מיקרועלילה עיצוב וצמח הכנה לדגימת קרקע עבור ¹⁵ניתוח חנקן

עיצוב מיקרועלילה למשך ¹⁵N מחקר המחקר מתואר כדי להכיל מספר רב של העונה באירועים המפעל הקרקע. הליכי איסוף ועיבוד של הקרקע והצומח, כולל פרוטוקולים לטחינת ושקילה, עבור הניתוח של ¹⁵N מושם.

מחקרים רבים של דשן חנקן להעריך את ההשפעה הכוללת של טיפול במדידות סוף העונה כגון יבול תבואה או הפסדים N מצטבר. גישה איזוטופ יציבה יש צורך לעקוב ולכמת את הגורל של דשן שנגזר N (FDN) דרך מערכת יבול הקרקע. מטרת הנייר היא לתאר עיצוב קטן מחקר העלילה ניצול לא מוגבל ¹⁵N מיקרוגרשים מועשר עבור מספר רב של מערכות הקרקע והצומח אירועים במשך שתי עונות גדל ולספק לדוגמה איסוף, טיפול, ופרוטוקולי עיבוד עבור סך ¹⁵N ניתוח. השיטות הוכחו באמצעות מחקר משוכפל מדרום מרכז מינסוטה נטועים תירס (Zea מייז L.). כל טיפול מורכב משש שורות תירס (76 ס מ מרווח שורות) 15.2 m ארוך עם מיקרועלילה (2.4 m על ידי 3.8 m) מוטבע בקצה אחד. דשן שתנן הוחל ב 135 ק ג N ∙ ha^-1 בנטיעת, בעוד מיקרועלילה קיבל אוריאה מועשר ל-5 אטום% ¹⁵N. הקרקע ודגימות הצמח נלקחו מספר פעמים במהלך העונה גדל, לטפל למזער את הזיהום באמצעות כלים נפרדים והפרדת פיזית דגימות מועשר ומועשר במהלך כל ההליכים. הקרקע ודגימות הצמח היו יבשים, הקרקע לעבור דרך מסך 2 מ"מ, ולאחר מכן הקרקע לעקביות כמו קמח באמצעות טחנת הרים הרולר. לימודי המעקב דורשים תכנון נוסף, המשך עיבוד לדוגמה ועבודה ידנית, וכרוכות בעלויות גבוהות יותר עבור ¹⁵N חומרים מועשרים וניתוח לדוגמה מאשר N לימודים מסורתיים. עם זאת, באמצעות הגישה לאיזון המוני, לימודי מעקב עם מספר אירועי דגימה בעונה מאפשרים לחוקר להעריך את התפלגות FDN באמצעות מערכת יבול הקרקע והערכה מוסברים של FDN מהמערכת.

דשן חנקן (N) השימוש חיוני בחקלאות כדי לענות על המזון, סיבים, הזנה, ודרישות הדלק של אוכלוסיה גלובלית גוברת, אבל N הפסדים משדות חקלאיים יכול להשפיע לרעה על איכות הסביבה. מכיוון ש-N עובר שינויי צורה רבים במערכת יבול הקרקע, הבנה טובה יותר של הרכיבה על אופניים, ניצול יבול והגורל הכולל של דשן N נחוצים כדי לשפר את נוהלי הניהול המעודדים את N להשתמש ביעילות ולמזער את ההפסדים הסביבתיים. מחקר הדשן N מסורתי מתמקד בעיקר בהשפעה של טיפול במדידות סוף העונה כגון התשואה יבול, יבול N ספיגת ביחס לשיעור N להחיל (לכאורה דשן להשתמש ביעילות), ושיורית אדמה N. בעוד מחקרים אלה מכמת את המערכת הכוללת N תשומות, תפוקות, ויעילות, הם לא יכולים לזהות או לכמת N במערכת יבול הקרקע נגזר ממקורות דשן או הקרקע. גישה שונה באמצעות איזוטופים יציבה יש להשתמש כדי לעקוב ולכמת את הגורל של דשן N (FDN) במערכת יבול הקרקע.

חנקן יש שני איזוטופים יציבה, ¹⁴n ו ¹⁵N, המתרחשים בטבע ביחס קבוע יחסית של 272:1 עבור ¹⁴n/¹⁵n¹ (ריכוז של 0.366 אטום% ¹⁵n או 3600 ppm ¹⁵n^2,3). תוספת של ¹⁵הדשנים n מועשר מגדילה את סך ¹⁵n תוכן של מערכת הקרקע. כמו ¹⁵n דשן מועשר תערובות עם אדמה בלתי מועשר N, שינוי נמדד של ¹⁴n/¹⁵n יחס מאפשר לחוקרים לעקוב fdn בפרופיל הקרקע לתוך יבול^3,4. ניתן לחשב איזון המוני על-ידי מדידת הסכום הכולל של ¹⁵מעקב N במערכת וכל חלקיו². מכיוון שבחלקות הטיפול מוטבע לעתים קרובות ¹⁵דשנים מועשרים ^באופןמשמעותי מדשנים קונבנציונליים. המטרה של נייר שיטות זה היא לתאר את מגרש קטן עיצוב מחקר ניצול מיקרוגרשים עבור מספר בעונה הקרקע ואירועים לדיגום צמחים תירס (Zea מייז L.) ולהציג פרוטוקולים להכנת דגימות הצמח והקרקע עבור סך ¹⁵N ניתוח. תוצאות אלה ניתן להשתמש כדי להעריך את השימוש בדשן N להשתמש ביעילות וליצור חלקית N חשבונאות תקציב עבור FDN בקרקע בצובר והיבול.

1. תאור אתר השדה

הערה: בעת ביצוע ¹⁵ניסיונות לבצע שדות מעקב, אתרים נבחרים צריכים למזער את הווריאציה בשל הקרקע, הטופוגרפיה והתכונות הפיזיות⁵. מזהמים עשויים להתרחש בעקבות התנועה הקרקע לרוחב בשל המדרון, הרוח או המים הטרנסלוקציה, או עד שההתפלגות האנכית של האדמה N עלול להיות מושפע על ידי זרימת מים התת-משטח, אריח ניקוז⁶.

