Un metodo per quantificare gli artropodi Foliage-Dwelling

Riepilogo

Descriviamo come quantificare gli artropodi delle abitazioni delle foglie sigillando le foglie e la fine dei rami in un sacchetto, tagliando e congelando il materiale insaccato e risciacquando il materiale precedentemente congelato in acqua per separare gli artropodi dal substrato per la quantificazione.

Abstract

Gli artropodi terrestri svolgono un ruolo importante nel nostro ambiente. La quantificazione degli artropodi in modo da consentire un indice preciso o stime della densità richiede un metodo con alta probabilità di rilevamento e un'area di campionamento nota. Sebbene i metodi più descritti forniscano una stima qualitativa o semi-quantitativa adeguata per descrivere la presenza delle specie, la ricchezza e la diversità, pochi forniscono una probabilità di rilevamento adeguatamente coerente e aree di campionamento note o coerenti per fornire un indice o una stima con sufficiente precisione per rilevare le differenze di abbondanza tra variabili ambientali, spaziali o temporali. Descriviamo come quantificare gli artropodi che abitano le foglie sigillando le foglie e la fine dei rami in un sacchetto, tagliando e congelando il materiale insaccato e risciacquando il materiale precedentemente congelato in acqua per separare gli artropodi dal substrato e quantificarli. Come dimostriamo, questo metodo può essere utilizzato su scala orizzontale per quantificare gli artropodi che vivono delle foglie con una precisione adeguata per testare e descrivere come le variabili spaziali, temporali, ambientali ed ecologiche influenzano la ricchezza e l'abbondanza dell'artropode. Questo metodo ci ha permesso di rilevare le differenze di densità, ricchezza e diversità degli artropodi che abitano le foglie tra 5 generi di alberi comunemente presenti nelle foreste decidue sud-orientali.

Introduzione

Gli artropodi terrestri svolgono un ruolo importante nel nostro ecosistema. Oltre ad essere di interesse scientifico gli artropodi possono essere sia dannosi che benefici per le colture, le piante orticole e la vegetazione naturale, oltre a fornire un'importante funzione trofica nelle nate alimentari. Pertanto, comprendere i fattori che influenzano lo sviluppo e l'abbondanza della comunità artropode è fondamentale per gli agricoltori, i responsabili del controllo dei parassiti, i biologi delle piante, gli entomologi, gli ecologisti della fauna selvatica e i biologi della conservazione che studiano le dinamiche della comunità e gestire gli organismi insettivori. Comprendere i fattori che influenzano le comunità e l'abbondanza degli artropodi spesso richiede la cattura degli individui. Le tecniche di cattura possono generalmente essere suddivise in tecniche qualitative che rilevano solo la presenza di una specie per le stime della gamma di specie, della ricchezza e della diversità, o di tecniche semi-quantitative e quantitative che consentono un indice o una stima di l'abbondanza e la densità degli individui all'interno di un gruppo tassonomico.

Le tecniche qualitative che consentono solo l'inferenza relativa alla presenza di una specie o di una struttura comunitaria hanno una probabilità di rilevamento sconosciuta o intrinsecamente bassa o mancano nel fornire inferenza per quanto riguarda la probabilità di rilevamento e le dimensioni dell'area campionata. Poiché la probabilità di rilevamento con queste tecniche è bassa, la variabilità associata al rilevamento preclude una precisione adeguata per dedurre come le variabili esplicative influenzino le metriche della popolazione di artrodi. Tecniche qualitative utilizzate per stimare la presenza includono il campionamento di aspirazione¹, trappole leggere², trappole per l'emergere³, modelli di alimentazione sulle radici⁴, tubi di salamoia⁵, esche⁶, feromone³, trappole incisive ⁷, Trappole Malessere⁸, trappole finestra⁹, trappole di aspirazione¹⁰, battendo vassoi¹¹, ragnatele¹², miniere di foglie, frass¹³, galel artropode¹⁴, vegetazione e danni alle radici¹⁵ .

In alternativa, le tecniche semi-quantitative e quantitative consentono ai ricercatori di stimare o almeno di campionare in modo coerente un'area campione specificata e di stimare la probabilità di rilevamento o di assumere la probabilità di rilevamento non direzionale e adeguata a non oscurare la capacità del ricercatore di rilevare variazioni spaziali o temporali in abbondanza. Le tecniche semi-quantitative e quantitative includono reti a spazzare¹⁶, aspirazione o campionamento sottovuoto¹⁷, conteggio sistematico degli artropodi visibili¹⁸, trappole appiccicose¹⁹, varie trappole di tipo vaso²⁰, ingresso o fori emergenti²¹, abbattimento chimico²², trappole di colore appiccicose e pieni d'acqua^23,e diramazione insaccamento e ritaglio²⁴.

