مقالة منهجية

JenaTron - نهج تجريبي لدراسة آثار تاريخ النبات وتاريخ التربة على عمل النظام البيئي للأراضي العشبية

2.2K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/67496

⸱

مارس 21, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, 2Institute of Biology, Leipzig University, 3Institute of Ecology and Evolution, Friedrich Schiller University Jena, 4Max Planck Institute for Biogeochemistry, 5Institute for Geosciences, Friedrich Schiller University Jena, 6Department Physiological Diversity, Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ), 7Swammerdam Institute for Life Sciences, University of Amsterdam, 8Department Soil Ecology, Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ), 9Institute Biosafety in Plant Biotechnology, Julius Kühn-Institute, 10Institute of Biodiversity, Friedrich Schiller University Jena, 11Institute of Zoology, University of Cologne, 12Cluster of Excellence on Plant Sciences (CEPLAS), University of Cologne, 13Research Unit Comparative Microbiome Analysis, Helmholtz Zentrum Munich, 14School of Life Science, Technical University Munich - TUM, 15Department of Community Ecology, Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ), 16Department of Biochemistry, Max-Planck Institute for Chemical Ecology, 17JFB Institute of Zoology and Anthropology, University of Göttingen, 18Centre of Biodiversity and Sustainable Land Use, University of Göttingen, 19Botanical Institute, Plant-Environment-Interactions Group, Kiel University

في هذه المقالة

ملخص

نقدم هنا دراسة تم إنشاؤها في iDiv Ecotron ، غرف الكون المتوسط الأرضية ذات الظروف البيئية الخاضعة للرقابة فوق وتحت الأرض ، لدراسة التأثيرات المستقلة والتفاعلية لتاريخ النبات وتاريخ التربة على أداء النظام البيئي لمجتمعات الأراضي العشبية على طول تدرج التنوع النباتي.

الملخص

حفز الفقدان العالمي للتنوع البيولوجي العديد من الدراسات التي تختلف تجريبيا في ثراء الأنواع النباتية وتدرس العواقب على عمل النظام البيئي. تظهر هذه التجارب عموما علاقة إيجابية بين التنوع البيولوجي فوق وتحت الأرض وعمل النظم الإيكولوجية الأرضية. علاوة على ذلك ، تميل هذه العلاقة إلى التعزيز بمرور الوقت ، حيث ينظر إليها على أنها تعزيز أداء المجتمعات النباتية المتنوعة وانخفاض أداء المجتمعات النباتية منخفضة التنوع. يفترض أن الاختلافات في تجميع المجتمع متعدد التغذية والتفاعلات الحيوية في المجتمعات النباتية عالية التنوع مقابل المجتمعات النباتية منخفضة التنوع تؤثر على أداء النبات عن طريق تغيير هيكل مجتمع المستهلك ووظيفته ودفع الاستجابات البلاستيكية أو التطورية الدقيقة للأنواع النباتية في المجتمعات النباتية. لحل هذا التفاعل المعقد لتاريخ المجتمع ، قمنا بتقسيم هذه التأثيرات إلى تاريخ النبات والتربة. يشير تاريخ النبات إلى جميع الاستجابات على مستوى النبات لضغوط الانتقاء اللاأحيائية والحيوية السابقة التي شهدتها مجتمعاتهم ، بينما يرتبط تاريخ التربة بجميع خصائص التربة اللاأحيائية والحيوية التي تم تطويرها كإرث من التفاعلات بين النبات والتربة في ظل التنوع النباتي المتغير. لقد أنشأنا تجربة التنوع البيولوجي في Ecotron ، وهي منشأة للكون المتوسط الأرضي تسمح بالتحكم في الظروف البيئية فوق وتحت الأرض ، لاختبار ما إذا كانت العلاقة المعززة بين التنوع البيولوجي والنظام البيئي ترجع إلى تاريخ التربة أو تاريخ النبات أو مزيج من الاثنين معا. أنشأنا تدرجا للتنوع النباتي يتكون من 1 و 2 و 3 و 6 أنواع من نباتات الأراضي العشبية وتداخلنا بشكل عامل مع تاريخ التربة وعلاجات تاريخ النبات لكل مستوى من مستويات ثراء الأنواع النباتية. تظهر النتائج التمثيلية التأسيس الناجح للمعالجات المستهدفة في تجربة Ecotron ، مع ملاحظة تأثيرات تاريخ النبات والتربة على التطور الأولي للنبات والنمو النهائي للنبات. بالإضافة إلى ذلك ، نقدم دراسة حالة لتحليل بيانات متغيرات الاستجابة الفردية. نحدد أهداف البحث وطرق التقييم الشامل للاستجابات متعددة الوظائف للعلاجات التجريبية اللازمة لمعالجة الفرضية الشاملة في النهاية.

المقدمة

على مدى العقود الثلاثة الماضية ، أدت المخاوف المتزايدة بشأن فقدان التنوع البيولوجي إلى إجراء أبحاث مكثفة تركز على التلاعب التجريبي بثراء الأنواع النباتية للتحقيق في تأثيرها على عمل النظام البيئي1،2. أظهرت الدراسات التجريبية وجود علاقة إيجابية بين التنوع النباتي وعمل النظام البيئي1 ، والذي يميل إلى الزيادة بمرور الوقت3،4،5،6،7،8،9. هذه نتيجة مهمة ، لأنها تشير إلى أن النتائج التجريبية التي تم الحصول عليها من المجتمعات الشابة التي تم إنشاؤها حديثا من المحتمل أن تقلل من عواقب فقدان التنوع البيولوجي مع التأكيد على أهمية الحفاظ على النظم البيئية القديمة والغنية بالأنواع10.

تعد التغيرات في العمليات الحيوية واللاأحيائية بمرور الوقت ، والتي لا يمكن ملاحظتها إلا في التجارب طويلة الأجل ، أحد التفسيرات المحتملة لتضخيم تأثيرات التنوع البيولوجي على أداء النظام البيئي. ارتبط التنوع النباتي العالي بزيادات الكربون والمغذيات في التربة3،9،11،12،13 ، والتكامل الأمثل للموارد3،8،14 ، وتعزيز التمايز المتخصص بين النباتات15 ، وتراكم المتبادلين في جميع المستويات الغذائية10،16، وتضاؤل التهديدات من مسببات الأمراض العاشبة من خلال آليات تنظيمية أقوى من أعلى إلى أسفل17،18،19. على العكس من ذلك ، ارتبط التنوع النباتي المنخفض بالضغط الانتقائي نحو زيادة الاستثمار في دفاعات النبات واستخدام الموارد الأقل كفاءة10،20،21،22. مجتمعة ، يفترض أن الاختلافات في تجميع المجتمع متعدد التغذية والتفاعلات الحيوية في المجتمعات النباتية عالية التنوع مقابل منخفضة التنوع تؤثر على أداء النبات عن طريق تغيير بنية مجتمع المستهلك ووظيفته ، بالإضافة إلى دفع التغييرات البلاستيكية أو التطورية الدقيقة للأنواع النباتية على مستوى المجتمعاتالنباتية 23،24،25،26. لحل التفاعل المعقد لتاريخ المجتمع ، تم تقسيم هذه التأثيرات إلى مكونين مهمين: تاريخ النبات وتاريخ التربة. يشير تاريخ النبات إلى جميع استجابات النبات لضغوط الانتقاء اللاأحيائية والحيوية السابقة التي حدثت في مجتمعاتها ، بينما يرتبط تاريخ التربة بجميع خصائص التربة اللاأحيائية والحيوية التي تم تطويرها نتيجة لتفاعلات النبات والتربة23،24،27،28. يتم التعرف على كلا المكونين بشكل متزايد كمحركات رئيسية لتأثيرات التنوع البيولوجي طويلة الأجل29،30،31.

توفر الدراسات الميدانية التجريبية رؤى قيمة حول الآثار طويلة المدى لتاريخ التربة والنبات في ظل ظروف بيئية واقعية وعلى نطاق مكانيواسع 32،33. ومع ذلك ، فإن التجارب الميدانية تخضع لعوامل خارجية مختلفة غير خاضعة للرقابة ، مثل تقلبات الطقس والاضطرابات الطبيعية والتفاعلات مع الكائنات الحية الأخرى. في المقابل ، توفر تجارب العالم المصغر على نطاق صغير ، على الرغم من محدوديتها في التقاط تعقيد وديناميكيات النظم البيئية الطبيعية ، تحكما دقيقا في العوامل اللاأحيائية مثل درجة الحرارة والضوء والماء34. للجمع بين مزايا كلا النهجين ، ظهرت مرافق تجريبية جديدة تسمى "Ecotrons" في التسعينيات (على سبيل المثال ، Ecotron in Silkwood ، UK34; Ecotron في مونبلييه ، فرنسا35 ؛ Ecotron في هاسيلت ، بلجيكا36). روي وآخرون (2021) 37 يعرف Ecotron على أنه منشأة تجريبية تتكون من حاويات مكررة مصممة لاستيعاب عينات النظام البيئي ، مما يسمح بمحاكاة واقعية للظروف البيئية فوق وتحت الأرض مع تسهيل القياس المتزامن والآلي لعمليات النظام البيئي. وبالتالي ، تمكن Ecotrons من الدراسة المتكاملة لعمليات النظام البيئي المعقدة ، والتفاعلات متعددة التغذية ، ووظائف النظام البيئي. يمكن أن تؤوي مجموعة متنوعة من الكائنات الحية فوق وتحت الأرض من مستويات غذائية متعددة في سلسلة كبيرة من غرف الكون المتوسط المستقلة ، مما يتيح التحكم الدقيق في الظروف البيئية ومراقبتها في كل من الأنظمة فوق الأرض وتحتها37،38.

في هذه الدراسة ، قمنا بإعداد تجربة في iDiv Ecotron38،39 ، المشار إليها باسم "تجربة JenaTron" (الشكل 1 والشكل 2) ، لاختبار ما إذا كانت علاقات أداء التنوع البيولوجي والنظام البيئي (BEF) في المجتمعات ذات المستويات المختلفة من ثراء الأنواع النباتية يتم تعديلها من خلال تاريخ التربة أو تاريخ النبات المشترك أو التأثير المشترك لكليهما. تم تصميم iDiv Ecotron خصيصا لتجارب التنوع البيولوجي متعدد التغذية ، مع التركيز على التحقيق المشترك للتفاعلات فوق وتحت الأرض في النظم البيئية الأرضية38،39،40. وهي تتألف من 24 وحدة تجريبية متطابقة ، تسمى "EcoUnits" (الشكل 2F ، G) ، كل منها قادر على استيعاب ما يصل إلى أربعة أنظمة بيئية فردية في مقصورات معزولة (الشكل 2 ك) ، مما يسمح ببناء أنظمة بيئية معقدة وشبه طبيعية مع تقليل تأثير التقلبات البيئية. تتمثل إحدى الميزات الرئيسية في القدرة على إنشاء نسخ مكررة متعددة من متراصة التربة السليمة (الشكل 2A-C) في ظل ظروف بيئية خاضعة للرقابة ، مما يتيح قياس عمليات النظام البيئي المعقدة ، بما في ذلك تأثيرات التغذية المرتدة للنباتات والنباتات والتربة النباتية ، والتي غالبا ما يصعب التقاطها في تجارب العالم المصغر على نطاق صغير38،39.

