Notre étude vise à déterminer si la relation entre la diversité végétale et le fonctionnement de l’écosystème est influencée par l’histoire des plantes, l’histoire du sol ou une combinaison des deux. Nous examinons comment les histoires à long terme spécifiques aux communautés dans les plantes et les sols façonnent ces relations. Nous utilisons des prairies semi-naturelles expérimentales dans une installation Ecotron contrôlée.
Des recherches récentes mettent en évidence comment la relation positive entre la diversité végétale et le fonctionnement de l’écosystème se renforce au fil du temps. Des expériences à long terme montrent qu’une plus grande biodiversité améliore, par exemple, l’utilisation des ressources, les organismes bénéfiques du sol, la lutte naturelle contre les ravageurs et la résilience des écosystèmes. Les principaux facteurs susceptibles d’influencer ces effets sur la biodiversité sont l’histoire des plantes et des sols.
De nouvelles installations expérimentales ont vu le jour, connues sous le nom d’Ecotrons, conçues pour reproduire les écosystèmes naturels dans des conditions contrôlées. Ces installations sont dotées de plusieurs enceintes pour l’étude des processus écosystémiques complexes, des interactions multi-trafics et des fonctions écosystémiques. Les écotrons permettent un contrôle précis des conditions environnementales et permettent de surveiller les écosystèmes aériens et souterrains dans des chambres de mésocosme indépendantes.
Notre protocole nous offre l’occasion unique d’étudier les modulations intactes du sol dans des conditions environnementales contrôlées, de croiser orthogonalement des plantes et des sols ayant une histoire spécifique à une communauté végétale différente et d’étudier leurs effets sur de multiples fonctions écosystémiques le long d’un gradient de diversité végétale, ce qui est difficile à réaliser dans des conditions de terrain. Pour commencer, retirez délicatement les cinq centimètres supérieurs de terre des parcelles sélectionnées à l’aide d’une mini-pelle pour égaliser les conditions entre les traitements de l’historique du sol. Installez le dispositif d’extraction du monolithe sur la parcelle pour commencer l’excavation du monolithe de sol.
Ensuite, allumez le dispositif d’extraction du monolithe et laissez le système de coupe tourner autour de la paroi extérieure du cylindre pour couper une encoche dans le sol, tandis que le dispositif d’extraction presse simultanément le cylindre en acier dans le sol. En parallèle, à l’aide d’une mini-pelle, creusez une fosse sur le côté du cylindre d’acier. Une fois que le cylindre d’acier est complètement enfoui dans le sol, montez une plaque inférieure temporaire et utilisez le dispositif d’extraction monolithe pour soulever le cylindre hors de la fosse d’excavation.
Démontez le dispositif d’extraction et le système de coupe du cylindre en acier. Montez ensuite une plaque supérieure temporaire sur le cylindre. Soulevez le monolithe à l’aide d’une suspension attachée à la mini-pelle et retournez-le.
Ensuite, démontez la plaque inférieure du cylindre en acier. À l’aide d’une truelle, retirez environ cinq centimètres de la couche de sol du bas du cylindre en acier. Intégrez un anneau de sondes d’aspiration d’eau, composé de huit bougies reliées à des tuyaux en polychlorure de vinyle, dans de la poudre de quartz.
Humidifiez la poudre avec de l’eau déminéralisée et remplissez à nouveau le fond du cylindre en acier avec de la terre. Connectez l’embout en polychlorure de vinyle de l’anneau de la sonde d’aspiration d’eau à la plaque inférieure. Boulonnez solidement la plaque inférieure au cylindre en acier.
Tournez le cylindre en acier à la verticale à l’aide de la suspension de la mini-pelle. Étiquetez le cylindre individuellement. Scellez les ouvertures de ses parois avec du ruban adhésif et enveloppez-le dans du papier d’aluminium pour le protéger pendant le transport.
Après le déballage, découpez horizontalement des trous précis pour les capteurs dans le monolithe de sol à l’aide d’une lame en acier personnalisée, en utilisant les ouvertures de la paroi du cylindre à trois profondeurs différentes. Placez les capteurs de sol dans les trous préparés et utilisez une bûche de bois pour les positionner correctement. Boulonnez les ouvertures avec des bouchons d’étanchéité sur mesure.
