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Nós descrevemos como quantificar artrópodes da moradia de folha selando as folhas e a extremidade das filiais em um saco, cortando e congelando o material ensacado, e enxaguando o material previamente congelado na água para separar artrópodes do substrato para a quantificação.
Os artrópodes terrestres desempenham um papel importante no nosso ambiente. Quantificar os artrópodes de uma forma que permita um índice preciso ou estimativas de densidade requer um método com alta probabilidade de detecção e uma área de amostragem conhecida. Embora a maioria dos métodos descritos forneça uma estimativa qualitativa ou semiquantitativa adequada para descrever a presença, a riqueza e a diversidade de espécies, poucos proporcionam uma probabilidade de detecção adequadamente consistente e áreas de amostragem conhecidas ou consistentes para fornecer um índice ou estimativa com precisão adequada para detectar diferenças de abundância em variáveis ambientais, espaciais ou temporais. Nós descrevemos como quantificar artrópodes da folha-moradia selando as folhas e a extremidade das filiais em um saco, cortando e congelando o material ensacado, e enxaguando o material previamente congelado na água para separar artrópodes do substrato e quantificá-los. Como demonstramos, esse método pode ser utilizado em uma escala paisagística para quantificar os artrópodes foliares com precisão adequada para testar e descrever como variáveis espaciais, temporais, ambientais e ecológicas influenciam a riqueza e abundância de artrópodes. Este método permitiu detectar diferenças de densidade, riqueza e diversidade de artrópodes foliares entre 5 gêneros de árvores comumente encontradas em florestas decídua do sudeste.
Os artrópodes terrestres desempenham um papel importante no nosso ecossistema. Além de ser de interesse científico, os artrópodes podem ser prejudiciais e benéficos para as culturas, plantas hortícolas e vegetação natural, bem como proporcionar uma importante função trófica em teias alimentares. Assim, compreender os fatores que influenciam o desenvolvimento e a abundância da comunidade de artrópodes é crítico para os agricultores, gerentes de controle de pragas, biólogos de plantas, entomologistas, ecologistas da vida selvagem e biólogos de conservação que estudam a dinâmica da Comunidade e gerir organismos insettivorosos. Compreender os fatores que influenciam comunidades de artrópodes e abundâncias muitas vezes requer a captura de indivíduos. As técnicas de captura geralmente podem ser categorizadas em técnicas qualitativas que detectam apenas a presença de uma espécie para estimativas de intervalo de espécies, riqueza e diversidade, ou técnicas Semiquantitativas e quantitativas que permitam um índice ou estimativa de abundância e densidade de indivíduos dentro de um grupo taxonômico.
Técnicas qualitativas que só permitem inferir sobre a presença de uma espécie ou estrutura comunitária têm uma probabilidade de detecção desconhecida ou intrinsecamente baixa ou faltam para fornecer inferência quanto à probabilidade de detecção e tamanho da área amostrada. Como a probabilidade de detecção com essas técnicas é baixa, a variabilidade associada à detecção impede a precisão adequada para inferir como as variáveis explicativas influenciam as métricas da população de artrópodes. As técnicas qualitativas utilizadas para estimar a presença incluem amostragem de sucção1, armadilhas leves2, armadilhas de emergência3, padrões de alimentação nas raízes4, tubos de salmoura5, iscas6, feromona3, armadilhas de armadilha 7, armadilhas de mal-estar8, armadilhas de janela9, armadilhas de sucção10, batendo bandejas11, teias de aranha12, minas de folhas, Frederico13, artrópodes galhas14, vegetação e dano de raiz15 .
Alternativamente, as técnicas Semiquantitativas e quantitativas permitem que os pesquisadores estimar ou pelo menos consistentemente amostra de uma área de amostra especificada e estimar a probabilidade de detecção ou assumir a probabilidade de detecção é não-direcional e adequada para não obscurecer a capacidade do pesquisador de detectar variações espaciais ou temporais em abundância. As técnicas Semiquantitativas e quantitativas incluem redes devarredura 16, sucção ou vácuo amostragem17, contagem sistemática de artrópodes visíveis18, armadilhas pegajosas19, várias armadilhas tipo pote20, entrada ou os furos emergente21, knockdown químico22, pegajoso e água encheram armadilhas23, e ensacamento e grampeamento da filial24.
