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Environment

スティッキートラップを用いたコルチコラス節足動物の定量

Published: January 19, 2020 doi: 10.3791/60320
* These authors contributed equally

Summary

我々は、コルチコラス(樹皮住居)節足動物群球群球群球群球群動物群球群球群球群球群球群球群球群覧群動物群島群覧の特性を測定する半定量的アプローチを記述する。樹木種間の比較のために、樹木の豊かさ、全長(バイオマスの代理)、豊かさ、シャノンの多様性を推定するために、商業的に製造された粘着性トラップを木のボレスに置きました。

Abstract

地上節足動物は私たちの環境で重要な役割を果たしています。正確なインデックスまたは密度の推定を可能にする方法で節足動物を定量化するには、検出確率が高く、サンプリング領域が一貫した方法である必要があります。私たちは、5つの樹種のボレスの中で、豊かさ、全長(バイオマスのサロゲート)、豊かさ、およびコルチコラス節足動物のシャノン多様性を比較するために製造された粘着性トラップを使用しました。この方法の有効性は、樹種間のコルチコラス節足動物の変動を検出し、各種の7〜15の個々の木のサンプルサイズを有するすべての推定値の平均の<20%であった平均の標準誤差を提供するのに十分であった。我々の結果は、これらの適度なサンプルサイズであっても、このアプローチで生成される節足動物コミュニティ指標の精度のレベルは、コルチコラス節足動物の時間的および空間的変動に関するほとんどの生態学的な質問に対処するのに十分であることを示している。この方法の結果は、化学ノックダウン、目視検査、漏斗トラップなどの他の定量的アプローチとは異なり、比較的長期的にコルチコラス節足動物活性を示し、一時的なボーレを含むより良い住民は、一時的に木のボーレに着陸する節足動物を飛ばし、地面から高い森林の葉への移動ルートとして木のボーレを使用する節足動物をクロールします。さらに、市販のスティッキートラップは、より正確な見積もりを提供し、木の樹皮に粘着性材料を直接適用したり、テープやその他に粘着性材料を適用する前述の方法よりもロジスティックに簡単であると考えています。バッキングのタイプと木の樹皮にそれを適用します。

Introduction

地上節足動物は私たちの環境で重要な役割を果たしています。節足動物は、自らの権利に科学的関心を持つだけでなく、他の栄養レベル(作物、園芸植物、天然植生、昆虫生物用食品1、2、3、4)に有害かつ有益である可能性があります。したがって、節足動物のコミュニティの発展と豊かさに影響を与える要因を理解することは、農家5、害虫防除マネージャー6、森林管理者4、植物生物学者7、昆虫学者8、およびコミュニティダイナミクスを研究し、昆虫生物を管理する野生動物および保全生態学者にとって重要である。節足動物のコミュニティは、植物群、植物種、および個々の植物の様々な地域にわたる様々な生態学的景観にわたって、時間的および空間的に種の組成と豊かさの両方で異なります。例えば、研究は、同じ個々の木10、11内の根、ボーレと茎、および葉の間の節足動物コミュニティ指標に有意な違いを示している。これらの知見は、同じ植物の異なる部分、例えば、木の葉対樹皮が、節足動物が悪用するために適応した異なる資源を提供することを考えると驚くべきことではない。したがって、植物の各部分は、異なる節足動物コミュニティをサポートすることができます。葉の住居節足動物は、このような大規模な社会経済的および環境的影響を持つことができるので、質的および定量的アプローチ12を使用してコミュニティ指標を測定するためにかなりの努力が費やされています。あるいは、コルチコラス(樹皮住居)節足動物コミュニティを定量化するアプローチを開発するために、はるかに少ない労力が費やされてきた。

葉に住む節足動物コミュニティと同様に、コルチコラス節足動物コミュニティは、社会経済的にも環境的にも重要です。コルチコラス節足動物によって引き起こされたり促進されたりする森林疾患の中には、経済的に実行可能な木材収穫4に有害な場合があります。さらに、コルチコラス節足動物は、森林コミュニティ13、14における食物連鎖の重要な構成要素とすることができる。例えば、森林住居節足動物は、多くの昆虫樹皮グリーニングソング鳥15、16のための主要な食料源である。したがって、コルチコラス節足動物のコミュニティに影響を与える要因を理解することは、森林者と基礎生態学者と応用生態学者の両方にとって興味深い。

