Waiting
Login processing...

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

Environment

מיקרועלילה עיצוב וצמח הכנה לדגימת קרקע עבור 15ניתוח חנקן

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

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. תאור אתר השדה

הערה: בעת ביצוע 15ניסיונות לבצע שדות מעקב, אתרים נבחרים צריכים למזער את הווריאציה בשל הקרקע, הטופוגרפיה והתכונות הפיזיות5. מזהמים עשויים להתרחש בעקבות התנועה הקרקע לרוחב בשל המדרון, הרוח או המים הטרנסלוקציה, או עד שההתפלגות האנכית של האדמה N עלול להיות מושפע על ידי זרימת מים התת-משטח, אריח ניקוז6.

  1. תארו את אתר השדה הנסיוני, כולל ניהול העבר (למשל, יבולים קודמים ושטיבת), קו רוחב וקו אורך, תכונות פיזיות וכימיות של קרקע (למשל, ניתוח לעיבוד הקרקע, תנאי פריון ראשוניים, חומציות וצפיפות קרקע).
  2. הקלט GPS קואורדינטות עבור אתר המחקר ואת פינות השדה.
  3. תארו ניהול העונה גדל כולל מזיקים וניהול מחלות (קוטל עשבים, קוטל חרקים, או שימוש בפטריות), ניהול פוריות הקרקע (כולל שיעור, מקור, מיקום, והעיתוי היישום), השקיה, אירועים וכמויות, וניהול שאריות.
  4. כמו גידול יבול וחיידק מתווך N העתקות מושפעים על ידי לחות הקרקע, טמפרטורת הקרקע, וטמפרטורת האוויר, שיא מידע האקלים כולל טמפרטורות יומיות גבוהות ונמוכות, משקעים יומיים, ולחות קרקע וטמפרטורות בעומקים מספר המשקפים את עומק דגימת הקרקע.

2. עיצוב העלילה

  1. הצמח שש שורות תירס (~ 86,000 צמחים ha-1) במרווח 76 ס"מ עם ממד העלילה הסופי של 15.2 m על ידי 4.6 m.
    1. הקמת אזורי גבול 1.5 מ' מכל קצה של המימד הארוך (0-1.5 מ', 13.7-15.2 מ') ו1.5 אזור גבול נוסף הנמצא במרחק של כ-0.1 מ' (9.8-11.3 m) הסמוך לאזורי הדיגום והקציר (איור 1).
    2. הקצאת שורות 2 ו-3 כאזור הצמח בתוך העונה ודגימת קרקע (1.5-9.8 m) ושורות 4 ו-5 כאזור הקציר (1.5-9.8 m) לתשואה דגן תירס.
    3. להקים אזור microplot (18.2-22.1 m) עם מידות של 2.4 m על ידי 3.8 m ממורכז על הממד רוחב. לאסוף את כל 15N הצמח מועשר ודגימות הקרקע מהאזור הזה, עוזב 0.38 m של הגבול בלתי שנדגם על אורך ומידות רוחב כדי למזער את השפעות הקצה (איור 2).
  2. להתוות את העלילה הטיפול ואת פינות microplot עם דגלים צבעוניים שונים.

3. אמצעי זהירות לדגימת הקרקע והצומח

  1. השתמש בציוד ייעודי ובתחומי עיבוד עבור חומרים לא מועשרים ומועשרים. זיהום של חומרים לא מועשר (דשן, אדמה או צמח) על ידי חומרים מועשרים ולהיפך יכול להשפיע באופן דרסטי על תוצאות.
  2. לאסוף ולעבד 15n מועשר הקרקע ודגימות צמחים לפי השפל הגבוה ביותר 15n צפוי העשרה כדי למזער את הזיהום הצולב. ודא כי משטחי עבודה, כפפות, כלים ומכונות ינוקו ביסודיות בין כל מדגם כדי למזער את הזיהום הצולב מנושא המדגם.
  3. מזער את התנועה ברגל במיקרו מגרשים כדי למנוע זיהום של אזורי דגימה לא מועשר. ללבוש כיסויי הנעל הגנה בעת גישה מיקרו מגרשים ולהסיר אותם בעת היציאה באזור microplots.