في أوروبا ، تعد الأراضي العشبية شبه الطبيعية من بين أكثر النظم البيئية الأرضية تنوعا وتعقيدا ، حيث توفر خدمات حيوية للنظم الإيكولوجية. ومع ذلك ، منذأوائل القرن العشرين ، واجهت هذه الأراضي العشبية المدارة على نطاق واسع تهديدات متزايدة من تغيير استخدام الأراضي ، مما يجعلها محورا رئيسيا للحفاظ على التنوع البيولوجي والبحث. واحدة من أطول تجارب التنوع البيولوجي في العالم على الأراضي العشبية المدارة على نطاق واسع هي تجربة جينا32،33 ، الواقعة في جينا ، ألمانيا (50.951 درجة شمالا ، 11.621 درجة شرقا ، 139 م فوق السطح ؛ الموقع الإلكتروني: https://the-jena-experiment.de). تأسست التجربة في عام 2002 ، وتبحث في العلاقات بين تنوع نباتات الأراضي العشبية وعمل النظام البيئي ، مع التركيز بشكل خاص على دورة المغذيات والتفاعلات الغذائية32،33. لتثبيت تجربة JenaTron داخل iDiv Ecotron ، استخدمنا التجربة القائمة على السمات41 (TBE) ، وهي أحد مكونات تجربة Jena التي بدأت في عام 2010 واكتملت في عام 2021. في عام 2022 ، تم اختيار 23 قطعة أرض من TBE لإنشاء تدرج تنوع نباتي يتراوح من نوع واحد إلى ستة أنواع ، يمتد عبر أكثر من 24 مجتمعا نباتيا داخل iDiv Ecotron. تألفت هذه المجتمعات من ستة أنواع من نباتات الأراضي العشبية ، والتي تداخلت مع التجربة الرئيسية لتجربة جينا ومثلت ثلاثة أنواع من الحشائش (Anthoxanthum odoratum L. و Dactylis glomerata L. و Holcus lanatus L.) وثلاثة أنواع من الأعشاب (Leucanthemum vulgare agg. و Plantago lanceolata L. و Ranunculus acris L. ؛ انظر الجدول 1 للحصول على تفاصيل حول تكوين الأنواع النباتية والتكرارات لكل مستوى من مستويات التنوع النباتي). هذه الأنواع ، المنتشرة على نطاق واسع وتتعايش بشكل متكرر في الأراضي العشبية الأوروبية شبه الطبيعية ، تختلف أيضا في سمات اكتساب الموارد الزمنية ، مما يجعلها مثالية للدراسات الشاملة لاستخدام الموارد الزمنية ، مثل فينولوجيا النبات41. تم تخصيص التركيبات النباتية ال 24 بشكل عشوائي لجميع الوحدات البيئية (الشكل 1 ج) ، مع تقسيم كل وحدة بيئية إلى أربع مقصورات لاستيعاب المجموعات العاملية لتاريخ التربة ومعالجات تاريخ النبات.

تم إنشاء تاريخ التربة (الشكل 1 أ) من خلال حفر ما مجموعه 96 متراصة للتربة من تجربة جينا. تربة الموقع عبارة عن تربة سهول فيضية غنية بالمغذيات مصنفة باسم Eutric Fluvisol ، تم تطويرها من رواسب النهر الطينية32،33. يمكن العثور على معلومات مفصلة بشأن درجة حموضة التربة ، والتغيرات في نسيج التربة ، والمواد العضوية ضمن ملف تعريف التربة Jena Experiment في Lange et al. (2023) 9. من بين 96 كتلة متراصة ، تم الحصول على 48 من خلال حفر متراصتين من كل قطعة من 22 قطعة أرض TBE ، بما في ذلك الزراعة الأحادية ، ومخاليط من نوعين وثلاثة أنواع. بالإضافة إلى ذلك ، تم أخذ أربعة متراصة من قطعة أرض مكونة من ثمانية أنواع ، والتي ستكون بمثابة خليط من ستة أنواع في تجربة JenaTron. كل من هذه المتراصة ال 48 (العمق: 0.8 متر ؛ القطر: 0.5 متر) تؤوي مجتمعا سكنيا خاصا بقطعة الأرض منذ عام 2010 ، مما يمثل تاريخ التربة الخاص بالمجتمع النباتي (+ SH). تم حفر المتراصة البالغ عددها 48 المتبقية من أربع قطع أرضية عارية ظلت خالية من الغطاء النباتي منذ بدء تجربة جينا في عام 2002 ، وبالتالي تفتقر إلى أي تاريخ تربة خاص بالمجتمع النباتي (-SH). من كل قطعة من قطع الأرض الأربع ، تم التنقيب عن 12 كتلة متراصة. تم دمج معالجتي تاريخ التربة (+ SH ؛ -SH) بشكل عامل مع معالجتين لتاريخ النبات عن طريق زراعة نباتات مسبقة النمو تعكس التركيب الخاص بالمجتمع النباتي ل TBE بكثافة متساوية ، مع تباعد النباتات الفردية بمسافة 6 سم.

تم إنشاء تاريخ النبات (الشكل 1 ب) باستخدام مصدرين متميزين للبذور لكل نوع من الأنواع النباتية المختارة من مجموعة أنواع تجربة جينا: يتكون المصدر الأول من البذور التي تم جمعها من النباتات التي شهدت تاريخا خاصا بالمجتمع منذ عام 2010 ، بما يتوافق مع قطع أراضي التجربة القائمة على السمات (TBE) الدقيقة التي تم من خلالها حفر متراصة التربة (+ PH). تم جمع هذه البذور من مايو إلى سبتمبر 2019 اعتمادا على فينولوجيا الأنواع المزهرة ، مما يضمن أخذ عينات من ما لا يقل عن خمسة أفراد لكل نوع وقطعة أرض. بعد الجمع ، تم تنظيف البذور وتخزينها عند -20 درجة مئوية حتى بدء تجربة JenaTron. ويتألف مصدر البذور الثاني من البذور التي تم الحصول عليها من مورد تجاري للبذور ينتج بذورا ذات منشأ إقليمي. تم استخدام هذه البذور لإنشاء قطع أراضي TBE في عام 2010 ، وبالتالي تمثل النباتات التي ليس لها تاريخ اختيار خاص بالمجتمع ضمن تجربة جينا (-PH) وتم تخزينها عند -20 درجة مئوية من عام 2010 حتى بداية تجربة JenaTron. تمت زراعة كلا التاريخين لأنواع النباتات المعمرة الستة مسبقا من فبراير إلى مايو 2022 في أربع غرف من دفيئة أبحاث iDiv الواقعة في لايبزيغ ، ألمانيا (51.330 درجة شمالا ، 12.393 درجة شرقا ، 120 م فوق السطح).

نتج عن الجمع العاملي لتاريخ التربة (SH) وتاريخ النبات (PH) في كل مستوى من مستويات ثراء الأنواع النباتية أربعة معالجات داخل كل وحدة من الوحدات البيئية ال 24: (1) مع تاريخ التربة ، مع تاريخ النبات (+ SH / + PH) ، (2) مع تاريخ التربة ، بدون تاريخ النبات (+ SH / - PH) ، (3) بدون تاريخ التربة ، مع تاريخ النبات (-SH / + PH) ، و (4) بدون تاريخ التربة ، بدون تاريخ النبات (-SH / -PH ؛ الشكل 1 ج). الهدف الأساسي من تجربة JenaTron هو التحقيق فيما إذا كانت العلاقة المعززة بين التنوع البيولوجي وعمل النظام البيئي ترجع إلى تاريخ التربة أو تاريخ النبات أو مزيج من الاثنين معا. نفترض أن المجتمعات النباتية ذات التاريخ المشترك للنبات والتربة ستظهر أقوى علاقة BEF ، في حين أن الاستبعاد التجريبي لتاريخ التربة أو تاريخ النبات أو كليهما قد يكون له آثار ضارة على العلاقات الإيجابية للتنوع النباتي وعمل النظام البيئي. في النهاية ، إذا كان تاريخ التربة أو النبات سيغير العلاقة بين ثراء الأنواع النباتية وعمل النظام البيئي ، فسيكون هذا بمثابة اعتبار مهم لحفظ ومراقبة المجتمعات المحفوظة محليا والمستعادة الجديدة.

البروتوكول

ملاحظة: تأكد من توفير معدات الحماية الشخصية المناسبة (مثل الخوذات والقفازات والصدريات وأحذية السلامة وما إلى ذلك) في جميع خطوات البروتوكول.

