私たちは、共通の庭を確立する助け、A. Locci、C.債券、およびA. Alldridge含め、ケースウェスタンリザーブ大学の大地主Valleevueバレーリッジファームに感謝します。 J·フック、L·ハフマン、L.ゴンザレス、サウスカロライナ州リーヒー、B. Ochocki、A. Ubiles、C.ゆう、X.趙、およびNMジマーマンは、フィールドの支援を提供した。 AJBとJHBはCWRUからJHBGADにスタートアップ資金によって資金を供給されたハワード·ヒューズ医学研究所によって資金を供給CWRUから学部研究助成金でサマープログラムでサポートされていました。この作品はまた、JHB（DEB 1250170）に国立科学財団の資金によってサポートされていました。

1。異機種で均質な土壌処理剤を製造するためのフィールド土壌を収集<ol><li>研究のための類似の生息地や土壌タイプにおける2共起植物種（ 例えば 図1a）を特定します。土壌の量を測定し、実験に必要なパッチの数（焦点種の主要ルートゾーンの半分、またはルートボールに包含されるボリュームに例えば三分の一）の実験で使用するために土壌のパッチサイズに基づいて必要（以下、プロトコル2および3を参照）。 <ol><li> ギシギシ属のため。 （ 図1a）、この定義されたゾーン〜18 cm奥行き（5655センチメートル3土壌に植物の根元から10cm半径のおおよそのルートゾーン用×18センチメートル（長さ×幅×奥行き）×10cmの10cmの土壌のパッチを使用し1個々の植物のルートの影響は1800センチメートル3）の3土壌のパッチが得られます。 </li></ol></li><li> 2つの焦点の種の大人の個人を特定する調査現場。そのカンガルー個人を避けるTゾーンはおそらく他の焦点の種（ 例えばギシギシの個人が他の種の0.25メートル内にある）と重なっている。マークピンフラグを土壌の必要量を得るのに必要な個体の数。 <ol><li>マーク20は、ランダムに各ギシギシ属の個人を選んだ。それぞれが（下のプロトコル2、のように）各焦点種から3土壌のパッチを必要とすることを20実験単位（2種×2土·トリートメント×5回の反復）のために。 </li></ol></li><li>すべての土壌粒子を除去して、約1時10分漂白剤の混合物（5〜10％のNaClO）と水と土壌の収集機器（シャベル、手袋、コンテナを輸送する）滅菌する。土壌生物相に対する漂白効果を回避するために使用前に乾いた機器。その土壌には、交差汚染（ 例えばラベル1種Aのためのシャベルと種Bのための第二のシャベル）を回避するために収集したり、輸送する焦点種を示すために、実験室でのテープで各機器にラベルを付けます。 </li><li>気象や土壌の条件を確認してください最近の降水イベントの土壌の収集を開始する前にtions。 （泥または完全に飽和）あまりにも濡れている土壌の収集や土壌圧縮を最小限に抑えるために降水イベント中に土壌を採取することは避けてください。根から土壌を分離するのを助けるために（非常に難しいと困難にシャベルを挿入するために）乾燥しすぎている土壌を採取することは避けてください。 </li><li> pseudoreplication（ 例えば 、その後の実験の反復間で混合される希少な病原体を含む単一の土壌サンプル）を回避するために複製バッチで2つの焦点の種のマークされた個人からの畑土壌を収集します。 <ol><li>種A、適切に標識された無菌のシャベルと（ステップ1.1で定義されている）、適切に標識された滅菌手袋と土壌から見える粗い根を削除し、適切に標識された土壌を置くの個々の完全ルートゾーンを掘る無菌輸送容器（ 例えばバケット ）。各ブロックの4つの実験台と1個々の植物を用いた実験のために（1.2.1項のように）1実験単位のための十分な土壌を提供するのルートゾーンは、種Aの3つの追加の個人のために、この手順を繰り返します</li><li>種Bの繰り返しセクション1.5.1 </li><li>実験サイトに両方の種から複製土壌のコレクションを輸送する。 （以下のプロトコル2又は3に記載のように）実験のための実験1ブロック単位で土壌を置き、ブロックは、各処理の組み合わせ（ すなわち、各々の種X毎土壌処理）からの実験単位を含む場合。 </li><li>セクション1.5.3を繰り返します。 </li><li>実験では残りのブロックのためのセクションを1.5.1-1.5.4を繰り返します。少なくとも1メートルごとに、前の収集場所から遠いレプリケートコレクションpseudoreplicationを最小化するために個人のグループから土を集める。 </li></ol></li></ol><img alt="図1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51580/51580fig1highres.jpg" width="500" /> FigurE 1。植物に誘導される土壌の不均一性を操作する例フィールド実験計画。（A）土壌、植物、土壌のフィードバックの影響を研究するための標準プロトコルに続いて、フィールド内の同種（α）とheterospecifics（β）の根の影響のゾーンから収集されます9 。 （b）は、異種の植物のA（α土壌）からの土壌から構成される土壌や植物、B（ &#39;β&#39;土壌）からの土壌を用いた実験処置は格子状に配置され、均質化された土壌の処理は、これらの2起源から土壌の等量混合物を使用して作成されている。