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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Ringraziamo Squire Valleevue e la Valle Ridge Farms della Case Western Reserve University, tra cui A. Locci, C. Bond, e A. Alldridge, aiuto che istituisce la giardino comune. J. Ganci, L. Huffman, L. Gonzales, SC Leahy, B. Ochocki, A. Ubiles, C. Yu, X. Zhao, e NM Zimmerman hanno fornito assistenza campo. AJB e Johannesburg sono stati finanziati da fondi di avvio da CWRU a JHBGAD stato supportato da una Programmi estivi in ​​concessione Undergraduate Research di CWRU finanziati dal Howard Hughes Medical Institute. Questo lavoro è stato supportato anche da finanziamenti della National Science Foundation di Johannesburg (DEB 1.250.170).

1. Raccogliere campo Suoli per produrre trattamenti del suolo eterogenei e omogenei <ol><li> Identificare le due specie di piante cooccurring in habitat simili e tipi di suolo per lo studio (ad esempio, Figura 1a). Determinare la quantità di terreno necessaria basato su suolo dimensioni patch da usare nell&#39;esperimento (ad esempio un terzo alla metà della zona root principale della specie focali &quot;, o il volume racchiuso dalla sfera root) e il numero di patch richiesto per l&#39;esperimento (vedi protocollo 2 e 3, di seguito). <ol><li> Per Rumex spp. (Figura 1a), utilizzare i cerotti suolo di 10 cm x 10 cm x 18 cm (lunghezza x larghezza x profondità) per la zona approssimativa radice di 10 centimetri di raggio dalla base della pianta per 18 cm di profondità (5.655 centimetri 3 di terreno di questa zona definita di influenza radice per un singolo impianto produce 3 patch terreno di 1800 centimetri 3). </li></ol></li><li> Sito campo Indagine per individuare individui adulti delle due specie focali. Evitare di individui la cui roozona t probabile sovrappone con le altre specie focali (ad esempio individui Rumex trovano a 0,25 m delle altre specie). Segnare il numero di persone necessarie per ottenere la quantità necessaria di terreno con bandiere pin. <ol><li> Mark 20 scelto a caso gli individui di ogni Rumex spp. per 20 unità sperimentali (2 specie x 2 trattamenti al terreno x 5 repliche) che necessitano rispettivamente di 3 patch suolo di ogni specie focali (come nel protocollo 2, di seguito). </li></ol></li><li> Sterilizzare attrezzature suolo raccolta (pale, guanti, trasporto container), con un mix di circa 1:10 di candeggina (5-10% NaClO) e acqua per rimuovere tutte le particelle di terreno. Attrezzature secco prima dell&#39;uso per evitare effetti di candeggina sul biota del suolo. Etichettare ogni pezzo di equipaggiamento con nastro adesivo di laboratorio per indicare la specie focale cui suolo si raccolgono o trasportano per evitare la contaminazione incrociata (ad es etichetta una pala per le specie A e una seconda pala per la specie B). </li><li> Controllare meteo e condizioni del suolozioni prima di iniziare la raccolta del suolo per i recenti eventi di precipitazione. Evitare di raccogliere i terreni troppo umidi (fangoso o completamente saturo) o la raccolta di suolo durante un evento di precipitazione per ridurre al minimo il compattamento del suolo. Evitare di raccogliere suoli che sono troppo secco (molto duro e difficile da inserire in una pala) per facilitare la separazione suolo da radici. </li><li> Raccogliere suolo campo dal marcati individui delle due specie focali in lotti replicare per evitare pseudoreplication (ad esempio, un campione di suolo singolo