פרוטוקול ניסוי להטרוגניות קרקע מושרה צמח מניפולציה

Summary

הבנת התפקיד של הטרוגניות סביבתית בקיום מין יש בדרך כלל מתמקד בסוגים של הטרוגניות שהם חיצוניים להרכב המינים של הקהילה. אנו מספקים שיטות מפורטות רומן ליצירת טיפולי ההטרוגניות אדמה באמצעות קרקעות כפופות לאוויר צמח אדמת משוב, או הטרוגניות מהותית בהרכב הקהילה.

Abstract

תאוריה דו קיום לעתים קרובות טיפלה ההטרוגניות סביבתית כמו להיות בלתי תלוי בהרכב הקהילה, אך יש לי פידבקים ביוטיים כגון פידבקים צמחים קרקע (כוחות הביטחון הפלסטיניים) השפעה גדולה על ביצועי מפעל, וליצור הטרוגניות סביבתית שתלויות בהרכב הקהילה. הבנת החשיבות של כוחות הביטחון הפלסטיניים להרכבת קהילת צמח מחייבת הבנה של התפקיד של ההטרוגניות בכוחות הביטחון הפלסטיניים, בנוסף להשפעות מתכוונים כוחות הביטחון הפלסטיניים. כאן אנו מתארים פרוטוקול לטיפול בהטרוגניות אדמה נגרם צמח. שני ניסויי דוגמא מוצגים: (1) ניסוי שדה עם רשת 6 תיקון של קרקעות כדי למדוד את תגובות אוכלוסיית צמח ו (2) ניסוי חממה עם קרקעות 2-תיקון כדי למדוד תגובות צמח בודדות. ניתן לאסוף קרקעות מאזור השפעת השורש (קרקעות מrhizosphere וישירות סמוכות לrhizosphere) של צמחים בשדה ממינים צמחי conspecific וheterospecific. לשכפל לאסוףיונים נמצאים בשימוש כדי למנוע pseudoreplicating דגימות קרקע. לאחר מכן קרקעות אלו ממוקמות לטלאים נפרדים לטיפולים הטרוגנית או מעורבים לטיפול הומוגני. צריך להקפיד על מנת להבטיח כי טיפולים הטרוגנית והומוגני לחוות את אותה המידה של הפרעת קרקע. לאחר מכן ניתן להציב צמחים בטיפולי קרקע אלה כדי לקבוע את ההשפעה של הטרוגניות אדמה נגרם מפעל על ביצועי מפעל. אנו מראים כי תוצאות מושרה צמח הטרוגניות בתוצאות שונות מהצפוי על ידי מודלים דו קיום מסורתי, אולי בגלל האופי הדינמי של פידבקים אלה. יש צורך בתאוריה שמשלבת ההטרוגניות סביבתית השפיעה על ידי קהילת ההרכבה ועבודה אמפירית נוספת כדי לקבוע מתי ההטרוגניות פנימית לקהילת ההרכבה תביא לתוצאות תצורות שונות לעומת חיצוני ההטרוגניות בהרכב הקהילה.

Introduction

אחת המטרות העיקריות של אקולוגיה קהילה הוא להסביר ולחזות את התהליכים המסדירים הרכבה קהילה. עם זאת, חברות צמחים הן לעתים קרובות מגוונות יותר מהצפוי על ידי התאוריה דו קיום ^1, ואקולוגים שיקום צריכים להבין מנגנונים דו קיום לשחזר בהצלחה קהילות ילידים מגוונות ^2. ההטרוגניות סביבתית היא מנגנון חשוב באופן תיאורטי שיכול לעזור להסביר את הרמות גבוהות של גיוון קהילה, אבל מניפולציות ניסיוני של ההטרוגניות הן נדירות ³ ויתמקדו בהטרוגניות אביוטי (למשל נסקרה ^ב4 Lundholm). התאוריה שמשלבת ההטרוגניות בדרך כלל מניחה כי ההטרוגניות היא חיצונית לקהילת ההרכבה. ההטרוגניות חיצונית נשלטת על ידי גורמים כגון טיפולוגיה נוף, שהם בלתי תלויים בהרכב הקהילה. ההטרוגניות חיצונית יכולה לגרום לדו קיום באמצעות מחיצות נישה (ריווינישא במלבורן et al. ^3, למשל Pacala וטילמן ⁵ וChesson ^6). עם זאת, חלק גדול מההטרוגניות הסביבתית הרלוונטית לקהילות צמח עשויה להיות מהותית לקהילה, פיתוח כקהילת מרכיב ובהתאם לזהותו של המין בקהילה. ההטרוגניות פנימית יכולה להיגרם כתוצאה מפידבקים ביוטיים, אשר יכול להוביל לחיים משותפים באמצעות תדר תלות שלילית (לדוגמא Bever et al. ^7). כאן אנו מתארים שיטה חדשה לטיפול בהטרוגניות אדמה נגרם צמח, סוג של הטרוגניות אדמה שהוא מהותי לקהילה ונובע מפידבקים צמח אדמה.

פידבקים צמחים קרקע (כוחות הביטחון הפלסטיניים) מתרחש כאשר צמחים משפיעים על מבנה הקרקע, כימיה, או הביוטה באופן שמשפיע על ביצועי צמח שלאחר מכן באדמה, ויש לי כוחות הביטחון הפלסטיניים השפעות ממוצעים גדולות על ביצועי מפעל בקהילות צמחים מקומיים ⁸. מחקרים של כוחות הביטחון הפלסטיניים יש בדרך כלל גם אספו קרקעות מהשדה או קרקעות מותנות בניסוי, ואז שאל כיצד צמחים לבצע בביחס אדמת conspecific לheterospecific או מעוקר אדמה ^9. אם צמחי ביצועים טובים יותר בהשוואת אדמת conspecific הפניה קרקעות, ולאחר מכן כוחות הביטחון הפלסטיניים הם חיוביים, בעוד שאם צמחי ביצועים טובים יותר בקרקעות התייחסות, כוחות הביטחון הפלסטיניים הם שליליים. כוחות הביטחון הפלסטיניים שליליים הדדיים יכול להוביל לקיום תדירות תלויה בין המינים ^7. בעוד ההשפעות הממוצעת של כוחות הביטחון הפלסטיניים הן מאופיינות היטב ^8, ההשפעות של הטרוגניות המרחבית בכוחות הביטחון הפלסטיניים הם הבינו היטב ^10.

