Projektowanie mikrowykresów oraz przygotowanie próbek roślin i gleby do ^{analizy 15}azotu

Metodologia ta może pomóc naukowcom w ilościowym określeniu wpływu nawożenia azotem na system upraw glebowych i odpowiedzieć na pytania dotyczące efektywności wykorzystania azotu. Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala ona na wielokrotne pobieranie próbek gleby i roślin w ciągu dwóch kolejnych sezonów wegetacyjnych. Metodologia ta może pomóc nam lepiej zrozumieć procesy cyklu azotowego mineralizacji i mobilizacji w celu poprawy wytycznych dotyczących zarządzania nawozami azotowymi.

Aby założyć poletko polowe, posadź sześć warg kukurydzy w odstępach 76 centymetrów z końcowym wymiarem działki 15,2 na 4,6 metra. Ustanowić obszary graniczne o długości 1,5 metra od każdego końca wymiaru wzdłużnego oraz dodatkowy obszar graniczny o długości 1,5 metra przylegający do obszarów pobierania próbek i zbiorów. Rzędy drugi i trzeci należy wyznaczyć jako obszar pobierania próbek roślin i gleby w sezonie, a rzędy czwarty i piąty jako obszar zbioru plonów ziarna kukurydzy.

Ustal mikroobszar działki o wymiarach 2,4 na 3,8 metra wyśrodkowany na wymiarze szerokości w celu zebrania wszystkich próbek roślin i gleby wzbogaconych azotem, pozostawiając 38 metrów niepobranej próbki granicy na długości i szerokości, aby zminimalizować wszelkie efekty krawędzi. Następnie obrysuj działkę zabiegową i narożniki mikro działki za pomocą różnokolorowych flag. Podczas wchodzenia na mikropoletka należy nosić ochraniacze na buty i zminimalizować ruch pieszy na mikropoletkach, aby zapobiec zanieczyszczeniu niewzbogaconych obszarów pobierania próbek, zdejmując osłony stóp podczas opuszczania obszaru mikropoletka.

Aby zastosować nawóz wzbogacony azotem-15, rozcieńczyć 10 atomów mocznika wzbogaconego azotem-15 w konwencjonalnym moczniku do pięciu atomów procentowego mocznika wzbogaconego azotem i rozpuść mocznik w dwóch litrach wody dejonizowanej, aby zapewnić równomierne wzbogacenie nawozu mocznikowego. Użyj skalibrowanego plecakowego opryskiwacza dwutlenku węgla, aby równomiernie nanieść roztwór mocznika wzbogacony azotem-15 na mikropoletki. Następnie w ciągu 24 godzin od aplikacji należy wprowadzić nawozy zawierające mocznik przy lekkiej uprawie, grabiach ręcznych lub nawadnianiu na 64 centymetry, aby zminimalizować potencjał strat ulatniania.

Na każdym etapie pobierania próbek należy pobrać sześć nadziemnych próbek kompozytowych roślin kukurydzy niewzbogaconych azotem-15 z obszaru pobierania próbek oraz sześć próbek złożonych z roślin kukurydzy znajdujących się nad ziemią z mikropoletka wzbogaconego azotem-15. Rozdrobnij VH i R1 nad ziemią biomasę i umieść posiekaną biomasę w oznakowanych workach lub suszarce i piecu z wymuszonym obiegiem powietrza w temperaturze 60 stopni Celsjusza do uzyskania stałej masy. Zapisać suchą masę biomasy i dokładnie wymieszać i zmielić od 100 do 200 gramów suszonego materiału roślinnego, aż będzie mógł przejść przez sito o średnicy dwóch milimetrów.

Następnie dokładnie wymieszaj zmielony materiał i przechowuj podpróbkę w oznakowanej kopercie na monety do dalszego przetwarzania. W przypadku przetwarzania próbki gleby, w ciągu ośmiu dni od zastosowania nawozu, należy użyć sondy ręcznej, aby pobrać czterordzeniową próbkę gleby kompozytowej o średnicy 1,8 centymetra z niewzbogaconego obszaru pobierania próbek przy VH i R1 równolegle z pobieraniem próbek roślinnych i użyć oddzielnej sondy ręcznej do pobrania 15-rdzeniowej próbki gleby kompozytowej o średnicy 1,8 centymetra z mikropoletka. Homogenizować każdą złożoną próbkę gleby w wiadrze i umieszczać próbki we wstępnie oznakowanych papierowych torebkach.

