Method Article

Количественная оценка кортиколовых артроподов с использованием липких ловушек

DOI:

10.3791/60320

⸱

January 19th, 2020

 ,  , 
1Cooperative Wildlife Research Laboratory, Center for Ecology, Department of Zoology, Southern Illinois University, 2Montana Cooperative Research Unit, University of Montana

* These authors contributed equally

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы описываем полуколичественный подход измерения характеристик кортиколосты (коры-жилища) членистоногих общин. Мы разместили коммерчески изготовленные липкие ловушки на древесных болах, чтобы оценить изобилие, общую длину (суррогат к биомассе), богатство и разнообразие Шеннона для сравнения видов деревьев.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Наземные членистоногие играют важную роль в нашей среде. Количественная количественная членистоногие таким образом, что позволяет точно индексировать или оценку плотности требует метод с высокой вероятностью обнаружения и последовательной области отбора проб. Мы использовали изготовленные липкие ловушки для сравнения изобилия, общей длины (суррогат для биомассы), богатство, и Шеннон разнообразие кортиколовых членистоногих среди болев 5 видов деревьев. Эффективность этого метода была адекватной для обнаружения вариаций в кортиколовых членистоногих среди видов деревьев и обеспечить стандартную ошибку среднего значения, которое составляло 20% от среднего значения для всех оценок с размерами выборки от 7 до 15 отдельных деревьев каждого вида. Наши результаты показывают, даже с этими умеренными размерами выборки, уровень точности членистоногих метрик сообщества, производимых с помощью этого подхода является достаточным для решения большинства экологических вопросов, касающихся временных и пространственных изменений в кортиколовых членистоногих. Результаты этого метода отличаются от других количественных подходов, таких как химический нокдаун, визуальный осмотр и воронки ловушки в том, что они обеспечивают указание кортиколевой членистоногих деятельности в течение относительно долгосрочной перспективе, лучше в том числе временный боли жители, летающие членистоногие, которые временно приземляются на дерево Bole и ползают членистоногих, которые используют дерево Bole в качестве маршрута путешествия от земли до более высокой лесной листвы. Кроме того, мы считаем, что коммерчески изготовленные липкие ловушки обеспечивают более точные оценки и логистически проще, чем описанный ранее метод прямого применения липкого материала к коре деревьев или применения липкого материала к ленте или другим тип поддержки и применения, что к коре дерева.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Наземные членистоногие играют важную роль в нашей среде. В дополнение к тому, научного интереса в их собственном праве, членистоногие могут быть как вредными, так и полезными для других трофических уровней (т.е. культур, садоводческих растений, местной растительности, а также пищи для инсектикативных организмов1,2,3,4). Таким образом, понимание факторов, влияющих на развитие членистоногих сообщества и изобилие имеет решающее значение для фермеров5, вредителей менеджеров6, лесники4, завод биологов7, энтомологов8, и дикой природы и сохранения экологов, которые изучают динамику сообщества и управлять насекомоядных организмов9. Сообщества артроподов различаются по составу и численности как временного, так и пространственно по целому ряду экологических ландшафтов, включая растительные сообщества, виды растений и различные регионы отдельных растений. Например, исследования показали значительные различия в членистоногих метрик сообщества между корнями, боле и стеблями, и листвы, в пределах одного и того же дерева10,11. Эти выводы не удивительно, учитывая, что различные части одного и того же растения, например, листья по сравнению с корой дерева, обеспечивают различные ресурсы, для которых членистоногие приспособились к эксплуатации. Таким образом, каждая часть растения может поддерживать различные членистоногих сообщества. Поскольку листвы жилых членистоногих может иметь такое большое социально-экономическое и экологическое воздействие, значительные усилия были затрачены на измерение метрик сообщества с использованием как качественных, так и количественных подходов12. Кроме того, гораздо меньше усилий было затрачено на разработку подходов к количественной оценке кортиколозных (коры-жилищ) членистоногих сообществ.