מכיוון שכוחות הביטחון הפלסטיניים מתרחשים בקנה המידה של צמחים בודדים ⁷ וכי צמחים לעתים קרובות מופצים nonrandomly במרחב ובזמן, כוחות הביטחון הפלסטיניים עשויים להוביל להטרוגניות אדמה, שאנו מכנים את ההטרוגניות אדמה נגרם צמח. שלא כמו צורות רבות אחרות של הטרוגניות (למשל טופולוגיה נוף), heterogeneit זהy הוא מהותי לקהילת ההרכבה וייתכן ובכך להשפיע על ההרכבה קהילה בצורה שונה מצורות חיצוניות יותר של הטרוגניות. על מנת להבין את ההשפעה של צורה זו של ההטרוגניות על ביצועי מפעל ודו קיום, אנחנו צריכים שיטות ניסיוניות שלתפעל ההטרוגניות אדמה נגרם צמח. הנה, אנחנו מדגימים שיטה כזו, אשר עושה שימוש בקרקעות מותנות בשני מינים כדי ליצור טיפול הטרוגנית עם טלאים נפרדים משני מקורות קרקע וטיפול הומוגנית, שהוא תערובת של שני מקורות הקרקע. ערבוב אדמה זו יכול לייצג לפחות שני תרחישים סבירים בתחום: (1) הפרעה (למשל מכרסמים, חקלאות) אשר מתערבבת קרקעות ממוצא שונה או (2) צמחים משני מינים הולך וגדל בסמיכות, כך שאזורי השפעה שלהם שורש להתערבב והומוגני.

אנו מציגים שני ניסויי דוגמא המשתמשים בהטרוגניות אדמה נגרם מפעל כדי לענות על שאלות מפתח בleve שונהls של ארגון אקולוגי: (1) האם צמח אוכלוסיות להגיב לשתול-induced ההטרוגניות אדמה? ו (2) האם צמחים בודדים להגיב להטרוגניות אדמה נגרם צמח? אנו מתארים ניסוי שדה באמצעות 6 טלאי אדמה כדי לענות על השאלה הראשונה וניסוי חממה באמצעות 2 טלאי אדמה כדי לענות על השאלה השנייה. כימות שתי תגובות צמח בודדות להטרוגניות אדמת אוכלוסייה, והוא חיוני להבנת אופן הרכבה קהילת השפעות ההטרוגניות.

Protocol

1. לאסוף קרקעות שדה לייצר טיפולי קרקע הטרוגניות ואחידים

1. זהה את שני מיני cooccurring צמח בבתי גידול דומים וסוגי קרקע למחקר (למשל איור 1 א). בקביעת הסכום של אדמה דרושה המבוסס על גודל חלקת אדמה לשימוש בניסוי (למשל שליש למחצית מאזור 'מיני המוקדים עיקרי בסיס, או הנפח הקיף על ידי כדור השורש) ומספר התיקונים הדרושים לניסוי (ראה פרוטוקול 2 ו -3, בהמשך).
   1. לspp חומעה. (איור 1 א), השתמש במדבקות אדמת 10 סנטימטר x 10 סנטימטר x 18 סנטימטר (עומק x רוחב x אורך) לאזור שורש המשוער של 10 רדיוס ס"מ מבסיס צמח 18 עומק סנטימטר (5,655 סנטימטר אדמה ³ מאזור המוגדר זה ​​של השפעת שורש צמח אחד בודד מניבה 3 תיקוני קרקע של 1,800 סנטימטר ^3).
2. אתר שטח סקר לאיתור אנשים מבוגרים משני מיני המוקדים. הימנע רו שאנשיםאזור לא סביר חופף למיני המוקדים האחרים (למשל אנשים חומעה ממוקמים בתוך 0.25 מ 'של מינים האחרים). סמן את מספר האנשים הדרושים כדי לקבל את הכמות הנדרשת של אדמה עם דגלי סיכה.
   1. מארק 20 נבחרו באופן אקראי אנשים של כל spp חומעה. ל20 יחידות ניסיוניות (2 מינים x 2 טיפולי אדמה x 5 חזרות) שכל אחד דורש 3 כתמי אדמה מכל מיני המוקדים (כמו בפרוטוקול 2, להלן).
3. לעקר ציוד קרקע איסוף (אתים, כפפות, הובלת מכולות) עם 1:10 תערובת כ של אקונומיקה (5-10% NaClO) ומים כדי להסיר את כל חלקיקי הקרקע. ציוד יבש לפני השימוש כדי למנוע תופעות אקונומיקה על הביוטה אדמה. סמן כל פריט ציוד עם קלטת מעבדה כדי לציין את מיני מוקדי שאדמתה הוא יאסוף או תחבורה, כדי למנוע זיהום צולב (למשל תווית את חפירה אחד עבור מינים ואת חפירה שנייה למינים ב ').
4. לבדוק את מזג האוויר וקונדי האדמהtions לפני תחילת אוסף קרקע לאירועי ממטרים אחרונים. הימנע מאיסוף קרקעות כי הם רטובים מדי (בוציים או רוויים מלא) או איסוף אדמה במהלך אירוע ממטרים כדי למזער את הידוק קרקע. הימנע מאיסוף קרקעות כי הם יבשים מדי (קשים מאוד וקשים להכניס את חפירה ל) כדי לסייע בהפרדת אדמה מהשורשים.
5. לאסוף אדמת שדה מאנשים מסומנים משני מיני המוקדים בקבוצות לשכפל להימנע pseudoreplication (למשל דגימת קרקע אחת המכילה פתוגן נדיר להיות מעורב ובהמשך על פני משכפל ניסיוני).
   1. לחפור את אזור השורש השלם של אדם ממין (כהגדרתו בשלב 1.1) עם את החפירה סטרילי כראוי שכותרתו, להסיר שורשים גסים גלויים מהאדמה עם כפפות סטריליות כראוי שכותרתו, ומניח את הקרקע שבכותרתו כראוי מיכל סטרילי תחבורה (למשל דלי). לניסוי עם 4 יחידות ניסיוניות בכל בלוק ו1 צמח בודדאזור השורש של מתן מספיק אדמה עבור 1 יחידה ניסיונית (כאמורה בסעיף 1.2.1), חזור על הליך זה עבור 3 אנשים נוספים של א 'המינים
   2. סעיף 1.5.1 חזור לב 'מינים
   3. להעביר את אוסף האדמה לשכפל משני המינים לאתר הניסוי. הנח אדמה ביחידות ניסיוניות עבור בלוק 1 של הניסוי (כמו בפרוטוקול 2 או 3, להלן), שבו בלוק מכיל יחידה ניסיונית מכל שילוב טיפול (כל מין x כל טיפול אדמה כלומר).
   4. חזור על סעיף 1.5.3.
   5. חזור על סעיפים 1.5.1-1.5.4 ללוקים שנותרו בניסוי. לאסוף קרקע מקבוצות של יחידים מ 'לפחות 1 רחוק ממקומות האיסוף האחרונים לכל אחד לשכפל אוסף למזער pseudoreplication.