contenente un agente patogeno raro essere successivamente miscelato attraverso repliche sperimentali). <ol><li> Scavare la zona radice completa di un individuo della specie A (come definito al punto 1.1) con la pala sterile opportunamente marcato, rimuovere visibili radici grossolane dal terreno con i guanti sterili opportunamente etichettati, e posizionare suolo nel opportunamente marcato contenitore per il trasporto sterile (per esempio secchio). Per un esperimento con 4 unità sperimentali in ogni blocco e 1 singolo impiantoS &#39;zona della radice fornendo abbastanza terreno per 1 unità sperimentale (come nella sezione 1.2.1), ripetere questa procedura per tre altri individui di specie A. </li><li> Ripetere la Sezione 1.5.1 per le specie B. </li><li> Trasportare la raccolta suolo replica da entrambe le specie al sito sperimentale. Posizionare suolo in unità sperimentali per il blocco 1 dell&#39;esperimento (come nel protocollo 2 o 3, di seguito), in cui un blocco contiene un&#39;unità sperimentale da ciascuna combinazione di trattamento (cioè ogni specie x ogni trattamento del suolo). </li><li> Ripetere Sezione 1.5.3. </li><li> Ripetere Sezioni 1.5.1-1.5.4 per i rimanenti blocchi nell&#39;esperimento. Raccogliere suolo da gruppi di individui di almeno 1 m di distanza da luoghi di raccolta precedenti per ogni replica di raccolta per ridurre al minimo pseudoreplication. </li></ol></li></ol><img alt="Figura 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51580/51580fig1highres.jpg" width="500" /> Figure 1. Campo Esempio disegno sperimentale manipolazione eterogeneità del terreno vegetale-indotta. (A) I suoli sono raccolti dalla zona di influenza radice di conspecifici (α) e heterospecifics (β) nel campo, seguendo protocolli standard per lo studio degli effetti della pianta-suolo feedbacks 9 . (B) i trattamenti sperimentali con terreni eterogenei composti da terreni di impianto A (α) suoli e dei terreni di impianto B (suoli β &#39;) sono disposte in una griglia, e trattamenti del suolo omogeneizzati creati con una miscela in parti uguali di suoli di queste due origini . In questo esempio, griglie di suoli campo sono inseriti in vasi di grande diametro affondate nel terreno e la zona intorno ogni griglia è riempito con grossa, sabbia sterilizzata. Questa cifra è stata modificata da Brandt et al. 10 2. Un esperimento Esempio Campo, la creazione di griglie di suolo eterogeneo e omogeneo per misurare le risposte delle piante Popolazione <ol><li> Utilizzare terreni da una raccolta suolo campo replicare (protocollo 1) per produrre un trattamento eterogeneo (cioè celle della griglia alternata contengono suolo raccolti da specie A o specie B) e un trattamento omogeneo (cioè ogni cella della griglia contiene una miscela 1:1 di suolo da specie A e B) (Figura 1b) per il blocco 1 dell&#39;esperimento nelle seguenti fasi. <ol><li> Sterilizzare attrezzature per la movimentazione del terreno (cazzuole, guanti, griglia in plastica) con un misto di circa 1:10 di candeggina (5-10% NaClO) e acqua per rimuovere tutte le particelle di terreno. Attrezzature secco prima dell&#39;uso per evitare effetti di candeggina sul biota del suolo. Etichettare ogni pezzo di equipaggiamento con nastro adesivo di laboratorio per indicare la specie focale cui suolo si tratterà di evitare la contaminazione incrociata (ad es etichetta una spatola per le specie A e una seconda spatola per le specie B) e la griglia in plastica per indicare se sarà