Mikroplot-Design und Pflanzen- und Bodenprobenvorbereitung für 15Stickstoffanalysen

Zusammenfassung

Ein Mikroplot-Design für ¹⁵N Tracer-Forschung wird beschrieben, um mehrere saisonale Pflanzen- und Bodenproben-Ereignisse zu berücksichtigen. Für die 15-N-Analyse werden Boden- ¹⁵und Pflanzenprobenentnahme- und -verarbeitungsverfahren, einschließlich Schleif- und Wägeprotokolle, durchgeführt.

Zusammenfassung

Viele Stickstoffdüngerstudien bewerten die Gesamtwirkung einer Behandlung auf Messungen am Ende der Saison wie Getreideertrag oder kumulative N-Verluste. Ein stabiler Isotopenansatz ist notwendig, um das Schicksal von Dünger aus Dem N (FDN) durch das Boden-Pflanzen-System zu verfolgen und zu quantifizieren. Der Zweck dieses Papiers besteht darin, ein kleines Forschungsdesign zu beschreiben, das nicht beschränkte ¹⁵N angereicherte Mikroplots für mehrere Boden- und Pflanzenprobenereignisse über zwei Vegetationsperioden verwendet, und Probensammlungs-, Handhabungs- und Verarbeitungsprotokolle für insgesamt ¹⁵N-Analysen bereitzustellen. Die Methoden wurden mit hilfe einer replizierten Studie aus dem südlichen Zentralen Minnesota auf Mais gepflanzt (Zea mays L.) demonstriert. Jede Behandlung bestand aus sechs Maisreihen (76 cm Reihenabstand) von 15,2 m Länge mit einem Mikroplot (2,4 m x 3,8 m), der an einem Ende eingebettet war. Bei der Pflanzung wurde Harnstoff in Düngemittelqualität bei 135 kg Nha^-1 aufgetragen, während der Mikroplot Harnstoff erhielt, der auf 5 Atom % ¹⁵N angereichert war. Boden- und Pflanzenproben wurden während der gesamten Vegetationsperiode mehrmals entnommen, wobei darauf geachtet wurde, die Kreuzkontamination durch die Verwendung separater Werkzeuge zu minimieren und während aller Verfahren nicht angereicherte und angereicherte Proben physisch zu trennen. Boden- und Pflanzenproben wurden getrocknet, gemahlen, um durch einen 2 mm Sieb zu gehen, und dann mit einer Walzenglasmühle zu einer mehlartigen Konsistenz gemahlen. Tracer-Studien erfordern zusätzliche Planung, Probenverarbeitungszeit und manuelle Arbeit und verursachen höhere Kosten für ¹⁵N angereicherte Materialien und Probenanalyse als herkömmliche N-Studien. Mit dem Massenbilanzansatz ermöglichen Tracer-Studien mit mehreren saisonalen Stichprobenereignissen dem Forscher jedoch, die FDN-Verteilung durch das Boden-Pflanzen-System zu schätzen und nicht für FDN aus dem System ermittelte FDN zu schätzen.

Einleitung

Der Einsatz von Düngemittelstickstoff (N) ist in der Landwirtschaft unerlässlich, um den Nahrungsmittel-, Faser-, Futtermittel- und Brennstoffbedarf einer wachsenden Weltbevölkerung zu decken, aber N-Verluste aus landwirtschaftlichen Feldern können sich negativ auf die Umweltqualität auswirken. Da N viele Veränderungen im Boden-Pflanzen-System durchläuft, ist ein besseres Verständnis von N-Zyklus, Erntenutzung und dem Gesamtschicksal von Dünger N notwendig, um Managementpraktiken zu verbessern, die N-Effizienz fördern und Umweltverluste minimieren. Traditionelle N-Düngemittelstudien konzentrieren sich in erster Linie auf die Auswirkungen einer Behandlung auf Messungen am Ende der Saison, wie z. B. Ernteertrag, Ernte N-Aufnahme im Verhältnis zur angewandten N-Rate (scheinbare Düngemittelnutzungseffizienz) und Restboden N. Während diese Studien das Gesamtsystem N Inputs, Outputs und Effizienz quantifizieren, können sie N im Boden-Pflanzen-System, das aus Düngemittelquellen oder dem Boden stammt, nicht identifizieren oder quantifizieren. Ein anderer Ansatz mit stabilen Isotopen muss verwendet werden, um das Schicksal von Dünger aus Dem N (FDN) im Boden-Pflanzen-System zu verfolgen und zu quantifizieren.