4. 15N הכנה לדשן מועשר ויישום

  1. בעקבות ההנחיות שנקבעו על-ידי Ref. 2 עבור דשן 15n להשתמש יעילות (F15nue) לימודים, לדלל 10 אטום% 15n מועשר אוריאה ל 5 אטום% 15n שתנן מועשר ומתמוסס ב 2 L של מים מתוהים כדי להבטיח העשרה אחידה של דשן אוריאה.
    הערה: הריכוז הנדרש של 15מועשר בדשן הוא תלוי במטרות של המחקר האגרונומי. אם הריכוז של מניות 15N דשן מועשר חורג הדרישות של החוקר, את הריכוז דשן המניה עשוי להיות מדולל עם דשן קונבנציונאלי דומה באמצעות הנוסחה הבאה3.
    X2 = [(c1/c2)-1] × X1
    X2 הוא המסה של דשן קונבנציונאלי לא מועשר, X1 הוא מסה של דשן מעקב, c1 הוא ריכוז איזוטרופי [מבוטא אטום% עודף (נמדד אטום% העשרה פחות ריכוז הרקע הטבעי הניח להיות 0.3663 אטום%)] של דשן מעקב המקורי, ו c2 הוא ריכוז איזונושא של התערובת הסופית. כדוגמה, בהינתן 100 g של 10 אטום% אוריאה מועשר, 92.7 g של דשן קונבנציונאלי לא מועשר יהיה נדרש עבור ריכוז הסופי איזוטרופי של 5 אטום%;
    X2 = {[(10-0.3663)/5]-1} × 100.
  2. לנתח את הפתרון ל -15מאוזן כדי לוודא העשרה. המחברים השתמשו בשירותים האנליטיים שסופקו על ידי מתקן האיזוטופ היציב של ה-UC דיוויס.
    הערה: התגובות של המשטר הקרקע-חיידק משטר לתוספות דשן עשוי להיות מושפע הצורה הפיזית של דשן. בהתאם למטרות המחקר, פתרון אוריאה עשוי להיות מיושם כנוזל או מיובש לרפורמה גבישים. הקריסטלים עשויים להיות דחוס לתוך עוגה באמצעות לחיצה קארבר ב 10,000 psi, ואחריו מועך את העוגה ומסנן את החלקיקים לגודל הרצוי3.
  3. להחיל באופן שווה 15N מועשר אוריאה פתרונות למיקרו מגרשים באמצעות תרמיל מכויל מכוילים2 מרסס(איור 3א). אם נעשה שימוש במספר שיעורי N או ברמות העשרה מרובים, שקול להשתמש במרססים של CO2 עבור כל רמת העשרה או השתמש בריסוס יחיד וליישם פתרונות מן הנמוכים ביותר להעשרת הגבוהה ביותר כדי למזער את הטיפול בזיהום.
  4. שילוב אוריאה-המכיל דשנים עם טיגיל אור, יד rakes, או לפחות 0.6 ס מ של השקיה בתוך 24 h של יישום כדי למזער את הפוטנציאל volatilization הפסד.
  5. לא עוד 15דשן שתנן מועשר מוחל על microplot במהלך העונה השנייה הגוברת. החלת אוריאה קונבנציונאלי ללא מועשר לטיפול כולו כדי למנוע תגובה דיפרנציאלית בגידול תירס עקב חנקן.

5. עיבוד לדוגמה שדה: ביומסה תירס על הקרקע

  1. בכל שלב הדגימה, לאסוף מדגם שישה הקרקע תירס מורכב מתוך אזור הדגימה (15N לא מועשר) ומדגם שישה הקרקע תירס משולב דגימה מ 15n המיקרועלילה מועשר. לפחות שני צמחים צריך להפריד כל צמח שנדגם כדי למנוע התפתחות משמעותית של הצמח הדינמיקה. המחברים אספו דגימות צמחים ב V8 ו R1 התפתחות פיזיולוגית התירס שלבים11 ו בבגרות פיזיולוגית (איור 2).
  2. בעקבות העקרונות המתוארים בשלבים 3.1 ו 3.2, לקצץ V8 ו R1 ביומסה הקרקע (≤ 5 ס"מ על ידי ≤ 5 ס מ); הפסולת בחצר היא אופציה משביעת רצון. מניחים ביומסה קצוץ על בד שכותרתו או שקיות נייר ויבש בתנור באוויר כפוי ב 60 ° צ' עד המסה קבוע. להקליט את המשקל ביומסה יבש (איור 3ב).
  3. החלוקה הפיזיולוגית הצמחים תירס בוגרת לתוך stover (כל הרקמות וגטטיבי כולל עלים, husks, ו גבעולי), דגנים, ושברים קלח. קוצצים ומייבשים בתנור באוויר ב60 מעלות צלזיוס עד למסה קבועה. להקליט את המשקל ביומסה יבש.
  4. בתוך המיקרועלילה, חותכים את כל גבעולי תירס על פני הקרקע, לקשור צרור, תווית על פי העלילה, ולהסיר מן השדה (איור 3ג). כוונן דגלי הפינה microplot להיות כמעט סומק עם משטח הקרקע כדי למזער את הסיכון להסרת על ידי לשלב במהלך הקציר או לאחר הקטיף.
  5. יבול תבואה מאזור הקציר ולדווח תשואה ב 15.5% תוכן לחות12. לקצור את אזורי המחקר הנותרים עם שילוב העלילה.
  6. מגרפה ביומסה בלתי מועשר מן האזור microplot. קוצצים והחלה מחדש ביומסה מיקרו הקרקע כדי להתוות את העלילה הנכונה (איור 3ד).
  7. לשלב שאריות לתוך משטח הקרקע עם טיגיל לטפל למזער את הקרקע ואת שאריות תירס הובלה לתוך או מתוך אזור microplot. החלף את כל דגלי הפינה מיקרוהתוויה שהוסרו עקב מעבר לגיל.
  8. לשתול תירס של שנה שנייה על אותן. שורות כמו התירס של השנה הראשונה
  9. איסוף ביומסה תירס של שנה שנייה על פני הקרקע רק בבגרות פיזיולוגית ותהליך כמו דגימות תירס בשנה הראשונה כמתואר בשלב 5.3. לאסוף דגימות מיקרועלילה ממרכז האזור microplot (1.52 m על ידי 0.76 m) כדי למנוע כל דילול האות הפוטנציאלי לאחר טיגיל (איור 2). יבול תבואה מאזור הקציר ולדווח תשואה ב 15.5% תוכן לחות.
  10. בעקבות העקרונות של שלבים 3.1 ו 3.2, ביסודיות לערבב לטחון 100 כדי 200 g של חומר צמחי מיובש לעבור דרך מסננת 2 מ"מ. מערבבים ביסודיות את חומר האדמה ומאחסנים דגימת משנה במעטפת מטבע בעלת תווית לעיבוד נוסף.
    הערה: טחנת תומס ויילי היא אופציה מספקת עבור רקמת הצמח שחיקה בזמן Perten מעבדה מיל 3610 היא אופציה מספקת לטחינת תבואה.
    התראה: אנשים לטחינת דגימות הצמח צריך ללבוש הגנה על האוזן ולהיות מוגן משאיפת אבק על ידי לבישת המכון הלאומי לבטיחות תעסוקתית ובריאות אושרה N95 מסננים חלקיקים מסכת Facepiece.

