Eksperymentalny protokół manipulowania heterogenicznością gleby wywołaną przez rośliny

Podsumowanie

Zrozumienie roli heterogeniczności środowiska we współistnieniu gatunków zazwyczaj skupiało się na typach heterogeniczności, które są zewnętrzne w stosunku do składu gatunkowego społeczności. Przedstawiamy nowatorskie szczegółowe metody tworzenia zabiegów na rzecz niejednorodności gleby przy użyciu gleb poddanych warunkowaniu zwrotnemu roślina-gleba lub heterogeniczności nieodłącznie związanej ze składem zbiorowiska.

Streszczenie

Teoria współistnienia często traktowała heterogeniczność środowiska jako niezależną od składu społeczności; jednak biotyczne sprzężenia zwrotne, takie jak sprzężenia zwrotne roślina-gleba (PSF), mają duży wpływ na wydajność roślin i tworzą niejednorodność środowiskową, która zależy od składu społeczności. Zrozumienie znaczenia poliestrowych włókien odcinkowych dla tworzenia zbiorowisk roślinnych wymaga zrozumienia roli heterogeniczności w poliestrowych włóknach odcinkowych, a także średnich skutków poliestrowych włókien odcinkowych. W tym miejscu opisujemy protokół manipulowania niejednorodnością gleby wywołaną przez rośliny. Przedstawiono dwa przykładowe eksperymenty: (1) eksperyment terenowy z siatką gleb z 6 plamami do pomiaru reakcji populacji roślin oraz (2) eksperyment szklarniowy z glebami z 2 plamami do pomiaru reakcji poszczególnych roślin. Gleby można pobierać ze strefy oddziaływania korzeni (gleby z ryzosfery i bezpośrednio przylegające do ryzosfery) roślin na polu z gatunków roślin współgatunkowych i heterospecyficznych. Kolekcje powtórzone są stosowane w celu uniknięcia pseudoreplikacji próbek gleby. Gleby te są następnie umieszczane w oddzielnych plamach w celu niejednorodnych zabiegów lub mieszane w celu uzyskania jednorodnego traktowania. Należy dołożyć starań, aby zapewnić, że zabiegi heterogeniczne i homogenizowane doświadczają takiego samego stopnia naruszenia gleby. Rośliny można następnie umieścić w tych zabiegach doglebowych, aby określić wpływ niejednorodności gleby wywołanej przez rośliny na wydajność roślin. Wykazaliśmy, że heterogeniczność indukowana przez rośliny skutkuje innymi wynikami niż przewidywane przez tradycyjne modele współistnienia, być może ze względu na dynamiczną naturę tych sprzężeń zwrotnych. Teoria, która uwzględnia heterogeniczność środowiskową, na którą wpływa społeczność gromadząca, oraz dodatkowe prace empiryczne są potrzebne do określenia, kiedy heterogeniczność wewnętrzna dla społeczności gromadzącej się spowoduje różne wyniki montażu w porównaniu z heterogenicznością zewnętrzną w stosunku do składu społeczności.

Wprowadzenie

Jednym z głównych celów ekologii społeczności jest wyjaśnienie i przewidzenie procesów rządzących zgromadzeniami społeczności. Jednak zbiorowiska roślinne są często bardziej zróżnicowane, niż przewiduje teoria współistnienia¹, a ekolodzy zajmujący się odbudową muszą zrozumieć mechanizmy współistnienia, aby skutecznie odtworzyć zróżnicowane społeczności rodzime². Heterogeniczność środowiskowa jest teoretycznie ważnym mechanizmem, który może pomóc wyjaśnić wysoki poziom różnorodności społeczności, ale eksperymentalne manipulacje heterogenicznością są rzadkie³ i koncentrują się na heterogeniczności abiotycznej (np. przegląd w Lundholm⁴). Teoria, która zakłada heterogeniczność, zazwyczaj zakłada, że heterogeniczność jest zewnętrzna w stosunku do społeczności gromadzącej się. Niejednorodność zewnętrzna jest regulowana przez takie czynniki, jak typologia krajobrazu, które są niezależne od składu społeczności. Heterogeniczność zewnętrzna może skutkować współistnieniem poprzez partycjonowanie nisz (przegląd w Melbourne i wsp.³, np. Pacala i Tilman⁵ oraz Chesson⁶). Jednak znaczna część niejednorodności środowiskowej istotnej dla zbiorowisk roślinnych może być nieodłączna od zbiorowiska, rozwijając się w miarę gromadzenia się społeczności i w zależności od tożsamości gatunku w zbiorowisku. Wewnętrzna heterogeniczność może wynikać z biotycznych sprzężeń zwrotnych, które mogą prowadzić do współistnienia poprzez ujemną zależność od częstotliwości (np. Bever i wsp.⁷). W tym miejscu opisujemy nowatorską metodę manipulowania niejednorodnością gleby wywołaną przez rośliny, rodzajem niejednorodności gleby, która jest nieodłączna dla społeczności i wynika ze sprzężeń zwrotnych roślina-gleba.