Stickstoff hat zwei stabile Isotope, ¹⁴N und ¹⁵N, die in der Natur mit einem relativ konstanten Verhältnis von 272:1 für ¹⁴N/^15N1 auftreten (Konzentration von 0,366 Atom % ¹⁵N oder 3600 ppm ¹⁵N^2,3). Die Zugabe von ¹⁵N angereichertem Dünger erhöht den Gesamtgehalt des Bodensystems um ¹⁵N. Da ¹⁵N angereicherter Dünger mit nicht angereichertem Boden N vermischt, ermöglicht die gemessene Veränderung des Verhältnisses von ¹⁴N/¹⁵N den Forschern die Rückverfolgung von FDN im Bodenprofil und in die Ernte^3,4. Eine Massenbilanz kann berechnet werden, indem die Gesamtmenge von ¹⁵N Tracer im System und jedem seiner Teile²gemessen wird. Da ¹⁵N angereicherte Düngemittel deutlich teurer sind als herkömmliche Düngemittel, sind ^{oft 15}N angereicherte Mikroplots in die Behandlungsflächen eingebettet. Der Zweck dieses Methodenpapiers besteht darin, ein Kleines-Plot-Forschungsdesign zu beschreiben, bei dem Mikroplots für mehrere Boden- und Pflanzenprobenereignisse für Mais(Zea mays L.) verwendet werden, und Protokolle für die Vorbereitung von Pflanzen- und Bodenproben für eine Gesamtanalyse ^{von 15}N vorzulegen. Diese Ergebnisse können dann verwendet werden, um die Effizienz des N-Düngemitteleinsatzes zu schätzen und ein teilweises N-Budget für FDN im Schüttgut und in der Ernte zu erstellen.

Protokoll

1. Feld-Site-Beschreibung

HINWEIS: Bei ¹⁵N Tracer-Feldversuchen sollten ausgewählte Standorte Abweichungen aufgrund von Boden, Topographie und physikalischen Merkmalen minimieren⁵. Kreuzkontamination kann nach seitlicher Bodenbewegung aufgrund von Neigung, Wind- oder Wasserumsiedlung oder Bodenbearbeitung auftreten, während die vertikale Verteilung des Bodens N durch unterirdischen Wasserfluss und Fliesenentwässerung beeinträchtigt werden kann⁶.

1. Beschreiben Sie den Versuchsfeldstandort einschließlich der bisherigen Bewirtschaftung (z. B. frühere Kulturen und Bodenbearbeitung), Breiten- und Längengrad, physikalische und chemische Bodeneigenschaften (z. B. Bodentexturanalyse, anfängliche Fruchtbarkeitsbedingungen, pH-Wert und Bodenmassendichte).
2. Zeichnen Sie GPS-Koordinaten für den Forschungsstandort und die Feldecken auf.
3. Beschreiben Sie das Wachsende Saisonmanagement einschließlich Schädlings- und Krankheitsmanagement (Herbizid-, Insektizid- oder Fungizidanwendung), das Bodenfruchtbarkeitsmanagement (einschließlich Rate, Quelle, Platzierung und Anwendungszeit), Bodenbearbeitung, Bewässerungsereignisse und -mengen sowie das Rückstandsmanagement.
4. Da das Pflanzenwachstum und die mikrobenvermittelten N-Transformationen durch Bodenfeuchtigkeit, Bodentemperatur und Lufttemperatur beeinflusst werden, erfassen Sie Klimainformationen, einschließlich täglicher hoher und niedriger Temperaturen, täglicher Niederschläge sowie Bodenfeuchtigkeit und -temperaturen in mehreren Tiefen, die die Bodenprobentiefen widerspiegeln.

