Name: microplot design and plant and soil sample preparation for 15nitrogen analysis
Uploaded: 2020-05-10T14:00:00
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Die Autoren würdigen die Unterstützung des Minnesota Corn Research & Promotion Council, des Hueg-Harrison Fellowship und des Minnesota es Discovery, Research and InnoVation Economy (MnDRIVE) Fellowship.

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 kann<sup class="xr...

<ol>
	<li>Sharp, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of Stable Isotope Geochemistry. , (2017).</li><li>Van Cleemput, O., Zapata, F., Vanlauwe, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Guidelines+on+Nitrogen+Management+in+Agricultural+Systems.">Guidelines on Nitrogen Management in Agricultural Systems.</a> Guidelines on Nitrogen Management in Agricultural Systems. 29 (29), 19 (2008).</li><li>Hauck, R. D., Meisinger, J. J., Mulvaney, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Practical+considerations+in+the+use+of+nitrogen+tracers+in+agricultural+and+environmental+research.">Practical considerations in the use of nitrogen tracers in agricultural and environmental research.</a> Methods of Soil Analysis: Part 2-Microbiological and Biochemical Properties. , 907-950 (1994).</li><li>Bedard-Haughn, A., Van Groenigen, J. W., Van Kessel, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracing+15N+through+landscapes:+Potential+uses+and+precautions.">Tracing 15N through landscapes: Potential uses and precautions.</a> Journal of Hydrology. 272 (1-4), 175-190 (2003).</li><li>Peterson, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Agricultural Field Experiments: Design and Analysis. , (1994).</li><li>Follett, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Innovative+15N+microplot+research+techniques+to+study+nitrogen+use+efficiency+under+different+ecosystems.">Innovative 15N microplot research techniques to study nitrogen use efficiency under different ecosystems.</a> Communications in Soil Science and Plant Analysis. 32 (7/8), 951-979 (2001).</li><li>Russelle, M. P., Deibert, E. J., Hauck, R. D., Stevanovic, M., Olson, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+water+and+nitrogen+management+on+yield+and+15N-depleted+fertilizer+use+efficiency+of+irrigated+corn.">Effects of water and nitrogen management on yield and 15N-depleted fertilizer use efficiency of irrigated corn.</a> Soil Science Society of America Journal. 45 (3), 553-558 (1981).</li><li>Schindler, F. V., Knighton, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fate+of+Fertilizer+Nitrogen+Applied+to+Corn+as+Estimated+by+the+Isotopic+and+Difference+Methods.">Fate of Fertilizer Nitrogen Applied to Corn as Estimated by the Isotopic and Difference Methods.</a> Soil Science Society of America Journal. 63, 1734 (1999).</li><li>Stevens, W. B., Hoeft, R. G., Mulvaney, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fate+of+Nitrogen-15+in+a+Long-Term+Nitrogen+Rate+Study.">Fate of Nitrogen-15 in a Long-Term Nitrogen Rate Study.</a> Agronomy Journal. 97 (4), 1037 (2005).</li><li>Recous, S., Fresneau, C., Faurie, G., Mary, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fate+of+labelled+15N+urea+and+ammonium+nitrate+applied+to+a+winter+wheat+crop.">The fate of labelled 15N urea and ammonium nitrate applied to a winter wheat crop.</a> Plant and Soil. 112 (2), 205-214 (1988).</li><li>Abendroth, L. J., Elmore, R. W., Boyer, M. J., Marlay, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Corn Growth and Development. , (2011).</li><li>Gomez, K. A., Gomez, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Statistical Procedures for Agricultural Research. , (1984).</li><li>Khan, S. A., Mulvaney, R. L., Brooks, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+Methods+for+Automated+Nitrogen-15+Analysis+using+Acidified+Disks.">Diffusion Methods for Automated Nitrogen-15 Analysis using Acidified Disks.</a> Soil Science Society of America Journal. 62 (2), 406 (1998).</li><li>Horneck, D. A., Miller, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+Total+Nitrogen+in+Plant+Tissue.">Determination of Total Nitrogen in Plant Tissue.