ملوثة) التقليل من قيمة FDN الحقيقية بنسبة 10.7 كجم ن هه 1. وقد تحدث المبالغة في تقدير عدد الـ FDN عندما تكون العينات ذات التخصيب المنخفض 15N ملوثة بـ 15ن.. وهكذا، ينبغي توخي الحذر الشديد في جميع خطوات جمع العينات ومعالجتها للتقليل إلى أدنى حد من تلوث العينات، ولكن على الأخص عندما يتم تخفيض عينات الكتل (مثل إجراءات الطحن وزن).

Figure 1
الشكل 1: تصميم مؤامرة لمؤامرة العلاج وmicroplot. ويوضح الشكل أبعاد المناطق الحدودية وأماكنها النسبية، ومنطقة أخذ العينات غير المُهَدَدة، ومنطقة الحصاد، ومنطقة الـ "ميكروبلوت" داخل قطعة الأرض المعالجة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: مخطط عينات النباتات والتربة ميكروبلوت. ويوضح هذا الشكل وضعيات أخذ عينات النباتات والتربة النسبية في كل مرحلة من مراحل أخذ العينات التي تتجنب تغيير أنماط امتصاص الذرة N لمحطات الذرة التي تم أخذ عينات منها لاحقًا. حدث أخذ العينات 8 أيام بعد 15N المخصب الأسمدة تطبيق، في V8 و R1 الذرة مراحل التنمية الفسيولوجية، في النضج الفسيولوجي في السنة من 15N المخصب الأسمدة تطبيق (PMY1) والسنة التالية (PMY2)، وقبل زرع السنة الثانية (PPY2). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: التصوير الزمني لإدارة microplot. (A) حل 15N اليوريا المخصب في 2 لتر من المياه ديونيد والرش على microplot في زرع. (ب) جمع وتفرم عينة مركب مصنع الذرة فوق ستة أعلاه من داخل منطقة أخذ العينات(15N unenriched) ، وستة فوق الأرض عينة مصنع الذرة المركبة من 15N المخصب microplot في وقت أخذ العينات المحددة مسبقا. (C) بعد جمع العينات عند النضج الفسيولوجي، وإزالة جميع الكتلة الحيوية المتبقية فوق الأرض من داخل microplot. (D) بعد الحصاد، أشعل النار غير مُنَح فوق الأرض من الكتلة الحيوية للذرة من منطقة ميكروكوبت. رقاقة وإعادة تطبيق الذرة microplot فوق الأرض الكتلة الحيوية إلى منطقة microplot. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: مثال الكتلة الحيوية فوق الأرض N المقسمة إلى سماد مشتق N (FDN) والتربة المشتقة N (SDN) الكسور. تم فصل الكتلة الحيوية فوق الأرض N إلى مصادرها الفردية من FDN (اللون الصلب) و SDN (تجزئة اللون) في (A) و (B). تمثل أشرطة الخطأ الخطأ القياسي في الوسط. (A) تم قياس الكتلة الحيوية فوق الأرض N في V8 و R1 الذرة مراحل التنمية الفسيولوجية وعند النضج الفسيولوجي في السنة من 15N الأسمدة تطبيق (PMY1) والسنة التالية 15N تطبيق الأسمدة (PMY2). تمثل القيمة أعلى كل عمود النسبة المئوية من إجمالي N الذي كان FDN. (ب)الكتلة الحيوية فوق الأرض N تقاس في PMY1 و PMY2 مبين في أجزائه الفردية من كوب (السنة 1 فقط)، انتقال (ساق وأوراق؛ ويشمل كوب لPMY2)، والحبوب لPMDN وSDN. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: مثال على ميزانية سماد الذرة والتربة المستمدة من N (FDN). والكتلة من FDN تعافى في فوق الأرض (Abvgd) الذرة والكتلة الحيوية في مختلف أعماق أخذ العينات في التربة وأبلغ عن ستة أحداث أخذ العينات على مدى موسمين. حدث أخذ العينات 8 أيام بعد 15N المخصب الأسمدة تطبيق (السلطة الفلسطينية), في V8 و R1 الذرة مراحل التنمية الفسيولوجية, في النضج الفسيولوجي في السنة من 15N المخصب الأسمدة تطبيق (PMY1) وفي العام التالي (PMY2), وقبل زرع السنة الثانية (PPY2). والفرق بين معدل الأسمدة المطبقة (135 كيلوغراماً من الهات1)وكتلة الـ FDN التي تم استردادها في أجزاء التربة - الذرة هو الجزء غير المعروف بالنسبة لكسور الـ FDN. وكانت الكتلة الإجمالية لـ FDN لـ PPY2 وPMY2 113 كجم من طراز FDNha-1 لأن 22 كجم من طراز FDNha-1 تم تصديرها من نظام الذرة والتربة كحبوب في السنة الأولى. تمثل أشرطة الخطأ الخطأ القياسي في الوسط. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