この例では、フィールド土壌のグリッドが地面に沈んだ大径ポットに挿入され、各グリッドの周りの領域は、粗い、滅菌砂が充填されている。この図は、ブラントらから変更されている。10 2。例フィールド実験、植物人口応答を測定するために、異機種間で均質な土壌のグリッドの作成<ol><li>異種の処理（ すなわち 、交流グリッドセルは、種Aまたは種Bから採取された土壌が含まれている）と、均質な治療を生成するために複製畑土壌の収集（プロトコル1）から土壌を使用する（ すなわち 、各グリッドセルから土壌の1:1混合物が含まれています次の手順では、実験のブロック1のための種AおよびB）（ 図1b）。 <ol><li>すべての土壌粒子を除去するために約1時10分漂白剤の混合物（5〜10％のNaClO）および水土壌処理装備（トロエル、手袋、プラスチックグリッド）を滅菌する。土壌生物相に対する漂白効果を回避するために使用前に乾いた機器。その土壌、それが使用されるかどうか示すために、交差汚染（ 例えばラベル種Aのための1コテと種B第二こて）、プラスチックグリッドを回避するために処理するフォーカル種を示すために実験用テープで各機器ラベルを付ける異種または同種土壌処理のために。 </li><li>に取り外し可能なプラスチック製のグリッドを配置地面に沈没ポット[または他のプロットやグリッド収容するのに十分な大きさのコンテナ]フィールド採取した土壌（ステップ1.1.1のように、 例えば 1800センチメートル3 /グリッド·セル）で満たされることを。ステップ1.1で決定されたサイズの6セル（ 図1b）を例えば 2×3グリッド、所望の寸法のカスタム構築されたグリッドを使用してください。 <ol><li> β土壌細胞に土と種Bから土壌をαのグリッド細胞に土壌パッチの種類、種Aから土の場所spadefulsを交互に異種の治療のため（ 図1b）。 </li><li>均質な治療のために、均等に2土壌タイプを配布し、各土壌の種類の層を形成しないように注意しながら、 それぞれのグリッドセルに土壌のAとBの交互spadefulsを配置します（ 図を図1b）。 1800センチメートル3の例の土壌パッチ（第1.1.1項）、各グリッドセル内の各土壌型の900センチメートル3を配置します。 </li><li> sと土壌の不均一性と土壌の撹乱を交絡避けるために不均一で均質な土壌の処置を作成するときに妨害を等量（ すなわち 、同じ程度に土壌土塊を分割）を製造するURE。 </li></ol></li><li>任意の空き領域が（ 図1bのように）使用される大きな鍋の中のグリッドの外側に残っている場合は、滅菌した砂で、この領域を埋める。任意の標準的な方法（ 例えばオートクレーブ滅菌、γ線照射）を使用して、砂を殺菌。 </li><li>そのまま土壌パッチを残して、ポットの外に垂直にプラスチック製のグリッドを持ち上げます。これは、異なる個人からの根は植物の根は、複数の土壌のパッチ（ つまりグリッドセル）に成長できるようにするために不可欠である複数のパッチを、体験して土壌や各工場で対話することができます。 </li><li>完全な実験的なブロックを生成するための実験台の第二の対の繰り返しセクション2.1.2-2.1.4（各Focaからを植えるその中に異質土壌すなわちグリッドL種及び4実験単位の合計のため、各焦点種を植えるその中に均質な土壌グリッド）。 </li></ol></li><li>残りの土壌を用いた実験の残りのブロックについて、手順2.1は、コレクション（プロトコル1）を複製します。所望であれば、最小（図示せず）で外部植物からシェーディングを保つために、プロットの周りの風景の生地を使用して、実験的な領域にわたって、ブロック内のブロック、およびプロットをランダム化する。 </li><li>各実験ポット（2焦点種×2土壌処理）の各グリッド·セルに焦点種の植物の種子。土壌の治療と交絡植物の遺伝子型または種子表面の微生物コミュニティを避けるために、プールされた種子を使用しています。各ギシギシ属の例えば、植物種子。個々に明確に植えた個体を同定するために12植付位置（グリッドセル当たり2箇所）に、水溶性接着剤プラスチック爪楊枝に接着その種（ 図1a）のための鍋に。 </li><li>人口RESを測定個々の定期的な人口調査を通じて、このような発芽および生存などの実験台、、のponses（ 例えばステップ2.3のように爪楊枝を使って）種子の植え付けの場所をマーク。パッチの中で土を混合避けるために、測定されたすべての応答のための土壌の乱れを最小限に抑えることができます。 <ol><li>フォーカル種に対する人口応答の期待収益率に基づいて、適切な国勢調査の間隔を決定します。例えば、 ギシギシ属毎週センサスを実施しています。それはすぐに発芽することができます。 </li><li>焦点の種の生活史に基づいて、適切な期間、実験を続ける。例えば、短命の多年生ギシギシ属のために少なくとも2年間の実験を続けている。すべてのライフステージでのデータを取得する。 </li></ol></li></ol> 3。個々の植物の応答を測定するための鉢に、異機種間、均質化し土壌と例の温室実験、 <ol><li>複製畑土壌の収集（プロトコル1）から土壌を使用ブロックのための異機種処理（種Aまたは種Bから採取された土壌で埋めポットのすなわち 、各半分）で均質な処理（ すなわちポット種AとBからの土の1:1混合物が含まれています）（ 図2a）を生成する次の手順では実験の1。 <ol><li>輸送容器（ 例えばバケツ ）にポッティング前に、1:1混合物を生成するための滅菌砂でそれぞれの種からフィールド採取した土壌をミックス。土壌から根の分離を促進、土壌圧縮を軽減し、洗濯根に特に有用である、ポットに排水を改善するためにこれを行います。任意の標準的な方法（ 例えばオートクレーブ滅菌、γ線照射）を使用して、砂を殺菌。 </li><li>砂と畑土壌の各バッチを混合した場合（ すなわち 、同じ程度に土壌土塊を分割）、外乱の等量を生成するようにしてください。 </li></ol></li><li> APとの機器（こて、手袋、プラスチックシート）を取り扱う土壌を殺菌すべての土壌粒子を除去するために近接して1時10分漂白剤の混合物（5〜10％のNaClO）と水。土壌生物相に対する漂白効果を回避するために使用前に乾いた機器。これを示すために、その土壌には（種Aと種Bのための第二のコテ用などのラベル1コテ）交差汚染を回避するために、処理するフォーカル種と硬いプラスチックシートの各側面を示すために実験室でのテープで各機器にラベルを付ける土壌の種類は、異種土壌処理での各側にポッティングされる。 </li><li> （3.1.1項）から2つの焦点の種からのフィールド土壌砂の混合物を使用して異種の土壌処理を作成します。 <ol><li>半分（ 図2a）でそれを分割する鍋の中央に硬いプラスチックシートを配置します。ポットを使うことの半分は適切な土壌パッチサイズ（ステップ1.1）への体積で同等であるような大きさ。例えば、 ギシギシ属のための直径15cm、18 cm奥行きとポットを使用しています。 図1aの（総容積3181センチメートル3）。 </li><li> 2人の研究者が同時にポットが入力されていてもとしての側面を維持するために、適切に標識されたこてで（ 例えば 、α種Aから土を）ポットの適切な側にそれぞれの種からフィールド採取した土壌を追加している。 </li><li>そのまま土壌のパッチを残し、土から垂直に持ち上げてプラスティック製を削除します。これは植物が不均一性を体験し、植物にとって必須のポット内の土壌の両方のパッチを、体験することができます。 </li><li>異種の土壌処理の完全なブロックを生成するために3つの追加実験単位の繰り返しセクション3.3.1-3.3.3（2種の異種治療におけるX 2土壌のパッチの種類、 図2）。 </li></ol></li><li> （3.1.1項）から2つの焦点の種から畑土壌砂の混合物を使用して、均質な土壌処理を作成します。 <ol><li> 3.3.1項を繰り返します。 2研究者は、同時に両方にαおよびβ土壌の両方を追加している適切に標識されたこてで鍋の側面に、均等に各パッチ内の両方の土壌の種類を配布し、レイヤーの作成を避けること。 3.3.3項を繰り返します。 </li><li>均質な土壌処理（2焦点種のそれぞれのための1ポット）の完全なブロックを生成する第二の実験単位については、セクション3.4.1を繰り返します。 </li></ol></li><li>繰り返しますコレクション（プロトコル1）を複製、残りの土で実験中の残りのブロックのための3.2から3.4を繰り返します。温室ベンチ全体で、ブロック内のブロック、およびプロットをランダム化します。 </li></ol><img alt="図2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51580/51580fig2highres.jpg" width="500" /> 図2。植物に誘導される土壌の不均一性を操作する例温室実験計画。（a）の分野における種A（α土）と種B（β土）の根の影響のゾーンから収集された土壌は場所です各ポット（異質処理）の半分ポット（均質処理）を通して混合中のd。 （B）種Aの植物は、その後、異種治療で、均質な治療の1面に、各土壌のパッチ型実験に植えられている。ここでは、唯一の1種（A）は、この設計に植え示されている。完全に相反デザインは、異種治療内の各土壌処理とパッチ型に植え第2焦点種（B）の植物が含まれるであろう。 <ol start="6"><li>植物要因計画の各土壌のパッチタイプに焦点種AとBの苗（2種×3土壌のパッチタイプ[土壌のα、β土壌、αとβの土壌の均質な混合物]; 図2b）。 </li><li>このような植物体の大きさ、バイオマス生産、または機能特性のような植物の性能を示すため、個々の植物の応答を測定します。測定するための適切な特徴は、焦点種との科学的問題に依存しますインタレスト。 <ol><li>植物は、植物の根は、両方の土壌パッチに成長していることを確認するために（ 例えば 、約ロゼット形成広葉草本のための土壌のパッチの幅を1.5倍）、土壌のパッチに比べて大きいが表示されるまで実験を続ける。実験の持続時間は、このように焦点種の増殖速度に依存するであろう。 </li><li>土壌環境への現実的な応答が必要な場合収穫植物や/または測定応答植物はポットバウンドになる前に（ すなわち根の成長は、ポットと根円鍋の底の範囲によって制限されます）。例えば、ポットに結合した植物の根は、フィールド内の植物と同様にして、土壌の列全体で餌はほとんどありません。 </li></ol></li></ol>