</a> Handbook of Reference Methods for Plant Analysis. , 75-84 (1998).</li><li>. Carbon (13C) and Nitrogen (15N) Analysis of Solids by EA-IRMS Available from: <a target="_blank" href="https://stableisotopefacility.ucdavis.edu/13cand15n.html">https://stableisotopefacility.ucdavis.edu/13cand15n.html</a> (2019)</li><li>Stevens, W. B., Hoeft, R. G., Mulvaney, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fate+of+Nitrogen-15+in+a+Long-Term+Nitrogen+Rate+Study:+II.+Nitrogen+Uptake+Efficiency.">Fate of Nitrogen-15 in a Long-Term Nitrogen Rate Study: II. Nitrogen Uptake Efficiency.</a> Agronomy Journal. 97 (4), 1046 (2005).</li><li>. Fertilizing Corn in Minnesota Available from: <a target="_blank" href="https://extension.umn.edu/crop-specific-needs/fertilizing-corn-minnesota">https://extension.umn.edu/crop-specific-needs/fertilizing-corn-minnesota</a> (2018)</li><li>Blake, G. R., Hartge, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bulk+Density.">Bulk Density.</a> Methods of Soil Analysis: Part 1 Physical and Mineralogical Methods. , 363-375 (1986).</li><li>Jokela, W. E., Randall, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fate+of+Fertilizer+Nitrogen+as+Affected+by+Time+and+Rate+of+Application+on+Corn.">Fate of Fertilizer Nitrogen as Affected by Time and Rate of Application on Corn.</a> Soil Science Society of America Journal. 61 (6), 1695 (2010).</li><li>Hart, S. C., Stark, J. M., Davidson, E. A., Firestone, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitrogen+Mineralization,+Immobilization,+and+Nitrification.">Nitrogen Mineralization, Immobilization, and Nitrification.</a> Methods of Soil Analysis, Part 2. Microbiological and Biochemical Properties. (5), 985-1018 (1994).</li><li>Olson, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fate+of+tagged+nitrogen+fertilizer+applied+to+irrigated+corn.">Fate of tagged nitrogen fertilizer applied to irrigated corn.</a> Soil Science Society of America Journal. 44 (3), 514-517 (1980).</li><li>Follett, R. F., Porter, L. K., Halvorson, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Border+Effects+on+Nitrogen-15+Fertilized+Winter+Wheat+Microplots+Grown+in+the+Great+Plains.">Border Effects on Nitrogen-15 Fertilized Winter Wheat Microplots Grown in the Great Plains.</a> Agronomy Journal. 83 (3), 608-612 (1991).</li><li>Balabane, M., Balesdent, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Input+of+fertilizer-derived+labelled+n+to+soil+organic+matter+during+a+growing+season+of+maize+in+the+field.">Input of fertilizer-derived labelled n to soil organic matter during a growing season of maize in the field.</a> Soil Biology and Biochemistry. 24 (2), 89-96 (1992).</li><li>Recous, S., Machet, J. M., Mary, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+partitioning+of+fertilizer-N+between+soil+and+crop:+Comparison+of+ammonium+and+nitrate+applications.">The partitioning of fertilizer-N between soil and crop: Comparison of ammonium and nitrate applications.</a> Plant and Soil. 144 (1), 101-111 (1992).</li><li>Bigeriego, M., Hauck, R. D., Olson, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uptake,+Translocation+and+Utilization+of+15N-Depleted+Fertilizer+in+Irrigated+Corn.">Uptake, Translocation and Utilization of 15N-Depleted Fertilizer in Irrigated Corn.</a> Soil Science Society of America Journal. 43 (3), 528 (1979).</li><li>Glendining, M. J., Poulton, P. R., Powlson, D. S., Jenkinson, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fate+of15N-labelled+fertilizer+applied+to+spring+barley+grown+on+soils+of+contrasting+nutrient+status.">Fate of15N-labelled fertilizer applied to spring barley grown on soils of contrasting nutrient status.</a> Plant and Soil. 195 (1), 83-98 (1997).</li><li>Khanif, Y. M., Cleemput, O., Baert, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field+study+of+the+fate+of+labelled+fertilizer+nitrate+applied+to+barley+and+maize+in+sandy+soils.">Field study of the fate of labelled fertilizer nitrate applied to barley and maize in sandy soils.</a> Fertilizer Research. 5 (3), 289-294 (1984).</li></ol>

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<sup cl...

