Kurgulama Bitki kaynaklı Toprak Heterojen Deneysel Protokol
Summary
Türler arada çevre heterojenitenin rolünü anlamak genellikle toplumun tür kompozisyonu için dışsal olan heterojen türleri üzerine odaklanmıştır. Biz bitki-toprak geribildirim klima, ya da toplum kompozisyon içsel heterojen tabi topraklar kullanarak toprak heterojen tedaviler oluşturmak için yeni ayrıntılı yöntemler sağlar.
Abstract
Ancak böyle bir bitki-toprak yorumlarından (PSF) gibi biyotik geribildirimler bitki performansı üzerinde büyük etkileri vardır, ve toplum kompozisyon bağlıdır çevresel heterojenliğini oluşturmak; birlikteliği teorisi genellikle toplum kompozisyon bağımsız olarak çevre heterojenliğini tedavi etmiştir. Bitki topluluğu montaj için PSF önemini anlama PSF etkileri anlamına ek olarak PSF heterojenite rolünün anlaşılmasını gerektirir. Burada, bitki kaynaklı toprak heterojenliği işlemek için bir protokol açıklar. İki örnek deneyler sunulmuştur: Bitki nüfus tepkilerini ölçmek ve (2) 2-yama topraklar ile bir sera deneme bireysel bitki tepkilerini ölçmek için toprakların bir 6-yama ızgara ile (1) bir alan deney. Topraklar kök etkisi (rizosferde kir ve rizosfer doğrudan bitişik) conspecific ve heterospesifik bitki türlerinden alanında bitkileri ile bölgesinden toplanabilir. Toplamak çoğaltiyonları toprak örnekleri pseudoreplicating önlemek için kullanılır. Bu kirler ardından homojen bir tedavi için ya da karışık heterojen tedaviler için ayrı yamalar halinde yerleştirilir. Bakım heterojen ve homojenize tedaviler toprak rahatsızlık aynı derecede deneyim sağlamak için alınmalıdır. Bitkiler daha sonra bitki performansı üzerindeki bitki kaynaklı toprak heterojenlik etkisini belirlemek için bu toprak tedavilerde yerleştirilebilir. Biz belki de bu geri bildirimler dinamik yapısı geleneksel birlikteliği modellerinde öngörülenden daha farklı sonuçlarda bu bitki kaynaklı heterojen sonuçlar göstermektedir. Montaj toplum ve ilave ampirik çalışmalarından etkilenmiş çevre heterojenliğini içeriyor Teorisi montaj topluma içsel heterojen toplum kompozisyona heterojenite dışsal ile karşılaştırıldığında farklı montaj sonuçlara neden olacaktır belirlemek için gereklidir.
Introduction
Toplum ekolojinin temel amaçlarından biri, toplum takımını yöneten süreçleri açıklamak ve tahmin etmektir. Ancak, bitki toplulukları sık sık bir arada yaşama teorisi 1 tarafından tahmin edilenden daha çeşitlidir, ve restorasyon ekolojistler başarıyla çeşitli yerli toplulukları 2 geri birlikteliği mekanizmaları anlamak gerekir. Çevresel heterojenlik toplum çeşitliliğin yüksek düzeyde açıklanmasına yardımcı olabilecek bir teorik önemli bir mekanizma olduğunu, ancak heterojenitenin deneysel manipülasyonlar 3 seyrek ve (örneğin Lundholm 4 gözden) abiyotik heterojen odaklanmak. Heterojenliğini içeriyor Teorisi genellikle heterojen montaj topluma dışsal olduğunu varsayar. Dışsal heterojen toplum kompozisyon bağımsız gibi peyzaj tipolojisi gibi faktörler tarafından yönetilir. Dışsal heterojenite niş Bölmeli (revie aracılığıyla arada neden olabilirMelbourne ve diğ. 3, örneğin Pacala ve Tilman 5 ve Chesson 6) evlenmek. Ancak, bitki toplulukları ile ilgili çevresel heterojenitenin çok topluluk toplanır gibi gelişmekte ve toplum içinde türlerin kimliğine bağlı olarak, topluma içsel olabilir. İçsel heterojenite negatif frekans bağımlılığı (örneğin Bever ve ark. 7) ile bir arada yaşama yol açabilir biyotik geri bildirimler, kaynaklanabilir. Burada, bitki kaynaklı toprak heterojenliği, topluma içsel ve bitki-toprak yorumlarından kaynaklanan toprak heterojen bir türünü işlemek için yeni bir yöntem açıklanmaktadır.
