Summary
Wir beschreiben einen semi-quantitativen Ansatz zur Messung von Eigenschaften von korticolous (Rinden-Wohnung) Arthropoden-Gemeinschaften. Wir platzierten kommerziell hergestellte Klebrigenfallen auf Baumboles, um Überfluss, Gesamtlänge (ein Ersatz für Biomasse), Reichtum und Shannon-Vielfalt für den Vergleich zwischen Baumarten zu schätzen.
Abstract
Terrestrische Arthropoden spielen eine wichtige Rolle in unserer Umwelt. Die Quantifizierung von Arthropoden in einer Weise, die einen präzisen Index oder eine Schätzung der Dichte ermöglicht, erfordert eine Methode mit hoher Nachweiswahrscheinlichkeit und einem konsistenten Probenahmebereich. Wir verwendeten hergestellte klebrige Fallen, um Fülle, Gesamtlänge (ein Ersatz für Biomasse), Reichtum und Shannon Vielfalt von korticolous Arthropoden unter den Boles von 5 Baumarten zu vergleichen. Die Wirksamkeit dieser Methode war ausreichend, um Variationen bei Korticolousarthropoden bei Baumarten zu erkennen und einen Standardfehler des Mittelwerts von <20% des Mittelwerts für alle Schätzungen mit Stichprobengrößen von 7 bis 15 einzelbäumen jeder Art zu liefern. Unsere Ergebnisse zeigen, dass selbst bei diesen moderaten Stichprobengrößen der Präzision der mit diesem Ansatz erzeugten Arthropoden-Community-Metriken ausreichend ist, um die meisten ökologischen Fragen in Bezug auf zeitliche und räumliche Variationen in korticolous Arthropoden zu beantworten. Die Ergebnisse dieser Methode unterscheiden sich von anderen quantitativen Ansätzen wie chemischem Knockdown, visueller Inspektion und Trichterfallen dadurch, dass sie einen Hinweis auf eine relativ langfristige, bessere, bessere Bewohner, fliegende Arthropoden, die vorübergehend auf dem Baum bole landen und kriechende Arthropoden, die den Baum Bole als Reiseweg vom Boden zu höheren Waldlaub verwenden. Darüber hinaus sind wir der Meinung, dass kommerziell hergestellte Klebefallen genauere Schätzungen liefern und logistisch einfacher sind als die zuvor beschriebene Methode, ein klebriges Material direkt auf die Baumrinde aufzutragen oder ein klebriges Material auf Band oder andere Art der Unterlage und die Anwendung auf die Baumrinde.
Introduction
Terrestrische Arthropoden spielen eine wichtige Rolle in unserer Umwelt. Arthropoden können nicht nur von wissenschaftlichem Interesse sein, sondern auch schädlich und vorteilhaft für andere trophische Werte (d. h. Kulturen, Gartenbaupflanzen, einheimische Vegetation und Nahrung für insektenfressende Organismen1,2,3,4). So ist das Verständnis der Faktoren, die die Entwicklung und Fülle der Arthropoden beeinflussen, für Landwirte5, Schädlingsbekämpfungsmanager6, Förster4, Pflanzenbiologen7, Entomologen8, und Tier- und Naturschutzökologen, die die Dynamik der Gemeinschaft untersuchen und insektenfressende Organismen bewirtschaften9. Arthropodengemeinschaften variieren in der Artenzusammensetzung und Häufigkeit sowohl zeitlich als auch räumlich in einer Vielzahl von ökologischen Landschaften, einschließlich Pflanzengemeinschaften, Pflanzenarten, und in verschiedenen Regionen einzelner Pflanzen. Zum Beispiel haben Studien signifikante Unterschiede in den Metriken der Arthropodengemeinschaft zwischen den Wurzeln, Bole und Stielen und Laub innerhalb desselben einzelnen Baumes10,11gezeigt. Diese Ergebnisse sind nicht überraschend, wenn man bedenkt, dass verschiedene Teile der gleichen Pflanze, z.B. Blätter im Vergleich zu Rinden eines Baumes, unterschiedliche Ressourcen liefern, für die sich Arthropoden zur Ausbeutung angepasst haben. So kann jeder Teil der Pflanze eine andere Arthropoden-Gemeinschaft unterstützen. Da Laubbehausungsarthropoden so große sozioökonomische und ökologische Auswirkungen haben können, wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Gemeinschaftsmetriken sowohl mit qualitativen als auch mit quantitativen Ansätzen zu messen12. Alternativ wurden viel weniger Anstrengungen unternommen, um Ansätze zur Quantifizierung von korticolous (Rindenbehausten) Arthropodengemeinschaften zu entwickeln.