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著者らは、開示することは何もありません。

植物は大きく、その土壌環境と、その土壌を経験し、その後の植物（ 例えばピーターマンら 13）は、多くの場合、種特異的な効果を持っているので、植物に誘導される土壌の不均一性は、自然な地 ​​域社会で可能性が高い。しかし、植物群落上の不均一性のこのタイプの役割についての我々の理解は、10,14最小限に抑えられます。ここでは、フィールドに別?...

社会生態学の主要な目標の一つは、地域社会のアセンブリを管理するプロセスを説明し、予測することである。しかし、植物群落は、頻繁に共存論1で予測されるよりもより多様であり、復元生態学者は正常に多様なネイティブコミュニティー2を復元するために共存のメカニズムを理解する必要があります。環境異質性は社会の多様性を高いレベルで説明することはできますが、理論的に重要な機構であるが、不均一性の実験操作は3まれである（ 例えばルンドホルム4に概説されている）非生物的異質性に焦点を当てる。異質性を組み込んだ理論は、一般的に不均一性が組立コミュニティに外因性であることを前提としています。外因異質性群集組成とは無関係であるような景観類型などの要因によって支配される。外因異質性はニッチ分割（revieを通じて共存につながることができますメルボルンら 3、 例えば Pacalaとティルマン5とChesson 6）に結婚。しかし、植物群落に関連する環境の不均一性の多くは、社会が組み立てとして発展し、地域社会における種のIDに応じて、地域社会に固有のかもしれません。本質的な不均一性は、負の周波数依存性（ 例えば飲料玩具ら 7）を介して共存する可能性が生物的フィードバック、に起因することができます。ここでは、植物に誘導される土壌の不均一性、コミュニティに固有のものであると植物、土壌のフィードバックから生じる土壌の不均一性のタイプを操作するための新規な方法について説明します。 植物の土壌のフィードバック（PSF）植物がその土壌中のその後のプラント性能に影響を与える方法で、土壌構造、化学、または生物相に影響を与える、とPSFはネイティブ植物群落8におけるプラント性能に大きな平均効果を持っているときに発生する。 PSFの研究は、通常、どちらかを実験フィールドから土壌やエアコンの土壌を収集し、その後、植物が土壌9の異種または滅菌するために同種の土壌関係でどのように実行するか尋ねた。植物は土壌を参照するために同種の土壌相対的にパフォーマンスが向上する場合、植物が参照土壌でより良いを実行すると、PSFは否定的であるが、その後、PSFは、陽性である。相反負のPSFは種7間の周波数依存の共存につながることができます。 PSFの平均効果は8よく特徴付けられているが、PSFの空間的不均一性の影響はあまり10を理解している。 植物は、多くの場合、作為的に空間的にも時間的にも分散しているため、PSFは個々の植物7の規模で発生しているため、PSFは、我々は、植物によって誘発される土壌の不均一呼び出す土壌の不均一性につながる可能性がある。異質性の多くの他の形態（ 例えば 、風景トポロジー）とは異なり、このheterogeneitYは、組み立てのコミュニティに固有のものであるため、異なった異質性より外因性形態よりもコミュニティの集合体に影響を与えることができる。プラント性能上の不均一性との共存のこの形式の影響を理解するために、我々は植物誘導性土壌の不均一性を操作する実験方法を必要とする。ここでは、2土壌の起源と2土壌起源の混合物である均質な治療とは別のパッチが適用された異種の治療を作成するために2種によって調整土壌を使用していますこのような方法を、示しています。すぐ近くに成長している2種の異なる起源または（2）植物の土壌を混合する（1）妨害（ 例えば 、げっ歯類、農業）、このようなルートの影響の彼らのゾーンというこの土壌混合は、フィールド内に2個以上のもっともらしいシナリオを表すことができ混在して均質化する。 我々は、異なるのleveで重要な質問に答えるために、植物に誘導される土壌の不均一性を使用する2つの例の実験を提示生態組織のLSは：（1）植物群は、土壌の不均一を植えるに誘導されるように反応するのですか？及び（2）個々の植物は、植物によって誘発される土壌の不均一性に応えるのですか？私たちは、第二の問題に対処するために2土壌のパッチを使用して最初の質問と温室実験に対処するために6土壌のパッチを使用してフィールド実験について説明します。土壌の不均一に人口と、個々の植物の応答の両方を定量化することは不均一性が、コミュニティの集合体にどのように影響するかを理解するために不可欠です。

<table><tbody><tr><td>Shovel(s)</td><td>Any</td><td>NA</td><td>It is helpful to have at least two shovels, one for each species of soil origin.</td></tr><tr><td>Trowel(s)</td><td>Any</td><td>NA</td><td>It is necessary to have at least two trowels of identical size, one for each species of soil origin.</td></tr><tr><td>Gloves</td><td>Any</td><td>NA</td><td>Gardening gloves can be used.</td></tr><tr><td>Diluted bleach</td><td>Any</td><td>NA</td><td>We use an ~1:10 concentration of household bleach (containing 5-10% NaClO) to water to sterilize all equipment between soil collections.</td></tr><tr><td>Plastic grid(s)</td><td>Any</td><td>NA</td><td>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.</td></tr><tr><td>Plastic dividers</td><td>Any</td><td>NA</td><td>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.</td></tr><tr><td>Buckets or wheelbarrows</td><td>Any</td><td>NA</td><td>Any container for transporting soils.</td></tr><tr><td>Seeds</td><td>Any</td><td>NA</td><td>We collect seeds in the field by hand. Seeds can also be ordered from horticultural suppliers, if appropriate.</td></tr><tr><td>Plastic toothpicks</td><td>Soodhalter Plastics, Inc.</td><td>805KP</td><td>We plant individual seeds glued on toothpick in the field experiment to facilitate monitoring germination and survival of individuals.</td></tr><tr><td>Water soluble glue</td><td>Elmer&#039;s</td><td>Elmer&#039;s Glue-all</td><td>Any water soluble glue can be used to adhere seeds to plastic toothpicks.</td></tr><tr><td>Pots</td><td>Any</td><td>NA</td><td>Pot size will depend on experimental plants used and number of soil patches desired (&lt;em&gt;e.g.&lt;/em&gt; 2 or 6).</td></tr><tr><td>Sand</td><td>Any</td><td>NA</td><td>Coarse sand may be mixed with field soils to improve drainage in pots.</td></tr><tr><td>Lab tape&amp;nbsp;</td><td>Any</td><td>NA</td><td>Tape may be used to label equipment used in handling soils with the species of origin.</td></tr><tr><td>Pin flags</td><td>Any</td><td>NA</td><td>Flags can be used to identify individuals in the field prior to soil collection.</td></tr><tr><td>Landscape fabric</td><td>Any</td><td>NA</td><td>Landscape fabric can be used in the field to minimize the growth of plants outside experimental plots.</td></tr></tbody></table>