Sprzężenia zwrotne roślina-gleba (PSF) występują, gdy rośliny wpływają na strukturę gleby, chemię lub faunę w sposób, który wpływa na późniejszą wydajność roślin w tej glebie, a PSF mają duży średni wpływ na wydajność roślin w rodzimych zbiorowiskach roślinnych⁸. W badaniach nad poliestrowymi włóknami odcinkowymi zazwyczaj zbierano gleby z pola lub kondycjonowano gleby eksperymentalnie, a następnie pytano, jak rośliny radzą sobie w glebie współgatunkowej w stosunku do gleby heterospecyficznej lub wysterylizowanej⁹. Jeśli rośliny osiągają lepsze wyniki w glebie współgatunkowej w porównaniu z glebami referencyjnymi, to poliestrowe włókna odcinkowe są dodatnie, natomiast jeśli rośliny osiągają lepsze wyniki w glebach referencyjnych, poliestrowe włókna odcinkowe są ujemne. Wzajemnie ujemne poliestrowe włókna odcinkowe mogą prowadzić do zależnego od częstotliwości współistnienia między gatunkami⁷. Podczas gdy średnie skutki PSF są dobrze scharakteryzowane⁸, skutki niejednorodności przestrzennej PSF są słabo poznane¹⁰.

Ponieważ PSF występuje w skali pojedynczych roślin⁷ i ponieważ rośliny są często nielosowo rozmieszczone w przestrzeni i czasie, PSF prawdopodobnie doprowadzą do niejednorodności gleby, którą nazywamy niejednorodnością gleby wywołaną przez rośliny. W przeciwieństwie do wielu innych form heterogeniczności (np. topologii krajobrazu), ta heterogeniczność jest nieodłączna od społeczności gromadzącej się i dlatego może wpływać na gromadzenie się społeczności inaczej niż bardziej zewnętrzne formy heterogeniczności. Aby zrozumieć wpływ tej formy niejednorodności na wydajność i współistnienie roślin, potrzebujemy metod eksperymentalnych, które manipulują heterogenicznością gleby wywołaną przez rośliny. W tym miejscu demonstrujemy taką metodę, która wykorzystuje gleby kondycjonowane przez dwa gatunki w celu stworzenia niejednorodnego traktowania z oddzielnymi plamami z dwóch źródeł glebowych oraz jednorodnego traktowania, które jest mieszanką dwóch źródeł glebowych. Takie mieszanie się gleby może reprezentować co najmniej dwa prawdopodobne scenariusze w terenie: (1) zakłócenie (np. gryzonie, rolnictwo), które miesza gleby różnego pochodzenia lub (2) rośliny dwóch gatunków rosnących w bliskim sąsiedztwie, tak że ich strefy wpływu korzeni przenikają się i homogenizują.