節足動物コミュニティの構成と豊かさに影響を与える要因を理解するには、多くの場合、個人の捕獲が必要です。捕捉技術は、一般に、種範囲、豊かさ、および多様性17の推定のための種の存在を検出するだけの定性的手法、または分類群18、19内の個体の豊富さと密度の指標または推定を可能にする半定量的および定量的手法に分類することができる。半定量的および定量的手法により、研究者は、指定されたサンプル領域を推定または少なくとも一貫してサンプリングし、検出確率を推定したり、検出確率を推測したり、検出確率が非指向的で、空間的または時間的な変動を検出する能力を隠さないように適切であると仮定することができます。コルチコラス節足動物を定量するための半定量的および定量的手法は、特定の領域20、21、22の吸引または真空サンプリング、可視節足動物18、23、スティッキートラップ24、各種漏斗またはポットタイプトラップ8、25、および入口または出現孔26、27を含む。

多くの空間的および時間的要因は、コルチコラス節足動物群生コミュニティ11、14、28、29変動につながると考えられている。例えば、樹皮の質感は、樹木住居節足動物14のコミュニティ構造に影響を与えると考えられている。より毛むくじゃらの樹皮を持つ木の幹のより多様な表面積のために、より毛むくじゃらの樹皮を持つ木は、節足動物のより大きな多様性と豊富さをサポートすると考えられている14.

この記事では、樹皮間の違いを検出するのに十分な精度で、時間と空間を横断するコルチコラス節足動物群生の変動を記述し、テストするために使用できるコルチコラス節足動物を列挙する新しい半定量的アプローチを報告します。木の幹に取り付けられた粘着トラップを使用して、 私たちは、白いオーク(ケルカスアルバ)、ピグナッツヒッコリー(カリヤグラブラ)、サトウキエデ(アセルサッカラム)、アメリカンブナ(ファガス・グランディフォリア)、チューリプラ(リリオデンドロン・チューリフィフェラ)の草の上の豊かさ、全長(体重のサロゲート)、豊かさ、豊かさ、豊かさ、そして節地の多様性を比較しました。

この研究は、イリノイ州南西部のショーニー国有林(SNF)のオザークとショーニーヒルズの生態学的セクションで行われました。2015 年 7 月の間に、ArcGIS 10.1.1 の SNF (allveg2008.shp) の USFS スタンド カバー マップを使用して、18 個のサイト (オーク/ヒッコリーが支配する 9 サイトとブナ/メープルが支配する 9 サイト) を特定しました。キセキシンの部位では、主な種はピグナッツヒッコリーとホワイトオークであり、メシックサイトでは、支配的な種はアメリカのブナ、砂糖カエデ、チューリップポプラでした。樹種間でボーレ節足動物群集を比較するために、各データ収集部位で、10mの放射状円の中心に最も近い胸高さ(d.b.h.)の5つの(ホワイトオーク、ピグナッツヒッコリー、サトウキビ、アメリカンブナ、チューリップポプラ)の3本(ホワイトオーク、ピグナッツヒッコリー、サトウキビ、チューリップポプラ)の焦点を当て、乳房高さ(d.b.h.)を特定しました。適切なツリーが 3 つ未満の場合は、円が展開され、基準に合った最も近いツリーが選択されました。選択した木ごとに、乳房の高さに4本のスティッキートラップを設置し、各枢機卿方向に向いているもの(北、南、東、西)に向いています。

18カ所の中から、54本の木(12本の豚のヒコリー、15個のホワイトオーク、8匹のアメリカンブナ、12個のサトウキビ、7本のチューリップポプラ)の成節データを収集しました。「作動分類単位」30、31(付録A)と同様に、現在の系統学的記録からの密接に関連する秩序を示す診断形態学的特性による簡略化されたギルド分類に従って節足動物をグループ化した。この分類に基づいて、9日間それぞれ所定の場所にあった26ギルドの代表者をトラップに取り込んだ(付録A)。我々の研究は、樹種、コルチコラス節足動物、樹皮が鳴る鳥との間の栄養相互作用に焦点を当てたため、食料資源としての重要性は樹皮がほえる鳥にとって最小限であるため、3mm未満のすべての節足動物を分析から取り除いた。節足動物の長さ(体重に対するサロゲート)、豊かさ、シャノンの多様性、従属変数としての豊かさ、木の種と努力(トラップで覆われた木の割合)を固定変数として、およびランダム変数としてサイトを含む混合モデルを使用しました。1 つのツリーのすべてのトラップが 1 つのサンプルとして組み合わされたため、個々のツリーはランダム変数として含まれません。