Wie laubbewohnende Arthropodengemeinschaften können corticolous Arthropodengemeinschaften sowohl aus sozioökonomischer als auch aus ökologischer Sicht wichtig sein. Einige Waldkrankheiten, die durch corticolous Arthropoden verursacht oder erleichtert werden, können der wirtschaftlich rentablen Holzernte schaden4. Darüber hinaus können Corticolous Arthropoden ein wichtiger Bestandteil der Nahrungskette in Waldgemeinschaften13,14sein. Zum Beispiel sind Waldbehausung Shropoden die primäre Nahrungsquelle für viele insektenfressende Rinden-Singvögel15,16. Daher ist das Verständnis der Faktoren, die Gemeinschaften von korticolous Arthropoden beeinflussen, von Interesse für Förster und sowohl grundlegende als auch angewandte Ökologen.
Das Verständnis von Faktoren, die die Zusammensetzung und Fülle der Arthropodengemeinschaft beeinflussen, erfordert oft die Erfassung von Individuen. Erfassungstechniken können im Allgemeinen in qualitative Techniken kategorisiert werden, die nur das Vorhandensein einer Art für Schätzungen des Artenreichtums, des Reichtums und der Vielfalt17oder semiquantitativer und quantitativer Techniken erkennen, die einen Index oder eine Schätzung der Häufigkeit und Dichte von Individuen innerhalb einer taxonomischen Gruppe18,19ermöglichen. Semiquantitative und quantitative Techniken ermöglichen es den Forschern, ein bestimmtes Probengebiet zu schätzen oder zumindest konsequent zu beproben und die Wahrscheinlichkeit der Detektion zu schätzen oder anzunehmen, dass die Nachweiswahrscheinlichkeit nicht gerichtet und angemessen ist, um die Fähigkeit des Forschers, räumliche oder zeitliche Variationen in Überfluss zu erkennen, nicht zu verschleiern. Semiquantitative und quantitative Techniken zur Quantifizierung von corticolous arthropoden umfassen Saug- oder Vakuumproben eines bestimmten Bereichs20,21,22, systematische Zählung von sichtbaren Arthropoden18,23, klebrige Fallen24, verschiedene Trichter- oder Topffallen8,25, und Eingangs- oder Emergentlöcher26,27.
Eine Reihe von räumlichen und zeitlichen Faktoren werden gedacht, um Variation in corticolous Arthropoden Gemeinschaftenführen 11,14,28,29. Zum Beispiel, Textur der Baumrinde wird gedacht, um die Gemeinschaftsstruktur der Baum-Wohnung Arthropodenbeeinflussen 14. Aufgrund der vielfältigeren Oberfläche der Stämme von Bäumen mit mehr gefurchen Rinde, Bäume mit mehr gefurchen Rinde werden gedacht, um eine größere Vielfalt und Fülle von Arthropoden14zu unterstützen.
Mit diesem Artikel berichten wir über einen neuen semiquantitativen Ansatz zur Aufzählung von corticolous Arthropoden, der verwendet werden könnte, um Hypothesen über Variationen in korticolous Arthropodengemeinschaften über Zeit und Raum hinweg mit ausreichender Präzision zu beschreiben und zu testen, um Unterschiede zwischen Baumarten zu erkennen. Mit klebrigen Fallen an den Stämmen der Bäume befestigt, verglichen wir die Fülle, Gesamtlänge (ein Ersatz für Körpermasse), Reichtum, und Vielfalt der Arthropoden-Gemeinschaft auf dem Bole der weißen Eiche (Quercus alba), Schweinenuss Hickory (Carya Glabra), Zuckerahorn (Acer saccharum), Amerikanische Buche (Fagus grandifolia), und Tulpenpappel (Liriodendron Tulpe)Bäume, die in der Textur variieren.
Diese Studie wurde in den ökologischen Abschnitten ozark und Shawnee Hills des Shawnee National Forest (SNF) im Südwesten Illinoiss durchgeführt. Im Juli 2015 identifizierten wir 18 (9 dominierte Eichen-/Hickory- und 9 von Buchen/Ahorn dominierte) Standorte mit der USFS-Standabdeckungskarte für die SNF (allveg2008.shp) in ArcGIS 10.1.1. In den xeric-Gebieten waren die vorherrschenden Arten Schweinenuss-Hickory und weiße Eiche und in mesischen Gebieten waren die dominierenden Arten amerikanische Buche, Zuckerahorn und Tulpenpappel. Um die Bole-Arthropoden-Gemeinschaft unter baumarten zu vergleichen, identifizierten wir an jeder Datenerfassungsstelle die drei der fünf (weiße Eiche, Schweinenuss-Hickory, Zuckerahorn, amerikanische Buche und Tulpenpappel) fokalen Artenbäume >17 cm Durchmesser in Brusthöhe (d.b.h.) am nächsten zur Mitte eines 10 m Radialkreises. Wenn weniger als drei geeignete Bäume vorhanden waren, wurde der Kreis erweitert und der nächstgelegene Baum, der den Kriterien entspricht, ausgewählt. Für jeden ausgewählten Baum haben wir vier klebrige Fallen in Brusthöhe installiert, eine in jeder Himmelsrichtung: Norden, Süden, Osten und Westen.
