Исследовалось влияние пыли на один или несколько видов диких цветов в течение четырех лет (2008, 2013, 2014 и 2015 годы).
Работали в основном в долине Ист-Ривер, либо в готическом, либо к северу от готики вдоль дороги USFS 317.
В 2015 году мы добавили участки вдоль дороги USFS 811 в Вашингтонском ущелье, параллельной долине к западу от долины Ист-Ривер и вдоль USFS. Дорога 734 в долине реки Сланец, параллельная долина к западу от Вашингтонского ущелья.
Все эти дороги грунтовые и около 6 м в ширину. В течение сезона без снега (приблизительно с июня по сентябрь) дороги интенсивно используются частными автомобилями и пикапами (две оси), мотоциклами и более крупными транспортными средствами (более двух осей).
Например, на дороге 317 к северу от Готики в период без снега с 2001 по 2013 год в среднем было около 400–600 автомобилей в день, а в 2014 году - более 700 в день - в среднем один автомобиль в минуту в дневное время, когда происходит большая часть использования.
Во время пика летнего сезона в июле, что примерно соответствует пику плотности полевых цветов всех видов, показатели должны значительно превышать эти средние значения, поскольку средние значения включают периоды гораздо меньшего использования весной и осенью.
Заметный шлейф пыли тянется за каждым транспортным средством, за исключением периодов дождя, который подавляет пыль. Периоды без пыли относительно редки в летние месяцы на западе Колорадо, потому что дожди идут в основном из-за кратковременных конвективных гроз, а обильные солнечные лучи сушат дорожное покрытие между штормами.
Оценка осаждения пыли
Чтобы охарактеризовать, как пыль с грунтовых дорог, перечисленных выше, осаждается на растениях, растущих на прилегающих субальпийских лугах, поместили диски из фильтровальной бумаги (качественной, диаметр 9 см) на поверхность почвы вдоль разрезов, проходящих под прямым углом от краев дороги.
Диски были прикреплены к земле с помощью маленьких стальных гвоздей. Их оставляли на месте в течение 1–4 дней без дождей, после чего мы подсчитывали частицы пыли в пределах области 0,096 мм2, в каждой из 5–10 случайно выбранных точек на каждом диске с использованием рассекающего микроскопа с увеличением × 50. В первые годы исследования мы взяли пробы рядом с дорогой и в 10, 20, 30, 40 и 50 м от дороги.
Поскольку этот подход всегда давал сопоставимые результаты, мы иногда отбирали пробы только рядом с дорогой и на 50 м в последующие годы исследования, просто чтобы подтвердить различия в осаждении пыли рядом с исследуемыми растениями. Диски рядом с дорогой располагались как можно ближе (как правило, на расстоянии 1–2 м от края дороги), не создавая помех.
Чтобы убедиться, что больше пыли достигло половых частей цветов в более грязных условиях, забили пыль на подгруппе пятен, которые были собраны и подготовлены для подсчета пыльцы. Оказалось нецелесообразным точно рассчитывать количество частиц пыли, поэтому мы присвоили качественные оценки для пылевых нагрузок. Мы всегда назначали оценку 0 стигме без пыли, а оценки 1 и 2 - более высоким значениям.
Воздействие растений на пыль
Рассматривали исследование воздействия пыли как набор из 20 отдельных тестов основной гипотезы о том, что пыль будет влиять на нагрузки пыльцы и количество семян. Воздействие пыли варьировалось с использованием четырех методов, три из которых были экспериментальными.
- В неэкспериментальном методе «естественный ближний и дальний» мы расположили естественные популяции вблизи (1–2 м) и вдали (40–50 м) от дорог до того, как растения начали цвести. Мы подбирали людей между популяциями как можно ближе по количеству соцветий и фенологических стадий, но точные совпадения не всегда были возможны из-за различий между популяциями.
