15개의질소 분석을 위한 마이크로플롯 설계 및 식물 및 토양 샘플 준비

요약

¹⁵N 추적기 연구를 위한 마이크로플롯 설계는 여러 계절식물 및 토양 샘플링 이벤트를 수용하기 위해 설명된다. ^15N분석을 위해 연삭 및 계량 프로토콜을 포함한 토양 및 식물 샘플 수집 및 처리 절차가 제시됩니다.

초록

많은 질소 비료 연구는 곡물 수율 또는 누적 N 손실과 같은 시즌 종료 측정에 대한 치료의 전반적인 효과를 평가합니다. 토양 작물 시스템을 통해 비료 유래 N(FDN)의 운명을 따르고 정량화하기 위해서는 안정적인 동위원소 접근법이 필요하다. 이 논문의 목적은 두 번의 재배 시즌 동안 여러 토양 및 식물 샘플링 이벤트에 대한 비밀한 ¹⁵N 농축 마이크로플롯을 활용한 소규모 플롯 연구 설계를 설명하고 총 ^15N분석을 위한 샘플 수집, 처리 및 처리 프로토콜을 제공하는 것입니다. 이 방법은 미네소타 중남부에서 옥수수에 심은 복제된 연구를 사용하여입증되었습니다(Zea mays L.). 각 처리는 1끝에 내장된 마이크로플롯(2.4m x 3.8m)으로 6개의 옥수수 행(76cm 행 간격) 15.2m로 구성되었다. 비료 급 우레아는 심기 시 135kg^N∙ha-1로 적용되었으며, 마이크로플롯은 재배 기간 동안 5원자% ^15N토양 및 식물 샘플로 농축된 우레아를 여러 번 수차례 취했으며, 별도의 도구를 사용하여 교차 오염을 최소화하고 모든 시술 중에 풍부하지 않고 농축된 시료를 물리적으로 분리하여 교차 오염을 최소화했습니다. 토양 및 식물 샘플은 건조되어 2mm 화면을 통과한 다음 롤러 항아리 밀을 사용하여 밀가루와 같은 일관성으로 접지했습니다. Tracer 연구는 추가 계획, 샘플 처리 시간 및 수동 노동이 필요하며 기존 N 연구보다 ¹⁵N 농축 재료 및 샘플 분석에 대해 더 높은 비용이 발생합니다. 그러나, 질량 균형 접근 방식을 사용하여, 여러 시즌 샘플링 이벤트를 가진 추적자 연구는 연구원이 토양 작물 시스템을 통해 FDN 분포를 추정하고 시스템에서 FDN에 대한 회계되지 않은 추정을 할 수 있습니다.

서론

비료 질소 (N) 사용은 증가하는 글로벌 인구의 식품, 섬유, 사료 및 연료 요구를 충족하기 위해 농업에 필수적이지만 농업 분야의 N 손실은 환경 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. N은 토양 작물 시스템에서 많은 변화를 겪고 있기 때문에 N 사이클링, 작물 활용 및 비료 N의 전반적인 운명에 대한 더 나은 이해가 N 사용 효율성을 촉진하고 환경 손실을 최소화하는 관리 관행을 개선하는 데 필요합니다. 전통적인 N 비료 연구는 주로 작물 수확량, N 속도에 비해 작물 N 섭취량(명백한 비료 사용 효율) 및 잔류 토양 N과 같은 시즌 종료 측정에 대한 치료의 효과에 중점을 둡니다. 이러한 연구는 전체 시스템 N 입력, 출력 및 효율성을 정량화하지만 비료 소스 또는 토양에서 파생된 토양 작물 시스템에서 N을 식별하거나 정량화할 수 없습니다. 안정적인 동위원소를 사용하는 다른 접근법은 토양 작물 시스템에서 비료 유래 N(FDN)의 운명을 추적하고 정량화하는 데 사용되어야 한다.

질소는 2개의 안정동위원소, ¹⁴N 및 ¹⁵N을 가지고 있으며, 이는 자연에서 비교적 일정한 비율로 발생하며 ¹⁴N/15 N¹⁵1(0.366 원자% ¹⁵N 또는 3600 ....

프로토콜

1. 필드 사이트 설명

참고: ^15N추적자 필드 시험을 수행할 때 선택한 사이트는 토양, 지형 및 물리적 특징^5로인한 변동을 최소화해야 합니다. 교차 오염은 경사, 바람 또는 물 전좌, 또는 틸지로 인한 측면 토양 이동에 따라 발생할 수 있으며, N 토양의 수직 분포는 지하 수분 흐름 및 타일 배수^6에의해 영향을 받을 수 있다.

1. 과거 관리(예: 이전 작물 및 경도), 위도 및 경도, 토양 물리적 및 화학적 특성(예: 토양 텍스처 분석, 초기 불임 조건, pH 및 토양 벌크 밀도)을 포함한 실험 현장 부위를 설명합니다.
2. 연구 사이트와 필드 코너에 대한 GPS 좌표를 기록합니다.
3. 해충 및 질병 관리(제초제, 살충제 또는 살균제 사용), 토양 불임 관리(비율, 출처, 배치 및 적용 타이밍 포함), 경유, 관개 이벤트 및 양 및 잔류물 관리를 포함한 성장하는 계절 관리를 설명합니다.
4. 작물 성장과 미생물 매개 N 변환은 토양 수분, 토양 온도 및 공기 온도의 영향을 받아 토양 샘플링 깊이를 반영하는 여러 깊이에서 매일 높고 낮은 온도, 일일 강수량 및 토양 수분 및 온도를 포함....

