В нашем исследовании изучается, влияет ли на взаимосвязь между разнообразием растений и функционированием экосистемы история растений, история почвы или их комбинация. Мы исследуем, как долгосрочная история, специфичная для сообщества, у растений и почв формирует эти отношения. Мы используем экспериментальные полуестественные луга на контролируемой установке «Экотрон».
Недавние исследования показывают, как положительная связь между разнообразием растений и функционированием экосистем укрепляется с течением времени. Долгосрочные эксперименты показывают, что более высокое биоразнообразие способствует, например, использованию ресурсов, полезным почвенным организмам, естественной борьбе с вредителями и устойчивости экосистем. Ключевыми факторами, которые, как ожидается, будут влиять на такое воздействие на биоразнообразие, являются история растений и почвы.
Появились новые экспериментальные установки, известные как экотроны, предназначенные для воспроизведения природных экосистем в контролируемых условиях. Эти объекты оснащены несколькими корпусами для изучения сложных экосистемных процессов, многотранспортных взаимодействий и функций экосистемы. Экотроны позволяют точно контролировать условия окружающей среды и позволяют осуществлять мониторинг как надземных, так и подземных экосистем в независимых мезокосмических камерах.
Наш протокол предоставляет нам уникальную возможность изучать модулированные неповрежденные почвы в контролируемых условиях окружающей среды, скрещивать растения и почвы с разной историей, специфичной для растительных сообществ, и изучать их влияние на многочисленные функции экосистемы вдоль градиента разнообразия растений, что трудно достичь в полевых условиях. Для начала аккуратно удалите верхние пять сантиметров почвы с выбранных участков с помощью мини-экскаватора, чтобы выровнять условия по обработке истории почвы. Установите на участке устройство для извлечения монолита, чтобы начать выемку монолита грунта.
Затем включите устройство экстракции монолита и позвольте режущей системе вращаться вокруг внешней стенки цилиндра, чтобы вырезать выемку в почве, в то время как устройство экстракции одновременно вдавливает стальной цилиндр в почву. Параллельно, с помощью мини-экскаватора, выкопайте яму сбоку от стального цилиндра. После того, как стальной цилиндр будет полностью погружен в почву, установите временную нижнюю плиту и с помощью монолитного вытяжного устройства поднимите цилиндр из котлована.
Демонтируйте вытяжное устройство и режущую систему со стального цилиндра. Затем установите на цилиндр временную верхнюю пластину. Поднимите монолит с помощью подвеса, прикрепленного к мини-экскаватору и переверните его вверх дном.
Далее демонтируйте нижнюю пластину со стального цилиндра. С помощью совка снимите примерно пять сантиметров слоя почвы со дна стального цилиндра. Всадите в кварцевый порошок кольцо из щупов для всасывания воды, состоящее из восьми свечей, соединенных шлангами из поливинилхлорида.
Смочите порошок деминерализованной водой и снова наполните грунтом дно стального цилиндра. Подсоедините поливинилхлоридный наконечник кольца водовсасывающего щупа к нижней пластине. Надежно закрепите нижнюю пластину болтами к стальному цилиндру.
Поверните стальной цилиндр в вертикальное положение с помощью подвески на мини-экскаваторе. Наклейте на баллон индивидуальную маркировку. Отверстия в его стенках заклейте скотчем и оберните полиэтиленовой пленкой для защиты при транспортировке.
После распаковки вырежьте точно подходящие отверстия для датчиков горизонтально в монолите почвы с помощью специального стального лезвия, используя отверстия в стенке цилиндра на трех разных глубинах. Поместите датчики почвы в подготовленные отверстия и используйте деревянное бревно, чтобы правильно расположить их. Закрутите отверстия болтами с помощью изготовленных на заказ уплотнительных заглушек.
Осторожно поднимите техническую и верхнюю часть каждого EcoUnit с нижней части. Транспортируйте нижнюю часть к стальным цилиндрам, содержащим неповрежденные грунтовые монолиты, оснащенные датчиками грунта. Затем поднимите четыре грунтовых монолита в нижний контейнер каждого из 24 экоблоков.
Проведите кабели датчиков почвы через отверстия в контейнере заземления. С помощью вилочного погрузчика можно транспортировать контейнер с четырьмя монолитами грунта в цех размером 24 на 24 метра. Аккуратно поместите техническую и верхнюю части каждого EcoUnit обратно в нижнюю часть.
Наконец, расположите все 24 ЭкоЮнита в три ряда, каждый из которых состоит из двух групп по четыре ЭкоЮнита, образуя в общей сложности шесть блоков. После сбора почвы с каждого из выбранных участков на экспериментальном полевом участке в Йене просейте почву для каждого участка через четырехмиллиметровую ячейку. Нагрейте песок в сушильном шкафу при температуре 200 градусов Цельсия в течение четырех часов, чтобы удалить нежелательную биоту.
После нагрева смешайте почву для конкретного участка и кварцевый песок в соотношении три к одному. С помощью пластиковой лопаты засыпаем почво-песчаную смесь в многогоршковые пластины. Промаркируйте каждую тарелку для нескольких кастрюль отдельно.
Поместите плиты в теплицу с циклом день-ночь 16 часов при 18 градусах Цельсия и восемь часов при 12 градусах Цельсия. поддержание относительной влажности воздуха от 60 до 70%. После полива пластин по требованию и удержания их голыми в течение двух недель, чтобы дать почве семенным банкам прорасти, дважды прополойте все пластины, чтобы удалить нежелательную рассаду.
Предварительно обработайте семена ранункулюса акриса в чашках Петри на фильтровальной бумаге, смоченной раствором гиббереллиновой кислоты, в течение 24 часов для выхода из состояния покоя. На следующий день переложите семена ранункулюса акриса в фильтровальную бумагу, смоченную деминерализованной водой до появления всходов. Как только семена достигнут радикальной стадии, используйте пинцет из пружинной стали, чтобы вколоть рассаду в почвенно-песчаный субстрат для конкретного участка в подготовленных многогоршочных пластинах.
Высевайте все виды, кроме ranunculus acris, непосредственно в почвенно-песчаный субстрат для конкретного участка в многогоршковых тарелках. Поливайте всех особей растений деионизированной водой. Инкубируйте пластины в теплице до транспортировки в iDiv Ecotron.
После открытия EcoUnit для кампании по посадке используйте изготовленный на заказ трафарет для посадки, чтобы отметить точное положение каждого растения на монолитах почвы. Назначьте для маркировки пластиковые зубочистки разных цветов, каждый из которых представляет определенный вид растения. Снимите трафарет после разметки.
Высадите предварительно выращенные растения на все монолиты почвы в течение одной недели с помощью луковичных кашпо диаметром четыре сантиметра. Включите свет и установите режим освещения на 16-часовой дневной и восьмичасовой ночной цикл. Имитируйте сумерки, уменьшая интенсивность света со 100% до 75% в течение одного часа, а затем до 0% интенсивности в течение следующего часа.
Имитируйте рассвет, обратив этот шаблон затемнения. Специфические для лечения различия в высоте и цвете растительного сообщества наблюдались после трехнедельной фазы укоренения эксперимента JenaTron, и растения, выращенные из семян без истории растения, демонстрировали более раннее начало цветения по сравнению с растениями, специфичными для сообщества. Измерения высоты вегетативных растений в iDiv Ecotron сильно коррелировали с измерениями на экспериментальных полевых участках в Йене, что подтверждает последовательность в развитии растений.
