Il nostro studio esplora se la relazione tra la diversità delle piante e il funzionamento dell'ecosistema è influenzata dalla storia delle piante, dalla storia del suolo o da una combinazione delle due. Esaminiamo come le storie specifiche della comunità a lungo termine nelle piante e nei suoli modellano queste relazioni. Utilizziamo prati seminaturali sperimentali in una struttura controllata Ecotron.
Recenti ricerche evidenziano come la relazione positiva tra la diversità vegetale e il funzionamento dell'ecosistema si rafforzi nel tempo. Esperimenti a lungo termine dimostrano che una maggiore biodiversità migliora, ad esempio, l'uso delle risorse, gli organismi benefici del suolo, il controllo naturale dei parassiti e la resilienza degli ecosistemi. I fattori chiave che dovrebbero influenzare tali effetti sulla biodiversità sono la storia delle piante e del suolo.
Sono emerse nuove strutture sperimentali, note come Ecotrons, progettate per replicare gli ecosistemi naturali in condizioni controllate. Queste strutture sono dotate di più recinzioni per lo studio di processi ecosistemici complessi, interazioni multi-traffico e funzioni dell'ecosistema. Gli ecotron consentono un controllo preciso delle condizioni ambientali e consentono il monitoraggio degli ecosistemi sia sopra che sotto terra in camere mesocosmiche indipendenti.
Il nostro protocollo ci offre l'opportunità unica di studiare i modulati intatti del suolo in condizioni ambientali controllate, di incrociare ortogonalmente piante e suoli con una diversa storia specifica della comunità vegetale e di studiare i loro effetti su molteplici funzioni ecosistemiche lungo un gradiente di diversità vegetale, che è difficile da ottenere in condizioni di campo. Per iniziare, rimuovi delicatamente i cinque centimetri superiori di terreno dagli appezzamenti selezionati utilizzando un miniescavatore per equalizzare le condizioni tra i trattamenti della storia del suolo. Installa il dispositivo di estrazione del monolite sul terreno per iniziare lo scavo del monolite del suolo.
Quindi, accendi il dispositivo di estrazione del monolite e lascia che il sistema di taglio ruoti attorno alla parete esterna del cilindro per tagliare una tacca nel terreno, mentre il dispositivo di estrazione preme contemporaneamente il cilindro d'acciaio nel terreno. Parallelamente, utilizzando un mini escavatore, scavare una fossa a lato del cilindro d'acciaio. Una volta che il cilindro in acciaio è completamente incorporato nel terreno, montare una piastra inferiore temporanea e utilizzare il dispositivo di estrazione monolitico per sollevare il cilindro dalla fossa di scavo.
Smontare il dispositivo di aspirazione e il sistema di taglio dal cilindro in acciaio. Quindi montare una piastra superiore temporanea sul cilindro. Solleva il monolite utilizzando una sospensione fissata al mini escavatore e capovolgilo.
Quindi, smontare la piastra inferiore dal cilindro in acciaio. Usando una cazzuola, rimuovere circa cinque centimetri di strato di terra dal fondo del cilindro d'acciaio. Incorporare un anello di sonde di aspirazione dell'acqua, costituito da otto candele collegate con tubi flessibili in cloruro di polivinile, nella polvere di quarzo.
Inumidire la polvere con acqua demineralizzata e riempire nuovamente il fondo del cilindro di acciaio con il terriccio. Collegare l'estremità in cloruro di polivinile dell'anello della sonda di aspirazione dell'acqua alla piastra inferiore. Avvitare saldamente la piastra inferiore al cilindro in acciaio.
Ruotare il cilindro d'acciaio in posizione verticale utilizzando la sospensione del miniescavatore. Etichettare il cilindro individualmente. Sigillare le aperture nelle sue pareti con nastro adesivo e avvolgerlo in un foglio di plastica per proteggerlo durante il trasporto.
Dopo il disimballaggio, praticare i fori di precisione per i sensori orizzontalmente nel monolite del terreno con una lama in acciaio personalizzata, utilizzando le aperture nella parete del cilindro a tre diverse profondità. Posizionare i sensori del terreno nei fori preparati e utilizzare un tronco di legno per posizionarli correttamente. Avvitare le aperture con tappi di tenuta su misura.
