Name: experimental protocol for manipulating plant-induced soil heterogeneity
Uploaded: 2014-03-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
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Agradecemos Squire Valleevue e Vale cume Fazendas de Case Western Reserve University, incluindo A. Locci, C. Bond, e A. Alldridge, ajuda, que estabelece o jardim comum. J. Hooks, L. Huffman, L. Gonzales, SC Leahy, B. Ochocki, A. Ubiles, C. Yu, X. Zhao, e NM Zimmerman prestou assistência campo. AJB e JHB foram financiados por fundos de inicialização a partir de CWRU para JHBGAD foi apoiado por um Programas de Verão em bolsa de Iniciação Científica CWRU financiados pelo Instituto Médico Howard Hughes. Este trabalho também foi apoiado pelo financiamento da National Science Foundation para JHB (DEB 1250170).

1. Colete Solos de Campo Produzir tratamentos solo heterogéneo e Homogêneos <ol><li> Identificar duas espécies de plantas cooccurring em habitats semelhantes e tipos de solo para estudo (por exemplo, Figura 1A). Determinar a quantidade de solo necessária com base na dimensão do adesivo de solo para uso na experiência (por exemplo, um terço a metade da zona da raiz principal das espécies focais, ou volume englobado pela raiz) e o número de entalhes necessários para o experimento (ver Protocolo 2 e 3, a seguir). <ol><li> Para Rumex spp. (Figura 1a), use manchas de solo de 10 cm x 10 cm x 18 cm (comprimento x largura x profundidade) para a zona raiz aproximada de 10 cm de raio a partir da base de planta a 18 cm de profundidade (5655 centímetros 3 de solo a partir desta zona definida de influência de raiz para uma planta individual produz três manchas de solo de 1800 centímetros 3). </li></ol></li><li> Site de pesquisa de campo para localizar indivíduos adultos das duas espécies focais. Evite indivíduos cujo roozona t provavelmente se sobrepõe com os de outras espécies focais (por exemplo, indivíduos Rumex localizado dentro de 0,25 m de outras espécies). Marcar o número de pessoas necessário para se obter a quantidade necessária de solo com bandeiras de pino. <ol><li> Mark 20 indivíduos escolhidos aleatoriamente de cada Rumex spp. por 20 unidades experimentais (2 espécies x 2 tratamentos de solo x 5 repetições) que requerem cada três manchas de solo de cada espécie focal (como no Protocolo 2, abaixo). </li></ol></li><li> Esterilizar solo recolhendo equipamentos (pás, luvas, transportando contentores), com uma mistura de cerca de 1:10 de lixívia (5-10% NaClO) e água para remover todas as partículas do solo. Equipamento seco antes do uso para evitar os efeitos de lixívia na biota do solo. Rotular cada equipamento com fita laboratório para indicar a espécie focal cujo solo será coletar ou transporte para evitar a contaminação cruzada (por exemplo, um rótulo pá para as espécies A e uma segunda pá de espécies B). </li><li> Verifique tempo e condições do soloções antes de iniciar a coleta de solo para eventos de precipitação recentes. Evite coletar solos que são muito molhado (barrenta ou totalmente saturada) ou coleta de solo durante um evento de precipitação para minimizar a compactação do solo. Evite coletar solos que são demasiado seco (muito duro e difícil de inserir em uma pá) para ajudar na separação do solo a partir de raízes. </li><li> Coletar solo de um campo de indivíduos marcados das duas espécies focais em lotes replicadas para evitar pseudoreplicação (por exemplo, uma única amostra de solo contendo um patógeno raro sendo posteriormente misturadas através repetições experimentais). <ol><li> Dig-se na zona da raiz completa de um indivíduo de uma espécie (tal como definido no passo 1.1), com a pá estéril apropriadamente marcada, remover raízes grossas visíveis a partir do solo, com as luvas estéreis adequadamente marcadas, e colocar no solo apropriadamente marcado contentor de transporte estéril (por exemplo balde). Para um experimento com 4 unidades experimentais em cada bloco e uma planta individual&#39;S zona de raiz fornecendo solo o suficiente para uma unidade experimental (como na Seção 1.2.1), repita este procedimento por 3 indivíduos adicionais de espécies A. </li><li> Repita Seção 1.5.1 para as espécies B. </li><li> Transporte a coleção solo réplica