2. Plot-Design

1. Pflanzen Sie sechs Maisreihen (ca. 86.000 Pflanzen ha^-1) auf 76 cm Abstand mit einer endgültigen Parzelle von 15,2 m x 4,6 m.
   1. Grenzbereiche 1,5 m von jedem Ende der längsmäßigen Dimension (0-1,5 m, 13,7-15,2 m) und eine zusätzliche Grenzfläche von 1,5 m Länge (9,8-11,3 m) angrenzend an die Probenahme- und Erntegebiete (Abbildung 1).
   2. Legen Sie die Reihen 2 und 3 als Saisonanlage und Bodenprobenfläche (1,5-9,8 m) und die Reihen 4 und 5 als Erntefläche (1,5-9,8 m) für den Maiskornertrag fest.
   3. Richten Sie eine Mikroplotfläche (11,3-13,7 m) mit Abmessungen von 2,4 m mal 3,8 m auf der Breite ab. Sammeln Sie alle ¹⁵N angereicherten Pflanzen- und Bodenproben aus diesem Bereich, so dass 0,38 m unsampled Rand auf den Längen- und Breitenabmessungen, um Kanteneffekte zu minimieren (Abbildung 2).
2. Deinzen sie das Behandlungsdiagramm und microplot Ecken mit verschiedenen farbigen Flaggen.

3. Boden- und Pflanzenprobenvorkehrungen

1. Verwenden Sie spezielle Geräte und Verarbeitungsbereiche für nicht angereicherte und angereicherte Materialien. Die Kontamination nicht angereicherter Materialien (Dünger, Boden oder Pflanze) durch angereicherte Materialien und umgekehrt kann die Ergebnisse drastisch beeinflussen.
2. Sammeln und verarbeiten ^{Sie 15}N angereicherte Boden- und Pflanzenproben in der Reihenfolge der niedrigsten bis höchsten erwarteten Anreicherung von ¹⁵N, um die Kreuzkontamination zu minimieren. Stellen Sie sicher, dass Arbeitsflächen, Handschuhe, Utensilien und Maschinen zwischen den einzelnen Proben gründlich gereinigt werden, um die Kreuzkontamination durch Probenübertragung enden zu können.
3. Minimierung des Fußverkehrs in Mikroplots, um eine Kontamination nicht angereicherter Probenahmebereiche zu verhindern. Tragen Sie beim Zugriff auf Mikroplots schützende Schuhbezüge und entfernen Sie sie beim Verlassen des Mikroplotbereichs.

4. ¹⁵N angereicherte DüngemittelZubereitung und -anwendung

1. Nach den von Ref. 2 für Düngemittel ¹⁵N-Wirkungseffizienz (F¹⁵NUE) durchgeführten Richtlinien 10 Atom % ¹⁵N angereicherter Harnstoff auf 5 Atom % ¹⁵N angereicherten Harnstoff verdünnen und in 2 L entionisiertem Wasser auflösen, um eine gleichmäßige Anreicherung von Harnstoffdünger zu gewährleisten.
   ANMERKUNG: Die erforderliche Konzentration von ¹⁵N angereichertem Dünger hängt von den Zielen der agronomischen Studie ab. Übersteigt die Konzentration des ¹⁵N angereicherten Düngers den Anforderungen des Forschers, so kann die Düngemittelkonzentration mit ähnlichem konventionellen Dünger mit der folgenden Formel³verdünnt werden.
   X2 = [(C1/C2) - 1] x X1
   X2 ist die Masse des herkömmlichen unangereicherten Düngers, X1 ist die Masse des Tracerdüngers, C1 ist die Isotopenkonzentration [ausgedrückt als Atom % Überschuss (gemessene Atom % Anreicherung minus der natürlichen Hintergrundkonzentration, die als 0,3663 Atom %) des ursprünglichen Tracerdüngers angenommen wird, und C2 ist die Isotopenkonzentration des Endgemischs. Wenn man beispielsweise 100 g 10 Atom % angereicherten Harnstoffs beanstandet, wären 92,7 g herkömmlicher nicht angereicherter Dünger für eine endgültige Isotopenkonzentration von 5 Atom % erforderlich;
   X2 = [(10-0.3663)/5] - 1 x 100.
2. Analysieren Sie die Lösung für ¹⁵N Konzentration, um die Anreicherung zu überprüfen. Die Autoren nutzten die analytischen Dienstleistungen der UC Davis Stable Isotope Facility.
   HINWEIS: Reaktionen des Boden-Pflanzen-Mikroben-Regimes auf Düngemittelzusätze können durch die physikalische Form von Düngemitteln beeinflusst werden. Je nach den Zielen der Studie kann die Harnstofflösung als Flüssigkeit oder dehydriert zur Reform von Kristallen aufgetragen werden. Die Kristalle können mit einer Carver-Presse mit 10.000 psi zu einem Kuchen verdichtet werden, gefolgt von zerkleinern dem Kuchen und dem Abschirmen der Partikel auf die gewünschte Größe³.
3. Tragen Sie die ¹⁵N angereicherten Harnstofflösungen mit einem kalibrierten Rucksack_{CO2-Sprühgerät} gleichmäßig auf die Mikroplots auf (Abbildung 3A). Wenn mehrere N-Raten oder Anreicherungsstufen verwendet werden, sollten Sie für jede Anreicherungsstufe bestimmte_{CO2-Sprühgeräte} verwenden oder einen einzigen Sprüher verwenden und Lösungen von der niedrigsten bis zur höchsten Anreicherung anwenden, um die Behandlungs-Kreuzkontamination zu minimieren.
4. Harnstoffhaltige Düngemittel mit leichter Bodenbearbeitung, Handrechen oder mindestens 0,6 cm Bewässerung innerhalb von 24 h Anwendung einbauen, um das Verflüchtigungsverlustpotenzial zu minimieren.
5. In der zweiten Vegetationsperiode wird kein zusätzlicher ¹⁵N angereicherter Harnstoffdünger auf das Mikrodiagramm aufgebracht. Wenden Sie konventionellen nicht angereicherten Harnstoff auf die gesamte Behandlung an, um eine differenzierte Reaktion im Maiswachstum durch Stickstoff zu vermeiden.