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Protocol

1. 木へのトラップの配置

  1. 乳房の高さで木の直径を測定します。各カーディナル方向の乳房の高さで、事前に製造されたスティッキートラップ(グルーボード)の大きさの領域では、スティッキートラップのサイズが木に粘着性トラップをホチキス止めするのに十分な滑らかさの領域になるまで樹皮を取り除くために樹皮剃りを使用して、スペースがないようにします節足動物がトラップの下を這うように。日付、トラップ番号、位置、およびその他の関連情報を使用して、暗い色のパーマネント マーカーを使用してトラップの背面にラベルを付けます。
    1. 節足動物をトラップするには、(a)飛ぶ節足動物とクロールの両方の節足動物を捕捉し、粘着性物質の端に沿って段ボールを切断して粘着性トラップの側面とカバーを開けて取り外すか、(b)、または飛行節足動物をトラップに直接着陸させるかをクリックし、ボックスの指示に基づいてトラップを開きます。
  2. 以前に剃った各場所に 1 つのトラップを配置して、開口部が垂直方向 (一方の開口部を上に向き、もう一方の開口部が下を向くように)、木のボーレを上下にクロールする節足動物のキャプチャを最大化します。飛ぶ節足動物とクロールの両方をキャプチャするために取り外されたトップスを持つトラップの場合、段ボールカバーの取り外し前に開口部であった端が垂直方向に向くようにトラップを配向し、トラップの一貫性を維持します。
  3. ステープルは、各コーナーに1つのステープルを配置し、トラップの中央底と中央の上部に1つのステープルを配置することにより、ツリーにトラップします。右下隅からホチキス止めを開始し、次に下中央、右上隅、右上隅、左下隅、最後に左上隅を開始します。トラップの下部と上部全体がツリーに対してフラッシュされ、トラップの下での節足動物のクロールを最小限に抑えるように注意してください。
  4. トラップは、必要な時間だけ所定の位置に置いておきます。すべてのトラップが同じ時間の所定の場所に残されていることを確認してください。
    注:節足動物が非常に豊富な地域では、例えば蛾の発生時に、トラップが1時間または数日以内に飽和状態になることがあります。このような状況では、トラップを飽和状態にする前に定期的に交換して、一定のキャプチャの確率を維持する必要があります。

2. ツリーからトラップを取り外す

  1. 所望の時間トラップの後、ステープルを除いてトラップ全体をカバーし、ポリマーセルロースフィルム(例えば、セロファン)で覆う。
    注:除去する前にトラップにフィルムを置くことは、閉じ込められた節足動物を邪魔する可能性を減らします。
  2. 大きなフラットドライバーを取り出し、木から各ステープルを部分的に覗いて、針の鼻のペンチを使用してステープルの把握を容易にするのに十分な各トラップを取り外します。大きな針の鼻のペンチまたは同様の把握ツールを取り、木からステープルを引っ張ります。
  3. テスト用の実験室への輸送のために、何らかのタイプの堅い箱にトラップを置きます。トラップを 12 時間以上保存する場合は、トラップを冷凍庫に保存してコンテンツを保存します。

3. 実験室分析

  1. 解剖スコープを使用して、必要な分類レベルに個人の数を記録するトラップの内容を調べます。
  2. 並べ替えられた節足動物を使用して、豊かさ (分類学的グループの総数)、多様性のインデックス、または豊富さ (全節足動物) を推定します。推定バイオマスが望ましい結果である場合、節足動物の長さと幅を最も近いmmに測定し、公表された長さ/幅を使用して、バイオマス回帰を使用してバイオマス32、33、34を推定する。
  3. 各ツリーの胸の高さの直径から 4 つのトラップの合計幅を減算して、各ツリーのトラップ作業 (トラップで覆われた木の割合) を見積もります。
  4. 同じツリー上の複数のトラップからのサンプルは独立していないため、同じツリーのサンプルを合計するか、疑似レプリケーションを避けるためにすべての分析にランダム変数として個々のツリーを含めます。