I recenti cambiamenti indotti dall'antropogenico ai regimi climatici e di disturbo hanno portato a cambiamenti drammatici nelle comunità vegetali, rendendo le interazioni tra la composizione delle specie vegetali e le comunità di artropodi un'area attiva di studio. Comprendere come le comunità di artropodi variano con la composizione delle specie vegetali è una componente fondamentale per comprendere i potenziali impatti economici e ambientali dei cambiamenti nelle comunità vegetali. Sono necessari metodi semiquantitativi o quantitativi per quantificare l'abbondanza di artropodi con adeguata precisione per rilevare le differenze tra le specie di piante. In questo articolo viene descritto un metodo per l'indicizzazione degli artropodi che vivono nel fogliame che, con uno sforzo ragionevole, ha fornito un'adeguata precisione per identificare le differenze nell'abbondanza individuale e nella biomassa, nella diversità e nella ricchezza tra 5 taxa di alberi che si trovano comunemente in le foreste decidue sud-orientali del Nord America²⁵. Questo approccio ha fornito una precisione adeguata per stimare l'abbondanza per consentire l'inferenza su come i cambiamenti nella composizione delle specie delle comunità delle piante forestali a causa di regimi di disturbo modificato antropico influenzano la composizione degli artropodi, potenzialmente influenzare l'abbondanza e la distribuzione di uccelli insettivori e mammiferi più alti. Più specificamente, utilizzando una tecnica di insaccamento modificata descritta per la prima volta da Crossley et al.²⁴, abbiamo stimato la densità degli artropodi di superficie, che abitano il fogliame e testato la previsione di rilevare le differenze di diversità, ricchezza e abbondanza di artropodi nel fogliame di più veloce crescita più xeric specie di alberi rispetto a più lento crescere specie mesichec. L'obiettivo di questo articolo è quello di fornire istruzioni dettagliate della tecnica.

Abbiamo condotto lo studio sulla Foresta Nazionale Shawnee (SNF) nel sud dell'Illinois. La SNF è una foresta di 115.738 ettari situata nella regione centrale di Hardwoods delle divisioni naturali di Ozarks e Shawnee Hills²⁶. La foresta comprende un mosaico del 37% di quercia/hickory, il 25% di legni duri misti, il 16% di faggio/acero e il 10% di legni duri di terra. La SNF è dominata dalla seconda quercia/hickory in zone xeric di altopiano e acero di zucchero, faggio americano e tulipano (tulipafirora liriodendron) nelle valli mesic riparate^27,28.

La selezione del sito per questo metodo dipenderà dagli obiettivi generali dello studio. Per esempio, l'obiettivo principale del nostro studio originale era quello di fornire informazioni su come i cambiamenti nella comunità degli alberi potrebbero influenzare gli organismi trofici più alti confrontando le metriche della comunità di artropodi che vivono di fogliame tra comunità arboree adattate mesic che xeric. Così, il nostro obiettivo primario era quello di quantificare la comunità artropode su singoli alberi situati all'interno della comunità di alberi xerici o mesici. Abbiamo selezionato 22 siti di studio lungo una quercia/hickory (xeric) per faggi /acero (mesic) dominato gradiente utilizzando USFS mappe di copertura stand (allveg2008.shp) in ArcGIS 10.1.1. Per prevenire potenziali effetti confusi, abbiamo selezionato i siti utilizzando i seguenti criteri: non situati in aree ripariali, 12 ha, e situati all'interno di un habitat forestale contiguo-deciduo (cioè elevazione superiore a 120 m). Tutti i siti contenevano alberi maturi >50 anni in terreno collinare, quindi comprendeva pendenze e aspetti simili. Mentre i confini del sito di faggio/acero si distinguevano in base alla transizione delle comunità di alberi, i confini del sito di quercia/hickory sono stati identificati artificialmente utilizzando le mappe di copertura SNF e ArcGIS 10.1.1. Tutti i siti erano grandi blocchi forestali all'interno di terreni non gondati; le loro differenze nella composizione delle specie arboree non erano dovute a differenze di posizione sul paesaggio, ma erano rappresentative dell'uso del suolo passato (ad esempio, tagli chiari o raccolta selettiva). Abbiamo svernato le mappe caricando file di forma poligonale discreti di ogni sito di studio su un sistema di posizionamento globale (GPS) palmare e verificando la composizione delle specie di alberi. Abbiamo selezionato casualmente i punti di campionamento (n e 5) in ogni sito. In ogni punto, abbiamo campionato tre alberi dalle ore 0600-1400 del 23 maggio al 25 giugno 2014. Per individuare alberi campione, abbiamo cercato verso l'esterno per un raggio di 30 m dai punti di vegetazione fino ad alberi maturi (>20 cm d.b.h.) con rami abbastanza bassi da essere campionati. Tipicamente, i tre alberi maturi che rappresentavano tre dei cinque generi (Acer, Carya, Fagus, Liriodendron e Quercus) di interesse sono stati campionati.