experimental protocol for manipulating plant-induced soil heterogeneity

しかし、このような植物、土壌のフィードバック（PSF）などの生物的フィードバックは、プラントの性能に大きな影響を持って、地域社会の組成に依存する環境の不均一性を作成し、共存理論は、多くの場合、群集組成とは無関係であるとして、環境の不均一性を治療しました。植物群落アセンブリ用のPSFの重要性を理解することは、PSFの効果を意味するように加えて、PSFにおける異質性の役割の理解を必要とする。ここでは、植物に誘導される土壌の不均一性を操作するためのプロトコルを記述します。 2つの例示的な実験が示されている：植物集団の応答を測定し、（2）2つのパッチ土壌温室実験を個々の植物の応答を測定するために、土壌の6パッチグリッド（1）野外実験。土壌は、同種および異種の植物種からフィールドに植物の根の影響（根圏からの土壌や根圏に直接隣接）の区域から採取することができる。収集複製するイオンは、土壌サンプルをpseudoreplicating回避するために使用される。これらの土壌は、その後、均質化された治療のために、異種の治療または混合のために別々のパッチに配置されます。ケアは異質で均質化された治療法は、土壌撹乱同程度の体験を保証するために注意すべきである。植物を、植物の性能に対する植物誘導性土壌の不均一性の影響を決定するために、これらの土壌処理中に配置することができる。我々はおそらく、これらのフィードバックの動的な性質の伝統的な共存のモデルによって予測されるよりも、異なる結果でその植物に誘導される異質性の結果を、示しています。組立コミュニティと追加の実証研究に影響を受け、環境異質性を組み込んだ理論は組み立てコミュニティに固有の不均一性が群集組成に異質の外因性と比較して別のアセンブリの結果になりますかを決定するために必要とされている。

種は、コミュニティの集合体への影響で、人口や個人レベル（ 図3、図4）の両方で多様な方法で、植物に誘導される土壌の不均一性を答えた。植物群は、植物によって誘発される土壌の不均一性に対応するかどうかを判断するには、フィールド実験を種の3同属のペアを使用してプロトコル2のように設立されました。植物群は、3ヶ月間毎週、発芽植え種子の合計の割合と第生育?...

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植物誘発土壌不均一性を操作するための実験プロトコル |環境 |ビデオ

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

種の共存の環境異質性の役割を理解することは、一般的にコミュニティの種組成に外因性である不均一性の種類に焦点を当てている。私たちは、植物、土壌のフィードバック調節、またはコミュニティ組成に固有の不均一性の対象に土壌を使用した土壌の不均一トリートメントを作成するための新たな詳細な方法を提供する。

の操作植物に誘導される土壌の不均一性のための実験プロトコール

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

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Universidad de Cartagena UDEC

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18.7K ビュー.  Case Western Reserve University. 種の共存の環境異質性の役割を理解することは、一般的にコミュニティの種組成に外因性である不均一性の種類に焦点を当てている。私たちは、植物、土壌のフィードバック調節、またはコミュニティ組成に固有の不均一性の対象に土壌を使用した土壌の不均一トリートメントを作成するための新たな詳細な方法を提供する。 

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A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff

Rainfall is a driving force for the transport of environmental contaminants from agricultural soils to surficial water bodies via surface runoff. The objective of this study was to characterize the effects of antecedent soil moisture content on the fate and transport of surface applied commercial urea, a common form of nitrogen (N) fertilizer, following a rainfall event that occurs within 24&#160;hr&#160;after fertilizer application. Although urea is assumed to be readily hydrolyzed to ammonium and therefore not often available for transport, recent studies suggest that urea can be transported from agricultural soils to coastal waters where it is implicated in harmful algal blooms. A rainfall simulator was used to apply a consistent rate of uniform rainfall across packed soil boxes that had been prewetted to different soil moisture contents. By controlling rainfall and soil physical characteristics, the effects of antecedent soil moisture on urea loss were isolated. Wetter soils exhibited shorter time from rainfall initiation to runoff initiation, greater total volume of runoff, higher urea concentrations in runoff, and greater mass loadings of urea in runoff. These results also demonstrate the importance of controlling for antecedent soil moisture content in studies designed to isolate other variables, such as soil physical or chemical characteristics, slope, soil cover, management, or rainfall characteristics. Because rainfall simulators are designed to deliver raindrops of similar size and velocity as natural rainfall, studies conducted under a standardized protocol can yield valuable data that, in turn, can be used to develop models for predicting the fate and transport of pollutants in runoff.

A rainfall simulator was used to apply a consistent rate of uniform rainfall to packed soil boxes in a study of the fate and transport of urea, a nonpoint source environmental contaminant. Under uniform soil and rainfall conditions, antecedent soil moisture content exerted strong control over urea loss in surface runoff.

土壌流出を研究する降雨シミュレーションを行うためのプロトコル

Rainfall is a driving force for the transport of environmental contaminants from agricultural soils to surficial water bodies via surface runoff. The ...

