Wir danken der Case Western Reserve University und Squire Valleevue Tal Ridge Farms, einschließlich A. Locci, C. Bond, und A. Alldridge, um Hilfe zur Gründung der gemeinsamen Garten. J. Hooks, L. Huffman, L. Gonzales, SC Leahy, B. Ochocki, A. Ubiles, C. Yu, X. Zhao, und NM Zimmerman vorgesehene Feld Unterstützung. AJB und JHB wurden von Start Mittel aus CWRU zu JHBGAD finanziert wurde von einem Sommerprogramme in Undergraduate Research Stipendium CWRU vom Howard Hughes Medical Institute finanziert unterstützt. Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation Finanzierung JHB (DEB 1250170) unterstützt.

1. Sammeln Feld Böden auf heterogene und homogene Boden Behandlungen Produzieren <ol><li> Identifizieren Sie zwei cooccurring Pflanzenarten in ähnlichen Lebensräumen und Bodentypen für Studium (z. B. Abbildung 1a). Bestimmen Menge Erde benötigt, basierend auf Bodenflächengröße im Experiment (z. B. ein Drittel bis die Hälfte der Primärwurzelzone der Brenn Arten &quot;, oder das Volumen durch den Wurzelballen umgeben) und der Anzahl der Patches für das Experiment benötigten verwenden (siehe Protokoll Nr. 2 und 3, unten). <ol><li> Für Rumex spp. (Abbildung 1a), verwenden Sie Patches Boden von 10 cm x 10 cm x 18 cm (Länge x Breite x Tiefe) für ungefähre Wurzelzone von 10 cm Radius von der Basis von Pflanzen zu 18 cm Tiefe (5.655 cm 3 Erde von dieser definierten Zone Wurzel Einfluss für eine einzelne Anlage 3 ergibt Boden Patches von 1.800 cm 3). </li></ol></li><li> Survey Website zu erwachsenen Individuen der beiden Schwer Arten zu finden. Vermeiden Sie Personen, deren root Zone wahrscheinlich Überschneidungen mit anderen Brenn Arten (z. B. Rumex Individuen innerhalb von 0,25 m der anderen Spezies liegt). Markieren Sie die Anzahl der Personen benötigt, um die erforderliche Menge des Bodens mit Stift Fahnen zu erhalten. <ol><li> Mark 20 zufällig ausgewählte Individuen jeder Rumex spp. 20 Versuchseinheiten (2 x 2 Arten Bodenbehandlungen x 5 Wiederholungen), die jeweils 3 erfordern Boden Patches aus jeder Brenn Arten (wie in Protokoll Nr. 2, unten). </li></ol></li><li> Sterilisieren Schmutzsammelgeräte (Schaufeln, Handschuhe, Transportbehälter) mit einer etwa 1.10 Mischung von Bleichmittel (5-10% NaClO) und Wasser, um alle Schmutzpartikel zu entfernen. Chemische Ausrüstung vor Gebrauch zu bleichen Auswirkungen auf Bodenorganismen zu vermeiden. Beschriften Sie jedes Stück Ausrüstung mit Labor Band, um die Brenn Arten, deren Boden sie sammeln oder befördern, um Kreuzkontamination (zB Etikett eine Schaufel für Spezies A und eine zweite Schaufel für Arten, B) zu vermeiden anzuzeigen. </li><li> Wetter-und Bodenverhältnisse prüfengen vor Beginn der Bodenerhebung für den letzten Niederschlagsereignisse. Vermeiden Sammeln Böden, die zu nass (schlammigen oder vollständig gesättigt) oder Sammeln Boden während eines Niederschlagsereignisses Bodenverdichtung zu minimieren. Vermeiden Sammeln Böden, die zu trocken sind (sehr hart und schwierig, eine Schaufel in einfügen), um bei der Trennung von Boden von den Wurzeln zu unterstützen. </li><li> Sammeln Feldboden von markierten Individuen der beiden Arten in Brenn Replikat Chargen pseudoreplication (zB eine einzige Bodenprobe, die einen seltenen Erreger, die anschließend über experimentelle Wiederholungen gemischt) zu vermeiden. <ol><li> Graben Sie die komplette Wurzelzone einer einzelnen Spezies A mit der entsprechend markierten sterile Schaufel (wie in Schritt 1.1 definiert), zu entfernen sichtbar groben Wurzeln aus dem Boden mit den entsprechend markierten sterile Handschuhe, und legen Boden in den entsprechend markierten sterile Transportbehälter (zB Eimer). Bei einem Experiment mit vier Versuchseinheiten in jedem Block und 1 Einzelpflanze&#39;S-Root-Zone, genügend Boden für 1 Versuchsgerät (wie in Abschnitt 1.2.1), wiederholen Sie diese Prozedur für 3 weitere Personen der Arten A. </li><li> Wiederholen Sie Abschnitt 1.5.1 für Arten B. </li><li> Transportieren Sie den Replikat-Boden-Kollektion von beiden Arten der experimentellen Seite. Platzieren Boden in Versuchseinheiten für Block 1 des Versuchs (in Protokoll 2 oder 3, unten), wobei ein Block eine Versuchseinheit aus jeder Behandlungskombination (dh jede Spezies x jede Bodenbehandlung). </li><li> Wiederholen Sie Abschnitt 1.5.3. </li><li> Wiederholen Abschnitte 1.5.1-1.5.4 für die verbleibenden Blöcke in dem Experiment. Sammeln Erde von Gruppen von Individuen mindestens 1 m entfernt von früheren Sammelplätze für jede Wiederholung Sammlung pseudoreplication minimieren. </li></ol></li></ol><img alt="Figur 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51580/51580fig1highres.jpg" width="500" /> Figure ein. Beispiel Feldversuchsdesign Manipulations Anlage-induzierte Bodenheterogenität. (A) Böden sind aus der Zone der Wurzel Einfluss von Artgenossen (α) und heterospecifics (β) auf dem Gebiet gesammelt, nach Standardprotokollen für die Untersuchung der Auswirkungen der Pflanze-Boden Feedbacks 9 . (B) Experimentelle Therapien mit heterogenen Böden von Böden aus pflanzlichen A (α Böden) zusammengesetzt und Böden aus pflanzlichen B (&#39;β&#39; Böden) werden in einem Raster angeordnet und homogenisiert Bodenbehandlungen mit einer gleichen Mischung von Böden aus diesen beiden Ursprünge erstellt . In diesem Beispiel sind Gitter aus Feldböden in Töpfe mit großem Durchmesser in den Boden versenkt eingesetzt und der Bereich um jeden Raster mit groben, sterilisiert Sand gefüllt. Diese Zahl wurde von Brandt et al. Modifiziert wurde 10 2. Ein Beispiel Feld Experiment, Erstellen von Grids von heterogenen und homogenen Boden zu Werk Bevölkerung messen Antworten <ol><li> Verwenden Böden aus einem Replikat Feldboden-Kollektion (Protokoll 1), um eine heterogene Behandlung (dh Wechselgitterzellen enthalten Arten A oder B Arten gesammelt Boden) und eine homogene Behandlung produzieren (dh jede Rasterzelle enthält ein 1:1-Gemisch von Erde aus Spezies A und B) (Fig. 1b) für Block 1 des Experiments in den folgenden Schritten. <ol><li> Sterilisieren Bodentransport (Kellen, Handschuhe, Kunststoffgitter) mit einer etwa 1.10 Mischung von Bleichmittel (5-10% NaClO) und Wasser, um alle Schmutzpartikel zu entfernen. Chemische Ausrüstung vor Gebrauch zu bleichen Auswirkungen auf Bodenorganismen zu vermeiden. Beschriften Sie jedes Stück Ausrüstung mit Labor Band, um die Brenn Arten, deren Boden sie behandeln, um eine Kreuzkontamination (zB ein Etikett Kelle für Spezies A und eine zweite Kelle für Arten, B) und die Kunststoffgitter zu vermeiden, um anzugeben, ob es verwendet werden soll zeigen für den heterogenen oder homogenen Bodenbehandlung. </li><li> Zeigen abnehmbaren Kunststoff-Gitter inein Topf in die Erde [oder andere Handlung oder Container groß genug, um das Gitter aufnehmen], um mit dem Feld gefüllt werden gesammelt Boden eingesunken (zB 1.800 cm 3 / Gitterzelle wie in Schritt 1.1.1). Verwenden Sie eine benutzerdefinierte gebauten Netz der gewünschten Abmessungen, z. B. ein 2 x 3 Gitter mit 6 Zellen von der Größe in Schritt 1.1 bestimmt (Abbildung 1b). <ol><li> Für die Behandlung von Wechsel heterogenen Boden Patch Typen, Ort spadefuls Boden von Spezies A in Gitterzellen für α Boden und Böden von Spezies B in Zellen für β Boden (Abb. 1b). </li><li> Für die homogene Behandlung, legen abwechselnd spadefuls von Böden a und b in jede Rasterzelle, wobei darauf zu verteilen die beiden Bodentypen und vermeiden die Bildung von Schichten jeder Bodentyp (Abbildung 1b). Für das