5. Feldprobenverarbeitung: oberirdische Maisbiomasse

1. Sammeln Sie in jeder Probenahmeeine eine sechsoberirdische Maispflanzen-Verbundprobe aus dem Probenahmegebiet⁽¹⁵N unangereichert) und eine sechsoberirdische Maispflanzen-Verbundprobe aus dem ¹⁵N angereicherten Mikroplot. Mindestens zwei Pflanzen sollten jede beprobte Pflanze trennen, um eine signifikante Veränderung der Pflanzenwachstumsdynamik zu vermeiden. Die Autoren sammelten Pflanzenproben in den physiologischen Entwicklungsstadien¹¹ und bei physiologischer Reife in den Stadien v8 und R1 (Abbildung 2).
2. Nach den in den Schritten 3.1 und 3.2 beschriebenen Grundsätzen vleben V8 und R1 oberirdische Biomasse (ca. 5 cm x 5 cm); ein Hof-Abfallhäcksler ist eine zufriedenstellende Option. Gehackte Biomasse in beschriftete Stoff- oder Papiertüten geben und in einem Zwangsluftofen bei 60 °C bis zu konstanter Masse trocknen. Erfassen Sie das Biomasse-Trockengewicht (Abbildung 3B).
3. Teilen Sie physiologisch reife Maispflanzen in Stover (alle vegetativen Gewebe einschließlich Blätter, Schalen und Stiele), Getreide und Cob-Fraktionen. In einem Zwangsluftofen bei 60 °C bis zu konstanter Masse hacken und trocknen. Zeichnen Sie das Biomasse-Trockengewicht auf.
4. Schneiden Sie innerhalb des Mikroplots alle Maisstängel an der Bodenoberfläche, binden Sie sie in ein Bündel, etikettieren Sie sie nach Parzelle und entfernen Sie sie aus dem Feld (Abbildung 3C). Passen Sie Microplot-Eckflaggen so an, dass sie fast bündig mit der Bodenoberfläche sind, um das Risiko der Entfernung durch den Mähdrescher während der Ernte oder der Bodenernte zu minimieren.
5. Getreide aus dem Erntegebiet ernten und einen Ertrag von 15,5% Feuchtigkeitsgehalt¹²melden. Ernte verbleibende Forschungsgebiete mit einem Grundstück kombinieren.
6. Rake nicht angereicherte Biomasse aus dem Mikroplot-Bereich. Mikroplot überirdische Biomasse auf das richtige Diagramm hacken und erneut auftragen (Abbildung 3D).
7. Integrieren Sie Rückstände in die Bodenoberfläche mit Bodenbearbeitung, um den Transport von Boden- und Maisrückständen in oder aus dem Mikroplotbereich zu minimieren. Ersetzen Sie alle Microplot-Eckflaggen, die aufgrund der Bodenbearbeitung entfernt wurden.
8. Pflanzen Sie Mais im zweiten Jahr auf den gleichen Reihen wie der Mais des ersten Jahres.
9. Sammeln Sie die oberirdische Maisbiomasse im zweiten Jahr nur bei physiologischer Reife und Prozess wie Maisproben im ersten Jahr, wie in Schritt 5.3 beschrieben. Sammeln Sie Mikroplot-Proben aus der Mitte des Mikroplot-Bereichs (1,52 m mal 0,76 m), um eine mögliche Signalverdünnung nach der Bodenbearbeitung zu vermeiden (Abbildung 2). Getreide aus dem Erntegebiet ernten und einen Ertrag von 15,5 % feuchtigkeitsspendend melden.
10. Nach den Grundsätzen der Schritte 3.1 und 3.2 100 bis 200 g getrocknetes Pflanzenmaterial gründlich mischen und mahlen, um ein 2 mm Sieb zu durchlaufen. Mischen Sie das geschliffene Material gründlich und lagern Sie eine Unterprobe zur Weiterverarbeitung in einem beschrifteten Münzumschlag.
    HINWEIS: Eine Thomas Wiley Mühle ist eine zufriedenstellende Option für Pflanzengewebeschleifen, während eine Perten Labormühle 3610 eine zufriedenstellende Option für das Schleifen von Getreide ist.
    VORSICHT: Menschen, die Pflanzenproben mahlen, sollten Gehörschutz tragen und vor dem Einatmen von Staub geschützt werden, indem sie ein nationales Institut für Arbeitssicherheit und Arbeitsschutz tragen, das n95 Partikelfilter-Gesichtsschutz verwendet.

