亜酸化窒素の放出、アンモニアの揮発、および栄養循環におけるフンコロガシ種の役割

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3572 (2023) この記事を引用

847 アクセス

9 オルトメトリック

メトリクスの詳細

この研究では、亜酸化窒素 (N2O) の放出、アンモニアの揮発、およびパールミレット [Pennisetum glaucum (L.)] の性能に対する、フンコロガシ種単独または異なる種と関連した役割を評価しました。 2 つの対照 (土と土壌 + カブトムシのない糞)、単一種の Onthophagus taurus [Shreber、1759] (1)、Digitonthophagus gasella [Fabricius、1787] (2)、または Phanaeus vindex [MacLeay、1819] を含む 7 つの処理が行われました。 ] (3); およびその集合体（1 + 2 および 1 + 2 + 3）。成長、窒素収量 (NY)、およびフンコロガシの活動を評価するためにパールミレットを順番に植えたときの 24 日間の亜酸化窒素排出量を推定しました。フンコロガシ種は、土壌および糞（2.6 g N2O-N ha-1 day-1）と比較して、6 日目に糞の N2O 流量が多かった（80 g N2O-N ha-1 day-1）。アンモニア排出量はフンコロガシの存在によって変化し（P < 0.05）、D.ガゼラの 1、6、12 日目の NH3-N は少なく、平均はそれぞれ 2061、1526、1048 g ha-1 day-1 でした。。土壌窒素含有量は糞+甲虫散布により増加した。糞の散布は、糞虫の存在に関係なく、パールミレットの草の蓄積（HA）に影響を与え、平均は 5 ～ 8 g DM バケツ -1 の範囲でした。各変数の変動と相関を分析するために PCA 分析が適用されましたが、主成分の説明が低い (80% 未満) ことが示され、結果の変動を説明するには十分ではありませんでした。糞尿の除去が進んでいるにもかかわらず、最大の種である P. vindex とその種の組み合わせについては、温室効果ガスへの寄与についてより深く理解するためにさらに研究する必要があります。植え付ける前にフンコロガシが存在すると、窒素循環が強化されてトウモロコシの生産が向上しましたが、3 種のフンコロガシが集合すると脱窒による環境への窒素の損失が増加しました。

家畜の生産は温室効果の激化に寄与する可能性があり、牛の腸内発酵1、新鮮なふん2、米の生産3がメタン（CH4）排出の主な原因となっている。 N 肥料 4 と家畜の排泄物 (尿と糞) は、亜酸化窒素 (N2O) 排出の主な原因です。 Meng et al.5 によると、窒素肥料の生産と使用による年間温室効果ガス (GHG) 排出量は 50 g N2O-N であると予測されていますが、未処理の牛糞を使用した肥料では 90 g の N2O-N が排出されます。

フンコロガシは土壌に空気を含ませ、糞の地殻の下に形成された嫌気性ゾーンを破壊することで GHG 排出量を削減する可能性があり 6、堆積した排泄物と土壌微生物集団の相互作用に影響を与える可能性があります 7。フンコロガシは食糞昆虫（昆虫綱および鞘翅目）で、温帯と熱帯の両方の農業草原で窒素循環に重要な役割を果たしています8。これらは、草の成長と土壌の肥沃度を高めることにより、GHG 排出量を削減し、炭素隔離を改善するのに役立つ可能性があります9,10,11。

フンコロガシの分類群は営巣技術が異なり、定住者、トンネラー、またはローラーに分類されます12。これらは、糞の除去効率などの生態学的機能に大きな影響を与えます13。甲虫の種の多くは、直径やサイズが異なる独特の方法で土壌を掘削し、その結果、異なる GHG フラックスを持つ異なる微小環境が形成され 14,15、土壌炭素をより効率的に移動させ、細菌土壌の多様性を促進することで栄養循環が強化されます 12,16,17。

したがって、異なるフンコロガシ種を個別に、またはハトムギ [Pennisetum glaucum (L.)] の肥料に使用する糞と組み合わせて施用し、N2O フラックスと NH3 揮発および飼料生産性を評価しました。したがって、我々は、フンコロガシの存在によって N2O の排出と NH3 の揮発が減少し、N 循環の強化と N 損失の減少により作物の収量が増加するのではないかと仮説を立てました。

