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IsIsóótopostopos de de nitrnitróógenogeno en en plantasplantasJuan Pedro Ferrio
Dpto. Botánica, Universidad de Concepción
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IsIsóótopos de nitrtopos de nitróógeno en plantasgeno en plantas
Conceptos generales•
Fuentes de variación: sustratos
y procesos
•
Fijación
de nitrógeno
y uso
de nutrientes
Aplicaciones•
Contribución
de especies
fijadoras
•
Experimentos
de marcaje
Hobbie
et al. 2009
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Principales isPrincipales isóótopos estables en la biosferatopos estables en la biosfera
Par de isótopos13C/12C 15N/14N 18O/16O 2H(D)/1H
Estándar PDBb N2
aire SMOWc SMOWc
Notación 13C (‰)
15N (‰)
18O (‰)
2H / D (‰)
Abundancia
(%)a 1,1 0,37 0,20 0,015
a
Abundancia
del isótopo
pesado
respecto
al total del elementob
PDB, Pee-Dee Belemnite (calcárea)c
SMOW, Standard Mean Ocean Water
Mateo et al., 2004
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IRMS
Materia Orgánica
Encapsulado y combustión (EA)
Homogeneizado / Extracción compuestos
MMéétodos de antodos de anáálisis (lisis (1515N)N)
Muestreo N2
Inyección
Laser (IRIS)
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Isótopos de nitrógeno en plantas
Mateo et al., 2004
15N (‰)
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Isótopos de nitrógeno en plantas
Mateo et al., 2004
15N (‰)
•
15N (‰) varía durante el ciclo del nitrógeno
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Isótopos de nitrógeno en plantas
Mateo et al., 2004
15N (‰)
•
15N (‰) varía durante el ciclo del nitrógeno
•
Fuente de nitrógeno (orgánico enriquecido)
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Isótopos de nitrógeno
Mateo et al., 2004
15N (‰)
•
15N (‰) varía durante el ciclo del nitrógeno
•
Fuente de nitrógeno (orgánico enriquecido)
•
Fraccionamiento durante la asimilación
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Szpak
2014
Ciclo del NitrCiclo del Nitróógeno y geno y 1515NN
en plantasen plantas
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Dawson et al. 2002; Handley and Raven 1992
Ciclo del NitrCiclo del Nitróógeno y geno y 1515NN
en plantasen plantas
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Dawson et al. 2002; Handley and Raven 1992
20‰
33‰
35‰
29‰
9‰
8‰ 20‰
Ciclo del NitrCiclo del Nitróógeno y geno y 1515NN
en plantasen plantas
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Fuentes de variaciFuentes de variacióón de n de 1515NN
en plantasen plantas
•
Fuente de nitrógeno•
N2
, NH4
, NO3
, SOM•
Pérdidas
de nitrógeno
en el suelo
→mayor pérdida, mayor enriquecimiento
•
Fraccionamiento durante la asimilación•
Concentración
en el suelo
→mayor concentración, mayor discriminación•
Presencia
de micorrizas
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Craine
et al. 2015
Plantas usan sobretodo N mineral
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Plantas usan sobretodo N mineral
Szpak
2014
La señal no es directa:Múltiples transformaciones
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Craine
et al. 2015
De la hojarrasca a la fracción orgánica
Carbono (CO2 ) se pierde más rápido que nitrógeno
Durante el proceso la 15Nse vuelve más positiva (enriquecimiento)
Descomposición
Hojarrasca
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De la fracción orgánica a la mineral
Craine
et al. 2015
Nitrógeno orgánicoAmonioNitrato
Orgánicoa mineral
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Efecto de las micorrizas en 15N
Szpak
2014
ERM: micorrizas
tipo ericoide(ericáceas)
ECM: ectomicorrizas(fagáceas, coníferas)
AM: micorrizas
arbusculares(gramíneas)
Non: sin micorrízas
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Incendios y disponibilidad de nitrógeno