utilizzato per il trattamento del suolo eterogeneo od omogeneo. </li><li> Posizionare griglia rimovibile inuna pentola affondata nel terreno [o altro terreno o contenitore abbastanza grande per ospitare la griglia] per essere riempito con il campo raccolte del suolo (ad esempio 1.800 centimetri cellulare 3 / griglia come al punto 1.1.1). Utilizzare una griglia custom-costruito delle dimensioni desiderate, ad esempio 2 x 3 griglia con 6 celle di dimensioni determinati nella fase 1.1 (Figura 1b). <ol><li> Per il trattamento eterogeneo di alternare tipi di patch terreno, posto palate di suolo da specie A nelle celle della griglia per α suolo e terreni provenienti da specie B in cellule per il terreno β (Figura 1b). </li><li> Per il trattamento omogeneo, collocare alternati palate di suoli A e B in ciascuna cella della griglia, avendo cura di distribuire uniformemente i due tipi di suolo ed evitare la formazione di strati di ogni tipo di terreno (Figura 1b). Ad esempio la patch terreno di 1800 centimetri 3 (sezione 1.1.1), posizionare 900 centimetri 3 di ogni tipo di terreno in ogni cella della griglia. </li><li> Essere sure per produrre la stessa quantità di disturbo (per esempio rompere le zolle di terreno nella stessa misura) per la creazione di trattamenti del suolo eterogenei ed omogenei per evitare di confondere disturbo terreno con eterogeneità del terreno. </li></ol></li><li> Se nessuna zona vuota rimane intorno alla parte esterna della griglia all&#39;interno della pentola utilizzata (come in Figura 1b), riempire questa zona con sabbia sterile. Sterilizzare sabbia utilizzando qualsiasi metodo standard (ad esempio autoclave, gamma-irradiazione). </li><li> Sollevare la griglia di plastica in verticale fuori dalla pentola, lasciando intatte le patch del suolo. Questo permette radici provenienti da diversi individui di interagire nel terreno e ogni pianta per vivere più patch, che è essenziale per consentire le radici delle piante di crescere in macchie suolo multipli (cioè celle della griglia). </li><li> Ripetere sezioni 2.1.2-2.1.4 per una seconda coppia di unità sperimentali per produrre un blocco completo sperimentale (cioè una griglia di suolo eterogeneo in cui piantare ogni focaspecie l e una griglia di terreno omogeneo nel quale piantare ogni specie focale, per un totale di 4 unità sperimentali). </li></ol></li><li> Ripetere il punto 2.1 per le rimanenti blocchi l&#39;esperimento con il terreno restante replicare collezioni (protocollo 1). Randomize blocchi, e le trame all&#39;interno dei blocchi, in tutta l&#39;area sperimentale, usando il tessuto paesaggio intorno le trame se lo si desidera, di mantenere sfumature dal verde al di fuori di un minimo (non mostrato). </li><li> Semi di piante di specie focali in ogni cella della griglia di ogni piatto sperimentale (2 specie focali x 2 trattamenti al terreno). Utilizzare seme pool di evitare genotipi vegetali di confondimento o comunità microbiche seme di superficie con i trattamenti del suolo. Per esempio, i semi di piante di ogni Rumex spp. nella pentola di tale specie (Figura 1a) incollati individualmente stuzzicadenti di plastica con colla solubile in acqua in 12 posizioni di impianto (2 posizioni per ogni cella della griglia) per individuare chiaramente i soggetti piantati. </li><li> Misurare res popolazioneponses delle unità sperimentali, come la germinazione e la sopravvivenza, attraverso un censimento regolare dei singoli assegnati luoghi di impianto