1. תארו את אתר השדה הנסיוני, כולל ניהול העבר (למשל, יבולים קודמים ושטיבת), קו רוחב וקו אורך, תכונות פיזיות וכימיות של קרקע (למשל, ניתוח לעיבוד הקרקע, תנאי פריון ראשוניים, חומציות וצפיפות קרקע).
2. הקלט GPS קואורדינטות עבור אתר המחקר ואת פינות השדה.
3. תארו ניהול העונה גדל כולל מזיקים וניהול מחלות (קוטל עשבים, קוטל חרקים, או שימוש בפטריות), ניהול פוריות הקרקע (כולל שיעור, מקור, מיקום, והעיתוי היישום), השקיה, אירועים וכמויות, וניהול שאריות.
4. כמו גידול יבול וחיידק מתווך N העתקות מושפעים על ידי לחות הקרקע, טמפרטורת הקרקע, וטמפרטורת האוויר, שיא מידע האקלים כולל טמפרטורות יומיות גבוהות ונמוכות, משקעים יומיים, ולחות קרקע וטמפרטורות בעומקים מספר המשקפים את עומק דגימת הקרקע.

2. עיצוב העלילה

1. הצמח שש שורות תירס (~ 86,000 צמחים ha^-1) במרווח 76 ס"מ עם ממד העלילה הסופי של 15.2 m על ידי 4.6 m.
   1. הקמת אזורי גבול 1.5 מ' מכל קצה של המימד הארוך (0-1.5 מ', 13.7-15.2 מ') ו1.5 אזור גבול נוסף הנמצא במרחק של כ-0.1 מ' (9.8-11.3 m) הסמוך לאזורי הדיגום והקציר (איור 1).
   2. הקצאת שורות 2 ו-3 כאזור הצמח בתוך העונה ודגימת קרקע (1.5-9.8 m) ושורות 4 ו-5 כאזור הקציר (1.5-9.8 m) לתשואה דגן תירס.
   3. להקים אזור microplot (18.2-22.1 m) עם מידות של 2.4 m על ידי 3.8 m ממורכז על הממד רוחב. לאסוף את כל ¹⁵N הצמח מועשר ודגימות הקרקע מהאזור הזה, עוזב 0.38 m של הגבול בלתי שנדגם על אורך ומידות רוחב כדי למזער את השפעות הקצה (איור 2).
2. להתוות את העלילה הטיפול ואת פינות microplot עם דגלים צבעוניים שונים.

3. אמצעי זהירות לדגימת הקרקע והצומח

1. השתמש בציוד ייעודי ובתחומי עיבוד עבור חומרים לא מועשרים ומועשרים. זיהום של חומרים לא מועשר (דשן, אדמה או צמח) על ידי חומרים מועשרים ולהיפך יכול להשפיע באופן דרסטי על תוצאות.
2. לאסוף ולעבד ¹⁵n מועשר הקרקע ודגימות צמחים לפי השפל הגבוה ביותר ¹⁵n צפוי העשרה כדי למזער את הזיהום הצולב. ודא כי משטחי עבודה, כפפות, כלים ומכונות ינוקו ביסודיות בין כל מדגם כדי למזער את הזיהום הצולב מנושא המדגם.
3. מזער את התנועה ברגל במיקרו מגרשים כדי למנוע זיהום של אזורי דגימה לא מועשר. ללבוש כיסויי הנעל הגנה בעת גישה מיקרו מגרשים ולהסיר אותם בעת היציאה באזור microplots.

4. ¹⁵N הכנה לדשן מועשר ויישום

1. בעקבות ההנחיות שנקבעו על-ידי Ref. 2 עבור דשן ¹⁵n להשתמש יעילות (F¹⁵nue) לימודים, לדלל 10 אטום% ¹⁵n מועשר אוריאה ל 5 אטום% ¹⁵n שתנן מועשר ומתמוסס ב 2 L של מים מתוהים כדי להבטיח העשרה אחידה של דשן אוריאה.
   הערה: הריכוז הנדרש של ¹⁵מועשר בדשן הוא תלוי במטרות של המחקר האגרונומי. אם הריכוז של מניות ¹⁵N דשן מועשר חורג הדרישות של החוקר, את הריכוז דשן המניה עשוי להיות מדולל עם דשן קונבנציונאלי דומה באמצעות הנוסחה הבאה³.
   X2 = [(c1/c2)-1] × X1
   X2 הוא המסה של דשן קונבנציונאלי לא מועשר, X1 הוא מסה של דשן מעקב, c1 הוא ריכוז איזוטרופי [מבוטא אטום% עודף (נמדד אטום% העשרה פחות ריכוז הרקע הטבעי הניח להיות 0.3663 אטום%)] של דשן מעקב המקורי, ו c2 הוא ריכוז איזונושא של התערובת הסופית. כדוגמה, בהינתן 100 g של 10 אטום% אוריאה מועשר, 92.7 g של דשן קונבנציונאלי לא מועשר יהיה נדרש עבור ריכוז הסופי איזוטרופי של 5 אטום%;
   X2 = {[(10-0.3663)/5]-1} × 100.
2. לנתח את הפתרון ל ^-15מאוזן כדי לוודא העשרה. המחברים השתמשו בשירותים האנליטיים שסופקו על ידי מתקן האיזוטופ היציב של ה-UC דיוויס.
   הערה: התגובות של המשטר הקרקע-חיידק משטר לתוספות דשן עשוי להיות מושפע הצורה הפיזית של דשן. בהתאם למטרות המחקר, פתרון אוריאה עשוי להיות מיושם כנוזל או מיובש לרפורמה גבישים. הקריסטלים עשויים להיות דחוס לתוך עוגה באמצעות לחיצה קארבר ב 10,000 psi, ואחריו מועך את העוגה ומסנן את החלקיקים לגודל הרצוי³.
3. להחיל באופן שווה ¹⁵N מועשר אוריאה פתרונות למיקרו מגרשים באמצעות תרמיל מכויל מכוילים₂ מרסס(איור 3א). אם נעשה שימוש במספר שיעורי N או ברמות העשרה מרובים, שקול להשתמש במרססים של CO₂ עבור כל רמת העשרה או השתמש בריסוס יחיד וליישם פתרונות מן הנמוכים ביותר להעשרת הגבוהה ביותר כדי למזער את הטיפול בזיהום.
4. שילוב אוריאה-המכיל דשנים עם טיגיל אור, יד rakes, או לפחות 0.6 ס מ של השקיה בתוך 24 h של יישום כדי למזער את הפוטנציאל volatilization הפסד.
5. לא עוד ¹⁵דשן שתנן מועשר מוחל על microplot במהלך העונה השנייה הגוברת. החלת אוריאה קונבנציונאלי ללא מועשר לטיפול כולו כדי למנוע תגובה דיפרנציאלית בגידול תירס עקב חנקן.