Figurדואר 1. ההטרוגניות אדמה נגרם צמח מניפולציה עיצוב ניסיוני שדה ירושלים. () תחל נאספים מאזור השפעת השורש של בני מין (α) וheterospecifics (β) בתחום, בעקבות פרוטוקולים סטנדרטיים לחקר ההשפעות של צמחים אדמת פידבקים ⁹ . (ב) טיפולים ניסיוניים עם קרקעות הטרוגנית מורכבות מקרקעות מהמפעל (α קרקעות) וקרקעות ממפעל ב '(קרקעות "β') מסודרים ברשת, וטיפולי אדמה הומוגני שנוצרו עם תערובת שווה של קרקעות משני מקורות אלה . בדוגמא זו, רשתות של קרקעות שדה מוכנסות לתוך סירים גדול בקוטר השקוע בקרקע ומסביב לכל רשת האזור מלא בחול גס מעוקר,. נתון זה שונה מרנדט et al. ¹⁰

2. דוגמא לניסוי שדה, יצירת רשתות של קרקע הטרוגניות ואחידה כדי למדוד תגובות צמח אוכלוסין

1. השתמש קרקעות מתוך אוסף לשכפל אדמת שדה (1 פרוטוקול) כדי לייצר טיפול הטרוגנית (תאי רשת לסירוגין כלומר מכילים אדמה שנאספו ממינים או מיני B) וטיפול הומוגנית (כלומר כל תא רשת מכיל תערובת 1:1 של אדמה מ המינים A ו-B) (איור 1b) לבלוק 1 של הניסוי בשלבים הבאים.
   1. לעקר ציוד קרקע טיפול (כפות סיידים, כפפות, רשת פלסטיק) עם 01:10 תערובת כ של אקונומיקה (5-10% NaClO) ומים כדי להסיר את כל חלקיקי הקרקע. ציוד יבש לפני השימוש כדי למנוע תופעות אקונומיקה על הביוטה אדמה. סמן כל פריט ציוד עם קלטת מעבדה כדי לציין את מיני מוקדי שאדמתה זה יהיה להתמודד כדי למנוע זיהום צולב (למשל תווית כף אחת למינים וכף שנייה למינים B) ורשת הפלסטיק כדי לציין אם הוא ישמש לטיפול בקרקע הטרוגנית או הומוגנית.
   2. מניחים רשת פלסטיק נשלפת לתוךסיר השקוע באדמה [או עלילה או מיכל גדול מספיק כדי להכיל את הרשת אחרות] להתמלא בשדה נאסף קרקע (1,800 סנטימטר תא ³ / רשת למשל כמו בשלב 1.1.1). להשתמש ברשת שהוקם באופן מותאם אישית של הממדים הרצויים, למשל רשת 2 x 3 עם 6 תאים בגודל שנקבעו בשלב 1.1 (איור 1b).
      1. לטיפול הטרוגנית לסירוגין סוגי תיקון אדמה, spadefuls המקום של אדמה ממינים לתוך תאי רשת לα קרקע וקרקעות ממינים B לתוך תאים לאדמת β (איור 1b).
      2. לטיפול הומוגנית, הנח spadefuls לסירוגין של קרקעות וb לתוך כל תא רשת, דואג לפזר באופן אחיד את שני סוגי הקרקע ולמנוע היווצרות של שכבות של כל סוג קרקע (איור 1b). לדוגמא תיקון הקרקע של 1,800 סנטימטר ³ (סעיף 1.1.1), הנח 900 סנטימטר ³ של כל סוג קרקע בכל תא רשת.
      3. להיות יםיור לייצר כמויות שווה של הפרעה (כלומר לשבור את רגבי אדמה באותה המידה) בעת יצירת טיפולי קרקע הטרוגנית והומוגנית, כדי למנוע בלבול הפרעת אדמה עם ההטרוגניות אדמה.
   3. אם אזור ריק כלשהו נשאר סביב החלק החיצוני של הרשת בתוך הסיר הגדול בשימוש (כמו באיור 1b), למלא אזור זה בחול סטרילי. לעקר חול באמצעות כל שיטה סטנדרטית (למשל מעוקר, גמא קרינה).
   4. הרם את רשת הפלסטיק אנכי מתוך הסיר, והשאיר כתמי הקרקע בשלמותה. זה מאפשר שורשים מאנשים שונים לאינטראקציה בקרקע וכל צמח לחוות תיקונים מרובים, שהוא חיוני למאפשר שורשי צמח לגדול לתוך תיקונים מרובים קרקע (כלומר תאי רשת).
   5. חזור על סעיפים 2.1.2-2.1.4 לזוג שני של יחידות ניסיוניות לייצר בלוק ניסיוני מלא (כלומר רשת של קרקע הטרוגנית שלתוך לשתול כל focaמיני ליטר ורשת של אדמה הומוגנית שללתוכו לשתול כל מיני המוקדים, עבור סכום כולל של 4 יחידות ניסיוני).
2. חזור על שלב 2.1 ללוקים שנותרו בניסוי עם האדמה שנותרה לשכפל אוספים (1 לפרוטוקול). באקראי בלוקים, וחלקות אדמה בלוקים, בכל אזור הניסוי, באמצעות בד נוף סביב החלקות אם תרצה בכך, כדי לשמור על הצללה מהצמחייה מחוץ לכל הפחות (לא מוצג).
3. זרעי צמחים ממיני המוקדים לכל תא רשת של כל סיר ניסיוני (2 מיני מוקדי x 2 טיפולי אדמה). השתמש בזרעים ונקוו כדי למנוע בלבול גנוטיפים צמח או קהילות חיידקי זרע משטח עם טיפולי קרקע. לדוגמא, זרעי צמחים של כל spp חומעה. לתוך הסיר למינים (איור 1 א) בנפרד דבוקים לקיסמי פלסטיק עם דבק מסיס במים ב12 עמדות שתילה (2 עמדות לתא רשת) כדי לזהות את האנשים שניטעו בצורה ברורה.
4. מדוד מיל אוכלוסייהponses של יחידות הניסיוניות, כגון נביטה והישרדות, באמצעות מפקד קבוע של פרט מסומן מקומות נטיעת הזרעים (למשל באמצעות קיסמי שיניים כמו בשלב 2.3). למזער את ההפרעה של הקרקע לכל תגובה נמדדה, כדי למנוע ערבוב בין אדמת טלאים.
   1. לקבוע את מרווחי המפקד המתאימים בהתבסס על השיעור הצפוי של תגובות אוכלוסייה למיני המוקדים. לדוגמא, לערוך מפקדים שבועיים לspp חומעה. שיכול לנבוט במהירות.
   2. להמשיך בניסוי לזמן מתאים המבוסס על סיפור החיים של מין המוקד. לדוגמא, להמשיך בניסוי לפחות 2 שנים לspp חומעה רב שנתי קצר חיים. כדי לקבל נתונים על כל שלבי החיים.