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Protocollo

1. Costruire il dispositivo di campionamento prima di andare sul campo

1. Utilizzando frese a bullone, frese a filo di grandi dimensioni o un disco di macinazione elettrico, rimuovere il 1/3 inferiore della gabbia di pomodoro filo 30 cm in modo che sia di circa 55 cm di lunghezza.
2. Tagliare due, 50 cm bretelle in alluminio o materiale altrettanto semi-rigido da utilizzare come aste di fissaggio e bretelle su ogni lato della parte più grande della gabbia di pomodoro. A 38 cm dall'estremità, utilizzare una morsa da tavolo o un grande strumento di presa come le serrature del canale per piegare il controvento ad un angolo di circa 30 gradi. Fissare l'estremità più lunga di ciascuna delle due aste di fissaggio ai lati opposti della gabbia di pomodoro con le cravatte e il nastro adesivo o il nastro elettrico assicurando che il nastro sia avvolto intorno ad almeno 6 cm della gabbia e dell'asta. Assicurarsi di avvolgere il nastro intorno alla gabbia e asta numerose volte per garantire che la gabbia è permanentemente attaccato alla canna.
3. Fissare l'altra estremità di ciascuna delle due aste di fissaggio sui lati opposti dell'estremità di un palo estensibile con le cravatte e il condotto o il nastro elettrico. Come prima, avvolgere il nastro più volte per apporre permanentemente assicurando che il nastro si sovrapponga al palo e alle aste di almeno 6 cm.
4. Fissare la gabbia direttamente all'estremità del palo utilizzando le cravatte e il nastro elettrico o del condotto. Fissare strisce di fissaggio hook-and-loop a 3 punti all'apertura della gabbia di 90 gradi dal palo precedentemente attaccato.
   NOTA: Queste strisce verranno utilizzate in seguito per tenere la borsa aperta.

