使用粘性陷阱定量测定树皮栖息节肢动物
2020年1月19日
我们描述了一种半定量测量树皮生（栖息于树皮）节肢动物群落特征的方法。通过在树干上放置市售的粘性陷阱，估算不同树种间节肢动物的多度、总长度（作为生物量的替代指标）、物种丰富度和香农多样性，以进行比较分析。
本方案可用于评估树栖节肢动物群落的短期和长期结构。该技术适用于捕捉飞行和爬行的节肢动物，并便于后续的实验室分析。开始操作前，首先测量树木的胸径。
使用树皮刮刀从各个正方向上开始刮除与预制粘虫板面积相当的树皮区域。持续刮削，直至表面足够平整，能够将粘虫板用订书钉固定在树干上，且下方空隙极小，节肢动物无法钻入。接下来，使用深色永久性记号笔在粘虫板背面标记日期、虫板编号、地点以及任何其他相关信息。
为了捕捉飞行和爬行的节肢动物，打开并移除粘性陷阱的侧面，然后通过沿粘性材料边缘剪开纸板来覆盖粘性表面。为了防止飞行的节肢动物直接降落在陷阱上，请按照盒子上的说明打开陷阱。将每个陷阱放置在之前已剃除树皮的指定位置，使开口垂直朝向，以最大程度地捕捉沿树干上下爬行的节肢动物。
对于已移除顶部以同时捕获飞行和爬行节肢动物的诱捕器，应将诱捕器的方向调整为开口端垂直朝向，以保持捕获条件的一致性。然后通过在每个角落、底部中央和顶部中央各钉一个订书钉，将诱捕器固定在树上，起始位置为右下角，按顺时针方向进行。操作时需确保每个诱捕器的顶部和底部完全紧贴树干，以尽量减少节肢动物从诱捕器下方爬入。
将诱捕器放置所需的时间，确保所有诱捕器的放置时间相同。经过所需时间后，用聚合物纤维素膜覆盖整个诱捕器，仅露出订书钉部分。使用一把较大的平口螺丝刀，将每个订书钉从树上部分撬起，逐个取下诱捕器。
然后使用大型尖嘴钳或类似的夹持工具将订书钉从树上拔下。或者，为排除飞行节肢动物，可按照盒子背面的说明关闭陷阱。将陷阱放入坚固的箱中，运回实验室进行分析。
若捕虫器需储存超过12小时，应将其置于冷冻机中以保存内容物。使用解剖显微镜检查捕虫器内的生物，记录达到所需分类学层级的个体数量。利用所记录的数据估算物种丰富度、多样性指数或丰度。
若需估算生物量，可将节肢动物的体长和体宽测量至最接近的毫米，并利用已发表的体长与体宽-生物量回归方程来估算生物量。为估算每棵树的捕获努力量，需从每棵树的实测直径中减去所有陷阱的总宽度。由于同一棵树上多个陷阱的样本并非相互独立，因此在分析时应将同一棵树的所有样本合并，或在所有分析中将单棵树木作为随机变量纳入，以避免伪重复。
根据混合模型的结果，包含树种的模型最能解释节肢动物总长度、多度和多样性的变异。两个自变量均未能解释丰富度的显著变异，尽管包含树种和诱捕努力量的模型与零模型相比具有一定的竞争力。此外，被诱捕树木所占比例似乎对多度、总长度和香农多样性没有影响，仅对丰富度有轻微影响。
总节肢动物体长均值的标准误在鹅掌楸中为平均值的4%，在糖槭中为17%。物种内的多度变异程度相似，其中鹅掌楸均值的标准误为7%，糖槭为18%。相反，节肢动物的丰富度和多样性在树种内部的变异性则低得多。
就丰富度均值的标准误而言，其范围从红果山胡桃的均值百分之四到美洲海滩的均值百分之九。而多样性范围则从美洲海滩的均值百分之四到 tulip poplar（鹅掌楸）的均值百分之七。在从树干上削除树皮时，务必尽可能将削面处理平整，并尽量减少树干与陷阱边缘之间的任何间隙。
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概述
本方案介绍了一种利用粘性陷阱评估树皮节肢动物群落的半定量方法。该方法可用于估算不同树种上节肢动物的多度、总长度、丰富度和多样性。
关键研究要素
科学领域
- 生态学
- 昆虫学
- 群落结构
背景
- 树栖节肢动物栖息在树皮上。
- 了解其群落结构对于生态学研究至关重要。
- 粘性陷阱对捕获多种节肢动物物种具有较好效果。
- 该方法可为生物多样性和生态系统健康状况提供重要信息。