As recentes alterações antropogênicas induzidas aos regimes climáticos e de perturbação levaram a mudanças dramáticas nas comunidades vegetais, tornando as interações entre a composição de espécies da comunidade vegetal e as comunidades de artrópodes uma área de estudo ativa. Compreender como as comunidades de artrópodes variam com a composição das espécies vegetais é um componente crítico para a compreensão dos potenciais impactos econômicos e ambientais das mudanças nas comunidades vegetais. São necessários métodos semiquantitativos ou quantitativos de quantificação da abundância de artrópodes com precisão adequada para detectar diferenças entre as espécies de plantas. Neste artigo, descrevemos um método de indexação de artrópodes habitacionais que, com esforço razoável, proporcionou precisão adequada para identificar diferenças de abundância individual e biomassa, diversidade e riqueza entre 5 táxons de árvores comumente encontradas em florestas deciduous do sudeste de America do Norte25. Essa abordagem proporcionou precisão adequada para estimar a abundância para permitir inferência quanto à forma como as alterações na composição de espécies de comunidades de plantas florestais devido a regimes de distúrbios modificados antrópicos influenciam a composição de artrópodes, potencialmente influenciando a abundância e distribuição de aves e mamíferos tróficos mais elevados. Mais especificamente, usando uma técnica de ensacamento modificada descrita pela primeira vez por Crossley et al.24, estimamos a densidade de artrópodes de superfície, folhagem-habitacionais e testamos a predição de que detectaria diferenças na diversidade, riqueza e abundância de artrópodes na folhagem de mais rápido crescimento de espécies mais Xeric de árvores em relação ao crescimento mais lento espécies mais Mesic. O objetivo deste artigo é fornecer instruções detalhadas da técnica.
Realizamos o estudo sobre a floresta nacional de Shawnee (SNF) no sul de Illinois. O SNF é uma floresta de 115.738 hectares localizada na região de hardwoods central das divisões naturais de Ozarks e Shawnee Hills26. A floresta compreende um mosaico de 37% de carvalho/Nogueira, 25% de madeiras mistas de terras altas, 16% de faia/Maple e 10% de madeiras de fundo. O SNF é dominado pelo segundo Carvalho/Hickory do crescimento em áreas de Upland Xeric e Maple do açúcar, faia americana, e árvore do Tulip (Liriodendron de Liriodendron) em vales Mesic abrigados27,28.
A seleção do site para este método dependerá dos objetivos gerais do estudo. Por exemplo, o objetivo principal de nosso estudo original era fornecer a introspecção em como as mudanças na Comunidade da árvore puderam influenciar uns organismos tróficos mais elevados comparando métricas da Comunidade do artrópode da folha-moradia entre comunidades de árvore adaptadas Mesic e Xeric. Assim, nosso principal objetivo foi quantificar a comunidade de artrópodes em árvores individuais localizadas dentro da Comunidade Xeric ou Mesic Tree. Nós selecionamos 22 locais de estudo ao longo de um carvalho/Hickory (Xeric) ao Beech/bordo (Mesic) dominou o inclinação usando mapas da tampa do carrinho de USFS (allveg2008. shp) no ArcGIS 10.1.1. Para evitar potenciais efeitos de confundimento, selecionamos sítios utilizando os seguintes critérios: não localizados em áreas ribeiranas, ≥ 12 ha, e localizados dentro do habitat florestal contíguo-decíduo (i.e., elevação acima de 120 m). Todos os locais continham árvores maduras > 50 anos de idade em terrenos montanhosos, assim, compreendidos inclinações e aspectos semelhantes. Quando os limites do local da faia/bordo foram distinguidos baseados na transição de comunidades da árvore, os limites do local do carvalho/Hickory foram identificados artificialmente usando mapas da tampa de SNF e ArcGIS 10.1.1. Todos os locais eram grandes blocos florestais dentro do terreno un-glaciated; suas diferenças na composição de espécies arbóreas não eram devidas a diferenças de localização na paisagem, mas eram representativas do uso de terras passadas (por exemplo, cortes claros ou colheita seletiva). Nós retificamos os mapas carregando shapefiles de polígono discretos de cada local de estudo para um sistema de posicionamento global (GPS) portátil e verificando a composição de espécies de árvores. Selecionamos aleatoriamente pontos de amostragem (n = 5) em cada local. Em cada ponto, Amostramos três árvores de 3 a 400 horas durante 23 de maio a 25 de junho de 2014. Para localizar árvores amostrais, procurou-se para fora a um raio de 30 m de pontos de vegetação até que árvores maduras (> 20 cm d.b.h.) com galhos suficientemente baixos para a amostra foram encontradas. Tipicamente, as três árvores maduras que representavam três dos cinco gêneros (Acer, Carya, Fagus, Liriodendron e Quercus) de interesse e estavam mais próximas ao ponto central foram amostradas.