3. דוגמא לניסוי חממה, עם קרקע הטרוגניות, ומעוורים בסירים כדי למדוד תגובות צמח בודדות

1. השתמש קרקעות מתוך אוסף לשכפל שדה אדמה (1 פרוטוקול)כדי לייצר טיפול הטרוגנית (כלומר כל חצי סיר מלא באדמה שנאספו ממינים או מיני B) וטיפול הומוגנית (כלומר סיר מכיל תערובת 1:1 של אדמה ממינים A ו-B) (איור 2 א) לבלוק 1 של הניסוי בשלבים הבאים.
   1. במכל התחבורה (למשל דלי) ולפני השתילה, לערבב את האדמה שנאספו משדה כל מין עם חול סטרילי כדי לייצר תערובת 1:1. עושה זאת כדי להקל על הידוק קרקע ומשפר את הניקוז בסירים, שהוא מועיל במיוחד לשורשי כביסה, להקל על הפרדת שורשים מהקרקע. לעקר חול באמצעות כל שיטה סטנדרטית (למשל מעוקר, גמא קרינה).
   2. הקפד לייצר כמויות שווה של הפרעה (כלומר לשבור את רגבי אדמה באותה המידה) כאשר ערבוב כל אצווה של אדמת שדה עם חול.
2. לעקר ציוד קרקע טיפול (כפות סיידים, כפפות, יריעת פלסטיק) עם apסמיכות 01:10 תערובת של אקונומיקה (5-10% NaClO) ומים כדי להסיר את כל חלקיקי הקרקע. ציוד יבש לפני השימוש כדי למנוע תופעות אקונומיקה על הביוטה אדמה. סמן כל פריט ציוד עם קלטת מעבדה כדי לציין את מיני מוקדי שאדמתה זה יהיה להתמודד כדי למנוע זיהום צולב (שפכטל למשל תווית אחת למינים וכף שנייה למינים B) וכל צד של יריעת פלסטיק נוקשה כדי לציין בי סוג הקרקע יהיה בעציצים בכל צד שלו בטיפול בקרקע הטרוגנית.
3. יצירת טיפול קרקע הטרוגנית באמצעות תערובות אדמה וחול השדה משני מיני המוקדים (מסעיף 3.1.1).
   1. מניחים את יריעת הפלסטיק הנוקשה במרכז סיר לחלק אותו ב( איור 2 א) לשתיים. השתמש בסיר בגודל חצי ממנו באופן שהוא שווה ערך בהיקפם לגודל המתאים תיקון אדמה (שלב 1.1). לדוגמא, השתמש בסיר בקוטר 15 סנטימטר ו18 סנטימטר עומק לspp חומעה. באיור 1 א (נפח כולל של3,181 סנטימטר ^3).
   2. יש שני חוקרים בו זמנית להוסיף את האדמה שנאספו מהשדה כל מין לצד המתאים של הסיר (למשל α אדמה ממינים) עם כפות סיידים כראוי שכותרתו, כדי לשמור על הצדדים גם כסיר מלא.
   3. הסר את מחיצת הפלסטיק על ידי הרמתה בצורה אנכית מתוך האדמה, ומשאיר כתמי הקרקע בשלמותה. מאפשרת זאת הצמחים לחוות את שני הטלאים של אדמה בתוך סיר, חיוניים לצמחים לחוות ההטרוגניות.
   4. חזור על סעיפים 3.3.1-3.3.3 ל3 יחידות ניסיון נוספות כדי לייצר בלוק של הטיפול בקרקע הטרוגנית מלא (2 מינים x 2 סוגי תיקון אדמה בטיפול הטרוגנית; איור 2).
4. יצירת טיפול אדמה הומוגנית באמצעות תערובות אדמה וחול השדה משני מיני המוקדים (מסעיף 3.1.1).
   1. חזור על סעיף 3.3.1. האם שני חוקרים בו זמנית מוסיפים שני α וקרקעות β לשניהםדפנות הסיר עם כפות סיידים כראוי שכותרתו, באופן שווה הפצת שני סוגי הקרקע בתוך כל תיקון ומניעת הקמתה של שכבות. חזור על סעיף 3.3.3.
   2. חזור על סעיף 3.4.1 ליחידה ניסיונית שנייה לייצר בלוק של הטיפול הומוגנית אדמה (סיר אחד לכל אחד ממיני מוקדי 2) מלא.
5. חזור על שלבים 3.2-3.4 ללוקים שנותרו בניסוי עם האדמה שנותרה לשכפל אוספים (1 לפרוטוקול). באקראי בלוקים, וחלקות אדמה בלוקים, על פני ספסל החממה.