Unter den 18 Standorten sammelten wir Arthropodendaten aus den Boles von 54 einzelnen Bäumen (12 Schweinenuss-Hickories, 15 weiße Eichen, 8 amerikanische Buchen, 12 Zuckerahorne und 7 Tulpenpappeln). Wir gruppierten Arthropoden nach einer vereinfachten Gildenklassifikation nach diagnostischen morphologischen Merkmalen, die auf eng verwandte Aufträge aus aktuellen phylogenetischen Aufzeichnungen hindeuten, ähnlich denen von "operativen taxonomischen Einheiten"30,31 (Anhang A). Basierend auf dieser Klassifizierung haben wir Vertreter von 26 Gilden in unseren Fallen gefangen genommen, die jeweils 9 Tage lang an Ort und Stelle waren (Anhang A). Da sich unsere Studie auf tropische Wechselwirkungen zwischen Baumarten, Korticolousarthropoden und Rindenvögeln konzentrierte, entfernten wir alle Arthropoden kleiner als 3 mm aus der Analyse, da ihre Bedeutung als Nahrungsressource für Rindenvögel minimal ist. Wir verwendeten ein gemischtes Modell, das entweder Arthropodenlänge (Ersatz für Körpermasse), Fülle, Shannon-Vielfalt und, Reichtum als abhängige Variable, Baumarten und Aufwand (Anteil der mit Fallen bedeckten Baum) als feste Variablen und Standort als Zufallsvariable umfasste. Da alle Traps aus einem einzelnen Baum als eine Stichprobe kombiniert wurden, wurden einzelne Bäume nicht als Zufallsvariable einbezogen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Platzierung einer Falle auf dem Baum
- Messen Sie den Durchmesser eines Baumes in Brusthöhe. Verwenden Sie bei Brusthöhe in jeder Kardinalrichtung für einen Bereich von der Größe der vorgefertigten Klebefalle (Klebebrett), einen Rindenrasierer, um Rinde zu entfernen, bis ein Bereich der Größe für die klebrige Falle glatt genug ist, um die klebrige Falle auf den Baum zu heften, so dass kein Platz vorhanden ist für Arthropoden unter der Falle kriechen. Beschriften Sie die Rückseite der Falle mit einem dunkel farbigen permanenten Marker mit Datum, Trapnummer, Position und anderen relevanten Informationen.
- Um Arthropoden zu fangen, entweder (a) fangen sie sowohl fliegende als auch kriechende Arthropoden ein, indem Sie die Seiten und die Abdeckung der Klebrigen Falle öffnen und entfernen, indem Sie die Pappe entlang der Kante des klebrigen Materials schneiden, (b) oder fliegende Arthropoden von der Landung direkt auf der Falle ausschließen , indem Sie die Falle wie auf der Box gerichtet öffnen.
- Platzieren Sie eine Falle an jeder zuvor rasierten Stelle, so dass die Öffnungen vertikal ausgerichtet sind (eine Öffnung nach oben, die andere Öffnung nach unten), um die Erfassung von Arthropoden zu maximieren, die die Baumboles auf und ab kriechen. Für Fallen mit den Oben entfernt, um sowohl fliegende und kriechende Arthropoden zu erfassen, Orient-Fallen so das Ende, das die Öffnung vor dem Entfernen der Kartonabdeckung war vertikal ausgerichtet, um Die Fangkonsistenz zu halten.
- Heften Sie fallen an den Baum, indem Sie eine Heftklammer an jeder Ecke und eine Heftklammer in der Mitte unten und in der Mitte der Falle platzieren. Beginnen Sie mit dem Heften in der unteren rechten Ecke, dann in der unteren Mitte, in der oberen rechten Ecke, in der oberen rechten Mitte, in der unteren linken Ecke und schließlich in der oberen linken Ecke. Achten Sie darauf, dass der gesamte Boden und die Oberseite der Fallen bündig gegen den Baum sind, um Arthropoden zu minimieren, die unter die Falle kriechen.
- Lassen Sie Fallen für die gewünschte Zeit an Ort und Stelle. Seien Sie sicher, dass alle Fallen in der gleichen Zeit an Ort und Stelle gelassen werden.
