Protocolo Experimental para la inducida por la planta Manipulación de la heterogeneidad del suelo

Summary

Comprender el papel de la heterogeneidad ambiental en la coexistencia de especies se ha centrado generalmente en los tipos de heterogeneidad que son extrínsecos a la composición de especies de la comunidad. Proporcionamos métodos detallados para la creación de nuevos tratamientos de la heterogeneidad del suelo utilizando los suelos sometidos a la retroalimentación acondicionado planta-suelo, o la heterogeneidad intrínseca a la composición de la comunidad.

Abstract

Teoría de la Convivencia ha tratado a menudo heterogeneidad ambiental como independiente de la composición de la comunidad, sin embargo retroalimentaciones bióticas tales como evaluaciones planta-suelo (PSF) tienen grandes efectos sobre el rendimiento de la planta, y crean heterogeneidad ambiental que depende de la composición de la comunidad. Comprender la importancia de la PSF para la asamblea de la comunidad de plantas requiere la comprensión del papel de la heterogeneidad en PSF, además de significar efectos de PSF. Aquí se describe un protocolo para la manipulación de suelo heterogeneidad inducida por planta. Dos ejemplos de experimentos se presentan: (1) un experimento de campo con una rejilla de 6 parches de suelos para medir respuestas de la población de plantas y (2) un experimento en invernadero con suelos de 2 parches para medir las respuestas de las plantas individuales. Los suelos se pueden recoger en la zona de influencia de la raíz (suelos de la rizosfera y justo al lado de la rizosfera) de plantas en el campo de las especies de plantas de la misma especie y heteroespecíficos. Replicar recogeriones se utilizan para evitar pseudoreplicating muestras de suelo. Estos suelos se colocan entonces en parcelas separadas, para los tratamientos heterogéneos o mixtos para un tratamiento homogeneizado. Se debe tener cuidado para asegurar que los tratamientos heterogéneos y homogeneizadas experimentan el mismo grado de perturbación del suelo. Las plantas pueden ser colocadas entonces en estos tratamientos del suelo para determinar el efecto de la heterogeneidad del suelo inducida por la planta en el rendimiento de la planta. Se demuestra que los resultados de la heterogeneidad inducida de plantas en los diferentes resultados que las predichas por los modelos de convivencia tradicionales, tal vez debido a la naturaleza dinámica de estas evaluaciones. Se necesita Teoría que incorpore la heterogeneidad ambiental influenciado por la comunidad de montaje y el trabajo empírico adicional para determinar cuando la heterogeneidad intrínseca a la comunidad montaje dará lugar a diferentes resultados de la asamblea frente a la heterogeneidad extrínseca a la composición de la comunidad.

Introduction

Uno de los objetivos principales de la ecología de la comunidad es para explicar y predecir los procesos que rigen la asamblea comunitaria. Sin embargo, las comunidades de plantas son con frecuencia más diversa de lo predicho por la teoría de la convivencia ^1, y los ecologistas de restauración tienen que entender los mecanismos de coexistencia para restaurar con éxito diversas comunidades nativas ^2. La heterogeneidad ambiental es un mecanismo teóricamente importante que puede ayudar a explicar los altos niveles de diversidad de la comunidad, pero las manipulaciones experimentales de la heterogeneidad son infrecuentes ³ ​​y se centran en la heterogeneidad abiótica (por ejemplo, revisado en Lundholm ^4). Teoría que incorpore la heterogeneidad generalmente asume que la heterogeneidad es extrínseca a la comunidad montaje. Heterogeneidad extrínseca se rige por factores como la tipología del paisaje, que son independientes de la composición de la comunidad. Heterogeneidad extrínseca puede dar lugar a la convivencia a través del lugar de partición (reviese casaron en Melbourne et al. ^3, por ejemplo Pacala y Tilman ⁵ y Chesson ^6). Sin embargo, gran parte de la heterogeneidad ambiental pertinente a las comunidades de plantas pueden ser intrínsecas a la comunidad, el desarrollo ya que la comunidad se reúne y en función de la identidad de la especie en la comunidad. Heterogeneidad intrínseca puede ser resultado de evaluaciones bióticos, que pueden conducir a la coexistencia través de la frecuencia-dependencia negativa (por ejemplo, Bever et al. ^7). Aquí se describe un nuevo método para la manipulación de la heterogeneidad del suelo inducida por la planta, un tipo de heterogeneidad del suelo que es intrínseca a la comunidad y surge de evaluaciones planta-suelo.