6. לדגימת שדה עיבוד: קרקע

  1. לאסוף דגימות קרקע בשנה הראשונה 8 ימים לאחר 15N יישום דשן מועשר, V8, R1, ו לאחר הקציר לפני הגיל. לאסוף דגימות הקרקע שנה שנייה על טרום המפעל לאחר הקציר. בשל אילוצי דגימה לוגיסטיים, המחברים אספו דגימות קרקע בעונה של 0 עד 15, 15 עד 30-, ו 30-עד 60 ס"מ, לאחר הקציר דגימות קרקע ב 0-כדי 15-, 15-עד 30, 30-ל 60-, ו 60-כדי 90-ס"מ במעמקי, ושנה שנייה לפני הצמח דגימות קרקע על 0-30-, 30-כדי 60-, 60-כדי 120-ס מ במעמקי.
    הערה: אם בדיקה קרקע אינה מסוגלת לאסוף ליבת אדמה עד לעומק הרצוי ביותר כמו ליבה אחת, לאסוף ליבות עומק עמוק יותר מאותם חורים קידוח כמו במעמקי העליון מהשליך את העליון 1-ס מ של אדמה כדי למנוע זיהום מהקרקע נופל ממעמקים.
    1. לאסוף ארבע ליבות (1.8-cm קוטר) מדגם הקרקע מורכב מאזור הדגימה בלתי מועשר ב V8 ו R1 באמצעות לווין יד. לאסוף ליבה אחת בשורה תירס ושלוש ליבות בין שורות התירס.
    2. לאסוף שתי ליבות (בקוטר 5 ס מ) מדגם אדמה מורכב מאזור הדגימה בלתי מועשר בטרום המפעל לאחר הקציר באמצעות בדיקה הידראולית.
    3. לאסוף 15 ליבות (1.8-ס"מ קוטר) מדגם קרקע מרוכב מאזור microplot 8 ימים לאחר 15N יישום דשן מועשר, V8, ו R1 באמצעות לווין יד. לאסוף שלוש עד ארבע ליבות בשורה תירס ו 11 כדי 12 ליבות בין שורות תירס.
      הערה: קרקעות הן מאוד הטרוגנית. מספר גדול יותר של ליבות שנאספו מתוך מיקרועלילה מועשר מספק אומדן טוב יותר של העשרה האמיתי של העשרת n אדמהn13.
    4. לאסוף שלוש ליבות (בקוטר 5 ס מ) מדגם אדמה מרוכבים מאזור microplot ב טרום המפעל לאחר הקציר באמצעות בדיקה הידראולית.
    5. הומוגון כל דגימת אדמה מורכבת בדלי ומניחים אותו בשקית נייר המסומנת מראש.
  2. דגימות קרקע יבשות ב35 ° c בתנור באוויר עד למסה קבועה. לטחון כל דוגמה כדי לעבור דרך מסננת 2 מ"מ. מטחנת אדמה מכנית היא מספקת אם ניתן לנקות ביסודיות בין כל דוגמה.
    הערה: דגימות הקרקע עשויות להתייבש מאוויר על-ידי הפצת דגימות על מגשים בשכבה דקה. מגשים צריכים להיות באזור נקי מזיהום על ידי מקורות N מחוץ. יש להפריד באופן פיזי מדגמים לא מועשרים ומועשרים כדי למנוע זיהום צולב.
    התראה: אנשים לטחינת דגימות אדמה צריך ללבוש הגנה על האוזן ולהיות מוגן משאיפת אבק על ידי לבישת המכון הלאומי לבטיחות תעסוקתית ובריאות אושרה N95 חלקיקים סינון מסכת Facepiece.