6. Feldprobenbearbeitung: Boden

1. Sammeln Sie Bodenproben im ersten Jahr 8 Tage nach ¹⁵N angereichertem Dünger, V8, R1 und nach der Ernte vor der Bodenbearbeitung. Sammeln Sie Bodenproben im zweiten Jahr vor der Pflanzung und nach der Ernte. Aufgrund logistischer Probenahmezwänge sammelten die Autoren Bodenproben in der Saison bei 0- bis 15-, Tiefe 15- bis 30- und 30- bis 60 cm, Bodenproben nach der Ernte bei 0- bis 15-, 15-, 30- bis 60- und 60- bis 60-cm-Tiefen und vordere Bodenproben im zweiten Jahr in 0- bis 30-, 30- bis 60-, 60- bis 120-cm-Tiefen.
   HINWEIS: Wenn eine Bodensonde nicht in der Lage ist, einen Bodenkern in die tiefste gewünschte Tiefe als ein einzelner Kern zu sammeln, sammeln Sie tiefere Tiefenkerne aus den gleichen Bohrlöchern wie die oberen Tiefen, die die oberen 1-cm des Bodens entsorgen, um eine Kontamination durch Bodenzutreffen zu vermeiden, der aus den oberen Tiefen fällt.
   1. Sammeln Sie eine vierkernige (1,8 cm Durchmesser) zusammengesetzte Bodenprobe aus dem nicht angereicherten Probenahmebereich bei V8 und R1 mit einer Handsonde. Sammeln Sie einen Kern in der Maisreihe und drei Kerne zwischen den Maisreihen.
   2. Sammeln Sie eine Zweikern-Bodenprobe (5 cm Durchmesser) aus dem nicht angereicherten Probenahmebereich vor der Pflanzung und nach der Ernte mit einer hydraulischen Sonde.
   3. Sammeln Sie eine 15-Kern -Bodenprobe (1,8 cm Durchmesser) aus dem Mikroplotbereich 8 Tage nach ¹⁵N angereichertem Dünger, V8 und R1 mit einer Handsonde. Sammeln Sie drei bis vier Kerne in der Maisreihe und 11 bis 12 Kerne zwischen den Maisreihen.
      HINWEIS: Böden sind extrem heterogen. Die größere Anzahl von Kernen, die aus dem angereicherten Mikroplot gesammelt werden, liefert eine bessere Schätzung der wahren ¹⁵N Anreicherung des Bodens N¹³.
   4. Sammeln Sie eine dreikernige (5-cm-Durchmesser) zusammengesetzte Bodenprobe aus dem Mikroplot-Bereich bei der Vorpflanzung und nach der Ernte mit einer hydraulischen Sonde.
   5. Homogenisieren Sie jede zusammengesetzte Bodenprobe in einem Eimer und legen Sie sie in eine vorbeschriftete Papiertüte.
2. Trockene Bodenproben bei 35 °C in einem Zwangsluftofen bis zu konstanter Masse. Schleifen Sie jede Probe, um durch ein 2 mm Sieb zu gehen. Ein mechanischer Bodenschleifer ist zufriedenstellend, wenn er zwischen jeder Probe gründlich gereinigt werden kann.
   HINWEIS: Bodenproben können luftgetrocknet werden, indem Proben auf Schalen in einer dünnen Schicht verteilt werden. Die Schalen sollten sich in einem Bereich befinden, der frei von Verunreinigungen durch außerhalb von N-Quellen ist. Nicht angereicherte und angereicherte Proben sollten physisch getrennt werden, um eine Kreuzkontamination zu verhindern.
   VORSICHT: Menschen, die Bodenproben mahlen, sollten Gehörschutz tragen und vor dem Einatmen von Staub geschützt werden, indem sie ein nationales Institut für Arbeitssicherheit und Arbeitsschutz tragen, das n95 Partikelfilter-Gesichtsschutz verwendet.

