Отслеживание азота-15

Азот-15 ( ¹⁵N) отслеживание — это метод изучения азотного цикла с использованием более тяжелого и стабильного азота . изотопа ¹⁵Н. Несмотря на разный вес, ¹⁵N участвует в тех же химических реакциях, что и более распространенный азот. ¹⁴N и поэтому используется для отслеживания и количественной оценки превращения одного соединения азота в другое. ¹⁵Отслеживание N применяется в биогеохимии , почвоведении , науке об окружающей среде , микробиологии окружающей среды и исследованиях активации малых молекул.

Приложения

¹⁵Отслеживание N позволяет исследователям отличать конкретные превращения азота от сети одновременных реакций; ^{[ 1 ]} например, аммоний может одновременно окисляться автотрофными микроорганизмами , вырабатываться при минерализации органического вещества, вырабатываться при диссимиляционном восстановлении нитратов и усваиваться микробами и растениями. В этом случае количественная оценка абсолютного количества аммония не объясняет, как он производится или потребляется. Однако преобразование одного ¹⁵Соединение, меченное N, с другим может быть напрямую связано через изотопную сигнатуру.

¹⁵Отслеживание N применялось для количественной оценки скорости преобразований азота в почве и для различения источников парникового газа закиси азота в различных условиях окружающей среды. ^{[ 2 ]}

Методические подходы

Двумя основными подходами являются методы естественного изобилия и обогащения . ^{[ 3 ]}

Техники естественного изобилия

Методы естественного изобилия могут применяться без искусственного вмешательства. Естественный ¹⁵Содержание N выражено в виде дельты (δ) относительно ¹⁵Концентрация N в воздухе. Благодаря ферментативной дискриминации, естественный ¹⁵Содержание N незначительно меняется в ходе микробиологически опосредованных реакций в почве. Помимо значений δ, предпочтение места ¹⁵Н и ¹⁴N (изотопомеры) для внутреннего или внешнего положения внутри молекулы закиси азота использовался для определения его источников (нитрификация или денитрификация). ^{[ 4 ]}

Методы обогащения

Когда азотные субстраты искусственно обогащаются (маркируются) ¹⁵N, продукт реакции может быть напрямую связан с его субстратом. ^{[ 5 ]} В отличие от методов естественного изобилия, ¹⁵Маркировка N позволяет точно рассчитать скорость реакции. Внесение дополнительного азота также может быть искажением, изменяя естественные преобразования азота. Однако в сельскохозяйственных почвах применение ¹⁵Обогащенные азотом индикаторы, такие как аммоний и нитрат, напоминают традиционную практику внесения удобрений.

Способ расчета скорости трансформации азота в почве может быть достигнут с помощью численной аппроксимации, которая учитывает различные одновременные трансформации азота. ^{[ 6 ]} Численным инструментом для изучения азотного цикла является N _{модель следов} , основанная на моделировании цепей Маркова Монте-Карло . ^{[ 7 ]}