Beispiel Boden Patch von 1.800 cm 3 (Abschnitt 1.1.1), legen 900 cm 3 einer jeden Bodentyp in jeder Gitterzelle. </li><li> Sei sure, um gleiche Mengen von Störungen erzeugen (dh Boden brechen Schollen im gleichen Maße) bei der Erstellung von heterogenen und homogenen Bodenbehandlungen zu vermeiden, verwirrende Bodenstörung mit Bodenheterogenität. </li></ol></li><li> Wenn eine leere Fläche bleibt um die Außenseite des Gitters im großen Topf (wie in Abbildung 1b) verwendet, füllen Sie diesen Bereich mit sterilem Sand. Sterilisieren Sand mit jedem Standard-Verfahren (z. B. Autoklavieren, Gamma-Bestrahlung). </li><li> Heben Sie die Kunststoffgitter vertikal aus dem Topf, so dass die Boden Patches intakt. Dies ermöglicht Wurzeln von verschiedenen Individuen in den Boden und jeder Pflanze interagieren, um mehrere Patches, die für so Pflanzenwurzeln in mehrere Boden-Patches (dh Gitterzellen) wachsen, ist zu erfahren. </li><li> Wiederholen Sie den Abschnitten 2.1.2-2.1.4 für ein zweites Paar von experimentellen Einheiten, um eine komplette Versuchsblock (dh ein Netz von heterogenen Boden, in die um jeden BAZL pflanzen produzierenl Spezies und ein Raster von homogenen Boden in denen jedes Brennpflanzenspezies, für insgesamt 4 Versuchseinheiten). </li></ol></li><li> Wiederholen Sie Schritt 2.1 für verbleibenden Blöcke in dem Experiment mit dem restlichen Boden replizieren Sammlungen (Protokoll 1). Randomize Blöcke und Grundstücke innerhalb der Blöcke, in der gesamten Versuchsfläche mit Stoff Landschaft rund um die Grundstücke, wenn gewünscht, Beschattung von außen Vegetation auf einem Minimum zu halten (nicht gezeigt). </li><li> Pflanzensamen von Fokusarten in jede Rasterzelle von jeder experimentellen Topf (2 x 2 Schwer Arten Bodenbehandlungen). Verwenden gepoolten Samen Störfaktoren Anlage Genotypen oder Samen-Oberfläche mikrobieller Gemeinschaften mit den Bodenbehandlungen zu vermeiden. Zum Beispiel, Pflanzensamen jeder Rumex spp. in den Topf für diese Spezies (Abbildung 1a) individuell auf Kunststoff-Zahnstocher mit wasserlöslichen Leim in 12 Pflanz Positionen (2 Positionen pro Rasterzelle) geklebt, die gepflanzt Personen eindeutig zu identifizieren. </li><li> Messen Bevölkerung responses der experimentellen Einheiten, wie Keimung und Überleben, durch eine regelmäßige Zählung der einzelnen markierten Stellen Pflanzsamen (z. B. mit Zahnstochern wie in Schritt 2.3). Minimieren Störung des Bodens für jede Antwort gemessen, um zu vermeiden, Misch Boden unter den Patches. <ol><li> Bestimmen Sie die entsprechenden Volkszählung Intervallen basierend auf der erwarteten Wachstumsrate der Bevölkerung Antworten für den Schwerpunktarten. Zum Beispiel führen wöchentliche Zählungen für Rumex spp. die schnell keimen können. </li><li> Weiter das Experiment für einen angemessenen Zeitraum, basierend auf der Lebensgeschichte der Schwer Arten. Zum Beispiel weiterhin das Experiment für mindestens 2 Jahre für kurzlebige Staude Rumex spp. um Daten über alle Lebensphasen zu erhalten. </li></ol></li></ol> 3. Ein Beispiel Greenhouse Experiment, mit heterogenen und homogenisiert Boden in Töpfe zu einzelnen Pflanzen Antworten Messen <ol><li> Verwenden Böden aus einem Replikat Feldboden-Kollektion (Protokoll 1)eine heterogene Behandlung (dh jede Hälfte einen Topf mit von Spezies A und Spezies B gesammelt Erde gefüllt) und eine homogene Behandlung (dh Topf enthält eine 1:1-Mischung von Erde von Spezies A und B) (Fig. 2a) für den Block zu erzeugen 1 des Experiments in den folgenden Schritten. <ol><li> In der Transportbehälter (zB Eimer) und vor dem Vergießen, mischen das Feld gesammelt Erde von jeder Spezies mit sterilem Sand, um ein 1:1-Gemisch zu erzeugen. Tun Sie dies, um die Bodenverdichtung zu verringern und zu verbessern Entwässerung in den Töpfen, die besonders hilfreich für Wasch Wurzeln ist, die Trennung der Wurzeln aus dem Boden zu erleichtern. Sterilisieren Sand mit jedem Standard-Verfahren (z. B. Autoklavieren, Gamma-Bestrahlung). </li><li> Achten Sie darauf, gleiche Mengen von Störungen erzeugen (dh Boden brechen Schollen im gleichen Maße) beim Mischen jeder Charge der Ackerboden mit Sand. </li></ol></li><li> Sterilisieren Bodentransport (Kellen, Handschuhe, Plastikfolie) mit einer aprund 1.10 Mischung von Bleichmittel (5-10% NaClO) und Wasser, um alle Schmutzpartikel zu entfernen. Chemische Ausrüstung vor Gebrauch zu bleichen Auswirkungen auf Bodenorganismen zu vermeiden. Beschriften Sie jedes Stück Ausrüstung mit Labor Band, um die Brenn Arten, deren Boden sie behandeln, um eine Kreuzkontamination (zB ein Etikett Kelle für Spezies A und eine zweite Kelle für Arten, B) und jede Seite eines steifen Kunststofffolie vermeiden, um anzuzeigen, geben Sie die Bodentyp auf jeder Seite davon in der heterogenen Bodenbehandlung vergossen werden. </li><li> Erstellen einer heterogenen Bodenbehandlung mit den Feldboden-Sand-Mischungen aus den beiden Schwer Arten (aus Abschnitt 3.1.1). <ol><li> Legen Sie die steife Kunststoffplatte in der Mitte des einen Topf, um es in die Hälfte (Abbildung 2a) aufteilen. Verwenden Sie einen Topf so bemessen, dass die Hälfte davon entspricht in Lautstärke auf die geeignete Bodenflächengröße (Schritt 1.1). Verwenden Sie beispielsweise einen Topf mit 15 cm Durchmesser und 18 cm Tiefe für die Rumex spp. in Fig. 1a (Gesamtvolumen3.181 cm 3). </li><li> Haben zwei Forscher fügen gleichzeitig das Feld gesammelt Erde von jeder Spezies auf die entsprechende Seite des Topfes (z. B. α Boden von Spezies A) mit entsprechend markierten Kellen, um die Seiten zu halten, selbst als der Topf gefüllt ist. </li><li> Entfernen Sie die Plastikteiler vertikal heben Sie sie aus dem Boden, so dass die Boden Patches intakt. Dies ermöglicht es den Pflanzen, beide Patches von Boden in einem Topf, die für die Pflanzen erfahren, um Heterogenität zu erleben. </li><li> Wiederholen Sie den Abschnitten 3.3.1-3.3.3 für 3 zusätzliche experimentelle Einheiten zu einem kompletten Block der heterogenen Bodenbehandlung produzieren (2 x 2 Arten Boden Patch-Typen in der heterogenen Behandlung, Abbildung 2). </li></ol></li><li> Erstellen Sie eine homogene Bodenbehandlung mit den Feldboden-Sand-Mischungen aus den beiden Schwer Arten (aus Abschnitt 3.1.1). <ol><li> Wiederholen Sie Abschnitt 3.3.1. Haben zwei Forscher fügen hinzu, gleichzeitig sowohl α und β Böden sowohlSeiten des Topfes mit entsprechend markierten Kellen, gleichmäßige Verteilung beide Bodenarten in jedem Patch und die Schaffung von Schichten zu vermeiden. Wiederholen Sie Abschnitt 3.3.3. </li><li> Wiederholen Sie Abschnitt 3.4.1 für eine zweite Versuchseinheit, um eine komplette Block des homogenen Bodenbehandlung (ein Topf für jede der zwei Schwer Arten) zu produzieren. </li></ol></li><li> Wiederholen Sie die Schritte für 3,2-3,4 verbleibenden Blöcke in dem Experiment mit dem restlichen Boden replizieren Sammlungen (Protokoll 1). Randomize Blöcke und Grundstücke innerhalb der Blöcke, über die Gewächshausbank. </li></ol><img alt="Figur 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51580/51580fig2highres.jpg" width="500" /> 2. Beispiel Treibhaus experimentellen Design Manipulations Anlage-induzierte Bodenheterogenität. (A) Böden aus der Zone der Wurzel Einfluss der Spezies A (α Böden) und Arten B (β Böden) in das Feld Ort gesammelt werden, sindd in jeder Hälfte einen Topf (heterogene Behandlung) oder im ganzen Topf (homogene Behandlung) gemischt. (B) Pflanzen der Spezies A werden dann in dem Experiment in jeder Boden