N2O のフラックスにはサンプリング日×処理の相互作用があり (P < 0.001)、平均排出量の範囲は、処理適用後 0 日目のすべての処理で 2 g N2O-N ha-1 day-1 から 80 g N2O-N ha-1 の範囲でした。 −1日目−6日目に1日、それぞれ糞だけを入れたバケツと糞+糞虫種を入れたバケツに入れました（図1A）。フンコロガシ種を入れたバケツ（すべての種のグループと P. vindex のみ）からの N2O フラックスは最も大きく、2 日目を除いて、糞を入れたバケツと土だけを入れたバケツでは時間の経過とともに大きく異なりました（P < 0.001）。 N2Oフラックスが糞+甲虫よりも糞だけの方が大きかったとき。フンコロガシの活動により、2 日目に糞が入ったバケツと土だけが入ったバケツと比較して、N2O-N フラックスがそれぞれ 71% および 79% 増加しました。増加は主に 1、2、6 日目に発生しました (図 1A)。

24 日間にわたる土壌、土壌 + 糞、および土壌 + 糞 + 糞虫からの亜酸化窒素フラックスとアンモニアの揮発。 (A) すべてのフンコロガシ処理とその対照の亜酸化窒素フラックスの平均、(B) 対照的なフンコロガシ種の下での家畜の糞からの亜酸化窒素フラックスの経時変化、(C) アンモニアフラックスの経時変化。 T1: 土壌のみ、T2: 土壌 + 糞、T3: 土壌 + 糞 + O. taurus (OT)、T4: 土壌 + 糞 + D. ガゼラ (DG)、T5: 土壌 + 糞 + P. vindex (PV)、 T6: 土壌 + 糞 + OT + DG、T7: 土壌 + 糞 + OT + DG + PV。アスタリスク: 直交コントラスト検定によると、同じ月の治療間の確率レベル 0.05 での有意差を示します。

N2O のフラックスは、土壌および土壌 + 糞よりも糞 + カブトムシの方が時間の経過とともに大きくなりました (P < 0.001)。さらに、O. taurus と D. gazella は、他の甲虫種と比較して、経時的に N2O 放出が最も少なくなりました (図 1B)。糞の入ったバケツ (T2) からの N2O フラックスは、時間の経過とともに増加しましたが、6 日目から 24 日目までに 45 g N2O-N ha-1 day-1 から 2.9 g N2O-N ha-1 day-1 に減少しました。T3 と T4 は、糞虫の間で N2O-N 放出が少ないことを示しました。治療は0日目、1日目、および12日目で、平均はそれぞれ-3、12.3、25.8および-1、17.5、23.5 g N2O-N ha-1、day-1でした。処理 7 は 6 日目に N2O-N の最大ピーク（145.7 g N2O-N ha-1 day-1）を示しましたが、12 日目では N2O は T3 および T4 と変わりませんでした（図 1B）。処理 1 バケットの N2O フラックス平均は最小でした (1.09 g N2O-N ha-1 day-1)。治療 5 は時間の経過とともに漸進的な増加を示し、12 日目と 24 日目に N2O-N の最大のピークが見られました。

アンモニアの揮発に関しては、サンプリング日×治療の相互作用 (P < 0.05) があり、2 日目の T6 の 6431 g NH3-N ha-1 から 24 日目の 241 g NH3-N ha-1 まで変化しました。治療 T3 および T4他の処理と比較した場合、平均値はそれぞれ 1536 および 1575 g の NH3-N ha-1 と 1575 g でした（図 1C）。処理 T4 は、他の処理と比較して、6、12、および 24 日目の NH3-N の揮発が少なく、平均 1526、1048、および 245 g ha-1 でした。 T5 は 6 日目にピークを示し、これは T1、T2、T3、および T4 よりも大きかった (P < 0.001)。 T1 は NH3-N 放出が最も少なく、時間の経過とともに大きく変化しませんでした (図 1C)。