Szpak
2014
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Algunas tendencias generales
Fertilización animal: aumenta 15N
Incendio: aumenta 15N
de forma temporal
Forrageo: aumenta 15N
Micorrizas: disminuyen 15N
Exceso de N en suelo conlleva pérdidas y un aumento de 15N
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Fijación de nitrógeno atmosférico
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Fijación de nitrógeno y 15N
A)
Leguminosa sin nitrógeno en suelo. N planta = 100% N aireB)
Leguminosa con nitrógeno en suelo. N planta = mezcla de N aire y N suelo
C)
No fijadora únicamente depende del suelo
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Mateo et al. 2004
Porcentaje de N fijado del aire (abundancia natural)
Fijación de nitrógeno y 15N
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Leguminosa MezclaNo‐Leguminosa No‐Leguminosa
δ15N air= 0
26.6 %
74.4%89.3%
T0
10.7
%100% 100% 29.6%
70.4%14.6%
86.4%
Comparando los valores de no fijadoras en monocultivo o con fijadora, se puede estimar la contribución de N atmosférico aportado por la leguminosa
Aljazairi
et al. (en prep)
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Leguminosa MixtureNo‐Leguminosa No‐Leguminosa
δ15N air= 0
27.7 %
72.3% 54.7
%
T1
45.3%100% 100% 76.4%
23.6%
Tras añadir fertilización, se reduce la contribución del N atmosférico en cultivos mixtos
Aljazairi
et al. (en prep)
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Patrón de uso del nitrógeno
Kahmen
et al. 2006
Marcaje isotópico con abono rico en 15N
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Contribución de N de leguminosas forestales
NH+4 NO‐
3
NH+4 NH+
4
NO‐3
NO‐3 NH+
4
NH+4 NO‐
3
NH+4 NH+
4
NO‐3
NO‐3 NH+
4
Pino
negro (Pinus
thunbergii) Falso
acacio
(Pseudo Acacia)
Lopez et al., 2014 Rapid Communication in Mass Spectrometry
Establecimiento reciente Establecimiento a largo plazo
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Matsushima, Miyagi, JapanIdentificación
de flujos
externos
de N
Reciente decaimiento de los bosques en el archipiélago
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Long‐term effect of bird colonization inferred from tree‐rings 15N Isojima, Aomori, JAPAN
Lopez et al., 2010 Rapid Communication in Mass Spectrometry
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Mizota
et al., 2011 Isotopes in Environmental and Health Studies
Tree-ring 15N in black (P. thunbergii) and red pine (Pinus densiflora)
Pino negro
Pino rojo
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Soil Erosion
(high rainfall)
Landscape
change
Lost of
revenues
External Effect
Soil
Acidification
High N
deposition
Red Pine
decay
Effect on the Island
Fish
Birds
Bird
colonies in
the islands
Tourists
Matsushima, Miyagi, JapanIdentificación
de flujos
externos
de N
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•
Fuente de nitrógeno•
N2
, NH4
, NO3
, SOM•
Pérdidas
de nitrógeno
en el suelo
→mayor pérdida, mayor enriquecimiento
•
Fraccionamiento durante la asimilación•
Concentración
en el suelo
→mayor concentración, mayor discriminación•
Presencia
de micorrizas
•
¡Muy complejo!→marcaje
isotópico
vs. abundancia
natural
Fuentes de variaciFuentes de variacióón de n de 1515NN
en plantasen plantas
Ideas finalesIdeas finales
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Ideas generales isIdeas generales isóótopos en plantastopos en plantas
Terminología: fraccionamiento, enriquecimiento, empobrecimiento, discriminación, marcaje
isotópico, abundancia
natural
Carbono: discriminación
isotópica, respuesta ambiental
en C3
, diferencias
C3
y C4
Oxígeno / hidrógeno: agua
fuente, enriquecimiento
en la hoja
Nitrógeno: fuente
de nitrógeno, fraccionamiento
en la asimilación
General: Integración
temporal y espacial según
el tipo
de muestra