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Method Article
Comprender el papel de la heterogeneidad ambiental en la coexistencia de especies se ha centrado generalmente en los tipos de heterogeneidad que son extrínsecos a la composición de especies de la comunidad. Proporcionamos métodos detallados para la creación de nuevos tratamientos de la heterogeneidad del suelo utilizando los suelos sometidos a la retroalimentación acondicionado planta-suelo, o la heterogeneidad intrínseca a la composición de la comunidad.
Teoría de la Convivencia ha tratado a menudo heterogeneidad ambiental como independiente de la composición de la comunidad, sin embargo retroalimentaciones bióticas tales como evaluaciones planta-suelo (PSF) tienen grandes efectos sobre el rendimiento de la planta, y crean heterogeneidad ambiental que depende de la composición de la comunidad. Comprender la importancia de la PSF para la asamblea de la comunidad de plantas requiere la comprensión del papel de la heterogeneidad en PSF, además de significar efectos de PSF. Aquí se describe un protocolo para la manipulación de suelo heterogeneidad inducida por planta. Dos ejemplos de experimentos se presentan: (1) un experimento de campo con una rejilla de 6 parches de suelos para medir respuestas de la población de plantas y (2) un experimento en invernadero con suelos de 2 parches para medir las respuestas de las plantas individuales. Los suelos se pueden recoger en la zona de influencia de la raíz (suelos de la rizosfera y justo al lado de la rizosfera) de plantas en el campo de las especies de plantas de la misma especie y heteroespecíficos. Replicar recogeriones se utilizan para evitar pseudoreplicating muestras de suelo. Estos suelos se colocan entonces en parcelas separadas, para los tratamientos heterogéneos o mixtos para un tratamiento homogeneizado. Se debe tener cuidado para asegurar que los tratamientos heterogéneos y homogeneizadas experimentan el mismo grado de perturbación del suelo. Las plantas pueden ser colocadas entonces en estos tratamientos del suelo para determinar el efecto de la heterogeneidad del suelo inducida por la planta en el rendimiento de la planta. Se demuestra que los resultados de la heterogeneidad inducida de plantas en los diferentes resultados que las predichas por los modelos de convivencia tradicionales, tal vez debido a la naturaleza dinámica de estas evaluaciones. Se necesita Teoría que incorpore la heterogeneidad ambiental influenciado por la comunidad de montaje y el trabajo empírico adicional para determinar cuando la heterogeneidad intrínseca a la comunidad montaje dará lugar a diferentes resultados de la asamblea frente a la heterogeneidad extrínseca a la composición de la comunidad.
Uno de los objetivos principales de la ecología de la comunidad es para explicar y predecir los procesos que rigen la asamblea comunitaria. Sin embargo, las comunidades de plantas son con frecuencia más diversa de lo predicho por la teoría de la convivencia 1, y los ecologistas de restauración tienen que entender los mecanismos de coexistencia para restaurar con éxito diversas comunidades nativas 2. La heterogeneidad ambiental es un mecanismo teóricamente importante que puede ayudar a explicar los altos niveles de diversidad de la comunidad, pero las manipulaciones experimentales de la heterogeneidad son infrecuentes 3 y se centran en la heterogeneidad abiótica (por ejemplo, revisado en Lundholm 4). Teoría que incorpore la heterogeneidad generalmente asume que la heterogeneidad es extrínseca a la comunidad montaje. Heterogeneidad extrínseca se rige por factores como la tipología del paisaje, que son independientes de la composición de la comunidad. Heterogeneidad extrínseca puede dar lugar a la convivencia a través del lugar de partición (reviese casaron en Melbourne et al. 3, por ejemplo Pacala y Tilman 5 y Chesson 6). Sin embargo, gran parte de la heterogeneidad ambiental pertinente a las comunidades de plantas pueden ser intrínsecas a la comunidad, el desarrollo ya que la comunidad se reúne y en función de la identidad de la especie en la comunidad. Heterogeneidad intrínseca puede ser resultado de evaluaciones bióticos, que pueden conducir a la coexistencia través de la frecuencia-dependencia negativa (por ejemplo, Bever et al. 7). Aquí se describe un nuevo método para la manipulación de la heterogeneidad del suelo inducida por la planta, un tipo de heterogeneidad del suelo que es intrínseca a la comunidad y surge de evaluaciones planta-suelo.