7. מעבדה לדוגמא עיבוד: לטחון דגימות קרקע וצמחים

  1. דגימות של צמחי קרקע יבשים (2 מ"מ) לילה בתנור ב-60 ° c.
  2. בעקבות העקרונות המתוארים בשלב 3, לטחון דגימות צמחים מיובשות או חומר אדמה לעקביות, כמו קמח משובח. . טחנת הרולר היא אופציה משביעת רצון
    הערה: טחנת הצנצנת של המחברים היא מערכת מותאמת אישית מסוע חגורה שיכולה לעבד 54 רולר צנצנות בכל פעם.
    1. מילוי כל צנצנת רולר (250 mL בורוסיליקט זכוכית צנצנת עם מכסה בורג) עם 10 כדי 20 גרם של צמח הקרקע או דגימת אדמה ושבעה מוטות נירוסטה (8.5 ס"מ ארוך, 0.7 ס"מ קוטר).
    2. לגלגל את הצנצנות רולר ב 0.4 x g עבור 6-24 h או עד הדוגמאות יש משובח, כמו קמח העקביות.
    3. העבר את חומר הקרקע הדק לתוך מבחנה נקיה בעלת תווית של 20 מ"ל.
    4. בין כל דוגמה, לשטוף צנצנות רולר, מוטות נירוסטה, ומכסים עם סבון ומים כדי להסיר את כל שאריות.
      1. רולר צנצנות לטבול ומכסים ב 5% חומצה HCl באמבטיה (מוכן 36-38% מניות מרוכז) לילה14.
        התראה: חומצה הידרוכלורית היא מאכל. זה יכול לגרום לכוויות עור חמורות, נזק לעיניים, והוא מזיק אם שאפה. תמיד לובשים בגדי הגנה, כפפות, עיניים והגנה על הפנים. הסומק יצר קשר עם הרקמה. ביסודיות עם מים השתמש תמיד במיכל משני בעת הובלת חומצות. תמיד להוסיף חומצה למים כמו התגובה הזו היא האקסותרמית. נטרל באופן מיידי את דליפת החומצה עם סודה לשתיה.
        הערה: אמבט חומצה גדול עשוי להיות מוכן 100 L של 5% HCl במיכל פלסטיק 208 L. הכינו כמה כרכים קטנים יותר בתוך מכסה המנוע ולאחר מכן העבירו את הפתרונות למיכל הפלסטיק. החליפו את התמיסה כל שלושה חודשים.
      2. שלוש צנצנות רולר ומכסים עם מים מוכי האוויר יבש.
      3. לטבול מוטות נירוסטה ב 0.05 naoh אמבטיה (מוכן על ידי המסת 2 גרם של naoh ב 1 L של מים מיוהים) לילה14. הכינו אמבטיה חדשה ב-0.05 מ' בכל יום.
        התראה: הידרוקסיד הנתרן עלולה לגרום לכוויות עור חמורות ולנזק לעיניים. תמיד לובשים בגדי הגנה והגנת עיניים. מיד להסיר בגדים מזוהמים לשטוף את העור או העיניים עם מים במשך כמה דקות.
      4. לשטוף את המוטות תחת הפעלת מי ברז חם עבור 5 דקות. Decant ו טריפל לשטוף את המוטות עם מים מפוהים. לאפשר למוטות להתייבש באוויר על מגש מגבת נייר מרופדת.

8. שוקלים מפעל קרקע ודגימות קרקע עבור ניתוח N ו -15n מוחלט

  1. לנתח צמחים מייצגים מסוימים ודגימות אדמה עבור סך N תוכן (למשל, ניתוח בעירה15). חישוב מסה לדוגמה המספקת תוכן N מספיק עבור ניתוח של 15n בהתאם למפרטי המנתח.
    הערה: המחברים השתמשו בשירותים האנליטיים שסופקו על ידי מתקן האיזוטופ היציב של ה-UC דיוויס. משקולות דגימה מועשר היו ממוטבים עבור 20 μg של N עם מקסימום של 100 μg של N.
  2. ארגן כדוגמת דוגמאות מהנמוכה ביותר עד לרמה הגבוהה ביותר של 15העשרה N. שכפל מדגם כל שמינית עד 12 בכל אחד מהרצים כדי לבדוק את דיוק המדגם. כלול לפחות דגימת בדיקה אחת לכל הפעלה16.
  3. התווית 96 נקי לוחית היטב ומכסה מצויד עם טבעות אידוי בודדים היטב. חותכים כרטיס אינדקס נקי כדי להתאים רק בתוך המכסה כדי למנוע תנועה לדוגמה בין בארות במהלך ההובלה.
  4. לבישת כפפות מניטריל, לנקות את המיקרוסקאלה, משטחי העבודה, מרית, מלקחיים עם מגבונים ואתנול. מניחים כלים מנוקים. על מנגב על הספסל במעבדה
    הערה: יש לעבד דגימות לא מועשר ומועשר תוך שימוש בסולמות ובכלים נפרדים כדי למנוע זיהום צולב.
  5. השתמש מלקחיים למקום מראש נוצר 5 מ"מ x 9 מ"מ כמוסה פח על משטח עבודה נקי, כגון בלוק נירוסטה עם 5 מ"מ x 8 מ"מ היטב. הקש בעדינות על הקפסולה לתוך הבאר כדי לתקן את הצורה גלילי ולשטח את החלק התחתון של הקפסולה במידת הצורך.
    הערה: בגלל הגושים לדגום יהיה קטן מאוד, הסיכון של זיהום לדוגמה הוא גבוה. לעולם אל תיגע בקפסולות. עם כפפות להשליך את הקפסולה אם הוא נוגע בכל משטח אחר מאשר מלקחיים, משטח עבודה נקי, שוקל לשנות את המחבת, או 96-באר צלחת.
  6. מלקחיים להשתמש כדי להתלקח בעדינות את החלק העליון 1 מ ' הקפסולה כדי להקל על מניפולציה. כדי למנוע נזק בקנה מידה בעת שמירת משקל הקפסולה, לרחף ולשחרר את הקפסולה 1 כדי 2 מ"מ מעל מחבת שקילה microscale. . מסדר את הקפסולה השתמש מלקחיים כדי להחזיר את הקפסולה למשטח עבודה נקייה.
  7. השתמשו במרית כדי להוסיף בזהירות את המסה הנדרשת של חומר לדגימת קרקע דק לקפסולה. הימנע מלשפוך חומר לדוגמה על המשטח החיצוני של הקפסולה או על משטחי העבודה.
  8. באמצעות מלקחיים, לאט לקלקל את השליש העליון של הקפסולה ומקפלים מעל לאטום. באמצעות מלקחיים, להמשיך לקפל לדחוס את הקפסולה לתוך צורה כדורית לטפל לא לנקב או לקרוע את פח.
    הערה: דגימות בעלות תוכן N נמוך עשויות לדרוש כרכים לדוגמה החורגים מהקיבולת של הקפסולה 5x9 מ"מ. ניתן להשתמש בקפסולות גדולות יותר (לדוגמה, 9 מ"מ x 10 מ"מ) במופעים אלה.
  9. מלקחיים להשתמש כדי לשחרר את הקפסולה עטוף מספר פעמים מגובה של 1 ס מ על משטח נקי, כהה או מראה כדי לבדוק דליפות. אם לא מופיע אבק, שקול את המדגם באמצעות אותה טכניקה כפי שמתואר בשלב 8.6. הקלט את משקל המדגם. מניחים את הקפסולה בצלחת 96-באר ולהקליט את המיקום היטב.
    1. אם האבק מופיע על פני השטח האפל, להקליט את המשקל לדוגמה. לעטוף את המדגם בקפסולה פח השני, בדוק מראש עבור דליפות, ולמקם אותו בצלחת 96-באר נקי.
      הערה: אם הקפסולה העטופה גדולה מדי בכדי להתאים לצלחת 96-היטב, השתמש בצלחת של 24 או 48.
  10. בין דגימות, לנקות כל כלי ומשטחים עם אתנול ומגבונים משלמים תשומת לב מיוחד מרית וקצוות מלקחיים.
  11. אבטח את המכסה לצלחת 96-היטב באמצעות קלטת ואחסן בdesiccator.

