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Analyse der Regenwurm-Populationen im Boden

Analysis of Earthworm Populations in Soil

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Analysis of Earthworm Populations in Soil

1.14: Soil Nutrient Analysis: Nitrogen, Phosphorus, and Potassium

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07:03 min

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April 30, 2023

Overview

Quelle: Labors von Margaret Workman und Kimberly Frye – Depaul University

Mit Senf, Lumbricus Terrestris Regenwurm-Populationen direkt aus bodentiefen ohne Landschaft Störung oder Toxizität beprobt. Regenwürmer können dann Daten und statistische Analyse mit einem Balkendiagramm und Studenten t-Test gezählt werden.

Überwachung der Regenwurm-Populationen ist eine wichtige Technik für Umweltwissenschaftler, da mehrere Arten von Regenwürmern (vor allem jene aus der Unterordnung Lumbricina) invasiv in ganz Nordamerika und Südamerika ausgebreitet haben. Exotische Regenwürmer finden Sie auf fast jedes Land auch bei fast jedem Ökosystem des Planeten, und wo und wann diese Spezies invasiv geworden wurde ein Schwerpunkt der internationalen Umweltforschung. ¹

Ökologische Invasion senkt in der Regel Biodiversität eines Ökosystems durch direkt outcompeting, gefährden oder sonst einen Beitrag zur Ausrottung der einheimischen Arten. Als Ökosystem-Ingenieure invasive Regenwurm Arten verändern das Radfahren von Nährstoffen durch Zersetzung Preise an organischer Substanz auf den oberen Horizonten des Bodens, wo Pflanze Wurzeln mir für Nährstoffe. Invasive Lumbricus -Arten haben beide native Regenwurm Arten ausgerottet und haben gezeigt, dass die verfügbaren Stickstoffgehalt und Preise von Stickstoff in drangen Böden erhöhen. ² in einer positiven Feedback-Schleife, beschleunigte Niveaus von Stickstoff wiederum nehmen das System gastfreundlicher invasive Pflanzenarten, die hohe Niveaus von Stickstoff im Vergleich zu einheimischen Pflanzenarten angepasst sind, und werden Esel-Eingeborenen in ein Phänomen bekannt als “Invasion Kernschmelze.” Eine Invasion Kernschmelze Beziehung wurde für invasive Regenwurm Lumbricus Terrestris (Europäische Regenwurm) und eine invasive Pflanzenarten Rhamnus Cathartica (Europäische Sanddorn) vorgeschlagen. ³

Principles

Eine Lösung ist durch die Gewinnung von Capsaicin aus würzigen Senf vorbereitet und dann gegossen direkt auf den Boden innerhalb einer Probenahme Quadrat auf den Boden zum Beispiel aus jeder Sammelstelle. Sammelstellen sind bestimmt, um drei Stichproben aus einem Gebiet zu vergleichen, die von europäischen Sanddorn auf drei Stichproben aus einem uninvaded Gebiet eingedrungen worden ist. Einmal direkt auf den Boden gegossen, kann der Senf Lösung unten durchdringen der Bodenmatrix, wo Regenwürmer wohnen. Das Capsaicin in den Senf verursacht Reizungen der Schleimhäute. Regenwurm Körper ausgesetzt, die Senf Lösung reagieren auf die Capsaicin-Reizung durch Abkehr von der Senf Lösung und auf der Bodenoberfläche kommen um sich Sauerstoff, wodurch die Irritation aussetzen. Nach dem auftauchen, Regenwürmer gesammelt werden können und Bevölkerungsdichte analysiert Beziehungen zu europäischen Sanddorn. Die Bevölkerung, die Mittel des Ortes Sammlung ein Balkendiagramm gegenüber zu ermitteln, wenn Bereiche mit anderen invasiven Arten mehr Regenwürmer, damit unterstützt das Vorhandensein von Invasion Kernschmelze. Ein Student T-Test wird verwendet, um festzustellen, ob die beiden Standorte deutlich anders genug, um die invasional Kernschmelze Hypothese vorgeschlagen, zwischen europäischen Regenwurm und europäischen Sanddorn bestehen.