Evaluaciones planta-suelo (PSF) se producen cuando las plantas influir en la estructura del suelo, la química o la biota de una manera que afecta el rendimiento de plantas subsiguiente en ese suelo, y PSF tener grandes efectos en el rendimiento promedio de las plantas en las comunidades de plantas nativas ⁸. Estudios de PSF típicamente han recogido ya sea suelos del campo o suelos acondicionado experimentalmente, a continuación, se le preguntó cómo las plantas realizan en el suelo en relación con la misma especie heteroespecíficos o esterilizada del suelo ^9. Si las plantas se desempeñan mejor en el suelo conspecific relativa para hacer referencia a los suelos, a continuación, PSF son positivos, mientras que si las plantas se desempeñan mejor en los suelos de referencia, PSF son negativos. PSF negativo recíproco puede conducir a la convivencia dependiente de la frecuencia entre las especies ^7. Mientras que los efectos medios de fibras discontinuas de poliéster son bien caracterizados ^8, los efectos de la heterogeneidad espacial en fibras discontinuas de poliéster, son poco conocidos ^10.

Debido PSF ocurren en la escala de las plantas individuales y ⁷ porque las plantas son a menudo no aleatoriamente distribuidos en el espacio y el tiempo, PSF es probable que conduzcan a la heterogeneidad del suelo, lo que llamamos suelo heterogeneidad inducida por planta. A diferencia de muchas otras formas de heterogeneidad (por ejemplo, la topología de paisaje), este heterogeneitY es intrínseca a la comunidad de montaje y por lo tanto puede influir en asamblea de la comunidad de manera diferente que las formas más extrínsecas de heterogeneidad. Con el fin de comprender la influencia de esta forma de la heterogeneidad en el rendimiento de plantas y la convivencia, necesitamos métodos experimentales que manipulan suelo heterogeneidad inducida por planta. Aquí, se demuestra un método de este tipo, que utiliza los suelos condicionadas por dos especies para crear un tratamiento heterogénea con parches separados de dos orígenes de suelo y un tratamiento homogéneo, que es una mezcla de los dos orígenes de suelo. Esta mezcla del suelo podría representar al menos dos escenarios plausibles en el campo: (1) las perturbaciones (por ejemplo, roedores, la agricultura) que mezcla los suelos de diferentes orígenes o (2) plantas de dos especies que crecen en las proximidades, de tal manera que sus zonas de influencia de la raíz entremezclan y homogeneizar.

Se presentan dos experimentos de ejemplo que utiliza el suelo heterogeneidad inducida por planta para responder a las preguntas clave a diferentes nivels de organización ecológica: (1) ¿responden las poblaciones de plantas para plantar inducido por la heterogeneidad del suelo? y (2) ¿responden las plantas individuales de suelo heterogeneidad inducida por la planta? Se describe un experimento de campo con 6 parches de suelo para hacer frente a la primera pregunta y un experimento en invernadero utilizando 2 parches de suelo para hacer frente a la segunda pregunta. La cuantificación de la población y las respuestas de cada instalación a la heterogeneidad del suelo es esencial para la comprensión de cómo el montaje influencias heterogeneidad comunidad.

Protocol

1. Recoger Suelos de campo para producir tratamientos de suelos heterogéneos y homogéneos

1. Identificar dos especies cooccurring plantas en hábitats similares y tipos de suelos para el estudio (por ejemplo, la Figura 1a). Determine la cantidad de suelo necesaria basado en el tamaño del parche suelo a utilizar en el experimento (por ejemplo, de un tercio a la mitad de la zona de la raíz primaria de las especies focales ", o el volumen abarcado por la bola de la raíz) y el número de parches necesarios para el experimento (véase el Protocolo 2 y 3, a continuación).
