Mikroplot-Design und Pflanzen- und Bodenprobenvorbereitung für ¹⁵Stickstoffanalysen

Diese Methode kann Forschern helfen, die Auswirkungen von Düngemitteln zu quantifizieren, die Stickstoff auf das Bodenpflanzensystem antreiben, und Fragen zur Stickstoffnutzungseffizienz beantworten. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass sie für mehrere in Jahreszeiten Boden und Pflanzen Probenahme Ereignisse über zwei aufeinander folgende Vegetationsperioden ermöglicht. Diese Methode könnte uns helfen, die Stickstoffzyklusprozesse der Mineralisierung und Mobilisierung besser zu verstehen, um die Richtlinien für das Management von Stickstoffdünger zu verbessern.

Um ein Feldgrundstück einzurichten, pflanzen Sie sechs Maiskolben mit 76 Zentimetern Abstand mit einer endgültigen 15,2 mal 4,6 Meter großen Parzelle. 1,5 Meter Grenzflächen von jedem Ende der Längsdimension und einen zusätzlichen 1,5 Meter langen Grenzbereich angrenzend an die Probenahme- und Erntegebiete. Legen Sie die Reihen zwei und drei als die Saisonpflanze und die Bodenprobenahmefläche und die Reihen vier und fünf als Erntegebiet für den Maiskornertrag fest.

Richten Sie eine 2,4 mal 3,8 Meter große Mikro-Plotfläche ein, die auf der Breitendimension für die Sammlung aller stickstoffangereicherten Pflanzen- und Bodenproben zentriert ist, sodass 38 Meter unbeprobter Rahmen auf den Längen- und Breitenmaßen bleiben, um Randeffekte zu minimieren. Dann die Behandlungsfläche und Mikro-Plot-Ecken mit verschiedenen farbigen Flaggen zu entlinienzeichnen. Tragen Sie Schuhbeläge beim Zugriff auf die Mikroplots und minimieren Sie den Mikro-Fußverkehr, um eine Kontamination der nicht angereicherten Probenahmebereiche zu verhindern, und entfernen Sie die Fußabdeckungen beim Verlassen des Mikro-Plotbereichs.

Um den Stickstoff-15 angereicherten Dünger aufzutragen, verdünnen Sie 10 Atomprozent Stickstoff-15 angereicherten Harnstoff in konventionellem Harnstoff zu fünf Atomprozent stickstoffangereichertem Harnstoff und lösen Sie den Harnstoff in zwei Literen entionisiertem Wasser auf, um eine gleichmäßige Anreicherung des Harnstoffdüngers zu gewährleisten. Verwenden Sie einen kalibrierten Rucksack Kohlendioxid-Sprüher, um die Stickstoff-15 angereicherte Harnstofflösung gleichmäßig auf die Mikro-Plots aufzutragen. Dann harnstoffhaltige Düngemittel mit leichter Bodenbearbeitung, Handrechen oder 64 Zentimeter Bewässerung innerhalb von 24 Stunden nach der Anwendung, um das Verflüchtigungsverlustpotenzial zu minimieren.

Sammeln Sie in jeder Probenahmephase eine sechs oberirdische, stickstoffreiche Maispflanzen-Verbundprobe aus dem Probenahmegebiet und eine sechs überirdische Maispflanzen-Verbundprobe aus dem stickstoff-15 angereicherten Mikrodiagramm. Schneiden Sie VH und R1 über irdischen Biomassen und legen Sie die gehackte Biomasse in markierte Säcke oder Trocknen und einen erzwungenen Luftofen bei 60 Grad Celsius bis zu konstanter Masse. Erfassen Sie das Biomasse-Trockengewicht und mischen und schleifen Sie 100 bis 200 Gramm getrocknetes Pflanzenmaterial, bis es durch ein Zwei-Millimeter-Sieb passieren kann.

Dann das geschliffene Material gründlich mischen und die Unterprobe zur Weiterverarbeitung in einem beschrifteten Münzumschlag aufbewahren. Für die Bodenprobenbearbeitung verwenden Sie innerhalb von acht Tagen nach dem Düngemitteleinsatz eine Handsonde, um eine zusammengesetzte Bodenprobe mit einem Durchmesser von 1,8 Zentimetern Kern aus dem nicht angereicherten Probenahmegebiet bei VH und R1 gleichzeitig mit der Pflanzenprobenahme zu sammeln, und verwenden Sie eine separate Handsonde, um eine 15-Kern-Verbundbodenprobe mit 1,8 Zentimeterdurchmesser aus dem Mikrodiagramm zu sammeln. Homogenisieren Sie jede zusammengesetzte Bodenprobe in einem Eimer und legen Sie die Proben in vorbeschriftete Papiertüten.