フンコロガシ種を用いたすべての処理では、糞を適用した処理ではナシアワの植物がより背が高くなる結果となった (P < 0.05)。フンコロガシの存在下で栽培されたアワ植物の高さは 41.8 cm で、これは甲虫の非存在下で栽培されたアワ植物 (39.9 cm、P = 0.035、図 2) よりも高かった。糞の除去、土壌窒素濃度、ナシキビ飼料生産、窒素収量およびPCA分析の結果を補足図に示します。 S1、S2、S3、S4 オンライン）。

フンコロガシの有無におけるパールミレットの高さ。アスタリスク: 意味の後に異なる文字が続く場合は、多項式の対比に従って、治療間で大きく異なります。

カブトムシによる糞の除去効率を図 3 に示します。最も小さい種の O. taurus と D. gazella はバケツ表面上の糞の割合が最も高く (それぞれ T3 = 56% と T4 = 62%)、最大の種はP. vindex は糞が占める面積が最も小さかった (T5 = 44%)。さらに、種 1 + 2 および 1 + 2 + 3 の組み合わせは、糞でバケツのより小さな表面積を占めていました (それぞれ、T6 = 34% および T7 = 42%)。これは、バケツの表面にある糞の割合が低く、土壌に埋もれている糞の割合が高いということで、糞虫の糞除去における有効性を示しています。

単一のフンコロガシ種およびそれらの組み合わせの糞の除去。 T1: 土壌のみ、T2: 土壌 + 糞、T3: 土壌 + 糞 + O. taurus (OT)、T4: 土壌 + 糞 + D. ガゼラ (DG)、T5: 土壌 + 糞 + P. vindex (PV)、 T6: 土壌 + 糞 + OT + DG、T7: 土壌 + 糞 + OT + DG + PV。

これまでの研究では、フンコロガシの活動により、熱帯地域に堆積した牛糞からの N2O 排出量が増加し、糞散布後 15、20、30 日目に最大のフラックスが発生することが判明しており 17、基材に曝気することによって NO3- レベルが増加することも示唆されています 18。それにもかかわらず、脱窒中の N2O 動態は土壌深さ、不安定な有機炭素、土壌硝酸塩、微生物バイオマス C19 にも関連している可能性があります。 N2O 排出量が増加するもう 1 つの可能性は、フンコロガシが牛の糞を使って団子を作り、それを高湿度に保ち、嫌気条件、より高い窒素濃度、より多くの利用可能な炭素を好むためです。これらは N2O 放出が発生するための完璧な条件であり、脱窒バクテリアにとって最適な条件を提供します20。

NH3-N の放出は、土壌の pH、水分、質感、陽イオン交換容量 (CEC)、土壌温度に加え、風速や気温にも依存します21。現在の研究では、フンコロガシの存在下で N2O-N と NH3-N が最大のピークを示しました。土壌温度と湿度は、土壌のみのバケツでは平均 27 °C と 37%、糞と甲虫を入れたバケツでは平均 26 °C と 78% でした。この NH3 排出量の減少は、糞の表面に地殻が形成されることによって説明されます。この地殻は風に対する物理的障壁として機能し、NH3 の揮発を防ぐことができます22。さらに、NH3 は糞便の間で拡散する傾向があり、そこで NH4+ に変換されるため、NH3 の排出がさらに難しくなります 23。

フンコロガシの多様性は季節によって異なり、フンの分解に関連する活動や影響は種によって異なる可能性があります24。この事実は、糞の分解だけでなく、N2O の排出 25 や NH3 の揮発にも影響を与える可能性があります。この研究では、P. vindex は他の種と混合した場合でも N 損失を増加させました。これはおそらく、P. vindex が他の種よりも寿命が長い（1 年以上生きられる）ためであると考えられます26。さらに、P. vindex は腸内に Enterecoccace amilyliy に属する細菌の 24% を存在し (Scheleifer および Kilpper-Bälz、1984)27、これは Enterococcus casseliflavus (Collins、1984)28 と同様に脱窒プロセスに寄与する可能性があります。 Evans ら 29 は、フンコロガシが湿気に依存するガス輸送プロセスを変更することにより、夏の終わりの季節の N2O フラックスに影響を与えることを実証しました。現在の研究における評価初日の糞便処理による N2O 排出量の減少は、有機 N が N2O30 として大気中に戻る前にいくつかのプロセスを経る必要があるためである可能性があります。