di semi (ad esempio utilizzando stuzzicadenti come al punto 2.3). Ridurre al minimo disturbo del terreno per una risposta misurata per evitare di mescolare il suolo tra macchie. <ol><li> Determinare gli opportuni intervalli di censimento in base al tasso atteso di risposte della popolazione per le specie focali. Ad esempio, effettuare censimenti settimanali per Rumex spp. che possono germinare rapidamente. </li><li> Continua l&#39;esperimento per una durata appropriata in base alla storia della vita della specie focali. Ad esempio, continuare l&#39;esperimento per almeno 2 anni per breve durata perenne Rumex spp. per ottenere i dati su tutte le fasi della vita. </li></ol></li></ol> 3. Una serra sull&#39;esperimento di esempio, con terreno eterogeneo ed omogeneizzato in Pentole misurare le risposte individuali vegetali <ol><li> Utilizzare terreni provenienti da una collezione suolo replica campo (protocollo 1)per produrre un trattamento eterogeneo (cioè ogni metà di un recipiente riempito con terra raccolta da specie A o specie B) e un trattamento omogeneo (cioè vaso contiene una miscela 1:1 di terreno da specie A e B) (figura 2a) per il blocco 1 dell&#39;esperimento nei seguenti passi. <ol><li> Nel contenitore di trasporto (per esempio secchio) e prima impregnazione, mescolare il campo suolo raccolti da ciascuna specie con sabbia sterile per produrre una miscela 1:1. Fate questo per ridurre la compattazione del suolo e migliorare il drenaggio nei vasi, che è particolarmente utile per le radici di lavaggio, facilitando la separazione delle radici dal suolo. Sterilizzare sabbia utilizzando qualsiasi metodo standard (ad esempio autoclave, gamma-irradiazione). </li><li> Essere sicuri di produrre la stessa quantità di disturbo (per esempio rompere le zolle di terreno nella stessa misura) quando si mescola ogni lotto di terreno di campo con la sabbia. </li></ol></li><li> Sterilizzare attrezzature per la movimentazione del terreno (cazzuole, guanti, fogli di plastica) con un approximately 01:10 miscela di candeggina (5-10% NaClO) e acqua per rimuovere tutte le particelle di terreno. Attrezzature secco prima dell&#39;uso per evitare effetti di candeggina sul biota del suolo. Etichettare ogni pezzo di equipaggiamento con nastro adesivo di laboratorio per indicare la specie focale cui suolo si tratterà di evitare la contaminazione incrociata (ad es etichetta una spatola per le specie A e una seconda spatola per le specie B), e ciascun lato di un foglio di plastica rigida per indicare quale tipo di suolo verrà vaso su ogni lato di essa nel trattamento del suolo eterogeneo. </li><li> Creare un trattamento del terreno eterogeneo utilizzando il campo miscele terreno di sabbia delle due specie focali (da punto 3.1.1). <ol><li> Posizionare il foglio di plastica rigida nel centro di una pentola per dividerlo a metà (Figura 2a). Utilizzare una pentola di dimensioni tali che la metà di esso è equivalente in volume, a dimensione di patch terreno appropriato (fase 1.1). Ad esempio, utilizzare una pentola con un diametro di 15 centimetri e 18 cm di profondità per la Rumex spp. in Figura 1a (volume totale di3181 centimetri 3). </li><li> Hanno due ricercatori aggiungono contemporaneamente il campo suolo raccolti da ogni specie a lato appropriato del piatto (ad esempio α suolo da specie A) con cazzuole opportunamente marcati, per mantenere i lati anche se il piatto è pieno. </li><li> Rimuovere il divisorio in plastica sollevandolo