1. التربة: التحضير والحفر والتركيب

  1. مصادر التربة واختيار قطعة الأرض وإعدادها (فبراير 2022)
    1. حدد مصدرين للتربة من موقع Jena Experiment الميداني:
      1. حدد 23 قطعة أرض TBE تؤوي مجتمعا خاصا بقطعة الأرض لمدة 12 عاما من أجل تغطية تدرج التنوع النباتي من 1 و 2 و 3 و 6 أنواع. قم بتعيين هذه المؤامرات كعلاج تجريبي JenaTron "مع تاريخ التربة الخاص بمجتمع النبات" (+ SH).
      2. حدد 4 قطع أرض عارية لها نفس خصائص التربة مثل قطع أراضي TBE (درجة الحموضة ، والمحتوى الرملي ، وما إلى ذلك) ، ولكن يتم الاحتفاظ بها بدون غطاء نباتي منذ عام 2002. قم بتعيين هذه المؤامرات كعلاجات JenaTron Experiment "بدون تاريخ خاص بمجتمع النبات" (-SH).
    2. قم بإزالة الجزء العلوي من التربة البالغ 5 سم برفق من جميع قطع الأراضي المختارة باستخدام حفارة صغيرة لمعادلة الظروف عبر معالجات تاريخ التربة.
  2. حفر متراصة التربة (مارس 2022)
    1. قم بإعداد جهاز الاستخراج المتجانس في كل قطعة أرض ، وقم بتركيب نظام قطع على أسطوانة فولاذية فارغة ، وأدخله في جهاز الاستخراج (الشكل 2 أ).
    2. قم بتشغيل الجهاز ، وسوف يدور نظام القطع حول جدار الأسطوانة الخارجي. يقوم النظام بقطع شق في التربة حيث يضغط جهاز الاستخراج على الأسطوانة الفولاذية في نفس الوقت. في موازاة ذلك ، استخدم حفار صغير لحفر حفرة على جانب الأسطوانة الفولاذية (الشكل 2 ب).
    3. بمجرد غرس الأسطوانة الفولاذية بالكامل في التربة ، اصعد إلى الحفرة الجانبية وقم بقص الكتلة المتراصة في الحافة السفلية للأسطوانة الفولاذية عن طريق تركيب لوحة سفلية مؤقتة واستخدم جهاز الاستخراج المتجانس لرفعه من حفرة الحفر (الشكل 2 ج).
    4. قم بتفكيك نظام القطع من الأسطوانة الفولاذية ، وقم بتركيب لوحة علوية مؤقتة على الأسطوانة الفولاذية ، وارفع الكتلة المتراصة باستخدام تعليق متصل بالحفار الصغير ، واقلبها رأسا على عقب.
  3. تركيب نظام شفط المياه (مارس 2022)
    1. قم بفك اللوحة السفلية ، وقم بإزالة ما يقرب من 5 سم من طبقة التربة باستخدام مجرفة ، وقم بتخزينها لاستخدامها لاحقا.
    2. قم بتضمين حلقة من مجسات شفط المياه (8 شموع متصلة بخراطيم البولي فينيل كلوريد [PVC]) في مسحوق الكوارتز ، وقم بترطيبها بالماء منزوع المعادن (VE) ، وأعد ملء قاع الأسطوانة الفولاذية بالتربة التي تمت إزالتها مسبقا.
    3. قم بتوصيل القطعة الطرفية PVC لحلقة مسبار شفط المياه باللوحة السفلية وقم بتثبيتها لاحقا.
    4. اقلب الأسطوانة الفولاذية مع التعليق الموجود على الحفار الصغير في وضع مستقيم مرة أخرى ، وقم بتسميته بشكل فردي ، وأغلق الفتحات الموجودة في جدران الأسطوانة بشريط لاصق ، ولف الأسطوانة بورق بلاستيكي للحماية أثناء النقل.
    5. انقل متراصة التربة بشاحنة إلى iDiv Ecotron ، الواقعة في المحطة الميدانية التجريبية لمركز هيلمهولتز للبحوث البيئية (UFZ) في باد لاوشستادت ، ألمانيا (51.392 درجة شمالا ، 11.876 درجة شرقا ، 116 م فوق السطح).
  4. تركيب مستشعرات التربة (أبريل 2022)
    1. بعد التفريغ ، قم بقطع الثقوب المناسبة بدقة لأجهزة الاستشعار أفقيا في متراصة التربة بشفرة فولاذية مخصصة باستخدام الفتحات الموجودة في جدار الأسطوانة على ثلاثة أعماق مختلفة (9.5 سم و 21.5 سم و 43.5 سم).
    2. ضع مستشعرات التربة في الثقوب ، واستخدم جذعا خشبيا لإحضارها في الموضع الصحيح ، وقم بتثبيت الفتحات بسدادات مانعة للتسرب مصنوعة خصيصا.
  5. تركيب متراصة التربة في EcoUnits (أبريل 2022)
    1. ارفع بعناية الجزء الفني والعلوي من كل وحدة بيئية من الجزء السفلي (الشكل 2G). انقل الجزء السفلي إلى الأسطوانات الفولاذية التي تؤوي متراصة التربة السليمة المجهزة بأجهزة استشعار التربة.
    2. قم بتوصيل كل أسطوانة فولاذية بتعليق ، وارفعها برافعة شوكية ، وقم بتركيب موصل بحلقة شمعة الشفط المتصلة باللوحة السفلية.
    3. ارفع أربعة متراصة للتربة في الحاوية السفلية لكل وحدة من الوحدات البيئية ال 24 (الشكل 2F) ، مع اثنتين لهما نفس تاريخ التربة الخاص بمجتمع النبات (+ SH) واثنان بدون تاريخ تربة خاص بمجتمع النبات (-SH). قم بقيادة كابلات مستشعرات التربة عبر فتحات الحاوية الأرضية.
    4. قم بتثبيت الأسطوانات الفولاذية في الجزء السفلي بمسامير ثم قم بتوصيل حلقات شمعة شفط المياه لكل أسطوانة بنظام شفط المياه الخاص بالوحدة البيئية من خلال الموصل المثبت مسبقا.
    5. استخدم الرافعة الشوكية لنقل الحاوية المجهزة بمتراصة التربة إلى قاعة (24 م × 24 م).
    6. ضع الأجزاء الفنية والعلوية بعناية (مع الجدران الداخلية بين الوحدات الفرعية [الشكل 2K]) لكل وحدة بيئية أعلى الجزء السفلي.
    7. رتب جميع الوحدات البيئية البالغ عددها 24 في ثلاثة صفوف ، يتكون كل منها من مجموعتين من أربع وحدات بيئية ، وتشكل ما مجموعه ست كتل. تأكد من مسافة من المركز إلى المركز تبلغ 6 أمتار بين الكتل داخل كل صف و 8.2 متر بين الصفوف. في كل كتلة ، قم بتعيين مستويات التنوع النباتي الأربعة بشكل عشوائي (1 و 2 و 3 و 6) للوحدات البيئية الأربعة ، مما يضمن توزيعا متساويا للأنواع عبر جميع الوحدات البيئية حيثما أمكن ذلك.

2. النباتات: تركيب التحضير والزراعة

  1. اختيار الأنواع ومواد البذور
    1. حدد الأنواع النباتية الستة التالية من مجموعة أنواع Jena Experiment: Anthoxanthum odoratum L. (Poaceae) ، Dactylis glomerata L. (Poaceae) ، Holcus lanatus L. (Poaceae) ، Leucanthemum vulgare agg. (Asteraceae) ، لسان الحمل L. (Plantaginaceae) ، و Ranunculus acris L. (Ranunculaceae).
    2. لكل نوع ، حدد مادة البذور التي تنشأ من مصدرين مختلفين للبذور:
      1. استخدم البذور من النباتات التي كانت تنمو في قطع أراضي TBE في تجربة جينا منذ عام 2010 (مع تاريخ النبات ، + PH).
      2. استخدم مادة البذور الأصلية التي تم استخدامها لبدء TBE في عام 2010 مصدرها منتج بذور إقليمي (بدون تاريخ نباتي ، -PH).
  2. تحضير الركيزة (فبراير 2022)
    1. جمع التربة الخاصة بقطعة الأرض من كل قطعة من قطع الأراضي المحددة في موقع حقل تجربة جينا. املأ التربة في صناديق بلاستيكية سعة 20 لترا واحفظها على حرارة 4 درجات مئوية حتى تستخدم لزراعة النباتات.
    2. غربال كل تربة خاصة بقطعة الأرض من خلال شبكة 4 مم. امزج التربة من قطع الأرض الأربع العارية قبل الغربلة.
    3. لإزالة الكائنات الحية غير المرغوب فيها ، انقل رمل الكوارتز إلى حاويات من الفولاذ المقاوم للصدأ وقم بتسخينه في فرن تجفيف لمدة 4 ساعات عند 200 درجة مئوية.
    4. امزج التربة الخاصة بقطعة الأرض ورمل الكوارتز من حيث الحجم بنسبة 3: 1 واملأ خليط التربة والرمل في ألواح متعددة الأواني باستخدام مجرفة بلاستيكية (إجمالي n = 152).
    5. قم بتسمية كل لوحة متعددة الأواني على حدة وضعها في دفيئة بدورة نهارية وليلية تبلغ 16 ساعة / 18 درجة مئوية و 8 ساعات / 12 درجة مئوية ، مع الحفاظ على رطوبة معتدلة من 60٪ -70٪ رطوبة نسبية (RH).
    6. سقي الأطباق عند الطلب واحتفظ بها عارية لمدة أسبوعين للسماح لبنوك بذور التربة بالإنبات. قم بإزالة الأعشاب الضارة من جميع الأطباق مرتين لإزالة الشتلات غير المرغوب فيها.
  3. حملة البذر (مارس - أبريل 2022)
    1. حدد ترتيب البذر بناء على وقت الإنبات الخاص بالأنواع على النحو التالي:
      1. زرع R. acris قبل 2 أسابيع من الأعشاب الأخرى
      2. زرع P. lanceolata و L. vulgare قبل أسبوع واحد من الأعشاب A. odoratum و D. glomerata و H. lanatus.
    2. زرع جميع الأنواع ، باستثناء R. acris ، مباشرة في الركيزة الرملية الخاصة بالأرض (3: 1) في ألواح متعددة الأواني مع بذرتين أو ثلاث بذور لكل وعاء. بعد الإنبات الناجح ، قم بتخفيف جميع الأنواع إلى شتلات مفردة باستخدام ملاقط فولاذية زنبركية.
    3. المعالجة المسبقة بذور R. acris في أطباق بتري على ورق ترشيح مبلل بمحلول حمض الجبريليك (1000 مجم. L−1) لكسر السكون (الشكل 2D). احتضان البذور لمدة 24 ساعة.
    4. انقل بذور R. acris إلى ورق الترشيح المبلل بالماء منزوع المعادن (VE) حتى الإنبات. بمجرد أن تصل البذور إلى مرحلة الجذر ، قم بوخز الشتلات في ركيزة رمل التربة الخاصة بقطعة الأرض (3: 1) في الألواح متعددة الأواني المحضرة باستخدام ملاقط فولاذية زنبركية.
    5. سقي جميع الأفراد النباتيين بالماء منزوع الأيونات عند الطلب واحتفظ بهم في الدفيئة حتى نقلهم إلى iDiv Ecotron (الشكل 2E-H)
  4. حملة الزراعة (مايو 2022)
    1. صمم مخططات زراعة فردية لجميع متراصة التربة ذات الخصائص التالية:
      1. ضمان عدد متوازن من الأفراد لكل نوع داخل المجتمعات النباتية.
      2. حافظ على مسافة 6 سم بين كل فرد نبات وجاره.
      3. قم بترتيب نمط الزراعة بشكل عشوائي عبر EcoUnits ، ولكن اجعله ثابتا داخل الوحدات الفرعية.
    2. استخدم استنسل زراعة مخصص لتحديد الموضع الدقيق لكل نبات على متراصة التربة. استخدم أعواد أسنان بلاستيكية ملونة مختلفة لوضع العلامات ، وتعيين لون معين لكل نوع. بعد وضع العلامات ، قم بإزالة الاستنسل (الشكل 2I).
    3. ازرع النباتات المزروعة مسبقا على جميع متراصة التربة في غضون أسبوع واحد باستخدام مزارعي البصيلات بقطر 4 سم (إجمالي 5280 فردا نباتيا ؛ الشكل 2 ي).

3. مسار التجربة

  1. مرحلة التأسيس لمدة ثلاثة أسابيع (مايو 2022):
    1. استبدل جميع الأفراد الذين لم ينجوا من حملة الزراعة في غضون أسبوعين من الزراعة الأولية (ن = 124 [2.35٪]).
    2. قم بتشغيل الأضواء واضبط نظام الإضاءة على دورة 16/8 ساعة ليلا ونهارا. لتكرار طول اليوم الإقليمي في أواخر الربيع والصيف في بداية التجربة ، قم بمحاكاة الغسق عن طريق تعتيم الأضواء من 100٪ إلى 75٪ شدة على مدار ساعة واحدة ، ثم إلى 0٪ خلال الساعة التالية (كثافة 100٪: ~ 370 ميكرولتر / (متر مربع · ثانية)). محاكاة الفجر عن طريق عكس هذا النمط الخافت.
    3. قم بمعادلة رطوبة التربة العلوية إلى 20٪ (± 3٪) من حيث الحجم باستخدام مجموعة قياس رطوبة التربة.
    4. اضبط الري الأولي على 450 مل كل 12 ساعة لكل وحدة فرعية.
    5. قم بتوصيل مستشعرات الهواء والتربة لمراقبة درجة الحرارة والرطوبة طوال التجربة.
  2. المرحلة التجريبية (يونيو - أكتوبر 2022)
    1. باتباع الموسمية الطبيعية ، قم بتقصير طول اليوم بمقدار ساعة كاملة كل أسبوعين من أغسطس إلى أكتوبر لحساب أطوال اليوم الإقليمية من أواخر الصيف إلى الخريف.
    2. زيادة الري الأولي إلى 650 مل كل 12 ساعة في يوليو و 750 مل كل 12 ساعة في أغسطس ، مع التكيف مع متطلبات مياه النبات.
    3. تخلص باستمرار من الشتلات غير المرغوب فيها في مرحلة النبتة باستخدام الملقط للحفاظ على كثافة النبات مع تقليل الاضطراب في بنية التربة.
    4. وفقا للإدارة القياسية للمروج المدارة على نطاق واسع ، قم بإجراء حصادين من الكتلة الحيوية فوق سطح الأرض ، وقطع النباتات على ارتفاع 3 سم فوق سطح التربة بالمقص.