   1. Para Rumex spp. (Figura 1a), utilice los parches de suelo de 10 cm x 10 cm x 18 cm (largo x ancho x profundidad) para la zona de la raíz aproximada de 10 cm de radio desde la base de la planta a 18 cm de profundidad (5.655 cm ³ de suelo de esta zona definida de influencia de la raíz para una planta individual se obtiene 3 parches de suelo de 1.800 cm ^3).
2. Encuesta de sitio sobre el terreno para localizar individuos adultos de las dos especies focales. Evite los individuos cuya roozona de t probable que se superpone con las otras especies focales (por ejemplo, individuos Rumex encuentran dentro de 0,25 m de las otras especies). Marque el número de individuos necesarios para obtener la cantidad necesaria de suelo con banderas pines.
   1. Mark 20 elegido aleatoriamente individuos de cada Rumex spp. por 20 unidades experimentales (2 especies x 2 tratamientos de suelo x 5 repeticiones) que cada uno requiera 3 parches de suelo de cada especie clave (como en el Protocolo 2, a continuación).
3. Esterilizar el equipo del suelo recogida (palas, guantes, el transporte de contenedores) con una mezcla aproximadamente 01:10 de blanqueador (5-10% de NaClO) y agua para eliminar todas las partículas del suelo. Equipos seco antes de su uso para evitar los efectos del blanqueo en la biota del suelo. Etiquete cada pieza del equipo con la cinta de laboratorio para indicar la especie focal cuyo suelo se recogerá o transporte para evitar la contaminación cruzada (por ejemplo, una etiqueta de pala para la especie A y una segunda pala de la especie B).
4. Compruebe tiempo y condiciones del suelones antes de comenzar la recogida de residuos de las precipitaciones recientes. Evitar recolectar los suelos que son demasiado húmedo (fangosa o totalmente saturado) o el cobro del suelo durante un evento de precipitación para minimizar la compactación del suelo. Evitar recolectar suelos que son demasiado seco (muy duras y difíciles de insertar una pala en) para ayudar en la separación de la tierra de las raíces.
5. Recoger suelo de campo de los individuos marcados de las dos especies focales en lotes replicadas para evitar pseudoreplication (por ejemplo, una sola muestra de suelo que contiene un patógeno poco común de ser mezclado posteriormente a través de repeticiones experimentales).
   1. Desenterrar la zona raíz completa de un individuo de la especie A (como se define en el paso 1.1) con la pala estériles debidamente etiquetados, eliminar las raíces gruesas visibles desde el suelo con los guantes estériles debidamente etiquetados, y colocar el suelo en etiquetado adecuadamente el contenedor de transporte estéril (por ejemplo, cubo). Para un experimento con 4 unidades experimentales en cada bloque y 1 planta individual'S zona de la raíz proporcionar suficiente suelo para 1 unidad experimental (como en la Sección 1.2.1), repita este procedimiento para 3 personas adicionales de las especies A.
   2. Repita la Sección 1.5.1 para las especies B.
   3. Transporte la recogida de residuos réplica de ambas especies al sitio experimental. Coloque el suelo en unidades experimentales para el bloque 1 del experimento (como en el Protocolo 2 o 3, más adelante), donde un bloque contiene una unidad experimental de cada combinación de tratamiento (es decir, cada especie x cada tratamiento del suelo).
   4. Repita la Sección 1.5.3.
   5. Repetir secciones 1.5.1-1.5.4 para los bloques restantes en el experimento. Recoja el suelo de grupos de individuos, al menos, 1 m de distancia desde distintos puntos de recogida anteriores para cada replicar recolección para minimizar pseudoreplication.

