链接捕食风险，草食动物生理应激和植物凋落物的微生物分解

摘要

我们提出的方法，以评估如何捕食风险加剧的压力导致饮食结构的改变，以满足需求，可以改变化学品质的草食动物的猎物，以及如何从这些压力草食动物尸体的分解减慢随后的植物凋落物分解土壤中的微生物。

摘要

碎屑进入土壤的数量和质量决定由微生物群落以及作为再循环率的氮（N），碳（C）封存^1,2的分解速率。包括大多数植物凋落物碎屑，因此它假定分解生物质输入动物，如草食动物和肉食动物^4,5只轻微影响。然而，的食肉动物可能影响微生物分解的植物残体通过链的互动中，他们的草食动物的猎物捕食风险的生理改变，反过来又改变了土壤微生物的功能，当草食动物尸体分解。草食动物的生理应激反应捕食的风险，可以改变C：N元素组成的草食动物生物量^7,8,9，因为捕食风险增加草食动物基础的能源需求的压力，在营养系统的力量有限草食动物s到他们的消费转移，从N-丰富的资源，以支持经济增长和繁殖，C丰富的碳水化合物资源，以支持提高新陈代谢^6。食草动物都将多余的营养物质的能力有限，所以强调草食动物排泄，N为他们增加碳水化合物-C消耗^7。最终，捕食所强调的捕食风险，提高其机身C：N比^7,10，质量较差的资源，土壤微生物池可能是由于较低的可用性不稳定的Ň微生物酶生产^6。因此，压力草食动物的尸体分解微生物群落的功能，减少后续能力的微生物分解，植物凋落物^6,10,11一个启动效应。

我们提出的方法来评估捕食风险之间的联系和凋落物分解土壤中的微生物。我们描述了如何产生应力草食动物捕食风险;测量确保这些应激反应，和测量的后果微生物分解。我们使用的见解，从模型草原生态系统，包括狩猎蜘蛛，捕食者（Pisuarina MIRA），占主导地位的的蚂蚱的食草动物（Melanoplus femurrubrum），以及各种草和杂类草植物^9。

研究方案

1。应力和压力条件下饲养草蜢

1. 使用0.5米²圆形的，封闭的生物群落，，防止移民或移民的动物物种（ 图1）。建设生物群落使用2.4米长，1.5米高的¼“目铝围栏脚手架。量2.5米长1.75米高的铝窗纱折叠的顶部和底部的击剑击剑和，沿折叠装订在一起。加入击剑结束形成一个封闭的圆，然后装订重叠筛选，共同创造一个密封的窗口，设置围隔领域的土壤中挖一个10厘米深，4厘米宽的沟基地周围的mesocosom，沉围隔成沟槽，然后夯实草皮周围的沟槽。短纤维窗纱一块圆形的围隔顶部的凹陷部分的围隔。
2. 阵列生物群落在复制的配对实验desig该字段中的n。剧情地点应选择相匹配的植物种类的身份和植物相对盖。笼10厘米下沉到地面的情节现场。
3. 用扫网，收集早期（第2 ^次 ）龄蝗虫若虫和库存的生物群落在自然领域密度。
4. 用扫网，捕捉个体的主导坐，等待狩猎蜘蛛捕食物种（而不是web织）。胶具有快干水泥解耦风险的影响，从实际生存选择有利于个人更好的能力来回避蜘蛛捕食蝗虫与关蜘蛛的螯肢（口器用来制伏猎物）。股票的蜘蛛在现场密度每对围隔。这将是应力处理。没有蜘蛛的生态系统中的压力免费治疗。
5. 允许蝗虫若虫发展到晚期（4 ^日和5 ^日 ）龄阶段。收集的所有个人的笼子里，RAndomly将个人从每个网箱后的三个试验组之一：（1）验证的生理应激状态;（2）验证在体内元素的化学计量学的转变;（3）微生物分解。

2。验证草蜢应力状态

1. 测量蝗虫标准代谢率（SMR），二氧化碳排放量的速度（ ）在一个incurrent流通过呼吸测量系统与200毫升/分钟的空气流速。通过干燥剂通过流动的空气中除去水蒸气。
2. 食品剥夺16小时（水应该是可用的），衡量个人蝗虫（±0.1毫克），并将其放置在透明50毫升（9.2厘米长x 2.0厘米厚）呼吸室，并允许他们回收处理至少测量前10分钟开始。
3. 在恒定的环境温度平均内的呼吸测量室的温度（温度±1％标准误差变化），分析呼吸消耗空气使用红外线的CO ₂分析仪（ 例如比特的S151-1 ppm分辨率）。测量的平均值最小的稳态为10分钟。
4. 分析仪提供了分数CO ₂浓度（每百万），但应填报为SMR的速度，因此，我们必须转 ​​变录音 = _FR（ - ）/ {1 - [1 - （1/RQ）]}，其中iles/ftp_upload/50061/50061eq3.jpg“佛：保证”/ files/ftp_upload/50061/50061eq3highres.jpg“/> = incurrent的小数的CO ₂浓度; = excurrent分数的CO ₂浓度; FR =流速（毫升分钟^-1）; RQ =呼吸商，假定等于0.85草食动物。

