Nuestro estudio explora si la relación entre la diversidad de plantas y el funcionamiento del ecosistema está influenciada por la historia de las plantas, la historia del suelo o una combinación de ambas. Examinamos cómo las historias específicas de la comunidad a largo plazo en plantas y suelos dan forma a estas relaciones. Utilizamos pastizales seminaturales experimentales en una instalación controlada de Ecotron.
Investigaciones recientes destacan cómo la relación positiva entre la diversidad de plantas y el funcionamiento de los ecosistemas se fortalece con el tiempo. Los experimentos a largo plazo muestran que una mayor biodiversidad mejora, por ejemplo, el uso de recursos, los organismos beneficiosos del suelo, el control natural de plagas y la resiliencia de los ecosistemas. Los factores clave que se espera que influyan en estos efectos sobre la biodiversidad son la historia de las plantas y el suelo.
Surgieron nuevas instalaciones experimentales, conocidas como Ecotrones, diseñadas para replicar ecosistemas naturales bajo condiciones controladas. Estas instalaciones cuentan con múltiples recintos para estudiar procesos ecosistémicos complejos, interacciones de tráfico múltiple y funciones del ecosistema. Los ecotrones permiten un control preciso de las condiciones ambientales y permiten el monitoreo de ecosistemas aéreos y subterráneos en cámaras de mesocosmos independientes.
Nuestro protocolo nos ofrece la oportunidad única de estudiar las modulaciones del suelo intacto en condiciones ambientales controladas, de cruzar ortogonalmente plantas y suelos con diferentes historias específicas de comunidades vegetales y de estudiar sus efectos sobre múltiples funciones del ecosistema a lo largo de un gradiente de diversidad de plantas, lo cual es difícil de lograr en condiciones de campo. Para comenzar, retire suavemente los cinco centímetros superiores de tierra de las parcelas seleccionadas con una miniexcavadora para igualar las condiciones en los tratamientos históricos del suelo. Instale el dispositivo de extracción del monolito en la parcela para iniciar la excavación del monolito del suelo.
A continuación, encienda el dispositivo de extracción monolítico y permita que el sistema de corte gire alrededor de la pared exterior del cilindro para cortar una muesca en el suelo, mientras que el dispositivo de extracción presiona simultáneamente el cilindro de acero en el suelo. Paralelamente, con una miniexcavadora, excave un pozo en el costado del cilindro de acero. Una vez que el cilindro de acero esté completamente incrustado en el suelo, monte una placa inferior temporal y use el dispositivo de extracción monolítico para levantar el cilindro fuera del pozo de excavación.
Desmonte el dispositivo de extracción y el sistema de corte del cilindro de acero. A continuación, monte una placa superior temporal en el cilindro. Levante el monolito con una suspensión unida a la miniexcavadora y gírelo boca abajo.
A continuación, desmonte la placa inferior del cilindro de acero. Con una paleta, retire aproximadamente cinco centímetros de la capa de tierra del fondo del cilindro de acero. Incruste un anillo de sondas de succión de agua, que consta de ocho velas conectadas con mangueras de cloruro de polivinilo, en polvo de cuarzo.
Humedezca el polvo con agua desmineralizada y vuelva a llenar el fondo del cilindro de acero con tierra. Conecte la pieza final de cloruro de polivinilo del anillo de la sonda de succión de agua a la placa inferior. Atornille la placa inferior de forma segura al cilindro de acero.
Gire el cilindro de acero en posición vertical con la suspensión de la miniexcavadora. Etiquete el cilindro individualmente. Selle las aberturas de sus paredes con cinta adhesiva y envuélvalo en papel de aluminio para protegerlo durante el transporte.
Después de desembalar, corte con precisión los orificios para los sensores horizontalmente en el monolito del suelo con una cuchilla de acero personalizada, utilizando las aberturas en la pared del cilindro a tres profundidades diferentes. Coloque los sensores de suelo en los agujeros preparados y use un tronco de madera para colocarlos correctamente. Atornille las aberturas con tapones de sellado hechos a medida.