Prezentujemy dwa przykładowe eksperymenty, które wykorzystują indukowaną przez rośliny heterogeniczność gleby, aby odpowiedzieć na kluczowe pytania na różnych poziomach organizacji ekologicznej: (1) Czy populacje roślin reagują na indukowaną przez rośliny niejednorodność gleby? oraz (2) Czy poszczególne rośliny reagują na indukowaną przez rośliny niejednorodność gleby? Opisujemy eksperyment terenowy z użyciem 6 płatów gleby, aby odpowiedzieć na pierwsze pytanie oraz eksperyment szklarniowy z użyciem 2 płatów gleby, aby odpowiedzieć na drugie pytanie. Kwantyfikacja zarówno reakcji populacji, jak i poszczególnych roślin na niejednorodność gleby jest niezbędna do zrozumienia, w jaki sposób heterogeniczność wpływa na gromadzenie się społeczności.

Protokół

1. Zbieraj gleby polowe, aby uzyskać niejednorodne i jednorodne zabiegi glebowe

1. Zidentyfikuj dwa współwystępujące gatunki roślin w podobnych siedliskach i typach gleby do badań (np. rysunek 1a). Określić ilość gleby potrzebną na podstawie wielkości płata gleby do wykorzystania w doświadczeniu (np. od jednej trzeciej do połowy pierwotnej strefy korzeniowej gatunku ogniskowego lub objętość objęta bryłą korzeniową) oraz liczbę płatów potrzebnych do doświadczenia (patrz Protokół 2 i 3 poniżej).
   1. W przypadku Rumex spp. (Rysunek 1a) należy użyć płatów gleby o wymiarach 10 cm x 10 cm x 18 cm (długość x szerokość x głębokość) dla przybliżonej strefy korzeniowej o promieniu 10 cm od podstawy rośliny do głębokości 18 cm (5 655 cm³ gleba z tej określonej strefy wpływu korzeni na jedną pojedynczą roślinę daje 3 płaty gleby o powierzchni 1 800 cm³).
2. Zbadaj teren w celu zlokalizowania dorosłych osobników dwóch gatunków centralnych. Należy unikać osobników, których strefa korzeniowa prawdopodobnie pokrywa się z innymi gatunkami ogniskowymi (np. osobniki Rumex znajdujące się w odległości nie większej niż 0,25 m od innych gatunków). Zaznacz liczbę osób potrzebnych do uzyskania wymaganej ilości gleby za pomocą chorągiewek szpilkowych.
   1. Oznacz 20 losowo wybranych osobników z każdego rodzaju Rumex spp. dla 20 jednostek doświadczalnych (2 gatunki x 2 zabiegi doglebowe x 5 powtórzeń), z których każda wymaga 3 płatów gleby od każdego gatunku ogniskowego (jak w Protokole 2 poniżej).
3. Wysterylizuj sprzęt do zbierania gleby (łopaty, rękawice, pojemniki transportowe) mieszanką wybielacza (5-10% NaClO) i wody w proporcji około 1:10, aby usunąć wszystkie cząstki gleby. Wysuszyć sprzęt przed użyciem, aby uniknąć wpływu wybielania na faunę i florę gleby. Oznacz każdy element wyposażenia taśmą laboratoryjną, aby wskazać główne gatunki, których glebę będzie zbierał lub transportował, aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego (np. oznacz jedną łopatę dla gatunku A i drugą łopatę dla gatunku B).
4. Sprawdź warunki pogodowe i glebowe przed rozpoczęciem zbierania gleby pod kątem ostatnich opadów. Unikaj zbierania gleby, która jest zbyt mokra (błotnista lub całkowicie nasycona) lub zbierania gleby podczas opadów, aby zminimalizować zagęszczenie gleby. Unikaj zbierania gleby, która jest zbyt sucha (bardzo twarda i trudna do włożenia łopaty), aby pomóc w oddzieleniu gleby od korzeni.
5. Pobrać glebę polową od oznaczonych osobników dwóch głównych gatunków w powtórzonych partiach, aby uniknąć pseudoreplikacji (np. pojedyncza próbka gleby zawierająca rzadki patogen jest następnie mieszana w powtórzeniach doświadczalnych).
   1. Wykopać całą strefę korzeniową osobnika gatunku A (zgodnie z definicją w kroku 1.1) za pomocą odpowiednio oznakowanej sterylnej łopaty, usunąć widoczne grube korzenie z gleby za pomocą odpowiednio oznakowanych sterylnych rękawiczek i umieścić ziemię w odpowiednio oznakowanym sterylnym pojemniku transportowym (np. wiadrze). W przypadku doświadczenia z 4 jednostkami doświadczalnymi w każdym bloku i 1 pojedynczą strefą korzeniową rośliny zapewniającą wystarczającą ilość gleby dla 1 jednostki doświadczalnej (jak w sekcji 1.2.1), należy powtórzyć tę procedurę dla 3 dodatkowych osobników gatunku A.
   2. Powtórzyć ppkt 1.5.1 dla gatunku B.
   3. Przetransportować powtórzony zbiór gleby od obu gatunków do miejsca doświadczalnego. Umieścić glebę w jednostkach doświadczalnych dla bloku 1 doświadczenia (jak w protokole 2 lub 3 poniżej), gdzie blok zawiera jednostkę doświadczalną z każdej kombinacji traktowania (tj. każdy gatunek x każdy zabieg glebowy).
   4. Powtórzyć czynności opisane w sekcji 1.5.3.
   5. Powtórz sekcje 1.5.1-1.5.4 dla pozostałych bloków w eksperymencie. Dla każdej powtórzonej kolekcji należy zebrać glebę z grup osobników oddalonych o co najmniej 1 m od poprzednich miejsc zbierania, aby zminimalizować pseudoreplikację.

