实验设计

在全因子实验设计中，肥料处理（三个层次：对照，无机肥（F inorg），无机和有机肥（F inorg + org））与AC处理（两个层次：有和没有AC）交叉，植物竞争处理（两个级别：有和没有黄菊的竞争）和蚜虫处理（两个级别：有和没有蚜虫），导致3×2×2×2 = 24处理组合。

该实验在温室中的1升罐（11×11×12cm）中进行。作为土壤，我们使用在耶拿实验维护期间挖掘出的田间土壤，并将其作为堆放在现场（耶拿，图林根，德国; 50°55'N，11°35'E）由耶拿实验室管理（Anne Ebeling，弗里德里希 - 席勒大学，耶拿）。对于F inorg处理，将土壤与每罐1g Osmocote（Hermann Meyer KG，Rellingen，Germany）混合，缓释NPK肥料。对于F inorg +组织处理后，将土壤与含有有机腐殖质（1：1）的未经消毒的商业泥炭土混合，并加入1g Osmocote。在AC处理中，按照Abhilasha等人的推荐，加入8g细磨AC，粒径<0.8mm（Carl Roth Gmbh＆Co.KG，Karlsruhe，Germany）。[31]。我们将每个处理组合复制5次，总共产生2×2×3×2×5 = 120盆。每组重复形成5个区块中的一个。本研究不需要许可证。该研究不涉及濒危或受保护物种。

2010年在德国耶拿市周围从天然存在的艾菊和黄花植物收集的种子。将来自约50个不同植物个体的种子混合，并从该混合物中随机抽取种子。为了种植这些植物，2011年5月将大约20粒艾菊和/或黄菊子种子直接播种到实验盆中并保持在受控的温室条件下（白天温度为〜25°C，夜间温度为~20°C;光照条件; 16小时光照：8小时黑暗）。植物在前两周内萌发，之后将来自每个物种的最强个体保持在盆中并且去除其余的植物，从而产生具有单一艾菊植物的盆和具有一个艾菊和一个黄花植物的盆。

8月，当植物长达3个月时，蚜虫处理的植物被从田间采集的5只未成熟的成虫蚜虫侵染。三天后取出成年雌性，让10只若虫生长并繁殖两周。为了避免通过逃逸蚜虫在植物之间发生交叉感染，所有盆（有和没有蚜虫）都覆盖有透气性的穿孔（<1mm）聚乙烯袋（20×35cm），用聚酯袋固定在带有松紧带的盆上。这种透明的覆盖物允许对植物上的蚜虫进行视觉评估而不会干扰它们。在实验开始后两周，计数蚜虫数，除去蚜虫，收获植物的地上部分，在70℃下干燥至恒定质量48小时，并称重。

对于植物生物量，我们计算了对数响应比（植物生物量LogRR），通过计算肥料，竞争和AC处理的每个特定组合，植物生物量的对数，直接量化蚜虫侵染对植物生长的影响。蚜虫除以没有蚜虫的植物的生物量。植物生物量LogRR <0的值表明没有蚜虫的植物的生物量高于具有蚜虫的植物的生物量，因此蚜虫的存在降低了植物生物量。相反，LogRR值> 0表明蚜虫的存在增加了植物生物量。

此外，我们计算了蚜虫负荷作为每单位（g）植物生物量的蚜虫数量[43]，以比较生长条件对蚜虫相对于它们对植物的影响的影响。

施肥对植物和蚜虫性能的影响

资源可用性和资源质量，例如N含量可能对食草动物具有不同且独立的影响[46]。在我们的实验中，我们专门操纵植物质量，受精对蚜虫的影响是由于宿主植物质量的变化，而不是宿主植物生物量，由于各种原因。首先，蚜虫的总数总是相对较小，即使当蚜虫种群数量达到最大值430个体时，只有一小部分蚜虫被蚜虫覆盖。其次，尽管蚜虫对植物生长有明显的不利影响，但没有明显的损害迹象，并且没有观察到蚜虫在植物上行走寻找觅食地点。第三，也是最重要的是，蚜虫对艾菊植物生物量的影响与植物生物量无关。

正如预期的那样，两种肥料处理都增加了艾菊生物量。施肥还提高了研究蚜虫的性能; 这些结果与先前的研究结果一致，这些研究表明施氮增加了蚜虫物种的种群增长[47] - [49]。这些结果具有直接的田间相关性，因为M. tanacetaria田间的蚜虫密度在施肥时比在较少受精的植物上高[36]。克莱恩和穆勒[13]受精艾菊，发现C：N比例下降，即受精艾菊植物可获得更多的氮，因此受精植物的蚜虫表现增加可能是植物养分水平增加的结果[3]，[47 ] ]，[49]。蚜虫对植物质量的这种差异做出反应，正如Nowak和Komor [50]的实验室实验所表明的那样，他们发现M. tanacetaria更容易沉淀并开始以更高的氨基酸浓度在韧皮部汁液中进食，并随着增加而增加施肥。除了宿主营养状况的增加，受精还可能影响宿主质量的其他方面：例如Kleine和Muller[13]发现施肥艾菊植物显示较低水平的萜类防御化学物质。