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 15N2,3). 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 Ernte3,4. 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 15N 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 15N 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.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>20 mL scintillation vial</td>
			<td>ANY; Fisher Scientific is one example</td>
			<td>0334172C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>250 mL borosilicate glass bottle</td>
			<td>QORPAK</td>
			<td>264047</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>48-well plate</td>
			<td>EA Consumables</td>
			<td>E2063</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-well plate</td>
			<td>EA Consumables</td>
			<td>E2079</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cloth parts bag (30x50 cm)</td>
			<td>ANY</td>
			<td>NA</td>
			<td>For corn ears</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2 Backpack Sprayer</td>
			<td>ANY; Bellspray Inc is one example</td>
			<td>Model T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coin envelop (6.4x10.8 cm)</td>
			<td>ANY; ULINE is one example</td>
			<td>S-6285</td>
			<td>For 2-mm ground plant samples</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corn chipper</td>
			<td>ANY; DR Chipper Shredder is one example</td>
			<td>SKU:CS23030BMN0</td>
			<td>For chipping corn biomass</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corn seed</td>
			<td>ANY</td>
			<td>NA</td>
			<td>Hybrid appropriate to the region</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable shoe cover</td>
			<td>ANY; Boardwalk is one example</td>
			<td>BWK00031L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol 200 Proof</td>
			<td>ANY; Decon Laboratories Inc. is one example</td>
			<td>2701TP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fabric bags with drawstring (90x60 cm)</td>
			<td>ANY</td>
			<td>NA</td>
			<td>For plant sample collection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fertilizer Urea (46-0-0)</td>
			<td>ANY</td>
			<td>NA</td>
			<td>~0.366 atom % 15N</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hand rake</td>
			<td>ANY; Fastenal Company is one example</td>
			<td>5098-63-107</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hand sickle</td>
			<td>ANY; Home Depot is one example</td>
			<td>NJP150</td>
			<td>For plant sample collection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hand-held soil probe</td>
			<td>ANY; AMS is one example</td>
			<td>401.01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydraulic soil probe</td>
			<td>ANY; Giddings is one example</td>
			<td>GSPS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid, 12N</td>
			<td>Ricca Chemical</td>
			<td>R37800001A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jar mill</td>
			<td>ANY; Cole-Parmer is one example</td>
			<td>SI-04172-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory Mill</td>
			<td>Perten</td>
			<td>3610</td>
			<td>For grinding grain</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microbalance accurate to four decimal places</td>
			<td>ANY; Mettler Toledo is one example</td>
			<td>XPR2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N95 Particulate Filtering Facepiece Respirator</td>
			<td>ANY, ULINE is one example</td>
			<td>S-9632</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neoprene or butyl rubber gloves</td>
			<td>ANY</td>
			<td>NA</td>
			<td>For working in HCl acid bath</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paper hardware bags (13.3x8.7x27.8 cm)</td>
			<td>ANY; ULINE is one example</td>
			<td>S-8530</td>
			<td>For soil samples and corn grain</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plant grinder</td>
			<td>ANY; Thomas Wiley Model 4 Mill is one example</td>
			<td>1188Y47-TS</td>
			<td>For grinding chipped corn biomass to 2-mm particles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic tags</td>
			<td>ULINE</td>
			<td>S-5544Y-PW</td>
			<td>For labeling fabric bags and microplot stalk bundles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide pellets, ACS</td>
			<td>Spectrum Chemical</td>
			<td>SPCM-S1295-07</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soil grinder</td>
			<td>ANY; AGVISE stainless steel grinder with motor is one example</td>
			<td>NA</td>
			<td>For grinding soil to pass through a 2-mm sieve</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tin capsule 5x9 mm</td>
			<td>Costech Analytical Technologies Inc.</td>
			<td>041061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tin capsule 9x10 mm</td>
			<td>Costech Analytical Technologies Inc.</td>
			<td>041073</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Urea (46-0-0)</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>490970</td>
			<td>10 atom % 15N</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

microplot design and plant and soil sample preparation for 15nitrogen analysis

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.

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...

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Microplot Design and Plant and Soil Sample Preparation for 15Nitrogen Analysis

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.