결과

이 논문에 제시된 결과는 2015년 미네소타 대학교 서던 아웃리치 및 연구 센터와 MN 근처에 위치한 현장 현장에서 나온 것입니다. 이 사이트는 2015년 이전에 옥수수대두[글리신 맥스(L.) Merr] 회전으로 관리되었지만 2015년과 2016년 재배 시즌 동안 옥수수 회전으로 관리되었습니다. 토양은 니콜렛 점토 로암 (미세 혐오, 혼합, 초활성, mesic Aquic Hapludolls)-웹스터 클레이 로암 (미세 혐오, 혼합, 초활성, mesic Typic Endoaquolls) 복합체였다. 토양 불임은 N^18을제외한 대학 지침에 따라 관리되었다. 몇몇 N 비료 처리는 4개의 복제를 가진 무작위화된 완전한 블록 디자인에서 배열되었습니다 그러나 단지 135 kg N∙ha^-1 비율은 심기에서 우레아로 적용된 이 논문에 제시됩니다. 토양 벌크 밀도는 그대로 코어^.......

토론

안정적인 동위원소 연구는 토양 작물 시스템을 통해 FDN을 추적하고 정량화하는 데 유용한 도구입니다. 그러나 N 추적기 연구와 관련된 세 가지 주요 가정이 위반되면이 방법론을 사용하여 얻은 결론을 무효화 할 수 있습니다. 그(것)들은 1) 트레이서가 시스템 전체에 균일하게 분포되고, 2) 연구 하에 프로세스는 동일한 비율로 발생하고, 3) N은 ¹⁵N 농축 풀을 떠나는 것은^3을반환하지 않는다. 이 연구는 토양 작물 시스템 전반에 걸쳐 총 FDN의 분포에 관심이 있기 때문에, 가정 2 및 3 최소한의 관심사^21입니다.

¹⁵N 농축 물질의 높은 비용은 일반적으로 ¹⁵N 추적기 연구의 크기를 제한합니다. 따라서 N 추적기 연구를 시작하기 전에 연구팀은 샘플링 이벤트 수, 연구 기간(일에서 수년) 및 N 비료 적용률 및 자연 풍요로움(0.366.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
20mL 섬광 바이알	ANY; Fisher Scientific이 한 가지 예입니다	0334172C
250mL 붕규산 유리병	QORPAK	264047
48웰 플레이트	EA 소모품	E2063
96웰 플레이트	EA 소모품	E2079
천 부품 백(30x50cm)	ANY	NA	옥수수 귀용
CO2 배낭 분무기	ANY; Bellspray Inc는 모델	T
코인 봉투(6.4x10.8cm)	. ULINE은 한 가지 예입니다	: S-6285	: 2mm 지상 식물 샘플
옥수수 치퍼	ANY; DR Chipper Shredder는 하나의 예입니다	SKU : CS23030BMN0	옥수수 바이오 매스
옥수수 종자	치	NA	지역에 적합한 하이브리드
일회용 신발 커버	ANY; Boardwalk는
	. Decon Laboratories Inc.는 한 가지 예입니다	2701TP
패브릭 백 졸라 매는 끈 (90x60 cm)	ANY	NA	식물 샘플 수집
용 비료 요소 (46-0-0)	ANY	NA	~ 0.366 원자 % 15N
핸드 레이크	ANY; Fastenal Company는	5098-63-107
Hand sickle	. Home Depot는 식물	샘플 수집을 위한	NJP150
.	AMS는	401.01
수압 토양 프로브	. Giddings는	GSPS
염산, 12N	Ricca Chemical	R37800001A
Jar mill	. Cole-Parmer는 한 가지 예입니다	SI-04172-50
Laboratory Mill	Perten	3610
소수점 이하 네 자리까지 정확한 곡물 마이크로 밸런스	용; Mettler Toledo는	XPR2
N95 미립자 필터링 안면 호흡기	ANY의 한 예이며, ULINE은	S-9632
네오프렌 또는 부틸 고무 장갑	ANY	NA	HCl 산성 목욕
작업용 종이 하드웨어 백(13.3x8.7x27.8 cm)	. ULINE은 토양	샘플 및 옥수수 곡물	S-8530
	. 토마스 와일리 모델 4 밀은 한 가지 예입니다	: 1188Y47-TS	: 부서진 옥수수 바이오 매스를 2mm 입자로 분쇄하기 위해
플라스틱 태그	ULINE	S-5544Y-PW	직물 가방 및 마이크로 플롯 줄기 번들 라벨링
용 수산화 나트륨 펠릿, ACS	스펙트럼 화학	SPCM-S1295-07
토양 분쇄	ANY; 모터가 있는 AGVISE 스테인리스강 그라인더는 한 가지 예입니다		통과하는 토양을 분쇄하기 위한
주석 캡슐 9x10mm	Costech Analytical Technologies Inc.
요소 (46-0-0)	MilliporeSigma	490970	10 원자 % 15N

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