Как и общины членистоногих, обитаевные листвы, кортиколостые членистоногие сообщества могут быть важны как с социально-экономической, так и с экологической точки зрения. Некоторые лесные заболевания, которые вызваны или облегчаются кортиколонных членистоногих может быть пагубным для экономически жизнеспособной древесины урожая4. Кроме того, кортиколосты членистоногие могут быть важным компонентом пищевой цепи в лесных общинах13,14. Например, лесные жилища членистоногих являются основным источником пищи для многих насекомоядных коры почерпнув песни птиц15,16. Таким образом, понимание факторов, влияющих на сообщества кортиколовых членистоногих, представляет интерес для лесников и как основных, так и прикладных экологов.

Понимание факторов, влияющих на состав членистоногих сообщества и изобилие часто требует захвата лиц. Методы захвата, как правило, могут быть классифицированы в качественные методы, которые только обнаружить наличие видов для оценки видов диапазона, богатство, и разнообразие17, или полуколичественных и количественных методов, которые позволяют индекс или оценку изобилия и плотности лиц в таксономической группы18,19. Полуколичественные и количественные методы позволяют исследователям оценить или, по крайней мере, последовательно изобрать заданную область выборки и оценить вероятность обнаружения или предположить вероятность обнаружения ненаправленной и адекватной, чтобы не затмить способность исследователя обнаруживать пространственные или временные колебания в изобилии. Полуколичественные и количественные методы количественной оценки кортиколонных членистоногих включают всасывание или вакуумную выборку определенной области20,21,22,систематический подсчет видимых членистоногих18,23, липкие ловушки24, различные воронки или горшок типа ловушки8,25, и вход или возникающие отверстия26,27.

Ряд пространственных и временных факторов, как полагают, приведет к изменению в кортиколовых членистоногих общин11,14,28,29. Например, текстура коры дерева, как полагают, влияет на общинную структуру дерево-жилища членистоногих14. Из-за более разнообразной площади поверхности стволов деревьев с более борозды коры, деревья с более борозды коры, как полагают, поддерживают большее разнообразие и обилие членистоногих14.

В этой статье мы сообщаем о новом полуколичественном подходе к перечислению кортиколовых членистоногих, которые могут быть использованы для описания и тестирования гипотез относительно вариаций в кортиколовых членистоногих сообществах во времени и пространстве с адекватной точностью для выявления различий между видами деревьев. Используя липкие ловушки, прикрепленные к стволам деревьев, мы сравнили изобилие, общая длина (суррогат для массы тела), богатство, и разнообразие членистоногих сообщества на боле белого дуба (Кверк альба), свинья гикори (Carya glabra), сахарный клен (Acer saccharum), Американский бук (Fagus grandifolia), и тюльпан ный поплар (Liriodendron tulipifera) деревья, которые меняются в корыре.

Это исследование было проведено в Озарк и Шони Хиллз экологических разделов Шони Национальный лес (SNF) в юго-западной части штата Иллинойс. В июле 2015 года мы определили 18 (9 доминируют дуб / гикори и 9 доминируют бук / клен) сайтов с USFS стенд крышка карта для SNF (allveg2008.shp) в ArcGIS 10.1.1. В ксрикических участках доминирующими видами были свинарные гикори и белый дуб, а в мезичных участках доминирующими видами были американский бук, сахарный клен и тополь тюльпанов. Для сравнения Bole членистоногих сообщества среди видов деревьев, на каждом сайте сбора данных, мы определили три из пяти (белый дуб, поросенок гикори, сахарный клен, американский бук и тюльпан тополя) фокусных деревьев ,gt;17 см диаметром на высоте груди (d.b.h.) ближе к центру 10 м радиального круга. Если присутствовало менее трех подходящих деревьев, круг был расширен и выбрано ближайшее дерево, соответствующее критериям. Для каждого выбранного дерева мы установили четыре липкие ловушки на высоте груди, по одной обращенной в каждом кардинальном направлении: на север, юг, восток и запад.