Procedure

1. Vorbereitung der Senf Konzentrat Lösung

Schalten Sie ein Gleichgewicht, ein wiegen Boot darauf legen und die Waage auf Null.
Wiegen Sie 38,1 g Boden orientalische Senf in wiegen Boot und übertragen Sie auf einem Kunststoff-Behälter mit Deckel.
100 mL Leitungswasser in einem Messzylinder messen und der Kunststoffbehälter mit Senf hinzufügen.
Befestigen Sie den Deckel am Behälter und schütteln Sie kräftig, bis alle Senf über den unteren Rand der Kunststoffbehälter vermischt und in das Leitungswasser aufgelöst.
Lassen Sie Lösung für 24 h für maximale Capsaicin Extraktion aus Senf sitzen.
Füllen Sie zwei 8 L Wasserträger auf halbem Weg Leitungswasser (ca. 4 L Wasser in jeder Träger).
Shake Senf Konzentrat mehrmals zu mischen dann Transfer Senf konzentrieren Lösung Wasserträger.
Eine kleine Menge der Lösung von der Wasserträger zurück in den Behälter Konzentrat übertragen und kräftig schütteln. Gießen Sie zurück in Wasserträger alle Konzentrat in die verdünnte Lösung übertragen.
Verschließen Sie den Träger Deckel, sicherzustellen Sie, dass GAP Ventil in “Position OFF” und invertieren Sie Wasserträger dreimal gleichmäßig zu mischen.

2. Gewinnung von Regenwürmern

Beschriften Sie drei Probenbecher für jede Sammlung-Website.
Fahren Sie mit Sampling-Website mit einem Quadrat mit der Bezeichnung Probenahme Becher mit Deckel und Wasserträger mit Senf Lösung verdünnt.
Am Standort Probenahme Räumen Sie Pinsel, Laub oder Mulch möglichst eindeutig den Boden aussetzen Weg.
Stellen Sie Quadrat nach dem Zufallsprinzip auf den Boden in einem geräumten Ort.
Kehren Sie ein Wasserträger noch dreimal um zu mischen.
Drehen Sie das Wasser Träger Kappe auf die Position “ON” und gießen Sie etwa ein Drittel (1,3 L) der Senf verdünnte Lösung im Quadrat, Konzentration auf die Mitte des Bereichs Quadrat. Wenn Boden gesättigt wird und Lösung Pools, stoppen, gießen und warten, bis infiltriert gepoolten Lösung in Boden bevor Sie fortfahren, zu gießen.
Beobachten Sie Quadrat Bereich eng für Regenwurm Auftritt für fünf Minuten, einschließlich der Fläche direkt unter Seiten des Quadrats.
Verwenden Sie Zange alle Regenwürmer sammeln, die in Quadratum erscheinen durch Würmer komplett vom Boden entstehen, vor der ersten Probe Cup Übertragung warten. Nach fünf Minuten Deckel der Probeschale und gehen Sie zum nächsten Sampling-Website.
Wiederholen Sie die Schritte der Sammlung für alle Meßstellen mit drei Wiederholungen pro Sammelstelle (6 Wiederholungen gesamt)

3. Vergleich der Regenwurm Bevölkerungsdichte zwischen Sammelstellen

Die Anzahl der Regenwürmer gesammelt für jede Probe und berechnen Sie den Mittelwert und Standardabweichung für jede Sammlung-Website.
Um Regenwurm dichten zwischen Sammelstellen zu vergleichen, erstellen ein Balkendiagramm aus den Mitteln und die Standardabweichungen Fehlerindikatoren in der Grafik zu erstellen.

Die Überwachung der Regenwurm-Populationen unbedingt Umweltwissenschaftler, als invasive exotische Regenwürmer in fast jedes Ökosystem des Planeten gefunden werden können. Ökologische Invasion senkt in der Regel direkt outcompeting, gefährden oder die Ausrottung oder lokalen Aussterben heimischer Arten zur Biodiversität eines Ökosystems.

Gattung Lumbricus Terrestris Europäische Regenwurm, auch genannt die Nightcrawler ist sehr häufig in Nordamerika, aber ist nicht heimisch. Infolgedessen hat es stark native Regenwurm Arten ausgerottet. Lumbricus Terrestris ändert das Radfahren Nährstoffe durch die Zersetzung organischer Stoffe in den oberen Schichten des Bodens, wo Wurzeln meiner Anlage für Nährstoffe, verändert dadurch die Bodenstruktur Schicht. Darüber hinaus ist der organische Abfälle-Layer, mit viel des zerlegenden Materials, die Nährstoffe, liefert völlig verloren.