Figure 1. Campo Ejemplo de diseño experimental manipulación inducida suelo-plantas heterogeneidad. (A) Los suelos son recogidos de la zona de la raíz de la influencia de sus congéneres (α) y (β heterospecifics) en el campo, siguiendo los protocolos estándar para el estudio de los efectos de la planta-suelo evaluaciones Resolución ⁹ . (B) los tratamientos experimentales con suelos heterogéneos compuestos por los suelos de planta A (α) los suelos y los suelos de planta B (suelos 'β') están dispuestas en una cuadrícula y los tratamientos del suelo homogeneizadas crean con una mezcla a partes iguales de los suelos de estos dos orígenes . En este ejemplo, las redes de los suelos de campo se insertan en macetas de gran diámetro hundidos en el suelo y el área alrededor de cada cuadrícula se llena con gruesa, arena esterilizada. Esta cifra ha sido modificado de Brandt et al. ¹⁰

2. Un experimento Ejemplo Field, Creación de cuadrículas de heterogéneos y homogéneos del suelo para medir las respuestas de Plantas Población

1. Utilice los suelos de una colección suelo de campo de repetición (Protocolo 1) para producir un tratamiento heterogénea (es decir, células de la red alterna contienen de suelo recogida de la especie A o la especie B) y un tratamiento homogéneo (es decir, cada celda de la cuadrícula contiene una mezcla 1:1 de suelo de especies A y B) (Figura 1b) para el bloque 1 del experimento en los pasos siguientes.
   1. Esterilizar el equipo de manejo del suelo (paletas, guantes, rejilla de plástico) con una mezcla aproximadamente 01:10 de blanqueador (5-10% de NaClO) y agua para eliminar todas las partículas del suelo. Equipos seco antes de su uso para evitar los efectos del blanqueo en la biota del suelo. Etiquete cada pieza del equipo con la cinta de laboratorio para indicar la especie focal cuyo suelo que se encargará de evitar la contaminación cruzada (por ejemplo, una etiqueta de la paleta de la especie A y una segunda paleta de la especie B) y la rejilla de plástico para indicar si se va a utilizar para el tratamiento del suelo heterogéneo u homogéneo.
   2. Coloque la rejilla de plástico extraíble enun bote hundido en el suelo [u otra parcela o un recipiente lo suficientemente grande como para dar cabida a la red] para ser llenado de campo recogió del suelo (por ejemplo, 1800 cm ³ celdas / sistema que en el paso 1.1.1). Utilice una rejilla construida a medida de las dimensiones deseadas, por ejemplo, una cuadrícula de 2 x 3 con 6 células del tamaño determinados en el paso 1.1 (Figura 1b).
      1. Para el tratamiento heterogéneo de alternancia de tipos de parche suelo, el lugar paletadas de tierra de la especie A en celdas de la cuadrícula para α suelo y los suelos de la especie B en células para suelo β (Figura 1b).
      2. Para el tratamiento homogéneo, colocar alternando paletadas de suelos A y B en cada celda de la cuadrícula, teniendo cuidado de distribuir uniformemente los dos tipos de suelo y evitar la formación de capas de cada tipo de suelo (Figura 1b). Por ejemplo, el parche de suelo de 1.800 cm ³ (Sección 1.1.1), colocar 900 cm ³ de cada tipo de suelo en cada cuadrícula.
      3. Sea sUre para producir cantidades iguales de perturbación (es decir, romper los terrones de suelo en el mismo grado) al crear tratamientos del suelo heterogéneos y homogéneos para evitar confundir la perturbación del suelo con la heterogeneidad del suelo.
   3. Si cualquier área vacía se mantiene alrededor del exterior de la red dentro de la olla grande utilizado (como en la Figura 1b), llenar esta área con arena estéril. Esterilizar arena usando cualquier método estándar (por ejemplo, esterilización en autoclave, irradiación gamma).
   4. Levante la rejilla de plástico verticalmente fuera de la olla, dejando a los parches de suelo intacto. Esto permite que las raíces de diferentes individuos interactúen en la tierra y cada planta de experimentar múltiples parches, lo cual es esencial para permitir que las raíces de plantas que crecen en múltiples parches de suelo (es decir, células de la cuadrícula).
   5. Repetir secciones 2.1.2-2.1.4 para un segundo par de unidades experimentales para producir un bloque de ensayo completo (es decir, una rejilla de suelo heterogéneo en el que para plantar cada focaespecies l y una rejilla de suelo homogéneo en el que plantar cada especie focal, para un total de 4 unidades experimentales).
2. Repita el paso 2.1 para el resto de los bloques en el experimento con el suelo restante replicar colecciones (Protocolo 1). Selección aleatoria de bloques y parcelas dentro de los bloques, a través del área experimental, utilizando tela del paisaje alrededor de las parcelas si así lo desea, para mantener a la sombra de la vegetación exterior como mínimo (no se muestra).
3. Planta semillas de especies focales en cada celda de la cuadrícula de cada maceta experimental (2 especies focales x 2 tratamientos al suelo). Utilice semilla agrupada para evitar genotipos de plantas de confusión o de las comunidades microbianas de semillas en la superficie con los tratamientos del suelo. Por ejemplo, las semillas de plantas de cada Rumex spp. en la olla para que las especies (Figura 1a) pegadas individualmente a palillos de plástico con pegamento soluble en agua en 12 lugares de siembra (2 posiciones por celda) para identificar claramente los individuos plantados.
4. Mida res de poblaciónponses de las unidades experimentales, tales como la germinación y la supervivencia, a través de un censo regular de individuo marcados lugares de plantación de semillas (por ejemplo, el uso de palillos de dientes como en la etapa 2.3). Minimizar la perturbación del suelo para cualquier respuesta medida para evitar la mezcla del suelo entre los parches.
   1. Determinar los intervalos de censo apropiados basados ​​en la tasa esperada de respuestas de la población de las especies focales. Por ejemplo, realizar censos semanales de Rumex spp. que puede germinar rápidamente.
   2. Continuar el experimento durante un tiempo apropiado basado en la historia de vida de las especies focales. Por ejemplo, continuar el experimento durante al menos 2 años para perenne de corta vida Rumex spp. para obtener datos sobre todas las etapas de la vida.

3. Un experimento de efecto invernadero ejemplo, con suelo heterogéneo y se homogeneizaron en Potes a medida individual respuestas de las plantas