9. חישובים

  1. חישוב מסה של N (ק ג ∙ ha-1) הכלול הצמח או דגימות הקרקע באמצעות המשוואות הבאות.

  2. חישוב דשן N שבר (nf), דשן נגזר n (fdn), ואת הקרקע נגזר n (SDN) עבור צמחים ודגימות קרקע17.

    היכן מהווה האטום% 15N העשרה.

  4. חישוב דשן 15N להשתמש יעילות17.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

התוצאות המוצגות במאמר זה מגיעות מאתר שדה שהוקם בשנת 2015 במרכז הסיוע והמחקר הדרומי של אוניברסיטת מינסוטה הממוקם ליד Waseca, MN. האתר היה מנוהל כמו תירס סויה [גליצין מקסימום (L) merr] סיבוב לפני 2015 אבל היה מנוהל כסיבוב תירס תירס במהלך 2015 ו 2016 העונות גדל. האדמה הייתה לאועם חימר ניקולאם (מעורבב, מעורב, superactive, מסיק הפלובובות)-וובסטר חימר רקבובית (בסדר-רקבובית, מעורב, superactive, mesic typic אנדוקואולס) קומפלקס. פוריות הקרקע היתה מנוהלת על פי הנחיות האוניברסיטה מלבד N18. מספר טיפולי דשן N היו מסודרים בעיצוב אקראי לחלוטין בלוק עם ארבעה שכפולים, אבל רק 135 ק ג N ∙ ha-1 החלה כמו אוריאה ב נטיעת מוצג בנייר זה. צפיפות קרקע בצובר נמדדה במרכז של 0 עד 15-, 15 עד 30, 30-עד 60-, 60-ל 90-, ו-60-עד 120 ס"מ שכבות עומק של 5-ס"מ דגימות עומק לכל שכפול באמצעות שיטת הליבה ללא שינוי19. צפיפות בצובר הממוצע בתוך עומק על פני שכפולים והניח להיות קבוע על פני השדה. הגדרת ההתוויה ודגימות הצמח והקרקע נאספו ועובדו כמתואר בסעיף הפרוטוקול.

סך הכל (FDN + SDN) ביומסה על פני הקרקע N גדל עם כל אירוע הדגימה רצופים במהלך העונה הגוברת הראשונה (איור 4). דשן שנגזר N הריכוז היה הגדול ביותר בתחילת העונה חשבונאות עבור 44 ± 4% (ממוצע ± שגיאה סטנדרטית) של ביומסה הקרקע הכולל N ב V8 וירד עם כל תקופת דגימה רצופים (איור 4א). עם זאת, SDN היה החלק הגדול ביותר של ביומסה על פני השטח N הממחישות את החשיבות של הקרקע N אספקה לצמיחת תירס אופטימלית. בבגרות פיזיולוגית בשנה הראשונה, 27 ± 1% של ביומסה מעל פני הקרקע N היה מ FDN עם פרופורציות דומות ב דגנים, stover, ו שברים קלח (איור 4ב). בבגרות פיזיולוגית בשנה השנייה, רק 2 ± 0.1% של FDN השנה הראשונה התאושש ביומסה הקרקע עם 1.6 ± 0.2 ק ג של השנה הראשונה FDN ha-1 מיוצא הדגן (איור 4א).

