Quantifizierung von Corticolous Arthropoden mit Haftfallen
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.
Protocol
Representative Results
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…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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, &. #. 2. 1. 4. ;. 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. , (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. , (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., Lowman, M., Rinker, H. B. Hidden in plain site: Mites in the Canopy. Forest Canopies. , 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. , (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. , (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., Leather, S. R., Lawton, J. H., Likens, G. E. Sampling insects from trees: shoots, stems, and trunks. Insect sampling for forest ecosystems. , 77-115 (2005).
- Southwood, T. R. E., Henderson, P. A. . Ecological methods. , (2009).
- Sierzega, K., Eichholz, M. W. Understanding the potential biological impacts of modifying disturbance regimes in deciduous forests. Oecologia. 189, 267-277 (2019).