1. Utilice los suelos de un campo de recogida de residuos replicar (Protocolo 1)para producir un tratamiento heterogénea (es decir, cada medio de una olla llena de suelo recogida de la especie A o la especie B) y un tratamiento homogéneo (es decir bote contiene una mezcla 1:1 de suelo de las especies A y B) (Figura 2a) para el bloque 1 del experimento en los pasos siguientes.
   1. En el contenedor de transporte (por ejemplo, cubo) y antes del encapsulamiento, mezclar el suelo recogida campo de cada especie con arena estéril para producir una mezcla 01:01. Haga esto para mitigar la compactación del suelo y mejorar el drenaje de las macetas, que es especialmente útil para las raíces de lavado, lo que facilita la separación de las raíces de la tierra. Esterilizar arena usando cualquier método estándar (por ejemplo, esterilización en autoclave, irradiación gamma).
   2. Asegúrese de producir cantidades iguales de perturbación (es decir, romper los terrones de suelo en el mismo grado) al mezclar cada lote de suelo de campo con arena.
2. Esterilizar el equipo de manipulación del suelo (paletas, guantes, hojas de plástico) con un punto de accesomadamente 01:10 mezcla de cloro (5-10% de NaClO) y agua para eliminar todas las partículas del suelo. Equipos seco antes de su uso para evitar los efectos del blanqueo en la biota del suelo. Etiquete cada pieza del equipo con la cinta de laboratorio para indicar la especie focal cuyo suelo que se encargará de evitar la contaminación cruzada (por ejemplo, una etiqueta de la paleta de la especie A y una segunda paleta de la especie B) y cada lado de una hoja de plástico rígido para indicar qué el tipo de suelo se potted en cada lado de la misma en el tratamiento del suelo heterogéneo.
3. Cree un tratamiento de suelos heterogéneos utilizando el campo de las mezclas de arena del suelo de las dos especies focales (de la Sección 3.1.1).
   1. Coloque la lámina de plástico rígido en el centro de una olla a dividir por la mitad (Figura 2a). Utilice una olla de tamaño tal que la mitad de ella es equivalente en volumen al tamaño del parche de suelo adecuado (paso 1.1). Por ejemplo, use una olla con un diámetro de 15 cm y 18 cm de profundidad para el Rumex spp. en la Figura 1a (volumen total de3181 cm ^3).
   2. Haga que dos investigadores añaden simultáneamente el suelo recogida de campo de cada especie en el lado adecuado de la olla (por ejemplo α suelo de la especie A) con paletas apropiadamente etiquetados, para mantener a los lados incluso cuando el bote está vacío.
   3. Retire el separador de plástico levantándola verticalmente fuera de la tierra, dejando a los parches de suelo intacto. Esto permite que las plantas experimentan ambos parches de suelo dentro de una olla, esenciales para las plantas de experimentar la heterogeneidad.
   4. Repita Secciones 3.3.1-3.3.3 por 3 unidades experimentales adicionales para producir un bloqueo completo de tratamiento de suelos heterogéneos (2 especies x 2 tipos de parches de suelo en el tratamiento heterogéneo; Figura 2).
4. Cree un tratamiento del suelo homogénea utilizando el campo mezclas de arena del suelo de las dos especies focales (de la Sección 3.1.1).
   1. Repita la Sección 3.3.1. Haga que dos investigadores añadir simultáneamente tanto α y β suelos tantolados de la olla con paletas apropiadamente etiquetados, distribuyendo uniformemente ambos tipos de suelo dentro de cada parche y evitar la creación de capas. Repita la Sección 3.3.3.
   2. Repita la Sección 3.4.1 para una segunda unidad experimental para producir un bloqueo completo de tratamiento del suelo homogéneo (una olla para cada una de las especies focales 2).
5. Repita los pasos 3.2 a 3.4 para el resto de los bloques en el experimento con el suelo restante replicar colecciones (Protocolo 1). Selección aleatoria de bloques y parcelas dentro de los bloques, a través del banco de efecto invernadero.

Figura 2. Ejemplo de efecto invernadero experimental de diseño manipular la heterogeneidad del suelo inducida por la planta. (A) Los suelos recogidos en la zona de la raíz de la influencia de la especie A (α suelos) y la especie B (β suelos) en el campo son el lugard en cada mitad de una olla (tratamiento heterogéneo) o mezclado en toda la olla (tratamiento homogéneo). (B) Las plantas de la especie A continuación, se plantaron en el experimento en cada tipo de parche del suelo en el tratamiento heterogéneo y en un lado de la tratamiento homogéneo. Aquí, sólo una especie (A) se muestra plantado en este diseño. Un diseño totalmente recíproco incluiría plantas de la segunda especie focal (B) plantadas en cada tratamiento del suelo y el tipo de parche en el tratamiento heterogéneo.

6. Plantas de semillero de plantas de especies focales A y B en cada tipo de parche del suelo en un diseño factorial (2 especie x 3 tipos de parche suelo [α suelo, β suelo, y una mezcla homogénea de α y β del suelo]; Figura 2b).
7. Mida las respuestas de las plantas individuales que indican el rendimiento de la planta, tales como el tamaño de la planta, la producción de biomasa o los rasgos funcionales. Rasgos apropiados para medir dependerán de las especies focales y las cuestiones científicas deinterés.
   1. Continuar el experimento hasta que las plantas aparecen grande en relación a los parches de suelo (por ejemplo, aproximadamente 1,5 veces la anchura del parche suelo para herbáceas formadoras de rosetas) para asegurar las raíces de las plantas están creciendo en ambos parches de suelo. Experimental duración dependerá pues de la tasa de crecimiento de las especies focales.
   2. Plantas de cosecha y / o respuestas de medida antes que las plantas convierten destinan a macetas (es decir, el crecimiento de raíces se ve limitada por los confines de la olla y raíces círculo del fondo de la olla) si se desean respuestas realistas para el medio ambiente del suelo. Por ejemplo, las raíces de plantas de maceta enlazado es poco probable que alimentarse a lo largo de la columna de suelo de una manera similar a las plantas en el campo.