Patch-Typ in dem heterogenen Behandlung und auf einer Seite des homogenen Behandlung gepflanzt. Hier wird nur eine Spezies (A) in diesen Entwurf gepflanzt gezeigt. Ein voll gegenseitige Design würde auch Pflanzen der zweiten Fokusarten (B) in jede Bodenbehandlung und Patch-Typ innerhalb der heterogenen Behandlung gepflanzt. <ol start="6"><li> Pflanzenkeimlingen der Brennarten A und B in jeden Boden Patch-Typ in einem faktoriellen Design (2 x 3 Arten Bodentypen Patch [α Boden, β Boden, und eine homogene Mischung von α-und β Boden]; Abbildung 2b). </li><li> Messen Sie keine einzelnen Pflanzen Antworten, die Leistung der Anlage, zum Beispiel auf Pflanzengröße, Biomasse-Produktion oder funktionale Merkmale. Entsprechende Eigenschaften zu messen, wird über die Schwer Arten und wissenschaftlichen Fragen der abhängigInteresse. <ol><li> Weiter das Experiment, bis die Pflanzen erscheinen groß in Bezug auf Boden-Patches (zB ca. 1,5 x die Breite des Bodens Patch für Rosette bildenden Stauden), um sicherzustellen, dass die Pflanzenwurzeln in beide Patches Boden wächst. Versuchsdauer hängt somit von der Wachstumsrate der Brenn Spezies abhängen. </li><li> Ernte-Pflanzen und / oder Maßnahme Antworten vor Pflanzen werden Topf-gebundenen (dh Wurzelwachstum wird durch die Grenzen der Topf und Wurzeln Kreis der Boden des Topfes begrenzt), wenn realistische Antworten auf die Erde unsere Umwelt. Zum Beispiel sind Wurzeln der Topf gebundenen Pflanzen wahrscheinlich während der Bodensäule in einer ähnlichen Weise zu Pflanzen in der Feldfutter. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Agrawal, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Filling+key+gaps+in+population+and+community+ecology.">Filling key gaps in population and community ecology.</a> Front. Ecol. Environ. 5, 145-152 (2007).</li><li>Suding, K. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+an+era+of+restoration+in+ecology:+successes,+failures,+and+opportunities+ahead.">Toward an era of restoration in ecology: successes, failures, and opportunities ahead.</a> Ann. Rev. Ecol. Evol. System. 42, 465-487 (2011).</li><li>Melbourne, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Invasion+in+a+heterogeneous+world:+resistance,+coexistence+or+hostile+takeover.">Invasion in a heterogeneous world: resistance, coexistence or hostile takeover.</a> Ecol. Lett. 10, 77-94 (2007).</li><li>Lundholm, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+species+diversity+and+environmental+heterogeneity:+spatial+scale+and+competing+hypotheses.">Plant species diversity and environmental heterogeneity: spatial scale and competing hypotheses.</a> J. Veg. Sci. 20, 377-391 (2009).</li><li>Pacala, S. W., Tilman, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limiting+similarity+in+mechanistic+and+spatial+models+of+plant+competition+in+heterogeneous+environments.">Limiting similarity in mechanistic and spatial models of plant competition in heterogeneous environments.</a> Am. Natural. 143, 222-257 (1994).</li><li>Chesson, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=General+theory+of+competitive+coexistence+in+spatially-varying+environments.">General theory of competitive coexistence in spatially-varying environments.</a> Theor. Pop. Biol. 58, 211-237 (2000).</li><li>Bever, J. D., Westover, K. M., Antonovics, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Incorporating+the+soil+community+into+plant+population+dynamics:+the+utility+of+the+feedback+approach.">Incorporating the soil community into plant population dynamics: the utility of the feedback approach.</a> J. Ecol. 85, 561-573 (1997).</li><li>Kulmatiski, A., Beard, K. H., Stevens, J. R., Cobbold, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant-soil+feedbacks:+a+meta-analytical+review.">Plant-soil feedbacks: a meta-analytical review.</a> Ecol. Lett. 11, 980-992 (2008).</li><li>Bever, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rooting+theories+of+plant+community+ecology+in+microbial+interactions.">Rooting theories of plant community ecology in microbial interactions.</a> Trends. Ecol. Evol. 25, 468-478 (2010).</li><li>Brandt, A. J., de Kroon, H., Reynolds, H. L., Burns, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soil+heterogeneity+generated+by+plant-soil+feedbacks+has+implications+for+species+recruitment+and+coexistence.">Soil heterogeneity generated by plant-soil feedbacks has implications for species recruitment and coexistence.</a> J. Ecol. 101, 277-286 (2013).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> R: A language and environment for statistical computing. , (2012).</li><li>Crawley, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The R Book. , (2007).</li><li>Petermann, J. S., Fergus, A. J. F., Turnbull, L. A., Schmid, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Janzen-Connell+effects+are+widespread+and+strong+enough+to+maintain+diversity+in+grasslands.">Janzen-Connell effects are widespread and strong enough to maintain diversity in grasslands.</a> Ecology. 89, 2399-2406 (2008).</li><li>Reynolds, H. L., Haubensak, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soil+fertility,+heterogeneity,+and+microbes:+towards+an+integrated+understanding+of+grassland+structure+and+dynamics.">Soil fertility, heterogeneity, and microbes: towards an integrated understanding of grassland structure and dynamics.</a> Appl. Veg. Sci. 12, 33-44 (2009).</li><li>Sokal, R. R., Rohlf, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biometry, 3rd edn. , (1995).</li><li>Klironomos, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Feedback+with+soil+biota+contributes+to+plant+rarity+and+invasiveness+in+communities.">Feedback with soil biota contributes to plant rarity and invasiveness in communities.</a> Nature. 417, 67-70 (2002).</li><li>Mommer, L., van Ruijven, J., Jansen, C., van de Steeg, H. M., de Kroon, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interactive+effects+of+nutrient+heterogeneity+and+competition:+implications+for+root+foraging+theory?.">Interactive effects of nutrient heterogeneity and competition: implications for root foraging theory?.</a> Funct. Ecol. 26, 66-73 (2012).</li><li>Felsenstein, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phylogenies+and+the+comparative+method.">Phylogenies and the comparative method.</a> Am. Natural. 125, 1-15 (1985).</li><li>Burns, J. H., Strauss, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=More+closely+related+species+are+more+ecologically+similar+in+an+experimental+test.">More closely related species are more ecologically similar in an experimental test.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 5302-5307 (2011).</li><li>Fukami, T., Nakajima, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Community+assembly:+alternative+stable+states+or+alternative+transient+states.">Community assembly: alternative stable states or alternative transient states.</a> Ecol. Lett. 14, 973-984 (2011).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Plant-induzierte Bodenheterogenität ist sehr wahrscheinlich in natürlichen Gemeinschaften, weil Pflanzen haben große und oft Spezies-spezifische Auswirkungen auf ihre Umwelt und Boden die nachfolgenden Pflanzen, die diesen Boden (zB Petermann et al. 13) zu erleben. Allerdings ist unser Verständnis der Rolle dieser Art von Heterogenität auf Pflanzengemeinschaften minimal 10,14. Hier stellen wir ein Verfahren zum Manipulieren von Pflanzen induziert Bodenheterogenität, mit Bode...