D.ガゼラは、高い分散能力 31,32 と気候条件に対する幅広い耐性 33 を特徴としており、効果的な競争相手および侵入者であり、特定の集団内の他の甲虫種の個体数を減少させます 34。一方、小型のフンコロガシは、足と頭が短いため、埋めたり穴を開けたりするのに役立ち、より多くのフンを除去します35,36。これは、この研究で D.ガゼラと O.taurus を組み合わせた場合に、他の単一種よりも多くの糞が除去された理由を説明できる可能性があります。さらに、D.ガゼラをP.vindexとグループ化すると、糞の除去は減少しましたが、それでも単独（単一種）よりも効率的でした。

牛が消費した窒素のうち 85 以上が排泄物を介して土壌に戻ります 37。フンコロガシの活動により、短期間で糞便の窒素が埋没して石化され、有機窒素とリンが植物が利用できる無機形態に変換される可能性があります38。これにより土壌窒素濃度が増加した可能性があり（補足図S2を参照）、より多くの窒素が脱窒細菌の基質として利用できるため、N2O排出量が増加しました。フンコロガシが N2O 排出量を増加させることがいくつかの研究で示されている 6,14,35 にもかかわらず、他の研究では土壌の栄養循環における重要な役割を示し、600 m2 で土壌有機物を 159 g (2,647 kg ha-1 に相当) 増加させる18。有機物の含有量は測定しませんでしたが、各バケツの画像から、フンコロガシが土壌表面から糞を除去し埋めていることが分かりました。これは土壌微生物の呼吸作用を促進し、土壌有機物の分解速度に影響を与える可能性があります39。

糞には植物の発育に必要な窒素やその他の栄養素が含まれており、分げつを改善し、飼料の量を増やすことができます40,41。しかし、今回の研究では、すべての処理で 2 回目の収穫で草の蓄積が低かったのは、最初の収穫で糞の分解によって取り込まれた主要な残りの窒素が抽出されたため、土壌栄養素の利用可能性が低かったためである可能性があります。

私たちの発見は、この研究によるフンコロガシの活動が、適用された糞からの窒素の石化を促進する可能性があることを示唆しています。 Badenhorst et al.42 によると、フンコロガシが活動していた場所では、植生内の栄養塩濃度が大幅に増加します。この研究では、フンコロガシの活動は、どの処理でもパールミレットの N 濃度に影響を与えませんでした。植物の草の蓄積は、新しい細胞の生成と新しい器官の開始に関連する分裂組織レベルの成長により、草丈と強い相関関係があります43。これは、ナシキビバイオマスとその高さの正の相関により、我々の発見を裏付けます。さらに、PCAは、それらの間の正の相関関係を通じて、土壌窒素と温室効果ガスに対するフンコロガシの強い影響を明らかにしたばかりです（オンラインの補足図S4を参照）。

牛の糞中に糞虫が存在すると、栄養循環が改善され、土壌窒素の保持が増加することで、重要な生態系サービスが提供されました。土壌窒素が増加すると、植物バイオマスと窒素濃度が増加します。しかし、フンコロガシは、牛の糞からの窒素損失を減らすどころかむしろ増加させたため、いくらかの損害をもたらしました。 D.ガゼラは糞からのN2OとNH3としての窒素の総損失を減らす傾向があり、O.taurusと組み合わせるとバケツの土壌表面から糞をより効率的に除去でき、草地の栄養循環を強化します。

動物に関するすべての手順は、フロリダ大学の施設内動物管理使用委員会 (IACUC) のガイドラインおよび規制 (プロトコル #201509019) に従って実施されました。この原稿は ARRIVE ガイドラインに従って報告されています。

この研究は、フロリダ州マリアンナ（北緯30度46分35秒、西経85度14分17秒、海抜51度）にあるノースフロリダ研究教育センターで実施された。この試験は、温室で 2 つの実験年 (2019 年と 2020 年) に実施されました。