النتائج

لتقديم رؤى أولية حول فعالية هذا النهج في اختبار التأثيرات المستقلة والتفاعلية لتاريخ النبات والتربة على علاقات عمل التنوع البيولوجي والنظام البيئي ، قمنا أولا بتقييم صور فوتوغرافية لوحدتين بيئيتين تمثيليتين بعد مرحلة التأسيس التي استمرت 3 أسابيع من تجربة JenaTron ، حيث سرعان ما أصبحت تأثيرات العلاج مرئية (الشكل 3). إلى جانب الاختلافات الخاصة بالعلاج في ارتفاع ولون مجتمع النبات (الشكل 3 أ) ، أدركنا أيضا الاختلافات الخاصة بالعلاج في وقت ازدهار R. acris. على وجه التحديد ، يبدو أن النباتات المزروعة من البذور التي ليس لها تاريخ نباتي لها ظهور أزهار في وقت مبكر من النباتات المزروعة من البذور ذات التاريخ النباتي الخاص بالمجتمع لتجربة جينا (الشكل 3 ب).

لتقييم ما إذا كانت المجتمعات التي تم إنشاؤها حديثا في iDiv Ecotron تعكس بدقة المجتمعات الميدانية الأصلية ، تم إجراء تحليل مقارن لارتفاع النبات الخضري الخاص بالأنواع كمؤشر على التطور النهائي للنبات بين تجربة JenaTron و TBE. في تجربة JenaTron ، تم تحديد ارتفاع النبات على أنه متوسط قيمة أعلى ورقة نباتية لثلاثة أفراد لكل نوع نباتي في كل مجتمع من المجتمعات ال 24 ومجموعات المعالجة قبل نهاية حملة الحصاد الأولى في يوليو 2022. في TBE ، تم تحديد ارتفاع النبات الخضري كمتوسط قيمة لأعلى ورقة نباتية لثلاثة أفراد لكل نوع نباتي وقطعة أرض في يوليو 2012. تظهر قياسات ارتفاع النبات من iDiv Ecotron ارتباطا قويا مع تلك الموجودة في المؤامرات الميدانية لتجربة جينا (الشكل التكميلي 1).

لمزيد من تقديم دراسة حالة لتحليل البيانات ، تم التحقيق في ارتفاع النبات الخضري في iDiv Ecotron بمزيد من التفصيل. ركزنا على التحليلات على مستوى الأنواع والمجتمع واختبرنا ما إذا كان تاريخ النبات وتاريخ التربة والتنوع النباتي يؤثر على نمو النبات الخضري. لهذا ، استخدمنا نماذج التأثيرات المختلطة الخطية (LMM) ولخصنا النتائج عبر ANOVA (مجموع المربعات من النوع الأول ؛ للحصول على نتائج ANOVA التفصيلية ، انظر الجدول التكميلي 1). على مستوى القطعة كانت متغيرات الاستجابة هي متوسط الارتفاع الخضري للنبات ومعامل تغير ارتفاع النبات (CV = sd/mean 100). وشملت التأثيرات الثابتة التنوع النباتي (العددي) وعلاجات تاريخ النبات والتربة وتفاعلاتها. تضمنت التأثيرات العشوائية EcoUnit المتداخلة داخل كتلة قاعة Ecotron. على مستوى الأنواع ، قمنا أيضا بتضمين الأنواع وتفاعلها مع التنوع النباتي وعلاجات التاريخ بعبارات ثابتة. ضمنت تحويلات البيانات (سجل ارتفاع النبات والجذر التربيعي للارتفاع (CV) استيفاء افتراضات النموذج. أجريت التحليلات باستخدام R (الإصدار 4.3.1) 42 وحزمة nlme لLMMs 43. أظهرت النتائج اختلافات كبيرة في الأنواع في ارتفاع النبات ، حيث تكون الأعشاب أطول من الأعشاب (الشكل 4 ، الشكل التكميلي 2). عبر جميع الأنواع ، كان لتاريخ التربة تأثير إيجابي على ارتفاع النبات (F (1،66) = 11.11 ، P = 0.001) ، بينما لم يكن لتاريخ النبات وتنوعه تأثير كبير (F (1،66) = 0.22 ، P = 0.64 و F (1،17) = 1.52 ، P = 0.23 ، على التوالي ؛ الشكل 4). على مستوى المجتمع ، لم يكن للتنوع النباتي أي تأثير على الارتفاع (F (1،17) = 0.01 ، P = 0.91 ؛ الشكل 5 أ) ولكن زيادة كبيرة في ارتفاع النبات السيرة الذاتية داخل المجتمعات (F (1،17) = 14.29 ، P = 0.002 ؛ الشكل 5 ب). لم يتم العثور على تأثيرات ذات دلالة إحصائية لتاريخ النبات أو التربة على ارتفاع النبات CV (F (1،68) = 0.55 ؛ ف = 0.46 ؛ F (1,68) = 0.09 ، P = 0.76 ؛ الشكل 5). لقد قمنا بتحميل البيانات والبرنامج النصي R إلى قاعدة بيانات Jena Experiment (https://doi.org/10.25829/QN9R-J839).

figure-results-1
الشكل 1: إعداد تجربة JenaTron. (أ) تم إنشاء تاريخ التربة (SH) من خلال حفر 96 كتلة متراصة سليمة من تجربة جينا (JE) ، تم الحصول على نصفها (ن = 48) من 23 قطعة أرض تؤوي مجتمعا خاصا بقطعة الأرض لمدة 12 عاما (+ SH) ، بينما تم الحصول على النصف الآخر (ن = 48) من أربع قطع أرضية عارية خالية من الغطاء النباتي منذ بداية تجربة جينا في عام 2002 (-SH). (ب) تم إنشاء تاريخ النبات (PH) باستخدام مصدرين للبذور لكل نوع من الأنواع النباتية الستة: البذور التي تم جمعها من النباتات المزروعة منذ عام 2010 في نفس قطع الأراضي ، حيث تم التنقيب عن المتراصة في تجربة جينا (+ PH) ، والبذور الأصلية كما استخدمت لزرع هذه المجتمعات في الحقل في عام 2010 (-PH). (ج) تم تهجين تاريخ النبات وتاريخ التربة بشكل مستقل لكل تركيبة على مستويات متنوعة نباتية مختلفة (1 و 2 و 3 و 6) ، مما أدى إلى أربعة معالجات في كل وحدة بيئية من iDiv Ecotron: (1) + SH / + PH ، (2) + SH / -PH ، (3) -SH / + PH ، و (4) -SH / -PH. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-2
الشكل 2: iDiv Ecotron في محطة أبحاث مركز هيلمهولتز للبحوث البيئية (UFZ) في باد لاوشستادت ، ألمانيا. (أ) معدات حفر التربة المتراصة في الحقل ، (ب) حفر متراصة التربة في الحقل ، (ج) حفرة حفر في الحقل ، (د) تحضير مادة بذور Ranunculus acris في أطباق بيتري على ورق ترشيح مبلل بمحلول حمض الجبريليك في الدفيئة ، (ه) الزراعة المسبقة للنباتات ذات الركيزة الخاصة بالتربة في ألواح متعددة الأواني في الدفيئة ، (و) الوحدات البيئية في قاعة iDiv Ecotron ، (ز) تصوير تخطيطي لوحدة تجريبية واحدة ("EcoUnit") بمعدات تقنية (مقتبس من Eisenhauer et al. (2019) 23 و Schmidt et al. (2021) 38) ، (H) لوحات مع جميع الأفراد لزراعتها في تجربة JenaTron) بعد نقلها إلى iDiv Ecotron ، (ط) وضع علامات خاصة بالأنواع لمواقع الزراعة لجميع أفراد النبات على متراصة التربة المصنوعة من استنسل الزراعة ، (ي) زراعة الأفراد النباتيين على متراصة التربة باستخدام مزارعي البصيلات ، (ك) أربعة مقاييس في وحدة بيئية ذات جدران داخلية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-3
الشكل 3: ممثلان عن الوحدات البيئية ال 24 ، كل منهما يؤوي مجتمعا واحدا في جميع مجموعات المعالجة لتاريخ النبات والتربة. (أ) الوحدة البيئية بمزيج من 3 أنواع (A. odoratum و H. lanatus و P. lanceolata) مع اختلافات محددة في العلاج في ارتفاع ولون الغطاء النباتي للمجتمع. (ب) الوحدة البيئية مع الزراعة الأحادية ل R. acris ، مما يشير إلى الاختلافات المعتمدة على تاريخ النبات في وقت الإزهار. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4
الشكل 4: تأثيرات تاريخ النبات والتربة على ارتفاع النبات الخضري (سم) لأنواع نباتات الأراضي العشبية الستة قبل الحصاد الأول في يوليو 2022. يتم سرد الأنواع أبجديا ضمن مجموعات وظيفية (الأعشاب متبوعة بالأعشاب بالأعشاب توجد معالجات تاريخ النبات (+ PH / -PH) على المحور x ، وتاريخ التربة (+ SH / -SH) مرمز بالألوان (أصفر / أسود) في قطع الأراضي الصندوقية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-5
الشكل 5: آثار ثراء الأنواع على متوسط المجتمع والتباين في ارتفاع النبات الخضري. (أ) متوسط المجتمع. (ب) التباين في ارتفاع النبات الخضري. (+ PH / -PH) لتاريخ النبات ، (+ SH / -SH) لتاريخ التربة. يظهر تباين ارتفاع النبات (CV) لكل وحدة فرعية. تمثل الخطوط المتقطعة خطوطا صلبة غير مهمة وتمثل تأثيرات كبيرة على التنوع النباتي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الجدول 1 المجتمعات النباتية في تجربة JenaTron. الزراعة الأحادية لجميع الأنواع النباتية المختارة (ن = 6) ؛ مخاليط 2 نوع (ن = 9) ؛ مخاليط 3 أنواع (ن = 7) كلها بتركيبات مختلفة ؛ واثنين من التكرارات المتطابقة من خليط 6 أنواع (ن = 2). الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

الشكل التكميلي 1: متوسط ارتفاع النبات للأنواع. متوسط ارتفاع النبات للأنواع في (أ) مخططات تجربة JenaTron (يوليو 2022) وفي الحقل (ب) قطع أراضي TBE (يوليو 2012). تم تضمين البيانات فقط من المعالجة مع تاريخ النبات وتاريخ التربة في اللوحة A. هناك علاقة ذات دلالة إحصائية بين ارتفاع النبات في تجربة JenaTron وقطع الأراضي الميدانية (ارتباط بيرسون r (49) = 0.45 ، ص = 0.0008). الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي 2: آثار معالجات تاريخ النبات والتربة على ارتفاع النبات الخضري (سم) لأنواع النباتات الستة على مستويات مختلفة من التنوع النباتي (SR). تمثل رموز الأساطير + PH و -PH العلاجات مع وبدون تاريخ النبات ، بينما يشير + SH و -SH إلى العلاجات مع وبدون تاريخ التربة ، على التوالي. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الجدول التكميلي 1: نتائج ANOVA من نماذج التأثيرات المختلطة الخطية التي تقيم تأثيرات التنوع النباتي (ثراء الأنواع ، SR) ، وتاريخ التربة (SH) ، وتاريخ النبات (PH) على ارتفاع النبات على مستوى الأنواع ومستوى قطعة الأرض. يتم الإبلاغ عن القيم F والقيم p لكل مصطلح. ملاحظة: يمثل numDF و denDF البسط ودرجات الحرية للمقام لكل مصطلح نموذجي. تشير قيم P < 0.05 إلى تأثير ذي دلالة إحصائية على ارتفاع النبات. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الجدول التكميلي 2: القياسات فوق وتحت الأرض ومتغيرات الاستجابة والأساليب. مجموعة من القياسات فوق وتحت الأرض ومتغيرات الاستجابة والأساليب التي أجريت في تجربة JenaTron لدراسة التأثيرات المستقلة والتفاعلية لتاريخ النبات وتاريخ التربة على علاقات BEF للنظم البيئية ككل. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