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Representative Results

混合モデルの結果に基づいて、樹種を含むモデルは、全節足動物の長さ、豊かさ、および多様性の変動を最もよく説明したが、独立変数のいずれも、木種の捕獲努力を含むモデルはヌルモデルと競合していたが、豊かさの実質的な変動を説明した(表1)。また、閉じ込められた木の割合は、豊かさ、全長、シャノンの多様性に影響を及ぼさないようで、豊かさへの影響は最小限に抑えられます(表1)。全節足動物長の平均(SEM)の標準誤差は、チューリップポプラの平均の4%から砂糖メープルの17%まで変化した(表2)。豊富さは、SEMがチューリップポプラの平均の7%、シュガーメープルで18%であった種内の変動の同様のレベルを有していた(表2)。逆に、節足動物の豊かさと多様性の変動は、豊かさのSEMがピグナッツヒッコリーの平均の4%からアメリカのブナの平均の9%に及ぶという意味で、木の種の中ではるかに低く、多様性はアメリカのブナの平均の平均の4%からチューリップポプラの平均の7%に及んだ。

従属変数 モデル K Aic ΔAIC
豊か さ Null 2 210.56 0
樹種 7 211.69 1.13
努力 3 211.93 1.37
本体の長さの合計 樹種 7 719.69 0
Null 2 727.00 7.31
努力 3 728.96 9.27
豊富 樹種 7 495.55 0
Null 2 501.04 5.48
努力 3 503.04 7.48
多様 性 樹種 7 28.78 0
Null 2 37.31 8.52
努力 3 38.72 9.93

表 1: モデルの結果コルチコラス節足動物の豊かさ、全体長、豊かさ、またはシャノン多様性を持つ共分散(ANCOVA)の混合モデル分析の結果、従属変数としての全体長、豊かさ、またはシャノン多様性、独立した固定変数としてのトラップ(努力)で覆われた樹木の樹種と割合、および独立したランダム変数としての個々の部位。K = モデルパラメータの数、AIC = 推定赤池の情報基準、および ΔAIC = AIC ポイントの差が最も悲観的なモデルにモデルを形成します。

樹種 豊か さ 全長 シャノンの多様性 豊富
X Se %
意味
X Se %
意味
X Se %
意味
X Se %
意味
シュガーメープル (N = 12) 8.33 0.59 7% 365.20 63.69 17% 1.59 0.09 6% 45.45 8.15 18%
ピグナッツヒッコリー (N = 12) 7.83 0.30 4% 573.90 81.58 14% 1.24 0.07 6% 70.09 10.10 14%
チューリップポプラ (N = 7) 8.75 0.49 6% 195.35 7.09 4% 1.73 0.12 7% 25.67 1.87 7%
アメリカンビーチ (N = 8) 8.29 0.81 9% 349.91 38.45 11% 1.53 0.06 4% 47.00 5.32 11%
ホワイトオーク (N = 15) 9.07 0.42 4% 407.38 40.16 10% 1.64 0.09 5% 50.57 5.26 10%

表 2: 表 1 の最も悲観的なモデルからのパラメータ推定値。イリノイ州南部のショーニー国有林で商業的に製造された粘着性トラップを使用して5種の樹木に捕獲されたコルチコラス節足動物の各コミュニティ指標の平均(X)、SEM、およびSEMのパーセンテージ。

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Discussion

吸引やスイープネットなどの代替技術が使用されているが、以前に公開された木のボーレ上の節足動物を定量化する試みのほとんどは、フィールド内の木のボーレを目視で検査し、化学農薬を使用して指定された領域で節足動物を殺し、回収された節足動物を定量し、漏斗トラップまたは粘着性物質を木19に直接置くことによって、節足動物を定量する試みを使用しました。36.これらのアプローチにはそれぞれ利点と欠点があります。