Мы собрали членистоногие данные из бол54 отдельных деревьев (12 поросенок hickories, 15 белых дубов, 8 американских буков, 12 сахарных кленов, и 7 тополей тюльпанов) среди 18 сайтов. Мы сгруппировали членистоногих по упрощенной классификации гильдии по диагностическим морфологическим характеристикам, свидетельствующим о тесно связанных заказов из текущих филогенетических записей, аналогичных "оперативным таксономическим единицам"30,31 (Приложение A). Основываясь на этой классификации, мы захватили представителей 26 гильдий в наших ловушках, каждый из которых был на месте в течение 9 дней(Приложение A). Поскольку наше исследование было сосредоточено на трофических взаимодействиях между видами деревьев, коркослойными членистоногими и короедами, мы удалили всех членистоногих меньше, чем 3 мм, от анализа, потому что их значение в качестве пищевого ресурса минимально для коры- птиц. Мы использовали смешанную модель, которая включала либо членистоногих длины (суррогатная массы тела), изобилие, Шеннон разнообразия и, богатство в качестве зависимой переменной, видов деревьев и усилий (доля дерева покрыты ловушки) в качестве фиксированных переменных, и сайт в качестве случайной переменной. Поскольку все ловушки из одного дерева были объединены в один образец, отдельные деревья не были включены в качестве случайной переменной.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Размещение ловушки на дереве

  1. Измерьте диаметр дерева на высоте груди. На высоте груди в каждом кардинальном направлении, для области размером с предварительно изготовленные липкие ловушки (клей борту), использовать кору бритву, чтобы удалить кору, пока площадь размером с липкую ловушку является достаточно гладкой, чтобы скопина липкая ловушка на дерево, так что нет места для членистоногих, чтобы ползти под ловушку. Пометьте заднюю часть ловушки с помощью темного цвета постоянного маркера с датой, номером ловушки, местоположением и другой соответствующей информацией.
    1. Чтобы поймать членистоногих, либо (а) захвата как летающих и ползущих членистоногих, открывая и удаляя стороны и крышку липкой ловушки, разрезая картон вдоль края липкого материала, (б) или исключить летающих членистоногих от посадки непосредственно на ловушку , открыв ловушку, как указано на поле.
  2. Поместите одну ловушку на каждом ранее побритое место, так что отверстия ориентированы вертикально (одно открытие вверх, другое открытие вниз), чтобы максимизировать захват членистоногих ползать вверх и вниз по дереву бол. Для ловушек с вершинами удалены, чтобы захватить как полет и ползать членистоногих, ориентировать ловушки так в конце, который был открытие до удаления картонной крышки ориентирована вертикально, для поддержания захвата последовательности.
  3. Скобы ловушки к дереву, поместив один штапель на каждом углу и один штапель в центре нижней и центральной верхней части ловушки. Начните скрепиться в правом нижнем углу, затем в нижнем центре, в правом верхнем углу, в правом верхнем центре, в правом нижнем углу и, наконец, в левом верхнем углу. Будьте осторожны, чтобы обеспечить все дно и верхнюю часть ловушки заподлицо против дерева, чтобы свести к минимуму членистоногих ползать под ловушкой.
  4. Оставьте ловушки на месте для нужного количества времени. Будьте уверены, что все ловушки остаются на месте одинаковое количество времени.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В районах, где членистоногие чрезвычайно обильны, например, во время вспышек моли, ловушки могут стать насыщенными в течение часа или дней. В этих условиях ловушки необходимо будет регулярно заменять до насыщения, чтобы поддерживать постоянную вероятность захвата.

2. Удаление ловушки с дерева

  1. После желаемого количества времени захвата, покрыть всю ловушку, за исключением скобы, с полимерной целлюлозной пленкой (например, целлофан).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Размещение пленки на ловушки до удаления снизит вероятность нарушения захваченных членистоногих.
  2. Удалите каждую ловушку, взяв большую плоскую отвертку и любение каждого скобы частично от дерева, адекватной для облегчения захвата скобы с помощью плоскогубцы нос иглы. Возьмите большие плоскогубцы носа иглы или аналогичный инструмент захвата и вытащить скобы из дерева.
  3. Поместите ловушки в жесткую коробку какого-либо типа для транспортировки в лабораторию для анализа. Если ловушки должны храниться более 12 ч, храните ловушки в морозильной камере, чтобы сохранить содержимое.

3. Лабораторный анализ

  1. Используя рассекающий область, изучите содержание ловушки, фиксирующей количество физических лиц до желаемого таксономического уровня.
  2. Используйте отсортированные членистоногие для оценки богатства (общее количество таксономических групп), индексов разнообразия или изобилия (общее членистоногие). Если предполагаемая биомасса является желаемым результатом, измерьте длину и ширину членистоногих до ближайшего мм и используйте опубликованную длину/ширину, регрессии биомассы для оценки биомассы32,33,34.
  3. Вычтите общую ширину 4 ловушки от диаметра на высоте груди для каждого дерева, чтобы оценить усилия захвата (доля дерева, покрытого ловушками) для каждого дерева.
  4. Поскольку образцы из нескольких ловушек на одном и том же дереве не являются независимыми, либо образцы сумм из одного и того же дерева или включают отдельное дерево в качестве случайной переменной во всем анализе, чтобы избежать псевдорепликации.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Основываясь на смешанных результатов модели, модель, которая включала виды деревьев лучше всего объяснить различия в общей длине членистоногих, изобилие и разнообразие, ни один из независимых переменных объяснил существенные различия в богатстве, хотя модели, которые включали дерево видов захвата усилия были конкурентоспособными с нулевой модели (Таблица 1). Кроме того, доля дерева в ловушке, как представляется, не влияет на изобилие, общая длина, и Шеннон разнообразия, т...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Хотя альтернативные методы, такие как всасывание или подметание сетей были использованы, Большинство ранее опубликованных попыток количественной членистоногих на дереве болех использовали некоторые версии либо количественно членистоногих путем визуального осмотра деревьев болев в поле, используя химические пестициды, чтобы убить членистоногих в указанной области, то количественно восстановленных членистоногих, или размещение воронки ловушки или липкое вещество непосредственно на дерево13

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы хотели бы поблагодарить Министерство сельского хозяйства США Лесной службы для финансирования этого проекта через USFS Соглашения 13-CS-11090800-022. Поддержку ЭКЗ оказал NSF-DBI-1263050. ЭКЗ оказала содействие в разработке концепции исследований, собрала все полевые данные, провела лабораторный анализ и подготовила оригинал рукописи. MWE оказывала помощь в разработке концепции исследований и разработке исследований, оказывала помощь в руководстве сбором данных на местах и лабораторном анализе и активно редактировала рукопись. KPS оказывала помощь в разработке исследований, руководила полевыми и лабораторными работами, помогала в анализе данных и рассматривала рукопись.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Бритва для коры с прямым вытягиванием, 8 дюймовTimber TuffTMB-08DS
PRO SERIES Мышь и мышь Клеевые доски от насекомыхCatchmaster#60m
СтеплерStanleyTR45D