Ссылки

^ Харт, Стивен С.; Мирольд, Дэвид Д. (1996). «15N-индикаторные исследования трансформации почвенного азота». Масс-спектрометрия почв .
^ Бейтман, Э.Дж.; Бэггс, Э.М. (23 марта 2005 г.). «Вклад нитрификации и денитрификации в выбросы N2O из почв в различных порах, заполненных водой». Биология и плодородие почв . 41 (6): 379–388. дои : 10.1007/s00374-005-0858-3 . ISSN 0178-2762 . S2CID 34419659 .
^ Мюллер, Кристоф; Лафлин, Ронни Дж.; Спотт, Оливер; Рюттинг, Тобиас (01 мая 2014 г.). «Количественная оценка путей выбросов N2O с помощью модели отслеживания 15N». Биология и биохимия почвы . 72 : 44–54. doi : 10.1016/j.soilbio.2014.01.013 .
^ Кестер, Ян Реент; Карденас, Лаура; Сенбайрам, Мехмет; Бол, Роланд; Ну, Рейнхард; Батлер, Марк; Мюлинг, Карл Герман; Диттерт, Клаус (1 августа 2011 г.). «Быстрый переход от денитрификации к нитрификации в почве после внесения остатков биогаза, на что указывают изотопомеры закиси азота». Биология и биохимия почвы . 43 (8): 1671–1677. doi : 10.1016/j.soilbio.2011.04.004 .
^ Бэггс, Э.М. (15 июня 2008 г.). «Обзор методов стабильных изотопов для разделения источников N2O в почвах: недавний прогресс, оставшиеся проблемы и будущие соображения» . Быстрая связь в масс-спектрометрии . 22 (11): 1664–1672. Бибкод : 2008RCMS...22.1664B . дои : 10.1002/rcm.3456 . ISSN 1097-0231 . ПМИД 18435506 .
^ Рюттинг, Т.; Мюллер, К. (1 апреля 2008 г.). «Специфический анализ динамики нитритов в почве постоянных пастбищ с использованием метода отбора проб Монте-Карло». Европейский журнал почвоведения . 59 (2): 208–215. дои : 10.1111/j.1365-2389.2007.00976.x . ISSN 1365-2389 . S2CID 93882593 .
^ Мюллер, Кристоф; Лафлин, Ронни Дж.; Спотт, Оливер; Рюттинг, Тобиас (01 мая 2014 г.). «Количественная оценка путей выбросов N2O с помощью модели отслеживания 15N». Биология и биохимия почвы . 72 : 44–54. doi : 10.1016/j.soilbio.2014.01.013 .

[1] Харт, Стивен С.; Мирольд, Дэвид Д. (1996). «15N-индикаторные исследования трансформации почвенного азота». Масс-спектрометрия почв .

[2] Бейтман, Э.Дж.; Бэггс, Э.М. (23 марта 2005 г.). «Вклад нитрификации и денитрификации в выбросы N2O из почв в различных порах, заполненных водой». Биология и плодородие почв . 41 (6): 379–388. дои : 10.1007/s00374-005-0858-3 . ISSN 0178-2762 . S2CID 34419659 .

[3] Мюллер, Кристоф; Лафлин, Ронни Дж.; Спотт, Оливер; Рюттинг, Тобиас (01 мая 2014 г.). «Количественная оценка путей выбросов N2O с помощью модели отслеживания 15N». Биология и биохимия почвы . 72 : 44–54. doi : 10.1016/j.soilbio.2014.01.013 .

[4] Кестер, Ян Реент; Карденас, Лаура; Сенбайрам, Мехмет; Бол, Роланд; Ну, Рейнхард; Батлер, Марк; Мюлинг, Карл Герман; Диттерт, Клаус (1 августа 2011 г.). «Быстрый переход от денитрификации к нитрификации в почве после внесения остатков биогаза, на что указывают изотопомеры закиси азота». Биология и биохимия почвы . 43 (8): 1671–1677. doi : 10.1016/j.soilbio.2011.04.004 .

[5] Бэггс, Э.М. (15 июня 2008 г.). «Обзор методов стабильных изотопов для разделения источников N2O в почвах: недавний прогресс, оставшиеся проблемы и будущие соображения» . Быстрая связь в масс-спектрометрии . 22 (11): 1664–1672. Бибкод : 2008RCMS...22.1664B . дои : 10.1002/rcm.3456 . ISSN 1097-0231 . ПМИД 18435506 .

[6] Рюттинг, Т.; Мюллер, К. (1 апреля 2008 г.). «Специфический анализ динамики нитритов в почве постоянных пастбищ с использованием метода отбора проб Монте-Карло». Европейский журнал почвоведения . 59 (2): 208–215. дои : 10.1111/j.1365-2389.2007.00976.x . ISSN 1365-2389 . S2CID 93882593 .

[7] Мюллер, Кристоф; Лафлин, Ронни Дж.; Спотт, Оливер; Рюттинг, Тобиас (01 мая 2014 г.). «Количественная оценка путей выбросов N2O с помощью модели отслеживания 15N». Биология и биохимия почвы . 72 : 44–54. doi : 10.1016/j.soilbio.2014.01.013 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]