En microplot design for 15N tracer forskning er beskrevet for å imøtekomme flere in-season plante og jord prøvetaking hendelser. Innsamlings- og prosessprosedyrer for jord og anlegg, inkludert slipings- og veieprotokoller, for 15N-analyse, legges frem.
Mange nitrogengjødselstudier evaluerer den totale effekten av en behandling på målinger ved sesongslutt, for eksempel kornutbytte eller kumulative N-tap. En stabil isotop tilnærming er nødvendig for å følge og kvantifisere skjebnen til gjødsel avledet N (FDN) gjennom jord-avling systemet. Formålet med dette papiret er å beskrive en liten tomt forskningsdesign ved hjelp av ikke-begrensede 15N berikede mikroplott for flere jord- og planteprøvetakingshendelser over to vekstsesonger og gi prøveinnsamling, håndtering og prosesseringsprotokoller for totalt 15N-analyse. Metodene ble demonstrert ved hjelp av en replikert studie fra sør-sentrale Minnesota plantet til mais (Zea mays L.). Hver behandling besto av seks maisrader (76 cm radavstand) 15,2 m lang med en mikroplot (2,4 m med 3,8 m) innebygd i den ene enden. Gjødsel-grade urea ble brukt på 135 kg N∙ha-1 ved planting, mens mikroplottet fikk urea beriket til 5 atom % 15N. Jord og planteprøver ble tatt flere ganger gjennom vekstsesongen, og passet på å minimere krysskontaminering ved hjelp av separate verktøy og fysisk skille uenriket og berikede prøver under alle prosedyrer. Jord- og planteprøver ble tørket, malt for å passere gjennom en 2 mm skjerm, og deretter malt til en mellignende konsistens ved hjelp av en rullekannemølle. Tracer-studier krever ytterligere planlegging, prøvebehandlingstid og manuell arbeidskraft, og pådrar seg høyere kostnader for 15N beriket materialer og prøveanalyse enn tradisjonelle N-studier. Men ved hjelp av massebalansetilnærmingen, gjør tracerstudier med flere prøvetakingshendelser i sesongen forskeren i å estimere FDN-distribusjon gjennom jordavlingssystemet og estimere ugjort fdn fra systemet.
Gjødsel nitrogen (N) bruk er avgjørende i landbruket for å møte mat, fiber, fôr, og drivstoff krav til en voksende global befolkning, men N tap fra landbruksfelt kan negativt påvirke miljøkvaliteten. Fordi N gjennomgår mange transformasjoner i jordavlingssystemet, er en bedre forståelse av N-sykling, avlingsutnyttelse og den generelle skjebnen til gjødsel N nødvendig for å forbedre forvaltningspraksisen som fremmer N-brukseffektivitet og minimerer miljøtap. Tradisjonelle N gjødsel studier primært fokusere på effekten av en behandling på slutten av sesongen målinger som avling utbytte, avling N opptak i forhold til N rate brukt (tilsynelatende gjødsel bruk effektivitet), og gjenværende jord N. Mens disse studiene kvantifiserer det generelle systemet N innganger, utganger og effektivitet, de kan ikke identifisere eller kvantifisere N i jord-avling systemet avledet fra gjødsel kilder eller jord. En annen tilnærming ved hjelp av stabile isotoper må brukes til å spore og kvantifisere skjebnen til gjødsel avledet N (FDN) i jord-avling systemet.
Nitrogen har to stabile isotoper, 14N og 15N, som forekommer i naturen i et relativt konstant forhold på 272:1 for 14N /15N1 (konsentrasjon på 0,366 atom % 15N eller 3600 ppm 15N2,3). Tilsetning av 15N beriket gjødsel øker det totale 15N-innholdet i jordsystemet. Som 15N beriket gjødsel blander med uenriket jord N, den målte endringen av 14N /15N ratio tillater forskere å spore FDN i jordprofilen og inn i avlingen3,4. En massebalanse kan beregnes ved å måle den totale mengden 15N-sporing i systemet og hver av delene2. Fordi 15N beriket gjødsel er betydelig dyrere enn konvensjonell gjødsel, 15N beriket mikroplott er ofte innebygd i behandlingsplottene. Formålet med denne metoden papir er å beskrive en liten tomt forskningsdesign utnytte mikroplots for flere in-season jord og plante prøvetaking hendelser for mais (Zea mays L.) og å presentere protokoller for å forberede plante og jord prøver for totalt 15N analyse. Disse resultatene kan deretter brukes til å estimere N gjødsel bruk effektivitet og opprette en delvis N budsjett regnskap for FDN i bulk jord og avlingen.
Stabil isotopforskning er et nyttig verktøy for sporing og kvantifisering av FDN gjennom jordavlingssystemet. Det er imidlertid tre hovedforutsetninger knyttet til N-sporingsstudier som hvis det brytes kan ugyldiggjøre konklusjoner hentet fra å bruke denne metoden. De er 1) tracer er jevnt fordelt i hele systemet, 2) prosesser under studien oppstår i samme hastigheter, og 3) N forlater 15N beriket bassenget returnerer ikke3. Fordi denne studien er interessert i fordelingen av total …
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne anerkjenner støtten fra Minnesota Corn Research & Promotion Council, Hueg-Harrison Fellowship og Minnesota’s Discovery, Research and InnoVation Economy (MnDRIVE) Fellowship.
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 (30×50 cm) | ANY | NA | For corn ears |
CO2 Backpack Sprayer | ANY; Bellspray Inc is one example | Model T | |
Coin envelop (6.4×10.8 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 (90×60 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 (13.3×8.7×27.8 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 5×9 mm | Costech Analytical Technologies Inc. | 041061 | |
Tin capsule 9×10 mm | Costech Analytical Technologies Inc. | 041073 | |
Urea (46-0-0) | MilliporeSigma | 490970 | 10 atom % 15N |