環境学

Soil Lysimeter Excavation for Coupled Hydrological, Geochemical, and Microbiological Investigations

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled Earth-system processes. Such knowledge is imperative in improving predictions of hydro-biogeochemical cycles, especially under climate change scenarios. We present an experimental method, designed to capture sub-surface heterogeneity of an initially homogeneous soil system. This method is based on destructive sampling of a soil lysimeter designed to simulate a small-scale hillslope. A weighing lysimeter of one cubic meter capacity was divided into sections (voxels) and was excavated layer-by-layer, with sub samples being collected from each voxel. The excavation procedure was aimed at detecting the incipient heterogeneity of the system by focusing on the spatial assessment of hydrological, geochemical, and microbiological properties of the soil. Representative results of a few physicochemical variables tested show the development of heterogeneity. Additional work to test interactions between hydrological, geochemical, and microbiological signatures is planned to interpret the observed patterns. Our study also demonstrates the possibility of carrying out similar excavations in order to observe and quantify different aspects of soil-development under varying environmental conditions and scale.

This study presents an excavation method for investigating subsurface hydrological, geochemical, and microbiological heterogeneity of a soil lysimeter. The lysimeter simulates an artificial hillslope which was initially under homogeneous condition and had been subjected to approximately 5,000 mm of water over eight cycles of irrigation in an 18-month period.

結合水文学、地球化学、および微生物学的調査のための土壌ライシメータ発掘

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled ...

Isolation and Analysis of Microbial Communities in Soil, Rhizosphere, and Roots in Perennial Grass Experiments

Plant and soil microbiome studies are becoming increasingly important for understanding the roles microorganisms play in agricultural productivity. The purpose of this manuscript is to provide detail on how to rapidly sample soil, rhizosphere, and endosphere of replicated field trials and analyze changes that may occur in the microbial communities due to sample type, treatment, and plant genotype. The experiment used to demonstrate these methods consists of replicated field plots containing two, pure, warm-season grasses (Panicum virgatum and Andropogon gerardii) and a low-diversity grass mixture (A. gerardii, Sorghastrum nutans, and Bouteloua curtipendula). Briefly, plants are excavated, a variety of roots are cut and placed in phosphate buffer, and then shaken to collect the rhizosphere. Roots are brought to the laboratory on ice and surface sterilized with bleach and ethanol (EtOH). The rhizosphere is filtered and concentrated by centrifugation. Excavated soil from around the root ball is placed into plastic bags and brought to the lab where a small amount of soil is taken for DNA extractions. DNA is extracted from roots, soil, and rhizosphere and then amplified with primers for the V4 region of the 16S rRNA gene. Amplicons are sequenced, then analyzed with open access bioinformatics tools. These methods allow researchers to test how the microbial community diversity and composition varies due to sample type, treatment, and plant genotype. Using these methods along with statistical models, the representative results demonstrate there are significant differences in microbial communities of roots, rhizosphere, and soil. Methods presented here provide a complete set of steps for how to collect field samples, isolate, extract, quantify, amplify, and sequence DNA, and analyze microbial community diversity and composition in replicated field trials.

Excavation of plant roots from the field as well as processing of samples into endosphere, rhizosphere, and soil are described in detail, including DNA extraction and data analysis methods. This paper is designed to enable other laboratories to use these techniques for the study of soil, endosphere, and rhizosphere microbiomes.

実験で多年生の草の根、根、土壌微生物の分離と解析

Plant and soil microbiome studies are becoming increasingly important for understanding the roles microorganisms play in agricultural productivity. The ...

Sampling Soils in a Heterogeneous Research Plot

Soils are highly heterogeneous. In general, the number of soil samples required for soil research has always been determined arbitrarily and the associated accuracy is unknown. Here, we present a detailed protocol for efficient and clustered soil sampling in a research plot and, relying on a pilot sampling using this design, for demonstrating soil spatial heterogeneity and informing reasonable sample sizes and associated accuracy for future study. The protocol mainly comprises four steps: sampling design, field collection, soil analysis, and geostatistical analysis. The step-by-step procedure is modified according to former publications. Two examples will be presented to demonstrate contrasting spatial distributions of soil organic carbon (SOC) and soil microbial biomass carbon (MBC) under different management practices. In addition, we present a strategy to determine the sample size requirement (SSR) given a certain level of accuracy based on the plot-level coefficient of variation (CV). The field sampling protocol and the quantitative determination of the sample size will assist researchers in seeking feasible sampling strategies to meet research needs and resources' availability.

The traditional soil-sampling procedure determines the number of soil samples arbitrarily. Here, we provide a simple yet efficient clustered soil-sampling design to demonstrate soil spatial heterogeneity and quantitatively determine the number of soil samples required and the associated sampling accuracy.

異機種混在の研究土壌サンプリングをプロットします。

Soils are highly heterogeneous. In general, the number of soil samples required for soil research has always been determined arbitrarily and the ...

Investigation of Plant Interactions Across Common Mycorrhizal Networks Using Rotated Cores

Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi influence plant mineral nutrient uptake and growth, hence, they have the potential to influence plant interactions. The power of their influence is in extraradical mycelia that spread beyond nutrient depletion zones found near roots to ultimately interconnect individuals within a common mycorrhizal network (CMN). Most experiments, however, have investigated the role of AM fungi in plant interactions by growing plants with versus without mycorrhizal fungi, a method that fails to explicitly address the role of CMNs. Here, we propose a method that manipulates CMNs to investigate their role in plant interactions. Our method uses modified containers with conical bottoms with a nylon mesh and/or hydrophobic material covering slotted openings, 15N fertilizer, and a nutrient-poor interstitial sand. CMNs are left either intact between interacting individuals, severed by rotation of containers, or prevented from forming by a solid barrier. Our findings suggest that rotating containers is sufficient to disrupt CMNs and prevent their effects on plant interactions across CMNs. Our approach is advantageous because it mimics aspects of nature, such as seedlings tapping into already established CMNs and the use of a suite of AM fungi that may provide diverse benefits. Although our experiment is limited to investigating plants at the seedling stage, plant interactions across CMNs can be detected using our approach which therefore can be applied to investigate biological questions about the functioning of CMNs in ecosystems.