Mikroplot-Design und Pflanzen- und Bodenprobenvorbereitung für 15Stickstoffanalysen

Many&#160;nitrogen fertilizer studies evaluate the overall effect of a treatment on end-of-season measurements such as grain yield or cumulative N losses. ...

Diese Methode kann Forschern helfen, die Auswirkungen von Düngemitteln zu quantifizieren, die Stickstoff auf das Bodenpflanzensystem antreiben, und Fragen zur Stickstoffnutzungseffizienz beantworten. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass sie für mehrere in Jahreszeiten Boden und Pflanzen Probenahme Ereignisse über zwei aufeinander folgende Vegetationsperioden ermöglicht. Diese Methode könnte uns helfen, die Stickstoffzyklusprozesse der Mineralisierung und Mobilisierung besser zu verstehen, um die Richtlinien für das Management von Stickstoffdünger zu verbessern.Um ein Feldgrundstück einzurichten, pflanzen Sie sechs Maiskolben mit 76 Zentimetern Abstand mit einer endgültigen 15,2 mal 4,6 Meter großen Parzelle. 1,5 Meter Grenzflächen von jedem Ende der Längsdimension und einen zusätzlichen 1,5 Meter langen Grenzbereich angrenzend an die Probenahme- und Erntegebiete. Legen Sie die Reihen zwei und drei als die Saisonpflanze und die Bodenprobenahmefläche und die Reihen vier und fünf als Erntegebiet für den Maiskornertrag fest.Richten Sie eine 2,4 mal 3,8 Meter große Mikro-Plotfläche ein, die auf der Breitendimension für die Sammlung aller stickstoffangereicherten Pflanzen- und Bodenproben zentriert ist, sodass 38 Meter unbeprobter Rahmen auf den Längen- und Breitenmaßen bleiben, um Randeffekte zu minimieren. Dann die Behandlungsfläche und Mikro-Plot-Ecken mit verschiedenen farbigen Flaggen zu entlinienzeichnen. Tragen Sie Schuhbeläge beim Zugriff auf die Mikroplots und minimieren Sie den Mikro-Fußverkehr, um eine Kontamination der nicht angereicherten Probenahmebereiche zu verhindern, und entfernen Sie die Fußabdeckungen beim Verlassen des Mikro-Plotbereichs.Um den Stickstoff-15 angereicherten Dünger aufzutragen, verdünnen Sie 10 Atomprozent Stickstoff-15 angereicherten Harnstoff in konventionellem Harnstoff zu fünf Atomprozent stickstoffangereichertem Harnstoff und lösen Sie den Harnstoff in zwei Literen entionisiertem Wasser auf, um eine gleichmäßige Anreicherung des Harnstoffdüngers zu gewährleisten. Verwenden Sie einen kalibrierten Rucksack Kohlendioxid-Sprüher, um die Stickstoff-15 angereicherte Harnstofflösung gleichmäßig auf die Mikro-Plots aufzutragen. Dann harnstoffhaltige Düngemittel mit leichter Bodenbearbeitung, Handrechen oder 64 Zentimeter Bewässerung innerhalb von 24 Stunden nach der Anwendung, um das Verflüchtigungsverlustpotenzial zu minimieren.Sammeln Sie in jeder Probenahmephase eine sechs oberirdische, stickstoffreiche Maispflanzen-Verbundprobe aus dem Probenahmegebiet und eine sechs überirdische Maispflanzen-Verbundprobe aus dem stickstoff-15 angereicherten Mikrodiagramm. Schneiden Sie VH und R1 über irdischen Biomassen und legen Sie die gehackte Biomasse in markierte Säcke oder Trocknen und einen erzwungenen Luftofen bei 60 Grad Celsius bis zu konstanter Masse. Erfassen Sie das Biomasse-Trockengewicht und mischen und schleifen Sie 100 bis 200 Gramm getrocknetes Pflanzenmaterial, bis es durch ein Zwei-Millimeter-Sieb passieren kann.Dann das geschliffene Material gründlich mischen und die Unterprobe zur Weiterverarbeitung in einem beschrifteten Münzumschlag aufbewahren. Für die Bodenprobenbearbeitung verwenden Sie innerhalb von acht Tagen nach dem Düngemitteleinsatz eine Handsonde, um eine zusammengesetzte Bodenprobe mit einem Durchmesser von 1,8 Zentimetern Kern aus dem nicht angereicherten Probenahmegebiet bei VH und R1 gleichzeitig mit der Pflanzenprobenahme zu sammeln, und verwenden Sie eine separate Handsonde, um eine 15-Kern-Verbundbodenprobe mit 1,8 Zentimeterdurchmesser aus dem Mikrodiagramm zu sammeln. Homogenisieren Sie jede zusammengesetzte Bodenprobe in einem Eimer und legen Sie die Proben in vorbeschriftete Papiertüten.Dann die Bodenproben bei 35 Grad