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>

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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><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

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...

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Experimentelles Protokoll zur Manipulation pflanzeninduzierter Bodenheterogenität | Umwelt | 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 ...

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18.7K 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

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 ...

Forschung

Umwelt

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.

Boden Lysimeter Ausgrabung Gekoppelte hydrologische, geochemische und mikrobiologische Untersuchungen

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.

Isolierung und Analyse der mikrobiellen Lebensgemeinschaften im Boden, Rhizosphäre und Wurzeln in mehrjährige Grass Experimente

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.

Plot-Probenahme Böden in einer heterogenen Forschung

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.

Untersuchung der Pflanze Interaktionen netzübergreifend gemeinsame Mykorrhiza mit gedrehten Kerne

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.

Eine telemetrische, gravimetrische Plattform für die physiologische Phänotypisierung von Pflanzen-Umwelt-Interaktionen in Echtzeit

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.

Impfungsstrategien zur Infektion von Pflanzenwurzeln mit bodenbürtigen Mikroorganismen

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.

Simulation der Temperatur in einem Bodeninkubationsexperiment

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 - Ein experimenteller Ansatz zur Untersuchung der Auswirkungen von Pflanzen- und Bodengeschichte auf die Funktionsweise von Grünlandökosystemen

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

Verbesserung der CO2 -Sequestrierung: Ein Ansatz für Bodenbiota zur Förderung der mineralischen Verwitterung

Design and Construction of an Experimental Setup to Enhance Mineral Weathering through the Activity of Soil Organisms

Enhanced weathering (EW) is an emerging carbon dioxide (CO2) removal technology that can contribute to climate change mitigation. This technology relies on accelerating the natural process of mineral weathering in soils by manipulating the abiotic variables that govern this process, in particular mineral grain size and exposure to acids dissolved in water. EW mainly aims at reducing atmospheric CO2 concentrations by enhancing inorganic carbon sequestration. Until now, knowledge of EW has been mainly gained through experiments that focused on the abiotic variables known for stimulating mineral weathering, thereby neglecting the potential influence of biotic components. While bacteria, fungi, and earthworms are known to increase mineral weathering rates, the use of soil organisms in the context of EW remains underexplored. 
 This protocol describes the design and construction of an experimental setup developed to enhance mineral weathering rates through soil organisms while concurrently controlling abiotic conditions. The setup is designed to maximize weathering rates while maintaining soil organisms' activity. It consists of a large number of columns filled with rock powder and organic material, located in a climate chamber and with water applied via a downflow irrigation system. Columns are placed above a fridge containing jerrycans to collect the leachate. Representative results demonstrate that this setup is suitable to ensure the activity of soil organisms and quantify their effect on inorganic carbon sequestration. Challenges remain in minimizing leachate losses, ensuring homogeneous ventilation through the climate chamber, and avoiding flooding of the columns. With this setup, an innovative and promising approach is proposed to enhance mineral weathering rates through the activity of soil biota and disentangle the effect of biotic and abiotic factors as drivers of EW.

Autor im Rampenlicht: Die Rolle von Regenwürmern bei der Verbesserung der mineralischen Verwitterung zur CO2-Entfernung enträtseln 

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.

Konzeption und Aufbau eines Versuchsaufbaus zur Verbesserung der Mineralverwitterung durch die Aktivität von Bodenorganismen

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