Summary

15窒素分析のためのマイクロプロット設計と植物および土壌サンプル調製

Published: May 10, 2020
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Summary

15Nトレーサー研究のためのマイクロプロット設計は、複数の季節内の植物および土壌サンプリングイベントに対応するために記述されています。15N分析のための粉砕および計量の議定書を含む土および植物のサンプルの収集および処理のプロシージャは出される。

Abstract

多くの窒素肥料研究は、穀物収量や累積N損失などの季節末の測定に対する治療の全体的な効果を評価します。土壌作物システムを通じて肥料由来N(FDN)の運命に従い、定量化するためには、安定した同位体のアプローチが必要です。本稿の目的は、2つの成長期にわたる複数の土壌および植物サンプリングイベントに対して、非閉じ込めの15N濃縮マイクロプロットを利用した小さなプロット研究設計を説明し、合計15N分析のためのサンプル収集、取り扱い、および処理プロトコルを提供することである。この方法は、ミネソタ州南中部からトウモロコシに植えられた複製研究(Zea mays L.)を用いて実証された。各処理は、15.2 mの6つのトウモロコシ列(76 cmの行間隔)で構成され、一方の端にマイクロプロット(2.4 m x 3.8 m)が埋め込まれています。肥料グレードの尿素は植え付け時に135kgのN∙ha-1で塗布され、尿素を受けたマイクロプロットは5原子%15N.に富んだ尿素を受け取り、土壌および植物サンプルを栽培期を通じて数回採取し、別々の工具を使用して交差汚染を最小限に抑え、すべての手順で濃縮された不富分化したサンプルを物理的に分離することに注意を払いました。土壌および植物サンプルを乾燥させ、粉砕して2mmスクリーンを通過し、ローラージャーミルを使用して小麦粉のような一貫性に粉砕した。トレーサの研究では、追加の計画、サンプル処理時間、手作業が必要であり、従来のN研究よりも15N濃縮材料とサンプル分析に高いコストがかかります。しかし、質量バランスアプローチを使用して、複数の季節サンプリングイベントを使用したトレーサー研究により、研究者は土壌作物システムを通じてFDN分布を推定し、システムから未確認のFDNを推定することができます。

Introduction

肥料窒素(N)の使用は、世界人口の増加に対する食料、繊維、飼料、燃料需要を満たすために農業に不可欠ですが、農業分野からのN損失は環境品質に悪影響を及ぼす可能性があります。Nは土壌作物システムにおいて多くの変化を遂げるため、Nの使用効率を促進し、環境損失を最小限に抑える管理慣行を改善するために、Nサイクリング、作物利用、肥料Nの全体的な運命をよりよく理解することが必要です。従来のN肥料研究は、主に収穫収量、N率に対する作物Nの取り込み(明らかな肥料の使用効率)、および残留土壌Nなどの季節の終わりの測定に対する治療の効果に焦点を当てています。これらの研究は、全体のシステムNの入力、出力、および効率を定量化するが、肥料源または土壌に由来する土壌作物系でNを同定したり定量化したりすることはできません。安定同位体を用いた別のアプローチは、土壌作物系における肥料由来N(FDN)の運命を追跡し、定量化するために使用されなければならない。

窒素は、14 N/15N1(0.366原子%15 N1または3600ppm15 15N2、3)の比較的一定の比で自然界に発生する2つの安定同位体315、14Nおよび15N有する。 1415Nの富化肥料の添加は土システムの合計15Nの含量を増加させる。15Nの富化肥料が富化土壌Nと混合するので、14N/15N比の測定された変化は、研究者が土壌プロファイル内および作物33、44にFDNを追跡することを可能にする。質量バランスは、システムとその各部品215Nトレーサの合計量を測定することによって計算することができます。15Nの濃縮肥料は従来の肥料よりもかなり高価であるため、15N濃縮されたマイクロプロットはしばしば治療プロットに埋め込まれています。この方法論文の目的は、トウモロコシ(Zea mays L.)の複数の季節内土壌および植物サンプリングイベントのマイクロプロットを利用した小さなプロットの研究設計を記述し、合計15N分析のために植物および土壌サンプルを調製するためのプロトコルを提示することである。これらの結果は、N肥料の使用効率を推定し、バルク土壌と作物のFDNの部分的なN予算会計を作成するために使用することができます。

Protocol

1. フィールドサイトの説明 注: 15N トレーサー フィールド試験を実行する場合、選択したサイトは土壌、地形、および物理的な特徴に起因する変動を最小限に抑える必要があります5.クロスコンタミネーションは、斜面、風または水の転座による横方向の土壌移動に続いて起こり得る、または耕作中に土Nの垂直分布は、地下水流およびタイル排水<…

Representative Results

本論文の結果は、ミネソタ大学サザンアウトリーチ・リサーチセンター(MN)の近くに2015年に設立されたフィールドサイトから得られたものです。このサイトは、2015年以前はトウモロコシ大豆[グリシンマックス(L.)Merr]ローテーションとして管理されていましたが、2015年と2016年の成長期にトウモロコシの回転として管理されていました。土壌はニコレット粘土ロ?…

Discussion

安定同位体研究は、土壌作物システムを介してFDNを追跡し、定量化するための有用なツールです。しかし、Nトレーサー研究に関連する3つの主な仮定があり、違反した場合、この方法論を使用して得られた結論を無効にする可能性があります。それらは1)トレーサーがシステム全体に均一に分布し、2)研究の下でのプロセスは同じ速度で起こり、3)Nは15N濃縮されたプールを残して<sup cla…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

著者らは、ミネソタ・コーン・リサーチ・アンド・プロモーション・カウンシル、ヒューグ・ハリソン・フェローシップ、ミネソタ州のディスカバリー・リサーチ・アンド・イノヴィズ・エコノミー(MnDRIVE)フェローシップの支援を認めている。

Materials

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

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Cite This Article
Spackman, J. A., Fernandez, F. G. Microplot Design and Plant and Soil Sample Preparation for 15Nitrogen Analysis. J. Vis. Exp. (159), e61191, doi:10.3791/61191 (2020).

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