المناقشة

من خلال تجربة JenaTron ، نقدم نهجا تجريبيا تكميليا للموقع الميداني لتجربة جينا32،33 لتعزيز فهمنا الميكانيكي لعلاقات BEF. تسمح لنا التجربة الميدانية بدراسة الآثار طويلة المدى لتاريخ التربة وتاريخ النبات على عمل النظام البيئي في ظل ظروف بيئية واقعية ، مع قطع أراضي كبيرة غير مضطربة تسمح بقياسات متكررة على مدى سنوات عديدة. تساعد المجموعات المختارة عشوائيا من الأنواع النباتية من مجموعة كبيرة من الأنواع على طول تدرج تنوع نباتي راسخ من الزراعة الأحادية حتى 60 نوعا على تحديد تأثيرات التنوع عن طريق استبعاد التأثيرات الخاصة بالأنواع قدر الإمكان32،33. ومع ذلك ، فإن التجربة الميدانية ، التي تشير هنا صراحة إلى "تجربة ΔBEF" كجزء من تجربة جينا (لمزيد من التفاصيل ، انظر Vogel et al. (2019) 29) ، محدودة في التحقيق في تاريخ التربة وتاريخ النبات بشكل مستقل تماما عن بعضهما البعض وعن التأثيرات المحتملة لعوامل خارجية مختلفة ، مثل تقلبات الطقس والاضطرابات الطبيعية والتفاعلات مع الكائنات الحيةالأخرى 29. في هذه المرحلة ، يأتي النهج التكميلي لاستخدام تجارب Ecotron في محور أبحاث BEF. تمثل تجارب Ecotron رابطا مهما بين تجارب العالم المصغر على نطاق صغير وقصير المدى ، والتي تدرس عددا قليلا فقط أو حتى نوعا واحدا فقط ، وبالتالي تقلل من التعقيد العالي للتجارب الميدانية أو حتى العالم الحقيقي34،38. ومن ثم ، فإن الهدف الرئيسي من تجارب Ecotron ليس تقليد التعقيد الكامل للطبيعة بل إنشاء أنظمة بيئية مبسطة ولكنها ذات مغزى بيولوجيا. هذا يسمح بفهم العديد من العمليات والتفاعلات البيولوجية التي تحدث في العالم الحقيقي بشكل أفضل ، ولكن بالطبع ليس كلها34،37. علاوة على ذلك ، تسمح الأنظمة المغلقة ل Ecotron بدراسة التدفقات والعمليات ، والتي غالبا ما لا يمكن دراستها بسهولة في هذاالمجال 35.

تم استخدام تعديلات مختلفة على التقنية التجريبية في الدراسات السابقة ، مما يؤكد القدرة الكبيرة على التكيف لمنشأة iDiv Ecotron. على سبيل المثال ، تضمنت تجربة "هرمجدون الحشرات"44 ، التي أجريت في عام 2018 ، إعادة تشكيل الوحدات البيئية عن طريق إزالة الجدران الداخلية فوق الأرض والتشريح تحت الأرض باستخدام أسطوانات فولاذية. بدلا من ذلك ، تم ملء الحاويات الموجودة تحت الأرض بالكامل بمزيج من التربة والرمل ، مما سهل إنشاء مجتمعات الأراضي العشبية التي تضم 12 نوعا من النباتات الأوروبية عبر مساحة سطح التربة تبلغ 1.5 م2 لكل وحدة صديقة للبيئة. سمح هذا التصميم التجريبي بإدخال مستويين متميزين من الوفقاريات فوق الأرض ، مما مكن الباحثين من التحقيق في آثار انخفاض الكتلة الحيوية للافقاريات على وظائف وخدمات النظام البيئي داخل النظم الإيكولوجية للأراضي العشبية في أوروبا الوسطى. مثال توضيحي آخر هو تجربة "EcoLux" ، التي أجريت في عام 2020 ، والتي أظهرت تعديلا في نظام الضوء للتحقيق في آثار التلوث الضوئي في الليل على تنوع النبات وأدائه45 بالإضافة إلى تأثيره على مجتمعات التربةووظائفها 46. وبالنظر إلى المستقبل، لا تزال احتمالات إجراء مزيد من التعديلات كبيرة. تهدف تجربة "ResCUE" القادمة ، المقرر إجراؤها في عام 2026 ، إلى فحص العلاقات بين التنوع النباتي واستقرار النظام البيئي في ظل الظروف المناخيةالقصوى 26. ستنفذ هذه التجربة جفافا حارا موحدا ، وهي حالة بيئية يصعب تكرارها في البيئات الطبيعية ، من خلال محاكاة انخفاض هطول الأمطار جنبا إلى جنب مع درجات الحرارة المتزايدة عبر تدرج تنوع نباتات الأراضي العشبية التي تم إنشاؤها في iDiv Ecotron. ستركز الدراسة على تقييم مقاومة واستعادة وظائف النظام البيئي المتعددة استجابة للحدث المناخي المتطرف الخاضع للرقابة26.

ومع ذلك ، فإن استخدام مرافق Ecotron للربط بين التجارب الميدانية وتجارب العوالم المصغرة على نطاق صغير ينطوي أيضا على قيود ، مثل المقياس المكاني الذي لا يزال صغيرا نسبيا في الغالب ، وعدد قليل من التكرارات ، وانخفاض التعقيد البيولوجي ، وعدم تمثيل التباين المناخيالطبيعي 37. علاوة على ذلك ، لا يمكن لمنشأة iDiv Ecotron محاكاة جميع أنواع السيناريوهات المناخية ، مثل الشتاء ، مما يحد من قدرتها على دراسة النباتات الفردية في دورة سنوية واقعية عبر عدة أجيال. ومن ثم ، كما ذكرنا سابقا ، من المهم جدا اعتبار دراسات Ecotron مناهج بحثية تكميلية يجب أخذها في الاعتبار في النهاية جنبا إلى جنب مع نتائج الأساليب التجريبية الأخرى37. ومع ذلك ، فإن منشأة iDiv Ecotron توفر لنا فرصة فريدة لدراسة متراصة التربة السليمة في ظل ظروف بيئية خاضعة للرقابة ، وتهجين النباتات المتعامدة ذات التواريخ المختلفة الخاصة بالمجتمع النباتي مع التربة ذات التواريخ المختلفة الخاصة بالمجتمع النباتي ودراسة آثارها على عمل النظام البيئي على طول تدرج التنوع النباتي ، والذي يصعب تحقيقه في ظل الظروف الميدانية23 ، 35. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح هذه التقنية بدراسة النباتات ككل ، فوق الأرض وتحتها ، في ظل ظروف بيئية خاضعة للرقابة ، وهو أمر لا يمكن تحقيقه بسهولة في هذا المجال. أخيرا ، في تجربة JenaTron ، تم إنشاء المجتمعات النباتية المزروعة (بدلا من المزروعة) لضمان كثافة نباتية إجمالية متساوية ، مع تمثيل كل نوع بنسب متساوية. في المقابل ، في المجتمعات المزروعة ، غالبا ما تنشأ الأنواع بمعدلات مختلفة ، وقد تفشل بعض الأنواع المستهدفة تماما في التأسيس أو يمكن أن تظل بوفرة منخفضة للغاية.

لضمان قابلية استنساخ البروتوكول المقدم، يجب النظر بدقة في العديد من الخطوات الحاسمة أثناء التنفيذ: (1) حفر متراصة التربة: تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لمنشأة iDiv Ecotron في قدرتها على إنشاء عدد كبير من التكرارات المتجانسة للتربة السليمة في ظل ظروف بيئية خاضعة للرقابة. لضمان سلامة متراصة التربة ، من الضروري الحفاظ على الظروف الميدانية المثلى لاستخراج التربة المتجانسة. على وجه التحديد ، يمكن أن تؤدي رطوبة التربة الزائدة إلى ضغط عمود التربة ، في حين أن التربة الجافة جدا أو المجمدة قد تؤدي إلى تكوين تشققات. في الحالات التي يتم فيها اختراق الكتلة المتراصة بسبب هذه العوامل ، يجب التخلص منها ، مما يستلزم تكرار عملية الحفر. (2) اختيار الأنواع: يستخدم البروتوكول الموصوف ستة أنواع من نباتات الأراضي العشبية من TBE ، والتي تم اختيارها بناء على التداخل مع التجربة الرئيسية ، والتمثيل المتوازن للأعشاب والأعشاب ، وإمكانية دراسة استراتيجيات مختلفة لاستخدام الموارد (على سبيل المثال ، فينولوجيا النبات) 41. بالنسبة لتجربة التنوع البيولوجي ، ستة أنواع هي عدد منخفض من الأنواع ، ويمكن أن يؤدي اختيار الأنواع الأخرى التي تمتلك مجموعات سمات أخرى إلى نتائج تجريبية مختلفة ويجب النظر فيها بعناية. (3) كثافة النبات والنسب المتساوية لجميع الأنواع: من المزايا البارزة لإعداد تجربة JenaTron أن المجتمعات النباتية يتم إنشاؤها بكثافة نباتية إجمالية متساوية وأن كل نوع ممثل بنفس العدد من الأفراد. يعد ضمان كثافة نباتية متسقة ونسب زراعة متساوية أمرا بالغ الأهمية للتكاثر التجريبي ، لأنه يمنع التأثيرات المربكة المرتبطة بالإنشاء التفاضلي للأنواع الفردية. وبالتالي ، فإن التحكم الدقيق في كثافة النبات أمر ضروري للحفاظ على التصميم التجريبي وضمان نتائج موثوقة.

بعد بدء تجربة JenaTron باتباع البروتوكول مع التركيز بشكل خاص على النظر في الخطوات الأكثر أهمية المذكورة ، ظهرت تأثيرات العلاج الملحوظة على ارتفاع مجتمع النبات ولونه ووقت الإزهار بسرعة. أكدت التحليلات المقارنة اللاحقة لارتفاعات النباتات الخضرية الخاصة بالأنواع بين JenaTron و TBE بوضوح أن المجتمعات التي تم إنشاؤها في iDiv Ecotron تشبه بالفعل المجتمعات الأصلية في هذا المجال. لمزيد من تقديم دراسة حالة لتحليل البيانات ، قمنا بتحليل ارتفاع النبات الخضري في تجربة JenaTron بمزيد من التفصيل. أكدت تحليلات ارتفاعات النباتات النباتية الخاصة بالأنواع في JenaTron التأسيس الناجح لجميع الأنواع المستهدفة وكشفت عن اختلافات كبيرة بين الأنواع والمجموعات الوظيفية. هذه النتيجة متوقعة ، حيث من المعروف أن الأعشاب تنمو أطول من المجموعات الوظيفية الأخرى في تجربة جينا47. تم الكشف عن تأثير إيجابي كبير لتاريخ التربة عبر الأنواع ، مما يشير إلى أن ظروف التربة السابقة تشكل نمو النبات في Ecotron ، ومن المحتمل أن تكون مدفوعة بتأثيرات التغذية الراجعة الإيجابية من التربة التي كانت تؤوي سابقا مجتمعا نباتيا (بغض النظر عن مستوى التنوع) وردود الفعل السلبية من التربة الخالية من الغطاء النباتي. يبدو أن الخصائص الحيوية وغير الحيوية لتاريخ التربة تختلف ، مما يمنح النباتات في التربة ذات التاريخ الخاص بالمجتمع النباتي ميزة على النباتات في التربة التي ليس لها هذا التاريخ ، حيث يلعب ارتفاع النبات دورا مهما في قدرتها على التنافس على الضوء وبالتالي فهي سمة حيوية لاكتساب الكربون48. في المقابل ، لم يتم العثور على تأثير كبير لتاريخ النبات الخاص بمجتمع النبات على متوسط الارتفاع الخضري ، مما يعني أن خصائص التربة قد يكون لها تأثير أقوى من مصادر البذور في ظل الظروف البيئية ل Ecotron. ومع ذلك ، يجب اختبار هذه الفرضية بطريقة شاملة من خلال التحقيق في العديد من وظائف النظام البيئي التي تم قياسها في تجربة JenaTron.