7. Laborprobenbearbeitung: Mahlboden und Pflanzenproben

1. Trockene Bodenpflanzenproben (2 mm) über Nacht im Ofen bei 60 °C.
2. Nach den in Schritt 3 beschriebenen Grundsätzen werden getrocknete Pflanzenproben oder Bodenmaterial zu einer feinen, mehlähnlichen Konsistenz mahlen. Eine Walzenglasmühle ist eine zufriedenstellende Option.
   HINWEIS: Die Glasmühle der Autoren ist ein maßgeschneidertes Förderbandsystem, das 54 Rollengläser gleichzeitig verarbeiten kann.
   1. Füllen Sie jedes Rollenglas (250 ml Borosilikatglas mit Schraubdeckel) mit 10 bis 20 g gemahlener Pflanze oder Bodenprobe und sieben Edelstahlstäben (8,5 cm lang, 0,7 cm Durchmesser).
   2. Rollenrollengläser bei 0,4 x g für 6-24 h oder bis Proben eine feine, mehlartige Konsistenz haben.
   3. Das fein gemahlene Material in eine saubere, beschriftete 20 ml Szintillationsdurchstechflasche übertragen.
   4. Zwischen jeder Probe, Waschrollengläser, Edelstahlstäbe und Deckel mit Seife und Wasser, um Rückstände zu entfernen.
      1. Rollengläser und Deckel in ein 5% HCl-Säurebad (zubereitet aus 36-38% konzentriertem Vorrat) über Nacht¹⁴eintauchen.
         VORSICHT: Salzsäure ist ätzend. Es kann schwere Hautverbrennungen verursachen, Augenschäden, und ist schädlich, wenn eingeatmet. Tragen Sie immer Schutzkleidung, Handschuhe sowie Augen- und Gesichtsschutz. Flush kontaktiertgewebe gründlich mit Wasser. Verwenden Sie beim Transport von Säuren immer einen Sekundärbehälter. Fügen Sie immer Säure zu Wasser hinzu, da diese Reaktion exotherm ist. Sofort säureverschütten mit Backpulver neutralisieren.
         HINWEIS: Ein großes Säurebad kann als 100 L von 5% HCl in einem 208 L Kunststoffbehälter hergestellt werden. Bereiten Sie mehrere kleinere Volumina in einer Dunstabzugshaube vor und übertragen Sie die Lösungen dann auf den Kunststoffbehälter. Ersetzen Sie die Lösung alle drei Monate.
      2. Dreifachspülrollengläser und Deckel mit entionisiertem Wasser und lufttrocken.
      3. Tauchen Sie Edelstahlstäbe in ein 0,05 M NaOH Bad (vorbereitet durch Auflösen von 2 g NaOH in 1 L entionisiertem Wasser) über^{Nacht 14}. Bereiten Sie jeden Tag ein neues 0,05 M NaOH Bad vor.
         VORSICHT: Natriumhydroxid kann schwere Hautverbrennungen und Augenschäden verursachen. Tragen Sie immer Schutzkleidung und Augenschutz. Entfernen Sie sofort kontaminierte Kleidung und spülen Sie Haut oder Augen mit Wasser für mehrere Minuten.
      4. Spülen Sie die Stäbe unter fließendem heißem Leitungswasser für 5 Minuten. Dekantieren und dreifachspülen Sie die Stäbe mit entionisiertem Wasser. Lassen Sie die Stäbe auf einem mit Papiertuch gefütterten Tablett trocknen.