Diese invasive Würmer erhöhen auch die verfügbarer Stickstoff-Konzentration in drangen Böden. In wiederum die wechselnden Bodenschichten und hohe Niveaus von Stickstoff des Bodens gastfreundlicher zu invasiven Pflanzenarten, wie die europäischen Sanddorn, die hohe Niveaus von Stickstoff im Vergleich zu einheimischen Pflanzenarten mehr angepasst werden. Dieses Phänomen nennt man “invasional Kernschmelze.”

Die invasional Kernschmelze aus Invasion der Europäischen Regenwurm und exotische Pflanzen wie die europäischen Sanddorn zentrales Anliegen ist, weil es die Vielfalt der Pflanzenwelt Wald in Nordamerika drastisch abnimmt.

Dieses Video veranschaulicht die Überwachung der Europäischen Regenwürmer in verschiedenen Parkanlagen um ihre Anfälligkeit für Sanddorn Invasion zu bewerten.

Um Regenwurm-Populationen in erobert Gebiete zu bestimmen, sind Würmer aus dem Boden mit einem Capsaicin-Lösung direkt extrahiert.

In diesem Experiment ist Capsaicin aus würzigen Senf gewonnen und direkt auf den Boden in einem Bereich durch eine vorgefertigte Quadrat oder Quadrat definiert gegossen. Es dringt dann durch die Bodenmatrix, wo die Regenwürmer wohnen.

Die Capsaicin-Lösung verursacht Reizungen der Schleimhäute in der Regenwurm. Regenwürmer reagieren auf die Reizung durch Verschieben auf der Bodenoberfläche, die Capsaicin-Lösung zu entkommen. Nach dem auftauchen, Regenwürmer werden gesammelt und die Bevölkerungsdichte analysiert.

Das folgende Experiment zeigen die Gewinnung von Regenwürmern aus dem Boden und ihre Bevölkerung Analyse.

Zuerst bereiten Sie das Capsaicin Lösung mindestens 24 h im Voraus durch Wiegen 38 g Boden orientalische Senf, und auf einem Kunststoff-Behälter mit einer Kappe zu übertragen. Die Kunststoff-Behälter mit Senf 100 mL Leitungswasser hinzufügen. Befestigen Sie einen Deckel auf den Behälter, und schütteln Sie kräftig, bis alle den Senf ist im Wasser gelöst.

Lassen Sie die Lösung für 24 h für maximale Capsaicin Extraktion aus den Senf zu sitzen. Wenn die Capsaicin-Extraktion abgeschlossen ist, verdünnen Sie die Senf-Lösung mit 4 L Wasser in einen 8-L Wasserträger. Schütteln Sie die Senf Lösung mehrmals um zu mischen, und in der Wasserträger übertragen. Spülen Sie alle restlichen Senf mit der verdünnten Lösung.

Den Träger Deckel verschließen, und stellen Sie sicher, dass das Ventil in der Stellung “OFF”. Invertieren der Wasserträger dreimal gleichmäßig zu mischen. Bereiten Sie einen Container der Capsaicin-Lösung für jeden Test Site.

Fahren Sie mit der Probenahme-Website mit einem Quadrat und der Wasserträger mit Senf Lösung verdünnt. Bringen Sie auch drei Stichproben Tassen pro Standort. Sie sollte passend für drei Wiederholungen pro Probenahme Standort bezeichnet.

Legen Sie das Quadrat nach dem Zufallsprinzip auf den Boden in einem geräumten Ort. Entfernen Sie die Bürste, Blätter und Mulch, soweit möglich, den Boden deutlich verfügbar zu machen. Mischen Sie die verdünnte Lösung wieder, und wechseln Sie dann das GAP-Ventil auf die Stellung ON.

Gießen Sie etwa ein Drittel der Senf verdünnte Lösung im Quadrat, konzentriert sich den Großteil der Flüssigkeit in der Mitte des Bereichs Quadrat. Wenn der Boden gesättigt wird und Becken bildet, stoppen Sie, gießen und warten Sie, bis gepoolten Lösung dringt in den Boden bevor Sie fortfahren.

Beobachten Sie Quadrat Bereich eng für 5 Minuten auf der Suche nach Regenwurm aussehen. Achten Sie darauf, direkt unter den Seiten des Quadrats zu suchen.