Dann die Bodenproben bei 35 Grad Celsius in einem Zwangsluftofen bis zur konstanten Masse, bevor sie jede Probe mahlen, bis sie durch ein Zwei-Millimeter-Sieb passieren kann. Für die Probenbearbeitung im Labor trocknen sie die Bodenmuster über Nacht im 60 Grad Celsius Ofen, bevor sie die getrockneten Pflanzen- und Bodenproben einzeln in Rollengefäßen viermal g für sechs bis 24 Stunden mahlen, bis die Proben ein feines Mehl wie Konsistenz erhalten. Dann das fein gemahlene Material in sauber markierte 20 Milliliter Silylierungsfläschchen übertragen.

Um die Gesamt- und Stickstoff-15-Konzentration in jeder Probe zu bestimmen, verwenden Sie mit Nitrilhandschuhen zunächst Labortücher und Ethanol, um die Mikrowaage, Arbeitsflächen, Spachtel und Zange zu reinigen. Legen Sie die sauberen Utensilien auf ein Labortuch auf der Laborbank und verwenden Sie Zangen, um die Öffnung der Probenkapsel sanft auszufackeln. Ofen und lassen Sie die modifizierte Kapsel ein bis zwei Millimeter über der Mikroskala wiegen Pfanne und reißen Sie die Kapsel.

Verwenden Sie Zangen, um die Kapsel an die saubere Arbeitsfläche zurückzuführen und verwenden Sie den Spachtel, um die erforderliche Masse an fein gemahlenem Probenmaterial sorgfältig in die Kapsel einzutragen. Verwenden Sie die Zange, um langsam das obere Drittel der geladenen Kapsel zu kriempen und zu versiegeln. Fahren Sie mit dem Falten und Komprimieren der Kapsel fort, wobei darauf zu achten ist, dass die Dose nicht punktiert oder gerissen wird, bis eine kugelförmige Form erhalten ist.

Verwenden Sie die Zange, um die umwickelte Kapsel mehrmals aus einer ZentimeterHöhe auf eine saubere dunkle Oberfläche zu werfen, um auf Leckagen zu überprüfen. Wenn kein Staub auftritt, wiegen Sie die Probe wie gerade gezeigt und legen Sie die Kapsel in einem Brunnen einer 96-Well-Platte, aufzeichnung der Brunnenplatzierung. Zwischen jeder Probenverkapselung, reinigen Sie jedes der Utensilien und Oberflächen mit Ethanol und Labortüchern, wobei sie besonders auf den Spachtel und die Zangenkanten achten.

In dieser repräsentativen Analyse war die aus Düngemitteln gewonnene Stickstoffkonzentration in der oberirdischen Maisbiomasseprobe zu Beginn der Vegetationsperiode am größten und ging mit jedem aufeinanderfolgenden Probenahmezeitraum zurück. Der bodenabgeleitete Stickstoff war jedoch durchweg der größte Anteil oberirdischer Biomassestickstoff, was die Bedeutung der Stickstoffversorgung im Boden für ein optimales Maiswachstum verdeutlichte. Bei physiologischer Reife im ersten Jahr wurden etwa 27 % des oberirdischen Biomassestickstoffs mit ähnlichen Anteilen in den Korn-, Stover- und Cob-Fraktionen aus Düngemitteln gewonnen.

Bei physiologischer Reife im zweiten Jahr wurden nur 2 % des aus Düngemitteln gewonnenen Stickstoffs im ersten Jahr in der oberirdischen Biomasse zurückgewonnen. Mit rund 1,6 Kilogramm pro Hektar Imersten Jahr exportierter Dünger Stickstoff. Innerhalb von acht Tagen nach dem Düngemitteleinsatz befand sich der Großteil des aus Düngemitteln gewonnenen Stickstoffs erwartungsgemäß in den oberen 15 Zentimetern des Bodenprofils.

Allerdings waren bereits etwa 22 Kilogramm Stickstoff pro Hektar in die tieferen Tiefen vorgegliedert, während vier bis zehn Prozent des aus Düngemitteln gewonnenen Stickstoffs nicht berücksichtigt wurden. Tatsächlich wurden am Ende des ersten und zweiten Jahres weniger als 50 % des aus Düngemitteln gewonnenen Stickstoffs im Maissystem des Bodens aufgebracht, während der Rest entweder an die Umwelt verloren ging oder unterhalb der 90 Zentimeter Bodenprobentiefe ausgelaugt wurde. Bei diesem Versuch sollte äußerste Vorsicht geboten sein, um Kreuzkontaminationen zu vermeiden, die die Ergebnisse ungültig machen können.

Anorganische und organische Fraktionen des Bodens können weiter analysiert werden, um unser Verständnis der Stickstoff-Zyklusdynamik zu verbessern. Pflanzenproben, die von Pflanzenteilen analysiert werden, können verwendet werden, um unser Verständnis der Stickstoffaufnahme und -translokation im Laufe der Zeit zu vermitteln.