Rysunek 1. Przykładowy projekt eksperymentu terenowego manipulujący niejednorodnością gleby wywołaną przez rośliny. (a) Gleby pobiera się ze strefy wpływu korzeni gatunków współgatunku (α) i heterogatunków (β) na polu, zgodnie ze standardowymi protokołami badania skutków sprzężeń zwrotnych między roślinami a glebą⁹. b) Zabiegi doświadczalne na glebach niejednorodnych składających się z gleb z rośliny A (α gleb) i gleb z roślin B ("gleby β") są ułożone w siatkę, a ujednolicone zabiegi glebowe są tworzone z równą mieszanką gleb pochodzących z tych dwóch źródeł. W tym przykładzie siatki gleb polowych są umieszczane w doniczkach o dużej średnicy zagłębionych w ziemi, a obszar wokół każdej siatki jest wypełniany grubym, wysterylizowanym piaskiem. Rysunek ten został zmodyfikowany na podstawie Brandt i wsp.¹⁰

2. Przykładowy eksperyment terenowy, tworzący siatki heterogenicznej i jednorodnej gleby do pomiaru reakcji populacji roślin

1. Wykorzystuje gleby z powtórzonego zbioru gleby polowej (protokół 1) w celu przeprowadzenia niejednorodnego traktowania (tj. naprzemienne komórki siatki zawierają glebę pobraną z gatunku A lub gatunku B) oraz jednorodnego traktowania (tj. każda komórka siatki zawiera mieszaninę gleby z gatunków A i B w stosunku 1:1) (rysunek 1b) w odniesieniu do bloku 1 doświadczenia w następujących etapach.
   1. Wysterylizuj sprzęt do przenoszenia gleby (kielnie, rękawice, plastikowa siatka) za pomocą mieszaniny wybielacza (5-10% NaClO) i wody w proporcji około 1:10, aby usunąć wszystkie cząstki gleby. Wysuszyć sprzęt przed użyciem, aby uniknąć wpływu wybielania na faunę i florę gleby. Oznaczyć każdy element wyposażenia taśmą laboratoryjną, aby wskazać gatunki główne, z którymi glebą będzie miał do czynienia, aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego (np. oznaczyć jedną kielnię dla gatunku A i drugą kielnię dla gatunku B) oraz plastikową siatkę, aby wskazać, czy będzie ona używana do zaprawiania gleby w sposób niejednorodny czy jednorodny.
   2. Umieść wyjmowaną plastikową siatkę w doniczce zagłębionej w ziemi [lub innej działce lub pojemniku wystarczająco dużym, aby pomieścić siatkę], aby wypełnić ją ziemią zebraną na polu (np. 1 800 cm³ / komórkę siatki, jak w kroku 1.1.1). Użyj niestandardowej siatki o żądanych wymiarach, np. siatki 2 x 3 z 6 komórkami o rozmiarze określonym w kroku 1.1 (Rysunek 1b).
      1. W celu niejednorodnego traktowania naprzemiennych typów płatów gleby, należy umieścić łopaty gleby z gatunku A w komórkach siatkowych dla gleby α, a gleby z gatunku B w komórkach dla gleby β (ryc. 1b).
      2. W celu uzyskania jednorodnej obróbki należy umieścić naprzemiennie łopaty gleby a i b w każdej komórce siatki, zwracając uwagę na równomierne rozłożenie dwóch typów gleby i unikając tworzenia się warstw każdego typu gleby (rysunek 1b). Dla przykładowej plamy gleby o powierzchni 1 800 cm³ (sekcja 1.1.1) umieść 900 cm³ każdego rodzaju gleby w każdej komórce siatki.