1. construindo o dispositivo de amostragem antes de ir para o campo
2. encerrando o ramo
3. análise de artrópodes
4. estimar a densidade
Foram coletadas 626 amostras de 323 árvores individuais compondo 5 grupos de árvore. Para as estimativas da biomassa total de artrópodes por metro de ramo amostrado, o erro-padrão variou de 12% a 18% da média para os 5 grupos de árvores (tabela 1). Esse nível de precisão foi adequado para detectar variações entre os grupos de árvores e uma mudança quadrática na biomassa com a data25. Essa técnica proporcionou maior precisão ao estimar a diversidade da guilda como demonstrado pelo erro padrão da diversidade da guilda artrópodes (H ') variando de 3% a 7% da diversidade média nos 5 grupos de árvores (tabela 1). A precisão nesse nível foi adequada para detectar variações entre os 5 grupos de árvores25. A precisão das estimativas de riqueza também foi muito boa, como demonstrado por erros-padrão que variaram de 3% a 7% da riqueza média entre os 5 grupos de árvores (tabela 1). Este nível de precisão foi adequado para identificar a variação entre os grupos de árvores, uma associação quadrática com data, diminuição da riqueza com altura na árvore, e uma relação positiva entre a riqueza de artrópodes e a distância do tronco de árvore25.
Espécies de árvores | Riqueza | Biomassa | Diversidade de Shannon | ||||||
X | SE | % da média | X | SE | % da média | X | SE | % da média | |
Maple spp. (N = 140) | 3,54 | 0,17 | 5 | 0, 3 | 0, 4 | 13 | 0,86 | 0, 5 | 6 |
Hickory spp. (N = 141) | 4,62 | 0,20 | 4 | 0, 13 | 0, 2 | 15 | 1,10 | 0, 4 | 4 |
Tulip Poplar (N = 70) | 4,32 | 0,20 | 5 | 0, 11 | 0, 2 | 18 | 1,12 | 0, 5 | 4 |
Praia americana (N = 67) | 3,23 | 0,22 | 7 | 0, 2 | 0, 3 | 15 | 0,81 | 0, 6 | 7 |
Carvalho spp. (N = 208) | 4,77 | 0,15 | 3 | 0, 6 | 0, 7 | 12 | 1,10 | 0, 3 | 3 |
Tabela 1: estimativas de parâmetros da maioria dos modelos parsimoniosos25. A média (X), erro padrão da média (SE) e percentual da média do erro padrão para cada métrica comunitária de habitação-artrópodes da folhagem capturados em 5 grupos de árvores usando o método de recorte de ramo descrito na floresta nacional de Shawnee no sul Illinois.
