Nosso estudo explora se a relação entre a diversidade de plantas e o funcionamento do ecossistema é influenciada pela história das plantas, história do solo ou uma combinação dos dois. Examinamos como as histórias específicas da comunidade de longo prazo em plantas e solos moldam essas relações. Usamos pastagens seminaturais experimentais em uma instalação controlada da Ecotron.
Pesquisas recentes destacam como a relação positiva entre a diversidade de plantas e o funcionamento do ecossistema se fortalece com o tempo. Experimentos de longo prazo mostram que uma maior biodiversidade aumenta, por exemplo, o uso de recursos, organismos benéficos do solo, controle natural de pragas e resiliência do ecossistema. Os principais fatores que devem influenciar esses efeitos na biodiversidade são a história das plantas e do solo.
Surgiram novas instalações experimentais, conhecidas como Ecotrons, projetadas para replicar ecossistemas naturais sob condições controladas. Essas instalações apresentam vários recintos para estudar processos complexos do ecossistema, interações de tráfego múltiplo e funções do ecossistema. Os Ecotrons permitem um controle preciso sobre as condições ambientais e permitem o monitoramento de ecossistemas acima e abaixo do solo em câmaras de mesocosmo independentes.
Nosso protocolo nos oferece a oportunidade única de estudar modulações de solo intacto sob condições ambientais controladas, cruzar ortogonalmente plantas e solos com diferentes histórias específicas da comunidade de plantas e estudar seus efeitos em múltiplas funções do ecossistema ao longo de um gradiente de diversidade de plantas, o que é difícil de alcançar em condições de campo. Para começar, remova suavemente os cinco centímetros superiores de solo das parcelas selecionadas usando uma miniescavadeira para equalizar as condições nos tratamentos do histórico do solo. Configure o dispositivo de extração de monólito na parcela para iniciar a escavação do monólito do solo.
Em seguida, ligue o dispositivo de extração monolítica e deixe o sistema de corte girar em torno da parede externa do cilindro para cortar um entalhe no solo, enquanto o dispositivo de extração pressiona simultaneamente o cilindro de aço no solo. Paralelamente, usando uma miniescavadeira, escave um poço na lateral do cilindro de aço. Quando o cilindro de aço estiver totalmente embutido no solo, monte uma placa inferior temporária e use o dispositivo de extração de monólito para levantar o cilindro para fora do poço de escavação.
Desmonte o dispositivo de extração e o sistema de corte do cilindro de aço. Em seguida, monte uma placa superior temporária no cilindro. Levante o monólito usando uma suspensão presa à miniescavadeira e vire-o de cabeça para baixo.
Em seguida, desmonte a placa inferior do cilindro de aço. Usando uma espátula, remova aproximadamente cinco centímetros da camada de solo do fundo do cilindro de aço. Incorpore um anel de sondas de sucção de água, consistindo de oito velas conectadas com mangueiras de cloreto de polivinila, em pó de quartzo.
Umedeça o pó com água desmineralizada e encha novamente o fundo do cilindro de aço com terra. Conecte a peça final de cloreto de polivinila do anel da sonda de sucção de água à placa inferior. Aparafuse a placa inferior firmemente ao cilindro de aço.
Gire o cilindro de aço na vertical usando a suspensão da miniescavadeira. Rotule o cilindro individualmente. Sele as aberturas em suas paredes com fita adesiva e embrulhe-a em papel alumínio para proteção durante o transporte.
Após desembalar, faça furos de encaixe precisos para os sensores horizontalmente no monólito de solo com uma lâmina de aço personalizada, usando as aberturas na parede do cilindro em três profundidades diferentes. Coloque os sensores de solo nos orifícios preparados e use um tronco de madeira para posicioná-los corretamente. Aparafuse as aberturas com plugues de vedação feitos sob medida.
Levante cuidadosamente a parte técnica e superior de cada EcoUnit da parte inferior. Transporte a parte inferior para os cilindros de aço contendo os monólitos de solo intactos equipados com sensores de solo. Em seguida, levante quatro monólitos de solo para o recipiente inferior de cada uma das 24 EcoUnits.
Conduza os cabos dos sensores de solo pelas aberturas no recipiente de solo. Use a empilhadeira para transportar o contêiner equipado com os quatro monólitos de solo para um corredor de 24 metros por 24 metros. Coloque cuidadosamente as partes técnicas e superiores de cada EcoUnit de volta na parte inferior.
Por fim, organize todas as 24 EcoUnits em três linhas, cada uma consistindo em dois grupos de quatro EcoUnits, formando um total de seis blocos. Depois de coletar o solo de cada uma das parcelas selecionadas no Jena Experiment Field Site, peneire cada solo específico da parcela por meio de uma malha de quatro milímetros. Aqueça a areia em um forno de secagem a 200 graus Celsius por quatro horas para remover a biota indesejada.
Após o aquecimento, misture o solo específico da parcela e a areia de quartzo na proporção de três para um. Usando uma pá de plástico, encha a mistura de solo e areia em pratos com vários vasos. Rotule cada prato multi-pote individualmente.
Coloque as placas em uma estufa com um ciclo dia-noite de 16 horas a 18 graus Celsius e oito horas a 12 graus Celsius. mantendo 60 a 70% de umidade relativa. Depois de regar as placas sob demanda e mantê-las nuas por duas semanas para permitir que os bancos de sementes do solo germinem, remova as ervas daninhas de todas as placas duas vezes para remover as mudas indesejadas.
Pré-trate as sementes de ranunculus acris em placas de Petri em papel de filtro umedecido com uma solução de ácido giberélico por 24 horas para quebrar a dormência. No dia seguinte, transfira as sementes de ranunculus acris para papel de filtro umedecido com água desmineralizada até a germinação. Quando as sementes atingirem o estágio radical, use uma pinça de aço para picar as mudas no substrato de areia de solo específico da parcela nas placas de vários vasos preparadas.
Semeie todas as espécies, exceto ranunculus acris, diretamente no substrato de areia e solo específico da parcela em pratos de vários vasos. Regue todos os indivíduos da planta com água deionizada. Incube as placas na estufa até o transporte para o iDiv Ecotron.
Depois de abrir a EcoUnit, para a campanha de plantio, use um estêncil de plantio feito sob medida para marcar a posição exata de cada planta nos monólitos do solo. Atribua palitos de dente de plástico de cores diferentes para marcação, com cada cor representando uma espécie de planta específica. Remova o estêncil após a marcação.
Plante as plantas pré-cultivadas em todos os monólitos do solo dentro de uma semana usando plantadores de bulbos com quatro centímetros de diâmetro. Acenda as luzes e defina o regime de iluminação para um ciclo diurno de 16 horas e um ciclo noturno de oito horas. Simule o crepúsculo escurecendo as luzes de 100% a 75% de intensidade ao longo de uma hora, depois para 0% de intensidade na próxima hora.
Simule o amanhecer invertendo esse padrão de escurecimento. Diferenças específicas do tratamento na altura e cor da comunidade de plantas foram observadas após uma fase de estabelecimento de três semanas do experimento JenaTron e as plantas cultivadas a partir de sementes sem histórico de plantas exibiram início de floração mais precoce em comparação com aquelas com histórico de plantas específico da comunidade. As medições de altura vegetativa das plantas no iDiv Ecotron foram fortemente correlacionadas com as das parcelas de campo do experimento de Jena, confirmando a consistência no desenvolvimento das plantas.
