窒素15追跡

窒素 15 ( ¹⁵ N) トレーシングは、より重く安定した窒素同位体¹⁵ N を使用して窒素循環を研究する技術です。重さは異なりますが、^{15 N はより豊富な}¹⁴ Nと同じ化学反応に関与しているため、ある窒素化合物から別の窒素化合物への変換を追跡して定量化するために使用されます。^{15 N トレーシングは、}生物地球化学、土壌科学、環境科学、環境微生物学、小分子活性化研究に応用されています。

アプリケーション

¹⁵ Nトレーシングにより、研究者は同時進行する反応のネットワークから特定の窒素変換を区別することができます。^[1]例えば、アンモニウムは独立栄養微生物によって酸化され、有機物の鉱化によって生成され、異化硝酸塩還元によって生成され、微生物や植物によって同化される可能性があります。この場合、アンモニウムの絶対量を定量化しても、アンモニウムがどのように生成または消費されるかは説明できません。ただし、¹⁵ N標識化合物から別の化合物への変換は、同位体シグネチャを通じて直接関連付けることができます。

^{15Nトレーシングは、}土壌中の窒素変換速度を定量化し、さまざまな環境条件下での温室効果ガスである亜酸化窒素の発生源を区別するために適用されてきました。 ^[2]

体系的なアプローチ

2つの主なアプローチは、自然の豊かさと濃縮技術です。^[3]

自然の豊かさの技術

自然存在比法は人為的撹乱なしに適用できる。自然¹⁵ N 存在比は、空気中の¹⁵ N 濃度に対するデルタ (δ) 表記で表す。酵素による識別のため、自然¹⁵ N 存在比は土壌中の微生物媒介反応でわずかに変化する。δ 値とは別に、亜酸化窒素分子内の内側または外側の位置に対する¹⁵ N および¹⁴ N (同位体) の位置選択が、亜酸化窒素の発生源 (硝化または脱窒) の決定に使用されている。^[4]

強化技術

^{窒素基質が人工的に15} Nで濃縮（標識）されると、反応生成物は基質に直接結び付けられます。^[5]天然存在比技術とは対照的に、¹⁵ N 標識は反応速度を正確に計算できます。窒素の追加による補正は、天然窒素変換を変化させることによってバイアスをかける可能性もあります。しかし、農業土壌では、アンモニウムや硝酸塩などの¹⁵ N 濃縮トレーサーの施用は、従来の施肥方法に似ています。

土壌中の窒素変換率を計算する方法は、同時に起こるさまざまな窒素変換を考慮した数値近似によって達成できる。^[6]窒素循環を研究するための数値ツールは、マルコフ連鎖モンテカルロシミュレーションに基づくN_トレースモデルである。^[7]

参考文献

^ ハート、スティーブン C.; マイロルド、デビッド D. (1996)。「土壌窒素変換の 15N トレーサー研究」。土壌の質量分析。
^ Bateman, EJ; Baggs, EM (2005-03-23). 「異なる水充填孔隙空間における土壌からのN2O放出に対する硝化と脱窒の寄与」。土壌の生物学と肥沃度。41 (6): 379–388。doi : 10.1007 /s00374-005-0858-3。ISSN 0178-2762。S2CID 34419659 。
^ Müller, Christoph; Laughlin, Ronnie J.; Spott, Oliver; Rütting, Tobias (2014-05-01). 「15N トレースモデルによる N2O 排出経路の定量化」.土壌生物学および生化学. 72 : 44–54. doi :10.1016/j.soilbio.2014.01.013.
^ Köster, Jan Reent; Cárdenas, Laura; Senbayram, Mehmet; Bol, Roland; Well, Reinhard; Butler, Mark; Mühling, Karl Hermann; Dittert, Klaus (2011-08-01). 「亜酸化窒素同位体比で示されるバイオガス残渣施用後の土壌における脱窒作用から硝化作用への急速な移行」土壌生物学および生化学43 ( 8): 1671–1677. doi :10.1016/j.soilbio.2011.04.004.
^ Baggs, EM (2008-06-15). 「土壌中のN2O源の分割のための安定同位体技術のレビュー：最近の進歩、残された課題、将来の検討事項」Rapid Communications in Mass Spectrometry . 22 (11): 1664–1672. Bibcode :2008RCMS...22.1664B. doi : 10.1002/rcm.3456 . ISSN 1097-0231. PMID 18435506.
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^ Müller, Christoph; Laughlin, Ronnie J.; Spott, Oliver; Rütting, Tobias (2014-05-01). 「15N トレースモデルによる N2O 排出経路の定量化」.土壌生物学および生化学. 72 : 44–54. doi :10.1016/j.soilbio.2014.01.013.

[1] ハート、スティーブン C.; マイロルド、デビッド D. (1996)。「土壌窒素変換の 15N トレーサー研究」。土壌の質量分析。

[2] Bateman, EJ; Baggs, EM (2005-03-23). 「異なる水充填孔隙空間における土壌からのN2O放出に対する硝化と脱窒の寄与」。土壌の生物学と肥沃度。41 (6): 379–388。doi : 10.1007 /s00374-005-0858-3。ISSN 0178-2762。S2CID 34419659 。

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[4] Köster, Jan Reent; Cárdenas, Laura; Senbayram, Mehmet; Bol, Roland; Well, Reinhard; Butler, Mark; Mühling, Karl Hermann; Dittert, Klaus (2011-08-01). 「亜酸化窒素同位体比で示されるバイオガス残渣施用後の土壌における脱窒作用から硝化作用への急速な移行」土壌生物学および生化学43 ( 8): 1671–1677. doi :10.1016/j.soilbio.2011.04.004.

[5] Baggs, EM (2008-06-15). 「土壌中のN2O源の分割のための安定同位体技術のレビュー：最近の進歩、残された課題、将来の検討事項」Rapid Communications in Mass Spectrometry . 22 (11): 1664–1672. Bibcode :2008RCMS...22.1664B. doi : 10.1002/rcm.3456 . ISSN 1097-0231. PMID 18435506.

[6] Rütting, T.; Müller, C. (2008-04-01). 「モンテカルロサンプリング技術を用いた永久草地土壌における亜硝酸塩動態のプロセス別分析」.ヨーロッパ土壌科学ジャーナル. 59 (2): 208–215. doi :10.1111/j.1365-2389.2007.00976.x. ISSN 1365-2389. S2CID 93882593.

[7] Müller, Christoph; Laughlin, Ronnie J.; Spott, Oliver; Rütting, Tobias (2014-05-01). 「15N トレースモデルによる N2O 排出経路の定量化」.土壌生物学および生化学. 72 : 44–54. doi :10.1016/j.soilbio.2014.01.013.