5. עיבוד לדוגמה שדה: ביומסה תירס על הקרקע

1. בכל שלב הדגימה, לאסוף מדגם שישה הקרקע תירס מורכב מתוך אזור הדגימה (¹⁵N לא מועשר) ומדגם שישה הקרקע תירס משולב דגימה מ ¹⁵n המיקרועלילה מועשר. לפחות שני צמחים צריך להפריד כל צמח שנדגם כדי למנוע התפתחות משמעותית של הצמח הדינמיקה. המחברים אספו דגימות צמחים ב V8 ו R1 התפתחות פיזיולוגית התירס שלבים¹¹ ו בבגרות פיזיולוגית (איור 2).
2. בעקבות העקרונות המתוארים בשלבים 3.1 ו 3.2, לקצץ V8 ו R1 ביומסה הקרקע (≤ 5 ס"מ על ידי ≤ 5 ס מ); הפסולת בחצר היא אופציה משביעת רצון. מניחים ביומסה קצוץ על בד שכותרתו או שקיות נייר ויבש בתנור באוויר כפוי ב 60 ° צ' עד המסה קבוע. להקליט את המשקל ביומסה יבש (איור 3ב).
3. החלוקה הפיזיולוגית הצמחים תירס בוגרת לתוך stover (כל הרקמות וגטטיבי כולל עלים, husks, ו גבעולי), דגנים, ושברים קלח. קוצצים ומייבשים בתנור באוויר ב60 מעלות צלזיוס עד למסה קבועה. להקליט את המשקל ביומסה יבש.
4. בתוך המיקרועלילה, חותכים את כל גבעולי תירס על פני הקרקע, לקשור צרור, תווית על פי העלילה, ולהסיר מן השדה (איור 3ג). כוונן דגלי הפינה microplot להיות כמעט סומק עם משטח הקרקע כדי למזער את הסיכון להסרת על ידי לשלב במהלך הקציר או לאחר הקטיף.
5. יבול תבואה מאזור הקציר ולדווח תשואה ב 15.5% תוכן לחות¹². לקצור את אזורי המחקר הנותרים עם שילוב העלילה.
6. מגרפה ביומסה בלתי מועשר מן האזור microplot. קוצצים והחלה מחדש ביומסה מיקרו הקרקע כדי להתוות את העלילה הנכונה (איור 3ד).
7. לשלב שאריות לתוך משטח הקרקע עם טיגיל לטפל למזער את הקרקע ואת שאריות תירס הובלה לתוך או מתוך אזור microplot. החלף את כל דגלי הפינה מיקרוהתוויה שהוסרו עקב מעבר לגיל.
8. לשתול תירס של שנה שנייה על אותן. שורות כמו התירס של השנה הראשונה
9. איסוף ביומסה תירס של שנה שנייה על פני הקרקע רק בבגרות פיזיולוגית ותהליך כמו דגימות תירס בשנה הראשונה כמתואר בשלב 5.3. לאסוף דגימות מיקרועלילה ממרכז האזור microplot (1.52 m על ידי 0.76 m) כדי למנוע כל דילול האות הפוטנציאלי לאחר טיגיל (איור 2). יבול תבואה מאזור הקציר ולדווח תשואה ב 15.5% תוכן לחות.
10. בעקבות העקרונות של שלבים 3.1 ו 3.2, ביסודיות לערבב לטחון 100 כדי 200 g של חומר צמחי מיובש לעבור דרך מסננת 2 מ"מ. מערבבים ביסודיות את חומר האדמה ומאחסנים דגימת משנה במעטפת מטבע בעלת תווית לעיבוד נוסף.
    הערה: טחנת תומס ויילי היא אופציה מספקת עבור רקמת הצמח שחיקה בזמן Perten מעבדה מיל 3610 היא אופציה מספקת לטחינת תבואה.
    התראה: אנשים לטחינת דגימות הצמח צריך ללבוש הגנה על האוזן ולהיות מוגן משאיפת אבק על ידי לבישת המכון הלאומי לבטיחות תעסוקתית ובריאות אושרה N95 מסננים חלקיקים מסכת Facepiece.