Soulevez avec précaution la partie technique et supérieure de chaque EcoUnit de la partie inférieure. Transportez la partie inférieure vers les cylindres en acier contenant les monolithes de sol intacts équipés de capteurs de sol. Ensuite, soulevez quatre monolithes de sol dans le contenant inférieur de chacune des 24 écounités.
Faites passer les câbles des capteurs de sol à travers les ouvertures du conteneur au sol. Utilisez le chariot élévateur pour transporter le conteneur équipé des quatre monolithes de terre dans un hall de 24 mètres sur 24 mètres. Replacez soigneusement les parties techniques et supérieures de chaque EcoUnit sur la partie inférieure.
Enfin, disposez les 24 écounités sur trois rangées, chacune composée de deux groupes de quatre écounités, formant un total de six blocs. Après avoir collecté la terre de chacune des parcelles sélectionnées sur le site d’expérimentation d’Iéna, tamisez chaque sol spécifique à la parcelle à travers un maillage de quatre millimètres. Chauffez le sable dans un four de séchage à 200 degrés Celsius pendant quatre heures pour éliminer le biote indésirable.
Après chauffage, mélangez du sol spécifique à la parcelle et du sable de quartz dans un rapport de trois pour un. À l’aide d’une pelle en plastique, remplissez le mélange terre-sable dans des assiettes multi-pots. Étiquetez chaque assiette multi-pots individuellement.
Placez les plaques dans une serre avec un cycle jour-nuit de 16 heures à 18 degrés Celsius et de huit heures à 12 degrés Celsius. maintien de 60 à 70 % d’humidité relative. Après avoir arrosé les plaques à la demande et les avoir maintenues nues pendant deux semaines pour permettre aux banques de graines du sol de germer, désherbez toutes les plaques deux fois pour éliminer les semis indésirables.
Prétraiter les graines de renoncule acris dans des boîtes de Pétri sur du papier filtre humidifié avec une solution d’acide gibbérellique pendant 24 heures pour rompre la dormance. Le lendemain, transférez les graines de renoncule acris dans du papier filtre humidifié avec de l’eau déminéralisée jusqu’à la germination. Une fois que les graines atteignent le stade radical, utilisez une pince à épiler en acier à ressort pour piquer les plants dans le substrat sol-sable spécifique à la parcelle dans les plaques multi-pots préparées.
Semez toutes les espèces sauf la renoncule acris directement dans le substrat sol-sable spécifique à la parcelle dans des plaques multi-pots. Arrosez tous les individus de la plante avec de l’eau déminéralisée. Incuber les plaques dans la serre jusqu’au transport vers l’iDiv Ecotron.
Après avoir ouvert l’EcoUnit, pour la campagne de plantation, utilisez un pochoir de plantation sur mesure pour marquer la position exacte de chaque plante sur les monolithes de sol. Attribuez des cure-dents en plastique de différentes couleurs pour le marquage, chaque couleur représentant une espèce de plante spécifique. Retirez le pochoir après le marquage.
Plantez les plantes pré-cultivées sur tous les monolithes de sol en une semaine à l’aide de jardinières à bulbes de quatre centimètres de diamètre. Allumez les lumières et réglez le régime d’éclairage sur un cycle de jour de 16 heures et de nuit de huit heures. Simulez le crépuscule en tamisant les lumières de 100 % à 75 % d’intensité pendant une heure, puis à 0 % d’intensité pendant l’heure suivante.
Simulez l’aube en inversant ce modèle de gradation. Des différences spécifiques au traitement dans la hauteur et la couleur de la communauté végétale ont été observées après une phase d’établissement de trois semaines de l’expérience JenaTron, et les plantes cultivées à partir de graines sans histoire végétale ont présenté un début de floraison plus précoce par rapport à celles ayant une histoire végétale spécifique à la communauté. Les mesures de la hauteur végétative des plantes dans l’iDiv Ecotron étaient fortement corrélées avec celles des parcelles de terrain de l’expérience d’Iéna, confirmant la cohérence du développement des plantes.