Representative Results

Especies respondieron inducida por plantar a la heterogeneidad del suelo en diversas formas, tanto en la población y el nivel individual (Figuras 3 y 4), con implicaciones para la asamblea de la comunidad. Para determinar si las poblaciones de plantas responden a la heterogeneidad del suelo inducida por la planta, un experimento de campo se estableció que en el Protocolo 2, utilizando tres pares de especies congéneres. Las poblaciones de plantas se censaron a la semana durante tres meses, y la proporción total de semillas sembradas que germinó y la proporción total de los plantones que murió en la primera temporada de crecimiento (donde la mortalidad representa la inversa de la supervivencia) se calcularon (Figura 3). Encontramos respuestas de la población de plantas importantes para el suelo heterogeneidad inducida por la planta, lo que sugiere que este experimento fue un éxito en la manipulación de la heterogeneidad que influyó en las poblaciones de plantas. Algunas especies exhiben respuestas no aditivos a la mezcla del suelo, de tal manera que la respuesta observada en eltratamiento homogéneo (parches de suelo αβ) no era una respuesta intermedia a los dos tipos de suelo que se mezclaron para crear que el tratamiento (α, o la misma especie, parches de suelo y β, o congénere, parches de suelo). Por ejemplo, Solanum carolinense tenido menor germinación y Rumex crispus tenían mayor mortalidad en una mezcla homogeneizada de los suelos de la misma especie y de los congéneres de que en cualquiera tipo de suelo por sí sola (Figura 3) ^10. Estos resultados proporcionan posibles mecanismos por los que los ambientes de suelos homogéneos podrían facilitar la convivencia, donde la reducción de la germinación o el aumento de la mortalidad de una especie podría proporcionar parches abiertos para otras especies para colonizar.

Figura 3. Ejemplo resulta de un experimento de campo con suelos heterogéneos y homogéneos. ( (b) la mortalidad proporción de 3 pares de especies congéneres plantados en parches de la misma especie del suelo, el suelo congénere, o una mezcla homogénea de los dos tipos de suelo. Algunas especies respondido al suelo de mezcla de una manera no aditiva, por ejemplo, Rumex crispus tenía una mayor mortalidad en el tratamiento homogéneo que en (R. obtusifolius) parches de suelo, ya sea de la misma especie o de congéneres en el tratamiento heterogénea. PLALAN = Plantago lanceolata, PLAMAJ = P. importante, RUMCRI = R. crispus, RUMOBT = R. obtusifolius, SOLCAR = Solanum carolinense y SOLDUL = S. dulcamara. * P <0,05 de contrastes ortogonales de homogénea vs suelo sin mezclar y frente a la misma especie congénere del suelo dentro de cada especie en un modelo de efectos mixtos con una distribución binomial de error en el estadístico R Medio Ambiente ^11. Se presentan proporciones medias (recuento total dividido por total de la muestra,para mantener la coherencia con los métodos estadísticos ^12). Esta cifra ha sido modificado de Brandt et al. ¹⁰ Véase Brandt et al. ¹⁰ para los métodos de análisis detallados.

Para determinar si las plantas individuales responden a la heterogeneidad del suelo inducida por planta, un experimento en invernadero fue establecido como en el Protocolo 3 usando dos pares de especies congéneres. Debido a que esperábamos plantas para responder al tipo parche suelo en el que se cultivaron en adición a la heterogeneidad del suelo a nivel de la olla, las plántulas se plantaron en cada tipo de parche dentro del tratamiento heterogénea (como en la Figura 2b). Las plantas fueron cultivadas durante 2 meses y después se recogieron para medir el desempeño (biomasa total) y los rasgos funcionales (incluyendo el área foliar específica (SLA), como se muestra en la Figura 4). Se observaron respuestas de las plantas significativas a la heterogeneidad del suelo, lo que sugiere que este experimento fue un éxito en la manipulación de una forma de heterogeneidad del suelo neidad que influye en el rendimiento de la planta. Se ha observado una respuesta aditiva a la mezcla del suelo, en el que las especies tienden a tener menor SLA, o las hojas más gruesas, en una mezcla homogeneizada de suelo y la misma especie congénere de que en cualquiera de los tipos de suelo por sí sola (P = 0,031 a partir de un contraste ortogonal de homogénea vs sin mezclar suelo en un modelo de efectos mixtos con la biomasa vegetal como covariable y el bloque como un efecto aleatorio; Figura 4). El área foliar específica también fue menor en comparación con la misma especie parches de congéneres del suelo (P = 0,004 a partir de un contraste ortogonal de tipos de parche del suelo en el tratamiento del suelo heterogéneo; Figura 4). Estos resultados sugieren que las estrategias de adquisición de recursos de plantas responden a plantar inducido por la heterogeneidad del suelo, lo que tiene implicaciones para el efecto de tal heterogeneidad en el crecimiento de la planta, la fecundidad, y las interacciones entre especies.

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Figura 4. Ejemplo resultados de un experimento de efecto invernadero con suelos heterogéneos y homogéneos. Área foliar específica (SLA), calculado como el área foliar dividido por la masa seca, de 2 pares de especies congéneres cultivadas en parches de la misma especie del suelo, el suelo congénere, o una mezcla homogénea de la dos tipos de suelo. En general, las especies respondieron a la mezcla del suelo de una manera no aditiva, donde SLA fue menor en el tratamiento homogéneo que en los parches de suelo, ya sea de la misma especie o de congéneres en el tratamiento heterogénea. La media de los rasgos de ± 1 SE. PLALAN = Plantago lanceolata, PLAMAJ = P. importante, RUMCRI = R. crispus, RUMOBT = R. obtusifolius.