6. לדגימת שדה עיבוד: קרקע

1. לאסוף דגימות קרקע בשנה הראשונה 8 ימים לאחר ¹⁵N יישום דשן מועשר, V8, R1, ו לאחר הקציר לפני הגיל. לאסוף דגימות הקרקע שנה שנייה על טרום המפעל לאחר הקציר. בשל אילוצי דגימה לוגיסטיים, המחברים אספו דגימות קרקע בעונה של 0 עד 15, 15 עד 30-, ו 30-עד 60 ס"מ, לאחר הקציר דגימות קרקע ב 0-כדי 15-, 15-עד 30, 30-ל 60-, ו 60-כדי 90-ס"מ במעמקי, ושנה שנייה לפני הצמח דגימות קרקע על 0-30-, 30-כדי 60-, 60-כדי 120-ס מ במעמקי.
   הערה: אם בדיקה קרקע אינה מסוגלת לאסוף ליבת אדמה עד לעומק הרצוי ביותר כמו ליבה אחת, לאסוף ליבות עומק עמוק יותר מאותם חורים קידוח כמו במעמקי העליון מהשליך את העליון 1-ס מ של אדמה כדי למנוע זיהום מהקרקע נופל ממעמקים.
   1. לאסוף ארבע ליבות (1.8-cm קוטר) מדגם הקרקע מורכב מאזור הדגימה בלתי מועשר ב V8 ו R1 באמצעות לווין יד. לאסוף ליבה אחת בשורה תירס ושלוש ליבות בין שורות התירס.
   2. לאסוף שתי ליבות (בקוטר 5 ס מ) מדגם אדמה מורכב מאזור הדגימה בלתי מועשר בטרום המפעל לאחר הקציר באמצעות בדיקה הידראולית.
   3. לאסוף 15 ליבות (1.8-ס"מ קוטר) מדגם קרקע מרוכב מאזור microplot 8 ימים לאחר ¹⁵N יישום דשן מועשר, V8, ו R1 באמצעות לווין יד. לאסוף שלוש עד ארבע ליבות בשורה תירס ו 11 כדי 12 ליבות בין שורות תירס.
      הערה: קרקעות הן מאוד הטרוגנית. מספר גדול יותר של ליבות שנאספו מתוך מיקרועלילה מועשר מספק אומדן טוב יותר של העשרה ^{האמיתי של העשרת n אדמה}n¹³.
   4. לאסוף שלוש ליבות (בקוטר 5 ס מ) מדגם אדמה מרוכבים מאזור microplot ב טרום המפעל לאחר הקציר באמצעות בדיקה הידראולית.
   5. הומוגון כל דגימת אדמה מורכבת בדלי ומניחים אותו בשקית נייר המסומנת מראש.
2. דגימות קרקע יבשות ב35 ° c בתנור באוויר עד למסה קבועה. לטחון כל דוגמה כדי לעבור דרך מסננת 2 מ"מ. מטחנת אדמה מכנית היא מספקת אם ניתן לנקות ביסודיות בין כל דוגמה.
   הערה: דגימות הקרקע עשויות להתייבש מאוויר על-ידי הפצת דגימות על מגשים בשכבה דקה. מגשים צריכים להיות באזור נקי מזיהום על ידי מקורות N מחוץ. יש להפריד באופן פיזי מדגמים לא מועשרים ומועשרים כדי למנוע זיהום צולב.
   התראה: אנשים לטחינת דגימות אדמה צריך ללבוש הגנה על האוזן ולהיות מוגן משאיפת אבק על ידי לבישת המכון הלאומי לבטיחות תעסוקתית ובריאות אושרה N95 חלקיקים סינון מסכת Facepiece.

7. מעבדה לדוגמא עיבוד: לטחון דגימות קרקע וצמחים

1. דגימות של צמחי קרקע יבשים (2 מ"מ) לילה בתנור ב-60 ° c.
2. בעקבות העקרונות המתוארים בשלב 3, לטחון דגימות צמחים מיובשות או חומר אדמה לעקביות, כמו קמח משובח. . טחנת הרולר היא אופציה משביעת רצון
   הערה: טחנת הצנצנת של המחברים היא מערכת מותאמת אישית מסוע חגורה שיכולה לעבד 54 רולר צנצנות בכל פעם.
   1. מילוי כל צנצנת רולר (250 mL בורוסיליקט זכוכית צנצנת עם מכסה בורג) עם 10 כדי 20 גרם של צמח הקרקע או דגימת אדמה ושבעה מוטות נירוסטה (8.5 ס"מ ארוך, 0.7 ס"מ קוטר).
   2. לגלגל את הצנצנות רולר ב 0.4 x g עבור 6-24 h או עד הדוגמאות יש משובח, כמו קמח העקביות.
   3. העבר את חומר הקרקע הדק לתוך מבחנה נקיה בעלת תווית של 20 מ"ל.
   4. בין כל דוגמה, לשטוף צנצנות רולר, מוטות נירוסטה, ומכסים עם סבון ומים כדי להסיר את כל שאריות.
      1. רולר צנצנות לטבול ומכסים ב 5% חומצה HCl באמבטיה (מוכן 36-38% מניות מרוכז) לילה¹⁴.
         התראה: חומצה הידרוכלורית היא מאכל. זה יכול לגרום לכוויות עור חמורות, נזק לעיניים, והוא מזיק אם שאפה. תמיד לובשים בגדי הגנה, כפפות, עיניים והגנה על הפנים. הסומק יצר קשר עם הרקמה. ביסודיות עם מים השתמש תמיד במיכל משני בעת הובלת חומצות. תמיד להוסיף חומצה למים כמו התגובה הזו היא האקסותרמית. נטרל באופן מיידי את דליפת החומצה עם סודה לשתיה.
         הערה: אמבט חומצה גדול עשוי להיות מוכן 100 L של 5% HCl במיכל פלסטיק 208 L. הכינו כמה כרכים קטנים יותר בתוך מכסה המנוע ולאחר מכן העבירו את הפתרונות למיכל הפלסטיק. החליפו את התמיסה כל שלושה חודשים.
      2. שלוש צנצנות רולר ומכסים עם מים מוכי האוויר יבש.
      3. לטבול מוטות נירוסטה ב 0.05 naoh אמבטיה (מוכן על ידי המסת 2 גרם של naoh ב 1 L של מים מיוהים) לילה¹⁴. הכינו אמבטיה חדשה ב-0.05 מ' בכל יום.
         התראה: הידרוקסיד הנתרן עלולה לגרום לכוויות עור חמורות ולנזק לעיניים. תמיד לובשים בגדי הגנה והגנת עיניים. מיד להסיר בגדים מזוהמים לשטוף את העור או העיניים עם מים במשך כמה דקות.
      4. לשטוף את המוטות תחת הפעלת מי ברז חם עבור 5 דקות. Decant ו טריפל לשטוף את המוטות עם מים מפוהים. לאפשר למוטות להתייבש באוויר על מגש מגבת נייר מרופדת.