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Vitousek, P. M., D'Antonio, C. M., Loope, L. L., Westbrooks, R. Biological invasions as global environmental change. American Scientist. 84, 468-478 (1996).
  2. Pimentel, D., Lach, L., Zuniga, R., Morrison, D. Environmental and Economic Costs of Nonindigenous Species in the United States. BioScience. 50 (1), 53-65 (2000).
  3. Boyd, I. L., Freer-Smith, P. H., Gilligan, C. A., Godfray, H. C. J. The consequence of tree pests and diseases for ecosystem services. Science. 342, 1235773(2013).
  4. Mercader, R. J., McCullough, D. G., Bedford, J. M. A comparison of girdled ash detection trees and baited artificial traps for Agrilus planipennis (Coleoptera: Buprestidae) detection. Environmental Entomology. 42, 1027-1039 (2013).
  5. Childers, C. C., Ueckermann, E. A. Non-phytoseiid Mesostigmata within citrus orchards in Florida: species distribution, relative and seasonal abundance within trees, associated vines and ground cover plants and additional collection records of mites in citrus orchards. Experimental and Applied Acarology. 65, 331-357 (2015).
  6. Miller, J. D., Lindsay, B. E. Influences on individual initiative to use gypsy moth control in New Hampshire, USA. Environmental Management. 17, 765-772 (1993).
  7. Eisenhauer, N., et al. Soil arthropods beneficially rather than detrimentally impact plant performance in experimental grassland systems of different diversity. Soil Biology & Biochemistry. 42, 1418-1424 (2010).
  8. Moeed, A., Meads, M. J. Invertebrate fauna for four tree species in Orongorongo Valley, New Zealand, as revealed by trunk traps. New Zealand Journal of Ecology. 6, 39-53 (1983).
  9. Sierzega, K., Eichholz, M. W. Understanding the potential biological impacts of modifying disturbance regimes in deciduous forests. Oecologia. 189, 267-277 (2019).
  10. Fritz, Ö Vertical distribution of epiphytic bryophytes and lichens emphasizes the importance of old beeches in conservation. Biodiversity and Conservation. 18, 289-304 (2009).
  11. Ulyshen, M. D. Arthropod vertical stratification in temperate deciduous forests: Implications for conservation-oriented management. Forest Ecology and Management. 261, 1479-1489 (2011).
  12. Swart, R. C., Pryke, J. S., Roets, F. Optimising the sampling of foliage arthropods from scrubland vegetation for biodiversity studies. African Entomology. 25 (1), 164-174 (2017).
  13. Andre, H. M. Associations between corticolous microarthropod communities and epiphytic cover on bark. Holarctic Ecology. 8, 113-119 (1985).
  14. Nicolai, V. The bark of trees: thermal properties, microclimate and fauna. Oecologia. 69, 148-160 (1986).
  15. Beal, F. E. L. Food of the woodpeckers of the United States (No. 37). U.S. Department of Agriculture, Biological Survey. , Washington, D.C. (1911).
  16. Williams, J. B., Batzli, G. O. Winter Diet of a Bark-Foraging Guild of Birds. The Wilson Bulletin. 91, 126-131 (1979).
  17. Allison, J. D., Richard, A. R. The Impact of Trap Type and Design Features on Survey and Detection of Bark and Woodboring Beetles and Their Associates: A Review and Meta-Analysis. Annual Review of Entomology. 62, 127-146 (2017).
  18. Hooper, R. G. Arthropod biomass in winter and the age of longleaf pines. Forest Ecology and Management. 82, 115-131 (1996).
  19. Proctor, H. C., et al. Are tree trunks habitats or highways? A comparison of oribatid miteassemblages from hoop-pine bark and litter. Australian Journal of Entomology. 41, 294-299 (2002).
  20. Dietrick, E. J. An improved backpack motor fan for suction sampling of insect populations. Journal of Economic Entomology. 54, 394-395 (1961).
  21. Stewart, A. J. A., Wright, A. F. A new inexpensive suction apparatus for sampling arthropods in grasslands. Ecological Entomology. 20, 98-102 (1995).
  22. Jäntti, A., et al. Prey depletion by the foraging of the Eurasian treecreeper, Certhia familiaris, on tree-trunk arthropods. Oecologia. 128, 488-491 (2001).