      3. Należy upewnić się, że podczas tworzenia niejednorodnych i jednorodnych zabiegów glebowych wytwarza się równe ilości zakłóceń (tj. rozbija grudki gleby w tym samym stopniu), aby uniknąć mylenia naruszenia gleby z niejednorodnością gleby.
   3. Jeśli jakikolwiek pusty obszar pozostanie na zewnątrz siatki w używanym dużym doniczce (jak na rysunku 1b), wypełnij ten obszar sterylnym piaskiem. Piasek należy sterylizować dowolną standardową metodą (np. autoklawowanie, promieniowanie gamma).
   4. Podnieś plastikową siatkę pionowo z doniczki, pozostawiając nienaruszone plamy gleby. Dzięki temu korzenie różnych osobników mogą wchodzić w interakcje w glebie, a każda roślina doświadcza wielu plam, co jest niezbędne, aby korzenie roślin mogły wrastać w wiele plam gleby (tj. komórek siatki).
   5. Powtórzyć sekcje 2.1.2-2.1.4 dla drugiej pary jednostek doświadczalnych w celu wytworzenia kompletnego bloku doświadczalnego (tj. siatki niejednorodnej gleby, w której sadzi się każdy gatunek ogniskowy, oraz siatki jednorodnej gleby, w której sadzi się każdy gatunek ogniskowy, w sumie 4 jednostki doświadczalne).
2. Powtórzyć krok 2.1 dla pozostałych bloków w doświadczeniu z pozostałymi kolekcjami replik gleby (Protokół 1). Losowo dobieraj bloki i działki w blokach na całym obszarze doświadczalnym, w razie potrzeby używając tkaniny krajobrazowej wokół działek, aby zminimalizować zacienienie przed roślinnością zewnętrzną (nie pokazano).
3. Posadź nasiona gatunków ogniskowych w każdej komórce siatki każdej doniczki doświadczalnej (2 gatunki ogniskowe x 2 zabiegi glebowe). Używaj zbiorczych nasion, aby uniknąć mylenia genotypów roślin lub zbiorowisk drobnoustrojów na powierzchni nasion z zabiegami doglebowymi. Na przykład, posadź nasiona każdego Rumex spp. w doniczce dla tego gatunku (ryc. 1a) indywidualnie przyklejone do plastikowych wykałaczek za pomocą rozpuszczalnego w wodzie kleju w 12 pozycjach sadzenia (2 pozycje na komórkę siatki), aby wyraźnie zidentyfikować posadzone osobniki.
4. Zmierz reakcje populacji jednostek eksperymentalnych, takie jak kiełkowanie i przeżywalność, poprzez regularny spis poszczególnych oznaczonych miejsc sadzenia nasion (np. za pomocą wykałaczek, jak w kroku 2.3). Zminimalizuj zakłócenia gleby dla każdej mierzonej reakcji, aby uniknąć mieszania gleby między plamami.
   1. Określ odpowiednie interwały spisu w oparciu o oczekiwany wskaźnik odpowiedzi populacji dla gatunku głównego. Na przykład przeprowadzaj cotygodniowe spisy Rumex spp., które mogą szybko wykiełkować.
   2. Kontynuować eksperyment przez odpowiedni czas w oparciu o historię życia gatunku głównego. Na przykład kontynuuj eksperyment przez co najmniej 2 lata w przypadku krótkotrwałych bylin Rumex spp., aby uzyskać dane na wszystkich etapach życia.

