JenaTron - 식물의 역사와 토양의 역사가 초원 생태계 기능에 미치는 영향을 연구하는 실험적 접근 방식

본 연구는 식물 다양성과 생태계 기능 간의 관계가 식물의 역사, 토양의 역사 또는 이 둘의 조합에 의해 영향을 받는지 여부를 탐구합니다. 우리는 식물과 토양의 장기적인 군집 특유의 역사가 이러한 관계를 어떻게 형성하는지 조사합니다. 우리는 통제된 Ecotron 시설에서 실험적인 반자연 초원을 사용합니다.

최근 연구는 식물 다양성과 생태계 기능 간의 긍정적인 관계가 시간이 지남에 따라 어떻게 강화되는지를 강조합니다. 장기간의 실험에 따르면 생물 다양성이 높을수록 자원 사용, 유익한 토양 유기체, 자연 해충 방제 및 생태계 회복력이 향상된다는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 생물 다양성 영향에 영향을 미칠 것으로 예상되는 핵심 요인은 식물과 토양의 역사입니다.

에코트론(Ecotrons)으로 알려진 새로운 실험 시설이 등장했는데, 이 시설은 통제된 조건에서 자연 생태계를 복제하도록 설계되었습니다. 이러한 시설에는 복잡한 생태계 프로세스, 다중 트래픽 상호 작용 및 생태계 기능을 연구하기 위한 여러 인클로저가 있습니다. 에코트론(Ecotron)을 사용하면 환경 조건을 정밀하게 제어할 수 있으며 독립적인 반폐쇄 생태계(mesocosm chamber)에서 지상 및 지하 생태계를 모두 모니터링할 수 있습니다.

우리의 프로토콜은 통제된 환경 조건에서 온전한 토양 조절을 연구하고, 서로 다른 식물 군집 특정 역사를 가진 식물과 토양을 직교 교차하고, 현장 조건에서는 달성하기 어려운 식물 다양성 구배를 따라 여러 생태계 기능에 미치는 영향을 연구할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다. 시작하려면 미니 굴삭기를 사용하여 선택한 구획에서 위쪽 5cm의 토양을 부드럽게 제거하여 토양 이력 처리 전반에 걸쳐 조건을 균등화합니다. 토양 모놀리식 굴착을 시작하기 위해 플롯에 모놀리식 추출 장치를 설정합니다.

다음으로, 모놀리식 추출 장치를 켜고 절단 시스템이 외부 실린더 벽 주위를 회전하여 토양의 노치를 절단하는 동시에 추출 장치가 강철 실린더를 토양에 밀어 넣도록 합니다. 동시에 미니 굴착기를 사용하여 강철 실린더 측면에 구덩이를 굴착하십시오. 강철 실린더가 토양에 완전히 묻히면 임시 바닥 플레이트를 장착하고 모놀리식 추출 장치를 사용하여 굴착 구덩이에서 실린더를 들어 올립니다.

강철 실린더에서 추출 장치와 절단 시스템을 분해합니다. 그런 다음 실린더에 임시 상판을 장착합니다. 미니 굴착기에 부착된 서스펜션을 사용하여 거대 돌기둥을 들어 올리고 거꾸로 뒤집습니다.

그런 다음 강철 실린더에서 바닥 플레이트를 분리합니다. 흙손을 사용하여 강철 실린더 바닥에서 약 5cm의 토양 층을 제거하십시오. 폴리염화비닐 호스와 연결된 8개의 양초로 구성된 물 흡입 프로브 링을 석영 분말에 삽입합니다.

분말을 탈염수로 적시고 강철 실린더 바닥을 다시 흙으로 채웁니다. 물 흡입 프로브 링의 폴리염화비닐 끝 부분을 바닥 플레이트에 연결합니다. 바닥판을 강철 실린더에 단단히 볼트로 고정합니다.

미니 굴삭기의 서스펜션을 사용하여 강철 실린더를 똑바로 세웁니다. 실린더에 개별적으로 레이블을 지정합니다. 접착 테이프로 벽의 구멍을 밀봉하고 운송 중 보호를 위해 플라스틱 호일로 감쌉니다.

포장을 푼 후 세 가지 다른 깊이에서 실린더 벽의 개구부를 사용하여 맞춤형 강철 블레이드를 사용하여 토양 모놀리식에 수평으로 센서를 위한 센서를 위한 구멍을 정밀하게 자릅니다. 준비된 구멍에 토양 센서를 놓고 나무 통나무를 사용하여 올바르게 배치하십시오. 맞춤형 씰 플러그로 개구부를 볼트로 고정합니다.