Celsius in einem Zwangsluftofen bis zur konstanten Masse, bevor sie jede Probe mahlen, bis sie durch ein Zwei-Millimeter-Sieb passieren kann. Für die Probenbearbeitung im Labor trocknen sie die Bodenmuster über Nacht im 60 Grad Celsius Ofen, bevor sie die getrockneten Pflanzen- und Bodenproben einzeln in Rollengefäßen viermal g für sechs bis 24 Stunden mahlen, bis die Proben ein feines Mehl wie Konsistenz erhalten. Dann das fein gemahlene Material in sauber markierte 20 Milliliter Silylierungsfläschchen übertragen.Um die Gesamt- und Stickstoff-15-Konzentration in jeder Probe zu bestimmen, verwenden Sie mit Nitrilhandschuhen zunächst Labortücher und Ethanol, um die Mikrowaage, Arbeitsflächen, Spachtel und Zange zu reinigen. Legen Sie die sauberen Utensilien auf ein Labortuch auf der Laborbank und verwenden Sie Zangen, um die Öffnung der Probenkapsel sanft auszufackeln. Ofen und lassen Sie die modifizierte Kapsel ein bis zwei Millimeter über der Mikroskala wiegen Pfanne und reißen Sie die Kapsel.Verwenden Sie Zangen, um die Kapsel an die saubere Arbeitsfläche zurückzuführen und verwenden Sie den Spachtel, um die erforderliche Masse an fein gemahlenem Probenmaterial sorgfältig in die Kapsel einzutragen. Verwenden Sie die Zange, um langsam das obere Drittel der geladenen Kapsel zu kriempen und zu versiegeln. Fahren Sie mit dem Falten und Komprimieren der Kapsel fort, wobei darauf zu achten ist, dass die Dose nicht punktiert oder gerissen wird, bis eine kugelförmige Form erhalten ist.Verwenden Sie die Zange, um die umwickelte Kapsel mehrmals aus einer ZentimeterHöhe auf eine saubere dunkle Oberfläche zu werfen, um auf Leckagen zu überprüfen. Wenn kein Staub auftritt, wiegen Sie die Probe wie gerade gezeigt und legen Sie die Kapsel in einem Brunnen einer 96-Well-Platte, aufzeichnung der Brunnenplatzierung. Zwischen jeder Probenverkapselung, reinigen Sie jedes der Utensilien und Oberflächen mit Ethanol und Labortüchern, wobei sie besonders auf den Spachtel und die Zangenkanten achten.In dieser repräsentativen Analyse war die aus Düngemitteln gewonnene Stickstoffkonzentration in der oberirdischen Maisbiomasseprobe zu Beginn der Vegetationsperiode am größten und ging mit jedem aufeinanderfolgenden Probenahmezeitraum zurück. Der bodenabgeleitete Stickstoff war jedoch durchweg der größte Anteil oberirdischer Biomassestickstoff, was die Bedeutung der Stickstoffversorgung im Boden für ein optimales Maiswachstum verdeutlichte. Bei physiologischer Reife im ersten Jahr wurden etwa 27 % des oberirdischen Biomassestickstoffs mit ähnlichen Anteilen in den Korn-, Stover- und Cob-Fraktionen aus Düngemitteln gewonnen.Bei physiologischer Reife im zweiten Jahr wurden nur 2 % des aus Düngemitteln gewonnenen Stickstoffs im ersten Jahr in der oberirdischen Biomasse zurückgewonnen. Mit rund 1,6 Kilogramm pro Hektar Imersten Jahr exportierter Dünger Stickstoff. Innerhalb von acht Tagen nach dem Düngemitteleinsatz befand sich der Großteil des aus Düngemitteln gewonnenen Stickstoffs erwartungsgemäß in den oberen 15 Zentimetern des Bodenprofils.Allerdings waren bereits etwa 22 Kilogramm Stickstoff pro Hektar in die tieferen Tiefen vorgegliedert, während vier bis zehn Prozent des aus Düngemitteln gewonnenen Stickstoffs nicht berücksichtigt wurden. Tatsächlich wurden am Ende des ersten und zweiten Jahres weniger als 50 % des aus Düngemitteln gewonnenen Stickstoffs im Maissystem des Bodens aufgebracht, während der Rest entweder an die Umwelt verloren ging oder unterhalb der 90 Zentimeter Bodenprobentiefe ausgelaugt wurde. Bei diesem Versuch sollte äußerste Vorsicht geboten sein, um Kreuzkontaminationen zu vermeiden, die die Ergebnisse ungültig machen können.Anorganische und organische Fraktionen des Bodens können weiter analysiert werden, um unser Verständnis der Stickstoff-Zyklusdynamik zu verbessern. Pflanzenproben, die von Pflanzenteilen analysiert werden, können verwendet werden, um unser Verständnis der Stickstoffaufnahme und -translokation im Laufe der Zeit zu vermitteln.