3. Przykładowy eksperyment szklarniowy, z niejednorodną i homogenizowaną glebą w doniczkach do pomiaru indywidualnych reakcji roślin

1. Glebę z powtórzonego zbioru gleby polowej (protokół 1) należy wykorzystać do poddania działaniu substancji niejednorodnej (tj. każdej połówce doniczki wypełnionej ziemią pobraną z gatunku A lub gatunku B) oraz jednorodnej obróbki (tj. doniczka zawiera mieszaninę gleby gatunków A i B w stosunku 1:1) w odniesieniu do bloku 1 doświadczenia w następujących etapach.
   1. W pojemniku transportowym (np. wiadrze) i przed sadzeniem w sadzeniu należy wymieszać ziemię zebraną z każdego gatunku ze sterylnym piaskiem, aby uzyskać mieszankę w stosunku 1:1. Zrób to, aby złagodzić zagęszczenie gleby i poprawić drenaż w doniczkach, co jest szczególnie pomocne przy myciu korzeni, ułatwiając oddzielenie korzeni od gleby. Piasek należy sterylizować dowolną standardową metodą (np. autoklawowanie, promieniowanie gamma).
   2. Należy upewnić się, że wytwarzasz równe ilości zakłóceń (tj. rozbijasz grudki gleby w tym samym stopniu) podczas mieszania każdej partii gleby polowej z piaskiem.
2. Wysterylizuj sprzęt do przenoszenia gleby (kielnie, rękawice, arkusz z tworzywa sztucznego) mieszaniną wybielacza (5-10% NaClO) i wody w proporcji około 1:10, aby usunąć wszystkie cząstki gleby. Wysuszyć sprzęt przed użyciem, aby uniknąć wpływu wybielania na faunę i florę gleby. Oznaczyć każdy element wyposażenia taśmą laboratoryjną, aby wskazać główne gatunki, z którymi glebą będzie miał do czynienia, aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego (np. oznaczyć jedną kielnię dla gatunku A i drugą kielnię dla gatunku B) oraz każdą stronę sztywnego arkusza z tworzywa sztucznego, aby wskazać, który rodzaj gleby zostanie przesadzony z każdej strony w przypadku niejednorodnego traktowania gleby.
3. Stworzyć niejednorodne zaprawianie gleby przy użyciu polowych mieszanek glebowo-piaskowych z dwóch głównych gatunków (od sekcji 3.1.1).
   1. Umieść sztywny plastikowy arkusz na środku doniczki, aby podzielić go na pół (Rysunek 2a). Użyj doniczki o takiej wielkości, aby połowa z niej była równa objętościowo odpowiedniej wielkości plamy gleby (krok 1.1). Na przykład użyj doniczki o średnicy 15 cm i głębokości 18 cm dla Rumex spp. na rysunku 1a (całkowita objętość 3,181 cm³).
   2. Niech dwóch badaczy jednocześnie doda ziemię zebraną z każdego gatunku po odpowiedniej stronie doniczki (np. α ziemię z gatunku A) za pomocą odpowiednio oznaczonych kielni, aby boki były równe, gdy doniczka jest napełniana.
   3. Usuń plastikową przegrodę, podnosząc ją pionowo z gleby, pozostawiając nienaruszone plamy gleby. Dzięki temu rośliny mogą doświadczyć obu płatów gleby w doniczce, co jest niezbędne, aby rośliny doświadczyły niejednorodności.
   4. Powtórzyć sekcje 3.3.1-3.3.3 dla 3 dodatkowych jednostek doświadczalnych w celu wytworzenia pełnego bloku traktowania niejednorodnej gleby (2 gatunki x 2 rodzaje płatów gleby w przypadku stosowania niejednorodnego traktowania; Rysunek 2).
4. Stworzyć jednorodne zaprawianie gleby przy użyciu polowych mieszanek glebowo-piaskowych z dwóch głównych gatunków (od sekcji 3.1.1).
   1. Powtórzyć czynności opisane w sekcji 3.3.1. Poproś dwóch badaczy, aby jednocześnie dodali zarówno α, jak i β gleby po obu stronach doniczki za pomocą odpowiednio oznaczonych kielni, równomiernie rozprowadzając oba rodzaje gleby w każdej plamie i unikając tworzenia warstw. Powtórzyć czynności opisane w sekcji 3.3.3.
   2. Powtórzyć ppkt 3.4.1 dla drugiej jednostki doświadczalnej w celu wytworzenia pełnego bloku jednorodnego traktowania gleby (po jednym doniczku dla każdego z 2 gatunków głównych).
5. Powtórzyć kroki 3.2–3.4 dla pozostałych bloków w doświadczeniu z pozostałymi zbiorami powtórzeń gleby (protokół 1). Losowo dobieraj bloki i działki w blokach w poprzek ławki szklarniowej.