תקציב FDN של יבול הקרקע שימושי לצורך כימות רכיבה על אופניים FDN בתוך המערכת לאורך זמן. בתוך 8 d של יישום דשן, רוב FDN היה בראש 15 ס מ של פרופיל הקרקע, כצפוי (איור 5). עם זאת, 22.2 ± 4.4 ק"ג N ha-1 כבר עבר למעמקי עמוק בעוד 4 ± 10% של fdn היה מוסברים. מוסברים FDN צפוי בעיקר מונע על ידי N מנגנוני הפסד כולל leaching, denitrification, ו volatilization כי או להעביר FDN מתחת לעומק דגימת הקרקע או להסיר את FDN מהמערכת לחלוטין. ב V8 ו R1, מוסברים עבור FDN עלה 60.4 ± 4.7 ק"ג N ha-1 על הממוצע בעוד אדמה N (0-15 ס מ) היה 31.6 ± 6.8 ק"ג n ha-1 בממוצע. הצמיחה המהירה של תירס ו N ביקוש גבוה מ V8 ל R1 הביא לעלייה של 19.0 ± 4.4 ק"ג FDN ha-1 ב ביומסה צמח הקרקע שיקוף 17.7 ± 5.2 ק"ג fdn ha-1 הפחתת מ 15 עד 60-cm במעמקי הקרקע. טמפרטורת הקרקע ותנאי הלחות בין השלבים הללו לפיתוח תירס נוטים להעדיף גידול חיידקים וכתוצאה מכך מחזור מהיר של שאריות אורגניים וניצול מחדש של N מינרליזציה. תוצאות אלה מרמזות כי שורשי תירס כורים FDN אורגניים מ 15-עד 60 ס מ, ואילו FDN בעומק של 0 עד 15 ס מ היתה בעיקר אופניים בין חומר אורגני ושברים מחיידקים. ניתוח איזונושא נוסף של בריכות N אורגני בקרקע ואורגנית הכרחי כדי לאמת השערה זו ולספק פירוט רב יותר ותובנה לתוך הדינמיקה FDN אופניים10. על ידי לאחר הקציר שנה 1, 59 ± 2% של FDN המקורי היה מוסברים בעוד 18.1 ± 3.9 ק"ג FDN ha-1 היה בראש 30 ס מ של הקרקע (איור 5) ו22.1 ± 2.3 ק"ג fdn ha-1 היה מיוצא הדגן (איור 4ב). דשן 15N שימוש ביעילות היה 24% (משוואה 7) והוא בקצה הנמוךשל Fמדווחים בדרך כלל מדדים (25-45%) דיווחו על ידי מחקרים אחרים20. למרות שהציוד נוקה ביסודיות בין כל דוגמה, מדדי ה-F15nue הנמוכים ביותר של המחקר יכולים להיות פריט של דילול דגימה מועשר באמצעות עיבוד דגימות מועשר בסדר הנמוך ביותר להעשרה הצפויים ביותר. כמות FDN בראש 30 ס מ הוכפל (36.0 ± 5.2 ק ג FDN ha-1) מן לאחר הקציר שנה 1 עד השנה טרום הצמח 2 בשל התפלגות חלקית שאריות מאז הסתיו הקודם אבל על ידי השנה לאחר הקציר 2 רק 17.3 ± 3.3 ק"ג fdn ha-1 עדיין נמצא בתוך מערכת תירס אדמה (איור 5) מחקר זה מציין כי עד סוף שנות הראשון והשני, רק 41 ו -29%, בהתאמה של FDN השנה הראשונה היתה בתוך מערכת הקרקע-תירס (כולל FDN מיוצא בתבואה) בעוד השארית היתה אבודה לסביבה או מתחת לעומק הקרקע 90 ס מ.

תוצאות מזויפות ניתן להשיג כאשר דגימות מזוהמים המשפיעים על חישובים של Nf, fdn, ו SDN. לדוגמה, נניח שדגם 15n מועשר עם העשרה בפועל של 3.000 אטום% 15n נגוע בחומר לא מועשר המדלל את הריכוז 15n ל-2.500 אטום% 15N. יתר על כן, להניחמפעל N הכולל הוא 100 ק ג n ha-1, האטום% 15n העשרה של דשן היה 5.000, ואת האטום% 15n העשרה של הדגם צמח לא מועשר היה 0.366. The 15n מועשר דגם nf יופחת מ 0.568 (בפועל) כדי 0.461 (מזוהם מדגם) להמעיט fdn אמיתי על ידי 10.7 ק"ג N ha-1. הערכות היתר של FDN עלולות להתרחש כאשר דגימות עם העשרה שאינם מופיעים ב- 15n מזוהמות בתוספת של 15n. כך, טיפול קיצוני יש לנקוט בכל השלבים של איסוף לדוגמה ועיבוד כדי למזער את הזיהום לדוגמה, אבל בעיקר כאשר ההמונים לדוגמה מופחתים (למשל, שחיקה והליכי שקילה).

