Estimation of Nitrogen Fixation by Isotope Dilution in Field and Greenhouse Experiments¹

Abstract

Isotope dilution methodology offers the advantage of an integrative technique for measuring N2 fixation in the field, but may have limitations in grass‐legume mixtures because of the possibility of transfer of fixed N from legume to grass. A study was conducted in the greenhouse and in the field utilizing two soils, Hanford sandy loam and Yolo silt loam (Typic Xerorthents) in which the organic matter was labeled by previous application of either 15N‐depleted or 15N‐enriched compounds. Contributions of atmospheric N2 to total plant N were calculated from the isotopic composition of plant tissue, using the composition of the non‐legume as a reference value. Ladino clover (Trifolium repens L.) and Wimmera ryegrass (Lolium rigidum L.) were grown alone and in mixture for purposes of comparison. In the greenhouse estimation of N2 fixation by the isotope and difference methods were in good agreement. There was essentially no transfer of fixed N2 from the clover to the ryegrass in any of the pot experiments. In the field experiment, clover obtained 85 to 100% of its N from the fixation process. In the clover‐ryegrass mixture, % total N and % 15N excess comparisons both indicated substantial transfer of N from clover to ryegrass after the stand had been established after about 6 months. Up to 79% of the N in ryegrass was calculated to be derived from such transfer. It is concluded that the isotope dilution method gives estimates of N2 fixation at least as good as those obtained by yield‐dependent methods such as the difference method, but it is not suitable for grass‐legume mixtures.

Impact de l'association sur le niveau de nutrition azotée et la croissance du ray-grass anglais et du trèfle blanc

“…Pour le couple trèfle blanc/ray-grass anglais, la culture en association accroit la teneur en azote de la graminée (Broadbent et al, 1982 ;Arnaud et Niqueux, 1986). Toutefois, Cruz et Lemaire (1986b) ont montré que la simple détermination de la teneur en azote pouvait conduire à une surestimation de l'effet améliorateur de la légumineuse sur la nutrition azotée de la graminée.…”

“…Or, la fixation symbiotique du trèfle dépend également fortement de sa biomasse foliaire (Gückert et al, 1983 ;Mariott, 1988) et de l'éclairement reçu dans le couvert (Faurie et Soussana, 1993). La fixation de l'azote pourrait donc diminuer en cas d'ombrage des feuilles par la graminée associée, ce qui pourrait expliquer l'effet négatif de l'association sur la teneur en azote épigée du trèfle (Broadbent et al, 1982) et rendre compte, éventuellement, de la fréquente régression du trèfle blanc dans les associations recevant une fertilisation azotée (Frame et Newbould, 1986 (De Wit et al, 1966 ;Jacquard, 1968 (Duru, 1992), l'estimation d'un niveau de nutrition azotée ne pourra donc être basée sur la simple teneur en azote du fourrage récolté.…”

Estimation of N2fixation in soybean and cowpea by using soil residual15N

“…Spatial variability in the lSN abundance in soil mineral N could be an important source of experimental error (Broadbent et al 1982;Talbott et al 1982). As shown in Table 5, the 15N abundance in soil mineral N changed with time and depth.…”

“…To avoid this problem, the change of ~SN abundance in available soil N with time should be slow, or more or less stabilized. To achieve this objective, various methods of application of ~SN labeled fertilizers to soil have been proposed (Legg and Sloger 1975;Vallis et al 1977;Broadbent et al 1982;Witty and I. WATANABE, C.Y. CH1U, and T. YOSHIDA Ritz 1984).…”

Variabilité des phénomènes d'interférence entre Vicia sativa L. et Avena sativa L.. I. Dynamique de croissance de la vesce dans un peuplement associé de vesce-avoine

“…Haynes (1980) Lorsqu'une légumineuse est associée à une graminée, son assimilation d'azote est limitée et, si elle n'est pas dominée, elle fixera plus d'azote atmosphérique. Chalamet et al (1983) (Wery, 1983 (Doberti, 1974;Charles, 1982;Broadbent et al, 1982;Arnaud et Niqueux, 1982 Lemaire, 1981; . La méthode a été appliquée aux peuplements associés (luzerne-dactyle) par Wery (1983), Cruz (1985), (Ouknider et Jacquard, 1986;Ouknider et Jacquard, 1988).…”