Evaluaciones planta-suelo (PSF) se producen cuando las plantas influir en la estructura del suelo, la química o la biota de una manera que afecta el rendimiento de plantas subsiguiente en ese suelo, y PSF tener grandes efectos en el rendimiento promedio de las plantas en las comunidades de plantas nativas 8. Estudios de PSF típicamente han recogido ya sea suelos del campo o suelos acondicionado experimentalmente, a continuación, se le preguntó cómo las plantas realizan en el suelo en relación con la misma especie heteroespecíficos o esterilizada del suelo 9. Si las plantas se desempeñan mejor en el suelo conspecific relativa para hacer referencia a los suelos, a continuación, PSF son positivos, mientras que si las plantas se desempeñan mejor en los suelos de referencia, PSF son negativos. PSF negativo recíproco puede conducir a la convivencia dependiente de la frecuencia entre las especies 7. Mientras que los efectos medios de fibras discontinuas de poliéster son bien caracterizados 8, los efectos de la heterogeneidad espacial en fibras discontinuas de poliéster, son poco conocidos 10.
Debido PSF ocurren en la escala de las plantas individuales y 7 porque las plantas son a menudo no aleatoriamente distribuidos en el espacio y el tiempo, PSF es probable que conduzcan a la heterogeneidad del suelo, lo que llamamos suelo heterogeneidad inducida por planta. A diferencia de muchas otras formas de heterogeneidad (por ejemplo, la topología de paisaje), este heterogeneitY es intrínseca a la comunidad de montaje y por lo tanto puede influir en asamblea de la comunidad de manera diferente que las formas más extrínsecas de heterogeneidad. Con el fin de comprender la influencia de esta forma de la heterogeneidad en el rendimiento de plantas y la convivencia, necesitamos métodos experimentales que manipulan suelo heterogeneidad inducida por planta. Aquí, se demuestra un método de este tipo, que utiliza los suelos condicionadas por dos especies para crear un tratamiento heterogénea con parches separados de dos orígenes de suelo y un tratamiento homogéneo, que es una mezcla de los dos orígenes de suelo. Esta mezcla del suelo podría representar al menos dos escenarios plausibles en el campo: (1) las perturbaciones (por ejemplo, roedores, la agricultura) que mezcla los suelos de diferentes orígenes o (2) plantas de dos especies que crecen en las proximidades, de tal manera que sus zonas de influencia de la raíz entremezclan y homogeneizar.
Se presentan dos experimentos de ejemplo que utiliza el suelo heterogeneidad inducida por planta para responder a las preguntas clave a diferentes nivels de organización ecológica: (1) ¿responden las poblaciones de plantas para plantar inducido por la heterogeneidad del suelo? y (2) ¿responden las plantas individuales de suelo heterogeneidad inducida por la planta? Se describe un experimento de campo con 6 parches de suelo para hacer frente a la primera pregunta y un experimento en invernadero utilizando 2 parches de suelo para hacer frente a la segunda pregunta. La cuantificación de la población y las respuestas de cada instalación a la heterogeneidad del suelo es esencial para la comprensión de cómo el montaje influencias heterogeneidad comunidad.
1. Recoger Suelos de campo para producir tratamientos de suelos heterogéneos y homogéneos
Figure 1. Campo Ejemplo de diseño experimental manipulación inducida suelo-plantas heterogeneidad. (A) Los suelos son recogidos de la zona de la raíz de la influencia de sus congéneres (α) y (β heterospecifics) en el campo, siguiendo los protocolos estándar para el estudio de los efectos de la planta-suelo evaluaciones Resolución 9 . (B) los tratamientos experimentales con suelos heterogéneos compuestos por los suelos de planta A (α) los suelos y los suelos de planta B (suelos 'β') están dispuestas en una cuadrícula y los tratamientos del suelo homogeneizadas crean con una mezcla a partes iguales de los suelos de estos dos orígenes . En este ejemplo, las redes de los suelos de campo se insertan en macetas de gran diámetro hundidos en el suelo y el área alrededor de cada cuadrícula se llena con gruesa, arena esterilizada. Esta cifra ha sido modificado de Brandt et al. 10
2. Un experimento Ejemplo Field, Creación de cuadrículas de heterogéneos y homogéneos del suelo para medir las respuestas de Plantas Población
3. Un experimento de efecto invernadero ejemplo, con suelo heterogéneo y se homogeneizaron en Potes a medida individual respuestas de las plantas
Figura 2. Ejemplo de efecto invernadero experimental de diseño manipular la heterogeneidad del suelo inducida por la planta. (A) Los suelos recogidos en la zona de la raíz de la influencia de la especie A (α suelos) y la especie B (β suelos) en el campo son el lugard en cada mitad de una olla (tratamiento heterogéneo) o mezclado en toda la olla (tratamiento homogéneo). (B) Las plantas de la especie A continuación, se plantaron en el experimento en cada tipo de parche del suelo en el tratamiento heterogéneo y en un lado de la tratamiento homogéneo. Aquí, sólo una especie (A) se muestra plantado en este diseño. Un diseño totalmente recíproco incluiría plantas de la segunda especie focal (B) plantadas en cada tratamiento del suelo y el tipo de parche en el tratamiento heterogéneo.