لم تقدم أي تحليلات خاصة بالأنواع أو المجتمع دليلا على أن ثراء الأنواع يؤثر على متوسط ارتفاع النبات الخضري ، على النقيض من النتائج السابقة من التجربة الميدانية ، حيث زاد ارتفاع النبات مع ارتفاع الأنواع49 على الأرجح بسبب المنافسة الخفيفةالقوية 47،50. قد يؤدي التكامل الأكبر بين الأنواع في المجتمعات الأكثر تنوعا إلى زيادة كثافة النبات51 ، مما قد يؤدي إلى تعزيز نمو ارتفاع النبات52. وبالتالي ، يمكن أن يكون عدم وجود تأثيرات التنوع النباتي على ارتفاع النبات في تجربة JenaTron بسبب عدم وجود تباين يعتمد على التنوع البيولوجي في كثافة النبات ، مما يشير إلى الأهمية المحتملة لهذه الآلية لأداء النبات الفردي المعتمد على التنوع في العالم الحقيقي52. ومع ذلك ، كان لثراء الأنواع تأثير كبير على ارتفاع النبات CV ، مما يشير إلى أن التنوع النباتي يزيد من التعقيد الهيكلي للغطاء النباتي ، بما يتفق مع الدراسات التي تربط التنوع بالستائر الأكثر تعقيدا فوق الأرض49،50،52،53،54.

مجتمعة ، تؤكد النتائج التأسيس الناجح للعلاجات المستهدفة لتجربة JenaTron ، مما يوفر رؤى أولى حول فعالية نهجنا من خلال المظهر السريع لتأثيرات العلاج الهامة (الشكل 3 ، الشكل 4 ، والشكل 5). بالإضافة إلى ذلك ، يشير التحليل المقارن لارتفاع النبات الخضري الخاص بالأنواع إلى أن المجتمعات التي تم إنشاؤها حديثا في iDiv Ecotron تشبه بالفعل الملاحظات الميدانية الأصلية. يعمل التحليل التفصيلي لارتفاع النبات الخضري كدراسة حالة لتحليل البيانات وتصور متغيرات الاستجابة الفردية. ومع ذلك ، تسلط دراسة الحالة هذه الضوء على قيود التركيز على متغير استجابة واحد في معالجة الفرضية الشاملة بشكل شامل ، سواء كانت العلاقة المعززة بين التنوع البيولوجي وعمل النظام البيئي بمرور الوقت ناتجة عن تاريخ التربة أو تاريخ النبات أو مزيج من الاثنين معا. هذا يؤكد أهمية نهجنا التعاوني للغاية للتحقيق في التأثيرات المستقلة والتفاعلية لتاريخ النبات وتاريخ التربة على علاقات BEF23. عمل أحد عشر مشروعا فرعيا لوحدة البحوث التجريبية في جينا (FOR 5000) معا بشكل وثيق في تجربة JenaTron ، حيث قاموا بقياس مجموعة واسعة من متغيرات الاستجابة عبر مجالات بحثية مختلفة ، مثل علم الأحياء الدقيقة ، والبيئة الكيميائية ، والفينولوجيا ، والاستشعار القريب ، وعلم الوراثة ، وعلم التخلق ، وبيئة التربة ، ونمذجة شبكة الغذاء. يهدف هذا الجهد التكاملي إلى (1) فصل تأثيرات تاريخ النبات عن تأثيرات تاريخ التربة على المستويات الغذائية المتعددة ووظائف النظام البيئي ، (2) التحقيق في التأثيرات الخاصة بالأنواع النباتية والخاصة بالتفاعل على جميع مستويات ثراء الأنواع النباتية ، و (3) استكشاف الآليات الأساسية لعلاقات BEF23 (الجدول التكميلي 249 ، 50،55،56،57،5859،60،61،62،63،64،65،66،67،68،69،70،71،72 ،
73،74،75،76،77،78،79،80،81،82،83،84).