Discussion

Inducida por la planta-suelo heterogeneidad es muy probable que en las comunidades naturales, porque las plantas tienen efectos grandes y con frecuencia de cada especie en su ambiente del suelo y de las plantas posteriores que experimentan que el suelo (por ejemplo, Petermann et al. ^13). Sin embargo, nuestra comprensión de la función de este tipo de heterogeneidad en las comunidades de plantas es mínima ^10,14. A continuación, presentamos un método para manipular los suelos heterogeneidad inducida por la planta, el uso del suelo de diferentes orígenes (es decir, las zonas de la raíz de la influencia de las diferentes especies) en el campo. Los pasos críticos en el protocolo para evitar la confusión heterogeneidad del suelo inducida por planta con otras variables que afectan las respuestas de la planta son: (1) evitar pseudoreplication de las muestras de suelo recolectadas en el campo y colocados en unidades experimentales y (2) la igualación de las cantidades de la alteración del suelo para los suelos de campo situadas en tratamientos de suelos heterogéneos y homogéneos. Pseudoreplication omuestras de suelo F podría ocurrir si los tratamientos heterogéneos y homogéneos reciben tierra recogida de diferentes plantas o lugares de recolección en el campo, que se pueden evitar mediante la recopilación de suelo en lotes replicadas desde lugares bien espaciadas (paso 1.5). Pseudoreplication puede afectar a los resultados del estudio si, por ejemplo, un patógeno poco frecuente se produce en la zona de la raíz de una planta en el campo y el suelo de la planta sólo se coloca en uno de los dos tratamientos del suelo. Además, los lugares de recolección en el campo pueden ser diferentes en la gestión, la historia de la vegetación, o las propiedades del suelo, por lo que el suelo de cada lugar la recogida se debe utilizar en los dos tratamientos experimentales, que asignaron al azar a través de los posibles factores de confusión. La perturbación de los suelos sobre el terreno (es decir, rompiendo de terrones de suelo) aumenta la compactación del suelo y puede afectar a la interpretación de los resultados. Por ejemplo, si el tratamiento del suelo homogénea recibe mayor perturbación que el tratamiento heterogéneo, entonces el efectode la heterogeneidad del suelo sería un efecto de perturbación del suelo. Los lectores también deben considerar el poder estadístico en el diseño de estos experimentos, lo que afectaría a la cantidad total de suelo requerido (paso 1.1) y el número de individuos de cada especie focal desde la que recogen del suelo en el campo (paso 1.2). Los experimentos preliminares se podrían utilizar para determinar el tamaño del efecto y la varianza esperada, y esta información podría entonces usarse para diseñar un experimento con la replicación suficiente ^15.

Este protocolo podría ser fácilmente modificado para dar cabida a otros métodos para el estudio de evaluaciones planta-suelo (por ejemplo, mediante el uso de los suelos acondicionado en el invernadero ¹⁶⁾ y diseños experimentales alternativos (por ejemplo, diferentes escalas espaciales o temporales, competencia interespecífica ^17). Experimentos adicionales también podrían utilizar especies focales alternativas. La selección de especies focales tiene implicaciones tanto para la logística del estudio yinterpretación de los resultados, pero sobre todo se debe hacer para abordar mejor las preguntas del investigador de interés. Mostramos representativos Resultados para parejas estrechamente relacionadas de especies, lo que nos permitió controlar en cierta medida por la forma de crecimiento ^{de 18 años} y un efecto de la filogenia de las respuestas de retroalimentación planta-suelo (por ejemplo, quemaduras y Strauss ^19). El tamaño de la especie focal determina la escala de parches de suelo utilizado y su historia de vida puede afectar a la duración del experimento. Dos especies focales de diferentes tamaños pueden responder de manera diferente a la misma escala de suelo heterogeneidad inducida por planta si las especies más pequeñas no pueden integrar a través de diferentes tipos de parches de suelo a la misma medida que las especies más grandes (por ejemplo, zona de las raíces de las especies más pequeñas "se limita a un solo parche de suelo). Además, el uso de especies con una forma de crecimiento clonal es probable que produzca diferentes respuestas a la heterogeneidad del suelo que las especies que se reproducen exclusivamente de semillas (como reviEwed en Reynolds y Haubensak ^14).