Następnie wysuszyć próbki gleby w temperaturze 35 stopni Celsjusza w piecu z wymuszonym obiegiem powietrza do uzyskania stałej masy, a następnie zmielić każdą próbkę, aż będzie mogła przejść przez sito o średnicy dwóch milimetrów. W celu przetworzenia próbki w laboratorium należy wysuszyć próbki z planu gruntowego przez noc w piecu o temperaturze 60 stopni Celsjusza, a następnie indywidualnie mielić wysuszone próbki roślin i gleby w słoikach rolkowych w ilości czterokrotnej g przez sześć do 24 godzin, aż próbki uzyskają drobną konsystencję przypominającą mąkę. Następnie przenieś drobno zmielony materiał do czystych, oznakowanych fiolek sililowych o pojemności 20 mililitrów.

Aby określić całkowite stężenie i stężenie azotu-15 w każdej próbce, w rękawicach nitrylowych należy najpierw użyć chusteczek laboratoryjnych i etanolu do oczyszczenia mikroskali, powierzchni roboczych, szpatułki i kleszczy. Umieść czyste przybory na chusteczce laboratoryjnej na stole laboratoryjnym i za pomocą kleszczy delikatnie rozkloszyuj otwór kapsułki z próbką. Upiecz i wypuść zmodyfikowaną kapsułkę od jednego do dwóch milimetrów nad mikrowagą, zważ szalkę i oderwij kapsułkę.

Za pomocą kleszczyków przywróć kapsułkę do czystej powierzchni roboczej i za pomocą szpatułki ostrożnie dodaj do kapsułki wymaganą masę drobno zmielonego materiału próbki. Użyj kleszczyków, aby powoli zacisnąć górną trzecią część załadowanej kapsułki i złóż ją, aby uszczelnić. Kontynuuj składanie i ściskanie kapsułki, uważając, aby nie przebić ani nie rozerwać puszki, dopóki nie uzyskasz kulistego kształtu.

Użyj kleszczy, aby kilkakrotnie upuścić owiniętą kapsułkę z wysokości jednego centymetra na czystą, ciemną powierzchnię, aby sprawdzić, czy nie ma wycieków. Jeśli nie pojawi się żaden pył, zważyć próbkę, jak pokazano powyżej, i umieścić kapsułkę w jednym dołku na 96-dołkowej płytce, rejestrując umieszczenie studzienki. Pomiędzy każdą kapsułką próbki wyczyść każde z przyborów i powierzchni etanolem i chusteczkami laboratoryjnymi, zwracając szczególną uwagę na krawędzie szpatułki i kleszczyków.

W tej reprezentatywnej analizie stężenie azotu pochodzącego z nawozu w nadziemnej próbce biomasy kukurydzy było największe na początku sezonu wegetacyjnego i zmniejszało się z każdym kolejnym okresem pobierania próbek. Azot pochodzenia glebowego był jednak niezmiennie największą frakcją azotu z biomasy nadziemnej, co ilustruje znaczenie zaopatrzenia gleby w azot dla optymalnego wzrostu kukurydzy. Przy dojrzałości fizjologicznej w pierwszym roku około 27% azotu z biomasy nadziemnej pochodziło z nawozów, przy czym podobne proporcje zaobserwowano we frakcjach ziarna, łodygi i kolb.

Przy dojrzałości fizjologicznej w drugim roku odzyskano tylko 2% azotu pochodzącego z nawozów w pierwszym roku w biomasie nadziemnej. Około 1,6 kg na hektar azotu pochodzącego z nawozów w pierwszym roku eksportowanego w ziarnie. W ciągu ośmiu dni od zastosowania nawozu większość azotu pochodzącego z nawozu znajdowała się w górnych 15 centymetrach profilu glebowego, zgodnie z oczekiwaniami.

Jednak około 22 kilogramy azotu z hektara przemieściło się już na głębsze głębokości, podczas gdy od czterech do 10% azotu pochodzącego z nawozów było nieuwzględnionych. Rzeczywiście, pod koniec pierwszego i drugiego roku mniej niż 50% azotu pochodzącego z nawozów zostało uwzględnionych w systemie glebowym kukurydzy, podczas gdy pozostała część została albo utracona do środowiska, albo wypłukana poniżej głębokości próbki gleby wynoszącej 90 centymetrów. Podczas próby wykonania tej procedury należy zachować szczególną ostrożność, aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego, które może unieważnić wyniki.

Nieorganiczne i organiczne frakcje gleby mogą być dalej analizowane w celu lepszego zrozumienia dynamiki obiegu azotu. Próbki roślin analizowane przez części roślin mogą być wykorzystane do poinformowania nas o pobieraniu i translokacji azotu w czasie.