10 - إن بحوث النظائر المستقرة أداة مفيدة لتتبع وقياس المدى الكمي لـ "المنظومات التي تعمل على استخدام نظم الأراضي" (FDN) من خلال نظام المحاصيل الزراعية. ومع ذلك، هناك ثلاثة افتراضات رئيسية مرتبطة بدراسات التتبع N التي إذا انتهكت قد تبطل الاستنتاجات المستخلصة من استخدام هذه المنهجية. هم 1) يتم توزيع التتبع بشكل موحد في جميع أنحاء النظام، 2) العمليات في إطار الدراسة تحدث في نفس المعدلات، و 3) N ترك 15N تجمع المخصب لا يعود3. ونظراً لاهتمام هذه الدراسة بتوزيع مجموع المنظومات ذات الأراضي المنخفضة المدى في جميع أنحاء نظام المحاصيل، فإن الافتراضين 2 و3 هما من الشواغل الدنيا21.

ارتفاع تكلفة 15N المواد المخصب عموما يحد من حجم 15دراسات التتبع N. ولذلك، قبل البدء في دراسة التتبع ن، يجب على الباحث بعناية خطة أهداف المشروع البحثية النظر في: عدد الأحداث أخذ العينات، وطول الدراسة (أيام إلى سنوات)، ومعدل استخدام الأسمدة ن، وتركيز التخصيب 15N اللازمة لقياس الاختلافات من وفرة الطبيعية (0.366 ذرة٪ ٪ بعد 15N المخصب الأسمدة التخفيف بواسطة التربة السائبة2. 15 - ويشيع استخدام مستويات التخصيب 15ن ومعدلات التطبيق في مختلف أنواع البحوث الزراعية في المرجع 2. بعد تحديد أهداف الدراسة، يجب أن تكون microplot كبيرة بما يكفي لاستيعاب عينات التربة والنباتات وتجنب الآثار حافة. يستخدم تصميم المؤامرة الموصوف في هذا البروتوكول قطعة أرض غير محصورة تتطلب استخدام المناطق الحدودية غير الخاضعة للعينات6. يتم تخفيف تركيز 15N في المناطق الحدودية من خلال التدفق الجماعي عبر حدود microplot وامتصاص N من خارج microplot بواسطة جذور الذرة الجانبي تنمو في الصفوف 1 و 6. ولا تتطلب قطع الأراضي المحصورة، حيث تُدفع الحواجز المادية إلى داخل التربة، مناطق حدودية ولكنها تتطلب عملاً إضافياً أثناء إنشاء ميكروبوت وقد تحد من العمليات الميدانية الروتينية6. وتقدم المراجع 3 و6 و22-25 إرشادات إضافية بشأن اختيار أحجام الأراضي المجهرية، وعرض الحدود، وعندما تكون الأراضي المحصورة أو غير المحصورة هي الأنسب.