Eines der primären Ziele der Gemeinschaftsökologie ist, zu erklären und vorherzusagen, die Prozesse, die die Gemeindeversammlung. Allerdings sind Pflanzengemeinschaften häufig vielfältiger als von Koexistenz-Theorie ein vorhergesagt, und die Wiederherstellung Ökologen müssen, um die Koexistenz Mechanismen zu verstehen, zu diversen einheimischen Gemeinden 2 erfolgreich wiederherstellen. Umwelt Heterogenität ist ein wichtiger Mechanismus, theoretisch, die helfen, erklären, ein hohes Maß an Gemeinschaft Vielfalt, sondern experimentelle Manipulationen von Heterogenität sind selten 3 und konzentrieren sich auf abiotische Heterogenität (z. B. Lundholm 4 Bewertung). Theorie, die Heterogenität besteht typischerweise davon aus, dass Heterogenität ist äußerlich der Montage-Community. Extrinsische Heterogenität wird durch Faktoren wie Landschaftstypologie, die unabhängig von der Zusammensetzung der Gemeinschaft sind geregelt. Extrinsische Heterogenität in Koexistenz durch Nischen Partitionierung (Revie führenin Melbourne et al. 3, zB Pacala und Tilman 5 und Chesson 6) heiraten. Allerdings kann viel von der Umwelt Heterogenität relevanten Pflanzengemeinschaften Eigen an die Gemeinde sein, die Entwicklung, wie die Community versammelt und je nach der Identität der Arten in der Gemeinde. Eigen Heterogenität kann durch biotische erteilen, die Koexistenz durch negative Frequenz-Abhängigkeit (zB Bever et al. 7) führen kann. Hier beschreiben wir eine neuartige Methode zur Manipulation von Pflanzen-induzierte Bodenheterogenität, eine Art von Bodenheterogenität, die untrennbar mit der Gemeinde ist und entsteht aus Pflanze-Boden erteilen. Plant-Boden erteilen (PSF) auftreten, wenn die Pflanzen beeinflussen die Bodenstruktur, Chemie, oder Biota in einer Weise, die nachfolgende Anlagenleistung in diesem Boden wirkt, und PSF haben große Auswirkungen auf die mittlere Anlagenleistung im nativen Pflanzengemeinschaften 8. Studium der PSF haben in der Regel entweder gesammelt Böden aus dem Feld oder klimatisierte Böden experimentell, dann fragte, wie Pflanzen führen in Bezug auf Artgenossen Boden hetero oder sterilisierter Erde 9. Wenn die Pflanzen eine bessere Leistung in Bezug auf Artgenossen Boden Böden verweisen, dann PSF sind positiv, während bei Pflanzen besser in Referenzböden sind PSF negativ. Gegenseitige negativen PSF können frequenzabhängige Koexistenz zwischen 7 Arten führen. Während die Durchschnittswirkungen von PSF sind gut charakterisierte 8 sind die Wirkungen der räumlichen Heterogenität PSF 10 schlecht verstanden. Da PSF auftreten auf der Skala der einzelnen Anlagen 7 und weil Pflanzen sind oft nicht zufällig in Raum und Zeit verteilt sind PSF wahrscheinlich zu Boden Heterogenität, die wir als Anlage-induzierte Bodenheterogenität führen. Im Gegensatz zu vielen anderen Formen der Heterogenität (z. B. Landschaft Topologie), diese heterogeneity ist untrennbar mit der Montage Gemeinschaft und kann somit beeinflussen Gemeindeversammlung mehr anders, als extrinsische Formen der Heterogenität. Um den Einfluss dieser Form der Heterogenität auf die Anlagenleistung und des Zusammenlebens zu verstehen, müssen wir experimentelle Methoden, die Anlage-induzierte Bodenheterogenität zu manipulieren. Hier zeigen wir, wie eine Methode, die Böden von zwei Arten konditioniert, um eine heterogene Behandlung mit getrennten Flecken aus zwei Boden Ursprung und eine homogene Behandlung, die eine Mischung aus den beiden Boden Ursprünge schaffen verwendet. Diese Bodenmisch könnte zumindest zwei plausible Szenarien im Bereich darstellen: (1) Störung (zB Nager, Landwirtschaft), die Böden unterschiedlicher Herkunft oder (2) Pflanzen der beiden Arten wachsen in der Nähe, mischt, so dass ihre Zonen der Wurzel Einfluss vermischen und homogenisieren. Wir präsentieren zwei Experimente, die beispielsweise Anlage-induzierte Bodenheterogenität nutzen, um wichtige Fragen zu verschiedenen leve beantwortenls der ökologischen Organisation: (1) Sie Pflanzenpopulationen reagieren zu pflanzen-induzierte Bodenheterogenität? und (2) Sie einzelne Pflanzen reagieren auf Anlage-induzierte Bodenheterogenität? Wir beschreiben einen Feldversuch mit 6 Boden-Patches, die erste Frage und ein Gewächshaus-Experiment-Adresse mit 2 Boden-Patches, um die zweite Frage zu beantworten. Quantifizierung sowohl Bevölkerung und einzelne Pflanzen Antworten auf Bodenheterogenität ist wichtig, um zu verstehen, wie Heterogenität Einflüsse Gemeindeversammlung.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1119">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Shovel(s)</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">It is helpful to have at least two shovels, one for each species of soil origin.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Trowel(s)</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">It is necessary to have at least two trowels of identical size, one for each species of soil origin.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Gloves</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">Gardening gloves can be used.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Diluted bleach</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">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 height="50">
			<td height="50" style="height:50px;width:216px;">Plastic grid(s)</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">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 height="47">
			<td height="47" style="height:47px;width:216px;">Plastic dividers</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">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 height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Buckets or wheelbarrows</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">Any container for transporting soils.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Seeds</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">We collect seeds in the field by hand. Seeds can also be ordered from horticultural suppliers, if appropriate.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Plastic toothpicks</td>
			<td style="width:136px;">Soodhalter Plastics, Inc.</td>
			<td>805KP</td>
			<td style="width:696px;">We plant individual seeds glued on toothpick in the field experiment, to facilitate monitoring germination and survival of individuals.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Water soluble glue</td>
			<td style="width:136px;">Elmer&#39;s</td>
			<td style="width:71px;">Elmer&#39;s Glue-all</td>
			<td style="width:696px;">Any water soluble glue can be used to adhere seeds to plastic toothpicks.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pots</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">Pot size will depend on experimental plants used and number of soil patches desired (e.g. 2 or 6).</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sand</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">Coarse sand may be mixed with field soils to improve drainage in pots.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Lab tape&#160;</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">Tape may be used to label equipment used in handling soils with the species of origin.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pin flags</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">Flags can be used to identify individuals in the field, prior to soil collection.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Landscape fabric</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">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

