キャリブレーションされたパッシブサンプリング - NHのマルチプロット場計測 3ダイナミックチューブ法の組み合わせによる排出量およびパッシブサンプラー
March 21st, 2016
アンモニアの排出量は、富栄養化、土壌の酸性化と微細な粒子形成による環境への大きな脅威であり、農業源から主茎。この方法では、排出量の作物の開発と排出量との関係を統計的分析を可能にする複製されたフィールド試験中のアンモニア損失測定を可能にします。
この単純な現場in situ法の全体的な目標は、マルチプロットフィールド試験で反復プロットからのアンモニア排出量を定量化し、統計的テストと処理効果の特定を容易にすることです。この方法は、アンモニア排出量の定量化と削減、肥料使用効率の決定、環境評価など、農学および農業生態学の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。この方法の主な利点は、電源供給に依存しないマルチプロットフィールド試験でアンモニア放出のin situ定量が可能になることです。
この手順は、私の研究室の修士課程の学生であるChristian Wagnerと一緒にデモンストレーションします。反復されたフィールド試験で通常適用されるサイズと比較して比較的大きなプロットを使用して、アンモニア排出量に対する不均一な肥料分布の影響を回避します。正方形のプロット形状を使用して、サンプラーによるアンモニアの取り込みに対する風向のシフトの影響を回避します。
プロット間で 1 つのプロット サイズのバッファー領域を維持することにより、1 つのプロットから別のプロットへのアンモニアのドリフトを減らします。2つの処理プロットと1つの制御プロットを選択して、ダイナミックチューブ法またはDTMとパッシブサンプラーで同時に測定します。強力な測定信号を与える懲罰的に高い排出量の処理プロットを選択します。
テキストプロトコルに詳述されている準備に続いて、制御測定は、制御、処理、制御シーケンスに続く各測定日の開始時と終了時に、未受精の制御プロット上のDTMを使用して行われます。3〜6日間にわたって測定し、温度や風速の変化による排出量の変化を考慮して、丸一日の期間で信頼性の高いアンモニア損失測定値を取得します。早朝、深夜、午後の早い時間、午後の遅い時間、および日没直前に測定を行います。
測定を行うには、まずDTM装置を地上約1mの高さまで持ち上げて、アンモニアフリーの空気ですすいでください。次に、ポリテトラフルオロエチレンまたはPTFEチューブとチャンバーに空気を送り込み、チャンバーシステムの末端PTFEチューブに直接接続されたハンドポンプで空気を送ります。DTMチャンバーを、チャンバー底部の縁でマークされている約15ミリメートルの深さまで直接地面に押し込みます。
または、DTMチャンバーをソイルリングに押し込みます。土の塊が土の輪とチャンバーの間に挟まらないように注意してください。使用済みの低濃度インジケーターチューブを使用して最初の20回の準備ポンプストロークを実行し、準定常状態を作成します。
アンモニア濃度は、チューブ内のpH感受性顆粒の色が濃い黄色から青紫色に変化することで示され、色の変化がチューブに印刷されたスケール内にある限り読み取ることができます。次の測定で適用する新しいインジケーターチューブの濃度範囲は、使用済みのチューブの観察された色の変化から得られた情報に基づいて選択します。ポンプケースに取り付けられたチューブブレーカーでヘッドを壊して、両端の新しいインジケーターチューブを開きます。
チューブの端をPTFEチューブとポンプ口に押し込むことにより、端子PTFEチューブとポンプの間にインジケーターチューブを挿入します。チューブに印刷されているスケールの最低値のチューブ端をPTFEチューブに挿入し、最大値のあるチューブ端をポンプ口に挿入します。自動ポンプのOKボタンを押すか、ハンドポンプを圧縮して、デフォルトのストローク数までポンプを開始します。
使用済みのチューブで事前にポンピングしてから実際の測定を開始するまでの一時停止をできるだけ短くしてください。ハンドポンプを使用して測定する場合は、ハンドポンプの最初のストロークと同時にストップウォッチをスタートさせます。標準ストローク数に達し、ハンドポンプが完全にリラックスしたら、測定を終了します。
末端ストロークに達した後、ハンドポンプを弛緩させて、ストップウォッチの測定を終了します。チューブに印刷されたスケールの最小値の最初の行表示が標準ストローク番号より後に達しない場合は、ストローク数を最大50ストロークまで増やします。ポンピングの終了後は、インジケーターチューブの目盛りの少なくとも最初の線に達した場合にのみ、インジケーターチューブの読み取り値を使用してください。
色の線がわずかに傾いているか不均一であることが多く、濃度値を記録するため、チューブ上の最も遠い色の変化をすべての側面から読み取ります。プロット、日付、測定時刻、ストローク数、およびレコードシートのPPMでの読み取り値をメモします。清潔なペーパータオルで、チャンバーの縁に付着した土、肥料、または肥料成分から清掃します。
次に、DTMシステムを地面から持ち上げて、前と同じようにフラッシュします。プロット内の異なる場所で複数の測定を行い、測定の信頼性を高めます。実験圃場の中央に鋼棒に固定したパッシブサンプラーを、圃場に肥料を施用した直後に、土壌またはキャノピー表面から0.15メートルの高さに置きます。
スラリー肥料の施用トラクターまたはシステムで急いで、サンプラーを遅滞なく設置してください。乾燥した土壌の場合は、ハンマーで鋼棒を土壌に挿入します。パッシブサンプラーを配置した後、最初のサンプリング間隔で、分別されたトレイまたはバッグでパッシブサンプラーまで歩きます。
バイアルを酸性溶液で取り扱う前に手袋を着用してください。それぞれのプロットとサンプリング間隔でバイアルを取り出します。パッシブサンプラーのボトルを緩め、バイアルから0.05モルの硫酸溶液をボトルの口に注ぎます。
次に、バイアルの蓋をねじ込み、トレイまたはバッグに戻します。サンプリング間隔の完了後にパッシブサンプラーで0.05モルの硫酸溶液を交換するには、パッシブサンプラーを慎重に緩め、排出穴を介して窓の間の溶液を空の元のバイアルに慎重に配線します。ボトルの口からサンプラーに、後続の未使用のバイアルから新しい0.05モル硫酸溶液を補充します。
