Analisi delle popolazioni di lombrichi nel suolo

Fonte: Laboratori di Margaret Workman e Kimberly Frye - Depaul University

Utilizzando la senape, le popolazioni di lombrichi Lumbricus terrestris possono essere campionate direttamente dalle profondità del suolo senza disturbi o tossicità del paesaggio. I lombrichi possono quindi essere contati per i dati e l'analisi statistica utilizzando un grafico a barre e il t-test dello studente.

Il monitoraggio delle popolazioni di lombrichi è una tecnica vitale per gli scienziati ambientali, poiché più specie di lombrichi (in particolare quelle del sottordine Lumbricina) si sono diffuse in modo invasivo in tutto il Nord America e il Sud America. I lombrichi esotici possono essere trovati su quasi tutte le masse terrestri e in quasi tutti gli ecosistemi del pianeta, e dove e quando queste specie diventano invasive è stato al centro della ricerca ambientale internazionale. ¹

L'invasione ecologica in genere riduce la biodiversità di un ecosistema superando direttamente la compensazione, mettendo in pericolo o contribuendo in altro modo all'estirpazione delle specie autoctone. Come ingegneri dell'ecosistema, le specie invasive di lombrichi alterano il ciclo dei nutrienti attraverso i tassi di decomposizione della materia organica sugli orizzonti superiori del suolo, dove le radici delle piante estraggono sostanze nutritive. Le specie invasive di Lumbricus hanno sia estirpato specie di lombrichi nativi che hanno dimostrato di aumentare la concentrazione di azoto disponibile e i tassi di azoto nei terreni invasi. ² In un ciclo di feedback positivo, i livelli accelerati di azoto a loro volta rendono il sistema più ospitale per le specie vegetali invasive che sono adattate ad alti livelli di azoto rispetto alle specie vegetali autoctone e supereranno i nativi in un fenomeno noto come "fusione dell'invasione". È stata proposta una relazione di fusione dell'invasione per la specie invasiva di lombrichi Lumbricus terrestris (lombrico europeo) e una specie vegetale invasiva Rhamnus cathartica (olivello spinoso europeo). ³

Una soluzione viene preparata estraendo la capsaicina dalla senape piccante e quindi versata direttamente sul terreno all'interno di un quadrato di campionamento sul terreno per campionare da ciascun sito di raccolta. I siti di raccolta sono determinati al fine di confrontare tre campioni casuali da un'area che è stata invasa dall'olivello spinoso europeo con tre campioni casuali da un'area non invasa. Una volta versata direttamente sul terreno, la soluzione di senape può penetrare attraverso la matrice del suolo fino a dove risiedono i lombrichi. La capsaicina nella senape provoca irritazione alle mucose. I corpi di lombrichi esposti alla soluzione di senape reagiscono all'irritazione della capsaicina allontanandosi dalla soluzione di senape e arrivando sulla superficie del terreno per esporsi all'ossigeno, riducendo così l'irritazione. Dopo la emersizione, i lombrichi possono essere raccolti e la densità di popolazione analizzata per le relazioni con l'olivello spinoso europeo. I mezzi di popolazione di ciascun sito di raccolta vengono confrontati con un grafico a barre per determinare se le aree con altre specie invasive hanno più lombrichi, supportando così la presenza di fusione dell'invasione. Il T-test di uno studente viene utilizzato per determinare se i due siti sono significativamente diversi abbastanza da supportare l'ipotesi di fusione invasionele proposta tra il lombrico europeo e l'olivello spinoso europeo.

1. Preparazione della soluzione concentrata di senape

1. Accendi la bilancia, posiziona una barca pesata sopra e azzera la bilancia.
2. Pesare 38,1 g di senape orientale macinata in una barca di pesatura e trasferirla in un contenitore di plastica con tappo.
3. Misurare 100 ml di acqua del rubinetto in un cilindro graduato e aggiungere al contenitore di plastica con senape.
4. Fissare il tappo sul contenitore e agitare vigorosamente fino a quando tutta la senape viene mescolata dal fondo del contenitore di plastica e sciolta nell'acqua del rubinetto.
5. Lasciare riposare la soluzione per 24 ore per la massima estrazione di capsaicina dalla senape.
6. Riempire due portatori d'acqua da 8 L a metà strada con acqua del rubinetto (circa 4 L di acqua in ciascun vettore).
7. Agitare il concentrato di senape più volte per mescolare, quindi trasferire la soluzione concentrata di senape al supporto idrico.
8. Trasferire una piccola quantità di soluzione dal supporto idrico nel contenitore del concentrato e agitare vigorosamente. Versare nuovamente nel supporto idrico per trasferire tutto il concentrato nella soluzione diluita.
9. Sigillare il tappo portante dell'acqua, assicurarsi che la valvola del tappo sia in posizione "OFF" e invertire il portabagno tre volte per miscelare uniformemente.