Koexistenz Theorie oft Umwelt Heterogenität behandelt, als unabhängig von der Zusammensetzung der Gemeinschaft, jedoch biotischen erteilen, wie Pflanze-Boden erteilen (PSF) haben große Auswirkungen auf die Leistung der Anlage und erstellen Umwelt Heterogenität, die auf die Gemeinde Zusammensetzung abhängt. Verständnis der Bedeutung der PSF für Pflanzengemeindeversammlung erfordert Verständnis der Rolle von Heterogenität in der PSF, die neben PSF Wirkungen bedeuten. Hier beschreiben wir ein Protokoll für die Manipulation von Pflanzen-induzierte Bodenheterogenität. Zwei Beispiel-Experimente werden vorgestellt: (1) ein Feldversuch mit einem 6-Patch Raster von Böden Bevölkerung Antworten Anlage messen und (2) ein Gewächshausversuch mit 2-Patch Böden zu einzelnen Pflanzenantworten zu messen. Böden können aus der Zone der Wurzel Einfluss (Böden aus der Rhizosphäre und direkt neben der Rhizosphäre) von Pflanzen auf dem Feld von Artgenossen und heteroPflanzenArten gesammelt werden. Replizieren sammelnIonen werden verwendet, um zu vermeiden pseudoreplicating Bodenproben. Diese Böden werden dann in separate Patches für heterogene Behandlungen oder Misch für eine homogenisierte Behandlung gelegt. Es sollte darauf geachtet werden, dass heterogene und homogenisiert Behandlungen erfahren den gleichen Grad der Störung des Bodens. Pflanzen können dann in diesen Bodenbehandlungen platziert werden, um die Wirkung von Pflanzen-induzierte Bodenheterogenität auf die Anlagenleistung zu bestimmen. Wir zeigen, dass Pflanzen-induzierte Heterogenität führt zu unterschiedlichen Ergebnissen als durch traditionelle Koexistenz Modellen vorhergesagt, vielleicht, weil der dynamischen Natur dieser Rückmeldungen. Theorie, die Umwelt Heterogenität durch die Montage Gemeinschaft und zusätzliche empirische Arbeit beeinflusst integriert ist notwendig, um festzustellen, wann intrinsische Heterogenität zu der Montage Gemeinschaft wird in verschiedenen Montage Ergebnisse im Vergleich mit Heterogenität äußerlich Zusammensetzung der Gemeinde führen.