de ambas as espécies para o site experimental. Coloque solo em unidades experimentais para um bloco da experiência (como no protocolo de 2 ou 3, a seguir), em que um bloco contenha uma unidade experimental de cada combinação de tratamento (ou seja, cada uma das espécies x cada tratamento no solo). </li><li> Repita a Seção 1.5.3. </li><li> Repetir Secções 1.5.1-1.5.4 para os restantes blocos no experimento. Coletar solo de grupos de indivíduos, pelo menos, 1 m de distância a partir de locais de coleta anteriores para cada replicar coleção para minimizar pseudoreplicação. </li></ol></li></ol><img alt="Figura 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51580/51580fig1highres.jpg" width="500" /> Figure 1. Campo Exemplo delineamento experimental manipulação induzida solo-planta heterogeneidade. (A) Os solos são recolhidos a partir da zona de influência de membros da mesma espécie raiz (α) e (β heterospecifics) no campo, seguindo os protocolos padrão para estudar os efeitos da planta-solo feedbacks 9 . (B) Os tratamentos experimentais com solos heterogêneos compostos por solos de planta A (α solos) e solos de planta B (solos &#39;β&#39;) estão dispostas em uma grade, e tratamentos de solo homogeneizadas criado com uma mistura igual de solos destas duas origens . Neste exemplo, as redes de solos de campo são inseridos em vasos de grande diâmetro afundados no solo e na área ao redor de cada grade é preenchida com grossa, areia esterilizada. Este valor foi modificado a partir Brandt et al. 10 2. Uma experiência Exemplo Field, Criando Grids de Heterogêneos e Homogêneos solo para medir as respostas de plantas População <ol><li> Utilize solos de uma coleção solo de campo replicado (Protocolo 1) para produzir um tratamento heterogêneo (ou seja, células da grade alternada conter solo coletadas de espécies A espécie ou B) e um tratamento homogêneo (ou seja, cada célula da grade contém uma mistura 1:1 de solo de espécies A e B) (Figura 1-B) para o bloco 1 da experiência nas seguintes etapas. <ol><li> Esterilizar o material do solo manuseamento (espátulas, luvas, grade de plástico) com uma mistura de aproximadamente 01:10 de água sanitária (5-10% de hipoclorito de sódio) e água, para remover todas as partículas do solo. Equipamento seco antes do uso para evitar os efeitos de lixívia na biota do solo. Rotular cada equipamento com fita laboratório para indicar a espécie focal cujo solo ele vai lidar para evitar a contaminação cruzada (por exemplo, um rótulo espátula para espécies A e um segundo espátula para espécies B) ea grade de plástico para indicar se ele será usado para o tratamento do solo heterogéneo ou homogéneo. </li><li> Coloque grade plástica removível emum pote afundado na terra [ou outro enredo ou recipiente grande o suficiente para acomodar a grade] para ser preenchido com o campo coletadas do solo (por exemplo, 1.800 centímetros célula 3 / grade como no passo 1.1.1). Use uma grade construído por encomenda com as dimensões desejadas, por exemplo, uma grelha de 2 x 3, com 6 células do tamanho determinado no passo 1.1 (Figura 1b). <ol><li> Para o tratamento heterogêneo de alternar os tipos de correção de solo, lugar spadefuls de solo da espécie A em células de grade para α solo e solos da espécie B em células de solo β (Figura 1b). </li><li> Para o tratamento homogéneo, colocar alternadas spadefuls de solos A e B em cada célula da grelha, tendo o cuidado de distribuir uniformemente os dois tipos de solo e evitar a formação de camadas de cada tipo de solo (Figura 1b). Para o patch exemplo solo de 1.800 cm 3 (Seção 1.1.1), coloque 900 centímetros 3 de cada tipo de solo em cada célula da grade. </li><li> Seja sure para produzir a mesma quantidade de perturbação (ou seja, quebrar torrões com a mesma intensidade) ao criar tratamentos heterogêneas e homogêneas de solo, para evitar confundir revolvimento do solo com a heterogeneidade do solo. </li></ol></li><li> Se qualquer área vazia permanece do lado de fora da grade dentro da panela grande utilizado (como na Figura 1b), preencher esta área com areia estéril. Esterilizar areia usando qualquer método padrão (por exemplo, autoclavagem, a radiação gama). </li><li> Levante a grade de plástico na vertical para