Una limitación importante de este método es que los mecanismos que regulan las respuestas a la heterogeneidad del suelo (por ejemplo, factores abióticos como la química del suelo, factores bióticos, como las comunidades microbianas del suelo) no se identifican sin más trabajo. Por ejemplo, nuestros resultados sugieren que el suelo homogéneo (es decir, suelos mixtos) puede dar lugar a efectos no aditivos, tanto en la población y el nivel de la planta individual, donde las respuestas de las plantas en el tratamiento homogéneo no eran relativas intermedia para plantar las respuestas en los dos tipos de suelo que compone la mezcla. Mezcla del suelo podría ocurrir en las comunidades naturales como consecuencia de perturbaciones, tales como excavación roedores, o como resultado de las zonas de influencia de la raíz se superponen como plantas de diferentes especies crecen en zonas de cada uno de enraizamiento. Un posible mecanismo para estos hallazgos es un efecto de la biota del suelo, lo que podría contribuir a la respuesta aditivas si las comunidades de bacterias, hongos, u otros organismos interactúan durante el mezclado del suelo, el cambio de la composición biótica del suelo y por lo tanto las respuestas de las plantas a que el suelo. Mecanismos abióticos también pueden provocar la respuesta no aditivos, si las respuestas funcionales de las plantas a los conductores abióticos (por ejemplo, niveles de nutrientes) son no lineales ^20. Experimentos y muestreos adicionales son, pues, necesarios para identificar las causas de la respuesta de las plantas a estos tratamientos al suelo, con implicaciones para su aplicación a las comunidades naturales. Por ejemplo, el papel de los factores bióticos del suelo en el gobierno de respuestas de las plantas para plantar inducido por la heterogeneidad del suelo puede ser probado utilizando suelos condicionados por especies focales en el invernadero en comparación con los suelos esterilizados, que proporcionan un control negativo para probar el papel de la biota del suelo.

Demostramos respuestas de las plantas importantes para el suelo heterogeneidad inducida por la planta, lo que sugiere que las plantas sí influyen en la heterogenei ambientaldad que afecta asamblea de la comunidad de la planta (Figura 5). La heterogeneidad puede por lo tanto ser intrínseca a la composición de la comunidad, en lugar de los tipos más extrínsecos de la heterogeneidad que los estudios de asamblea de la comunidad de plantas han considerado con mayor frecuencia ^3. El nuevo método que aquí se presenta tiene potencial para conciliar las predicciones contradictorias de la teoría y los resultados de experimentos sobre la relación entre la heterogeneidad ambiental y la coexistencia de las especies o la diversidad ^4,14. La teoría predice que la heterogeneidad del medio ambiente conduce a una mayor diversidad de especies (revisado en Melbourne et al. ^3), sin embargo los experimentos anteriores manipulación directa de la heterogeneidad de nutrientes del suelo han encontrado a menudo la tendencia opuesta (revisado en Lundholm ⁴ y Reynolds y Haubensak ^14), lo que sugiere que otros tipos de la heterogeneidad, como los resultantes de evaluaciones planta-suelo, deben ser examinados.Este método de manipulación de suelo heterogeneidad inducida por la planta indica mecanismos específicos por los que la convivencia se puede facilitar en entornos homogéneos. Por ejemplo, si las plantas residentes tienen la germinación bajo o más alto de mortalidad en los suelos homogéneos, como se encontró para algunas especies (Figura 3), entonces estos entornos más homogéneos pueden ser más invasible, en contra de las predicciones tradicionales de la teoría. Además, las predicciones de convivencia para cada par de especies en suelos heterogéneos se pueden calcular utilizando ⁷ respuestas de las especies a cada tipo de parche del suelo dentro del tratamiento heterogéneo, lo que permite a los investigadores determinar de qué especie se podrían esperar suelo heterogeneidad inducida por la planta para facilitar la convivencia ^10.

Figura 5. Conceptualizacióndel valor de hacer frente a la heterogeneidad del suelo inducida por la planta. (a) la conceptualización tradicional de la influencia de la heterogeneidad en la convivencia y la asamblea de la comunidad se ha centrado en el efecto de la heterogeneidad extrínseca a la composición de la comunidad (por ejemplo, la topología del paisaje) en el conjunto de la comunidad. (B) Los nuevos métodos propuestos aquí se incluyen los efectos de las plantas sobre la heterogeneidad del suelo impulsado por evaluaciones planta-suelo, donde las plantas influyen en la biota, la química o la estructura del suelo de una manera que influye en el rendimiento de plantas subsiguiente en ese suelo. Esta perspectiva reconoce que la heterogeneidad intrínseca a la composición de la comunidad, incluidos los efectos bióticos y abióticos, también influye en el montaje.

Heterogeneidad Manipulando que es intrínseca a la comunidad permite a rigurosas pruebas de las posibilidades de convivencia dependiente de la frecuencia que podría ser el resultado de evaluaciones bióticas, tales como plaevaluaciones nt-suelo, e integra nuestra comprensión de este mecanismo con el mayor cuerpo de teoría convivencia ^9. Debido a que este tipo de heterogeneidad es dinámico con el tiempo, su influencia en la asamblea de la comunidad dependerá de la longitud de tiempo que toma para evaluaciones planta-suelo para desarrollar y la longitud de los efectos heredados retroalimentación planta-suelo en las comunidades. Por lo tanto, se necesita más trabajo empírico en la escala temporal sobre el que estos efectos se desarrollan y se degradan. Las aplicaciones futuras que podrían surgir a partir de esta obra por lo que comprenden información nueva teoría que incorpore la heterogeneidad impulsado por procesos intrínsecos de retroalimentación (por ejemplo Fukami y Nakajima ²⁰⁾ y otras pruebas empíricas del papel de estos procesos intrínsecos en el montaje (por ejemplo, Brandt 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.