Research

JoVE Journal

Environment

Microplot Design and Plant and Soil Sample Preparation for 15Nitrogen Analysis

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Aufbau und Betrieb einer Dauer<sup&gt; 13</sup&gt; C und<sup&gt; 15</sup&gt; N Labeling Kammer für Uniform oder Differential, Stoffwechsel-und Struktur, Pflanze Isotope Labeling

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

Forschung

Umwelt

Design and Construction of an Urban Runoff Research Facility

Design und Bau eines Stadt Abfluss Research Facility

As the urban population increases, so does the area of irrigated urban landscape. Summer water use in urban areas can be 2-3x winter base line water use ...

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Versuchsprotokoll für die Manipulation von Plant-induzierte Bodenheterogenität

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes

Ein Gusseted Thermogradient Tabelle zur Bekämpfung von Bodentemperaturen für das Pflanzenwachstum Beurteilung und Überwachung von Bodenprozessen

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a ...

Protocol for Microplastics Sampling on the Sea Surface and Sample Analysis

Protokoll für die Mikroplastik Probenahme auf der Meeresoberfläche und Probenanalyse

Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of ...

Nanopore DNA Sequencing for Metagenomic Soil Analysis

Nanopore DNA-Sequenzierung für metagenomische Bodenanalyse

This article describes the steps for construction of a DNA library from soil, preparation and use of the nanopore flow cell, and analysis of the DNA ...

Isolation and Analysis of Microbial Communities in Soil, Rhizosphere, and Roots in Perennial Grass Experiments

Isolierung und Analyse der mikrobiellen Lebensgemeinschaften im Boden, Rhizosphäre und Wurzeln in mehrjährige Grass Experimente

Plant and soil microbiome studies are becoming increasingly important for understanding the roles microorganisms play in agricultural productivity. The ...

High-throughput Siderophore Screening from Environmental Samples: Plant Tissues, Bulk Soils, and Rhizosphere Soils

Siderophore Hochdurchsatz-Screening von Umweltproben: Pflanzen, Gewebe, lose Böden und Rhizosphäre Böden

Siderophores (low-molecular weight metal chelating compounds) are important in various ecological phenomenon ranging from iron (Fe) biogeochemical cycling ...

Sample Preparation Method of Scanning and Transmission Electron Microscope for the Appendages of Woodboring Beetle

Probenvorbereitungsmethode des Raster- und Transmissionselektronenmikroskops für die Anhänge von Woodboring Beetle

This report described sample preparation methods that scanning and transmission electron microscope observations, demonstrated by preparing appendages of ...

Measuring Phosphorus Release in Laboratory Microcosms for Water Quality Assessment

Messung der Phosphorfreisetzung in Labormikrokosmen zur Wasserqualitätsbewertung

Phosphorus (P) is a critical limiting nutrient in agroecosystems requiring careful management to reduce transport risk to aquatic environments. Routine ...