Bitkiler bu toprakta daha sonraki bitki performansını etkileyen bir şekilde toprak yapısını, kimya, ya da biyotayı etkilemek ve PSF yerli bitki toplulukları 8 bitki performansı üzerinde büyük etkileri ortalama olduğunda bitki-toprak geribildirimler (PSF) meydana. PSF Çalışmalar genellikle ya deneysel alanından toprakları ya da klimalı topraklar topladık, sonra bitkiler toprak 9 heterospesifik veya sterilize etmek conspecific toprak göreli olarak nasıl performans sordu. Bitkiler toprakların referans conspecific toprak göreli olarak daha iyi performans ise bitkiler referans topraklarda daha iyi gerçekleştirmek, PSF negatif ise, o PSF, olumlu. Karşılıklı negatif PSF türler 7 arasındaki frekans-bağımlı bir arada yaşama yol açabilir. PSF ortalama 8 etkileri iyi karakterize edilmiş olmakla birlikte, PSF mekansal heterojenlik etkisi zayıf 10 anlaşılmıştır.
Bitkiler genellikle nonrandomly uzay ve zaman içinde dağıtılır çünkü PSF bireysel bitkilerin 7 ölçekte meydana çünkü, PSF biz bitki kaynaklı toprak heterojen çağrı toprak heterojen, yol muhtemeldir. Heterojenite diğer birçok formları (örneğin manzara topoloji) farklı olarak, bu heterogeneity montaj topluma içsel ve böylece farklı heterojen fazla dışsal formları daha topluluğu takımını etkileyebilir. Bitki performansı ve birlikte yaşama üzerine heterojenlik bu formun etkisini anlamak için, biz bitki kaynaklı toprak heterojenliği işlemek deneysel yöntemler gerekir. Burada, iki toprak kökenli ve iki toprak kökenli bir karışımı homojen bir tedavi, ayrı yamalar ile heterojen bir tedavi oluşturmak için iki tür şartlandırılmış kirleri kullanan bir yöntemi göstermektedir. Bu toprak karıştırma alanında en az iki makul senaryo temsil edebilir: Farklı kökenlerden topraklarda veya yakın büyüyen iki türün (2) bitkiler, karışımlar (1) bozukluğu (örneğin, kemirgen, tarım) öyle ki kök kendi etki bölgeleri karışmasına ve homojenize.
Biz farklı leve önemli soruları cevaplamak için bitki kaynaklı toprak heterojenliği kullanan iki örnek deneyler sunmakekolojik organizasyon ls: (1) bitki popülasyonları toprak heterojenliği bitki kaynaklı cevap mı? ve (2) bireysel bitkiler bitki kaynaklı toprak heterojen cevap mı? Biz ikinci soruyu çözmek için 2 toprak yamaları kullanarak ilk soruyu ve bir sera deneyi ele 6 toprak yamaları kullanarak bir alan deney açıklar. Nüfus ve toprak heterojen bireysel bitki tepkileri hem miktarının ne kadar heterojen etkiler topluluk düzeneğini anlamak esastır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bitkilerin toprak çevreye büyük ve genellikle türe özgü efektleri ve o toprak (örn. Petermann ve ark. 13) yaşamaya sonraki bitkiler var çünkü bitki kaynaklı toprak heterojen doğal toplumlarda son derece muhtemeldir. Ancak, bitki toplulukları üzerinde heterojenite bu tür rolü anlayışımız 10,14 az. Burada, biz alanda farklı kökenlerden (farklı türlerin kök etkisi yani bölgeleri) den toprak kullanmadan bitki kaynaklı toprak heterojenliği işlemek…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz ortak bahçesi kurulması için yardım, A. Locci, C. Bond, ve A. Alldridge dahil, Case Western Reserve Üniversitesi Squire Valleevue ve Valley Ridge Çiftlikleri teşekkür ederim. J. Kancalar, L. Huffman, L. Gonzales, SC Leahy, B. Ochocki, A. Ubiles, C. Yu, X. Zhao, ve NM Zimmerman alan yardım sağladı. AJB ve JHB CWRU gelen JHBGAD için başlangıç fonları tarafından finanse edildi Howard Hughes Tıp Enstitüsü tarafından finanse CWRU gelen Lisans Araştırma hibe bir Yaz Programları tarafından desteklenen. Bu çalışma aynı zamanda jhb Ulusal Bilim Vakfı finansman (DEB 1250170) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| 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. |
References
- Agrawal, A. A., et al. Filling key gaps in population and community ecology. Front. Ecol. Environ. 5, 145-152 (2007).