HINWEIS: In Gebieten, in denen Arthropoden extrem häufig vorkommen, z. B. bei Mottenausbrüchen, können Fallen innerhalb von Stunden oder Tagen gesättigt werden. Unter diesen Umständen müssen Fallen regelmäßig ersetzt werden, bevor sie gesättigt werden, um eine konstante Erfassungswahrscheinlichkeit zu erhalten.
2. Entfernen der Falle aus dem Baum
- Nach der gewünschten Zeitfangmenge die gesamte Falle, mit Ausnahme der Heftklammern, mit polymerem Zellulosefilm (z.B. Zellophan) abdecken.
HINWEIS: Wenn Sie den Film vor der Entfernung auf die Fallen legen, verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass die eingeschlossenen Arthropoden gestört werden. - Entfernen Sie jede Falle, indem Sie einen großen flachen Schraubendreher nehmen und jede Klammer teilweise vom Baum hebeln, ausreichend, um das Greifen der Heftklammern mit Nadelnasenzange zu erleichtern. Nehmen Sie große Nadelnasenzange oder ein ähnliches Greifwerkzeug und ziehen Sie die Heftklammern vom Baum.
- Legen Sie die Fallen in eine starre Box irgendeiner Art für den Transport zu einem Labor zur Analyse. Wenn Fallen für mehr als 12 h gelagert werden sollen, lagern Sie Fallen in einem Gefrierschrank, um den Inhalt zu erhalten.
3. Laboranalyse
- Untersuchen Sie mithilfe eines sezierenden Bereichs den Inhalt einer Trap, der die Anzahl der Personen auf die gewünschte taxonomische Ebene aufzeichnet.
- Verwenden Sie sortierte Arthropoden, um den Reichtum (Gesamtanzahl der taxonomischen Gruppen), Diversitätsindizes oder Häufigkeit (Gesamtarthropoden) zu schätzen. Wenn geschätzte Biomasse ein gewünschtes Ergebnis ist, messen Sie Länge und Breite der Arthropoden auf den nächsten mm und verwenden Sie die veröffentlichte Länge/Breite, Biomasse-Regressionen, um Biomasse32,33,34zu schätzen.
- Subtrahieren Sie die Gesamtbreite der 4 Fallen vom Durchmesser in Brusthöhe für jeden Baum, um den Fangaufwand (Anteil der von den Fallen bedeckten Bäume) für jeden Baum zu schätzen.
- Da Stichproben aus mehreren Traps auf derselben Struktur nicht unabhängig sind, summieren Sie entweder Stichproben aus derselben Struktur oder beziehen einzelne Bäume als Zufallsvariable in alle Analysen ein, um Pseudoreplikation zu vermeiden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Basierend auf den gemischten Modellergebnissen erklärte das Modell, das Baumarten am besten definierte Variation enden datasiniert, die Gesamtlänge, Denfluß und die Vielfalt, keine der unabhängigen Variablen erklärte wesentliche Variationen in der Fülle, obwohl die Modelle, die Baumarten Trapping Bemühungen enthalten waren konkurrenzfähig mit dem Null-Modell (Tabelle 1). Darüber hinaus scheint ein Teil des gefangenen Baumes keinen Einfluss auf Fülle, Gesamtlänge und Shannon-Vielfalt zu haben, mit nur minimalem Einfluss auf den Reichtum (Tabelle 1). Der Standardfehler des Mittelwerts (SEM) für die Gesamtlänge des Arthropoden schwankte zwischen 4 % des Mittelwerts in der Tulpenpappel und 17 % in Zuckerahorn (Tabelle 2). Die Häufigkeit hatte ähnliche Unterschiede innerhalb der Arten, bei denen das SEM 7 % des Mittelwerts bei Tulpenpappel und 18 % bei Zuckerahorn betrug (Tabelle 2). Umgekehrt war die Variabilität des Artenhropodenreichtums und der Vielfalt innerhalb der Baumarten viel geringer, da sem von 4% des Mittelwerts für Schweinenuss-Hickory bis zu 9% des Mittelwerts in der amerikanischen Buche reichte, während die Diversität zwischen 4 % des Mittelwerts in der amerikanischen Buche und 7 % des Mittelwerts in der Tulpenpappel reichte.