الإفصاحات

المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

شكر استثنائي إلى L. Boockmann و T. Meier و N. Naderi و L.-M. والتر لدعمهم كمساعدين بحثيين طوال مدة تجربة JenaTron. شكرا جزيلا لجميع موظفي Umwelt-Geräte-Technik GmbH (UGT) على تعاونهم المهني والدافئ أثناء التنقيب عن التربة المتراصة في تجربة جينا. ونود أيضا أن نشكر C. Lauterwasser, H.-C. شولز ، و R. Widuwils لدعم UGT في التنقيب عن متراصة التربة. نتوجه بالشكر الجزيل إلى الطاقم الفني في Jena Experiment S. Eismann و F. Freter و G. Kratzsch و U. Köber و K. Kunze و H. Scheffler لدعمهم في الميدان ومساعدتهم الدؤوبة خلال حملة الزراعة في iDiv Ecotron. نحن ممتنون ل I. Merbach والموظفين الفنيين في محطة الأبحاث التابعة لمركز Helmholtz للبحوث البيئية (UFZ) في Bad Lauchstädt ، وخاصة O. Bednorz و K. Kirsch ، على دعمهم الحيوي. نود أن نشكر A.Q. Barth و R. Altmann على تعاونهما الممتاز في دفيئة iDiv. شكرا جزيلا ل S. Haenzel و A. Lochner و A. Zeuner على مساعدتهم التي لا غنى عنها في الإدارة والتنظيم والعمل المختبري. نشكر زملاء Mercator J. Cavender-Bares و F. Isbell و L. Mommer و K. Mueller ، بالإضافة إلى المتعاون الوثيق B. Schmid والمحققين الرئيسيين U. Brose و H. Schielzeth و N. van Dam و W.W. Weisser و C. Wirth و J. Wolf لمساهمتهم المهمة في تصور وتصميم وتحقيق تجربة JenaTron. أخيرا ، نشكر مؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG) على الدعم المالي (FOR 5000) وكذلك المركز الألماني لأبحاث التنوع البيولوجي التكاملي (iDiv ، بتمويل من مؤسسة الأبحاث الألمانية [DFG-FZT 118 ، 202548816]) ، وجامعة لايبزيغ ، وجامعة فريدريش شيلر في جينا ، ومعهد ماكس بلانك للكيمياء الجيولوجية الحيوية في جينا على الدعم المالي واللوجستي.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
زارع المصباح ( قطر 4 سم)كينت & أمبير متجر لاجهزة الكمبيوترStowe https://www.bauhaus.info/gartenhandgeraete/kent-stowe-hand-blumenzwiebelpflanzer/p/27516825?cid=SSAGoo
8995092923_90652787883& gad_
المصدر = 1 & gclid=CjwKCAiAqNSs
BhAvEiwAn_tmxcMcdbxDo72K6g
O6FX7hNePwWoc_8JIcgwA4qrY
sbv-diJjHf_osDhoCXxEQAvD_BwE  
شمعة شفط موصلUmwelt Ger & auml; te Technik (UGT)1871000https://ugt-online.de/en/solutions/ugt-lysimeter-sampling-technology-for-mineral-soils/
صينية الزراعة ( بدون تصريف)بونساي التسوق59000 / 5-m.D._1https://www.bonsai-shopping.eu/Anzuchtschale-59000-5er.html  ؛
المياه منزوعة المعادن (VE)AlfiltraVEWA1000Bhttps://www.alfiltra.de/zubehoer/1000-liter-ve-wasser-im-ibc-behaelter
شريط لاصقT-Rexمتجر لاجهزة الكمبيوترhttps://www.bauhaus.info/panzertape/t-rex-gewebeband/p/25421491?cid=SSAGoo8843016955_1500
14388930& gad_source = 1 & gclid=
CjwKCAiAqNSsBhAvEiwAn_tmxX
5KDl2CRPyAgi7nx2ILVTSy7dUfNY
2DvvCi0ZvtnU8opjA-stwmvRoCflwQAvD_BwE 
iDiv EcotroniDivn.a.https://www.idiv.de/en/research/platforms-and-networks/idiv-ecotron.html
علب بلاستيكية (20 لتر)تغليف AuerEG 43/22 HGhttps://www.auer-packaging.com/de/de/Eurobeh%C3%A4lter-geschlossen/EG-4322-HG.html?customer_type=private&gad_source
= 1 & gclid = Cj0KCQjw4Oe4BhCc
ARIsADQ0csk38dwQfgiSU63e
KE-xapuDT3f2f6EpzwKCJdjknbGP
NbEwv4iOg0YaApUKEALw_wcB
ورق ترشيح (قطر 150 مم)7697996Lمطلق https://www.thgeyer.com/lab/shop/qualitativ-rundfilter-sorte-2005/labsolute-/7697990_de?variant=7697996  ؛
رافعة شوكيةhirschNEW-10084https://www.hirsch.expert/elektro-gabelstapler-2-tonnen_1794_13098/?gad_source=1&gclid=Cj0KCQjw4O
e4BhCcARIsADQ0csmqfjWn
46WlTGVGnZDoDv4WkqUh
WT0eYrsGnvIWcjemrOYCp
3c3QC4aAn3WEALw_wcB
حمض الجبريليك ( 90٪) Rotichrom7697996https://www.carlroth.com/de/de/weitere-vergleichssubstanzen/gibberellinsaeure/p/7464.2  ؛
أباريق القياس ( 3000 مل)Hü متجر أجهزة Nersdorffhttps://www.hornbach.de/p/messkanne-3000-ml-huenersdorff/6481831/  ؛
أباريق القياس ( 5000 مل)Hü متجر أجهزة Nersdorffhttps://www.hornbach.de/p/messkanne-5000-ml-huenersdorff/6481832/  ؛
المناخل المعدنية (حجم شبكة 4 مم)  Blau-Metall711082https://analysensiebe.de/shop/produkt/analysensieb-400-maschenweite-2000/ .
حفار صغيرزيبلين قطZCS196577https://www.zeppelin-cat.de/shop/produkte/minibagger-kaufen/cat-301-8-minibagger-inkl-loeffel-und-schnellwechsler/?srsltid=AfmBOoqOG9_VONO0EmP
K0GAYEr1onMxM-v3YyM
14hZFK0i9YHXJ_0ddggcs
أحواض الملاط ( 90 لتر)متجر الأجهزةGripline https://www.hornbach.de/p/moertelkuebel-pe-eckig-78-5-x-46-3-x-31-0-cm-90-l/274293/  ؛
لوحات متعددة الأواني (QuickPotPlates - QP 96T)Herkuplast741238https://www.meyer-shop.com/product/view/37052?variantProductId=29253  ؛
أطباق بتري (قطر 150 مم)Lمطلق7696412https://www.thgeyer.com/lab/shop/petrischalen-ps-mit-nocken--aseptis/labsolute-/7696390_de?variant=7696412  ؛
زراعة الاستنسل (حسب الطلب)UFZn.a. زراعة الاستنسل المصنوع من قبل ورشة عمل مركز هيلمهولتز للبحوث البيئية (UFZ) ، لايبزيغ ، ألمانيا ، خصيصا لزراعة الأسطوانات المعدنية iDiv Ecotron.
رقائق بلاستيكيةCargo Pointمتجر الأجهزةhttps://www.hornbach.de/p/cargo-point-stretchfolie-0-50-x-300-m-20/7152950/  ؛
مجارف بلاستيكيةHü متجر أجهزة Nersdorffhttps://www.hornbach.de/p/abfuellschaufel-huenersdorff-1390-ml/6481824/  ؛
بخاخ الضغط (1500 مل)ب & uuml ؛ rkle9223162https://shop.thgeyer-lab.com/erp/catalog/search/search.action?model.query=9223162  ؛
مسحوق الكوارتزQuarzsanden.a.https://quarzsand-shop.de/p/quarzmehl-25-kg-papier-sack-feinpulverig?srsltid=AfmBOoptmSFCMO-9KTIKo<br / > StSkd6aV2OobmBa2__
UUcpYHXJisHGdq0JG
رمل الكوارتز HQS (0.3 - 0.8 مم الحجم)QuanzsandeWMQ-10040https://quarzsand-shop.de/p/quarzsand-hqs?variant=1185 
سدادات الختمUmwelt Gerä te Technik (UGT)1871000https://ugt-online.de/en/solutions/ugt-lysimeter-sampling-technology-for-mineral-soils/
مادة البذورRieger-Hofmann GmbHn.a.https://www.rieger-hofmann.de/startseite-rieger-hofmann.html
طقم قياس رطوبة التربة (ML3 ThetaKit) أجهزةDelta-TML3 ThetaKithttps://delta-t.co.uk/product/ml3/
استخراج متراصة التربة جهازUmwelt Gerä te Technik (UGT)1871000https://ugt-online.de/en/solutions/ugt-lysimeter-sampling-technology-for-mineral-soils/
أجهزة استشعار التربة ( SMT-100) تروبنر جي إم بي إتشSMT-100https://www.truebner.de/en/smt100.php#scroll-target  ؛
ملاقط فولاذية زنبركية (105 مم)RothAL99.1https://www.carlroth.com/de/de/spezialpinzetten-wafer-hakenpinzetten/federstahlpinzette/p/al99.1  ؛
شفرة من الفولاذ المقاوم للصدأ (حسب الطلب)UFZn.a.شفرةمن الفولاذ المقاوم للصدأ تم تصنيعها بواسطة ورشة عمل مركز هيلمهولتز للبحوث البيئية (UFZ) ، Bad Lauchstä ؛ dt ، ألمانيا ، خصيصا لإدخال مستشعرات التربة في الأسطوانات المعدنية iDiv Ecotron.
اسطوانة الفولاذ المقاومUmwelt Ger & auml; te Technik (UGT)1871000https://ugt-online.de/en/solutions/ugt-lysimeter-sampling-technology-for-mineral-soils/
ملصقات العصا (12 سم × 2 سم) ماير160140https://www.meyer-shop.com/product/view/36273?variantProductId=31841
تعليقUmwelt Gerä te Technik (UGT)1871000https://ugt-online.de/en/solutions/ugt-lysimeter-sampling-technology-for-mineral-soils/
لوحة علوية / سفلية مؤقتةUmwelt Ger & auml ؛ te Technik (UGT)1871000https://ugt-online.de/en/solutions/ugt-lysimeter-sampling-technology-for-mineral-soils/
Toothpicks ب ü roshop24269946https://www.bueroshop24.de/500-papstar-party-picker-drop-kunststoff-269946?srpId=c8e0fcec04cb5e7e68a9bfe94
096a8aa & storeType = B2C & lkz =
1131602& obt = 20 & KWDID = 54
40413105-16705681638-135
559674952-PLA-32800987645
8& gad_source = 1 & gclid = CjwK
CAiAqNSsBhAvEiwAn_tmxfR
EZBIPohPHqFs2n6v_elmZTx
L6QgkYdjBjMgZ2eYONmM05
Iwo-CRoCfWsQAvD_BwE
متجر أجهزةRowelKaufmannhttps://www.hornbach.de/p/berner-edelstahl-putzkelle-kaufmann-mit-softgriff/7940328/?marketNo=566&wt_mc=de.paid.sea.
google.alwayson_assortment.bod.
PLA.868482949.79838688391.& wt
_cc1=868482949& wt_cc2 = 798386< / > 88391 & wt_cc3=377419910580& wt
_cc4=& wt_cc6=7940328& wt_cc7 = < / > 566 & gad_source = 1 & gclid=Cj0KCQ
jw4Oe4BhCcARIsADQ0cslOTaWzp
RLoaIVADaAOi5ZcHJEtFbKXvXJU
ocTnzbhZTWgEUTlXr0waAp1q
EALw_wcB
Truck Europcarn.a.https://www.europcar.de/de-de/reservation/vehicles?utm_source=google&utm_medium=
cpc& utm_campaign& utm_term&
gad_source = 1 & gclid=Cj0KCQjw4
Oe4BhCcARIsADQ0csn2Ph3mak
wxbwrSHzKvJNJq9jaD-aiUvo8-4l
RdCaUy8Gw_hgNW6KsaAiR2
EALw_wcB& gclsrc = aw.ds& نوع السيارة
= TR & pickupLocation=ZJSC04
& موقع الهبوط = ZJSC04 & بيك أبYe
ar = 2024 & الشهر الصغير=12 & بيك أب < br / > يوم = 11 & DropoffYear=2024& الهبوط
الشهر = 12 & يوم الهبوط = 18 & بيك أب
ساعة = 10 & pickupMinute = 00 & الهبوط
ساعة = 18 & DropoffMinute = 00 & سائق
العمر = 26 & countryOfResidence=DE
ملاقطBochem Instrumente9171013https://www.thgeyer.com/lab/shop/pinzette-105-mm-18/10-stahl/bochem-instrumente-1000/9171010_de?variant=9171013
مجسات شفط المياهUmwelt Gerä te Technik (UGT)1211000https://ugt-online.de/en/solutions/ugt-suction-probe-with-ceramic-cup/
الخشب لسجل الاستشعارKonstaمتجر الأجهزةhttps://www.hornbach.de/p/konsta-konstruktionsvollholz-40x60x3000-mm-fichte-nsi-nicht-sichtbarer-einbau/8465807/
للصدأ