3。验证移位体元素化学计量学

1. 评估碳：氮（C：N）含量的蝗虫从生物群落收集的样本。
2. 减少变异在C：N，由于近期出现的食品消费在解剖显微镜下删除蝗虫肠道内容。
3. 冷冻干燥空的肠道和身体48小时，然后磨个人的屠体和内脏均匀的粉末。
4. 测量C：N含量的粉末用CNH自动分析仪。

4。微生物分解

1. 地点复制对聚氯乙烯塑料铤（15.4厘米直径，插入〜4公分到土壤中）在现场（ 图3C）。通过在土壤表面的削波内删除所有的植被。这些项圈用于分解的措施。此外，建立一套整个现场的PVC衣领作为^{13 C}自然丰度的控制（见下文），既不是蝗虫，也不是草枯落物中添加。
2. 衣领每对中的添加2条完整，冻干尸体，蝗虫（记录的生物量增加），如上述使用领域笼饲养与捕食风险。每对中的其他领加2条完整冻干尸体饲养，没有捕食的风险。
3. 覆盖PVC铤的画面，，防止蝗虫去除拾荒者的情节，让蝗虫的尸体分解为40天。
4. 虽然尸体被分解，标签草里施泰特有^13℃。
   1. 构建一个明确的有机玻璃室（60厘米×60厘米×1.5米）的入口和出口阀（ 图3B）。
   2. 水槽的正方形的60厘米×60厘米木框与涂覆用硅润滑脂5厘米的到地面（ 图3B）中的橡胶密封件。
   3. 滑动室的木制框架的顶部，使得腔室成为密封的橡胶（ 图3B）。
   4. 室进气口连接，含有99％（原子^）13 CO _2的压缩气体钢瓶_。室内的植物都将被贴上^{13 C，CO} ₂浓度保持在环境水平（因为提升的浓度改变植物中的碳分区）。环境水平仅由脉冲标记CO ₂短的时间内保持。此外，室内的温度进行监控室被删除，如果温度达到5℃;波夫环境。
   5. 一个星期后的标签，比较^{δ13 C}与自然丰度值相同的草种，使用一个热DeltaPlus同位素比质谱仪（赛，圣何塞，CA，USA）的随机抽样收集垃圾的草。
5. 经过40天，加10克风干^{13 C}标记的草地蝗虫尸体此前被修订，各领垃圾。
6. 监测的草地凋落物的原位在75天的上限各领和跟踪土壤呼吸和呼吸CO ₂ ^13的矿化率。这是通过使用一个流室技术，实时监测气体样品各领8分钟，每个使用光腔衰荡光谱（CRDS Picarro公司，圣克拉拉，CA，USA;型号：G1101 -i）的。 CRDS可同时跟踪总额和^{δ13 C}土壤呼吸。
7. 估计^{13 C}标记的草-枯落物利用同位素混合方程对土壤呼吸的贡献。草枯落物来源的CO ₂量的计算方法如下：Ç _{草枯落物而得} = C _总量 ^{×（δ13 C} _呼吸 - ^{δ13 C _{nat.abn）/（δ13} C} _{草-枯落物} - ^{δ13 C} _{NAT 。荷兰} ），其中C _总的总额是在给定的测量呼吸的^{C，δ13 C} _呼吸的^{δ13 C-C}呼吸消耗的衣领修订标记草枯枝落叶^{，δ13 C} _nat.abn。是的平均^{δ13 C}呼吸消耗ç在三个自然丰度铤（ 即那些没有修订，乱抛垃圾）和^{δ13 C} _{基层枯枝落叶}的草地上乱抛垃圾的^{δ13 C}的共同llars。
8. 同时监测土壤温度和水分在整个实验中使用的手持式探头纠正由于温度和湿度的差异，土壤呼吸的差异。
9. 虽然用于现场使用，光腔衰荡光谱仪（Picarro公司，圣克拉拉，CA，USA;型号：G1101-I）的读数是敏感的运动。因此，所有的地块含有PVC衣领竖立基地测量站，并与PVC管的长度，将仪器连接到衣领。