8. Wiegen Sie Bodenpflanzen- und Bodenproben für die Gesamtanalyse N und ¹⁵N

1. Analysieren Sie einige repräsentative Pflanzen- und Bodenproben für den Gesamtn-Gehalt (z. B. Verbrennungsanalyse¹⁵). Berechnen Sie die Probenmasse, die einen angemessenen N-Inhalt für ^{die 15}N-Analyse gemäß den Analyzer-Spezifikationen bietet.
   HINWEIS: Die Autoren nutzten die analytischen Dienstleistungen der UC Davis Stable Isotope Facility. Angereicherte Probengewichte wurden für 20 g N mit einem Maximum von 100 g N optimiert.
2. Organisieren Sie ähnliche Proben von der niedrigsten bis zur höchsten erwarteten ¹⁵N-Anreicherung. Duplizieren Sie jede achte bis zwölfte Probe in jedem Durchlauf, um die Probengenauigkeit zu überprüfen. Schließen Sie mindestens ein Prüfbeispiel pro Durchlauf¹⁶ein.
3. Beschriften Sie eine saubere 96-Well-Platte und einen Deckel mit individuellen Brunnenverdampfungsringen. Schneiden Sie eine saubere Karteikarte, um direkt in den Deckel zu passen, um Probenbewegungen zwischen Brunnen während des Transports zu verhindern.
4. Tragen Sie Nitrilhandschuhe, reinigen Sie die Mikroskala, Arbeitsflächen, Spachtel und Zangen mit Labortüchern und Ethanol. Reinigene Utensilien auf einen Kimwipe auf die Laborbank legen.
   HINWEIS: Nicht angereicherte und angereicherte Proben sollten mit separaten Waagen und Utensilien verarbeitet werden, um Kreuzkontaminationen zu verhindern.
5. Verwenden Sie Zangen, um eine vorgeformte 5 mm x 9 mm Zinnkapsel auf eine saubere Arbeitsfläche zu legen, z. B. einen Edelstahlblock mit 5 mm x 8 mm Brunnen. Tippen Sie vorsichtig auf die Kapsel in den Brunnen, um die zylindrische Form zu reformieren und den Boden der Kapsel bei Bedarf abzuflachen.
   HINWEIS: Da die Probenmassen sehr gering sind, ist das Risiko einer Probenkontamination hoch. Berühren Sie die Kapseln niemals mit Handschuhen. Entsorgen Sie die Kapsel, wenn sie eine andere Oberfläche als die Zange berührt, saubere Arbeitsfläche, Waagenwanne oder 96-Well-Platte.
6. Verwenden Sie Zangen, um die oberen 1 mm der Kapsel sanft auszufackeln, um die Manipulation zu erleichtern. Um Skalenschäden beim Tarieren des Gewichts der Kapsel zu vermeiden, schweben Sie und lassen Sie die Kapsel 1 bis 2 mm über der Mikrowaage ab. Tare die Kapsel. Verwenden Sie Zangen, um die Kapsel an die saubere Arbeitsfläche zurück.
7. Verwenden Sie einen Spachtel, um die erforderliche Masse an fein gemahlenem Probenmaterial sorgfältig in die Kapsel einzutragen. Vermeiden Sie das Verschütten von Probenmaterial auf der Außenfläche der Kapsel oder der Arbeitsflächen.
8. Mit Zangen, langsam das obere Drittel der Kapsel kriepern und falten, um zu versiegeln. Mit Zangen, weiterhin falten und komprimieren sie die Kapsel in eine kugelförmige Form, wobei darauf geachtet wird, die Dose nicht zu punktieren oder zu reißen.
   HINWEIS: Proben mit niedrigem N-Gehalt können Probenvolumina erfordern, die die Kapazität der 5x9 mm Kapsel überschreiten. Größere Kapseln (z. B. 9 mm x 10 mm) können in diesen Fällen verwendet werden.
9. Verwenden Sie Zangen, um die umwickelte Kapsel mehrmals aus einer Höhe von 1 cm auf eine saubere, dunkle Oberfläche oder einen Spiegel zu werfen, um nach Leckagen zu suchen. Wenn kein Staub auftritt, wiegen Sie die Probe mit der gleichen Technik wie in Schritt 8.6 beschrieben. Zeichnen Sie das Stichprobengewicht auf. Legen Sie die Kapsel in eine 96-Well-Platte und nehmen Sie die gut platzierte Platte auf.
   1. Wenn Staub auf der dunklen Oberfläche erscheint, notieren Sie das Probengewicht. Die Probe in eine zweite Zinnkapsel wickeln, auf Leckagen überprüfen und in eine saubere 96-Well-Platte geben.
      HINWEIS: Wenn die umwickelte Kapsel zu groß ist, um in eine 96-Well-Platte zu passen, verwenden Sie eine 24- oder 48-Well-Platte.
10. Reinigen Sie zwischen den Proben jedes der Utensilien und Oberflächen mit Ethanol- und Labortüchern, wobei besonderes Augenmerk auf die Spachtel- und Zangenkanten zu achten ist.
11. Den Deckel mit Klebeband an der 96-Well-Platte befestigen und in einem Trockenschrank aufbewahren.