المراجع

  1. Cardinale, B. J., et al. Biodiversity loss and its impact on humanity. Nature. 486 (7401), 59-67 (2012).
  2. Eisenhauer, N., et al. Chapter One - A multitrophic perspective on biodiversity-ecosystem functioning research. Adv Ecol Res. 61, 1-54 (2019).
  3. Reich, P. B., et al. Impacts of biodiversity loss escalate through time as redundancy fades. Science. 336 (6081), 589-592 (2012).
  4. Meyer, S. T., et al. Effects of biodiversity strengthen over time as ecosystem functioning declines at low and increases at high biodiversity. Ecosphere. 7 (12), e01619(2016).
  5. Guerrero-Ramírez, N. R., et al. Diversity-dependent temporal divergence of ecosystem functioning in experimental ecosystems. Nat Ecol Evol. 1 (11), 1639-1642 (2017).
  6. Huang, Y., et al. Impacts of species richness on productivity in a large-scale subtropical forest experiment. Science. 362 (6410), 80-83 (2018).
  7. Bongers, F. J., et al. Functional diversity effects on productivity increase with age in a forest biodiversity experiment. Nat Ecol Evol. 5 (12), 1594-1603 (2021).
  8. Wagg, C., et al. Biodiversity-stability relationships strengthen over time in a long-term grassland experiment. Nat Commun. 13 (1), 7752(2022).
  9. Lange, M., Eisenhauer, N., Chen, H., Gleixner, G. Increased soil carbon storage through plant diversity strengthens with time and extends into the subsoil. Glob Change Biol. 29 (9), 2627-2639 (2023).
  10. Eisenhauer, N., Reich, P. B., Scheu, S. Increasing plant diversity effects on productivity with time due to delayed soil biota effects on plants. Basic Appl Ecol. 13 (7), 571-578 (2012).
  11. Fornara, D. A., Tilman, D. Plant functional composition influences rates of soil carbon and nitrogen accumulation. J Ecol. 96 (2), 314-322 (2008).
  12. Leimer, S., et al. Mechanisms behind plant diversity effects on inorganic and organic N leaching from temperate grassland. Biogeochemistry. 131 (3), 339-353 (2016).
  13. Dietrich, P., Eisenhauer, N., Roscher, C. Linking plant diversity-productivity relationships to plant functional traits of dominant species and changes in soil properties in 15-year-old experimental grasslands. Ecol Evol. 13 (3), e9883(2023).
  14. Roscher, C., et al. A functional trait-based approach to understand community assembly and diversity-productivity relationships over 7 years in experimental grasslands. Perspect Pl Ecol Evol Syst. 15 (3), 139-149 (2013).
  15. Zuppinger-Dingley, D., Schmid, B., Petermann, J. S., Yadav, V., De Deyn, G. B., Flynn, D. F. B. Selection for niche differentiation in plant communities increases biodiversity effects. Nature. 515 (7525), 108-111 (2014).
  16. Latz, E., et al. Plant diversity improves protection against soil-borne pathogens by fostering antagonistic bacterial communities. J Ecol. 100 (3), 597-604 (2012).
  17. Barnes, A. D., et al. Biodiversity enhances the multitrophic control of arthropod herbivory. Sci. Adv. 6 (45), eabb6603(2020).
  18. Huang, Y., et al. Effects of enemy exclusion on biodiversity-productivity relationships in a subtropical forest experiment. J Ecol. 110 (9), 2167-2178 (2022).
  19. Wan, N. -F., et al. Species richness promotes plant productivity by suppressing plant antagonists. Research Square. , (2023).
  20. Schnitzer, S. A., et al. Soil microbes drive the classic plant diversity-productivity pattern. Ecology. 92 (2), 296-303 (2011).
  21. Kulmatiski, A., Beard, K. H., Heavilin, J. Plant-soil feedbacks provide an additional explanation for diversity-productivity relationships. Proc Biol Sci. 279 (1740), 3020-3026 (2012).
  22. Mommer, L., et al. Lost in diversity: the interactions between soil-borne fungi, biodiversity and plant productivity. New Phytol. 218 (2), 542-553 (2018).
  23. Eisenhauer, N., et al. Biotic interactions, community assembly, and eco-evolutionary dynamics as drivers of long-term biodiversity-ecosystem functioning relationships. Res Ideas Outcomes. 5, e47042(2019).
  24. Thakur, M. P., et al. Plant-soil feedbacks and temporal dynamics of plant diversity-productivity relationships. Trends Ecol Evol. 36 (7), 651-661 (2021).
  25. Eisenhauer, N. Aboveground-below-ground interactions as a source of complementarity effects in biodiversity experiments. Plant Soil. 351 (1), 1-22 (2012).
  26. Eisenhauer, N., et al. The multiple-mechanisms hypothesis of biodiversity-stability relationships. Basic Appl Ecol. 79, 153-166 (2024).
  27. Bever, J. D. Soil community feedback and the coexistence of competitors: conceptual frameworks and empirical tests. New Phytol. 157 (3), 465-473 (2003).
  28. Schmid, M. W., Hahl, T., van Moorsel, S. J., Wagg, C., De Deyn, G. B., Schmid, B. Feedbacks of plant identity and diversity on the diversity and community composition of rhizosphere microbiomes from a long-term biodiversity experiment. Mol Ecol. 28 (4), 863-878 (2019).
  29. Vogel, A., et al. A new experimental approach to test why biodiversity effects strengthen as ecosystems age. Adv Ecol Res. 61, 221-264 (2019).
  30. Dietrich, P., Eisenhauer, N., Otto, P., Roscher, C. Plant history and soil history jointly influence the selection environment for plant species in a long-term grassland biodiversity experiment. Ecol Evol. 11 (12), 8156-8169 (2021).
  31. van Moorsel, S. J., et al. Co-occurrence history increases ecosystem stability and resilience in experimental plant communities. Ecology. 102 (1), e03205(2021).
  32. Roscher, C., et al. The role of biodiversity for element cycling and trophic interactions: an experimental approach in a grassland community. Basic Appl Ecol. 5 (2), 107-121 (2004).
  33. Weisser, W. W., et al. Biodiversity effects on ecosystem functioning in a 15-year grassland experiment: Patterns, mechanisms, and open questions. Basic Appl Ecol. 23, 1-73 (2017).
  34. Lawton, J. H., et al. The Ecotron: a controlled environmental facility for the investigation of population and ecosystem processes. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 341 (1296), 181-194 (1993).
  35. Milcu, A., et al. Functional diversity of leaf nitrogen concentrations drives grassland carbon fluxes. Ecol Lett. 17 (4), 435-444 (2014).
  36. Rineau, F., et al. Towards more predictive and interdisciplinary climate change ecosystem experiments. Nat Clim Chang. 9 (11), 809-816 (2019).
  37. Roy, J., et al. Ecotrons: Powerful and versatile ecosystem analysers for ecology, agronomy and environmental science. Glob Change Biol. 27 (7), 1387-1407 (2021).
  38. Schmidt, A., et al. The iDiv Ecotron-A flexible research platform for multitrophic biodiversity research. Ecol Evol. 11 (21), 15174-15190 (2021).
  39. Eisenhauer, N., Türke, M. From climate chambers to biodiversity chambers. Front Ecol Environ. 16 (3), 136-137 (2018).
  40. Eisenhauer, N., et al. Ecosystem consequences of invertebrate decline. Curr Biol. 33 (20), 4538-4547.e5 (2023).
  41. Ebeling, A., et al. A trait-based experimental approach to understand the mechanisms underlying biodiversity-ecosystem functioning relationships. Basic Appl Ecol. 15 (3), 229-240 (2014).
  42. R: A Language and Environment for Statistical Computing. , R Core Team. Available from: https://www.R-project.org/ (2023).
  43. Theory and Computational Methods for Nonlinear Mixed-Effects Models. Mixed-Effects Models in S and S-PLUS. Statistics and Computing. , Springer. New York, NY. (2000).
  44. Ulrich, J., et al. Invertebrate decline leads to shifts in plant species abundance and phenology. Front Plant Sci. 11, 542125(2020).
  45. Bucher, S. F., et al. Artificial light at night decreases plant diversity and performance in experimental grassland communities. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 378 (1892), 20220358(2023).
  46. Cesarz, S., Eisenhauer, N., Bucher, S. F., Ciobanu, M., Hines, J. Artificial light at night (ALAN) causes shifts in soil communities and functions. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 378 (1892), 20220366(2023).
  47. Schmidtke, A., Rottstock, T., Gaedke, U., Fischer, M. Plant community diversity and composition affect individual plant performance. Oecologia. 164 (3), 665-677 (2010).
  48. Westoby, M., Falster, D. S., Moles, A. T., Vesk, P. A., Wright, I. J. Plant ecological strategies: Some leading dimensions of variation between species. Annu Rev Ecol Syst. 33 (1), 125-159 (2002).
  49. Guimarães-Steinicke, C., et al. Biodiversity facets affect community surface temperature via 3D canopy structure in grassland communities. J Ecol. 109 (5), 1969-1985 (2021).
  50. Roscher, C., et al. Interspecific trait differences rather than intraspecific trait variation increase the extent and filling of community trait space with increasing plant diversity in experimental grasslands. Perspect Pl Ecol Evol Syst. 33, 42-50 (2018).
  51. Marquard, E., Weigelt, A., Roscher, C., Gubsch, M., Lipowsky, A., Schmid, B. Positive biodiversity-productivity relationship due to increased plant density. J Ecol. 97 (4), 696-704 (2009).
  52. Lorentzen, S., Roscher, C., Schumacher, J., Schulze, E. -D., Schmid, B. Species richness and identity affect the use of aboveground space in experimental grasslands. Perspect Pl Ecol Evol Syst. 10 (2), 73-87 (2008).
  53. Williams, L. J., Paquette, A., Cavender-Bares, J., Messier, C., Reich, P. B. Spatial complementarity in tree crowns explains overyielding in species mixtures. Nat Ecol Evol. 1 (4), 1-7 (2017).
  54. Roscher, C., et al. Using plant functional traits to explain diversity-productivity relationships. PLoS One. 7 (5), e36760(2012).
  55. Abbas, M., et al. Biodiversity effects on plant stoichiometry. PLoS One. 8 (3), e58179(2013).
  56. Pérez-Harguindeguy, N., et al. New handbook for standardised measurement of plant functional traits worldwide. Aust J Bot. 61 (3), 167-234 (2013).
  57. Bassi, L., et al. Uncovering the secrets of monoculture yield decline: trade-offs between leaf and root chemical and physical defence traits in a grassland experiment. Oikos. 2023, e10061(2023).
  58. Medina-van Berkum, P., et al. Plant geographic distribution influences chemical defences in native and introduced Plantago lanceolata populations. Funct Ecol. 38 (4), 883-896 (2024).
  59. Motohka, T., Nasahara, K. N., Oguma, H., Tsuchida, S. Applicability of green-red vegetation index for remote sensing of vegetation phenology. Remote Sens. 2 (10), 2369-2387 (2010).
  60. Yin, G., Verger, A., Descals, A., Filella, I., Peñuelas, J. A Broadband green-red vegetation index for monitoring gross primary production phenology. J Remote Sens. 2022, 9764982(2022).
  61. Chen, B., Jin, Y., Brown, P. An enhanced bloom index for quantifying floral phenology using multi-scale remote sensing observations. ISPRS J Photogramm Remote Sens. 156, 108-120 (2019).
  62. Dean, J. M., Mescher, M. C., De Moraes, C. M. Plant dependence on rhizobia for nitrogen influences induced plant defenses and herbivore performance. Int J Mol Sci. 15 (1), 1466-1480 (2014).
  63. McCormick, A. C., Reinecke, A., Gershenzon, J., Unsicker, S. B. Feeding experience affects the behavioral response of polyphagous gypsy moth caterpillars to herbivore-induced poplar volatiles. J Chem Ecol. 42 (5), 382-393 (2016).
  64. Waldbauer, G. P. The consumption and utilization of food by insects. Adv In Insect Phys. 5, 229-288 (1968).
  65. Bachmann, D., Roscher, C., Buchmann, N. How do leaf trait values change spatially and temporally with light availability in a grassland diversity experiment. Oikos. 127 (7), 935-948 (2018).
  66. van Gurp, T. P., Wagemaker, N. C. A. M., Wouters, B., Vergeer, P., Ouborg, J. N. J., Verhoeven, K. J. F. epiGBS: reference-free reduced representation bisulfite sequencing. Nat Methods. 13 (4), 322-324 (2016).
  67. Eichenberg, D., Ristok, C., Kröber, W., Bruelheide, H. Plant polyphenols - implications of different sampling, storage and sample processing in biodiversity-ecosystem functioning experiments. J Chem Ecol. 30 (7), 676-692 (2014).
  68. Scheu, S. Automated measurement of the respiratory response of soil microcompartments: Active microbial biomass in earthworm faeces. Soil Biol Biochem. 24 (11), 1113-1118 (1992).
  69. Freschet, G. T., et al. A starting guide to root ecology: strengthening ecological concepts and standardising root classification, sampling, processing and trait measurements. New Phytol. 232 (3), 973-1122 (2021).
  70. Fiore-Donno, A. M., Richter-Heitmann, T., Bonkowski, M. Contrasting responses of Protistan plant parasites and phagotrophs to ecosystems, land management and soil properties. Front Microbiol. 11, 1823(2020).
  71. Fiore-Donno, A. M., Bonkowski, M. Different community compositions between obligate and facultative oomycete plant parasites in a landscape-scale metabarcoding survey. Biol Fertil Soils. 57 (2), 245-256 (2021).
  72. Albracht, C., et al. Common soil history is more important than plant history for arbuscular mycorrhizal community assembly in an experimental grassland diversity gradient. Biol Fertil Soils. 60 (4), 547-562 (2024).
  73. Breitkreuz, C., Herzig, L., Buscot, F., Reitz, T., Tarkka, M. Interactions between soil properties, agricultural management and cultivar type drive structural and functional adaptations of the wheat rhizosphere microbiome to drought. Environ Microbiol. 23 (10), 5866-5882 (2021).
  74. Barnes, A. D., et al. Energy flux: The link between multitrophic biodiversity and ecosystem functioning. Trends Ecol Evol. 33 (3), 186-197 (2018).
  75. Gauzens, B., et al. fluxweb: An R package to easily estimate energy fluxes in food webs. Methods Ecol Evol. 10 (2), 270-279 (2019).
  76. Anderson, J. P. E., Domsch, K. H. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils. Soil Biol Biochem. 10 (3), 215-221 (1978).
  77. Pausch, J., et al. Small but active - pool size does not matter for carbon incorporation in below-ground food webs. Funct Ecol. 30 (3), 479-489 (2016).
  78. Macfadyen, A. Improved funnel-type extractors for soil arthropods. J Anim Ecol. 30 (1), 171(1961).
  79. Kempson, D., Lloyd, M., Ghelardi, R. A new extractor for woodland litter. Pedobiologia. 3, 1-21 (1963).
  80. Cesarz, S., Eva Schulz, R., Beugnon, A., Eisenhauer, N. Testing soil nematode extraction efficiency using different variations of the Baermann-funnel method. Soil Org. 91 (2), 61-72 (2019).
  81. Ohno, T., Sleighter, R. L., Hatcher, P. G. Comparative study of organic matter chemical characterization using negative and positive mode electrospray ionization ultrahigh-resolution mass spectrometry. Anal Bioanal Chem. 408 (10), 2497-2504 (2016).
  82. Swenson, T. L., Jenkins, S., Bowen, B. P., Northen, T. R. Untargeted soil metabolomics methods for analysis of extractable organic matter. Soil Biol Biochem. 80, 189-198 (2015).
  83. Steinbeiss, S., Temperton, V. M., Gleixner, G. Mechanisms of short-term soil carbon storage in experimental grasslands. Soil Biol Biochem. 40 (10), 2634-2642 (2008).
  84. Roth, V. N., et al. Persistence of dissolved organic matter explained by molecular changes during its passage through soil. Nat Geosci. 12, 755-761 (2019).

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

JenaTron - نهج تجريبي لدراسة آثار تاريخ النبات وتاريخ التربة على عمل النظام البيئي للأراضي العشبية
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.