结果

图2给出了一个例子情节的蚂蚱应力和组织应力条件下的标准代谢率的。由于个人蝗虫的身体质量差异，而事实上，代谢率与体重变化，情节应当出示代谢率的关系蚱蜢的身体质量。不同的治疗方法并行的趋势表明，代谢率的上升都是强调个人作为一个恒定的标准代谢率的倍数（ 即有没有身体质量×代谢率相互作用）。

蝈蝈体C和N元素含量的风险和无风险的条件列于表1。值得注意的是，有一个非常小的（4％）治疗之间的区别在机身C：N比。然而，这些微小的差别可以转化为差异大草地凋落物的分解的土壤微生物池（ 图3）。

草枯枝落叶PVC的衣领以前修订与压力或无压力的蝗虫会导致不同程度的凋落物的分解，反映在曲线描述从土壤中微生物呼吸（ 图3）由于累积CO ₂释放。应监测实验，直到累积曲线开始饱和。

	应力	强调自由
碳（％）	48.44±0.32	44.73±0.46
氮（％）	12.11±0.08	11.62±0.12
碳：氮	4.00±0.03	3.85±0.04

表1的蚂蚱食草动物车的化学成分比较。casses从条件，使他们面对捕食风险（压力），并在捕食风险是不存在的（压力）。这些值是平均值±1个标准误差。

图1。插图的生态系统中用于试验总体方案的的实验评估风险的影响，凋落物分解的设计。

图2：情节标准代谢率的草食动物，草食动物的身体质量。的数据是根据实验性治疗分为两大类：蝗虫从食肉动物（捕食）产生应力，生物群落的生物群落，没有捕食者（控制），因此没有引起应力。数据D. HalwenaOJ施密茨2010年出版。

图3描述累计CO ₂释放的微生物池，而PVC衣领分解实验草凋落物输入的曲线。绘制的值的平均值±1个标准误差。该图显示了引物，土壤与压力的蝗虫尸体（捕食者）低19％（ANOVA F _1,6 = 9.06，P <0.05），无压力的蝗虫尸体（对照组）引物与土壤的植物凋落物的分解率比。插图显示设备在该领域的PVC领。图转载从Hawlena 等。的 依次点击这里查看大图 。

讨论

这里介绍的方法的顺序应该让系统的压力测量在地上食物网的种类包括素土微生物群落的方式，导致变更后凋落物的分解。是理想的，因为完整的食物网可以在空间上受限制和包含在生物群落为研究，包括节肢动物消费者和草本植物的生态系统的方法。

空间变异可能存在由于梯度背景土壤水分，土壤温度，植物养分含量等的研究设计，让一到的阵列mescosms和PVC衣领挡住沿空间的环境梯度，从而账户等环境变化进行分析时的动画效果。

虽然用于现场使用，光腔衰荡光谱仪（Picarro公司，圣克拉拉，CA，USA;型号：G1101-I）的读数本身nsitive运动。因此，所有的地块含有PVC衣领竖立基地测量站，并与PVC管的长度，将仪器连接到衣领。

土壤枯枝落叶分解历来被测量封闭已知的垃圾数量为玻璃纤维网袋，袋存放在该领域在土壤表面，并定期重新测量袋量化凋落物消失率（分解）。这种方法的局限性是，一个是无法追踪的命运的分解物或确定CO ₂矿化的土壤改良剂（添加枯枝落叶）的背景土壤CO ₂矿化的贡献。这里介绍使用标记的CO ₂示踪方法有助于缓解这一后勤约束。

生态系统生态学和生物地球化学的操作下工作的范例，因为吃剩的植物-枯落物包括多数碎屑，地下生态系统过程的影响只是轻微的生物质投入，从更高的营养水平在地上的食物网，如草食动物自己^6。然而，有越来越多的证据表明，可以有更高的营养水平的物种在生态系统地下过程产生深远的影响^1,4,5。这里介绍的方法，站在更高的营养水平，以提高定量的贡献，无论是通过生物 ​​质直接从尸体沉积（ 如^{：12，13）}或排泄和排遗作用（ 如 ^14，15）或间接通过改变植物群落组成（ 例如 ⁹ ）对生态系统的养分循环。这种量化有助于揭示动物的机制，控制生态系统动态协同努力的一部分，以加强和修改当前的工作范式的生物控制生态系统的功能。

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
的试剂或设备的名称	公司	目录编号	评论（可选）
腔衰荡光谱仪	Picarro公司，圣克拉拉，CA，USA	型号＃G1101-I
CO2呼吸	量子比特的系统，金士顿，ON，加拿大	型号＃S151
13C	Sigma-Aldrich公司	372382
分光光度计	热，美国加利福尼亚州圣何塞	型号：增量V +同位素比质谱仪