Figure 1
איור 1: עיצוב העלילה עבור העלילה הטיפול ו microplot. האיור ממחיש את הממדים והמיקומים היחסיים של אזורי הגבול, אזור דגימה לא מועשר, אזור הקציר, ואזור microplot בתוך מזימת הטיפול. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: הצמח מיקרועלילה ודיאגרמת דגימת אדמה. האיור ממחיש את מיקומי הצמחים היחסיים והקרקע בכל שלב הדגימה, המונעת שינוי משנות התירס של מפעלי התירס שנדגמו מאוחר יותר. אירועים הדגימה התרחשו 8 ימים לאחר 15N יישום דשן מועשר, בשלבי הפיתוח הפיסיולוגיים של V8 ו R1 , ב בגרות פיזיולוגית בשנת 15N יישום דשן מועשר (PMY1) ובשנה הבאה (PMY2), ולפני השתילה השנה השנייה (PPY2). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: תיאור כרונולוגי של ניהול מיקרועלילה. (א) התמוססות 15N מועשר אוריאה לתוך 2 ליטר של מים מוכי ריסוס על מיקרועלילה בנטיעת. (ב) לאסוף ולקצוץ מדגם שישה הקרקע תירס מורכב מתוך אזור הדגימה (15N לא מועשר) ומדגם שישה הקרקע תירס מורכב מטווח 15n מיקרועלילה מועשר בזמן דגימה מראש נקבע. (ג) בעקבות איסוף המדגם בבגרות פיזיולוגית, להסיר את כל ביומסה הקרקע הנותרים מתוך המיקרו מזימה. (ד) פוסט-קציר, מגרפה ביומסה תירס בלתי מועשר בקרקע מאזור microplot. שבב ולהחיל מחדש את המיקרו העלילה תירס הקרקע לאזור microplot. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: דוגמה של ביומסה מעל פני השטח n מחולק לדשן נגזר n (FDN) ואת הקרקע נגזר n (SDN) שברים. סה כ ביומסה על פני הקרקע N הופרד לתוך מקורות בודדים של FDN (צבע מלא) ו SDN (צבעהצריף) ב (א) ו (ב). קווי שגיאה מייצגים את השגיאה הסטנדרטית של הממוצע. (א) ביומסה על פני הקרקע N נמדד על שלבי V8 ו R1 התפתחות פיזיולוגית התירס ואת בגרות פיזיולוגית בשנת 15n היישום דשן (PMY1) ובשנה שלאחר 15n היישום דשן (PMY2). הערך מעל כל עמודה מייצג את האחוז של הסכום N שהיה FDN. (ב) ביומסה על פני הקרקע N נמדד ב PMY1 ו PMY2 מוצג בחלקים הבודדים של קלח (רק שנה 1), stover (קנה ועלים; כולל קלח עבור PMY2), ו דגנים עבור fdn ו-SDN. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: דוגמא לתקציב הדשן הנגזר N (FDN). המסה של FDN התאושש בתוך הקרקע (Abvgd) ביומסה תירס במעמקי דגימת הקרקע שונים מדווחים על שישה אירועי דגימה מעל שתי עונות גדל. אירועים הדגימה התרחשו 8 ימים לאחר 15N יישום דשן מועשר (PA), בשלבי הפיתוח הפיסיולוגיים של V8 ו R1 , ב בגרות פיזיולוגית בשנת 15N יישום דשן מועשר (PMY1) ובשנה הבאה (PMY2), ולפני שתילת השנה השנייה (PPY2). ההבדל בין שיעור הדשן שיושם (135 ק ג N ha-1) ואת המסה של fdn התאושש בחלקים תירס הקרקע הוא השבר fdn מוסברים. המסה הכוללת של FDN עבור PPY2 ו PMY2 היה 113 ק ג FDN ha-1 מכיוון 22 ק"ג fdn ha-1 הוצא מתוך מערכת הקרקע-תירס כמו תבואה השנה הראשונה. קווי שגיאה מייצגים את השגיאה הסטנדרטית של הממוצע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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 15n הבריכה מועשר לא מחזיר3. מכיוון שמחקר זה מתעניין בהפצת FDN סה כ ברחבי מערכת יבול הקרקע, הנחות 2 ו-3 הן של דאגה מינימלית21.

העלות הגבוהה של 15החומר מועשר בדרך כלל מגביל את הגודל של 15n לימודי מעקב. לכן, לפני ייזום מחקר מעקב N, החוקר צריך לתכנן בקפידה את המטרות של פרויקט המחקר בהתחשב: מספר אירועי הדגימה, אורך המחקר (ימים עד שנים), שיעור N היישום דשן, ואת הריכוז 15N העשרה הדרושים כדי למדוד הבדלים משפע טבעי (0.366 אטום%) לאחר 15N דשן מועשר דילול על ידי קרקע גורפת2. משתמשים בדרך כלל ב- 15העשרה ושיעורי יישום מדווחים על סוגים שונים של מחקר אגרונומי ב-Ref .2. לאחר קביעת יעדי המחקר, מיקרו העלילה חייב להיות גדול מספיק כדי להתאים את הקרקע ואת דגימת הצמח ולהימנע השפעות קצה. עיצוב ההתוויה המתואר בפרוטוקול זה משתמש בהתוויה לא מוגבלת המחייבת שאזורי גבול שאינם שנדגמו יהיו מועסקים6. The 15N ריכוז באזורים הגבול הוא מדולל על ידי זרימת ההמונים על פני גבול microplot ו-N ספיגה מחוץ מיקרועלילה על ידי שורשי תירס רוחבי גדל בשורות 1 ו 6. מגרשים מוקף, שם מחסומים פיזיים מונעים לתוך הקרקע, לא דורשים אזורי הגבול אבל דורשים עבודה נוספת במהלך הקמת microplot ועשויים להגביל את פעולות השדה השגרתי6. הפניות 3, 6, 22-25 לספק הנחיות נוספות על בחירת גדלים microplot, רוחב הגבול, וכאשר חלקות מוגבל או לא מוגבל עשוי להיות המתאים ביותר.