化学ノックダウンでは、農薬が事前定義された領域にスプレーされ、節足動物は死ぬとドロップクロスに落とされ、そこで19を収集して定量化します。あるいは、視覚的な位置で、ライブ節足動物は、事前定義された領域に位置し、後で定量化23のために手で収集されます。これらの方法はいずれも、当社の方法に比べて瞬時に行うことができるため、密度の推定に使用するためにサンプリングされた領域のより定量化可能な推定値が提供されます。化学ノックダウンと目視検査に対するさらなる属性は、やや瞬時であるため、推定値は調査が実施された時間に限定される。サンプリング時に存在する節足動物のサンプルのみであるため、この方法はサンプリングされた面積の大きさの正確な推定値を提供し、密度の推定値を容易にします。しかしながら、これらのアプローチは、多くの場合、非居住節足動物集団の変動を無視し、地上からより高い森林の葉への移動経路として木のボーレの表面を使用する飛行節足動物や節足動物などの木のボーレに一時的に生息する節足動物。他の栄養レベルに影響を与える節足動物の多くは、パートタイムの住居として短期間の樹皮を使用するので、視覚的観察および化学的ノックダウン法からのほぼ瞬時のサンプルは、木の樹皮を基板8、35、36として使用する節足動物のスーツ全体を十分に描写しない可能性が高い。

より長い期間にわたって起こるコルチコラス節足動物コミュニティをよりよく描写するために、漏斗および粘着性トラップなどのより長期的な方法が開発された25、26、27、28、29、30、31、35、36。じょうごトラップは、木のボーレに取り付けられ、節足動物を防腐剤のボトルに漏斗するように設計されているので、節足動物を維持しながら長期間(数週間から数ヶ月)使用できるという点で有益です。これらのトラップの限界は、木のボーレに着陸する飛行節足動物をトラップする彼らの限られた能力です。あるいは、粘着性トラップは、クロールと飛行節足動物の両方を捕捉する際に効果的です。

元の粘着性トラップでは、所定の時間37にわたってクロールと飛行節足動物の両方をトラップするために、粘着性のある材料を木の上に直接置いた。このアプローチは、クロールと飛行節足動物の両方をトラップするのに有効でしたが、トラップごとにまったく同じ量の材料を広げるのは困難であるため、一貫したサンプリング領域を維持し、理想的な気象条件よりも低い場合に現場で節足動物を識別して定量する必要があり、誤った識別や誤算による推定値の追加の変動につながる可能性があります。彼らはテープに粘着性材料を広めるとき、コリンズら36によって改善が提供され、その後、所定の時間トラップした後、セロファンでテープを覆い、テープを取り除いたので、関節ポッドの同定と定量は、後で実験室で行うことができ、条件は活動にはるかに適切であった。この方法は、前述の方法に対する改善ですが、依然として乱雑であり、各トラップで同じ量の粘着性材料を一貫して広げるのは困難です。この方法の改良として、市販のスティッキートラップを用いて、これらの欠陥の両方に対処することを提案する。

商業的に生産された粘着性トラップは、水38、血管植生39の様々な標高、および木40の葉の上に飛ぶ節足動物をトラップするために使用されていますが、私たちの知る限りでは、樹皮上の節足動物をサンプリングするために使用されていません。市販の粘着性トラップは、粘着性材料が工場内の段ボールバッキングに付着し、商業的に製造されているため、材料の表面積が非常に一貫しているという点で、以前に使用されたアプローチよりも改善を提供します。さらに、トラップはトラップをそのままの状態で木に置くことができ、私たちの研究で行われたように、飛行節足動物がトラップに直接着陸するのを防ぐことができます。さらに、トラップは木から容易に取り除かれ、セロファンで覆われ、実験室に運ばれ、冷凍庫に保存され、後日定量することができます。トラップの堅い段ボール構造はまた、解剖顕微鏡下で実験室のトラップを見ることを容易にし、節足動物のより正確な同定、定量および測定を可能にし、現場でこの活動を行うときに起こりそうな検出誤差の一部を減らす。最後に、木の粘着性材料が飽和状態になり、節足動物41を捕捉するトラップの能力を低下させることができる。この方法により、研究者は粘着性トラップを簡単に交換して有効性を維持し、個々の樹木を長期的に監視することができます。