Most plants within communities likely are interconnected by arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, but mediation of plant interactions by them has been investigated primarily by growing plants with versus without mycorrhizas. We present a method to manipulate common mycorrhizal networks among mycorrhizal plants to investigate their consequences for plant interactions.

回転コアを使用して一般的な菌根菌ネットワークを介した植物相互作用の研究

Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi influence plant mineral nutrient uptake and growth, hence, they have the potential to influence plant interactions. The ...

A Telemetric, Gravimetric Platform for Real-Time Physiological Phenotyping of Plant&ndash;Environment Interactions

Food security for the growing global population is a major concern. The data provided by genomic tools far exceeds the supply of phenotypic data, creating a knowledge gap. To meet the challenge of improving crops to feed the growing global population, this gap must be bridged.
Physiological traits are considered key functional traits in the context of responsiveness or sensitivity to environmental conditions. Many recently introduced high-throughput (HTP) phenotyping techniques are based on remote sensing or imaging and are capable of directly measuring morphological traits, but measure physiological parameters mainly indirectly.
This paper describes a method for direct physiological phenotyping that has several advantages for the functional phenotyping of plant&#8211;environment interactions. It helps users overcome the many challenges encountered in the use of load-cell gravimetric systems and pot experiments. The suggested techniques will enable users to distinguish between soil weight, plant weight and soil water content, providing a method for the continuous and simultaneous measurement of dynamic soil, plant and atmosphere conditions, alongside the measurement of key physiological traits. This method allows researchers to closely mimic field stress scenarios while taking into consideration the environment&#8217;s effects on the plants&#8217; physiology. This method also minimizes pot effects, which are one of the major problems in pre-field phenotyping. It includes a feed-back fertigation system that enables a truly randomized experimental design at a field-like plant density. This system detects the soil-water-content limiting threshold (&#952;) and allows for the translation of data into knowledge through the use of a real-time analytic tool and an online statistical resource. This method for the rapid and direct measurement of the physiological responses of multiple plants to a dynamic environment has great potential for use in screening for beneficial traits associated with responses to abiotic stress, in the context of pre-field breeding and crop improvement.

A Telemetric, Gravimetric Platform for Real-Time Physiological Phenotyping of Plant&#8211;Environment Interactions

This high-throughput, telemetric, whole-plant water relations gravimetric phenotyping method enables direct and simultaneous real-time measurements, as well as the analysis of multiple yield-related physiological traits involved in dynamic plant&#8211;environment interactions.

植物環境相互作用のリアルタイム生理的フェノタイピングのためのテレメトリー、重力測定プラットフォーム

Food security for the growing global population is a major concern. The data provided by genomic tools far exceeds the supply of phenotypic data, creating ...

Inoculation Strategies to Infect Plant Roots with Soil-Borne Microorganisms

The rhizosphere harbors a highly complex microbial community in which plant roots are constantly challenged. Roots are in close contact with a wide variety of microorganisms, but studies on soil-borne interactions are still behind those performed on aboveground organs. Although some inoculation strategies for infecting model plants with model root pathogens are described in the literature, it remains difficult to get a comprehensive methodological overview. To address this problem, three different root inoculation systems are precisely described that can be applied to gain insights into the biology of root-microbe interactions. For illustration, Verticillium species (namely, V. longisporum and V. dahliae) were employed as root invading model pathogens. However, the methods can be easily adapted to other root colonizing microbes - both pathogenic and beneficial. By colonizing the plant xylem, vascular soil-borne fungi such as Verticillium spp. exhibit a unique lifestyle. After root invasion, they spread via the xylem vessels acropetally, reach the shoot, and elicit disease symptoms. Three representative plant species were chosen as model hosts: Arabidopsis thaliana, economically important oilseed rape (Brassica napus), and tomato (Solanum lycopersicum). Step-by-step protocols are given. Representative results of pathogenicity assays, transcriptional analyses of marker genes, and independent confirmations by reporter constructs are shown. Furthermore, the advantages and disadvantages of each inoculation system are thoroughly discussed. These proven protocols can assist in providing approaches for research questions on root-microbe interactions. Knowing how plants cope with microbes in the soil is crucial for developing new strategies to improve agriculture.

This protocol presents a detailed summary of strategies to inoculate plant roots with soil-borne microbes. Exemplified for the fungi Verticillium longisporum and Verticillium dahliae, three different root infection systems are described. Potential applications and possible downstream analyses are highlighted, and advantages or disadvantages are discussed for each system.

植物の根に土壌媒介微生物を感染させる接種戦略

The rhizosphere harbors a highly complex microbial community in which plant roots are constantly challenged. Roots are in close contact with a wide ...