2. Che racchiude il ramo

1. Attaccare 2 pezzi di fissaggio hook-and-loop all'apertura esterna della borsa in modo che si allineino con il fissaggio hook-and-loop attaccato all'apertura della gabbia. Questi saranno utilizzati per tenere l'apertura della borsa in posizione mentre viene portato su un ramo campione. Assicurarsi che il fissaggio hook-and-loop sia allineato in modo che quando il sacchetto viene inserito e attaccato, l'apertura alle corde di trazione della borsa corro parallelaalmente al palo telescopico.
2. Inserire un sacchetto della spazzatura da cucina da 49 dollari nella gabbia di pomodoro. Posizionare una clip dell'alligatore su ciascun lato del fondo della borsa e attaccare le clip sia alla borsa che alla gabbia per tenere la borsa contro la gabbia. Ripetere la stessa procedura per la parte superiore della borsa con una clip alligatore attaccata alla corda di trazione e la gabbia di filo di fronte al palo.
3. Fissare il cavo para alla corda di prelievo della borsa più vicina al palo. Tagliare quattro pezzi di plastica o tubi di gomma dura in sezioni da 4 cm e attaccare con dotto o nastro elettrico in quattro posizioni. Il primo deve essere posto sulla parte che si estende del palo a circa 0,5 m dall'estremità del palo più vicina alla gabbia di pomodoro.  I restanti 3 devono essere posizionati equidistant lungo la sezione inferiore del palo che si estende a partire da circa 5 cm dalla parte superiore della sezione inferiore (cioè, uno ciascuno lungo la parte superiore, centrale e inferiore). Infilare l'estremità del cavo para che non è attaccato al sacchetto attraverso il tubo di plastica.
4. Per ogni albero campione, utilizzare un generatore di numeri casuali per selezionare un'altezza del campione che si trova all'interno dell'altezza del polo di estensione quando esteso alla lunghezza massima. Utilizzare un generatore di numeri casuali per selezionare una distanza di campione dal tronco dell'albero. Identificare un ramo che si inserisce nella borsa con un disturbo minimo al fogliame ed è l'altezza e la distanza dal tronco in base ai numeri generati dal generatore di numeri casuali.
5. Sollevare il polo di campionamento a un'altezza parallela al ramo desiderato. Far scorrere rapidamente la borsa sul ramo quindi tirare rapidamente le corde para cavo attaccate alle corde di prelievo sulla borsa per sigillare la borsa. Pratica questo un paio di volte prima del primo tentativo di diventare efficiente nell'incorporare il fogliame con il minimo disturbo alle foglie.
6. Chiedi a una seconda persona di agganciare il ramo nella posizione adiacente all'apertura della borsa con il pudella di estensione. Portare con attenzione la sacca campione a terra e legare rapidamente le corde da disegno della borsa chiuse. Tenta di completare i passaggi di insaccarle, taglio e legatura del sacchetto il più rapidamente possibile per evitare che gli insetti scappino.
7. Conservare il ramo insaccato in un congelatore fino a quando non è pronto per condurre l'analisi dell'artropode di laboratorio.

3. Analisi degli artropodi

1. Tenere il sacchetto di ghiaccio e ramificarlo in posizione verticale e scuotere il ramo del campione mentre nel sacchetto per spostare gli artropodi nel sacchetto. Rimuovere con attenzione il ramo e risciacquare in grande padella di raccolta per rimuovere gli artropodi rimanenti. Svuotare il materiale rimanente dal sacchetto nella padella di raccolta. Rimuovere eventuali detriti non artrodi.
2. Separare gli artropodi in gruppi tassonomici desiderati. Nota le differenze tra larve e adulti.
3. Quantifica gli artropodi come desideri. Se la biomassa è interessante, misurare la lunghezza degli artropodi e utilizzare la tabella di massa di lunghezza pubblicata per stimare la biomassa, o posizionare artropodi in piccole pentole di essiccazione, asciugare in forno di essiccazione per 24 h a 45 gradi centigradi, e pesare su un equilibrio elettronico.

4. Densità di stima

1. Per stimare la densità e il controllo della variazione della struttura delle foglie e della densità delle foglie tra i campioni all'interno delle specie arboree e tra le specie arboree:
2. Contare e misurare la superficie delle foglie di ogni campione.
3. Asciugare le foglie in forno ad essiccazione per 48 ore a 45 gradi centigradi e pesare le foglie su un equilibrio elettronico.
4. Misurare la lunghezza di tutte le succursali legnose all'interno del campione.
   NOTA: Le differenze di diel si verificano nelle comunità artropodi, quindi il campionamento deve essere condotto per tutto il periodo di deduzione.

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Risultati

Abbiamo raccolto 626 campioni da 323 singoli alberi che compongono 5 gruppi di alberi. Per le stime della biomassa totale degli artropodi per metro di succursale campionata, l'errore standard variava dal 12% al 18% della media per i 5 gruppi di alberi (tabella 1). Questo livello di precisione era adeguato per rilevare variazioni tra gruppi di alberi e un cambiamento quadratico nella biomassa con l'ora²⁵. Questa tecnica ha fornito maggiore precision...

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Discussione

Due necessità di quantificare con precisione le comunità di artropodi sono probabilità di rilevamento relativamente elevate e aree di campionamento note o coerenti. Durante il campionamento per gli artropodi, meno del 100% di probabilità di rilevamento può essere attribuita a singoli artropodi evitando trappole o alcuni individui che sono rimasti intrappolati non essere rilevati durante l'elaborazione. Le trappole intercettori che intercettano artropodi volanti (trappole di Malilise/finestra, trappole appiccicose, e...

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Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
13 gallon garbage bags	Glad	78374
Aluminum rod	Grainger	48ku20
Pruner	Bartlet arborist supply	pp-125b-2stick
Telescoping pole	BES	TPF620
Tomato Cage	Gilbert and Bennet	42 inch galvanized