تم تصميم مخطط أخذ عينات النبات والتربة لهذه الدراسة للسماح بأحداث أخذ العينات متعددة على مدى موسمين متتاليين من النمو. يتم أخذ عينات النباتات والتربة في بداية الموسم بالقرب من الحواف الخارجية للميكروفلوت. كل حدث أخذ العينات المتعاقبة يتحرك أقرب إلى مركز microplot لتجنب أخذ عينات سابقا مناطق العينة. على الأقل اثنين من نباتات الذرة فصل كل نبات عينات لتقليل التغيرات في الذرة الفسيولوجية التنمية. 12- ومن التحديات التي تواجه هذه الدراسة في أسلوب أخذ عينات التربة أن طريقة أخذ عينات نواة التربة قد لا تعترض بدقة التوزيع غير المتجانس لـ 15N في ملف التربة3. التغير المكاني لمجموع التربة N مرتفع مع معامل تقديري للتباين 15%3. ومن شأن التنقيب الكامل عن الأراضي المجهرية أن يحسن دقة القياس الكمي 15ن ولكنه يتطلب معالجة كميات كبيرة من التربة ويحد من أخذ العينات إلى حدث واحد3 لا يتماشى مع أهداف هذه الدراسة. يسمح تقسيم الميكروفلوت إلى وحدات صغيرة لأخذ العينات بأحداث حفر متعددة ولكنه قد يزيد حجم المجهر المطلوب لضمان عدم تأثر الوحدات غير المأخوذة بالعينات بالتعديلات على مظلة المحاصيل وديناميات مياه التربة. على الرغم من الانخفاض المحتمل في الدقة ، فإن العديد من الدراسات تستخدم تقنية نواة التربة للميكروفونات ≥ 1 م29،22،26،27،28. ويمكن زيادة دقة العينة عن طريق زيادة عدد من نواة التربة التي تم جمعها ومركّبة لكل ميكروبلوت باستخدام الصيغة التالية13:

ن = (Z2) (CV2)/(د2)

حيث ن هو عدد من النوى التربة، Z هو المتغيرات العادية الموحدة لمستوى ألفا المقابلة (1.96 ل0.05 و 1.65 ل0.10)، السيرة الذاتية هو معامل الاختلاف، وd هو هامش الخطأ في متوسط المؤامرة (كـ عشري). واستنادا إلى هذه الصيغة، يتوقع المؤلفون أن يقدر مجموع النوى 15 في ميكروبلوت إلى 7.6 في المائة ± 7.6 في المائة على 95 في المائة من قطع الأرض ( ن = 15؛ و 10 في المائة من الأراضي في 15 دقيقة، و 10 في المائة من الأراضي، و 10 في المائة من الأراضي، و 15 في المائة من الأراضي،و 10 في المائة من الأراضي ، و 10 في المائة من الأراضي ( 1500000000000000000000 ض = 1.96؛ السيرة الذاتية = 15٪؛ (د= 0.076). واستخدم المرجع 25 عدداً مماثلاً من النياة ولكنه قسم ميكروكوبت إلى 32 وحدة لأخذ العينات تجمع عينات من النباتات والتربة من أربع وحدات في كل حدث لأخذ العينات.

وقد أظهرت الآخرين أن بيانات microplot يمكن استقراء لكامل المؤامرة29. ومع ذلك، لهذا الافتراض لتكون صالحة، يجب أن تدار مؤامرة العلاج وmicroplot بالمثل. وينبغي، إن أمكن، استخدام الأسمدة N في نفس الأشكال الكيميائية والفيزيائية (مثل اليوريا المذابة في الماء) لأن هذه الخصائص تؤثر على ديناميات الأسمدة والتربة بما في ذلك آليات فقدان ن، والشل، وتوافرها لميكروبات التربة والنباتات3.

طريقة طحن جرة الأسطوانة الموصوفة في هذا البروتوكول قادرة على سحق كميات كبيرة من عينات النباتات والتربة ، مثالية لضمان عينة تمثيلية متجانسة. ومع ذلك، تتطلب هذه التقنية العمل اليدوي كبير والوقت لتحميل، تفريغ، لفة، وتنظيف الجرار الأسطوانة. معالجة العينة محدودة من قبل العدد المتاح من الجرار الدوارة، وقدرة وحدة الحزام الناقل، وحجم الحمام الحمضي. قد تكون قارورة الطحن التجارية بديلاً عن الجرار الدوارة ولكنها قد تحد من حجم عينات النباتات والتربة المعالجة. يمكن بناء قارورة طحن مصنوعة من صنع المختبر واستخدام واحد يمكن أن تكون بمثابة وعاء تخزين الطحن والعينة. الاعتبار الرئيسي لأي من هذه الطرق طحن هو التقليل من التلوث المتبادل بين العينات.