8. שוקלים מפעל קרקע ודגימות קרקע עבור ניתוח N ו ^-15n מוחלט

1. לנתח צמחים מייצגים מסוימים ודגימות אדמה עבור סך N תוכן (למשל, ניתוח בעירה¹⁵). חישוב מסה לדוגמה המספקת תוכן N מספיק עבור ניתוח של ¹⁵n בהתאם למפרטי המנתח.
   הערה: המחברים השתמשו בשירותים האנליטיים שסופקו על ידי מתקן האיזוטופ היציב של ה-UC דיוויס. משקולות דגימה מועשר היו ממוטבים עבור 20 μg של N עם מקסימום של 100 μg של N.
2. ארגן כדוגמת דוגמאות מהנמוכה ביותר עד לרמה הגבוהה ביותר של ¹⁵העשרה N. שכפל מדגם כל שמינית עד 12 בכל אחד מהרצים כדי לבדוק את דיוק המדגם. כלול לפחות דגימת בדיקה אחת לכל הפעלה¹⁶.
3. התווית 96 נקי לוחית היטב ומכסה מצויד עם טבעות אידוי בודדים היטב. חותכים כרטיס אינדקס נקי כדי להתאים רק בתוך המכסה כדי למנוע תנועה לדוגמה בין בארות במהלך ההובלה.
4. לבישת כפפות מניטריל, לנקות את המיקרוסקאלה, משטחי העבודה, מרית, מלקחיים עם מגבונים ואתנול. מניחים כלים מנוקים. על מנגב על הספסל במעבדה
   הערה: יש לעבד דגימות לא מועשר ומועשר תוך שימוש בסולמות ובכלים נפרדים כדי למנוע זיהום צולב.
5. השתמש מלקחיים למקום מראש נוצר 5 מ"מ x 9 מ"מ כמוסה פח על משטח עבודה נקי, כגון בלוק נירוסטה עם 5 מ"מ x 8 מ"מ היטב. הקש בעדינות על הקפסולה לתוך הבאר כדי לתקן את הצורה גלילי ולשטח את החלק התחתון של הקפסולה במידת הצורך.
   הערה: בגלל הגושים לדגום יהיה קטן מאוד, הסיכון של זיהום לדוגמה הוא גבוה. לעולם אל תיגע בקפסולות. עם כפפות להשליך את הקפסולה אם הוא נוגע בכל משטח אחר מאשר מלקחיים, משטח עבודה נקי, שוקל לשנות את המחבת, או 96-באר צלחת.
6. מלקחיים להשתמש כדי להתלקח בעדינות את החלק העליון 1 מ ' הקפסולה כדי להקל על מניפולציה. כדי למנוע נזק בקנה מידה בעת שמירת משקל הקפסולה, לרחף ולשחרר את הקפסולה 1 כדי 2 מ"מ מעל מחבת שקילה microscale. . מסדר את הקפסולה השתמש מלקחיים כדי להחזיר את הקפסולה למשטח עבודה נקייה.
7. השתמשו במרית כדי להוסיף בזהירות את המסה הנדרשת של חומר לדגימת קרקע דק לקפסולה. הימנע מלשפוך חומר לדוגמה על המשטח החיצוני של הקפסולה או על משטחי העבודה.
8. באמצעות מלקחיים, לאט לקלקל את השליש העליון של הקפסולה ומקפלים מעל לאטום. באמצעות מלקחיים, להמשיך לקפל לדחוס את הקפסולה לתוך צורה כדורית לטפל לא לנקב או לקרוע את פח.
   הערה: דגימות בעלות תוכן N נמוך עשויות לדרוש כרכים לדוגמה החורגים מהקיבולת של הקפסולה 5x9 מ"מ. ניתן להשתמש בקפסולות גדולות יותר (לדוגמה, 9 מ"מ x 10 מ"מ) במופעים אלה.
9. מלקחיים להשתמש כדי לשחרר את הקפסולה עטוף מספר פעמים מגובה של 1 ס מ על משטח נקי, כהה או מראה כדי לבדוק דליפות. אם לא מופיע אבק, שקול את המדגם באמצעות אותה טכניקה כפי שמתואר בשלב 8.6. הקלט את משקל המדגם. מניחים את הקפסולה בצלחת 96-באר ולהקליט את המיקום היטב.
   1. אם האבק מופיע על פני השטח האפל, להקליט את המשקל לדוגמה. לעטוף את המדגם בקפסולה פח השני, בדוק מראש עבור דליפות, ולמקם אותו בצלחת 96-באר נקי.
      הערה: אם הקפסולה העטופה גדולה מדי בכדי להתאים לצלחת 96-היטב, השתמש בצלחת של 24 או 48.
10. בין דגימות, לנקות כל כלי ומשטחים עם אתנול ומגבונים משלמים תשומת לב מיוחד מרית וקצוות מלקחיים.
11. אבטח את המכסה לצלחת 96-היטב באמצעות קלטת ואחסן בdesiccator.

9. חישובים

1. חישוב מסה של N (ק ג ∙ ha^-1) הכלול הצמח או דגימות הקרקע באמצעות המשוואות הבאות.
   
   
2. חישוב דשן N שבר (n_f), דשן נגזר n (fdn), ואת הקרקע נגזר n (SDN) עבור צמחים ודגימות קרקע¹⁷.
   
   היכן מהווה האטום% ¹⁵N העשרה.
3. 
   
4. חישוב דשן ¹⁵N להשתמש יעילות¹⁷.
   

התוצאות המוצגות במאמר זה מגיעות מאתר שדה שהוקם בשנת 2015 במרכז הסיוע והמחקר הדרומי של אוניברסיטת מינסוטה הממוקם ליד Waseca, MN. האתר היה מנוהל כמו תירס סויה [גליצין מקסימום (L) merr] סיבוב לפני 2015 אבל היה מנוהל כסיבוב תירס תירס במהלך 2015 ו 2016 העונות גדל. האדמה הייתה לאועם חימר ניקולאם (מעורבב, מעורב, superactive, מסיק הפלובובות)-וובסטר חימר רקבובית (בסדר-רקבובית, מעורב, superactive, mesic typic אנדוקואולס) קומפלקס. פוריות הקרקע היתה מנוהלת על פי הנחיות האוניברסיטה מלבד N¹⁸. מספר טיפולי דשן N היו מסודרים בעיצוב אקראי לחלוטין בלוק עם ארבעה שכפולים, אבל רק 135 ק ג N ∙ ha^-1 החלה כמו אוריאה ב נטיעת מוצג בנייר זה. צפיפות קרקע בצובר נמדדה במרכז של 0 עד 15-, 15 עד 30, 30-עד 60-, 60-ל 90-, ו-60-עד 120 ס"מ שכבות עומק של 5-ס"מ דגימות עומק לכל שכפול באמצעות שיטת הליבה ללא שינוי¹⁹. צפיפות בצובר הממוצע בתוך עומק על פני שכפולים והניח להיות קבוע על פני השדה. הגדרת ההתוויה ודגימות הצמח והקרקע נאספו ועובדו כמתואר בסעיף הפרוטוקול.