fora da panela, deixando as manchas de solo intacta. Isso permite que as raízes de diferentes indivíduos para interagir no solo e cada planta para experimentar vários patches, o que é essencial para permitir que as raízes das plantas a crescer em várias manchas de solo (por exemplo, células de grade). </li><li> Repetir Secções 2.1.2-2.1.4 por um segundo par de unidades experimentais para produzir um bloco experimental completo (ou seja, uma grelha de solo heterogéneo em que para plantar cada focaespécies l e uma grade de solo homogéneo em que cada espécie de planta focal, para um total de quatro unidades experimentais). </li></ol></li><li> Repita o passo 2.1 para blocos restantes no experimento com o solo restante replicar coleções (Protocolo 1). Aleatorizar blocos, e tramas dentro de blocos, em toda a área experimental, usando tecido de paisagem em torno dos lotes se desejado, para manter o sombreamento de vegetação fora no mínimo (não mostrado). </li><li> Plante sementes de espécies focais em cada célula da grade de cada pote experimental (2 espécies focais x 2 tratamentos de solo). Use semente pool para evitar genótipos de confusão ou comunidades microbianas semente de superfície com os tratamentos de solo. Por exemplo, as sementes da planta de cada Rumex spp. na panela para que as espécies (Figura 1-A) colado individualmente para palitos de plástico com cola solúvel em água em 12 posições de plantio (2 posições por célula de grade) para identificar claramente os indivíduos plantados. </li><li> Meça res da populaçãoponses das unidades experimentais, como a germinação e sobrevivência, através de um censo regular do indivíduo marcado locais de plantio de sementes (por exemplo, usando palitos de dente como no passo 2.3). Minimizar a perturbação do solo para qualquer resposta medida para evitar a mistura de solo entre os patches. <ol><li> Determine os intervalos do censo apropriadas com base na taxa esperada de respostas populacionais das espécies focais. Por exemplo, realizar censos semanais para Rumex spp. que podem germinar rapidamente. </li><li> Continue o experimento por um período adequado baseado na história de vida das espécies focais. Por exemplo, continuar a experiência de pelo menos 2 anos para curta duração perene Rumex spp. para obter dados sobre todas as fases da vida. </li></ol></li></ol> 3. Uma Experiência de efeito estufa exemplo, com solo heterogéneo e homogeneizado em vasos para medir as respostas de plantas individuais <ol><li> Utilize solos de um campo de coleta de solo replicar (Protocolo 1)para produzir um tratamento heterogénea (ou seja, cada metade de um recipiente plástico com solo recolhida a partir de espécies de A ou espécies B) e um tratamento homogéneo (ou seja, pote contém uma mistura 1:1 de solo de espécies A e B) (Figura 2a) para o bloco 1 da experiência nas seguintes etapas. <ol><li> No recipiente de transporte (por exemplo, balde) e antes de envasamento, misture o campo de solo coletadas de cada espécie com areia estéril para produzir uma mistura de 1:1. Faça isso para mitigar a compactação do solo e melhorar a drenagem nos vasos, o que é especialmente útil para as raízes de lavagem, facilitando a separação das raízes do solo. Esterilizar areia usando qualquer método padrão (por exemplo, autoclavagem, a radiação gama). </li><li> Certifique-se para produzir a mesma quantidade de perturbação (ou seja, quebrar torrões com a mesma intensidade) quando a mistura de cada lote de solo de um campo de areia. </li></ol></li><li> Esterilizar equipamentos de movimentação de solo (espátulas, luvas, folha de plástico) com um apmadamente 01:10 mistura de água sanitária (5-10% de hipoclorito de sódio) e água, para remover todas as partículas do solo. Equipamento seco antes do uso para evitar os efeitos de lixívia na biota do solo. Rotular cada equipamento com fita laboratório para indicar a espécie focal cujo solo ele vai lidar para evitar a contaminação cruzada (por exemplo, um rótulo espátula para espécies A e um segundo espátula para espécies B) e cada lado de uma folha de plástico duro para indicar qual Tipo de solo irá ser encapsuladas em cada lado do mesmo para o tratamento de solo heterogéneo. </li><li> Crie um tratamento do solo