Duas necessidades de quantificar com precisão as comunidades de artrópodes são probabilidades de detecção relativamente elevadas e áreas de amostragem conhecidas ou consistentes. Quando a amostragem para artrópodes, menos de 100% de probabilidade de detecção pode ser atribuída a ambos os artrópodes individuais evitando armadilhas ou alguns indivíduos que foram presos sendo indetectados durante o processamento. Armadilhas interceptoras que interceptam artrópodes voadores (malaise/armadilhas de janela, armadilhas adesivas, etc.) parecem ser a abordagem mais freqüentemente utilizada para enumerar comunidades de artrópodos no dossel florestal29,30,31. Estes tipos de armadilhas podem ser coloc durante todo o dossel, são eficazes em interceptar artrópodes de vôo, e preservam tipicamente artrópodes por períodos longos (semanas ou meses) para uma identificação e uma quantificação mais atrasadas29,30 ,31, embora sejam tipicamente limitados em sua habilidade de prender artrópodes de rastejamento31. Interceptador armadilhas que atraem artrópodes usando luz ou feromônios têm limitações adicionais em que eles armadilha apenas folhetos noturnos e sua atratividade varia com taxon, luar, iluminação de fundo, e cobertura de nuvens impacto32, 33. Além disso, como os artrópodes capturados em armadilhas interceptoras são de distâncias desconhecidas, a área presa é desconhecida. Como tal, embora as armadilhas interceptoras sejam efetivas para indexar artrópodes voadores através de um gradiente ambiental, os dados produzidos a partir de armadilhas interceptoras não podem ser usados para estimar a densidade de artrópodes25.
Um método adicional usado freqüentemente para monitorar artrópodes da folha é knockdown químico34,35. O knockdown químico pode ser muito eficaz para coletar grupos diversos dos artrópodes que fornecem estimativas exatas da riqueza e da diversidade taxonômicas. No entanto, este método é caro e demorado, é não-específico, uma vez que amostras de todos os artrópodes na árvore, incluindo aqueles na casca e ramos, pode ter impactos ambientais não intencionais devido à deriva do vento, e é ilegal em algumas áreas36, 37,38,39.
O ensacamento da filial foi demonstrado como um método eficaz para estimar a densidade do artrópode da folha da árvore de superfície com uma probabilidade adequadamente elevada da captação para detectar a variação através dos vários gradientes ambientais24,40. As gaiolas do tomate do fio e os sacos de lixo de 49 litros usados neste estudo permitiram que os investigadores engloquem a filial inteiramente com pouco ou nenhum distúrbio antes do fechamento da abertura da bolsa. Como tal, é importante que os pesquisadores são cuidadosos para não perturbar folhagem da amostra de ramo desejado antes de encerá-lo com o saco de amostragem. Assim, um passo crítico é trazer o saco de amostragem paralelo com o saco de amostragem desejado e rapidamente colocar, selar, e amarrar o saco após cada amostra é coletado. A coleta de amostras é limitada à altura máxima que o pesquisador pode realizar um pólo telescópico estendido em (8 m em nosso estudo), embora o mesmo equipamento e metodologia de ensacamento de ramo possam ser usados em outras situações, como a suspensão no dossel. Alguns autores sugeriram que, ao utilizar este procedimento ativo, os artrópodes-filuminados estão subrepresentados40,41,42. No entanto, acreditamos que, enquanto a folhagem permanece intacta até que seja fechado pelo saco de amostragem, é improvável que um número substancial artrópodes presentes em ou sobre a folhagem no momento da captura escapou. Os resultados do nosso estudo sustentam esta afirmação em que, ao amostrar um número razoável de árvores (323), o erro padrão foi no máximo 17% da média da biomassa relativa de artrópodes (Cayra = 11%, Acer = 12%, Fagus = 17%, liriodendrum = 15% e Quercus = 11%). Da mesma forma, ao considerar a riqueza e a diversidade da guilda, a estimativa mais variável foi a diversidade em Fagus, com um erro padrão que foi de 7% da média. Claramente essas estimativas forneceram precisão adequada para modelar diferenças entre os grupos de gêneros de árvores, bem como outras variáveis ecológicas ou ambientais. Uma limitação a nossos resultados, entretanto, é que embora nós estejamos confiantes que a probabilidade da deteção com este método é elevada, isto é, provável que aproxima 100%, nós não temos um método de verificar independente esta afirmação. Assim, enquanto demonstramos que a probabilidade de detecção é adequada para detectar variações em uma variável ambiental, que, neste caso, foram os gêneros de árvores, as estimativas de biomassa produzidas a partir dessa metodologia têm o potencial de ser tendenciosa baixa por algum valor desconhecido 40.
A maioria dos autores examinou o conteúdo do saco no campo36,42,43,44,45. Acreditamos que um passo crítico para maximizar a detecção é congelar o saco como fizemos, em seguida, examinar e quantificar o conteúdo no laboratório condições controladas. Nós acreditamos que esta aproximação diminuirá o erro da medida minimizando o número de artrópodes prendidos que são negligenciados ou são identificados mal.