סך הכל (FDN + SDN) ביומסה על פני הקרקע N גדל עם כל אירוע הדגימה רצופים במהלך העונה הגוברת הראשונה (איור 4). דשן שנגזר N הריכוז היה הגדול ביותר בתחילת העונה חשבונאות עבור 44 ± 4% (ממוצע ± שגיאה סטנדרטית) של ביומסה הקרקע הכולל N ב V8 וירד עם כל תקופת דגימה רצופים (איור 4א). עם זאת, SDN היה החלק הגדול ביותר של ביומסה על פני השטח N הממחישות את החשיבות של הקרקע N אספקה לצמיחת תירס אופטימלית. בבגרות פיזיולוגית בשנה הראשונה, 27 ± 1% של ביומסה מעל פני הקרקע N היה מ FDN עם פרופורציות דומות ב דגנים, stover, ו שברים קלח (איור 4ב). בבגרות פיזיולוגית בשנה השנייה, רק 2 ± 0.1% של FDN השנה הראשונה התאושש ביומסה הקרקע עם 1.6 ± 0.2 ק ג של השנה הראשונה FDN ha^-1 מיוצא הדגן (איור 4א).

תקציב FDN של יבול הקרקע שימושי לצורך כימות רכיבה על אופניים FDN בתוך המערכת לאורך זמן. בתוך 8 d של יישום דשן, רוב FDN היה בראש 15 ס מ של פרופיל הקרקע, כצפוי (איור 5). עם זאת, 22.2 ± 4.4 ק"ג N ha^-1 כבר עבר למעמקי עמוק בעוד 4 ± 10% של fdn היה מוסברים. מוסברים FDN צפוי בעיקר מונע על ידי N מנגנוני הפסד כולל leaching, denitrification, ו volatilization כי או להעביר FDN מתחת לעומק דגימת הקרקע או להסיר את FDN מהמערכת לחלוטין. ב V8 ו R1, מוסברים עבור FDN עלה 60.4 ± 4.7 ק"ג N ha^-1 על הממוצע בעוד אדמה N (0-15 ס מ) היה 31.6 ± 6.8 ק"ג n ha^-1 בממוצע. הצמיחה המהירה של תירס ו N ביקוש גבוה מ V8 ל R1 הביא לעלייה של 19.0 ± 4.4 ק"ג FDN ha^-1 ב ביומסה צמח הקרקע שיקוף 17.7 ± 5.2 ק"ג fdn ha^-1 הפחתת מ 15 עד 60-cm במעמקי הקרקע. טמפרטורת הקרקע ותנאי הלחות בין השלבים הללו לפיתוח תירס נוטים להעדיף גידול חיידקים וכתוצאה מכך מחזור מהיר של שאריות אורגניים וניצול מחדש של N מינרליזציה. תוצאות אלה מרמזות כי שורשי תירס כורים FDN אורגניים מ 15-עד 60 ס מ, ואילו FDN בעומק של 0 עד 15 ס מ היתה בעיקר אופניים בין חומר אורגני ושברים מחיידקים. ניתוח איזונושא נוסף של בריכות N אורגני בקרקע ואורגנית הכרחי כדי לאמת השערה זו ולספק פירוט רב יותר ותובנה לתוך הדינמיקה FDN אופניים¹⁰. על ידי לאחר הקציר שנה 1, 59 ± 2% של FDN המקורי היה מוסברים בעוד 18.1 ± 3.9 ק"ג FDN ha^-1 היה בראש 30 ס מ של הקרקע (איור 5) ו22.1 ± 2.3 ק"ג fdn ha^-1 היה מיוצא הדגן (איור 4ב). דשן ¹⁵N שימוש ביעילות היה 24% (משוואה 7) והוא בקצה הנמוך^{של F}מדווחים בדרך כלל מדדים (25-45%) דיווחו על ידי מחקרים אחרים²⁰. למרות שהציוד נוקה ביסודיות בין כל דוגמה, מדדי ה-F¹⁵nue הנמוכים ביותר של המחקר יכולים להיות פריט של דילול דגימה מועשר באמצעות עיבוד דגימות מועשר בסדר הנמוך ביותר להעשרה הצפויים ביותר. כמות FDN בראש 30 ס מ הוכפל (36.0 ± 5.2 ק ג FDN ha^-1) מן לאחר הקציר שנה 1 עד השנה טרום הצמח 2 בשל התפלגות חלקית שאריות מאז הסתיו הקודם אבל על ידי השנה לאחר הקציר 2 רק 17.3 ± 3.3 ק"ג fdn ha^-1 עדיין נמצא בתוך מערכת תירס אדמה (איור 5) מחקר זה מציין כי עד סוף שנות הראשון והשני, רק 41 ו -29%, בהתאמה של FDN השנה הראשונה היתה בתוך מערכת הקרקע-תירס (כולל FDN מיוצא בתבואה) בעוד השארית היתה אבודה לסביבה או מתחת לעומק הקרקע 90 ס מ.

תוצאות מזויפות ניתן להשיג כאשר דגימות מזוהמים המשפיעים על חישובים של N_f, fdn, ו SDN. לדוגמה, נניח שדגם ¹⁵n מועשר עם העשרה בפועל של 3.000 אטום% ¹⁵n נגוע בחומר לא מועשר המדלל את הריכוז ¹⁵n ל-2.500 אטום% ¹⁵N. יתר על כן, להניח_מפעל N הכולל הוא 100 ק ג n ha^-1, האטום% ¹⁵n העשרה של דשן היה 5.000, ואת האטום% ¹⁵n העשרה של הדגם צמח לא מועשר היה 0.366. The ¹⁵n מועשר דגם n_f יופחת מ 0.568 (בפועל) כדי 0.461 (מזוהם מדגם) להמעיט fdn אמיתי על ידי 10.7 ק"ג N ha^-1. הערכות היתר של FDN עלולות להתרחש כאשר דגימות עם העשרה שאינם מופיעים ב- ¹⁵n מזוהמות בתוספת של ¹⁵n. כך, טיפול קיצוני יש לנקוט בכל השלבים של איסוף לדוגמה ועיבוד כדי למזער את הזיהום לדוגמה, אבל בעיקר כאשר ההמונים לדוגמה מופחתים (למשל, שחיקה והליכי שקילה).