verticalmente dal terreno, lasciando intatte le patch suolo. Questo permette alle piante di sperimentare entrambe le chiazze di terreno all&#39;interno di un vaso, indispensabili per le piante per vivere eterogeneità. </li><li> Ripetere Sezioni 3.3.1-3.3.3 per 3 unità sperimentali aggiuntivi per produrre un blocco completo del trattamento suolo eterogeneo (2 x 2 specie suolo tipi di patch nel trattamento eterogeneo; la figura 2). </li></ol></li><li> Creare un trattamento del terreno omogeneo utilizzando il campo miscele terreno di sabbia delle due specie focali (da punto 3.1.1). <ol><li> Ripetere Sezione 3.3.1. Sono due ricercatori aggiungere contemporaneamente sia α e β suoli siapareti della pentola con cazzuole opportunamente marcati, in modo uniforme la distribuzione di entrambi i tipi di terreno all&#39;interno di ogni patch ed evitando la creazione di strati. Ripetere Sezione 3.3.3. </li><li> Ripetere sezione 3.4.1 per una seconda unità sperimentale per produrre un blocco completo del trattamento terreno omogeneo (una pentola per ciascuna delle 2 specie focale). </li></ol></li><li> Ripetere i passaggi 3,2-3,4 per i blocchi rimanenti nell&#39;esperimento con il terreno restante replicano collezioni (protocollo 1). Randomize blocchi, e le trame all&#39;interno dei blocchi, attraverso la panchina serra. </li></ol><img alt="Figura 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51580/51580fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2. Esempio serra sperimentale di progettazione manipolazione eterogeneità del terreno vegetale-indotta. (A) Suoli raccolti dalla zona di influenza radice di specie A (α suoli) e di specie B (β suoli) nel campo sono luogod in ogni metà di un piatto (trattamento eterogeneo) o mescolati in tutto il piatto (trattamento omogeneo). (B) Vegetali di specie A vengono poi piantati nell&#39;esperimento in ogni tipo di patch suolo nel trattamento eterogeneo e su un lato del trattamento omogeneo. Qui, una sola specie (A) e &#39;stato piantato in questo disegno. Un design tutto reciproci dovrebbe includere piante della seconda specie focali (B) piantati in ogni trattamento del suolo e tipo di patch all&#39;interno del trattamento eterogeneo. <ol start="6"><li> Piantine di piante di specie focale A e B in ogni tipo di patch suolo in un disegno fattoriale (2 specie x 3 tipi di patch del suolo [α suolo, β suolo, e una miscela omogenea di α e β suolo]; Figura 2b). </li><li> Misurare eventuali risposte individuali delle piante che indicano prestazioni dell&#39;impianto, come la dimensione dell&#39;impianto, la produzione di biomassa, o tratti funzionali. Tratti appropriati per misurare dipenderanno specie focali e le questioni scientifiche diinteresse. <ol><li> Continua l&#39;esperimento fino piante appaiono grande rispetto alla patch suolo (ad esempio circa 1,5 x la larghezza della zona di terreno per forbs-rosetta formatura) per garantire le radici delle piante crescono in entrambe patch suolo. Durata sperimentale sarà quindi dipenderà dal tasso di crescita delle specie focali. </li><li> Impianti di raccolta e / o risposte misura prima che le piante diventano pot-bound (cioè la crescita delle radici è limitata dai confini del vaso e le radici cerchio il fondo della pentola), se si desiderano risposte realistiche per l&#39;ambiente terreno. Ad esempio, radici di piante in vaso sono improbabili a foraggio tutta la colonna di terreno in un modo simile a piante in campo. </li></ol></li></ol>