| Abhängige Variable | Modell | K | Aic | AIC |
| Reichtum | Null | 2 | 210.56 | 0 |
| Baumarten | 7 | 211.69 | 1.13 | |
| Anstrengung | 3 | 211.93 | 1.37 | |
| Gesamtkörperlänge | Baumarten | 7 | 719.69 | 0 |
| Null | 2 | 727.00 | 7.31 | |
| Anstrengung | 3 | 728.96 | 9.27 | |
| Fülle | Baumarten | 7 | 495.55 | 0 |
| Null | 2 | 501.04 | 5.48 | |
| Anstrengung | 3 | 503.04 | 7.48 | |
| Vielfalt | Baumarten | 7 | 28.78 | 0 |
| Null | 2 | 37.31 | 8.52 | |
| Anstrengung | 3 | 38.72 | 9.93 |
Tabelle 1: Modellergebnisse. Ergebnisse einer gemischten Modellanalyse der Kovarianz (ANCOVA) mit corticolous Arthropodenreichtum, Gesamtkörperlänge, Häufigkeit oder Shannon-Vielfalt als abhängige Variable, Baumart und Anteil der baumbestandenen Baumarten (Aufwand) als unabhängige feste Variablen und einzelne Stelle als unabhängige Zufallsvariable. K = Anzahl der Modellparameter, AIC = geschätztes Akaik-Informationskriterium und "AIC " = die Differenz in AIC-Punkten bilden das Modell zum sparsamsten Modell.
| Baumarten | Reichtum | Gesamtlänge | Shannon-Vielfalt | Fülle | ||||||||
| X | Se | % der Bedeuten |
X | Se | % der Bedeuten |
X | Se | % der Bedeuten |
X | Se | % der Bedeuten |
|
| Zuckerahorn (N = 12) | 8.33 | 0.59 | 7% | 365.20 | 63.69 | 17% | 1.59 | 0.09 | 6% | 45.45 | 8.15 | 18% |
| Schweinenuss Hickory (N = 12) | 7.83 | 0.30 | 4% | 573.90 | 81.58 | 14% | 1.24 | 0.07 | 6% | 70.09 | 10.10 | 14% |
| Tulpenpappel (N = 7) | 8.75 | 0.49 | 6% | 195.35 | 7.09 | 4% | 1.73 | 0.12 | 7% | 25.67 | 1.87 | 7% |
| Amerikanischer Strand (N = 8) | 8.29 | 0.81 | 9% | 349.91 | 38.45 | 11% | 1.53 | 0.06 | 4% | 47.00 | 5.32 | 11% |
| Weiße Eiche (N = 15) | 9.07 | 0.42 | 4% | 407.38 | 40.16 | 10% | 1.64 | 0.09 | 5% | 50.57 | 5.26 | 10% |
Tabelle 2: Parameterschätzungen aus dem sparsamsten Modell in Tabelle 1. Der Mittelwert (X), SEM und prozentsatz der SEM für jede Community-Metrik von korticolous Arthropoden, die auf 5 Baumarten gefangen wurden, mit kommerziell hergestellten Klebrigen fallen im Shawnee National Forest im Süden Illinoiss.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Obwohl alternative Techniken wie Saug- oder Kehrnetze verwendet wurden, verwendeten die meisten zuvor veröffentlichten Versuche zur Quantifizierung von Arthropoden auf Baumboles eine Version der Quantifizierung von Arthropoden, indem sie Baumboles im Feld visuell inspizierten, chemische Pestizide einsetzten, um Arthropoden in einem bestimmten Gebiet abzutöten und dann die zurückgewonnenen Arthropoden zu quantifizieren, oder Trichterfallen oder eine klebrige Substanz direkt auf den Baum legten19,23,25, 36. Jeder dieser Ansätze hat Vorteile und Mängel.
Mit chemischem Knockdown wird ein Pestizid über einen vordefinierten Bereich gesprüht und Arthropoden dürfen beim Absterben auf ein Tropfentuch fallen, wo sie dann gesammelt und quantifiziert werden19. Alternativ befinden sich lebende Arthropoden mit visueller Lage im vordefinierten Bereich und werden von Hand für die spätere Quantifizierung23gesammelt. Beide Methoden sind im Verhältnis zu unserer Methode augenblicklich und liefern somit eine quantifizierbarere Schätzung der Fläche, die für die Schätzung der Dichte beprobt wird. Ein weiteres Attribut für den chemischen Knockdown sowie die visuelle Inspektion ist, da sie etwas augenblicklich ist, ist die Schätzung auf den Zeitpunkt beschränkt, zu dem die Erhebung durchgeführt wurde. Da es nur Arthropoden, die zum Zeitpunkt der Probenahme vorhanden sind, untersucht, liefert dieses Verfahren eine genaue Schätzung der Größe der beprobten Fläche, was eine Schätzung der Dichte erleichtert. Diese Ansätze ignorieren jedoch oft Variationen in der gebietsfremden Arthropodenpopulation, Arthropoden, die vorübergehend die Baumbolden bewohnen, wie fliegende Arthropoden oder Arthropoden, die die Oberfläche von Baumbolen als Reiserouten vom Boden zum höheren Waldlaub nutzen. Da viele der Arthropoden, die andere trophische Ebenen beeinflussen, Rinde für kurze Zeit als Teilzeit-Wohnort verwenden, werden fast sofortige Proben aus der visuellen Beobachtung und chemischen Knockdown-Methode wahrscheinlich nicht ausreichend den gesamten Anzug von Arthropoden darstellen, die Baumrinde als Substrat8,35,36verwenden.