Warten Sie, bis alle Regenwürmer aus dem Boden im Bereich Quadrat entstehen, und dann mit der Pinzette zu sammeln. Nach 5 Minuten in der Nähe der Probeschale und fahren Sie mit der nächsten Sampling-Website.

Wiederholen Sie die Sammlung für alle Messstellen. Auf jeder Seite zurückkehren Sie, und führen Sie 3 Wiederholungen pro Seite. Die Anzahl der Regenwürmer gesammelt für jede Probe, und dann berechnen Sie den Mittelwert und Standardabweichung für jede Sammlung-Website.

Erstellen Sie ein Balkendiagramm um die durchschnittliche Regenwurm Bevölkerungsdichte zwischen Sammelstellen zu vergleichen. Verwenden Sie die Standardabweichung der Fehlerindikatoren zu erstellen. Website einer verwalteten Park, und deshalb gastfreundlicher, Regenwurm-Populationen aufgrund von Störungen wie Belüftung und Düngemittel. Seite zwei nicht verwalteten, und deshalb weniger gastfreundlich, Regenwurm-Populationen.

Exotische Regenwürmer und europäischen Sanddorn haben im Rahmen einer “invasional Meltdown” auftritt, vor allem in den mittleren Westen USA verwickelt. Regenwurm-Populationen Tracking können helfen, Beziehungen zwischen den beiden invasional Arten zu erhellen und erlauben es, die Methoden entwickeln, um die weitere Ausbreitung zu verhindern.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Extraktion und Analyse der Regenwurm-Populationen beobachtet. Sie sollten jetzt die Grundsätze der Regenwurm-Extraktion aus dem Boden und den Vergleich zwischen Probenahmestellen verstehen. Danke fürs Zuschauen!

Results

Probenahme von Standort 1 war ein verwaltete Park, der erhebliche Störungen wie Belüftung und Düngemittel sieht. Probenahme-Standort 2 war eine nicht verwaltete Gebiet, das keine menschliche Eingriffe sieht. Wie in Abbildung 1dargestellt, hat Standort 1 eine höhere Dichte der Regenwurm-Populationen, wahrscheinlich wegen der erhöhten Gastlichkeit durch menschliche Störungen. Seite 1 hat jedoch auch höhere Variabilität der Probenahme, darauf hinweist, dass die Regenwurm Bevölkerung möglicherweise nicht so konsequent dicht wie der Durchschnitt vermuten lässt.

Abbildung 1. Balkendiagramm anzeigen Bevölkerung ergibt sich aus jeder Sammelstelle.

Applications and Summary

Invasive Arten sind eine große Bedrohung für die Artenvielfalt. Exotische Regenwürmer (zB: Lumbricus Terrestris) und europäischen Kreuzdorn (Rhamnus Cathartica) haben im Rahmen einer “invasional Meltdown” im mittleren Westen USA bewaldet Gemeinschaften in Verbindung gebracht. Eine invasional Kernschmelze ist der Prozess, wo eine Invasion einer Art die Invasion der anderen erleichtert. So kann die Rate des Verlustes der ökologischen Gesundheit stark beschleunigen, wie eine invasive Arten Weg für zusätzliche Gäste macht. Unerwünschte Rhamnus Bevölkerung derzeit über 90 % der Pflanzendecke in Illinois ausmachen, ist die Rolle des Lumbricus Populationen in Landespflege kritisch zu verstehen und Vorhersagen zu Rhamnus Invasion am verwalteten Land geworden. Landschaft Störung neigt, Lumbricus Invasion zu erleichtern und Probenahme für Lumbricus Populationen kann ein Indikator für die Anfälligkeit der Landflächen wahrscheinlich Invasion. Proben von Lumbricus Populationen vergleichen helfen Landbewirtschaftung zu wissen, wo eine intensivere Methoden erforderlich sind, um beabsichtigte Pflanzenvielfalt zu erhalten und zu verhindern Invasion von Rhamnus.

References

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).
Costello, D.M., Lamberti, G.A. Non-native earthworms in riparian soils increase nitrogen flux into adjacent aquatic ecosystems. Oecologia. 158, 499-510 (2008).
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).