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Eterogeneità del terreno Plant-indotta è altamente probabile in comunità naturali perché le piante hanno effetti grandi e spesso specie-specifici sul loro ambiente del terreno e le successive piante che sperimentano che il suolo (ad es Petermann et al. 13). Tuttavia, la nostra comprensione del ruolo di questo tipo di eterogeneità sulle comunità vegetali è minimo 10,14. Qui, presentiamo un metodo per manipolare eterogeneità terreno vegetale indotta, utilizzando terreno di d...

Uno degli obiettivi primari della comunità dell&#39;ecologia è quello di spiegare e prevedere i processi che governano assemblea comunitaria. Tuttavia, comunità vegetali sono spesso più diversificata di quanto previsto dalla teoria convivenza 1, e gli ecologisti di restauro hanno bisogno di capire i meccanismi di coesistenza di ripristinare con successo diverse comunità indigene 2. Eterogeneità ambientale è un meccanismo teoricamente importante che può aiutare a spiegare gli alti livelli di diversità delle comunità, ma manipolazioni sperimentali di eterogeneità sono infrequenti 3 e concentrarsi sulla eterogeneità abiotici (ad esempio, recensito in Lundholm 4). Teoria che incorpora eterogeneità presuppone in genere che l&#39;eterogeneità è estrinseco alla comunità montaggio. Eterogeneità estrinseca è governato da fattori quali la tipologia del paesaggio, che sono indipendenti dalla composizione della comunità. Eterogeneità Extrinsic può provocare convivenza attraverso nicchia partizionamento (Reviewed a Melbourne et al. 3, ad esempio Pacala e Tilman 5 e Chesson 6). Tuttavia, gran parte l&#39;eterogeneità ambientale rilevante per le comunità vegetali può essere intrinseca alla comunità, sviluppando come la comunità assembla e in funzione dell&#39;identità della specie nella comunità. Eterogeneità intrinseca può derivare da una valutazione biotici, che può portare alla convivenza attraverso la frequenza-dipendenza negativa (ad esempio Bever et al. 7). Qui, descriviamo un nuovo metodo per manipolare l&#39;eterogeneità del terreno vegetale indotta, un tipo di eterogeneità terreno che è intrinseco alla comunità e nasce da una valutazione pianta-suolo. Feedback Plant-suolo (PSF) si verificano quando le piante influenzare la struttura del suolo, la chimica, o biota in un modo che colpisce successiva performance dell&#39;impianto in quel terreno, e PSF hanno grandi effetti medi sulle prestazioni dell&#39;impianto in comunità vegetali autoctone 8. Studi di FPF sono tipicamente sia i terreni dal campo o terreni condizionati raccolti sperimentalmente, poi chiesto come le piante svolgono nel rispetto conspecifici terreno heterospecific o sterilizzato il terreno 9. Se le piante migliori prestazioni in conspecifici relativo terreno di riferimento suoli, poi PSF sono positive, mentre se le piante rendimento migliore in terreni di riferimento, PSF sono negativi. Reciproco PSF negativo può portare alla coesistenza dipendente dalla frequenza tra le specie 7. Mentre gli effetti medi di FPF sono ben caratterizzati-8, gli effetti di eterogeneità spaziale in FPF sono capiti male 10. Perché PSF si verificano sulla scala delle singole piante 7 e perché le piante sono spesso non casualmente distribuiti nello spazio e nel tempo, PSF sono suscettibili di condurre a eterogeneità del terreno, che noi chiamiamo l&#39;eterogeneità del terreno vegetale-indotta. A differenza di molte altre forme di eterogeneità (ad esempio topologia paesaggio), questo heterogeneity è intrinseca alla comunità montaggio e può quindi influenzare assemblea comunitaria diverso rispetto a forme più estrinseci di eterogeneità. Per comprendere l&#39;influenza di questa forma di eterogeneità sulle prestazioni dell&#39;impianto e coesistenza, dobbiamo metodi sperimentali che manipolano eterogeneità suolo pianta indotta. Qui, dimostriamo tale metodo, che utilizza terreni condizionati con le due specie per creare un trattamento eterogeneo con patch separate da due origini suolo e un trattamento omogeneo, che è una miscela dei due origini suolo. Questo miscuglio terreno potrebbe rappresentare almeno due scenari plausibili in campo: (1) disturbo (ad esempio roditori, agricoltura) che mescola suoli di diversa origine o (2) piante di due specie che crescono in prossimità, in modo tale che le loro zone di influenza radice mescolano e omogeneizzare. Vi presentiamo due esperimenti di esempio che utilizzano l&#39;eterogeneità del terreno vegetale indotto a rispondere alle domande fondamentali a differenti levels di organizzazione ecologica: (1) Sei popolazioni di piante rispondono a piantare indotta eterogeneità del suolo? e (2) Sei singole piante rispondono alla eterogeneità del terreno vegetale indotta? Descriviamo un esperimento sul campo con 6 patch del suolo per affrontare la prima questione e un esperimento di serra con 2 patch del suolo per affrontare la seconda questione. Quantificare popolazione e le risposte individuali delle piante per l&#39;eterogeneità del suolo è essenziale per capire come assembly influenze eterogeneità della comunità.