2. Estrazione dei lombrichi

1. Etichettare tre tazze di esempio per ogni sito di raccolta.
2. Procedere al sito di campionamento con un quadrato, tazze di campionamento etichettate con coperchi e un portabagno con soluzione di senape diluita.
3. Nel sito di campionamento, eliminare il più possibile la spazzola, le foglie o il pacciame per esporre chiaramente il terreno.
4. Posiziona quadrat casualmente a terra in un punto liberato.
5. Invertire un portatore d'acqua altre tre volte per mescolare.
6. Ruotare la valvola del tappo del portatore d'acqua in posizione "ON" e versare circa un terzo (1,3 L) della soluzione di senape diluita all'interno del quadrato, concentrandosi sul centro dell'area quadrata. Se il terreno diventa saturo e la soluzione si accumula, smettere di versare e attendere che la soluzione in pool si infiltri nel terreno prima di continuare a versare.
7. Osserva attentamente l'area quadrata per l'aspetto del lombrico per cinque minuti, compresa l'area direttamente sotto i lati del quadrato.
8. Usa la pinza per raccogliere tutti i lombrichi che appaiono nell'area quadrata aspettando che i vermi emergano completamente dal terreno prima di trasferirli nella prima tazza campione. Dopo cinque minuti, coperchio della tazza del campione e procedere al successivo sito di campionamento.
9. Ripetere i passaggi di raccolta per tutti i siti di campionamento, con tre repliche per sito di raccolta (6 repliche in totale)

3. Confronto della densità della popolazione di lombrichi tra i siti di raccolta

1. Contare il numero di lombrichi raccolti per ogni campione e calcolare la deviazione media e standard per ogni sito di raccolta.
2. Per confrontare le densità dei lombrichi tra i siti di raccolta, creare un grafico a barre dai mezzi e utilizzare le deviazioni standard per creare barre di errore sul grafico.

Il sito di campionamento 1 era un parco gestito, che vede disturbi significativi come l'aerazione e i fertilizzanti.  Il sito di campionamento 2 era un'area non gestita, che non vede interferenze umane.  Come mostrato nella Figura 1,il sito 1 ha una maggiore densità di popolazioni di lombrichi, probabilmente a causa della maggiore ospitabilità dovuta ai disturbi umani.  Tuttavia, il sito 1 ha anche una maggiore variabilità di campionamento, indicando che la popolazione di lombrichi potrebbe non essere così densa come suggerisce la media.

Figura 1. Grafico a barre che mostra i risultati della popolazione di ogni sito di raccolta.

Le specie invasive sono una grave minaccia per la biodiversità. I lombrichi esotici (ad esempio: Lumbricus terrestris)e l'olivello spinoso europeo (Rhamnus cathartica) sono stati implicati come parte di una "fusione invasionele" che si verifica nelle comunità boschive degli Stati Uniti centro-occidentali. Un meltdown invasionele è il processo in cui un'invasione di una specie facilita l'invasione di altre. Pertanto, il tasso di perdita di salute ecologica può accelerare notevolmente man mano che una specie invasiva lascia il posto a quelle aggiuntive. Poiché le popolazioni indesiderate di Rhamnus rappresentano attualmente oltre il 90% della copertura vegetativa in Illinois, il ruolo delle popolazioni Lumbricus nella gestione del paesaggio è diventato fondamentale per comprendere e prevedere l'invasione di Rhamnus su terreni gestiti. Il disturbo del paesaggio tende a facilitare l'invasione di Lumbricus e il campionamento per le popolazioni Lumbricus può essere un indicatore di vulnerabilità delle aree terrestri alla probabile invasione. Il confronto di campioni di popolazioni di Lumbricus può aiutare la gestione del territorio a sapere dove sono necessari metodi più intensivi per mantenere la diversità vegetale prevista e prevenire l'invasione di Rhamnus.

1. Belote, R.T., Jones, R.H.  Tree leaf litter composition and nonnative earthworms influence plant invasion in experimental forest floor mesocosms. Biological Invasions. 11, 1045-1052 (2009).
2. Costello, D.M., Lamberti, G.A.  Non-native earthworms in riparian soils increase nitrogen flux into adjacent aquatic ecosystems. Oecologia. 158, 499-510 (2008).
3. Nuzzo, V.A., Maerz, J.C., Blossey, B. Earthworm invasion as the driving force behind plant invasion and community change in northeastern north American forests. Conserve Biol.23, 4. 966-974 (2009).