Rysunek 2. Przykładowy projekt eksperymentalny szklarni manipulujący niejednorodnością gleby wywołaną przez rośliny. a) Gleby pobrane ze strefy oddziaływania korzeni gatunku A (gleby α) i gatunku B (gleby β) na polu umieszcza się w każdej połówce doniczki (zaprawianie niejednorodne) lub miesza się w całej doniczce (zaprawianie jednorodne). b) Rośliny gatunku A są następnie sadzone w doświadczeniu w każdym rodzaju płata gleby w przypadku traktowania niejednorodnego i po jednej stronie jednorodnego traktowania. Tutaj pokazano tylko jeden gatunek (A) posadzony w tym projekcie. W pełni obustronny projekt obejmowałby rośliny drugiego gatunku ogniskowego (B) sadzone w każdym rodzaju uprawy glebowej i płatowej w ramach zabiegu niejednorodnego.

6. Posadzić siewki głównych gatunków A i B w każdym typie łaty glebowej w układzie czynnikowym (2 gatunki x 3 rodzaje płatów glebowych [α gleba, β gleba oraz jednorodna mieszanina α i β gleba]; Rysunek 2b).
7. Mierz wszelkie indywidualne reakcje roślin, które wskazują na wydajność rośliny, takie jak wielkość rośliny, produkcja biomasy lub cechy funkcjonalne. Odpowiednie cechy do zmierzenia będą zależeć od gatunku głównego i interesujących zagadnień naukowych.
   1. Kontynuuj eksperyment, aż rośliny będą wydawać się duże w stosunku do płatów gleby (np. około 1,5 raza szerokość łaty gleby w przypadku rozetowych kształtów gleby), aby upewnić się, że korzenie roślin wrastają w obie plamy gleby. Czas trwania doświadczenia będzie zatem zależał od tempa wzrostu gatunków ogniskowych.
   2. Zbieraj rośliny i/lub mierz reakcje, zanim rośliny zostaną związane w doniczce (tj. wzrost korzeni jest ograniczony przez ograniczenia doniczki, a korzenie krążą wokół dna doniczki), jeśli pożądane są realistyczne reakcje na środowisko glebowe. Na przykład jest mało prawdopodobne, aby korzenie roślin doniczkowych żerowały w całej kolumnie gleby w podobny sposób, jak rośliny na polu.

Wyniki

Gatunki reagowały na indukowaną przez rośliny niejednorodność gleby na różne sposoby, zarówno na poziomie populacji, jak i poszczególnych osób (Rysunki 3 i 4), co miało wpływ na gromadzenie się społeczności. Aby ustalić, czy populacje roślin reagują na niejednorodność gleby wywołaną przez rośliny, przeprowadzono doświadczenie polowe, podobnie jak w Protokole 2, z wykorzystaniem trzech połączonych par gatunków. Populacje roślin były spisywane co tydzień przez trzy miesiące i obliczono cał...