איור 2. ההטרוגניות חממת דוגמא ניסיונית מניפולציה עיצוב מושרה צמח אדמה. () תחל שנאספו מאזור השפעת השורש של מינים (α הקרקעות) ומינים B (β קרקעות) בשדה הוא מקוםד בכל מחצית של סיר (טיפול הטרוגנית) או מעורב בכל הסיר (טיפול הומוגנית). (ב) צמחים של מינים אז הם ניטעו לניסוי בכל סוג כתם אדמה בטיפול הטרוגנית ועל צד אחד של הטיפול הומוגנית. הנה, רק אחד () מינים מוצגים ניטעו לעיצוב הזה. עיצוב הדדי מלא יכלול צמחים ממיני המוקדים שני (B) שתל לכל טיפול בקרקע וסוג התיקון בטיפול הטרוגנית.

6. שתילי צמח של מיני המוקדים ו-B לכל סוג תיקון אדמה בעיצוב עצרת (2 מינים x 3 סוגי תיקון אדמה [α אדמה, β קרקע, ותערובת הומוגנית של α ואדמת β]; איור 2b).
7. מדוד כל תגובות בודדות צמח המצביעות על ביצועי מפעל, כגון גודל מפעל, ייצור ביומסה, או תכונות פונקציונליות. תכונות מתאימות למדידה תהיה תלויות במיני המוקדים והשאלות המדעיות שלריבית.
   1. להמשיך בניסוי עד שהצמחים נראים גדול יחסית לטלאי אדמה (למשל כ 1.5x הרוחב של תיקון הקרקע לforbs יוצרי שושנה) כדי להבטיח את שורשי הצמח גדלים לתוך שני כתמי האדמה. כך משך ניסוי יהיה תלוי בקצב הצמיחה של מיני המוקדים.
   2. צמחי קציר ו / או תגובות מדד לפני הצמחים הופכים בכריכת סיר (כלומר צמיחת שורש הוא מוגבל על ידי הגבולות של מעגל הסיר ושורשי תחתית הסיר) אם תשובות מציאותיות לסביבת האדמה הן רצויים. לדוגמא, שורשים של צמחים הנכנס סיר צפויים ללקט מזון לאורך עמודת הקרקע באופן דומה לצמחים בשטח.

Representative Results

מינים הגיבו ההטרוגניות אדמה לשתול המושרה בדרכים מגוונות בשתי האוכלוסייה ורמת פרט (איורים 3 ו -4), עם השלכות להרכבת קהילה. כדי לקבוע אם צמח אוכלוסיות להגיב להטרוגניות אדמה נגרם צמח, ניסוי שדה הוקם כבפרוטוקול 2 באמצעות שלושה זוגות congeneric של מינים. אוכלוסיות צמח היו censused שבועית במשך שלושה חודשים והשיעור הכולל של זרעים שניטעו שנבטו והשיעור הכולל של שתילים אלה שמתו בעונת הגידול הראשונה (שבו תמותה מייצגת את ההופכי של הישרדות) חושבו (איור 3). מצאנו תגובות אוכלוסייה משמעותיות מפעל להטרוגניות אדמה נגרם מפעל, טוען כי ניסוי זה היה מוצלח במניפולצית הטרוגניות שהשפיעה על אוכלוסיות צמח. מינים אחדים הציגו תגובות nonadditive לערבוב אדמה, כך שהתגובה שנצפתה בטיפול הומוגנית (תיקוני אדמת αβ) לא היה תגובת ביניים לשני סוגים הקרקעות שהיו מעורבים כדי ליצור טיפול ש( α, או conspecific, תיקוני קרקע וβ, או משלימה, תיקוני אדמה). לדוגמא, carolinense Solanum הייתה נביטה נמוכה והיה לי crispus חומעה תמותה גדולה יותר בתערובת הומוגני של קרקעות conspecific ומשלימתו של מאשר באו אדמה הקלד בלבד (איור 3) ^10. תוצאות אלה מספקות מנגנונים אפשריים שבאמצעותו סביבות אדמה הומוגנית עשויות להקל דו קיום, שבו נביטה מופחתת או תמותה מוגברת של מין אחד יכולה לספק תיקונים פתוחים למינים אחרים ליישב.

