Protocole expérimental pour l'hétérogénéité du sol Manipulation des plantes induite

Summary

Comprendre le rôle de l'hétérogénéité de l'environnement dans la coexistence des espèces ont généralement porté sur les types d'hétérogénéité qui sont extrinsèques à la composition des espèces de la communauté. Nous fournissons de nouvelles méthodes de création des traitements de l'hétérogénéité du sol en utilisant des sols soumis à sol-plante commentaires conditionné, ou l'hétérogénéité intrinsèque de la composition de la communauté.

Abstract

la théorie de la coexistence a souvent traité l'hétérogénéité environnementale comme étant indépendante de la composition de la communauté, mais des évaluations biotiques tels que des évaluations plante-sol (PSF) ont des effets importants sur la performance de l'usine, et de créer l'hétérogénéité de l'environnement qui dépend de la composition de la communauté. Comprendre l'importance de PSF pour l'assemblage de la communauté végétale nécessite la compréhension du rôle de l'hétérogénéité des PSF, en plus de signifier effets de PSF. Ici, nous décrivons un protocole pour la manipulation de l'hétérogénéité du sol induite par plante. Deux exemples d'expériences sont présentés: (1) une expérience de terrain avec une grille 6-patch de sols pour mesurer les réactions des populations végétales et (2) une expérience à effet de serre avec des sols 2 patchs pour mesurer les réponses individuelles de plantes. Les sols peuvent être collectées à partir de la zone d'influence de la racine (sols de la rhizosphère et juste à côté de la rhizosphère) des plantes dans le domaine d'espèces de plantes de la même espèce et hétérospécifiques. Répliquer recueillirions sont utilisés pour éviter pseudoreplicating échantillons de sol. Ces sols sont ensuite placés dans des patches séparés pour les traitements hétérogènes ou mixte pour un traitement homogène. Des précautions doivent être prises pour s'assurer que les traitements hétérogènes et homogénéisés éprouvent le même degré de perturbation du sol. Les plantes peuvent alors être placés dans ces traitements de sol pour déterminer l'effet de l'hétérogénéité du sol induite plantes sur le rendement de la plante. Nous démontrons que les résultats de l'hétérogénéité induite plantes à des résultats différents que prédit par les modèles de coexistence traditionnels, peut-être en raison de la nature dynamique de ces évaluations. Théorie qui intègre l'hétérogénéité de l'environnement influencé par la communauté d'assemblage et les travaux empiriques supplémentaires sont nécessaires pour déterminer le moment où l'hétérogénéité intrinsèque à la communauté d'assemblage se traduira par des résultats différents de montage par rapport à l'hétérogénéité extrinsèque à la composition de la communauté.

Introduction

L'un des principaux objectifs de l'écologie des communautés est d'expliquer et prédire les processus régissant les réunions de la communauté. Toutefois, les communautés végétales sont souvent plus diversifié que prévu par la théorie de la coexistence ^1, et les écologistes de restauration ont besoin de comprendre les mécanismes de coexistence pour restaurer avec succès diverses communautés autochtones ^2. Hétérogénéité environnementale est un mécanisme théorique important qui peut aider à expliquer les niveaux élevés de diversité de la communauté, mais des manipulations expérimentales de l'hétérogénéité sont rares ³ et se concentrer sur l'hétérogénéité biologique (par exemple examiné dans Lundholm ^4). Théorie qui intègre l'hétérogénéité suppose généralement que l'hétérogénéité est extrinsèque à la communauté d'assemblage. Hétérogénéité extrinsèque est régie par des facteurs tels que la typologie des paysages, qui sont indépendants de la composition de la communauté. Hétérogénéité extrinsèque peut entraîner la coexistence à travers la séparation des niches (Reviemarier à Melbourne et al. ^3, par exemple Pacala et Tilman ⁵ et Chesson ^6). Cependant, une grande partie de l'hétérogénéité environnementale pertinente pour les communautés de plantes peut être intrinsèque à la communauté, le développement de la communauté et assemble selon l'identité de l'espèce dans la communauté. Hétérogénéité intrinsèque peut résulter d'évaluations biotiques, ce qui peut conduire à la coexistence par fréquence dépendance négative (par exemple, Bever et al. ^7). Ici, nous décrivons une nouvelle méthode pour manipuler l'hétérogénéité du sol induite par plante, un type de l'hétérogénéité du sol qui est intrinsèque à la communauté et pose de rétroactions plantes-sol.