使用した土壌は、主飼料としての落花生 (Arachis glabrata Benth.) とアルゼンチンのバヒアグラス (Paspalum notatum Flügge) の牧草地から収集されました。植物と根の材料を使用せず、バケツの組み立てセクションで後述するように、土だけをバケツに入れました。土壌は、オレンジバーグローム質砂（細ローム質カオリナイト質、熱性の典型的なカンディウダルト）として分類され、水のpHは6.7、メーリッヒ-1抽出可能P、K、MgおよびCa濃度は41、59、63、368 mg kg-1でした。、それぞれ。 2019 年と 2020 年の 9 月と 11 月（季節的にカブトムシが出現するため、カブトムシ試験の場合は 9 月、ナシアワ試験の場合は 10 月と 11 月）の温室内の日中の最低気温と最高気温および相対湿度の平均は、11 °C と 33 °C、81 %; 10 °C と 35 °C、それぞれ 77%。

カブトムシの種を選択するために、同じ地域（イネ科とマメ科の飼料混合物）での放牧実験で以前のフンコロガシのサンプリングを実施し、Conover らによって説明されているように、官能基に従ってフンコロガシの種の数を決定しました。。カブトムシは 2017 年 3 月から 2018 年 6 月まで事前にサンプリングされ、そこではトンネラーグループが優勢で、Onthophagus taurus (Schreber)、Digitonthophagus gasella (Fabricius)、Phanaeus vindex (MacLeay)、Onthophagus oklahomensis (Brown)、および Euniticellus intermedius (Reiche) が代表的でした。。他の種も存在したが、豊富ではなかった。例えば、Aphodius psudolividus (リンネ)、Aphodius carolinus (リンネ)、および Canthon pilularius (リンネ) は、それぞれドゥウェラーおよびブッポウソウのグループとして識別された。事前サンプリングにより、Tunneler グループの 3 種がより豊富であることが示されたため、実験的処理を構成するために選択されました (図 4)。

現在の研究では、フロリダ州マリアンナで最も豊富なフンコロガシの種が使用されました。クレジット: カルロス CV ガルシア。

一般的なフンコロガシの 3 種、O. taurus (1)、D. gasella (2)、および P. vindex (3) を使用しました。土壌のみを含む処理と、カブトムシを含まない土壌と糞を含む 2 つの処理をそれぞれ対照 1 (T1) および対照 2 (T2) として考慮しました。分離種 T3 = 1、T4 = 2、T5 = 3、およびそれらの組み合わせ T6 = 1 + 2、および T7 = 1 + 2 + 3。フンコロガシは、標準的な牛の糞餌を使った落とし穴トラップを使用して、放牧動物がいる牧草地に捕獲されました。、Bertone et al.41 によって説明されています。牛の踏みつけによるサンプルの損失を避けるために、9 つのパドックに 18 個のトラップ (パドックあたり 2 個のトラップ) をランダムに配置し、金属製のケージで保護して設置し、24 時間後にカブトムシを収集し、トラップを取り外しました。表 1 は、フンコロガシの数、処理ごとの総質量 (処理を標準化するために使用)、および種ごとの平均質量を示しています。処理間で均一性を保つために、甲虫バイオマスを種間で一定に保ち、集合体あたり約 1.7 ～ 1.8 g に保ちました (表 1)。野外トラップからカブトムシを回収してから２４時間後に、昆虫飼育ケージを用いて分離し、分類した後、通気性を確保し、カブトムシの活力を維持するためにメッシュにつながれた栓付きの小さなガラス瓶に保管した。

バケツに使用された土壌は、2 つの実験年 (2019 年 8 月と 2020 年 8 月) に 9 つの牧場 (それぞれ 0.9 ヘクタール) で行われた放牧試験から収集されました。 21個のプラスチックバケツは直径23cm、高さ30cm（0.034m2）で、それぞれ10kgの土を入れました（図5）。受け器の底には、フンコロガシの流出を防ぐため、穴の表面上に直径1mmの金属メッシュを使用して排水用の穴を7か所開けました。水を４日ごとに加えて、自然の土壌状態を土壌（すなわち、バケツ）圃場容量（土壌重量および土壌の保水容量で測定）の６０％に維持した。 3 つのパドックの土壌の質感がわずかに異なるため (砂質粘土と砂質粘土質ローム)、それらをブロック要因として使用しました。