heterogêneo utilizando o campo de misturas de solo-areia das duas espécies focais (a partir da Secção 3.1.1). <ol><li> Colocar uma folha de plástico duro, no centro de uma panela para dividir ao meio (Figura 2a). Use uma panela de tamanho tal que metade do que é equivalente em volume para o tamanho da mancha de solo adequado (passo 1.1). Por exemplo, use uma panela com um diâmetro 15 centímetros e 18 cm de profundidade para o Rumex spp. na figura 1a (volume total de3,181 centímetros 3). </li><li> Ter dois pesquisadores acrescentam simultaneamente o campo de solo coletadas de cada espécie para o lado apropriado do pote (eg α solo de espécies A) com espátulas devidamente rotulados, para manter os lados, mesmo que o vaso está cheio. </li><li> Retire o divisor de plástico, levantando-o verticalmente do solo, deixando as manchas de solo intacta. Isso permite que as plantas a experimentar os dois pedaços de solo dentro de um pote, essenciais para as plantas para experimentar a heterogeneidade. </li><li> Repita Seções 3.3.1-3.3.3 por 3 unidades experimentais adicionais para produzir um bloqueio completo do tratamento do solo heterogêneo (2 espécies x 2 tipos de patch de solo no tratamento heterogêneo; Figura 2). </li></ol></li><li> Crie um tratamento do solo homogênea, utilizando o campo de misturas solo-areia das duas espécies focais (a partir da Secção 3.1.1). <ol><li> Repita Seção 3.3.1. Ter dois pesquisadores adicionar simultaneamente α e β solos para amboslados da panela com espátulas adequadamente rotulados, distribuindo uniformemente os dois tipos de solo dentro de cada patch e evitando a criação de camadas. Repita Seção 3.3.3. </li><li> Repita a Seção 3.4.1 para uma segunda unidade experimental para produzir um bloqueio completo do tratamento do solo homogêneo (um pote para cada uma das espécies focal 2). </li></ol></li><li> Repita os passos de 3,2-3,4 para blocos restantes no experimento com o solo restante replicar coleções (Protocolo 1). Randomize blocos e parcelas dentro de blocos, através do banco de efeito estufa. </li></ol><img alt="Figura 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51580/51580fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2. Exemplo de efeito estufa experimental induzida manipulação projeto solo-planta heterogeneidade. (A) Os solos coletados na zona de influência da raiz de espécies A (α solos) e as espécies B (β solos) no campo são lugard em cada metade de um pote (tratamento heterogêneo) ou misturado em todo o pote (tratamento homogêneo). (B) As plantas de espécies A são então plantadas no experimento de cada tipo de adesivo no tratamento do solo heterogéneo e em um dos lados do tratamento homogéneo. Aqui, apenas uma espécie (a) é mostrado plantada em seu design. Uma concepção totalmente recíproco incluiria plantas da segunda espécie de contacto (B) plantadas em cada tratamento do solo e tipo de adesivo no tratamento heterogénea. <ol start="6"><li> Mudas de plantas de espécies focal A e B em cada tipo de correção do solo em um esquema fatorial (2 x 3 tipos de espécies de correção do solo [α solo, β solo, e uma mistura homogênea de α e β solo]; Figura 2b). </li><li> Meça todas as respostas de plantas individuais que indicam o desempenho da planta, tais como tamanho da planta, produção de biomassa, ou atributos funcionais. Características adequadas para medir dependerá das espécies focais e as questões científicas deinteresse. <ol><li> Continue o experimento até que as plantas aparecem grande em relação a patches de solo (por exemplo, cerca de 1,5 x a largura da mancha de solo para forbs formação de roseta) para garantir que as raízes das plantas estão crescendo em ambas as manchas de solo. Duração Experimental dependerá, portanto, da taxa de crescimento de espécies focais. </li><li> Plantas de colheita e / ou respostas de medida antes que as plantas se tornam vinculados a panela (ou seja, o crescimento das raízes é limitado pelos limites da panela e raízes círculo do fundo da panela) se as respostas realistas para o ambiente do solo são desejados. Por exemplo, as raízes das plantas ligado a panela é improvável a forragem ao longo da coluna de solo de uma maneira semelhante à das plantas no campo. </li></ol></li></ol>