Levante con cuidado la parte técnica y superior de cada EcoUnit desde la parte inferior. Transporte la parte inferior a los cilindros de acero que contienen los monolitos de suelo intactos equipados con sensores de suelo. A continuación, levante cuatro monolitos de tierra en el contenedor inferior de cada una de las 24 EcoUnits.
Pase los cables de los sensores de suelo a través de las aberturas del contenedor de tierra. Utilice la carretilla elevadora para transportar el contenedor equipado con los cuatro monolitos de suelo a una nave de 24 metros por 24 metros. Vuelva a colocar con cuidado las partes técnicas y superiores de cada EcoUnit en la parte inferior.
Por último, organice las 24 EcoUnidades en tres filas, cada una de las cuales consta de dos grupos de cuatro EcoUnidades, formando un total de seis bloques. Después de recolectar tierra de cada una de las parcelas seleccionadas en el Sitio de Campo del Experimento de Jena, tamice cada tierra específica de la parcela a través de una malla de cuatro milímetros. Caliente la arena en un horno de secado a 200 grados centígrados durante cuatro horas para eliminar la biota no deseada.
Después del calentamiento, mezcle la tierra específica de la parcela y la arena de cuarzo en una proporción de tres a uno. Con una pala de plástico, llene la mezcla de tierra y arena en platos de varias macetas. Etiquete cada plato de varias ollas individualmente.
Coloque los platos en un invernadero con un ciclo día-noche de 16 horas a 18 grados centígrados y ocho horas a 12 grados centígrados. manteniendo de 60 a 70% de humedad relativa. Después de regar las placas a demanda y mantenerlas desnudas durante dos semanas para permitir que germinen los bancos de semillas del suelo, deshierbe todas las placas dos veces para eliminar las plántulas no deseadas.
Trate previamente las semillas de ranunculus acris en placas de Petri sobre papel de filtro humedecido con una solución de ácido giberélico durante 24 horas para romper la latencia. Al día siguiente, transfiera las semillas de ranúnculo acris a papel de filtro humedecido con agua desmineralizada hasta la germinación. Una vez que las semillas alcancen la etapa radical, use pinzas de acero para resortes para pinchar las plántulas en el sustrato de tierra y arena específico de la parcela en las placas de macetas múltiples preparadas.
Siembre todas las especies, excepto ranunculus acris, directamente en el sustrato de suelo y arena específico de la parcela en placas de macetas múltiples. Riegue todos los individuos de la planta con agua desionizada. Incubar las placas en el invernadero hasta su transporte al iDiv Ecotron.
Después de abrir la EcoUnit, para la campaña de plantación, utilice una plantilla de plantación hecha a medida para marcar la posición exacta de cada planta en los monolitos del suelo. Asigne palillos de dientes de plástico de diferentes colores para marcar, y cada color representa una especie de planta específica. Retire la plantilla después de marcar.
Plante las plantas precultivadas en todos los monolitos del suelo dentro de una semana usando macetas de bulbo con un diámetro de cuatro centímetros. Encienda las luces y configure el régimen de iluminación en un ciclo de 16 horas de día y ocho horas de noche. Simule el anochecer atenuando las luces de 100% a 75% de intensidad durante una hora, luego a 0% de intensidad durante la siguiente hora.
Simule el amanecer invirtiendo este patrón de atenuación. Se observaron diferencias específicas del tratamiento en la altura y el color de la comunidad vegetal después de una fase de establecimiento de tres semanas del experimento JenaTron, y las plantas cultivadas a partir de semillas sin historia de planta mostraron un inicio de floración más temprano en comparación con aquellas con historia de planta específica de la comunidad. Las mediciones de la altura vegetativa de la planta en el iDiv Ecotron se correlacionaron fuertemente con las de las parcelas de campo del experimento de Jena, lo que confirma la consistencia en el desarrollo de la planta.