- Suding, K. N. Toward an era of restoration in ecology: successes, failures, and opportunities ahead. Ann. Rev. Ecol. Evol. System. 42, 465-487 (2011).
- Melbourne, B. A., et al. Invasion in a heterogeneous world: resistance, coexistence or hostile takeover. Ecol. Lett. 10, 77-94 (2007).
- Lundholm, J. T. Plant species diversity and environmental heterogeneity: spatial scale and competing hypotheses. J. Veg. Sci. 20, 377-391 (2009).
- Pacala, S. W., Tilman, D. Limiting similarity in mechanistic and spatial models of plant competition in heterogeneous environments. Am. Natural. 143, 222-257 (1994).
- Chesson, P. General theory of competitive coexistence in spatially-varying environments. Theor. Pop. Biol. 58, 211-237 (2000).
- Bever, J. D., Westover, K. M., Antonovics, J. Incorporating the soil community into plant population dynamics: the utility of the feedback approach. J. Ecol. 85, 561-573 (1997).
- Kulmatiski, A., Beard, K. H., Stevens, J. R., Cobbold, S. M. Plant-soil feedbacks: a meta-analytical review. Ecol. Lett. 11, 980-992 (2008).
- Bever, J. D., et al. Rooting theories of plant community ecology in microbial interactions. Trends. Ecol. Evol. 25, 468-478 (2010).
- Brandt, A. J., de Kroon, H., Reynolds, H. L., Burns, J. H. Soil heterogeneity generated by plant-soil feedbacks has implications for species recruitment and coexistence. J. Ecol. 101, 277-286 (2013).
- . . R: A language and environment for statistical computing. , (2012).
- Crawley, M. J. . The R Book. , (2007).
- Petermann, J. S., Fergus, A. J. F., Turnbull, L. A., Schmid, B. Janzen-Connell effects are widespread and strong enough to maintain diversity in grasslands. Ecology. 89, 2399-2406 (2008).
- Reynolds, H. L., Haubensak, K. A. Soil fertility, heterogeneity, and microbes: towards an integrated understanding of grassland structure and dynamics. Appl. Veg. Sci. 12, 33-44 (2009).
- Sokal, R. R., Rohlf, F. J. . Biometry, 3rd edn. , (1995).
- Klironomos, J. N. Feedback with soil biota contributes to plant rarity and invasiveness in communities. Nature. 417, 67-70 (2002).
- Mommer, L., van Ruijven, J., Jansen, C., van de Steeg, H. M., de Kroon, H. Interactive effects of nutrient heterogeneity and competition: implications for root foraging theory?. Funct. Ecol. 26, 66-73 (2012).
- Felsenstein, J. Phylogenies and the comparative method. Am. Natural. 125, 1-15 (1985).
- Burns, J. H., Strauss, S. Y. More closely related species are more ecologically similar in an experimental test. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 5302-5307 (2011).
- Fukami, T., Nakajima, M. Community assembly: alternative stable states or alternative transient states. Ecol. Lett. 14, 973-984 (2011).