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Os autores não têm nada a revelar.

Induzida solo-planta heterogeneidade é altamente provável em comunidades naturais, porque as plantas têm grandes efeitos e muitas vezes espécie-específicos em seu ambiente do solo e as plantas subsequentes que experimentam que o solo (por exemplo, Petermann et al. 13). No entanto, nossa compreensão do papel deste tipo de heterogeneidade em comunidades de plantas é mínima 10,14. Aqui, apresentamos um método para manipular induzida solo-planta heterogeneidade, o uso do solo...

Um dos principais objetivos da ecologia de comunidades é explicar e prever os processos que regem a assembléia da comunidade. No entanto, as comunidades de plantas são freqüentemente mais diversificado do que o previsto pela teoria da coexistência 1, e ecólogos da restauração precisa entender os mecanismos de coexistência para restaurar com êxito diversas comunidades nativas 2. Heterogeneidade ambiental é um mecanismo importante que, teoricamente, pode ajudar a explicar altos níveis de diversidade da comunidade, mas manipulações experimentais de heterogeneidade são freqüentes 3 ​​e focar heterogeneidade abióticos (ex. revistas em Lundholm 4). Teoria que incorpora heterogeneidade geralmente assume que a heterogeneidade é extrínseco à comunidade de montagem. Heterogeneidade extrínseca é governada por fatores como tipologia paisagem, que são independentes da composição da comunidade. Heterogeneidade extrínseca pode resultar em coexistência através de partição de nicho (reviecasaram em Melbourne et al. 3, por exemplo, Pacala e Tilman 5 e Chesson 6). No entanto, grande parte da heterogeneidade ambiental relevante para as comunidades de plantas pode ser intrínseca à comunidade, desenvolvendo como a comunidade monta e, dependendo da identidade das espécies na comunidade. Heterogeneidade intrínseca pode resultar de reacções bióticos, as quais podem levar a coexistência através frequência dependência negativa (por exemplo, Bever et al. 7). Aqui, descrevemos um método inovador para manipular induzida pela planta de heterogeneidade do solo, um tipo de heterogeneidade do solo, que é intrínseca à comunidade e surge de feedbacks planta-solo. Feedbacks Plant-solo (PSF) ocorrem quando as plantas influenciam a estrutura do solo, química, ou biota de uma maneira que afeta subseqüente desempenho da planta em que o solo, e PSF têm grandes efeitos médios em desempenho da planta em comunidades nativas de plantas 8. Estudos do PSF têm tipicamente quer coletados solos de campo ou solos condicionado experimentalmente, em seguida, perguntou como as plantas executar em conspecific solo em relação ao heteroespecíficos ou esterilizado solo 9. Se as plantas melhor desempenho em conspecific solo, relativamente à referência solos, então PSF são positivos, enquanto que, se as plantas melhor desempenho em solos de referência, PSF são negativos. PSF negativo recíproco pode levar a coexistência dependente da freqüência entre as espécies 7. Enquanto os efeitos médios de PSF são bem caracterizada 8, os efeitos da heterogeneidade espacial no PSF são mal compreendidos 10. Porque PSF ocorrem na escala de plantas individuais 7 e porque as plantas são frequentemente nonrandomly distribuídas no espaço e no tempo, PSF são susceptíveis de levar a heterogeneidade do solo, que chamamos induzida solo-planta heterogeneidade. Ao contrário de muitas outras formas de heterogeneidade (por exemplo, topologia paisagem), este heterogeneity é intrínseco à comunidade montagem e pode, assim, influenciar a assembléia da comunidade de forma diferente do que as formas mais extrínsecos de heterogeneidade. A fim de compreender a influência dessa forma de heterogeneidade no desempenho da planta e de convivência, precisamos de métodos experimentais que manipulam induzida solo-planta heterogeneidade. Aqui, demonstramos uma tal método, o qual utiliza os solos condicionados por duas espécies para criar um tratamento heterogénea com manchas separadas de duas origens de solo e um tratamento homogéneo, o qual é uma mistura dos dois origens solo. Esta mistura de solo pode representar pelo menos dois cenários plausíveis no campo: (1) perturbação (por exemplo, roedores, agricultura) que mistura solos de diferentes origens ou (2) plantas de duas espécies de crescimento muito próximo, de modo que suas zonas de influência raiz misturam e homogeneizar. Apresentamos dois experimentos exemplo que usam induzida solo-planta heterogeneidade de responder a perguntas-chave em leve diferentesl de organização ecológica: (1) Não populações de plantas respondem a plantar induzida heterogeneidade do solo? e (2) Não plantas individuais responder a induzida solo-planta heterogeneidade? Descreve-se um experimento de campo com seis manchas de solo para abordar a primeira questão e uma casa de vegetação com 2 manchas de solo para abordar a segunda questão. Quantificar população e respostas das plantas individuais a heterogeneidade do solo é essencial para a compreensão de como a montagem influências heterogeneidade comunidade.