Arten reagierten auf pflanzen-induzierte Bodenheterogenität in vielfältiger Weise bei der Bevölkerung und der individuellen Ebene (Abbildungen 3 und 4), mit Folgen für die Gemeindeversammlung. Um festzustellen, ob Pflanzenpopulationen reagieren auf Pflanzen-induzierte Bodenheterogenität wurde ein Feldversuch in Protokoll 2 mit drei Paaren von artverwandte Spezies etabliert. Pflanzenpopulationen wurden drei Monate lang wöchentlich censused und der Gesamtanteil der gepflanzten Samen...

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity at JoVE.com

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity | Environment | Video

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Das Verständnis der Rolle von Umwelt Heterogenität in der Art Koexistenz ist in der Regel auf Arten von Heterogenität, die äußerlich der Gemeinde Artenzusammensetzung sind konzentriert. Wir bieten neue Methoden für die Erstellung detaillierter Bodenheterogenität Behandlungen mit Böden unterliegen Pflanze-Boden Feedback Anlage, oder intrinsische Heterogenität der Community Komposition.

Versuchsprotokoll für die Manipulation von Plant-induzierte Bodenheterogenität

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

experimental-protocol-for-manipulating-plant-induced-soil

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Biology

Environment

Ecology

Population and Community Ecology

SCIENTISTS IN ACTION

18.6K Aufrufe.  Case Western Reserve University.  Das Verständnis der Rolle von Umwelt Heterogenität in der Art Koexistenz ist in der Regel auf Arten von Heterogenität, die äußerlich der Gemeinde Artenzusammensetzung sind konzentriert. Wir bieten neue Methoden für die Erstellung detaillierter Bodenheterogenität Behandlungen mit Böden unterliegen Pflanze-Boden Feedback Anlage, oder intrinsische Heterogenität der Community Komposition. 

Serie: Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes and soil organic matter formation to small-scale stable-isotope biomarker probing. Coupling multiple stable isotopes such as 13C with 15N, 18O or&#160;2H has the potential to reveal even more information about complex stoichiometric relationships during biogeochemical transformations. Isotope labeled plant material has been used in various studies of litter decomposition and soil organic matter formation1-4. From these and other studies, however, it has become apparent that structural components of plant material behave differently than metabolic components (i.e. leachable low molecular weight compounds) in terms of microbial utilization and long-term carbon storage5-7. The ability to study structural and metabolic components separately provides a powerful new tool for advancing the forefront of ecosystem biogeochemical studies. Here we describe a method for producing 13C and 15N labeled plant material that is either uniformly labeled throughout the plant or differentially labeled in structural and metabolic plant components.
Here, we present the construction and operation of a continuous 13C and 15N labeling chamber that can be modified to meet various research needs. Uniformly labeled plant material is produced by continuous labeling from seedling to harvest, while differential labeling is achieved by removing the growing plants from the chamber weeks prior to harvest. Representative results from growing Andropogon gerardii Kaw demonstrate the system&#39;s ability to efficiently label plant material at the targeted levels. Through this method we have produced plant material with a 4.4 atom%13C and 6.7 atom%15N uniform plant label, or material that is differentially labeled by up to 1.29 atom%13C and 0.56 atom%15N in its metabolic and structural components (hot water extractable and hot water residual components, respectively). Challenges lie in maintaining proper temperature, humidity, CO2 concentration,&#160;and light levels in an airtight 13C-CO2 atmosphere for successful plant production. This chamber description represents a useful research tool to effectively produce uniformly or differentially multi-isotope labeled plant material for use in experiments on ecosystem biogeochemical cycling.

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

This method explains how to build and operate a continuous 13C and 15N isotope labeling chamber for uniform or differential plant tissue labeling. Representative results from metabolic and structural labeling of Andropogon gerardii are discussed.

Aufbau und Betrieb einer Dauer<sup&gt; 13</sup&gt; C und<sup&gt; 15</sup&gt; N Labeling Kammer für Uniform oder Differential, Stoffwechsel-und Struktur, Pflanze Isotope Labeling

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

Forschung

Umwelt

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.

Ein Protokoll für die Durchführung Regen Simulation zur Bodenabfluss Studieren

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

A Protocol for Collecting and Constructing Soil Core Lysimeters

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the landscape has complex and varied soil morphology, an accompanying disparity in flow paths for leachate through the soil macropore and matrix structure is present. The rate of flow through these paths is further affected by antecedent soil moisture. Lysimeters are used to quantify flow rate, volume of water and concentration of nutrients leaching downward through soils. While many lysimeter designs exist, accurately determining the volume of water and mass balance of nutrients is best accomplished with bounded lysimeters that leave the natural soil structure intact. 
Here we present a detailed method for the extraction and construction of soil core lysimeters equipped with soil moisture sensors at 5 cm and 25 cm depths. Lysimeters from four different Coastal Plain soils (Bojac, Evesboro, Quindocqua and Sassafras) were collected on the Delmarva Peninsula and moved to an indoor climate controlled facility. Soils were irrigated once weekly with the equivalent of 2 cm of rainfall to draw down soil nitrate-N concentrations. At the end of the draw down period, poultry litter was applied (162 kg TN ha-1) and leaching was resumed for an additional five weeks. Total recovery of applied irrigation water varied from 71% to 85%. Nitrate-N concentration varied over the course of the study from an average of 27.1 mg L-1 before litter application to 40.3 mg L-1 following litter application. While greatest flux of nutrients was measured in soils dominated by coarse sand (Sassafras) the greatest immediate flux occurred from the finest textured soil with pronounced macropore development (Quindocqua).