Simulating Temperature in a Soil Incubation Experiment

The study of warming impact on soils requires a realistic and accurate representation of temperature. In laboratory incubation studies, a widely adopted method has been to render constant temperatures in multiple chambers, and via comparisons of soil responses between low- and high-temperature chambers, to derive the warming impact on soil changes. However, this commonly used method failed to imitate both the magnitude and amplitude of actual temperatures as observed in field conditions, thus potentially undermining the validity of such studies. With sophisticated environmental chambers becoming increasingly available, it is imperative to examine alternative methods of temperature control for soil incubation research. This protocol will introduce a state-of-the-art environmental chamber and demonstrate both conventional and new methods of temperature control to improve the experimental design of soil incubation. The protocol mainly comprises four steps: temperature monitoring and programming, soil collection, laboratory incubation, and warming effect comparison. One example will be presented to demonstrate different methods of temperature control and the resultant contrasting warming scenarios; that is, a constant temperature design referred to as stepwise warming (SW) and simulated in situ temperature design as gradual warming (GW), as well as their effects on soil respiration, microbial biomass, and extracellular enzyme activities. In addition, we present a strategy to diversify temperature change scenarios to meet specific climate change research needs (e.g., extreme heat). The temperature control protocol and the recommended well-tailored and diversified temperature change scenarios will assist researchers in establishing reliable and realistic soil incubation experiments in the laboratory.

Laboratory soil warming experiments usually employ two or more constant temperatures in multiple chambers. By presenting a sophisticated environmental chamber, we provide an accurate temperature control method to imitate the magnitude and amplitude of in situ soil temperature and improve the experimental design of soil incubation studies.

土壌インキュベーション実験における温度シミュレーション

The study of warming impact on soils requires a realistic and accurate representation of temperature. In laboratory incubation studies, a widely adopted ...

JenaTron - An Experimental Approach to Study the Effects of Plant History and Soil History on Grassland Ecosystem Functioning

The global loss of biodiversity has motivated many studies that experimentally vary plant species richness and examine the consequences for ecosystem functioning. Such experiments generally show a positive relationship between above- and below-ground biodiversity and the functioning of terrestrial ecosystems. Moreover, this relationship tends to strengthen over time, seen as enhanced functioning of diverse plant communities and reduced functioning of low-diversity plant communities. Differences in multitrophic community assembly and biotic interactions in high- versus low-diversity plant communities are hypothesized to affect plant performance by altering consumer community structure and function and driving plastic or micro-evolutionary responses of plant species in the plant communities. To resolve this complex interplay of community history, we separated these effects into plant and soil history. Plant history refers to all plant-level responses to past abiotic and biotic selection pressures experienced in their communities, while soil history relates to all abiotic and biotic soil properties developed as a legacy of plant-soil interactions under variable plant diversity. We set up a biodiversity experiment in an Ecotron, a terrestrial mesocosm facility that allows controlling environmental conditions above- and below-ground, to test whether the strengthening biodiversity-ecosystem functioning relationship is due to soil history, plant history, or a combination of both. We established a plant diversity gradient consisting of 1, 2, 3, and 6 grassland plant species and factorially nested with soil history and plant history treatments for each level of plant species richness. Representative results demonstrate the successful establishment of target treatments in the Ecotron experiment, observing the effects of plant and soil history on initial plant development and final plant growth. Additionally, we provide a case study for data analysis of individual response variables. We outline research objectives and methods to comprehensively assess the multifunctional responses to the experimental treatments necessary to ultimately address the overarching hypothesis.

Here we present a study established in the iDiv Ecotron, terrestrial mesocosm chambers with controlled environmental conditions above- and below-ground, to study the independent and interactive effects of plant history and soil history on ecosystem functioning of grassland communities along a plant diversity gradient.

JenaTron - 草原の生態系機能に対する植物の歴史と土壌の歴史の影響を研究するための実験的アプローチ

The global loss of biodiversity has motivated many studies that experimentally vary plant species richness and examine the consequences for ecosystem ...

CO2 隔離の強化:鉱物の風化を促進するための土壌生物相アプローチ

Design and Construction of an Experimental Setup to Enhance Mineral Weathering through the Activity of Soil Organisms

Enhanced weathering (EW) is an emerging carbon dioxide (CO2) removal technology that can contribute to climate change mitigation. This technology relies on accelerating the natural process of mineral weathering in soils by manipulating the abiotic variables that govern this process, in particular mineral grain size and exposure to acids dissolved in water. EW mainly aims at reducing atmospheric CO2 concentrations by enhancing inorganic carbon sequestration. Until now, knowledge of EW has been mainly gained through experiments that focused on the abiotic variables known for stimulating mineral weathering, thereby neglecting the potential influence of biotic components. While bacteria, fungi, and earthworms are known to increase mineral weathering rates, the use of soil organisms in the context of EW remains underexplored. 
 This protocol describes the design and construction of an experimental setup developed to enhance mineral weathering rates through soil organisms while concurrently controlling abiotic conditions. The setup is designed to maximize weathering rates while maintaining soil organisms' activity. It consists of a large number of columns filled with rock powder and organic material, located in a climate chamber and with water applied via a downflow irrigation system. Columns are placed above a fridge containing jerrycans to collect the leachate. Representative results demonstrate that this setup is suitable to ensure the activity of soil organisms and quantify their effect on inorganic carbon sequestration. Challenges remain in minimizing leachate losses, ensuring homogeneous ventilation through the climate chamber, and avoiding flooding of the columns. With this setup, an innovative and promising approach is proposed to enhance mineral weathering rates through the activity of soil biota and disentangle the effect of biotic and abiotic factors as drivers of EW.

著者スポットライト:CO2除去のための鉱物風化促進におけるミミズの役割の解明 

Here we present the construction and operation of an experimental setup to enhance mineral weathering through the activity of soil organisms while concurrently manipulating abiotic variables known to stimulate weathering. Representative results from the functioning of the setup and sample analyses are discussed together with points for improvement.

土壌生物の活性による鉱物風化促進実験装置の設計と構築

Enhanced weathering (EW) is an emerging carbon dioxide (CO2) removal technology that can contribute to climate change mitigation. This technology relies ...