Especies respondieron inducida por plantar a la heterogeneidad del suelo en diversas formas, tanto en la población y el nivel individual (Figuras 3 y 4), con implicaciones para la asamblea de la comunidad. Para determinar si las poblaciones de plantas responden a la heterogeneidad del suelo inducida por la planta, un experimento de campo se estableció que en el Protocolo 2, utilizando tres pares de especies congéneres. Las poblaciones de plantas se censaron a la semana durante tres m...
Inducida por la planta-suelo heterogeneidad es muy probable que en las comunidades naturales, porque las plantas tienen efectos grandes y con frecuencia de cada especie en su ambiente del suelo y de las plantas posteriores que experimentan que el suelo (por ejemplo, Petermann et al. 13). Sin embargo, nuestra comprensión de la función de este tipo de heterogeneidad en las comunidades de plantas es mínima 10,14. A continuación, presentamos un método para manipular los suelos he...
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecemos Squire Valleevue y Valley Ridge Farms de Case Western Reserve University, incluyendo A. Locci, C. Bond, y A. Alldridge, ayuda establecer al jardín común. J. Hooks, L. Huffman, L. Gonzales, SC Leahy, B. Ochocki, A. Ubiles, C. Yu, X. Zhao, y NM Zimmerman proporcionado asistencia sobre el terreno. AJB y JHB fueron financiados por los fondos de inicio de CWRU a JHBGAD el apoyo de una subvención de los Programas de Verano en Investigación de Pregrado de CWRU financiados por el Instituto Médico Howard Hughes. Este trabajo también fue apoyado por el financiamiento de la Fundación Nacional de Ciencias para JHB (DEB 1250170).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Shovel(s) | Any | NA | It is helpful to have at least two shovels, one for each species of soil origin. |
Trowel(s) | Any | NA | It is necessary to have at least two trowels of identical size, one for each species of soil origin. |
Gloves | Any | NA | Gardening gloves can be used. |
Diluted bleach | Any | NA | We use an ~1:10 concentration of household bleach (containing 5-10% NaClO) to water to sterilize all equipment between soil collections. |
Plastic grid(s) | Any | NA | 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. |
Plastic dividers | Any | NA | 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. |
Buckets or wheelbarrows | Any | NA | Any container for transporting soils. |
Seeds | Any | NA | We collect seeds in the field by hand. Seeds can also be ordered from horticultural suppliers, if appropriate. |
Plastic toothpicks | Soodhalter Plastics, Inc. | 805KP | We plant individual seeds glued on toothpick in the field experiment to facilitate monitoring germination and survival of individuals. |
Water soluble glue | Elmer's | Elmer's Glue-all | Any water soluble glue can be used to adhere seeds to plastic toothpicks. |
Pots | Any | NA | Pot size will depend on experimental plants used and number of soil patches desired (e.g. 2 or 6). |
Sand | Any | NA | Coarse sand may be mixed with field soils to improve drainage in pots. |
Lab tape | Any | NA | Tape may be used to label equipment used in handling soils with the species of origin. |
Pin flags | Any | NA | Flags can be used to identify individuals in the field prior to soil collection. |
Landscape fabric | Any | NA | Landscape fabric can be used in the field to minimize the growth of plants outside experimental plots. |
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