<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

La teoria Coesistenza ha spesso trattato eterogeneità ambientale come indipendente dalla composizione della comunità, ma le risposte biotici quali risposte pianta-suolo (PSF) hanno grandi effetti sulle prestazioni dell&#39;impianto, e creare eterogeneità ambientale, che dipende dalla composizione della comunità. Comprendere l&#39;importanza di FPF per il montaggio comunità vegetale richiede la comprensione del ruolo di eterogeneità in PSF, oltre a significare effetti FPF. Qui, descriviamo un protocollo per la manipolazione eterogeneità del terreno vegetale-indotta. Due esperimenti sono presentati esempio: (1) un esperimento sul campo con una griglia 6-patch di suoli per misurare risposte della popolazione vegetali e (2) un esperimento serra con suoli 2-permutazione per misurare le risposte individuali vegetali. I terreni possono essere raccolti dalla zona di influenza della radice (suoli della rizosfera e direttamente adiacente alla rizosfera) di piante in campo da specie vegetali conspecifici e heterospecific. Replicare collectioni sono usati per evitare pseudoreplicating campioni di terreno. Questi suoli sono poi poste in macchie separate per i trattamenti eterogenei o misti per un trattamento omogeneizzato. Si deve prestare attenzione a garantire che i trattamenti eterogenei e omogeneizzati sperimentano lo stesso grado di disturbo del suolo. Le piante possono poi poste in questi trattamenti del suolo per determinare l&#39;effetto di eterogeneità suolo pianta indotta sulle prestazioni dell&#39;impianto. Dimostriamo che i vegetali indotta risultati eterogeneità nei risultati diversi di quanto previsto dai modelli tradizionali di coesistenza, forse a causa della natura dinamica di queste risposte. Teoria che incorpora eterogeneità ambientale influenzato dalla comunità di montaggio e il lavoro empirico supplementare è necessaria per determinare quando l&#39;eterogeneità intrinseca alla comunità montaggio si tradurrà in diversi esiti di assemblaggio rispetto eterogeneità estrinseco alla composizione della comunità.

Specie risposto eterogeneità terreno per piantare indotta in diversi modi sia la popolazione e livello individuale (figure 3 e 4), con implicazioni per il montaggio comunità. Per determinare se le popolazioni di piante rispondono alla eterogeneità del terreno vegetale indotta, un esperimento sul campo è stato stabilito come nel protocollo 2 utilizzando tre paia congeneri di specie. Popolazioni vegetali sono stati censiti settimana per tre mesi e la percentuale totale dei semi pianta...

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Protocollo sperimentale per la manipolazione dell'eterogeneità del suolo indotta dalle piante | Ambiente | Video

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Comprendere il ruolo di eterogeneità ambientale in specie la convivenza è tipicamente concentrata sui tipi di eterogeneità che sono estrinseco alla composizione delle specie della comunità. Noi forniamo i dettagli sui metodi innovativi per la creazione di trattamenti eterogeneità del terreno utilizzando terreni soggetti a pianta-suolo risposte di condizionamento, o eterogeneità intrinseca alla composizione della comunità.

Protocollo sperimentale per eterogeneità del terreno manipolazione Plant-indotta

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 Views.  Case Western Reserve University.  Comprendere il ruolo di eterogeneità ambientale in specie la convivenza è tipicamente concentrata sui tipi di eterogeneità che sono estrinseco alla composizione delle specie della comunità. Noi forniamo i dettagli sui metodi innovativi per la creazione di trattamenti eterogeneità del terreno utilizzando terreni soggetti a pianta-suolo risposte di condizionamento, o eterogeneità intrinseca alla composizione della comunità. 

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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.

Un protocollo per Condurre Pioggia di simulazione per studiare deflusso del suolo

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

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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.

Terreno lisimetro scavo per accoppiate idrologici, geochimiche e microbiologiche Investigations

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 ed analisi di comunità microbiche nel suolo, rizosfera e radici negli esperimenti di erba perenne

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.

Campionamento di suoli in una ricerca eterogenea trama

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.

Studio delle interazioni pianta tutte le comuni reti Mycorrhizal utilizzando core ruotati

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.

Una piattaforma telemetrica e gravimetrica per la fenotipizzazione fisiologica in tempo reale delle interazioni pianta-ambiente

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.

Strategie di inoculazione per infettare le radici delle piante con microrganismi trasmessi dal suolo

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.

Simulazione della temperatura in un esperimento di incubazione del suolo

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 - Un approccio sperimentale per studiare gli effetti della storia delle piante e della storia del suolo sul funzionamento dell'ecosistema delle praterie

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

Migliorare il sequestro di CO2 : un approccio al biota del suolo per aumentare l'erosione minerale

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.

Autore in primo piano: Svelare il ruolo dei lombrichi nel migliorare l'erosione dei minerali per la rimozione della 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.

Progettazione e realizzazione di un setup sperimentale per il miglioramento dell'alterazione dei minerali attraverso l'attività degli organismi del suolo

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