Um die corticolous Arthropoden-Gemeinschaft, die über längere Zeiträume auftritt, besser darzustellen, wurden längerfristige Methoden wie Trichter und Klebrige Fallen entwickelt25,26,27,28,29,30,31,35,36. Trichterfallen werden an Baumbolen befestigt und sind so konzipiert, dass Sie Arthropoden in Konservierungsflaschen trichtern, daher sind sie insofern von Vorteil, als sie für längere Zeit (Wochen bis potenziell Monate) verwendet werden können, während die Arthropoden erhalten bleiben. Die Einschränkung dieser Fallen ist ihre begrenzte Fähigkeit, fliegende Arthropoden zu fangen, die auf den Baumboles landen. Alternativ können klebrige Fallen sowohl kriechende als auch fliegende Arthropoden erfassen.
Mit den originalen Klebrigen fallen, wurde ein klebriges Material direkt auf den Baum gelegt, um sowohl kriechende als auch fliegende Arthropoden über eine vorgegebene Zeit zu fangen37. Während dieser Ansatz sowohl beim Einfangen von Kriech- als auch bei fliegenden Arthropoden wirksam war, ist es schwierig, die exakt gleiche Menge an Material für jede Falle zu verteilen, so dass ein konsistenter Probenahmebereich beibehalten wird und gefangene Arthropoden im Feld unter oft weniger als idealen Wetterbedingungen identifiziert und quantifiziert werden müssen, was möglicherweise zu zusätzlichen Abweichungen in den Schätzungen aufgrund falscher Identifizierung oder Falschzählung führt. Eine Verbesserung wurde von Collins et al.36 angeboten, als sie das klebrige Material auf Band verteilten, dann, nachdem sie für eine vorher festgelegte Zeit gefangen wurden, das Band mit Zellophan bedeckten und das Band entfernten, so dass Arthropodenidentifikation und -quantifizierung später im Labor durchgeführt werden konnten, wo die Bedingungen für die Aktivität viel besser geeignet waren. Obwohl diese Methode eine Verbesserung gegenüber den zuvor beschriebenen Methoden darstellt, ist es immer noch chaotisch und immer noch schwierig, die gleiche Menge an klebrigem Material an jeder Falle konsequent zu verteilen. Als Verbesserung dieser Methode schlagen wir vor, kommerziell hergestellte Klebefallen zu verwenden, um diese beiden Mängel zu beheben.
Kommerziell hergestellte klebrige Fallen wurden verwendet, um fliegende Arthropoden über Wasser38, in verschiedenen Höhen der Gefäßvegetation39, und im Laub der Bäume40, aber nach unserem Wissen wurden nicht verwendet, um Arthropoden auf Baumrinde zu proben. Kommerziell hergestellte Klebefallen verbessern sich gegenüber bisher verwendeten Ansätzen dadurch, dass das klebrige Material im Werk an der Kartonunterlage befestigt wird und da sie kommerziell hergestellt werden, ist die Oberfläche des Materials sehr konsistent. Darüber hinaus können die Fallen auf den Bäumen platziert werden, wobei die Falle intakt ist, wodurch verhindert wird, dass fliegende Arthropoden direkt auf der Falle landen, wie es in unserer Studie geschehen ist, oder die Pappabdeckung entfernt werden könnte, so dass die Falle sowohl kriechende Arthropoden als auch fliegende Arthropoden fängt, die direkt auf der Falle landen. Darüber hinaus werden die Fallen leicht vom Baum entfernt, mit Zellophan bedeckt und ins Labor transportiert, wo sie in einem Gefrierschrank gelagert und zu einem späteren Zeitpunkt quantifiziert werden können. Die steife Kartonkonstruktion der Falle erleichtert auch die Betrachtung der Fallen im Labor unter einem Seziermikroskop, was eine genauere Identifizierung, Quantifizierung und Messung von Arthropoden ermöglicht und einen Teil des Erkennungsfehlers reduziert, der wahrscheinlich auftreten würde, wenn diese Aktivität im Feld durchgeführt wird. Schließlich kann klebriges Material auf Bäumen gesättigt werden, wodurch die Fähigkeit der Falle, Arthropoden zu erfassen, verringert wird41. Die von uns beschriebene Methode ermöglicht es Forschern, die klebrigen Fallen einfach zu ersetzen, um die Wirksamkeit aufrechtzuerhalten, was eine langfristige Überwachung einzelner Bäume ermöglicht.