각 EcoUnit의 기술 및 상단 부분을 하단에서 조심스럽게 들어 올립니다. 토양 센서가 장착된 손상되지 않은 토양 기둥이 들어 있는 강철 실린더로 하부를 운반합니다. 다음으로, 4개의 토양 기둥을 24개의 EcoUnit 각각의 하단 용기로 들어 올립니다.

접지 용기의 구멍을 통해 토양 센서의 케이블을 연결합니다. 지게차를 사용하여 4개의 토양 기둥이 장착된 컨테이너를 24m x 24m 크기의 홀로 운반합니다. 각 EcoUnit의 기술 및 상단 부분을 조심스럽게 하단 부분에 다시 놓습니다.

마지막으로, 24개의 EcoUnit을 모두 3개의 행으로 배열하고, 각 행은 4개의 EcoUnit으로 구성된 2개의 그룹으로 구성되어 총 6개의 블록을 형성합니다. 예나 실험장 부지(Jena Experiment Field Site)에서 선택한 각 부지에서 토양을 수집한 후 4mm 메쉬를 통해 각 구획별 토양을 체로 거릅니다. 모래를 섭씨 200도의 건조 오븐에서 4시간 동안 가열하여 원치 않는 생물군을 제거합니다.

가열 후 플롯 별 토양과 석영 모래를 3 : 1 비율로 혼합합니다. 플라스틱 삽을 사용하여 토양-모래 혼합물을 여러 냄비 접시에 채웁니다. 각 멀티 포트 플레이트에 개별적으로 레이블을 지정합니다.

섭씨 18도에서 16시간, 섭씨 12도에서 8시간의 낮과 밤 주기로 접시를 온실에 놓습니다. 60에서 70%의 상대 습도를 유지합니다. 필요에 따라 플레이트에 물을 주고 토양 종자 은행이 발아할 수 있도록 2주 동안 맨손으로 유지한 후 모든 플레이트를 두 번 제초하여 원치 않는 묘목을 제거합니다.

라넌큘러스 아크리스 씨앗을 페트리 접시에 담아 지베렐릭 산 용액에 적신 여과지에 24시간 동안 전처리하여 휴면을 깨뜨립니다. 다음 날, 라넌큘러스 아크리스 씨앗을 발아할 때까지 탈염수로 적신 여과지로 옮깁니다. 씨앗이 라디칼 단계에 도달하면 스프링 스틸 핀셋을 사용하여 준비된 다중 냄비 플레이트의 플롯 별 토양 - 모래 기질에 묘목을 찔러 넣습니다.

라넌큘러스 아크리스(ranunculus acris)를 제외한 모든 종을 다중 화분 플레이트의 플롯별 토양-모래 기질에 직접 파종합니다. 모든 식물 개체에게 탈이온수로 물을 줍니다. iDiv Ecotron으로 운반할 때까지 온실에서 플레이트를 배양합니다.

EcoUnit을 연 후 심기 캠페인을 위해 맞춤형 심기 스텐실을 사용하여 토양 기둥에서 각 식물의 정확한 위치를 표시합니다. 표시를 위해 다양한 색상의 플라스틱 이쑤시개를 할당하고 각 색상은 특정 식물 종을 나타냅니다. 마킹 후 스텐실을 제거합니다.

미리 자란 식물을 직경 4cm의 구근 화분을 사용하여 일주일 이내에 모든 토양 기둥에 심습니다. 조명을 켜고 조명 체계를 낮 16시간 주기와 밤 8시간 주기로 설정합니다. 한 시간 동안 조명을 100%에서 75% 강도로 어둡게 한 다음 다음 시간에 걸쳐 0% 강도로 어둡게 하여 황혼을 시뮬레이션합니다.

이 어둡게 하는 패턴을 반대로 하여 새벽을 시뮬레이션합니다. JenaTron 실험의 3주간의 확립 단계 후에 식물 군집 높이와 색상의 처리별 차이가 관찰되었으며, 식물 이력이 없는 종자에서 자란 식물은 군집 특정 식물 이력이 있는 식물에 비해 더 일찍 개화가 시작되었습니다. iDiv Ecotron의 식물 높이 측정은 예나 실험 현장 조사의 측정과 강한 상관관계가 있어 식물 발달의 일관성을 확인했습니다.