Sollevare con cautela la parte tecnica e superiore di ogni EcoUnit dalla parte inferiore. Trasporta la parte inferiore ai cilindri in acciaio contenenti i monoliti del terreno intatti dotati di sensori del suolo. Quindi, solleva quattro monoliti di terra nel contenitore inferiore di ciascuna delle 24 EcoUnit.
Far passare i cavi dei sensori del suolo attraverso le aperture del contenitore a terra. Usa il carrello elevatore per trasportare il container dotato dei quattro monoliti di terra in una sala di 24 metri per 24 metri. Riposizionare con cura le parti tecniche e superiori di ciascuna EcoUnit sulla parte inferiore.
Infine, disponi tutte le 24 EcoUnit in tre file, ciascuna composta da due gruppi di quattro EcoUnit, per un totale di sei blocchi. Dopo aver raccolto il terreno da ciascuno degli appezzamenti selezionati presso il sito sperimentale di Jena, setacciare ogni terreno specifico dell'appezzamento attraverso una maglia di quattro millimetri. Riscalda la sabbia in un forno di essiccazione a 200 gradi Celsius per quattro ore per rimuovere il biota indesiderato.
Dopo il riscaldamento, mescolare il terreno specifico dell'appezzamento e la sabbia di quarzo in un rapporto di tre a uno. Usando una pala di plastica, riempi la miscela di terra e sabbia in piatti multi-pentola. Etichettare singolarmente ogni piatto multi-pentola.
Metti le piastre in una serra con un ciclo giorno-notte di 16 ore a 18 gradi Celsius e otto ore a 12 gradi Celsius. Mantenimento del 60-70% di umidità relativa. Dopo aver annaffiato le piastre su richiesta e averle mantenute nude per due settimane per consentire alle banche dei semi del terreno di germogliare, diserbare tutte le piastre due volte per rimuovere le piantine indesiderate.
Pretrattare i semi di ranunculus acris in piastre di Petri su carta da filtro inumidita con una soluzione di acido gibberellico per 24 ore per interrompere la dormienza. Il giorno successivo, trasferire i semi di ranunculus acris su carta da filtro inumidita con acqua demineralizzata fino alla germinazione. Una volta che i semi raggiungono lo stadio radicale, usa una pinzetta per molle per pungere le piantine nel substrato di terra e sabbia specifico per l'appezzamento nelle piastre multi-vaso preparate.
Semina tutte le specie tranne il ranunculus acris direttamente nel substrato di terra e sabbia specifico dell'appezzamento in piastre multi-vaso. Innaffia tutti gli individui delle piante con acqua deionizzata. Incubare le piastre nella serra fino al trasporto all'iDiv Ecotron.
Dopo aver aperto l'EcoUnit, per la campagna di piantumazione, utilizzare uno stencil di piantagione su misura per segnare l'esatta posizione di ogni pianta sui monoliti del terreno. Assegna stuzzicadenti di plastica di diversi colori per la marcatura, con ogni colore che rappresenta una specifica specie vegetale. Rimuovere lo stencil dopo la marcatura.
Pianta le piante pre-coltivate su tutti i monoliti del terreno entro una settimana utilizzando fioriere a bulbo con un diametro di quattro centimetri. Accendi le luci e imposta il regime di illuminazione su un ciclo di 16 ore diurne e otto ore notturne. Simula il crepuscolo attenuando le luci dal 100% al 75% di intensità nell'arco di un'ora, quindi allo 0% nell'ora successiva.
Simula l'alba invertendo questo schema di oscuramento. Le differenze specifiche del trattamento nell'altezza e nel colore della comunità vegetale sono state osservate dopo una fase di insediamento di tre settimane dell'esperimento JenaTron e le piante cresciute da semi senza storia vegetale hanno mostrato un inizio di fioritura precoce rispetto a quelle con una storia vegetale specifica della comunità. Le misurazioni dell'altezza vegetativa delle piante nell'iDiv Ecotron sono risultate fortemente correlate con quelle effettuate sul campo nell'esperimento di Jena, confermando la coerenza nello sviluppo delle piante.