Estimar a área amostrada para comparação da densidade entre espécies arbóreas pode ser problemático se a estrutura foliar variar consideravelmente entre as espécies arbóreas, como foi o caso em nosso estudo. Em estudos passados, quando os autores estavam interessados em quantificar artrópodes habitacionais da folhagem, eles frequentemente estimam a área de amostragem pesando folhas para estimar a quantidade de substrato disponível para artrópodes46,47,48 . As várias espécies de carvalhos, no entanto, tendem a ter cutículas mais grossas da folha waxy do que outras espécies de árvores. Assim, a massa para a superfície da relação de carvalhos é maior do que outras espécies49. Porque a massa para a relação de área de superfície é maior em carvalhos, usando a massa de folhas como uma estimativa de substrato para artrópodes habitação folhagem seria superestimar área de amostragem e subestimar a densidade de artrópodes para carvalhos em relação a espécies de árvores com menos espessura cutículas foliares. Adicionalmente, se a capacidade de suportar artrópodes varia entre espécies arbóreas, a área superficial da paisagem coberta por uma determinada espécie de árvore irá ditar o nível de substrato apoiado dentro de uma paisagem especificada. Porque a quantidade de área de superfície uma determinada árvore ocupa é determinada pela propagação da coroa (isto é, a filial espalhou para fora do tronco) e a densidade da folha varia entre árvores, nós acreditamos ao quantificar artrópodes para o consumo por insectivores, comprimento total da filial amostra é mais adequada do que a biomassa foliar ao estimar a área total amostrada. Nossos resultados novamente parecem apoiar essa afirmação, pois detectamos diferenças entre grupos de árvores consistentes com o padrão previsto, com base em estudos anteriores25. Acreditamos que a abundância de artrópodes ou biomassa por medida de comprimento do ramo é mais apropriada quando o objetivo principal é comparar os recursos previstos para os insetívoros entre espécies arbóreas. Se, no entanto, os indivíduos estão comparando espécies arbóreas que produzem folhas com espessura semelhante da cutícula foliar, a utilização da biomassa foliar como estimativa da área amostral pode ser mais adequada. Independentemente de os pesquisadores usarem a área foliar real, a área foliar estimada pela biomassa foliar ou o comprimento total da ramificação como métrica quantificável, usando a técnica de ensacamento, uma quantidade mensurável de artrópodes em um ponto específico no tempo em uma superfície mensurável área é capturada por amostra. Isso permite que os pesquisadores usem a área da superfície foliar, a área foliar estimada pela biomassa foliar ou o comprimento total da ramificação como métrica quantificável. Este método fornece uma estimativa consistente para comparar artrópodes quantificados entre variáveis espaciais ou temporais e uma estimativa da densidade do artrópodes25.
Em geral, o método de amostragem descrito neste artigo parece ser eficaz em permitir comparações espaciais ou temporais de métricas de artrópodes de folhagem-habitação. Esta abordagem é acessível e viável na escala da paisagem. Além disso, embora o congelamento de todo o ramo requer espaço congelador substancial, congelando o ramo, em seguida, enxaguar o ramo na água é uma maneira eficaz de separar artrópodes de folhagem com esforço mínimo, proporcionando, portanto, uma abordagem de custo-eficiente para a obtenção de métricas de artrópodes. Finalmente, porque o objetivo preliminar de nosso estudo original era compreender melhor como o mesophication de florestas deciduous do sudeste é provável impactar pássaros e mamíferos insetívoros da floresta-moradia Nós agrupamos artrópodes em guildas com base no diagnóstico características morfológicas. No entanto, não vemos uma razão pela qual essas técnicas de captura não podem ser usadas para quantificar artrópodes na espécie ou qualquer outro nível taxonômico.
Os autores não têm nada a revelar.
Os autores gostariam de agradecer ao serviço florestal do departamento de agricultura dos EUA por financiar este projeto através do acordo USFS 13-CS-11090800-022. Gostaríamos de agradecer a J. Suda, W. Holland, e outros para assistência laboratorial, e R. Richards para a assistência de campo.
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 |
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