A detailed method for extraction and assembly of intact soil core lysimeters and their use for study of leachate and associated loss of nutrients from surface applied poultry litter is demonstrated.

Ein Protokoll zum Sammeln und Konstruieren von Bodenkern Lysimeter

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the ...

Experimental Protocol for Biodiesel Production with Isolation of Alkenones as Coproducts from Commercial Isochrysis Algal Biomass

The need to replace petroleum fuels with alternatives from renewable and more environmentally sustainable sources is of growing importance. Biomass-derived biofuels have gained considerable attention in this regard, however first generation biofuels from edible crops like corn ethanol or soybean biodiesel have generally fallen out of favor. There is thus great interest in the development of methods for the production of liquid fuels from domestic and superior non-edible sources. Here we describe a detailed procedure for the production of a purified biodiesel from the marine microalgae Isochrysis. Additionally, a unique suite of lipids known as polyunsaturated long-chain alkenones are isolated in parallel as potentially valuable coproducts to offset the cost of biodiesel production. Multi-kilogram quantities of Isochrysis are purchased from two commercial sources, one as a wet paste (80% water) that is first dried prior to processing, and the other a dry milled powder (95% dry). Lipids are extracted with hexanes in a Soxhlet apparatus to produce an algal oil (&#34;hexane algal oil&#34;) containing both traditional fats (i.e., triglycerides, 46-60% w/w) and alkenones (16-25% w/w). Saponification of the triglycerides in the algal oil allows for separation of the resulting free fatty acids (FFAs) from alkenone-containing neutral lipids. FFAs are then converted to biodiesel (i.e., fatty acid methyl esters, FAMEs) by acid-catalyzed esterification while alkenones are isolated and purified from the neutral lipids by crystallization. We demonstrate that biodiesel from both commercial Isochrysis biomasses have similar but not identical FAME profiles, characterized by elevated polyunsaturated fatty acid contents (approximately 40% w/w). Yields of biodiesel were consistently higher when starting from the Isochrysis wet paste (12% w/w vs. 7% w/w), which can be traced to lower amounts of hexane algal oil obtained from the powdered Isochrysis product.

Experimental Protocol for Biodiesel Production with Isolation of Alkenones as Coproducts from Commercial Isochrysis Algal Biomass

Detailed methods are presented for the production of biodiesel along with the co-isolation of alkenones as valuable coproducts from commercial Isochrysis microalgae.

Versuchsprotokoll für die Biodieselproduktion mit Isolierung von Alkenone als Co-Produkte von der Commercial<em&gt; Isochrysis</em&gt; Algenbiomasse

The need to replace petroleum fuels with alternatives from renewable and more environmentally sustainable sources is of growing importance. ...

A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a series of incubators. A temperature gradient is passively established across the surface of the table between the heated and cooled ends and is lost quickly at distances above the surface. Since temperature is only controlled on the table surface, experiments are restricted to shallow containers, such as Petri dishes, placed on the table. Welding continuous aluminum vertical strips or gussets perpendicular to the surface of a table enables temperature control in depth via convective heat flow. Soil in the channels between gussets was maintained across a gradient of temperatures allowing a greater diversity of experimentation. The gusseted design was evaluated by germinating oat, lettuce, tomato, and melon seeds. Soil temperatures were monitored using individual, battery-powered dataloggers positioned across the table. LED lights installed in the lids or along the sides of the gradient table create a controlled temperature chamber where seedlings can be grown over a range of temperatures. The gusseted design enabled accurate determination of optimum temperatures for fastest germination rate and the highest percentage germination for each species. Germination information from gradient table experiments can help predict seed germination and seedling growth under the adverse soil conditions often encountered during field crop production. Temperature effects on seed germination, seedling growth, and soil ecology can be tested under controlled conditions in a laboratory using a gusseted thermogradient table.

Traditional thermogradient tables create a range of temperatures across the surface. Welding gussets perpendicular to the surface of a thermogradient table will control temperature in depth increasing possible research applications.

Ein Gusseted Thermogradient Tabelle zur Bekämpfung von Bodentemperaturen für das Pflanzenwachstum Beurteilung und Überwachung von Bodenprozessen

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a ...

Experimental Protocol for Detecting Cyanobacteria in Liquid and Solid Samples with an Antibody Microarray Chip

Global warming and eutrophication make some aquatic ecosystems behave as true bioreactors that trigger rapid and massive cyanobacterial growth; this has relevant health and economic consequences. Many cyanobacterial strains are toxin producers, and only a few cells are necessary to induce irreparable damage to the environment. Therefore, water-body authorities and administrations require rapid and efficient early-warning systems providing reliable data to support their preventive or curative decisions. This manuscript reports an experimental protocol for the in-field detection of toxin-producing cyanobacterial strains by using an antibody microarray chip with 17 antibodies (Abs) with taxonomic resolution (CYANOCHIP). Here, a multiplex fluorescent sandwich microarray immunoassay (FSMI) for the simultaneous monitoring of 17 cyanobacterial strains frequently found blooming in freshwater ecosystems, some of them toxin producers, is described. A microarray with multiple identical replicates (up to 24) of the CYANOCHIP was printed onto a single microscope slide to simultaneously test a similar number of samples. Liquid samples can be tested either by direct incubation with the antibodies (Abs) or after cell concentration by filtration through a 1- to 3-&#956;m filter. Solid samples, such as sediments and ground rocks, are first homogenized and dispersed by a hand-held ultrasonicator in an incubation buffer. They are then filtered (5 - 20 &#956;m) to remove the coarse material, and the filtrate is incubated with Abs. Immunoreactions are revealed by a final incubation with a mixture of the 17 fluorescence-labeled Abs and are read by a portable fluorescence detector. The whole process takes around 3 h, most of it corresponding to two 1-h periods of incubation. The output is an image, where bright spots correspond to the positive detection of cyanobacterial markers.

Experimental Protocol for Detecting Cyanobacteria in Liquid and Solid Samples with an Antibody Microarray Chip

The presence of cyanobacterial toxins in fresh water reservoirs for human consumption is a major concern for water management authorities. To evaluate the risk of water contamination, this article describes an protocol for the in-field detection of cyanobacterial strains in liquid and solid samples by using an antibody microarray chip.

Experimentelles Protokoll zum Nachweis<em&gt; Cyanobakterien</em&gt; In flüssigen und festen Proben mit einem Antikörper Microarray-Chip

Global warming and eutrophication make some aquatic ecosystems behave as true bioreactors that trigger rapid and massive cyanobacterial growth; this has ...