وأخيراً، ونظراً لأن 15من مواد الأسمدة المخصبة 15 ن مكلفة، فقد يتم الاحتفاظ بعينات الكتلة الحيوية والتربة التي تزيد عن سطح الأرض 15نًا وتجانسها لاستخدامها في الدراسات المستقبلية. قد تكون هذه المنتجات مفيدة بشكل خاص عند التحقيق في تحلل بقايا, إمكانية التعددن, أو غيرها من عمليات ركوب الدراجات المغذيات21.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.

Acknowledgments

يعترف المؤلفون بدعم مجلس أبحاث وتعزيز الذرة في مينيسوتا، وزمالة هويغ هاريسون، وزمالات اكتشاف مينيسوتا، وأبحاثها واقتصادها (MnDRIVE).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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 (30x50 cm) ANY NA For corn ears
CO2 Backpack Sprayer ANY; Bellspray Inc is one example Model T
Coin envelop (6.4x10.8 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 (90x60 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 (13.3x8.7x27.8 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 5x9 mm Costech Analytical Technologies Inc. 041061
Tin capsule 9x10 mm Costech Analytical Technologies Inc. 041073
Urea (46-0-0) MilliporeSigma 490970 10 atom % 15N

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sharp, Z. Principles of Stable Isotope Geochemistry. , 2nd Edition, (2017).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Peterson, R. G. Agricultural Field Experiments: Design and Analysis. , Marcel Dekker, Inc. New York. (1994).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Abendroth, L. J., Elmore, R. W., Boyer, M. J., Marlay, S. K. Corn Growth and Development. , (2011).
  12. Lauer, J. G. Methods for calculating corn yield. , http://corn.agronomy.wisc.edu/AA/pdfs/A033.pdf (2002).
  13. Gomez, K. A., Gomez, A. A. Statistical Procedures for Agricultural Research. , 2nd Edition, John Wiley and Sons. (1984).
  14. 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).
  15. Horneck, D. A., Miller, R. O. Determination of Total Nitrogen in Plant Tissue. Handbook of Reference Methods for Plant Analysis. , 75-84 (1998).
  16. UC Davis Stable Isotope Facility. Carbon (13C) and Nitrogen (15N) Analysis of Solids by EA-IRMS. , https://stableisotopefacility.ucdavis.edu/13cand15n.html (2019).
  17. 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).
  18. Kaiser, D. E., Fernandez, F. G., Coulter, J. A. Fertilizing Corn in Minnesota. , University of Minnesota Extension. https://extension.umn.edu/crop-specific-needs/fertilizing-corn-minnesota (2018).
  19. Blake, G. R., Hartge, K. H. Bulk Density. Methods of Soil Analysis: Part 1 Physical and Mineralogical Methods. , 363-375 (1986).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Jokela, W., Randall, G. A nitrogen-15 microplot design for measuring plant and soil recovery of fertilizer nitrogen applied to corn. Agronomy journal (USA). 79 (APRIL), http://agris.fao.org/agris-search/search/display.do?f=1988/US/US88241.xml;US875113688 322-325 (1987).
  23. Olson, R. V. Fate of tagged nitrogen fertilizer applied to irrigated corn. Soil Science Society of America Journal. 44 (3), 514-517 (1980).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).

Tags

العلوم البيئية، الإصدار 159، الأسمدة المشتقة النيتروجين، التربة النيتروجين المشتق، 15N النظائر، microplot، الأسمدة كفاءة استخدام النيتروجين، 15N اليوريا المخصب، إعداد عينة النظائر، المسمى N
تصميم Microplot وإعداد عينات النباتات والتربة لتحليل <sup>النيتروجين 15</sup>
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Spackman, J. A., Fernandez, F. G.… More

Spackman, J. A., Fernandez, F. G. Microplot Design and Plant and Soil Sample Preparation for 15Nitrogen Analysis. J. Vis. Exp. (159), e61191, doi:10.3791/61191 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter