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Análisis de poblaciones de lombrices en el suelo

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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

Fuente: Laboratorios de Margaret obrero y Kimberly Frye – Universidad de Depaul

Con mostaza, poblaciones de lombriz de tierra Lumbricus terrestris se pueden degustar directamente de profundidades de suelo sin disturbio del paisaje o toxicidad. Las lombrices de tierra pueden contarse luego para datos y análisis estadístico usando un gráfico de barras y prueba t de student.

Monitoreo de poblaciones de lombrices de tierra es una técnica fundamental para la científicos del medio ambiente, como múltiples especies de lombrices (sobre todo las del suborden Lumbricina) han estado diseminando invasor a lo largo de América del norte y América del sur. Las lombrices de tierra exóticas pueden encontrarse en casi cualquier tierra masa y en casi cualquier ecosistema en el planeta, y donde y cuando estas especies se convierten en invasoras ha sido un foco de investigación ambiental internacional. ¹

Invasión ecológica típicamente disminuye la biodiversidad de un ecosistema por equivocación directamente, poniendo en peligro o si no que contribuye a la extirpación de especies nativas. Como ingenieros del ecosistema, especie de lombriz invasoras altera el ciclaje de nutrientes a través de las tasas de descomposición de materia orgánica en los horizontes superiores del suelo, donde planta mina raíces por nutrientes. Especies invasoras de Lumbricus han extirpado ambos especies de lombrices nativas y se ha demostrado que aumente la concentración de nitrógeno y las tasas de nitrógeno en los suelos invadidos. ² en un bucle de retroalimentación positiva, acelerado los niveles de nitrógeno a su vez que el sistema más hospitalario para las especies de plantas invasoras que están adaptadas a altos niveles de nitrógeno en comparación con especies nativas y vierten a nativos en un fenómeno conocido como “crisis de la invasión.” Se ha propuesto una relación de fusión de invasión para especies invasoras lombriz Lumbricus terrestris (lombriz de tierra Europea) y una especie de planta invasora Rhamnus cathartica (espino cerval europeo). ³

Principles

Una solución se prepara por extracción de capsaicina de mostaza picante y luego vierte directamente sobre el suelo dentro de un cuadrado de muestreo sobre el terreno a la muestra de cada punto de recogida. Sitios de recolección están determinados con el fin de comparar tres muestras al azar de un área que ha sido invadido por espino cerval europeo a tres muestras al azar de un área. Una vez vertido directamente sobre el suelo, la solución de mostaza puede penetrar hacia abajo a través de la matriz del suelo a donde viven las lombrices de tierra. La capsaicina en la mostaza causa irritación a las membranas mucosas. Cuerpos de lombriz expuestos a la solución de mostaza reaccionan a la irritación de capsaicina por alejarse de la solución de mostaza y llegando a la superficie del suelo para exponerse al oxígeno, reduciendo así la irritación. Después de la emergencia, las lombrices de tierra pueden ser recogidos y densidad de la población analizada para las relaciones con el espino cerval europeo. La población en el medio de cada punto de recogida se compara con un gráfico de barras para determinar si las áreas con otras especies invasoras tienen más lombrices de tierra, de tal modo apoyando la presencia de crisis de la invasión. Prueba T de Student se utiliza para determinar si los dos sitios difieren significativamente suficiente para respaldar la hipótesis de invasional meltdown propuesta entre lombriz de tierra Europea y espino cerval europeo.

Procedure

1. preparación de la solución del concentrado de mostaza

Encender balanza ponga un barco pesa en la parte superior y cero la balanza.
Pesar 38,1 g de suelo mostaza oriental en barco de pesar y transferir a un recipiente de plástico con tapa.
Medir 100 mL de agua en una probeta graduada y agregar al contenedor plástico con mostaza.
Asegure la tapa en el envase y agite vigorosamente hasta que la mostaza todo se mezcla desde el fondo del envase plástico y disuelto en el agua del grifo.
Deje que la solución repose durante 24 h para la extracción de capsaicina máximo de mostaza.
Llenar dos portadores del 8 L agua hasta la mitad con agua del grifo (aproximadamente 4 litros de agua en cada portador).
Concentrado de mostaza agitar varias veces para mezclar y luego transferencia mostaza concentrado solución al portador de agua.
Transferir una pequeña cantidad de la solución del portador de agua dentro del recipiente de concentrado y agite vigorosamente. Vierta en el portador de agua transferir todo concentrado en la solución diluida.
Sello de la tapa del portador de agua, garantizar la tapa válvula está en “posición OFF” e invertir portador de agua tres veces para mezclar homogéneamente.