הצמח וערכת דגימות הקרקע של מחקר זה נועד לאפשר אירועי דגימה מרובים על פני שתי עונות הגוברת רצופות. מפעל העונה המוקדמת ודגימות הקרקע נלקחים ליד הקצוות החיצוניים של המיקרועלילה. כל אירוע דגימה עוקב מתקרב למרכז המיקרו-מחלקה כדי למנוע דגימה של אזורים שנדגמו בעבר. לפחות שתי צמחי תירס מפרידים כל צמח שנדגם כדי למזער את השינויים בהתפתחות הפיסיולוגית של התירס. אחד האתגר עם טכניקת דגימת הקרקע של המחקר הוא כי שיטת הדגימה ליבת הקרקע עשויה לא ליירט במדויק את ההתפלגות הטרוגנית של 15N בפרופיל הקרקע3. השונות המרחבית של סה כ הקרקע N הוא גבוה עם מקדם מוערך של וריאציה של 15%3. החפירה מיקרועלילה מלאה ישפר את הדיוק של 15N ככמת אך דורש עיבוד כמויות משמעותיות של אדמה ומגביל דגימה לאירוע אחד3 כי הוא לא בשורה עם יעדי מחקר זה. משנה את חלוקת מיקרוזימה ליחידות דגימה קטנות יותר מאפשר מספר רב של החפירה, אך עשוי להגדיל את גודל microplot נדרש כדי להבטיח שיחידות שאינן שנדגמו מושפעים על ידי שינויים החופה יבול והדינמיקה מים קרקע. למרות הפחתת הפוטנציאל בדיוק, מחקרים רבים משתמשים בטכניקת ליבת הקרקע עבור מיקרוגרשים ≥ 1 m29,22,26,27,28. ניתן להגדיל את הדיוק לדוגמה על-ידי הגדלת מספר ליבות הקרקע שנאספו ומורכבים לכל מיקרו-מחלקה באמצעותהנוסחההבאה:

n = (Z2) (CV2)/(d2)

כאשר n הוא מספר ליבות הקרקע, Z הוא משתנים נורמליים סטנדרטית עבור רמת אלפא המתאים (1.96 עבור 0.05 ו 1.65 עבור 0.10), CV הוא מקדם הווריאציה, ו d הוא השוליים של שגיאה בממוצע העלילה (כנקודה עשרונית). בהתבסס על הנוסחה הזו, המחברים מצפים כי 15 ליבות לכל מיקרו העלילה היה להעריך את סך N כדי ± 7.6% על 95% המגרשים (n = 15; Z = 1.96; CV = 15%; d = 0.076). הפניה 25 בשימוש מספר דומה של ליבות, אך מחולקת את המיקרו מתווה לתוך 32 יחידות דיגום איסוף דגימות הצמח והקרקע מארבע יחידות בכל אירוע הדגימה.

אחרים הראו כי הנתונים microplot ניתן לחשב את העלילה כולה29. עם זאת, כדי שהנחה זו תהיה חוקית, יש לנהל באופן דומה את מזימת הטיפול והמיקרועלילה. אם אפשרי, דשן N צריך להיות מיושם באותו צורות כימיות ופיזיות (למשל, אוריאה מומס במים) כמו אלה מאפיינים המשפיעים על הדינמיקה הקרקע דשן כולל N מנגנוני הפסד, השתק, וזמינות של חיידקים וצמחים הקרקע3.

הרולר צנצנת השיטה המתוארת בפרוטוקול זה מסוגלת לרסק כמויות גדולות של דגימות צמחים וקרקע, אידיאלי להבטחת נציג, הומוגניים המדגם. עם זאת, הטכניקה דורשת עבודה ידנית משמעותית זמן לטעון, לפרוק, רול, ולנקות את הצנצנות רולר. עיבוד לדוגמה מוגבל על ידי המספר הזמין של צנצנות רולר, את הקיבולת של יחידת המסוע, ואת הגודל של אמבט חומצה. שיוף מסחרי מבחנות עשוי להיות חלופה רולר צנצנות אך עשוי להגביל את נפח הצמח ודגימות הקרקע מעובד. מעבדה מתוצרת, שימוש יחיד שחיקה מבחנות ניתן לבנות כי פוטנציאל לשמש הן שחיקה ומדגם כלי אחסון. השיקול העיקרי של כל השיטות הללו שחיקה היא למזער את הזיהום בין דגימות.

לבסוף, כי 15n חומר דשן מועשר הוא יקר, 15n ביומסה מועשר בפני השטח ודגימות קרקע עשוי להישמר הומוגניים לשימוש במחקרים עתידיים. מוצרים אלה עשויים להיות שימושיים במיוחד בעת חקירת פירוק שאריות, פוטנציאל מינרליזציה או תהליכים אחרים של אופניים מזינים21.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

המחברים מכירים בתמיכת מחקר התירס של מינסוטה & המועצה לקידום העסקים, מלגת האריסון-הריסון, ומלגת גילוי, מחקר וחדשנות כלכלת מינסוטה (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

מדעי הסביבה סוגיה 159 דשן הנגזרות חנקן הקרקע הנגזרת חנקן 15n איזוטופ microplot דשן חנקן להשתמש ביעילות 15n מועשר אוריאה איזוטופ לדוגמה הכנה מתויג n
מיקרועלילה עיצוב וצמח הכנה לדגימת קרקע עבור <sup>15</sup>ניתוח חנקן
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