9. Berechnungen

1. Berechnen Sie die Masse von N (kgha^-1), die in den Pflanzen- oder Bodenproben enthalten ist, mit den folgenden Gleichungen.
   
   
2. Berechnen Sie den Dünger N Fraktion (N_f), Dünger abgeleitet N (FDN), und Boden abgeleitet N (SDN) für Pflanzen-und Bodenproben¹⁷.
   
   wobei A das Atom % ¹⁵N Anreicherung ist.
3. 
   
4. Berechnen Sie Dünger ¹⁵N Verwendung Effizienz¹⁷.
   

Ergebnisse

Die in diesem Beitrag vorgestellten Ergebnisse stammen von einem Feldstandort, der 2015 am Southern Outreach and Research Center der University of Minnesota in der Nähe von Waseca, MN, eingerichtet wurde. Der Standort wurde als Mais-Sojabohnen -Rotation[Glycine max (L.) Merr] vor 2015 verwaltet, wurde aber während der Vegetationsperioden 2015 und 2016 als Mais-Mais-Rotation verwaltet. Der Boden war ein Nicollet Lehm (fein-lehmig, gemischt, superaktiv, mesic Aquic Hapludolls)-We...

Diskussion

Stabile Isotopenforschung ist ein nützliches Werkzeug zur Verfolgung und Quantifizierung von FDN durch das Boden-Pflanzen-System. Es gibt jedoch drei Hauptannahmen im Zusammenhang mit N Tracer-Studien, die, wenn sie verletzt werden, Schlussfolgerungen aus der Anwendung dieser Methode entkräften können. Sie sind 1) der Tracer ist gleichmäßig über das gesamte System verteilt, 2) Prozesse im Rahmen der Studie treten mit den gleichen Raten auf, und 3) N verlassen den ¹⁵N angereicherten Pool gibt nicht

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
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 (30x50 cm)	ANY	NA	For corn ears
CO2 Backpack Sprayer	ANY; Bellspray Inc is one example	Model T
Coin envelop (6.4x10.8 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 (90x60 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 (13.3x8.7x27.8 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 5x9 mm	Costech Analytical Technologies Inc.	041061
Tin capsule 9x10 mm	Costech Analytical Technologies Inc.	041073
Urea (46-0-0)	MilliporeSigma	490970	10 atom % 15N