  23. Prinzing, A. J. Use of Shifting Microclimatic Mosaics by Arthropods on Exposed Tree Trunks. Annals - Entomological Society of America. 94, 210-218 (2001).
  24. Hébert, C., St-Antoine, L. Oviposition trap to sample eggs of Operophtera bruceata (Lepidoptera: Geometridae) and other wingless geometrid species. Canadian Entomologist. 131 (4), 557-566 (1999).
  25. Hanula, J. L., New, K. C. P. A trap for capturing arthropods crawling up tree boles. Res. Note SRS-3, USDA Forest Service, Southern Research Station. , Asheville, NC. (1996).
  26. Lozano, C., Kidd, N. A. C., Jervis, M. A., Campos, M. Effects of parasitoid spatial heterogeneity, sex ratio and mutual interference on the interaction between the olive bark beetle Phloeotribus scarahaeoides (Col., Scolytidae) and the pteromalid parasitoid Cheiropachus quadrum (Hym., Pteromalidae). Journal of Applied Entomology. 121 (9/10), 521-528 (1997).
  27. Kelsey, R. G., Gladwin, J. Attraction of Scolytus unispinosus bark beetles to ethanol in water-stressed Douglas-fir branches. Forest Ecology and Management. 144, 229-238 (2001).
  28. Walter, D. E. Hidden in plain site: Mites in the Canopy. Forest Canopies. Lowman, M., Rinker, H. B. , Elsevier Academic Press. Burlington, VT. 224-241 (2004).
  29. Pinzón, J., Spence, J. R. Bark-dwelling spider assemblages (Araneae) in the boreal forest: dominance, diversity, composition and life-histories. Journal of Insect Conservation. 14, 439-458 (2010).
  30. Futuyma, D. J., Gould, F. Associations of plants and insects in deciduous forest. Ecological Monographs. 49, 33-50 (1979).
  31. Marshall, S. Insects: their natural history and diversity: with a photographic guide to insects of eastern North America. , Firefly Books. (2006).
  32. Hódar, J. A. The use of regression equations for estimation of arthropod biomass in ecological studies. Acta Oecologia. 17, 421-433 (1996).
  33. Rogers, L. E., Hinds, W. T., Buschbom, R. A general weight vs. length relationship for insects. Annals - Entomological Society of America. 69, 387-389 (1976).
  34. Schoener, T. W. Length-weight regressions in tropical and temperate forest understory insects. Annals - Entomological Society of America. 73, 106-109 (1980).
  35. Hanula, J. L., Franzreb, K. Source, distribution and abundance of macroarthropods on the bark of longleaf pine: potential prey of the red-cockaded woodpecker. Forest Ecology and Management. 102, 89-102 (1998).
  36. Collins, C. S., Conner, R. N., Saenz, D. Influence of hardwood midstroy and pine species on pine bole arthropods. Forest Ecology and Management. 164, 211-220 (2002).
  37. Collins, C. W., Hood, C. E. Gypsy moth tree banding material: How to make, use, and apply it. Bulletin 899 of the United States Department of Agriculture. , Washington, D.C. (1920).
  38. King, R. S., Wrubleski, D. A. Spatial and diel availability of flying insects as potential duckling food in prairie wetlands. Wetlands. 18, 100-114 (1998).
  39. Atakan, E., Canhilal, R. Evaluation of Yellow Sticky Traps at Various Heights for Monitoring Cotton Insect Pests. Journal of Agricultural and Urban Entomology. 21, 15-24 (2004).
  40. Dial, R., Roughgarden, J. Experimental Removal of Insectivores from Rain Forest Canopy: Direct and Indirect Effects. Ecology. 76, 1821-1834 (1995).
  41. Speight, M. R. Sampling insects from trees: shoots, stems, and trunks. Insect sampling for forest ecosystems. Leather, S. R., Lawton, J. H., Likens, G. E. , Blackwell Publishing. Malden, MA. 77-115 (2005).
  42. Southwood, T. R. E., Henderson, P. A. Ecological methods. , John Wiley & Sons. Hoboken, NJ. (2009).
  43. Sierzega, K., Eichholz, M. W. Understanding the potential biological impacts of modifying disturbance regimes in deciduous forests. Oecologia. 189, 267-277 (2019).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Corticolous ArthropodsSticky TrapsTree Bole SamplingArthropod AbundanceArthropod BiomassArthropod DiversityArthropod RichnessTree Species ComparisonLaboratory AnalysisField Trapping

Related Articles