איור 3. דוגמא תוצאות מניסוי שדה עם קרקעות הטרוגניות והומוגנית. ( ב) שיעור תמותת 3 זוגות של מיני congeneric ניטעו לטלאים של אדמת conspecific, קרקע משלימתו, או תערובת הומוגנית של שני סוגי הקרקע. מינים אחדים הגיבו לאדמת הערבוב באופן nonadditive, למשל, crispus חומעה היה תמותה גבוהה יותר בטיפול בהומוגניות מאשר בתיקונים או conspecific או משלימה (obtusifolius ר) קרקע בטיפול הטרוגנית. PLALAN = lanceolata לחך, PLAMAJ = P. גדול, RUMCRI = ר ' crispus, RUMOBT = ר ' obtusifolius, carolinense SOLCAR = סולנום, וSOLDUL = ס Dulcamara. * P <0.05 מניגודים מאונך של הומוגנית לעומת אדמה צרופה ואדמת conspecific לעומת משלימתו בתוך כל מינים במודל מעורבים אפקטים עם הפצת שגיאה הבינומי בR סטטיסטי ¹¹ לאיכות הסביבה. פרופורציות ממוצעת מוצגות (ספירה כוללת מחולקת במדגם,לעקביות עם שיטות סטטיסטיות ^12). נתון זה שונה מרנדט et al. ¹⁰ ראו ברנדט et al. ¹⁰ לשיטות ניתוח מפורטות.

כדי לקבוע אם צמחים בודדים להגיב להטרוגניות אדמה נגרם צמח, ניסוי חממה הוקם כבפרוטוקול 3 באמצעות שני זוגות congeneric של מינים. מכיוון שאנו צפויים צמחים להגיב לסוג תיקון אדמה שבה הם גדלו, בנוסף להטרוגניות אדמה ברמת הסיר, שתילים ניטעו לכל סוג תיקון בטיפול הטרוגנית (כמו באיור 2b). הצמחים גדלו במשך 2 חודשים ולאחר מכן שנקטפו למדידת ביצועים (ביומסה בסך הכל) ותכונות פונקציונליות (כוללים אזור מסוים עלה (SLA), כפי שמוצג באיור 4). תגובות צמח משמעותיות להטרוגניות אדמה נצפו, טוענות כי ניסוי זה היה מוצלח במניפולצית צורה של heteroge האדמה neity שמשפיע על ביצועי מפעל. אנו הבחנו תגובת nonadditive לערבוב אדמה, שבו מינים נטו יש SLA נמוך יותר, או עלים עבים יותר, בתערובת של אדמה הומוגני conspecific ומשלימתו של מאשר באו אדמה הקלד לבד (P = 0.031 מניגוד מאונך של הומוגנית לעומת צרוף אדמה במודל מעורב אפקטים עם ביומסה במפעל כcovariate ובלוק כתופעת אקראית; איור 4). האזור עלה ספציפי היה נמוך גם בהשוואה לתיקוני conspecific משלימתו אדמה (P = 0.004 מניגוד מאונך של סוגי תיקון קרקע בטיפול בקרקע הטרוגנית; איור 4). תוצאות אלו מצביעות על כך שאסטרטגיות רכישת משאב הצמח מגיבות לשתול-induced ההטרוגניות אדמה, שבה יש השלכות על ההשפעה של הטרוגניות כגון על גידול צמחים, פוריות, ואינטראקציות מינים.

"Width =" es/ftp_upload/51580/51580fig4highres.jpg 500 "/>
איור 4. דוגמא תוצאות מניסוי חממה עם קרקעות הטרוגניות והומוגנית. אזור ספציפי עלה (SLA), המחושב כאזור עלה מחולק במסה יבשה, של 2 זוגות של מיני congeneric גדלו בטלאים של אדמת conspecific, קרקע משלימתו, או תערובת הומוגנית של שני סוגי קרקע. בסך הכל, מינים הגיבו לערבוב אדמה באופן nonadditive, שם צד"ל היה נמוך יותר בטיפול הומוגניות מאשר בכתמי אדמה או conspecific או משלימתו בטיפול הטרוגנית. מתכוון תכונות ± 1 SE. PLALAN = lanceolata לחך, PLAMAJ = P. גדול, RUMCRI = ר ' crispus, RUMOBT = ר ' obtusifolius.

Discussion

ההטרוגניות אדמה נגרם צמח היא סבירה מאוד בקהילות טבעיות, כי יש לי צמחים השפעות גדולות, ולעתים קרובות מין ספציפיים בסביבת אדמתם ואת הצמחים הבאים שייתקלו אדמה ש( למשל Petermann et al. ^13). עם זאת, ההבנה של התפקיד של סוג זה של ההטרוגניות על חברות צמחים שלנו היא מינימאלית ^10,14. כאן, אנו מציגים שיטה למניפולצית ההטרוגניות אדמה נגרם צמח, תוך שימוש בקרקע ממקורות שונים (כלומר אזורי השפעת השורש של מינים שונים) בתחום. השלבים הקריטיים בפרוטוקול, כדי למנוע בלבול ההטרוגניות אדמה נגרם צמח עם משתנים אחרים המשפיעים על תגובות צמח הם: (1) הימנעות pseudoreplication של דגימות קרקע שנאספו מהשטח והניחו ליחידות ניסיוניות ו( 2) השוואת הכמויות של הפרעת אדמה לקרקעות שדה להציב לתוך טיפולי קרקע הטרוגנית והומוגנית. Pseudoreplication oדגימות קרקע ו ​​יכולים להתרחש אם טיפולים הטרוגנית והומוגנית לקבל אדמה שנאספו מצמחים שונים פרט או מקומות איסוף בתחום, שיכול להימנע על ידי איסוף אדמה בקבוצות לשכפל ממיקומים מחולק היטב (שלב 1.5). Pseudoreplication יכול להשפיע על התוצאות של המחקר, אם, למשל, מחולל מחלה נדירה מתרחשת באזור השורש של צמח אחד בתחום ובקרקע של המפעל שממוקם רק באחד משני טיפולי קרקע. בנוסף, במקומות איסוף בתחום עשויים להיות שונים בניהול, ההיסטוריה צמחייה, או תכונות קרקע, ולכן אדמה מכל מיקום איסוף יש להשתמש בשני טיפולים הניסיוניים, באופן אקראי, על פני ערפלנים אפשריים. הפרעה לקרקעות שדה (כלומר פירוק של רגבי אדמה) מגדילה הידוק קרקע ויכולה להשפיע על הפרשנות של תוצאות. לדוגמא, אם הטיפול בקרקע הומוגנית מקבל הפרעה גדולה יותר מאשר הטיפול הטרוגנית, ולאחר מכן את ההשפעהההטרוגניות אדמה יהיה השפעה של הפרעת קרקע. קוראים לשקול גם כוח סטטיסטי בעיצובם של ניסויים אלה, שישפיע על הסכום הכולל של קרקע הנדרשת (שלב 1.1) ואת מספר אנשים בכל מיני המוקדים שממנו לאסוף את האדמה בשדה (שלב 1.2). ניסויים ראשוניים יכולים לשמש כדי לקבוע את גודל ההשפעה והשונות צפויות, ואת המידע הזה אז יכול לשמש כדי לתכנן ניסוי עם שכפול מספיק ^15.