Évaluations plante-sol (PSF) se produire lorsque les plantes influencer la structure du sol, la chimie ou le biote de manière qui affecte la performance subséquente de la plante dans ce sol, et PSF avoir des effets importants moyens sur la performance des usines dans les communautés de plantes indigènes ⁸. Études de PSF ont généralement soit recueilli des sols sur le terrain ou les sols climatisées expérimentalement, a ensuite demandé comment les plantes produisent dans le sol par rapport à la même espèce hétérospécifiques ou stérilisé sol ^9. Si les plantes obtiennent de meilleurs résultats dans le sol de la même espèce par rapport à la référence des sols, alors PSF sont positifs, alors que si les plantes obtiennent de meilleurs résultats dans les sols de référence, PSF sont négatifs. PSF négative réciproque peut conduire à la coexistence dépendant de la fréquence entre les espèces ^7. Alors que les effets moyens de PSF sont bien caractérisés ^8, les effets de l'hétérogénéité spatiale dans PSF sont mal comprises ^10.

Parce que PSF se produire à l'échelle de plantes individuelles ⁷ et parce que les plantes sont souvent distribués de façon non aléatoire dans l'espace et le temps, PSF sont susceptibles de conduire à l'hétérogénéité du sol, que nous appelons l'hétérogénéité du sol induite usine. Contrairement à de nombreuses autres formes d'hétérogénéité (par exemple paysage topologie), ce heterogeneity est intrinsèque à la communauté d'assemblage et peut ainsi influencer assemblée communautaire différemment que les formes plus extrinsèques de l'hétérogénéité. Afin de comprendre l'influence de cette forme d'hétérogénéité sur la performance de l'usine et de la coexistence, nous avons besoin de méthodes expérimentales qui manipulent l'hétérogénéité du sol induite par plante. Ici, nous démontrons une telle méthode, qui utilise les sols conditionnés par deux espèces de créer un traitement hétérogène avec des plaques séparées à partir de deux origines de sol et un traitement homogène, qui est un mélange des deux origines de sol. Ce mélange des sols pourrait représenter au moins les deux scénarios dans le domaine: (1) perturbation (par exemple des rongeurs, agriculture) qui mélangent les sols de différentes origines ou (2) les plantes de deux espèces qui poussent dans la proximité, de sorte que leurs zones d'influence de la racine s'entremêlent et homogénéiser.

Nous présentons deux expériences exemple qui utilisent l'hétérogénéité du sol induite usine pour répondre aux questions clés au leve différentels de l'organisation écologique: (1) Les populations de plantes répondent à planter induite par l'hétérogénéité du sol? et (2) Les plantes individuelles répondre à l'hétérogénéité des sols induite par l'usine? Nous décrivons une expérience sur le terrain à partir de 6 patchs de sol pour répondre à la première question et une expérience à effet de serre en utilisant deux plaques de sol pour répondre à la deuxième question. Quantifier à la fois la population et les réponses des plantes individuelles à l'hétérogénéité du sol est essentielle pour comprendre comment ensemble des influences de l'hétérogénéité de la communauté.

Protocol

Une. Recueillir des sols sur le terrain pour produire des traitements de sol homogènes et hétérogènes Identifier les deux espèces de plantes cooccurring dans des habitats similaires et les types de sol pour l'étude (par exemple, la figure 1a). Déterminer la quantité de sol nécessaire basée sur le sol la taille des parcelles à utiliser dans l'expérience (par exemple, un tiers à la moitié de la zone racine primaire les espèces focales de, ou le volume en…

Representative Results

Espèce répondu hétérogénéité du sol pour planter induite de diverses manières à la fois la population et au niveau individuel (figures 3 et 4), avec des implications pour l'assemblage de la communauté. Pour déterminer si les populations de plantes répondent à l'hétérogénéité des sols induite par l'usine, une expérience sur le terrain a été établi que dans le protocole 2 à l'aide de trois paires d'espèces congénères. populations de plantes on…

Discussion

Hétérogénéité des sols induite plantes est très probable dans les communautés naturelles, car les plantes ont des effets importants et souvent des espèces spécifiques sur leur environnement de sol et les plantes suivantes qui connaissent que le sol (par exemple Petermann et al. ^13). Cependant, notre compréhension du rôle de ce type d'hétérogénéité sur les communautés végétales est minime ^10,14. Ici, nous présentons une méthode pour manipuler l'hétéro…

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.