Dyskusja

Heterogeniczność gleby wywołana przez rośliny jest wysoce prawdopodobna w zbiorowiskach naturalnych, ponieważ rośliny mają duży i często specyficzny dla gatunku wpływ na środowisko glebowe i późniejsze rośliny, które doświadczają tej gleby (np. Petermann i wsp.^Jednak nasze zrozumienie roli tego typu heterogeniczności w zbiorowiskach roślinnych jest minimalne^10,14. W tym artykule przedstawiono metodę manipulowania niejednorodnością gleby wywołaną przez rośliny, wykorzystując gleby o...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Łopata(y)	Dowolna	NA	Pomocne jest posiadanie co najmniej dwóch łopat, po jednej dla każdego gatunku pochodzenia glebowego.
Kielnia(e)	Wszelkie	NA	Konieczne jest posiadanie co najmniej dwóch kielni o identycznym rozmiarze, po jednej dla każdego gatunku pochodzenia glebowego.
Rękawiczki	Można używać dowolnych	rękawic ogrodniczych	NA
Rozcieńczony wybielacz	Dowolna	NA	Używamy domowego wybielacza o stężeniu ~1:10 (zawierającego 5-10% NaClO) do wody do sterylizacji całego sprzętu między zbieraniem gleby.
Plastikowa siatka (y)	Dowolna	NA	NIESTANDARDOWA. Do stworzenia siatki wykorzystywanej w eksperymencie terenowym wykorzystaliśmy folię z tworzywa sztucznego pochodzącą z budowy ścian szklarni. Można jednak użyć dowolnego sztywnego plastiku, którym można manipulować. Pomocne jest posiadanie trzech siatek do wytwarzania wzajemnych zabiegów heterogenicznych i jednorodnego leczenia bez konieczności sterylizacji między każdą jednostką eksperymentalną.
Plastikowe przegrody	Dowolna	NA	ZAMÓWIENIE. Użyliśmy sztywnych arkuszy plastiku, przyciętych tak, aby pasowały do minimalnej szerokości doniczki, tak aby mogły zsunąć się na dno doniczki do eksperymentu szklarniowego. Pomocne jest posiadanie co najmniej dwóch dzielników, jednego dla heterogenicznych i jednego dla jednorodnych zabiegów, jeśli badacze chcą losowo ustawić kolejność, w jakiej jednostki eksperymentalne w bloku są wypełniane bez konieczności sterylizacji dzielnika między każdą jednostką eksperymentalną.
Wiadra lub taczki	Dowolna	NA	Dowolny pojemnik do transportu ziemi.
Nasiona	Dowolna	NA	Zbieramy nasiona na polu ręcznie. W razie potrzeby nasiona można również zamówić u dostawców ogrodniczych.
Wykałaczki plastikowe	Soodhalter Plastics, Inc.	805KP	Sadzimy pojedyncze nasiona przyklejone na wykałaczkę w eksperymencie polowym, aby ułatwić monitorowanie kiełkowania i przeżywalności osobników.
Klej rozpuszczalny w wodzie	Elmer's	Elmer's Glue-all	Każdy klej rozpuszczalny w wodzie może być użyty do przyklejenia nasion do plastikowych wykałaczek.
Doniczki	Każdy		rozmiar doniczki NA będzie zależał od użytych roślin eksperymentalnych i pożądanej liczby plam gleby (np. 2 lub 6).
Piasek	Każdy		gruboziarnisty piasek NA można mieszać z glebami polowymi, aby poprawić drenaż w doniczkach.
Taśma laboratoryjna	Każda		taśma NA może być używana do oznaczania sprzętu używanego do obchodzenia się z glebą gatunkami pochodzenia.
Flagi przypinane	Dowolne		flagi NA mogą być używane do identyfikacji osób w terenie przed zebraniem gleby.
Tkanina krajobrazowa	Każda	tkanina krajobrazowa NA może być używana w terenie, aby zminimalizować wzrost roślin poza poletkami doświadczalnymi.