פרוטוקול זה יכול להיות שונה בקלות כדי להתאים לשיטות אחרות ללימוד פידבקים צמח אדמה (למשל על ידי שימוש בקרקעות מותנות בחממה ¹⁶⁾ ועיצובים ניסיוניים חלופיים (למשל סולמות שונים המרחבי או זמניים, תחרות interspecific ^17). ניסויים נוספים גם יכולים להשתמש במיני המוקדים חלופיים. יש מבחר של מיני מוקדי השלכות על שתי הלוגיסטיים של המחקר ופרשנות של תוצאות, אבל מעל לכל יש לעשות כדי לטפל הטוב ביותר על השאלות של החוקר של עניין. אנחנו מראים נציג תוצאות לזוגות קשורים קשר הדוק של מינים, שאפשרו לנו לשלוט במידה מסוימת לצורת צמיחה ¹⁸ והשפעה של תולדות הגזע על תגובות משוב צמח אדמה (למשל ברנס ושטראוס ^19). הגודל של מיני המוקדים קובע את קנה המידה של תיקוני אדמה משמשת וההיסטוריה החיים שלהם עשויה להשפיע על משך הניסוי. שני מיני המוקדים של גודל שונה עשויים להגיב באופן שונה לאותו קנה המידה של הטרוגניות אדמה נגרם צמח אם המינים הקטנים יותר לא יכולים לשלב בין סוגים שונים תיקון אדמה באותה המידה כמו מינים גדולים יותר (למשל אזור השורש 'המינים הקטנים יותר מוגבל ל תיקון אדמה יחיד). בנוסף, נעשה שימוש במינים בצורת צמיחה משובט הוא צפוי לייצר תגובות שונות להטרוגניות אדמה מאשר מינים שמתרבים אך ורק מזרעים (כמו reviewed בריינולדס ^ו14 Haubensak).

מגבלה חשובה של שיטה זו היא שהמנגנונים המסדירים תגובות להטרוגניות אדמה (למשל גורמי אביוטי כגון כימיה קרקע, גורמים ביוטיים כגון קהילות חיידקי אדמה) אינם מזוהים ללא עבודה נוספת. לדוגמא, התוצאות שלנו מצביעות על כך שקרקע הומוגנית (כלומר קרקע מעורבת) יכולה לגרום לתופעות nonadditive בשתי האוכלוסייה ורמת מפעל בודדת, שבו תגובות צמח בטיפול לא היו הומוגנית יחסי ביניים לשתול תגובות בשני סוגי האדמה שהלחינה תערובת. ערבוב אדמה יכול להתרחש בקהילות טבעיות, כתוצאה מהפרעות, כגון חפירה 'המכרסמים, או כתוצאה של חפיפת אזורי השפעת השורש כמו צמחים ממינים שונים גדלים לתוך אזורי השתרשותו של זה. מנגנון אפשרי אחד לממצאים אלו הוא תוצאה של הביוטה אדמה, אשר יכול לתרום לתגובת nonadditiveים אם קהילות של חיידקים, פטריות, או אורגניזמים אחרים אינטראקציה עם ערבוב קרקע, שינוי בהרכב ביוטיים של הקרקע ובכך תגובות הצמח לאדמה הזאת. מנגנוני אביוטי יכולים גם לגרום לתגובות nonadditive, אם תגובות פונקציונליות מפעל לנהגי אביוטי (רמות חומרים המזינים לדוגמא) הן ²⁰ לא לינארית. ניסויים ודגימה נוספים ולכן הם נחוצים כדי לזהות את מנהלי ההתקנים של תגובות צמחים לטיפולי אדמה אלה, עם השלכות ליישום שלהם לקהילות טבעיות. למשל, תפקידם של גורמים ביוטיים אדמה בשלטון תגובות צמח לשתול-induced ההטרוגניות אדמה יכול להיבדק על ידי שימוש בקרקעות מותנות במיני המוקדים בחממה בהשוואה לקרקעות מעוקרות, המספקות ביקורת שלילית לבדיקת תפקידה של הביוטה אדמה.

