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

私たちの研究では、植物の多様性と生態系機能との関係が、植物の歴史、土壌の歴史、または2つの組み合わせによって影響を受けるかどうかを調査しています。植物や土壌の長期的なコミュニティ固有の歴史がこれらの関係をどのように形成するかを調べます。私たちは、管理されたエコトロン施設内の実験的な半自然草地を使用しています。

最近の研究では、植物の多様性と生態系機能との間の正の関係が、時間の経過とともにどのように強化されるかが強調されています。長期的な実験では、生物多様性が高いほど、資源の使用、有益な土壌生物、自然の害虫駆除、生態系の回復力などが向上することが示されています。このような生物多様性への影響に影響を与えると予想される主な要因は、植物と土壌の歴史です。

制御された条件下で自然の生態系を再現するように設計されたエコトロンと呼ばれる新しい実験施設が登場しました。これらの施設は、複雑な生態系プロセス、マルチトラフィックの相互作用、および生態系機能を研究するための複数のエンクロージャを備えています。エコトロンは、環境条件を正確に制御し、独立したメソコズムチャンバーで地上と地下の両方の生態系を監視することができます。

私たちのプロトコルは、制御された環境条件下での無傷の土壌調節を研究し、異なる植物群集固有の歴史を持つ植物や土壌を直交的に交差させ、野外条件下では達成が難しい植物の多様性勾配に沿った複数の生態系機能への影響を研究するユニークな機会を提供します。まず、ミニショベルを使用して選択した区画から上部5センチメートルの土壌をそっと取り除き、土壌履歴処理全体の条件を均等化します。圃場にモノリス抽出装置を設置し、土壌モノリスの掘削を開始します。

次に、モノリス抽出装置のスイッチを入れ、切断システムが外筒壁の周りを回転させて土壌にノッチを切断すると同時に、抽出装置が鋼製シリンダーを土壌に押し込みます。並行して、ミニディガーを使用して、スチールシリンダーの側面に穴を掘ります。スチールシリンダーが土壌に完全に埋め込まれたら、一時的な底板を取り付け、モノリス抽出装置を使用してシリンダーを掘削ピットから持ち上げます。

抽出装置と切断システムをスチールシリンダーから分解します。次に、一時的なトッププレートをシリンダーに取り付けます。ミニディガーに取り付けられたサスペンションを使用してモノリスを持ち上げ、逆さまにします。

次に、底板をスチールシリンダーから取り外します。こてを使用して、スチールシリンダーの底から約5センチメートルの土壌層を取り除きます。ポリ塩化ビニルホースで接続された8本のキャンドルで構成される水吸引プローブのリングを石英粉末に埋め込みます。

粉末を脱塩水で湿らせ、スチールシリンダーの底に再び土を補充します。水吸引プローブリングのポリ塩化ビニルエンドピースを底板に接続します。底板をスチールシリンダーにしっかりとボルトで固定します。

ミニショベルのサスペンションを使用してスチールシリンダーを直立させます。シリンダーに個別にラベルを付けます。壁の開口部を粘着テープで密閉し、輸送中の保護のためにプラスチックホイルで包みます。

開梱後、3つの異なる深さのシリンダー壁の開口部を使用して、カスタマイズされたスチールブレードで、センサー用のセンサー用の穴を土壌モノリスに水平に正確に切り込みます。準備した穴に土壌センサーを置き、木製の丸太を使用して正しく配置します。カスタムメイドのシールプラグで開口部をボルトで固定します。

各EcoUnitのテクニカル部分と上部を下部から慎重に持ち上げます。下部を、土壌センサーを備えた無傷の土壌モノリスを含む鋼製シリンダーに輸送します。次に、4つの土壌モノリスを持ち上げて、24のEcoUnitのそれぞれの下部コンテナに入れます。

土壌センサーのケーブルをアースコンテナの開口部に通します。フォークリフトを使って、4つの土のモノリスを装備したコンテナを24メートル×24メートルのホールに運びます。各EcoUnitのテクニカルパーツと上部を慎重に下部に戻します。

最後に、24個のEcoUnitを3列に並べ、それぞれが4つのEcoUnitからなる2つのグループで構成され、合計6つのブロックを形成します。イェーナ実験場で選択した各区画から土壌を収集した後、4ミリメートルメッシュを介して各区画固有の土壌をふるいにかけます。乾燥オーブンで200°Cの砂を4時間加熱し、不要な生物相を取り除きます。

加熱後、プロット固有の土壌と石英砂を3対1の比率で混合します。プラスチック製のシャベルを使用して、土と砂の混合物をマルチポットプレートに充填します。各マルチポットプレートに個別にラベルを付けます。

プレートを温室に置き、摂氏18度で16時間、摂氏12度で8時間の昼夜サイクルで配置します。相対湿度60〜70%を維持します。必要に応じてプレートに水をまき、土壌の種子バンクが発芽できるように2週間裸にした後、すべてのプレートを2回除草して不要な苗を取り除きます。

休眠状態を打破するために、ジベレリン酸溶液で24時間湿らせた濾紙上のシャーレにペトリ皿でラナンキュラスアクリスの種子を前処理します。翌日、ラナンキュラス・アクリスの種子を脱塩水で湿らせたフィルターペーパーに発芽まで移します。種子が根本的な段階に達したら、バネ鋼のピンセットを使用して、準備されたマルチポットプレートのプロット固有の土壌砂基質に苗を刺します。

ラナンキュラス・アクリスを除くすべての種を、マルチポットプレートのプロット固有の土壌砂基質に直接播種します。すべての植物個体に脱イオン水で水をやります。.プレートを温室内でインキュベートし、iDiv Ecotronに輸送します。

EcoUnitを開いた後、植栽キャンペーンでは、カスタムメイドの植栽ステンシルを使用して、土壌モノリス上の各植物の正確な位置をマークします。マーキングには異なる色のプラスチック製のつまようじを割り当て、各色は特定の植物種を表しています。マーキング後、ステンシルをはがします。

直径4センチメートルの球根プランターを使用して、1週間以内にすべての土壌モノリスに事前に育てられた植物を植えます。照明を点灯し、照明体制を昼間16時間、夜間8時間のサイクルに設定します。1時間でライトを100%から75%の強度に暗くし、次の1時間で強度を0%にすることで、夕暮れをシミュレートします。

この減光パターンを反転して夜明けをシミュレートします。JenaTron実験の3週間の確立フェーズ後に、植物群集の高さと色の処理特異的な違いが観察され、植物の歴史がない種子から育てられた植物は、コミュニティ固有の植物の歴史を持つ植物と比較して、開花が早いことを示しました。iDiv Ecotronの植物の高さの測定値は、イエナの実験フィールドプロットの測定値と強く相関しており、植物の発育の一貫性が確認されました。