איור 1: עיצוב העלילה עבור העלילה הטיפול ו microplot. האיור ממחיש את הממדים והמיקומים היחסיים של אזורי הגבול, אזור דגימה לא מועשר, אזור הקציר, ואזור microplot בתוך מזימת הטיפול. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: הצמח מיקרועלילה ודיאגרמת דגימת אדמה. האיור ממחיש את מיקומי הצמחים היחסיים והקרקע בכל שלב הדגימה, המונעת שינוי משנות התירס של מפעלי התירס שנדגמו מאוחר יותר. אירועים הדגימה התרחשו 8 ימים לאחר ¹⁵N יישום דשן מועשר, בשלבי הפיתוח הפיסיולוגיים של V8 ו R1 , ב בגרות פיזיולוגית בשנת ¹⁵N יישום דשן מועשר (PMY1) ובשנה הבאה (PMY2), ולפני השתילה השנה השנייה (PPY2). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: תיאור כרונולוגי של ניהול מיקרועלילה. (א) התמוססות ¹⁵N מועשר אוריאה לתוך 2 ליטר של מים מוכי ריסוס על מיקרועלילה בנטיעת. (ב) לאסוף ולקצוץ מדגם שישה הקרקע תירס מורכב מתוך אזור הדגימה (¹⁵N לא מועשר) ומדגם שישה הקרקע תירס מורכב מטווח ¹⁵n מיקרועלילה מועשר בזמן דגימה מראש נקבע. (ג) בעקבות איסוף המדגם בבגרות פיזיולוגית, להסיר את כל ביומסה הקרקע הנותרים מתוך המיקרו מזימה. (ד) פוסט-קציר, מגרפה ביומסה תירס בלתי מועשר בקרקע מאזור microplot. שבב ולהחיל מחדש את המיקרו העלילה תירס הקרקע לאזור microplot. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: דוגמה של ביומסה מעל פני השטח n מחולק לדשן נגזר n (FDN) ואת הקרקע נגזר n (SDN) שברים. סה כ ביומסה על פני הקרקע N הופרד לתוך מקורות בודדים של FDN (צבע מלא) ו SDN (צבעהצריף) ב (א) ו (ב). קווי שגיאה מייצגים את השגיאה הסטנדרטית של הממוצע. (א) ביומסה על פני הקרקע N נמדד על שלבי V8 ו R1 התפתחות פיזיולוגית התירס ואת בגרות פיזיולוגית בשנת ¹⁵n היישום דשן (PMY1) ובשנה שלאחר ¹⁵n היישום דשן (PMY2). הערך מעל כל עמודה מייצג את האחוז של הסכום N שהיה FDN. (ב) ביומסה על פני הקרקע N נמדד ב PMY1 ו PMY2 מוצג בחלקים הבודדים של קלח (רק שנה 1), stover (קנה ועלים; כולל קלח עבור PMY2), ו דגנים עבור fdn ו-SDN. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: דוגמא לתקציב הדשן הנגזר N (FDN). המסה של FDN התאושש בתוך הקרקע (Abvgd) ביומסה תירס במעמקי דגימת הקרקע שונים מדווחים על שישה אירועי דגימה מעל שתי עונות גדל. אירועים הדגימה התרחשו 8 ימים לאחר ¹⁵N יישום דשן מועשר (PA), בשלבי הפיתוח הפיסיולוגיים של V8 ו R1 , ב בגרות פיזיולוגית בשנת ¹⁵N יישום דשן מועשר (PMY1) ובשנה הבאה (PMY2), ולפני שתילת השנה השנייה (PPY2). ההבדל בין שיעור הדשן שיושם (135 ק ג N ha^-1) ואת המסה של fdn התאושש בחלקים תירס הקרקע הוא השבר fdn מוסברים. המסה הכוללת של FDN עבור PPY2 ו PMY2 היה 113 ק ג FDN ha^-1 מכיוון 22 ק"ג fdn ha^-1 הוצא מתוך מערכת הקרקע-תירס כמו תבואה השנה הראשונה. קווי שגיאה מייצגים את השגיאה הסטנדרטית של הממוצע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

מחקר איזוטופ יציב הוא כלי שימושי עבור מעקב וכימות FDN באמצעות מערכת יבול הקרקע. עם זאת, ישנן שלוש הנחות עיקריות הקשורות למחקרים מעקב N, שאם הפרה עלולה לפסול מסקנות הנמשכות משימוש במתודולוגיה זו. הם 1) המעקב מופץ באופן אחיד בכל המערכת, 2) התהליכים תחת המחקר מתרחשים באותם שיעורי, ו 3) N עוזב את ¹⁵n הבריכה מועשר לא מחזיר³. מכיוון שמחקר זה מתעניין בהפצת FDN סה כ ברחבי מערכת יבול הקרקע, הנחות 2 ו-3 הן של דאגה מינימלית²¹.