我々の結果が示すように、このアプローチは、コルチコラス節足動物群生群生群生の変動に関するほとんどの生態学的または環境的な質問に対処するための十分な精度を提供するように見える。この方法でコルチコラス節足動物を定量するために使用される粘着性トラップからの節足動物の検出は、この研究で使用されるすべてのコミュニティ指標の平均の<20%であったSEMを提供するのに十分に正確であった。このレベルの精度は、わずか7〜15個の個々の木の合理的なサンプルサイズで達成されました。このレベルの精度と適度なサンプルサイズにより、全長(バイオマスのサロゲート)、総量、総豊かさ、および樹木種間のシャノン多様性の違いを検出しました。測定誤差(トラップ間に閉じ込められた領域の割合の変動に伴う分散または検出確率の変動)と、樹種内の個々の木の間の分散を分割しませんでしたが、これらの結果は、これらの結果です。この方法は、測定エラーが重要な生態学的または環境的な質問に結果を隠すことを防ぐために十分な検出確率を有することを明確に示しています。

検出確率は高く、ほとんどの生態学的な質問に対処するのに十分な精度を提供していると考えていますが、検出確率を推定する方法がないため、この方法は半定量的であると説明しています。したがって、ポイント推定値に関連する潜在的な負の偏りを推定する方法はありません。さらに、全体的な豊かさまたは密度を推定するために使用できる完全に定量的な方法は、サンプリング領域42の正確な推定を必要とする。目視検査や化学的ノックダウン方法とは異なり、漏斗トラップを持つサンプリング領域とこの方法では瞬時ではないので、トラップは所定の時間のために木の上に置かれ、通常の活動について行く節足動物は粘着性トラップの表面を横切るときに閉じ込められます。したがって、閉じ込められる領域の大きさは、節足動物の活動レベルに依存する。節足動物の活動レベルは、時間帯、季節、種、または個々の8によって異なります。節足動物の活動レベルは異なるため、サンプリング領域は活動レベルによって異なります。このファネルトラップ法と漏斗トラップ法の両方を使用する場合、研究者は活動レベルが結果からの推論にどのように影響するかを考える必要があります。しかし、サンプリング領域の正確な推定値が多いため、サンプリング領域のより正確な推定値を提供する方法や、サンプリング領域の正確な推定値を提供する方法は、時間の経過と続く節足動物コミュニティのより良い描写の方が良いと主張しています。代わりに、2 種類のメソッドが異なる質問に対処します。化学的ノックダウンおよび目視検査方法は、非常に特定の時点におけるコミュニティを記述し、漏斗とスティッキートラップ方法は、トラップが残っている時間に応じて、数時間または数日にわたってコミュニティを記述します。しかし、研究者が樹皮表面を利用したコルチコラス節足動物群生群界の空間的および時間的変動を、かなりの時間(数日から数週間)にわたって特定し、記述することに興味がある場合、ここで説明する方法が最も便利で正確なアプローチであると考えています。

最後に、私たちの最初の研究の主な目的は、南東部の落葉樹林のメソフィケーションが森林住居昆虫鳥や哺乳類にどのような影響を与える可能性が高いかをより深く理解することであり、従って、我々は関節動物をギルド43に組み合わせた。しかし、これらの捕獲技術を使用して、種やその他の分類レベルで節足動物を定量化できなかった理由は見当たりません。

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Disclosures

著者たちは何も開示する必要はない。

Acknowledgments

著者らは、USFS協定13-CS-11090800-022を通じてこのプロジェクトに資金を提供した米国農林水省に感謝したいと思います。ECZ のサポートは NSF-DBI-1263050 によって提供されました。ECZは、研究コンセプトの開発を支援し、すべてのフィールドデータを収集し、実験室分析を行い、原稿を作成しました。MWEは、研究コンセプトと研究デザインの開発を支援し、フィールドデータ収集と実験室分析の指揮を支援し、原稿を大幅に編集しました。KPSは、研究デザインを支援し、現場と実験室の仕事を指揮し、データ分析を支援し、原稿をレビューしました。

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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スティッキートラップを用いたコルチコラス節足動物の定量
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Eichholz, M. W., Zarri, E. C.,More

Eichholz, M. W., Zarri, E. C., Sierzega, K. P. Quantifying Corticolous Arthropods Using Sticky Traps. J. Vis. Exp. (155), e60320, doi:10.3791/60320 (2020).

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