両方のバイアルの蓋を正しいラベルでねじ込みます。パッシブサンプラーをスチールロッドに接続された蓋にねじ込んでロッドに固定します。レコードシートにプロット番号と充填時間をメモします。
テキストプロトコルで説明されているように、アンモニアの屈曲を計算します。トレイルホースを使用した適用と比較して、牛のスラリーの適用後にアンモニア排出量を削減するためのいくつかの方法の効果をテストするためのフィールドトライアルの結果が示されていますiロータリーティラーへの組み込み、酸性化スラリーの組み込み、およびクローズドスロット注入を含む。この方法では、アンモニア排出量との間に非常に有意な差が見られ、クローズドスロット注入による適用による損失削減と、その後の組み込みによる酸性化による最も強力な損失削減が得られました。
これらのプロットは、ウレアーゼ阻害剤と硝化阻害剤を添加した状態と添加しない場合とで異なる尿素肥料を適用した後の累積アンモニア排出量の違いを示しています。アンモニア放出は、硝化阻害剤の使用とは無関係に、ウレアーゼ阻害剤の使用によって大幅に減少しました。尿素のみと硝化抑制剤の併用が最も高い排出量を示しました。
実証された方法は、尿素肥料と硝酸カルシウムアンモニアからのアンモニア排出に対する気象条件の強い影響を捉え、さまざまな施用日におけるさまざまな時間経過と排出レベルに反映されます。低温と降雨は排出量を大幅に減少させますが、高温は相対的な損失と速度を増加させます。アンモニア排出量の変化が冬小麦の窒素吸収に及ぼす影響は、マルチプロットのフィールドトライアルでのみ実証できることが示されています。
穀物の窒素吸収は、アンモニアの排出に伴って直線的に減少しました。この手順に従うことで、温室効果ガス、チャンバー測定、土壌サンプリング、植物サンプリングなどの他の方法を適用して、農業効率と全体的な環境持続可能性を決定することもできます。このビデオをご覧いただきありがとうございます、そして提案された方法の適用が成功することを願っています。
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
概要
この研究は、多区画フィールド試験における複製プロットからのアンモニア排出量を定量化するための現地法を提示します。この方法は統計的検定を容易にし、主要な農学的および農業生態学的問題に対処するのに役立ちます。
主要な研究要素
科学分野
- 農学
- 農業生態学
- 環境科学
背景
- アンモニア排出は、富栄養化や土壌酸性化などの環境問題に寄与します。
- これらの排出は主に農業源から発生します。
- アンモニア損失の定量化は環境への影響を理解するために重要です。
- フィールド試験は排出の統計分析に貴重なデータを提供できます。
研究目的
- 農業環境におけるアンモニア排出を定量化する。
- 排出に対する処置効果の統計分析を容易にする。
- 肥料使用効率と環境への影響を評価する。
使用した方法
- アンモニア排出の現地測定。
- 多区画フィールド試験における複製プロットの使用。
- 測定のための電気電源からの独立性。
- 風向の影響を最小限に抑えるための正方形のプロット形状。
主要な結果
- 提示された方法により、正確なアンモニア排出量の定量化が可能になります。
- 統計分析により、作物発育と排出の関係が明らかになります。
- この方法は肥料効率の理解を深めます。
- アンモニアに関連する環境評価のためのフレームワークを提供します。
結論
- この方法はフィールド試験におけるアンモニア測定に効果的です。
- 農学研究と環境評価をサポートします。
- 将来の研究は、より広範な応用のためにこの方法論を基に構築できます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
This method enables robust quantification of ammonia emissions in replicated field trials, supporting statistical validation of treatment effects in agronomic research. It provides a power-independent, scalable approach for assessing fertilizer use efficiency and environmental impact across diverse field conditions. The technique facilitates data-driven decisions in nutrient management and emission mitigation strategies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables hypothesis testing of fertilizer and inhibitor effects on ammonia loss through controlled field replication.
- Operational Value: Supports multi-plot experimental designs without electrical power requirements, increasing field trial flexibility.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative ammonia flux data (kg N ha⁻¹) via calibrated passive sampling for comparative compound or formulation screening.
