Unsere Studie untersucht, ob der Zusammenhang zwischen Pflanzendiversität und Ökosystemfunktionen durch die Pflanzengeschichte, die Bodengeschichte oder eine Kombination aus beidem beeinflusst wird. Wir untersuchen, wie langfristige gemeinschaftsspezifische Geschichten in Pflanzen und Böden diese Beziehungen prägen. Wir verwenden experimentell naturnahes Grünland in einer kontrollierten Ecotron-Anlage.
Jüngste Forschungen zeigen, wie sich der positive Zusammenhang zwischen Pflanzenvielfalt und Ökosystemfunktionen im Laufe der Zeit verstärkt. Langzeitexperimente zeigen, dass eine höhere Biodiversität beispielsweise die Ressourcennutzung, nützliche Bodenorganismen, die natürliche Schädlingsbekämpfung und die Widerstandsfähigkeit von Ökosystemen verbessert. Die Schlüsselfaktoren, die solche Biodiversitätseffekte beeinflussen sollen, sind die Pflanzen- und Bodengeschichte.
Es entstanden neue experimentelle Anlagen, sogenannte Ecotrons, die natürliche Ökosysteme unter kontrollierten Bedingungen nachbilden sollten. Diese Einrichtungen verfügen über mehrere Gehäuse zur Untersuchung komplexer Ökosystemprozesse, Wechselwirkungen mit mehreren Verkehrsströmen und Ökosystemfunktionen. Ökotrone ermöglichen eine präzise Kontrolle der Umweltbedingungen und ermöglichen die Überwachung von ober- und unterirdischen Ökosystemen in unabhängigen Mesokosmenkammern.
Unser Protokoll bietet uns die einzigartige Möglichkeit, intakte Bodenmodulate unter kontrollierten Umweltbedingungen zu untersuchen, Pflanzen und Böden mit unterschiedlicher pflanzengemeinschaftsspezifischer Geschichte orthogonal zu kreuzen und ihre Auswirkungen auf mehrere Ökosystemfunktionen entlang eines Pflanzendiversitätsgradienten zu untersuchen, was unter Feldbedingungen nur schwer zu erreichen ist. Entfernen Sie zunächst vorsichtig die oberen fünf Zentimeter Erde von den ausgewählten Parzellen mit einem Minibagger, um die Bedingungen bei den bodenhistorischen Behandlungen auszugleichen. Richten Sie das Monolithen-Extraktionsgerät auf dem Grundstück ein, um mit dem Aushub des Bodenmonolithen zu beginnen.
Schalten Sie anschließend die monolithische Absaugvorrichtung ein und lassen Sie das Schneidsystem um die äußere Zylinderwand rotieren, um eine Kerbe in den Boden zu schneiden, während die Absaugvorrichtung gleichzeitig den Stahlzylinder in den Boden drückt. Heben Sie parallel dazu mit einem Minibagger eine Grube an der Seite des Stahlzylinders aus. Sobald der Stahlzylinder vollständig in den Boden eingelassen ist, montieren Sie eine provisorische Bodenplatte und heben Sie den Zylinder mit der monolithischen Extraktionsvorrichtung aus der Baugrube.
Demontieren Sie die Absaugvorrichtung und die Schneidanlage vom Stahlzylinder. Montieren Sie dann eine provisorische Deckplatte auf dem Zylinder. Hebe den Monolithen mit einer Aufhängung an, die am Minibagger befestigt ist, und drehe ihn auf den Kopf.
Demontieren Sie anschließend die Bodenplatte vom Stahlzylinder. Entfernen Sie mit einer Kelle etwa fünf Zentimeter der Bodenschicht vom Boden des Stahlzylinders. Betten Sie einen Ring aus Wassersaugsonden, bestehend aus acht Kerzen, die mit Polyvinylchlorid-Schläuchen verbunden sind, in Quarzpulver ein.
Befeuchten Sie das Pulver mit demineralisiertem Wasser und füllen Sie den Boden des Stahlzylinders wieder mit Erde auf. Verbinden Sie das Polyvinylchlorid-Endstück des Wassersaugsondenrings mit der Bodenplatte. Verschrauben Sie die Bodenplatte fest mit dem Stahlzylinder.
Drehen Sie den Stahlzylinder mit der Aufhängung am Minibagger aufrecht. Beschriften Sie den Zylinder einzeln. Versiegeln Sie die Öffnungen in den Wänden mit Klebeband und wickeln Sie es zum Schutz während des Transports in Plastikfolie ein.
Schneiden Sie nach dem Auspacken mit einer maßgeschneiderten Stahlklinge passgenaue Löcher für die Sensoren horizontal in den Bodenmonolithen, indem Sie die Öffnungen in der Zylinderwand in drei verschiedenen Tiefen nutzen. Platzieren Sie die Bodensensoren in den vorbereiteten Löchern und verwenden Sie einen Holzscheit, um sie richtig zu positionieren. Verschrauben Sie die Öffnungen mit maßgefertigten Verschlussstopfen.