<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

Teoria Coexistência tem tratado muitas vezes heterogeneidade ambiental como sendo independente da composição da comunidade, no entanto feedbacks bióticos, como feedbacks planta-solo (PSF) têm grandes efeitos sobre o desempenho da planta, e criar heterogeneidade ambiental que depende da composição da comunidade. Compreender a importância da PSF para o conjunto da comunidade vegetal exige a compreensão do papel da heterogeneidade no PSF, além de significar efeitos do PSF. Aqui, nós descrevemos um protocolo para manipular induzida solo-planta heterogeneidade. Dois experimentos exemplo são apresentados: (1) um experimento de campo com uma grade de 6-patch de solos para medir as respostas da população de plantas e (2) uma casa de vegetação com solos de 2 de patches para medir as respostas de plantas individuais. Os solos podem ser coletadas a partir da zona de influência da raiz (solos da rizosfera e diretamente adjacente ao rizosfera) de plantas no campo de espécies de plantas e conspecíficas heteroespecíficos. Replicar recolheriões são utilizados para evitar pseudoreplicating amostras de solo. Estes solos são depois colocadas em manchas separadas para tratamentos heterogéneos ou misturado para um tratamento de homogeneização. Cuidados devem ser tomados para garantir que os tratamentos heterogêneos e homogeneizadas experimentar o mesmo grau de revolvimento do solo. As plantas podem então ser colocadas nestes tratamentos de solo para determinar o efeito da indução da planta solo heterogeneidade no desempenho da planta. Demonstramos que induzida por plantas resultados heterogeneidade em termos de resultados diferentes do que o previsto pelos modelos tradicionais de convivência, talvez por causa da natureza dinâmica destes feedbacks. Teoria que incorpora heterogeneidade ambiental influenciada pela comunidade montagem e trabalho empírico adicional é necessária para determinar quando a heterogeneidade intrínseca à comunidade montagem irá resultar em diferentes resultados de montagem em comparação com a heterogeneidade extrínseco para a composição da comunidade.

Espécies respondeu induzida por plantar a heterogeneidade do solo de diversas maneiras, tanto a população eo nível individual (Figuras 3 e 4), com implicações para o conjunto da comunidade. Para determinar se as populações de plantas respondem a induzida solo-planta heterogeneidade, um experimento de campo foi estabelecido como no Protocolo 2 usando três pares de espécies congêneres. Populações de plantas foram contadas semanalmente durante três meses ea proporção total ...

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Protocolo Experimental para Manipulação da Heterogeneidade do Solo Induzida por Plantas | Meio Ambiente | Vídeo

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Compreender o papel da heterogeneidade ambiental em coexistência espécie tem geralmente focada em tipos de heterogeneidade que são extrínsecos à composição de espécies da comunidade. Nós fornecemos novos métodos detalhados para a criação de tratamentos de heterogeneidade do solo utilizando solos sujeitos ao feedback condicionado planta-solo, ou heterogeneidade intrínseca à composição da comunidade.

Protocolo experimental para indução-Plant Manipulando heterogeneidade do solo

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

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18.7K visualizações.  Case Western Reserve University.  Compreender o papel da heterogeneidade ambiental em coexistência espécie tem geralmente focada em tipos de heterogeneidade que são extrínsecos à composição de espécies da comunidade. Nós fornecemos novos métodos detalhados para a criação de tratamentos de heterogeneidade do solo utilizando solos sujeitos ao feedback condicionado planta-solo, ou heterogeneidade intrínseca à composição da comunidade. 

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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.

Um protocolo para Realização Chuvas Simulação para o Estudo de Escoamento do Solo

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

Ambiente

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.

Monólito escavação para Coupled Hidrológicos, geoquímicos e microbiológicos Investigações

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.

Isolamento e análise de comunidades microbianas na rizosfera, solo e raízes em experiências de grama perene

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.

Amostragem de solos em uma parcela de pesquisa heterogênea

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.

Investigação das interações planta comum redes micorrízicas usando núcleos girados

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.

Uma plataforma telemétrica e gravimétrica para fenotipagem fisiológica em tempo real de interações vegetais-ambientais

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.

Estratégias de inoculação para infectar raízes vegetais com microrganismos transportados pelo solo

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.

Simulando a temperatura em um experimento de incubação do solo

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 - Uma abordagem experimental para estudar os efeitos da história da planta e do solo no funcionamento do ecossistema de pastagens

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

Melhorando o sequestro de CO2 : uma abordagem da biota do solo para aumentar o intemperismo mineral

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.

Autor em destaque: Desvendando o papel das minhocas no aprimoramento do intemperismo mineral para remoção de CO2 

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.

Projeto e Construção de um Arranjo Experimental para Melhorar o Intemperismo Mineral através da Atividade de Organismos do Solo

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