- Operational Value: Standardizes semi-quantitative measurements across plots using a dynamic tube-derived transfer coefficient for assay consistency.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Links ammonia emission profiles to crop nitrogen uptake, enabling assessment of nutrient use efficiency and environmental fate.
- Operational Value: Facilitates longitudinal monitoring of emissions over multiple days to capture diurnal and weather-dependent variability.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into discovery workflows by providing emission data that informs early-stage evaluation of agrochemical formulations and nutrient management strategies.
- Discovery Biology: Supports mechanistic interrogation of how fertilizers, inhibitors, and application techniques influence environmental ammonia loss.
- Screening: Enables high-reproducibility, multi-condition comparison of treatment effects on volatilization rates.
- Analytics: Delivers time-resolved, quantitative flux measurements that allow statistical comparison across plots and treatments.
- Translational Research: Connects emission data to plant nitrogen uptake, supporting translation from field observation to agronomic outcome.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, low-infrastructure field method for repeated use across seasons, sites, and formulation screens.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces uncertainty in emission estimates by enabling statistically robust, replicated field measurements.
- Operational Value: Eliminates dependency on grid power, allowing deployment in remote or resource-limited field sites.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions in formulation development by providing reliable environmental loss profiles.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement of fertilizers and inhibitors based on validated emission reduction data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in field plot setup, sampler installation, and chemical handling of acid solutions.
- Needs dynamic tube system, passive samplers, sulfuric acid vials, and PTFE tubing for operation.
- Demands standardized timing and placement protocols to minimize cross-plot ammonia drift and wind effects.
- Best suited for bare soil or low canopy (<0.3 m) conditions; taller vegetation requires cautious interpretation.
- Relies on consistent environmental conditions across plots to validate transfer coefficient scaling.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:56
Experimental Design and General Operational Instructions
1:46
Procedure for Measurement with DTM
6:07
Procedure for Measurement with Passive Samplers
8:09
Results: Cumulative Ammonia Emissions and Treatment Effects on Ammonia Emissions from Field Applied Slurries and Synthetic Nitrogen Fertilizers
9:54
Conclusion