Heben Sie den technischen und den oberen Teil jeder EcoUnit vorsichtig vom unteren Teil ab. Transportieren Sie den unteren Teil zu den Stahlzylindern, in denen sich die mit Bodensensoren ausgestatteten Monolithen des intakten Bodens befinden. Heben Sie anschließend vier Erdmonolithen in den unteren Behälter jeder der 24 EcoUnits.
Führen Sie die Kabel der Bodensensoren durch die Öffnungen im Erdbehälter. Transportieren Sie den mit den vier Erdmonolithen bestückten Container mit dem Gabelstapler in eine 24 mal 24 Meter große Halle. Setzen Sie den technischen Teil und den oberen Teil jeder EcoUnit vorsichtig wieder auf den unteren Teil auf.
Ordnen Sie abschließend alle 24 EcoUnits in drei Reihen an, die jeweils aus zwei Gruppen von je vier EcoUnits bestehen und insgesamt sechs Blöcke bilden. Nach dem Sammeln von Erde von jeder der ausgewählten Parzellen auf dem Jenaer Experimentierfeldgelände wird jeder parzellenspezifische Boden durch ein vier Millimeter dickes Netz gesiebt. Erhitzen Sie den Sand in einem Trockenofen vier Stunden lang bei 200 Grad Celsius, um unerwünschte Biota zu entfernen.
Nach dem Erhitzen parzellenspezifischen Boden und Quarzsand im Verhältnis drei zu eins mischen. Füllen Sie das Erde-Sand-Gemisch mit einer Plastikschaufel in mehrere Topfplatten. Beschriften Sie jede Multi-Pot-Platte einzeln.
Stellen Sie die Platten in ein Gewächshaus mit einem Tag-Nacht-Zyklus von 16 Stunden bei 18 Grad Celsius und acht Stunden bei 12 Grad Celsius. Aufrechterhaltung einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60 bis 70 %. Nachdem Sie die Platten bei Bedarf gegossen und zwei Wochen lang kahl gestellt haben, damit die Saatgutbanken keimen können, jäten Sie alle Platten zweimal, um unerwünschte Sämlinge zu entfernen.
Ranunculus acris-Samen in Petrischalen auf Filterpapier vorbehandeln, das 24 Stunden lang mit einer Gibberellinsäurelösung angefeuchtet wurde, um die Ruhephase zu unterbrechen. Übertragen Sie die Samen von Ranunculus acris am nächsten Tag auf Filterpapier, das bis zur Keimung mit demineralisiertem Wasser angefeuchtet ist. Sobald die Samen das Radikalstadium erreicht haben, stechen Sie die Setzlinge mit einer Federstahlpinzette in das parzellenspezifische Boden-Sand-Substrat in den vorbereiteten Mehrtopfplatten.
säen Sie alle Arten außer Ranunculus acris in Mehrtopfplatten direkt in das parzellenspezifische Bodensandsubstrat. Gießen Sie alle Pflanzenindividuen mit entionisiertem Wasser. Inkubieren Sie die Platten im Gewächshaus bis zum Transport zum iDiv Ecotron.
Verwenden Sie nach dem Öffnen der EcoUnit für die Pflanzkampagne eine speziell angefertigte Pflanzschablone, um die genaue Position jeder Pflanze auf den Bodenmonolithen zu markieren. Weisen Sie verschiedenfarbige Zahnstocher aus Kunststoff für die Markierung zu, wobei jede Farbe für eine bestimmte Pflanzenart steht. Entfernen Sie die Schablone nach dem Markieren.
Pflanzen Sie die vorgewachsenen Pflanzen innerhalb einer Woche auf alle Erdmonolithen mit Hilfe von Zwiebelpflanzgefäßen mit einem Durchmesser von vier Zentimetern. Schalten Sie das Licht ein und stellen Sie das Beleuchtungsregime auf einen 16-Stunden-Tag- und einen Acht-Stunden-Nachtzyklus ein. Simulieren Sie die Dämmerung, indem Sie die Lichtintensität über eine Stunde von 100 % auf 75 % und dann in der nächsten Stunde auf 0 % dimmen.
Simulieren Sie die Morgendämmerung, indem Sie dieses Dimmmuster umkehren. Nach einer dreiwöchigen Etablierungsphase des JenaTron-Experiments wurden behandlungsspezifische Unterschiede in der Höhe und Farbe der Pflanzengemeinschaft beobachtet, und Pflanzen, die aus Samen ohne Pflanzengeschichte gezogen wurden, zeigten einen früheren Blütenbeginn im Vergleich zu Pflanzen mit gemeinschaftsspezifischer Pflanzengeschichte. Die Messungen der vegetativen Pflanzenhöhe im iDiv Ecotron korrelierten stark mit denen aus den Jenaer Versuchsparzellen, was die Konsistenz in der Pflanzenentwicklung bestätigt.