フンコロガシ試験用のバケツプラスチックバケツの詳細。

試験で使用された新鮮なふんの量は、Carpinelli ら 45 が示唆しているように、放牧システムの牛からのふんが覆う平均面積とふんの重量 (0.05 ～ 0.09 平方メートルおよび 1.5 ～ 2.7 kg) に基づいて決定されました。暖かい季節の草（バヒアグラス）牧草地を放牧しているアンガス去勢牛から新鮮な糞を収集し、実験を開始する前に冷蔵庫で 24 時間保管しました。合計 16.2 kg の新鮮な糞が収集され、各バケツに 0.9 kg が使用されました。糞の散布後、糞虫をバケツに加えた。フンコロガシの逃走を防ぐために、各評価の前後に、直径 0.5 mm の可動プラスチックメッシュをバケットを覆って配置しました。実験は各実験年 (2019 年と 2020 年) に 24 日間続き、平均気温 28 °C、相対湿度 79% で、フロリダ自動気象ネットワーク (FAWN) から情報を取得しました。

処理からのガス流束は、静的チャンバー技術 46 を使用して評価されました。チャンバーは円形で、半径は 10.5 cm (0.034 m2) でした。チャンバーのベースと蓋はポリ塩化ビニル (PVC) で作られており、対象のガスとチャンバーの材料との反応を避けるために蓋はアクリルシートで裏打ちされていました (図 6)。チャンバーの蓋は断熱を提供するために反射テープで覆われ、サンプリング用のゴム製隔壁が装備されていました47。平均風速 1.7 ms-148,49 を考慮して、測定中にチャンバー内の適切な気圧を確保するために、蓋には直径 6 mm、長さ 10 cm の銅製通気管が取り付けられました。測定中、チャンバーの蓋とベースは、蓋とベースを分離する領域に自転車タイヤのインナーチューブをしっかりと取り付けることで密閉状態に保たれました。チャンバーの基部はバケットの上に深さ 8 cm まで設置され、地面から 5 cm 突き出ていました。塩基は各実験年の最終評価日（24日）に除去した。

フンコロガシ試験における GHG 収集用の静的チャンバーの詳細と機器。

ガス流量は、Parkin & Venterea50 によるサンプリング推奨に従って、両年 (2019 年と 2020 年) の 8 月 28 日から 9 月 22 日までの 0、1、2、3、6、12、24 日目の 7 回、1000 時間後に測定されました。糞の塗布後。各チャンバーについて、60 mL シリンジを使用して 15 分間隔 (t0、t15、および t30) でガスサンプルを採取しました。ガスを直ちに、アルミニウム隔壁で密封されたブチルゴム栓を備えた予め排気した３０ｍＬガラスバイアルにフラッシュした（この手順はバイアルごとに、収集時間ごとに２回行われた）。時間ゼロ (t0) は、(チャンバーを閉じる前に) バケットから収集されたガスを表します。その直後に、バケットの蓋を、自転車のインナーチューブを備えたベースに蓋を取り付けることによってしっかりと閉じ、続いて次のサンプル展開時間を行った。

ガスサンプル分析は、ガスクロマトグラフ（Trace 1310 ガスクロマトグラフ、Thermo Scientific、Waltham、MA）を使用して実施されました。 N2O の場合、電子捕獲検出器 (350 °C) およびキャピラリカラム (ステンレス鋼チューブ内の J&W GC 充填カラム、長さ 6.56 フィート (2 M)、外径 1/8 インチ、内径 2 mm、Hayesep D パッキン、メッシュ)サイズ 80/100、事前調整済み、Agilent Technologies) を使用しました。インジェクターとカラムの温度はそれぞれ 80 °C と 200 °C でした。 N2O-N の 1 日あたりのフラックス (g ha-1 day-1) は、式 1 に記載されているように計算されました。 (1):

ここで、F は N2O の流束 (g ha-1 day-1)、A はチャンバーの面積、dC/dt は Venterea らによる線形積分法を使用して計算された濃度の時間変化です。49