- В методе «горшок рядом с дальним» обнаружили отдельные популяции > 40 м от ближайшей дороги. Мы выбрали подходящие пары растений и пересадили каждое растение в цветочный горшок из волокна (диаметром 8 см), опять же, пока цветы находились в стадии бутона. Горшечные растения поливали вручную в течение нескольких дней, пока они не оправились от пересадки, выживаемость была около 100%. Затем мы поместили одну из каждой выбранной пары случайным образом в линейную решетку на расстоянии 1–2 м от ближайшей дороги с межплоскостным расстоянием приблизительно. 1 м, а другой в эквивалентную группу 40-50 м от дороги. Массивы поливали через день. Этот метод исключил возможность того, что различия между популяциями, расположенными рядом с дорогой и далеко от нее, будут смешаны с эффектами пыли.
- В методе «горшечная пыль» мы спаривали растения в горшках, как описано выше. Поместили один элемент из каждой выбранной пары случайным образом в массив, который был очищен через день вручную, а другой - в эквивалентный контрольный массив. Массивы содержали три ряда по четыре растения, каждый с межплоскостным расстоянием и поливом, как указано выше. Они были расположены > 40 м от ближайшей дороги и 10 м друг от друга, и мы меняли их местоположение каждый четвертый день, чтобы минимизировать влияние положения. Этот метод устраняет любые возможные эффекты близости дороги, кроме уровня пыли.
- В методе «естественного запыления» мы выбрали растения, растущие в отдельных природных популяциях > 40 м от дороги. Не помещая их в горшок, спаривали соседние растения, как описано выше, и выбирали одну из каждой пары наугад, чтобы ее убирали вручную, а другую - в качестве контроля. На мгновение накрыли контрольные растения бумажными пакетами, чтобы защитить их, когда мы отряхивали соседних людей. Как и в случае метода 3, этот метод устраняет любые возможные последствия близости дороги, кроме воздействия пыли. Для обоих методов обработки в горшках и естественной пыли мы собрали почву с соседней дороги, просеяли ее до мелкого порошка.
Измерение загрузки пыльцы и семян
Чтобы оценить, повлияла ли пыль на нагрузки пыльцы и количество семян, отметили несколько цветков на растение (количество варьировалось в зависимости от теста), которые были открытыми и восприимчивыми к женщине во время только что описанных обработок. После того, как эти цветы начали проливать лепестки или лепестки чашелистика, вырезали их рыльца.
На этой стадии у пыльцевых трубок уже давно оплодотворены яйцеклетки и D. nuttallianum, и I. aggregata, и ученые предположили, что то же самое было верно для двух других видов. Стигмы были немедленно помещены на предметные стекла микроскопа с каплей нагретого геля базового фуксина и раздавлены под покровными стеклами. Подсчитали пыльцевые нагрузки (и частицы пыли) на рыльцах с увеличением × 100 с помощью составного микроскопа.
Подсчитали созревающие семена в тех же плодах, рыльца которых были оценены для пыльцы, за исключением цветков I. aggregata в 2008 году, которые не были отмечены. В этом случае собирали фрукты с одних и тех же растений, но не могли соответствовать отдельным фруктам и пятнам. Подсчеты не включали плоды, поврежденные хищниками из семян преддисперсных насекомых, но включали в себя аборты (ноль семян) - фрукты, которые не размножались (I. aggregata, D. nuttallianum, C. sulphurea) или оторванный от цветоножки до наступления зрелости ( L. lewisii).
Анализ
Логика состоит в том, чтобы рассчитать вероятность по N тестам получения x результатов в одном направлении (например, более низкие нагрузки пыльцы стигмы в более плотных условиях) и N - xрезультаты в противоположном направлении (например, более высокая стигматическая нагрузка пыльцы в более грязных условиях) при нулевом предположении, что оба результата одинаково вероятны.
Этого подхода достаточно, потому что нас не интересуют различия между участками и годами (имеется достаточно доказательств того, что нагрузки на пыльцу и наборы семян различаются по пространству и времени для некоторых из этих видов) или для формального тестирования различий между видами.
Всякий раз, когда для одного растения отбиралось несколько цветов и данные не были сильно несбалансированными, мы проверяли обработку (фиксированный эффект) по отношению к растению, вложенному в обработку (случайный эффект).
В противном случае вычислили средние значения для растений и проверили обработку по ошибке. В большинстве случаев нагрузки пыльцы были преобразованы в квадратный корень для улучшения нормальности остатков модели; наборы семян не нуждались в трансформации.
Результаты и заключение читайте в следующей статье.