2. extracción de las lombrices de tierra

Tres tazas de la muestra para cada sitio de colección de la etiqueta.
Continuar al sitio de muestreo con un cuadrado, como tazas de muestreo con las tapas y acueducto con solución diluida de mostaza.
En el sitio de muestreo, limpiar el cepillo, hojas o tanto como sea posible para exponer claramente el suelo acolchado.
Quadrat de lugar aleatoriamente sobre el terreno en un lugar despejado.
Invertir un portador de agua tres veces más a mezclar.
Gire la válvula de tapón de agua carrier a la posición “ON” y vierta aproximadamente un tercio (1,3 L) de la solución de mostaza diluida en el quadrat, concentrándose en el centro de la zona de quadrat. Si el suelo se satura y piscinas de solución, dejar de verter y esperar a que solución combinada se infiltra en suelo antes de continuar verter.
Observar el área del cuadrado cerca de apariencia de lombriz durante cinco minutos, incluyendo el área directamente debajo de lados del cuadrado.
Utilice pinzas para recoger todos los gusanos que aparecen en el área de cuadrado esperando gusanos salir completamente de tierra antes de transferir a la primera Copa de muestra. Después de cinco minutos la taza de muestra de la tapa y proceder al siguiente sitio de muestreo.
Repita los pasos de colección para todos los sitios de muestreo, con tres repeticiones por sitio de colección (6 repeticiones en total)

3. Comparar la densidad de población de lombrices de tierra entre los sitios de colección

Contar el número de lombrices de tierra para cada muestra y calcular la media y la desviación estándar para cada sitio de la colección.
Para comparar densidades de lombriz entre sitios de recolección, crear un gráfico de barras de los medios y utilizar las desviaciones estándar para crear barras de error en el gráfico.

El monitoreo de las poblaciones de lombrices de tierra es vital para los científicos del medio ambiente, como las lombrices de tierra exóticas invasoras pueden encontrarse en casi cualquier ecosistema en el planeta. Invasión ecológica típicamente disminuye la biodiversidad de un ecosistema por equivocación directamente, en peligro o contribuyendo a la extirpación o extinción local de especies nativas.

La especie Lumbricus terrestris de lombriz Europea, que también se llama nightcrawler, es muy común en América del norte, pero no es nativa. Como resultado, mucho ha extirpado especie de lombriz nativa. Lumbricus terrestris altera el ciclo de nutrientes por descomposición de materia orgánica en las capas superiores del suelo, donde planta mina raíces por nutrientes, cambiando así la estructura de la capa de suelo. Además, la capa de residuos orgánicos, que contiene gran parte del descomposición material que proporciona nutrientes, está totalmente perdida.

Estos gusanos invasores también aumentan la concentración de nitrógeno en los suelos invadidos. En vuelta, las capas de suelo cambiante y altos niveles de nitrógeno el suelo más hospitalario a especies de plantas invasoras, como el espino cerval europeo, que están más adaptadas a altos niveles de nitrógeno en comparación con especies nativas. Este fenómeno se conoce como “invasional meltdown”.

El invasional meltdown resultando de la invasión de la lombriz de tierra Europea y plantas exóticas como el espino cerval europeo es de principal preocupación porque está disminuyendo dramáticamente la diversidad de vida vegetal de bosque en América del norte.

Este video demostrará a la supervisión de las lombrices de tierra europeas en diversas áreas del parque con el fin de evaluar su vulnerabilidad para invasión de espino cerval.

Para determinar las poblaciones de lombrices de tierra en áreas invadidas, gusanos son extraídos directamente del suelo con una solución de capsaicina.

En este experimento, la capsaicina es extraída de mostaza picante y vierte directamente sobre el suelo en un área definida por el tamaño de la Plaza, o quadrat. Entonces penetra a través de la matriz del suelo a donde viven las lombrices de tierra.

La solución de capsaicina causa irritación a las membranas mucosas en la lombriz de tierra. Las lombrices de tierra reaccionan a la irritación hacia la superficie del suelo para escapar de la solución de capsaicina. Después de la emergencia, las lombrices de tierra se recogen y la densidad de población analizados.

El siguiente experimento demostrará la extracción de las lombrices de tierra y su análisis de la población.

En primer lugar, preparar la capsaicina solución por lo menos 24 h de antelación peso 38 g de mostaza caliente oriental de la tierra y transferir a un recipiente de plástico con un casquillo. Añadir 100 mL de agua del grifo a la mostaza con envase de plástico. Asegure la tapa en el envase y agite vigorosamente hasta que todos los de la mostaza se disuelve en el agua.

Deje la solución reposar por 24 h para la extracción de capsaicina máxima de la mostaza. Cuando finalice la extracción de capsaicina, diluir la solución de mostaza con 4 L de agua en un portador de 8 L de agua. Agite la solución de mostaza varias veces para mezclar y transferir en el portador de agua. Enjuague cualquier mostaza residual usando la solución diluida.