Transcript

The monitoring of earthworm populations is vital to environmental scientists, as invasive exotic earthworms can be found in nearly every ecosystem on the planet. Ecological invasion typically lowers biodiversity of an ecosystem by directly outcompeting, endangering, or contributing to the extirpation, or local extinction, of native species.

The Lumbricus terrestris species of European earthworm, also called the nightcrawler, is extremely common in North America, but is not native. As a result, it has greatly extirpated native earthworm species. Lumbricus terrestris alters the cycling of nutrients through decomposition of organic matter in the upper layers of soil, where plant roots mine for nutrients, thereby changing the soil layer structure. In addition, the organic debris layer, containing much of the decomposing material that provides nutrients, is completely lost.

These invasive worms also increase the available nitrogen concentration in invaded soils. In turn, the changing soil layers and high levels of nitrogen make the soil more hospitable to invasive plant species, such as the European Buckthorn, which are more adapted to high levels of nitrogen as compared to native plant species. This phenomenon is known as “invasional meltdown.”

The invasional meltdown resulting from invasion of the European earthworm and exotic plants like the European buckthorn is of key concern because it is dramatically decreasing the diversity of forest plant life in North America.

This video will demonstrate the monitoring of European earthworms in various park areas in order to assess their vulnerability for buckthorn invasion.

To determine earthworm populations in invaded areas, worms are directly extracted from soil using a capsaicin solution.

In this experiment, capsaicin is extracted from spicy mustard and poured directly onto the soil in an area defined by a pre-sized square, or quadrat. It then penetrates through the soil matrix to where the earthworms reside.

The capsaicin solution causes irritation to mucous membranes in the earthworm. Earthworms react to the irritation by moving to the soil surface to escape the capsaicin solution. After surfacing, earthworms are collected and the population density analyzed.

The following experiment will demonstrate the extraction of earthworms from soil, and their population analysis.

First, prepare the capsaicin solution at least 24 h in advance by weighing 38 g of ground oriental hot mustard, and transferring it to a plastic container with a cap. Add 100 mL of tap water to the plastic container containing mustard. Secure a cap on the container, and shake vigorously until all of the mustard is dissolved in the water.

Let the solution sit for 24 h for maximum capsaicin extraction from the mustard. When the capsaicin extraction is complete, dilute the mustard solution with 4 L of water in an 8-L water carrier. Shake the mustard solution several times to mix, and transfer it into the water carrier. Rinse any residual mustard using the diluted solution.

Seal the water carrier cap, and ensure that the valve is in the “OFF” position. Invert the water carrier three times to mix evenly. Prepare one container of capsaicin solution for each testing site.

Proceed to the sampling site with a quadrat and the water carrier containing diluted mustard solution. Also bring three sampling cups per site. They should be labeled appropriately for three replicates per sampling site.

Place the quadrat randomly on the ground in a cleared spot. Clear away the brush, leaves, and mulch as much as possible to clearly expose the soil. Mix the dilute solution again, and then switch the cap valve to the ON position.

Pour approximately a third of the diluted mustard solution within the quadrat, concentrating the majority of the liquid at the center of the quadrat area. If the soil becomes saturated and forms pools, stop pouring, and wait until pooled solution infiltrates the soil before continuing.

Observe the quadrat area closely for 5 minutes, looking for earthworm appearance. Be sure to look directly under the sides of the quadrat.

Wait for all earthworms to emerge from the soil within the quadrat area, and then collect them with forceps. After 5 minutes, close the sample cup and proceed to the next sampling site.

Repeat the collection steps for all sampling sites. Return to each site and perform 3 replicates per site. Count the number of earthworms collected for each sample, and then calculate the mean and standard deviation for each collection site.

Create a bar graph to compare the average earthworm population densities between collection sites. Use the standard deviation to create the error bars. Site one is a managed park, and is therefore more hospitable to earthworm populations due to disturbances such as aeration and fertilizers. Site two is unmanaged, and is therefore less hospitable to earthworm populations.

Exotic earthworms and European buckthorn have been implicated as part of an “invasional meltdown” occurring, especially in the mid-western United States. Tracking earthworm populations can help to elucidate relationships between the two invasional species and enable researchers to develop methods to prevent further spreading.

You’ve just watched JoVE’s introduction to the extraction and analysis of earthworm populations. You should now understand the principles of earthworm extraction from soil, and the comparison between sampling sites. Thanks for watching!

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