העלות הגבוהה של ¹⁵החומר מועשר בדרך כלל מגביל את הגודל של ¹⁵n לימודי מעקב. לכן, לפני ייזום מחקר מעקב N, החוקר צריך לתכנן בקפידה את המטרות של פרויקט המחקר בהתחשב: מספר אירועי הדגימה, אורך המחקר (ימים עד שנים), שיעור N היישום דשן, ואת הריכוז ¹⁵N העשרה הדרושים כדי למדוד הבדלים משפע טבעי (0.366 אטום%) לאחר ¹⁵N דשן מועשר דילול על ידי קרקע גורפת². משתמשים בדרך כלל ב- ¹⁵העשרה ושיעורי יישום מדווחים על סוגים שונים של מחקר אגרונומי ב-Ref .2. לאחר קביעת יעדי המחקר, מיקרו העלילה חייב להיות גדול מספיק כדי להתאים את הקרקע ואת דגימת הצמח ולהימנע השפעות קצה. עיצוב ההתוויה המתואר בפרוטוקול זה משתמש בהתוויה לא מוגבלת המחייבת שאזורי גבול שאינם שנדגמו יהיו מועסקים⁶. The ¹⁵N ריכוז באזורים הגבול הוא מדולל על ידי זרימת ההמונים על פני גבול microplot ו-N ספיגה מחוץ מיקרועלילה על ידי שורשי תירס רוחבי גדל בשורות 1 ו 6. מגרשים מוקף, שם מחסומים פיזיים מונעים לתוך הקרקע, לא דורשים אזורי הגבול אבל דורשים עבודה נוספת במהלך הקמת microplot ועשויים להגביל את פעולות השדה השגרתי⁶. הפניות 3, 6, 22-25 לספק הנחיות נוספות על בחירת גדלים microplot, רוחב הגבול, וכאשר חלקות מוגבל או לא מוגבל עשוי להיות המתאים ביותר.

הצמח וערכת דגימות הקרקע של מחקר זה נועד לאפשר אירועי דגימה מרובים על פני שתי עונות הגוברת רצופות. מפעל העונה המוקדמת ודגימות הקרקע נלקחים ליד הקצוות החיצוניים של המיקרועלילה. כל אירוע דגימה עוקב מתקרב למרכז המיקרו-מחלקה כדי למנוע דגימה של אזורים שנדגמו בעבר. לפחות שתי צמחי תירס מפרידים כל צמח שנדגם כדי למזער את השינויים בהתפתחות הפיסיולוגית של התירס. אחד האתגר עם טכניקת דגימת הקרקע של המחקר הוא כי שיטת הדגימה ליבת הקרקע עשויה לא ליירט במדויק את ההתפלגות הטרוגנית של ¹⁵N בפרופיל הקרקע³. השונות המרחבית של סה כ הקרקע N הוא גבוה עם מקדם מוערך של וריאציה של 15%³. החפירה מיקרועלילה מלאה ישפר את הדיוק של ¹⁵N ככמת אך דורש עיבוד כמויות משמעותיות של אדמה ומגביל דגימה לאירוע אחד³ כי הוא לא בשורה עם יעדי מחקר זה. משנה את חלוקת מיקרוזימה ליחידות דגימה קטנות יותר מאפשר מספר רב של החפירה, אך עשוי להגדיל את גודל microplot נדרש כדי להבטיח שיחידות שאינן שנדגמו מושפעים על ידי שינויים החופה יבול והדינמיקה מים קרקע. למרות הפחתת הפוטנציאל בדיוק, מחקרים רבים משתמשים בטכניקת ליבת הקרקע עבור מיקרוגרשים ≥ 1 m^{29,22,26,27,28}. ניתן להגדיל את הדיוק לדוגמה על-ידי הגדלת מספר ליבות הקרקע שנאספו ומורכבים לכל מיקרו-מחלקה באמצעות^הנוסחההבאה:

n = (Z²) (CV²)/(d²)

כאשר n הוא מספר ליבות הקרקע, Z הוא משתנים נורמליים סטנדרטית עבור רמת אלפא המתאים (1.96 עבור 0.05 ו 1.65 עבור 0.10), CV הוא מקדם הווריאציה, ו d הוא השוליים של שגיאה בממוצע העלילה (כנקודה עשרונית). בהתבסס על הנוסחה הזו, המחברים מצפים כי 15 ליבות לכל מיקרו העלילה היה להעריך את סך N כדי ± 7.6% על 95% המגרשים (n = 15; Z = 1.96; CV = 15%; d = 0.076). הפניה 25 בשימוש מספר דומה של ליבות, אך מחולקת את המיקרו מתווה לתוך 32 יחידות דיגום איסוף דגימות הצמח והקרקע מארבע יחידות בכל אירוע הדגימה.

אחרים הראו כי הנתונים microplot ניתן לחשב את העלילה כולה²⁹. עם זאת, כדי שהנחה זו תהיה חוקית, יש לנהל באופן דומה את מזימת הטיפול והמיקרועלילה. אם אפשרי, דשן N צריך להיות מיושם באותו צורות כימיות ופיזיות (למשל, אוריאה מומס במים) כמו אלה מאפיינים המשפיעים על הדינמיקה הקרקע דשן כולל N מנגנוני הפסד, השתק, וזמינות של חיידקים וצמחים הקרקע³.

הרולר צנצנת השיטה המתוארת בפרוטוקול זה מסוגלת לרסק כמויות גדולות של דגימות צמחים וקרקע, אידיאלי להבטחת נציג, הומוגניים המדגם. עם זאת, הטכניקה דורשת עבודה ידנית משמעותית זמן לטעון, לפרוק, רול, ולנקות את הצנצנות רולר. עיבוד לדוגמה מוגבל על ידי המספר הזמין של צנצנות רולר, את הקיבולת של יחידת המסוע, ואת הגודל של אמבט חומצה. שיוף מסחרי מבחנות עשוי להיות חלופה רולר צנצנות אך עשוי להגביל את נפח הצמח ודגימות הקרקע מעובד. מעבדה מתוצרת, שימוש יחיד שחיקה מבחנות ניתן לבנות כי פוטנציאל לשמש הן שחיקה ומדגם כלי אחסון. השיקול העיקרי של כל השיטות הללו שחיקה היא למזער את הזיהום בין דגימות.

לבסוף, כי ¹⁵n חומר דשן מועשר הוא יקר, ¹⁵n ביומסה מועשר בפני השטח ודגימות קרקע עשוי להישמר הומוגניים לשימוש במחקרים עתידיים. מוצרים אלה עשויים להיות שימושיים במיוחד בעת חקירת פירוק שאריות, פוטנציאל מינרליזציה או תהליכים אחרים של אופניים מזינים²¹.

. למחברים אין מה לגלות

המחברים מכירים בתמיכת מחקר התירס של מינסוטה & המועצה לקידום העסקים, מלגת האריסון-הריסון, ומלגת גילוי, מחקר וחדשנות כלכלת מינסוטה (MnDRIVE).