Sello de la tapa del portador de agua y asegúrese de que la válvula esté en la posición “OFF”. Invierta el portador de agua tres veces para mezclar homogéneamente. Prepare un envase de solución de capsaicina para cada sitio de prueba.

Continúe en el sitio de muestreo con un cuadrado y el portador de agua que contiene solución de mostaza diluida. También traen tres tazas de toma de muestras por sitio. Debe etiquetarse apropiadamente para tres repeticiones por sitio de muestreo.

Lugar el quadrat aleatoriamente sobre el terreno en un lugar despejado. Limpiar el cepillo, hojas y mantillo tanto como sea posible para exponer claramente el suelo. Mezclar la solución diluida otra vez y luego cambiar la válvula de la tapa a la posición ON.

Vierta aproximadamente una tercera parte de la solución de mostaza diluida en el quadrat, concentrando la mayor parte del líquido en el centro de la zona de quadrat. Si el suelo se satura y piscinas, deje de verter y espere hasta que la solución combinada infiltra en el suelo antes de continuar.

Observar el área del cuadrado cerca de 5 minutos, buscando la apariencia de lombriz de tierra. Asegúrese de buscar directamente debajo de los lados del cuadrado.

Espere a que todas las lombrices que emergen del suelo dentro del área del cuadrado y luego los recogen con pinzas. Después de 5 minutos, cerrar la Copa de muestra y proceder al siguiente sitio de muestreo.

Repita los pasos de colección para todos los sitios de muestreo. Volver a cada sitio y realizar 3 repeticiones por sitio. Contar el número de lombrices de tierra para cada muestra y luego calcular la media y la desviación estándar para cada sitio de la colección.

Crear un gráfico de barras para comparar las densidades de población de lombriz promedio entre sitios de recolección. Utilizar la desviación estándar para crear las barras de error. Uno es un parque administrado y por lo tanto es más hospitalario a las poblaciones de lombrices de tierra debido a los disturbios como la aireación y fertilizantes. Dos no está administrado y por lo tanto es menos hospitalario a las poblaciones de lombrices de tierra.

Las lombrices de tierra exóticas y espino cerval Europeo han sido implicados como parte de un “invasional meltdown” ocurriendo, especialmente en el medio oeste estadounidense. Seguimiento de las poblaciones de lombrices de tierra puede ayudar a aclarar las relaciones entre las dos especies de invasional y permiten a los investigadores a desarrollar métodos para prevenir la propagación adicional.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la extracción y análisis de poblaciones de lombrices de tierra. Ahora debe comprender los principios de la extracción de lombrices de tierra y la comparación entre sitios de muestreo. ¡Gracias por ver!

Results

Sitio 1 de muestreo fue un parque gestionado, que ve alteraciones significativas tales como aireación y fertilizantes. Sitio de muestreo 2 era una zona no administrada, que no ve interferencias humanas. Como se muestra en la figura 1, Página 1 tiene una mayor densidad de las poblaciones de lombrices de tierra, probablemente debido a la mayor hospitalidad debido a los disturbios humanos. Sin embargo, sitio 1 tiene mayor variabilidad de muestreo, indicando que la población de lombrices de tierra puede no ser tan consistentemente densa como lo indica la media.

Figura 1. Gráfico de barras mostrando la población los resultados de cada punto de recogida.

Applications and Summary

Las especies invasoras son una grave amenaza a la biodiversidad. Las lombrices de tierra exóticas (por ejemplo: Lumbricus terrestris) y europeo espino cerval (Rhamnus cathartica) han sido implicados como parte de un “invasional meltdown” que ocurre en las comunidades de Estados Unidos boscosa centro-occidentales. Un invasional meltdown es el proceso donde una invasión de una especie facilita la invasión de los demás. Así, la tasa de pérdida de salud ecológica puede aceleran como una especie invasiva hace camino para otras. No deseados de las poblaciones de Rhamnus representan actualmente más del 90% de cobertura vegetal en Illinois, el papel de las poblaciones de Lumbricus en gestión del paisaje se ha convertido en crítico para comprender y predecir Rhamnus invasión en suelo manejado. Perturbación del paisaje tiende a facilitar la invasión de Lumbricus y muestreo para poblaciones de Lumbricus puede ser un indicador de vulnerabilidad de las zonas terrestres a la probable invasión. Comparando muestras de poblaciones de Lumbricus puede ayudar el manejo de la tierra para saber donde se necesitan métodos más intensivos para mantener la diversidad vegetal deseado y evitar invasión de 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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