アンモニアの揮発は、Araújo et al.51 によって説明されているように、オープンチャンバー技術を使用して測定されました。アンモニア室は容量 2 L のポリエチレンテレフタレート (PET) ボトルで作成しました。ボトルの底を取り外し、上部開口部の上のキャップとして使用して、昆虫やその他の汚染源のない環境を制御しました。プラスチック瓶を支えるために鉄線が使用されました。ポリフォームのストリップ（長さ 250 mm、幅 25 mm、厚さ 3 mm）を 20 ml の酸溶液（H2SO4 1 mol dm-3 + グリセリン 2% v/v）に浸し、上部に固定しました。プラスチック瓶の中に残っている泡の下端。各チャンバーの内部には、ボトルの上部から支えるためのフックを備えた長さ 250 mm のワイヤーと、泡を維持するために酸溶液が入ったプラスチックの瓶 (25 mL) を支えるための下端のワイヤーバスケットが設計されていました。サンプリング期間中に湿ったものを取り除きます (図 7)。アンモニアチャンバーは、その日の最後のガスサンプリング後に各実験ブロックの中央に位置するバケットに設置され、次のガスサンプリングの開始前に取り外されました。

フンコロガシ試験におけるアンモニア測定のための移動式アンモニアチャンバーの詳細。 Araújo et al.51 から引用。

各バケツの土壌と糞部分の写真は、単一種の甲虫およびそれらの組み合わせからの糞の除去を決定するために、ガス流束測定サンプリングの最終日から 24 時間後に撮影されました。統計分析に関するセクションでは、プログラミングと統計手順について説明します。この手順の後、パールミレットの種子を各バケツに植えました。５日間の種子発芽後、バケツあたり４本の植物を維持しながら植物を間引いた。さらに、植物は 5 週間間隔で 2 回刈り取られ、最初の刈り取りは 10 月 23 日に行われ、2 回目の刈り取りはどちらの実験年も 11 月 24 日に行われました。各収穫の前に、先週に 2 回草丈を測定しました。収穫の日に、すべての植物を地面から 10 cm 上で刈り取りました。サンプルを一定重量になるまで強制空気オーブン内で 55 °C で乾燥し、Mixer Mill MM 400 (Retsch、米国ペンシルバニア州ニュートン) を使用して 25 Hz で 9 分間ボールミル粉砕し、分析装置を使用して総 N 濃度を分析しました。 Dumas 乾式燃焼法による C、H、N、および S 分析装置 (Vario Micro Cube、Elementar、ハーナウ、ドイツ)。

治療はランダム化完全ブロック設計 (RCBD) で 3 回反復して配分されました。データは、SAS (バージョン 9.4.、SAS Inst.、ノースカロライナ州ケアリー) の混合手順を使用して分析し、t 検定で調整された PDIFF を使用して LSMEANS を比較しました (P < 0.05)。ガスサンプリング日とガス採取を繰り返しの測定として使用しました。治療は固定効果とみなされ、ブロックと実験年はランダム効果とみなされました。多項式対比を使用して、糞の不在の影響 (土壌 vs 土壌 + 糞)、糞虫の影響 (土壌 + 糞 vs 土壌 + 糞 + 糞虫の種)、および各種とその組み合わせの影響 (種) N2O 排出と栄養循環に関する 1 vs. 2、3、1 + 2、1 + 2 + 3)。糞便処理の効果をより深く理解するために、統計パッケージ (R Core Team)52 の PRCOMP 関数を使用したバイプロットグラフと、ggbiplot パッケージ 53 の ggbiplot を使用して、主成分分析 (PCA) が使用されました。 vegan、tidyverse、devtools パッケージの支援54。

バケツの内容に対応する部分の排他的分析のために元の画像をセグメント化した後、対象となる「土」と「糞」の割合を決定するために次の手順が実行されました。 RGB を使用してカラー画像をグレースケール画像に変換モデル55; デフォーカスと多次元ガウスフィルター技術を使用した境界遷移の平滑化56。手動閾値処理には、グレースケール画像のヒストグラムを分析してバイナリ画像を生成し、対象のピクセルを数えることによってバイナリ画像内の「土」と「糞」の割合を決定することが含まれます。 Python プログラミング言語 57、imageio58、numpy59、matplotlib60、および scikit-image ライブラリ 61 を使用して、画像を分析し、プロセスから得られる図を作成しました。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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