Wie unsere Ergebnisse zeigen, scheint dieser Ansatz eine angemessene Präzision zu bieten, um die meisten ökologischen oder ökologischen Fragen in Bezug auf Variationen in korticolous Arthropodengemeinschaften anzugehen. Der Nachweis von Arthropoden aus klebrigen Fallen, die zur Quantifizierung von Corticolous-Arthropoden mit dieser Methode verwendet wurden, war ausreichend präzise, um ein SEM bereitzustellen, das <20% des Mittelwerts für alle in dieser Studie verwendeten Community-Metriken war. Diese Präzision wurde mit einer vernünftigen Stichprobengröße von nur 7 bis 15 Einzelbäumen erreicht. Mit diesem Maß an Präzision und moderaten Stichprobengrößen haben wir Unterschiede in der Gesamtlänge (ein Ersatz für Biomasse), der Gesamtfülle, dem Gesamtreichtum und der Shannon-Vielfalt bei Baumarten festgestellt. Wir haben die Varianz nicht zwischen Messfehler (Varianz im Zusammenhang mit der Streuung des Anteils der Fläche, die zwischen Fallen gefangen ist, oder Variation der Nachweiswahrscheinlichkeit) und Varianz zwischen einzelnen Bäumen innerhalb einer Baumart aufgeteilt, jedoch diese Ergebnisse deutlich darauf hinweisen, dass diese Methode eine ausreichende Nachweiswahrscheinlichkeit aufweist, um zu verhindern, dass Messfehler die Ergebnisse zu wichtigen ökologischen oder ökologischen Fragen verschleiern.
Wir beschreiben diese Methode als semiquantitativ, denn obwohl wir glauben, dass unsere Erkennungswahrscheinlichkeit hoch ist und eine ausreichende Präzision bietet, um die meisten ökologischen Fragen zu beantworten, haben wir keine Möglichkeit, die Nachweiswahrscheinlichkeit abzuschätzen. Daher haben wir keine Möglichkeit, potenzielle negative Verzerrungen im Zusammenhang mit unseren Punktschätzungen zu schätzen. Darüber hinaus erfordert eine vollständig quantitative Methode, die zur Schätzung der Gesamthäufigkeit oder -dichte verwendet werden könnte, eine genaue Schätzung des Probenahmegebiets42. Im Gegensatz zu den visuellen Inspektions- oder chemischen Knockdown-Methoden ist der Probenahmebereich mit Trichterfallen und mit dieser Methode ungewiss, da es nicht augenblicklich ist, die Fallen für eine vorgegebene Zeit auf den Baum gelegt werden und Arthropoden, die ihre normalen Tätigkeiten ausüben, gefangen werden, wenn sie die Oberfläche der klebrigen Fallen überqueren. Die Größe der eingeschlossenen Fläche hängt also vom Aktivitätsniveau der Arthropoden ab. Arthropoden Aktivitätsniveau variiert mit Tageszeit, Saison, Art oder nach einzelnen8. Da das Aktivitätsniveau der Arthropoden variiert, variiert der Stichprobenbereich je nach Aktivitätsniveau. Es wird für die Forscher wichtig sein, zu berücksichtigen, wie die Aktivitätsebene die Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen beeinflusst, wenn sie sowohl diese als auch die Trichterfalle-Methode verwenden. Wir argumentieren jedoch, dass weder Methoden, die eine genauere Schätzung des Stichprobenbereichs liefern, weil sie momentaner sind, noch Methoden, die eine weniger genaue Schätzung des Probenahmegebiets bieten, aber eine bessere Darstellung der Arthropoden-Gemeinschaft im Laufe der Zeit ist besser. Stattdessen werden die beiden Methodentypen unterschiedliche Fragen behandeln. Die chemischen Knockdown- und visuellen Inspektionsmethoden beschreiben die Gemeinschaft zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt, während die Trichter- und Haftfallenmethoden die Gemeinschaft über einen Zeitraum von Stunden oder Tagen beschreiben, je nachdem, wie lange die Fallen an Ort und Stelle bleiben. Wir glauben jedoch, dass, wenn Forscher daran interessiert sind, räumliche und zeitliche Variationen von korticolous Arthropodengemeinschaften zu identifizieren und zu beschreiben, die die Rindenoberfläche über einen beträchtlichen Zeitraum (Tage bis Wochen) nutzen, die hier beschriebene Methode der bequemste und genaueste Ansatz ist.