研究目的
- 测量树栖节肢动物群落的特征。
- 比较不同树种之间的节肢动物群落。
- 建立群落评估的标准化方法。
使用方法
- 测量树木胸径。
- 在指定区域去除树皮以安装粘虫陷阱。
- 用相关信息标记陷阱以便追踪。
- 在实验室中收集并分析捕获的节肢动物。
主要结果
- 获得了节肢动物丰度和多样性的估计值。
- 不同树种之间的丰富度存在显著差异。
- 该方法对飞行和爬行节肢动物均证明有效。
- 数据可为生态管理和保护工作提供依据。
结论
- 半定量方法在研究节肢动物群落时具有可靠性。
- 粘虫陷阱是生态学研究中的实用工具。
- 该方法可增进对森林生态系统生物多样性的理解。
常见问题
行业重要性概述
该方法为生态学研究中节肢动物群落指标的量化提供了标准化且可重复的方案，支持环境风险评估和生物标志物发现流程中的靶点验证。通过实现对不同树种间丰度、生物量替代参数、物种丰富度和多样性的精确测量，该方法有助于解析节肢动物活动与生态系统健康指标之间的机制性关联，降低研究风险。该技术适用于混合模型分析，且标准误差较低（低于均值的20%），可提高跨物种比较的预测可信度，为农用化学品和生物农药的研发组合决策提供依据。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：能够检验关于节肢动物群落结构与树种关系的生态学假设，支持环境毒理学中的靶标验证。
- 操作价值：提供具有可测量精度的定量输出结果（丰度、总长度、丰富度、Shannon 多样性指数），降低早期筛选阶段的变异性。
筛选与检测方法开发
- 科学价值：生成跨树种的标准化、可比较数据集，为基于节肢动物的生物指示剂提供检测就绪条件。
- 操作价值：使用 commercially manufactured sticky traps（商用粘虫板），确保环境高通量监测在操作上的简便性、可重复性和可扩展性。
转化与临床前研究
- 科学价值：通过将节肢动物群落变化与环境胁迫因素相关联，支持转化生物标志物的开发，从而实现基于风险评估的推进决策。
- 操作价值：通过一致的采样设计和利用混合模型校正减少伪重复，促进从发现到临床前验证的连续性。
流程与工作流整合
该方法可整合到环境毒理学工作流程中，从假设检验到先导物鉴定，提供定量的群落指标，以阐明化合物对非靶标节肢动物作用的机制。
- 发现生物学：支持对节肢动物群落对树种响应的假设检验，有助于阐明生态毒理学机制中的作用途径。
- 筛选：提供可重复的定量输出结果（以总长度作为生物量代理指标、丰度、多样性），对于在不同环境条件下比较处理效应至关重要。
- 分析：通过混合模型实现统计比较，将诱捕努力量和树种作为随机变量纳入分析，确保跨物种推论的有效性。
- 转化研究：将节肢动物指标与生态系统健康指标相联系，支持在环境风险评估中建立生物标志物的一致性。
- 企业级复用：建立一个可重复使用的标准化节肢动物采样平台，适用于各类森林生态系统，降低多地点研究中的方法学变异。
运营与企业影响
- 科学价值：提高节肢动物群落评估的预测可信度，降低环境影响研究中的机制模糊性。
- 操作价值：通过使用预制造的诱捕器和一致的树皮处理方法，确保标准化、可重复性和可扩展性。
- 战略价值：通过精确量化非靶标节肢动物的影响，改进农药开发中的立项或终止决策。
- 组合影响：利用节肢动物群落指标作为生态干扰的早期预警信号，实现基于风险的化合物优先级排序。
实施注意事项
- 需要具备昆虫学采样、树木鉴定以及显微节肢动物鉴定的专业知识。
- 需要解剖显微镜、测量工具、订书设备以及用于保存陷阱样本的聚合纤维素膜。
- 要求各团队在陷阱放置时长、树皮刮取一致性以及数据分析流程方面实现标准化。
- 当每棵树使用多个陷阱时，需对伪重复进行校正，可通过合并样本或将树木作为随机变量纳入分析来实现。
- 仅限于与树干发生相互作用的节肢动物；若无方法学上的调整，无法捕获树冠层或土壤栖息物种。