Protocols for Quantifying Transferable Pesticide Residues in Turfgrass Systems

Plant canopies in established turfgrass systems can intercept an appreciable amount of sprayed pesticides, which can be transferred through various routes onto humans. For this reason, transferable pesticide residue experiments are required for registration and re-registration by the United States Environmental Protection Agency (USEPA). Although such experiments are required, limited specificity is required pertaining to experimental approach. Experimental approaches used to assess pesticide transfer to humans including hand wiping with cotton gloves, modified California roller (moving a roller of known mass over cotton cloth) and soccer ball roll (ball wrapped with sorbent strip) over three treated turfgrass species (creeping bentgrass, hybrid bermudagrass and tall fescue maintained at 0.4, 5 and 9 cm, respectively) are presented. The modified California roller is the most extensively utilized approach to date, and is best suited for use at low mowing heights due to its reproducibility and large sampling area. The soccer ball roll is a less aggressive transfer approach; however, it mimics a very common occurrence in the most popular international sport, and has many implications for nondietary pesticide exposure from hand-to-mouth contact. Additionally, this approach may be adjusted for other athletic activities with limited modification. Hand wiping is the best approach to transfer pesticides at higher mowing heights, as roller-based approaches can lay blades over; however, it is more subjective due to more variable sampling pressure. Utility of these methods across turfgrass species is presented, and additional considerations to conduct transferable pesticide residue research in turfgrass systems are discussed.

Transferable pesticide residue experiments in turfgrass systems are integral components of human risk exposure assessments. Experimental approaches to measure transferable residues should be adjusted to the human interaction of interest and turfgrass system dynamics. Three transferable pesticide residue protocols are presented and the suitability across three turfgrass systems is discussed.

Protokolle für die Quantifizierung tragbare Pestizidrückstände in Turfgrass Systeme

Plant canopies in established turfgrass systems can intercept an appreciable amount of sprayed pesticides, which can be transferred through various routes ...

Nanopore DNA Sequencing for Metagenomic Soil Analysis

This article describes the steps for construction of a DNA library from soil, preparation and use of the nanopore flow cell, and analysis of the DNA sequences identified using computer software. Nanopore DNA sequencing is a flexible technique that allows for rapid microbial genome sequencing to identify bacterial and viral species, to characterize bacterial strains, and to detect genetic mutations that confer resistance to antibiotics. The advantages of nanopore sequencing (NS) for life sciences include its low complexity, reduced cost, and rapid real-time sequencing of purified genomic DNA, PCR amplicons, cDNA samples, or RNA. NS is an example of "strand sequencing" which involves sequencing DNA by guiding a single stranded DNA molecule through a nanopore that is inserted into a synthetic polymer membrane. The membrane has an electrical current applied across it, so as the individual bases pass through the nanopore the electrical current is disrupted to varying degrees by the four nucleotide bases. The identification of each nucleotide occurs by detecting the characteristic modulation of the electrical current by the different bases as they pass through the nanopore. The NS system consists of a handheld, USB powered portable device and a disposable flow cell that contains a nanopore array. The portable device plugs into a standard laptop computer that reads and records the DNA sequence using computer software.

Nanopore technology for sequencing biomolecules has wide applications in the life sciences, including identification of pathogens, food safety monitoring, genomic analysis, metagenomic environmental monitoring, and characterization of bacterial antibiotic resistance. In this article, the procedure for metagenomic soil DNA sequencing for species identification using the nanopore sequencing technology is demonstrated.

Nanopore DNA-Sequenzierung für metagenomische Bodenanalyse

This article describes the steps for construction of a DNA library from soil, preparation and use of the nanopore flow cell, and analysis of the DNA ...

Measuring and Mapping Patterns of Soil Erosion and Deposition Related to Soil Carbonate Concentrations Under Agricultural Management

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes in elevation are related to changes in near-surface soil carbonate (CaCO3) profiles. The objective is to describe a simple conceptual model and detailed protocol for repeatable field and laboratory measurements of these quantities. Here, accurate elevation is measured using a ground-based differential global positioning system (GPS); other data acquisition methods could be applied to the same basic method. Soil samples are collected from prescribed depth intervals and analyzed in the lab using an efficient and precise modified pressure-calcimeter method for quantitative analysis of inorganic carbon concentration. Standard statistical methods are applied to point data, and representative results show significant correlations between changes in soil surface layer CaCO3 and changes in elevation consistent with the conceptual model; CaCO3 generally decreased in depositional areas and increased in erosional areas. Maps are derived from point measurements of elevation and soil CaCO3 to aid analyses. A map of erosional and depositional patterns at the study site, a rain-fed winter wheat field cropped in alternating wheat-fallow strips, shows the interacting effects of water and wind erosion affected by management and topography. Alternative sampling methods and depth intervals are discussed and recommended for future work relating soil erosion and deposition to soil CaCO3.

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes in elevation are related to changes in near-surface soil carbonates. Repeatable methods for field and laboratory measurements of these quantities and data analysis methods are described here.

Messung und Mapping-Muster von Erosion und Ablagerung im Zusammenhang mit Boden-Karbonat-Konzentrationen unter Landbewirtschaftung

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes ...

Experimental Protocol for Detecting Mitochondrial Function in Hepatocytes Exposed to Organochlorine Pesticides

This paper presents detailed methods on detecting hepatic mitochondrial function for a better understanding the cause of metabolic disorders caused by environmental organochlorine pesticides (OCPs) in hepatocytes. HepG2 cells were exposed to &#946;-hexachlorocyclohexane (&#946;-HCH) for 24 h at an equivalent dose of internal exposure in general population. Ultrastructure in hepatocytes was examined by transmission electron microscopy (TEM) to show the damage of mitochondria. Mitochondrial function was further evaluated by mitochondrial fluorescence intensity, adenosine 5'-triphosphate (ATP) levels, oxygen consumption rate (OCR) and mitochondrial membrane potential (MMP) in HepG2 cells incubated with &#946;-HCH. The mitochondria fluorescence intensity after stained by mitochondrial green fluorescent probe was observed with a fluorescence microscopy. The luciferin-luciferase reaction was used to determine ATP levels. The MMP was detected by the cationic dye JC-1 and analyzed under flow cytometry. OCR was measured with an extracellular flux analyzer. In summary, these protocols were used in detecting mitochondrial function in hepatocytes with to investigate mitochondria damages.

Understanding the influence of environmental organochlorine pesticides (OCPs) on mitochondrial function in hepatocytes is important in exploring the mechanism of OCPs causing metabolic disorders. This paper presents detailed methods on detecting hepatic mitochondrial function.

Experimentelles Protokoll zum Nachweis der mitochondrialen Funktion in Hepatozyten, die Organochlor-Pestiziden ausgesetzt sind

This paper presents detailed methods on detecting hepatic mitochondrial function for a better understanding the cause of metabolic disorders caused by ...