Schließlich war das primäre Ziel unserer ursprünglichen Studie, besser zu verstehen, wie die Mesophikation von südöstlichen Laubwäldern wahrscheinlich Waldbewohnende insektenfressende Vögel und Säugetiere beeinflussen kann, so dass wir Arthropoden zu Gilden kombinierten43. Wir sehen jedoch keinen Grund, warum diese Fangtechniken nicht zur Quantifizierung von Arthropoden auf der Art oder auf einer anderen taxonomischen Ebene verwendet werden konnten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Acknowledgments
Die Autoren danken dem U.S. Department of Agriculture Forest Service für die Finanzierung dieses Projekts durch das USFS-Abkommen 13-CS-11090800-022. Unterstützung für ECZ wurde von NSF-DBI-1263050 bereitgestellt. Das ECZ half bei der Entwicklung des Forschungskonzepts, sammelte alle Felddaten, führte Laboranalysen durch und erstellte das Originalmanuskript. MWE unterstützte bei der Entwicklung des Forschungskonzepts und des Studiendesigns, half bei der Leitung der Felddatenerhebung und Laboranalyse und redigierte das Manuskript stark. KPS unterstützte das Studiendesign, leitete die Feld- und Laborarbeit, half bei der Datenanalyse und überprüfte das Manuskript.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Straight Draw Bark Shaver, 8" | Timber Tuff | TMB-08DS | |
| PRO SERIES Bulk Mouse & Insect Glue Boards | Catchmaster | #60m | |
| Staple gun | Stanley | TR45D |
References
- Vitousek, P. M., D'Antonio, C. M., Loope, L. L., Westbrooks, R. Biological invasions as global environmental change. American Scientist. 84, 468-478 (1996).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Sierzega, K., Eichholz, M. W. Understanding the potential biological impacts of modifying disturbance regimes in deciduous forests. Oecologia. 189, 267-277 (2019).
- Fritz, Ö Vertical distribution of epiphytic bryophytes and lichens emphasizes the importance of old beeches in conservation. Biodiversity and Conservation. 18, 289-304 (2009).
- Ulyshen, M. D. Arthropod vertical stratification in temperate deciduous forests: Implications for conservation-oriented management. Forest Ecology and Management. 261, 1479-1489 (2011).
- 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).
- Andre, H. M. Associations between corticolous microarthropod communities and epiphytic cover on bark. Holarctic Ecology. 8, 113-119 (1985).
- Nicolai, V. The bark of trees: thermal properties, microclimate and fauna. Oecologia. 69, 148-160 (1986).
- 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).
- Williams, J. B., Batzli, G. O. Winter Diet of a Bark-Foraging Guild of Birds. The Wilson Bulletin. 91, 126-131 (1979).
- 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).
- Hooper, R. G. Arthropod biomass in winter and the age of longleaf pines. Forest Ecology and Management. 82, 115-131 (1996).
- 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).
- Dietrick, E. J. An improved backpack motor fan for suction sampling of insect populations. Journal of Economic Entomology. 54, 394-395 (1961).
- Stewart, A. J. A., Wright, A. F. A new inexpensive suction apparatus for sampling arthropods in grasslands. Ecological Entomology. 20, 98-102 (1995).
- Jäntti, A., et al. Prey depletion by the foraging of the Eurasian treecreeper, Certhia familiaris, on tree-trunk arthropods. Oecologia. 128, 488-491 (2001).
- Prinzing, A. J. Use of Shifting Microclimatic Mosaics by Arthropods on Exposed Tree Trunks. Annals - Entomological Society of America. 94, 210-218 (2001).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Futuyma, D. J., Gould, F. Associations of plants and insects in deciduous forest. Ecological Monographs. 49, 33-50 (1979).
- Marshall, S. Insects: their natural history and diversity: with a photographic guide to insects of eastern North America. , Firefly Books. (2006).
- Hódar, J. A. The use of regression equations for estimation of arthropod biomass in ecological studies. Acta Oecologia. 17, 421-433 (1996).
- 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).
- Schoener, T. W. Length-weight regressions in tropical and temperate forest understory insects. Annals - Entomological Society of America. 73, 106-109 (1980).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Dial, R., Roughgarden, J. Experimental Removal of Insectivores from Rain Forest Canopy: Direct and Indirect Effects. Ecology. 76, 1821-1834 (1995).
- 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).
- Southwood, T. R. E., Henderson, P. A. Ecological methods. , John Wiley & Sons. Hoboken, NJ. (2009).
- Sierzega, K., Eichholz, M. W. Understanding the potential biological impacts of modifying disturbance regimes in deciduous forests. Oecologia. 189, 267-277 (2019).