虽然肥料对植物和蚜虫表现的积极影响并不令人惊讶，并且与我们的假设H1一致，但是蚜虫对植物的反馈效果并不像预期的那样简单，因为施肥影响的方式存在细微差别。植物和蚜虫。为了解施肥对植物 - 蚜虫相互作用的影响，我们首先计算了蚜虫负荷，量化蚜虫相对于植物性能的表现。在我们的实验中，植物生物量和施肥的蚜虫数量的增加不成比例，即每增加一个单位植物生物量少于一个额外的蚜虫单位。因此，尽管蚜虫的绝对数量低于施肥处理，但对照土壤中生长的植物的蚜虫负荷最高。蚜虫负荷随着寄主植物生物量的增加而下降，导致最大的植物显示出最大的蚜虫数量，但不是最高的蚜虫负荷。有机肥进一步使问题复杂化：用F处理蚜虫负荷较高inorg + org比仅用F inorg治疗。这是因为除了F inorg之外还添加F org时，艾菊的生物量没有进一步增加，如没有蚜虫的植物所示。相反，在蚜虫处理中，即使在最高水平，蚜虫的数量也对肥料水平的增加产生积极反应。

反馈效应的第二个衡量指标是植物生物量LogRR，它测量了肥料，AC和竞争处理的所有组合对蚜虫造成的植物生物量的减少。虽然蚜虫负荷是衡量草食动物对植物潜在影响的指标，但LogRR直接量化了这种影响。因为蚜虫减少了植物的生物量，正如其他研究[51] - [54]所发现的那样。，植物生物量LogRR总是负的，随着蚜虫数量的增加而增加。虽然蚜虫的负荷随着肥料的添加而增加，但是通过积累更多的生物量，艾菊植物显然从营养物可获得性的增加中获益更多，因为它们的蚜虫数量较多，导致植物生物量LogRR较低。例外情况是营养水平最高，其中蚜虫数量甚至更高，对艾菊生物量产生更强的负面影响，导致植物生物量LogRR降低。通常，蚜虫负荷和植物生物量LogRR的模式是相反的，表明为了理解食草动物对植物的反馈效应，有必要计算两者。

我们的研究结果强调植物 - 食草动物相互作用的微妙之处，这取决于植物和食草动物可以利用植物养分供应增加的确切方式。受精对植物和食草动物都有益，并且一些受精似乎比植物更有益于植物，因此受精减少了食草动物对植物的影响。然而，我们的研究结果表明，在一定程度的受精过程中，主要是草食动物受益，因此营养素的任何额外增加都将有助于食草动物种群的积累，而不是进一步使宿主受益。对于所有植物 - 食草动物系统而言可能不是这种情况，并且如果发生这种影响，则取决于具体的相互作用，在不同的营养物可用水平下。在农业系统中，

植物竞争和植物 - 食草动物的相互作用

正如预期的那样，与我们的假设H3一致，与没有竞争对照的对照植物相比，在有和没有蚜虫的两种处理中，与菊科植物竞争的艾菊植物都较小。这很可能是限制土壤养分供应的竞争结果[55]。虽然不能完全排除地上对光的竞争，但艾菊植物通常比黄花更高（艾菊高度平均值为35.94±0.98厘米，黄花高度平均值分别为31.13±1.18厘米），这使得菊花不太可能通过阴影影响艾菊。

植物 - 植物竞争也对蚜虫食草动物（H3）产生负面影响，因为在竞争中艾菊植物的蚜虫数量通常较低。Schädler等人记录了在宿主植物竞争者存在下类似的蚜虫表现降低。[20]，他们讨论了含氮化合物质量（而不是数量）的差异，作为降低食草动物性能的机制，因为在N固定竞争者存在的情况下蚜虫数量的减少比在另一个存在时减少。福布[20]。

以前的研究通过在黄花根或叶提取物存在下发现潜在植物竞争者的发芽减少来证明黄菊的化感潜力[31]，[42]，这是我们AC治疗的主要动机。但是，我们没有找到任何关于化感作用的证据; 加入AC并没有减轻竞争的影响。这个结果有几种可能的解释。除了我们的研究与之前的研究之间的实验差异[31]，[42]，黄芪的化感作用可能仅限于种子萌发或幼苗建立。这种解释符合对Pisula和Meiners的研究[42]他们在莴苣（Lactuca sativa L.）和萝卜（Raphanus sativus L.）的萌发论文中发现了黄菊的化感作用的证据，但在研究具有高密度黄菊的老田地的演替动态时没有观察到任何化感作用。虽然AC治疗并没有降低我们研究中的竞争效果，但它确实表明了AC之前已经描述的潜在副作用[34]，[56]，[57]。在AC处理中观察到的植物和蚜虫表现的增加与观察到AC的添加可以充当肥料[34]，[56]。当AC和死有机物质都添加到土壤中时，AC和有机肥之间也存在相互作用，指向复杂的土壤过程。这种不明确的相互作用可能是意想不到的影响，例如当F inorg + org和AC加入土壤时植物 - 植物竞争下蚜虫数量的增加。