אנו מדגימים תגובות צמח משמעותיות להטרוגניות אדמה נגרם מפעל, טוען כי צמחים עצמם להשפיע על heterogenei הסביבתיty המשפיע על הרכבה קהילת צמח (איור 5). כך ההטרוגניות יכולה להיות מהותית בהרכב הקהילה, בניגוד לסוגים חיצוניים יותר של הטרוגניות שמחקרים של הרכבה קהילת צמח יש בתדירות גבוהה יותר נחשבים ^3. יש השיטה החדשה שהוצגה כאן פוטנציאל ליישב תחזיות סותרות מהתאוריה והתוצאות מניסויים על הקשר בין הטרוגניות סביבתית וקיום מין, או גיוון ^4,14. התאוריה חוזה כי ההטרוגניות סביבתית מובילה לגיוון מוגבר מינים (הנסקרת במלבורן et al. ^3), ניסויים קודמים אולם ישירות מניפולציה ההטרוגניות תזונתית אדמה לעתים קרובות מצאו את המגמה ההפוכה (הנסקרת ב ⁴ Lundholm וריינולדס ^ו14 Haubensak), דבר המצביע על כך שסוגים אחרים ההטרוגניות, כגון אלה הנובעים מפידבקים צמחים אדמה, צריך להיבחן.שיטה זו של המניפולציה ההטרוגניות אדמה נגרם צמח מצביעה על מנגנונים ספציפיים שבו דו קיום יכול להיות הקל בסביבות הומוגנית. לדוגמא, אם יש לי צמחי תושב נביטה נמוכה או תמותה גבוהה יותר בקרקעות הומוגנית, כפי שנמצא למינים מסוימים (איור 3), ואז הסביבות הומוגנית יותר אלה עשויים להיות invasible יותר, בניגוד לתחזיות המסורתיות של התאוריה. יתר על כן, ניתן לחשב את תחזיות דו קיום לכל זוג מינים בקרקעות הטרוגניות ⁷ באמצעות תגובות מינים לכל סוג תיקון אדמה בתוך הטיפול הטרוגניות, מה שמאפשר לחוקרים לקבוע עבור אילו מינים שהם עשויים לצפות ההטרוגניות אדמה נגרם מפעל כדי להקל על דו קיום ^10.

איור 5. סקירה מושגיתמשווי פונים ההטרוגניות אדמה נגרם צמח. () המשגה מסורתי של ההשפעה של ההטרוגניות על דו קיום והרכבת הקהילה התמקד בהשפעה חיצונית ההטרוגניות בהרכב הקהילה (טופולוגיה נוף לדוגמא) על הרכבה קהילה. (ב) השיטות חדשות המוצעות כאן כוללות את ההשפעות של צמחים על ההטרוגניות אדמה מונעים על ידי פידבקים צמחים אדמה, שבו צמחים להשפיע על הביוטה, כימיה, או מבנה של הקרקע, באופן שמשפיע על ביצועי מפעל הבאים באדמה זו. נקודת מבט זו מכירה בכך שההטרוגניות פנימית להרכב קהילה, ובכלל זה שני השפעות יוטיים ואביוטי, גם משפיעה על הרכבה.

ההטרוגניות מניפולציה שהיא מהותי לקהילה מאפשרת בדיקות מחמירות של הפוטנציאל לחיים משותפים בתדירות תלויה שעלולות לנבוע מפידבקים ביוטיים, כגון PLAפידבקים NT-קרקע, ומשלב את ההבנה של מנגנון זה שלנו עם הגוף גדול יותר של דו קיום תורה ^9. כי זה סוג של ההטרוגניות הוא דינמי לאורך זמן, השפעתו על הרכבה קהילה תהיה תלויה באורך הזמן שלוקח לפידבקים צמחים קרקע לפיתוח ולאורכו של השפעות מורשת משוב צמחים אדמה בקהילות. לפיכך, יש צורך בעבודה אמפירית נוספת בקנה המידה של הזמן על שהשפעות אלו לפתח ולהשפיל. יישומים עתידיים שיכול לצאת מעבודה זו ובכך כוללים ליידע את התאוריה חדשה המשלבת ההטרוגניות מונעת על ידי תהליכים פנימיים משוב (למשל Fukami וNakajima ²⁰⁾ ועוד בדיקות אמפיריות של התפקיד של תהליכים הפנימיים אלה בהרכבה (למשל ברנדט et al. ^10).

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Shovel(s)	Any	NA	It is helpful to have at least two shovels, one for each species of soil origin.
Trowel(s)	Any	NA	It is necessary to have at least two trowels of identical size, one for each species of soil origin.
Gloves	Any	NA	Gardening gloves can be used.
Diluted bleach	Any	NA	We use an ~1:10 concentration of household bleach (containing 5-10% NaClO) to water to sterilize all equipment between soil collections.
Plastic grid(s)	Any	NA	CUSTOM. We used plastic sheeting from the construction of greenhouse walls to create the grid used in the field experiment. However any stiff plastic that can be manipulated can be used. It is helpful to have three grids to produce reciprocal heterogeneous treatments and a homogeneous treatment without needing to sterilize between each experimental unit.
Plastic dividers	Any	NA	CUSTOM. We used stiff sheets of plastic, cut to fit the pot minimum width, such that they can slide down to the bottom of the pot for the greenhouse experiment. It is helpful to have at least two dividers, one for heterogeneous and one for homogeneous treatments, if investigators want to randomize the order in which experimental units within a block are filled without needing to sterilize the divider in between each experimental unit.
Buckets or wheelbarrows	Any	NA	Any container for transporting soils.
Seeds	Any	NA	We collect seeds in the field by hand. Seeds can also be ordered from horticultural suppliers, if appropriate.
Plastic toothpicks	Soodhalter Plastics, Inc.	805KP	We plant individual seeds glued on toothpick in the field experiment to facilitate monitoring germination and survival of individuals.
Water soluble glue	Elmer's	Elmer's Glue-all	Any water soluble glue can be used to adhere seeds to plastic toothpicks.
Pots	Any	NA	Pot size will depend on experimental plants used and number of soil patches desired (e.g. 2 or 6).
Sand	Any	NA	Coarse sand may be mixed with field soils to improve drainage in pots.
Lab tape	Any	NA	Tape may be used to label equipment used in handling soils with the species of origin.
Pin flags	Any	NA	Flags can be used to identify individuals in the field prior to soil collection.
Landscape fabric	Any	NA	Landscape fabric can be used in the field to minimize the growth of plants outside experimental plots.