Summary

使用粘性陷阱量化皮质节肢动物

Published: January 19, 2020
doi:

Summary

我们描述了一种半定量的方法,用于测量皮质动物(树栖)节肢动物群落的特征。我们在树杆上放置了商业制造的粘性陷阱,以估计树种的丰度、总长度(生物量的代用品)、丰富度和香农多样性,以便对树种进行比较。

Abstract

陆生节肢动物在我们的环境中扮演着重要的角色。以允许精确指数或密度估计的方式量化节肢动物需要一种检测概率高且采样面积一致的方法。我们使用制造出来的粘性陷阱来比较5种树种中皮质节肢动物的丰度、总长度(生物量的代用品)、丰富性和香农多样性。这种方法的有效性足以检测树种间皮质节肢动物的变化,并提供平均值的标准误差,即所有估计值的平均值的<20%,样本大小从7到15个树种。我们的结果表明,即使样本量适中,采用这种方法产生的节肢动物群落指标的精确度足以解决皮质节肢动物的时空变化的大多数生态问题。这种方法的结果不同于其他定量方法,如化学敲除、目视检查和漏斗陷阱,因为它们在相对长期内提供皮质节肢动物活性的指示,更好的包括暂时的玻虫居民,飞行节肢动物,暂时降落在树上的波勒和爬行节肢动物,使用树波勒作为旅行路线从地面到更高的森林树叶。此外,我们认为,商业制造的粘性陷阱提供了更精确的估计,并且比前面描述的直接将粘性材料应用于树皮或将粘性材料应用于胶带或其他方法更简单。背衬的类型,并应用到树皮。

Introduction

陆生节肢动物在我们的环境中扮演着重要的角色。除了本身具有科学意义外,节肢动物还对其他营养水平(即作物、园艺植物、原生植被和昆虫生物的食物1、2、3、4)有害和有益。因此,了解影响节肢动物社区发展和丰度的因素对农民5、害虫控制管理人员6、森林人4、植物生物学家7、昆虫学家8、野生动物和保护生态学家研究群落动态和管理昆虫生物9至关重要。节肢动物群落在时间和空间上各不相同,包括植物群落、植物物种和单个植物的不同区域。例如,研究表明,在同一棵树10、11中,节肢动物群落指标在根、茎和茎、叶之间存在显著差异。考虑到同一植物的不同部分,例如树叶与树皮,提供了节肢动物适应开发的不同资源,这些发现并不奇怪。因此,植物的每个部分都可以支持不同的节肢动物群落。由于树叶栖息节肢动物可以产生如此巨大的社会经济和环境影响,因此已投入大量精力,使用定性和定量方法衡量社区指标12。或者,在开发量化皮质科动物(树栖)节肢动物群落的方法方面所花费的努力要少得多。

与栖息于叶的节肢动物群落一样,皮质节肢动物群落从社会经济和环境两方面都很重要。一些由皮质节肢动物引起或助长的森林疾病可能有害于经济上可行的木材采伐4。此外,皮质节肢动物可以是森林社区食物链的重要组成部分13,14。例如,森林栖息节肢动物是许多昆虫树皮收集鸣鸟的主要食物来源15,16。因此,了解影响皮质节肢动物群落的因素是森林人以及基础生态学家和应用生态学家感兴趣的。

了解影响节肢动物群落组成和丰度的因素往往需要捕捉个体。捕获技术通常可以分为定性技术,只检测一个物种的存在,以估计物种的范围,丰富性和多样性17,或半定量和定量技术,允许指数或估计个人丰度和密度在分类组18,19。半定量和定量技术使研究人员能够估计或至少一致地对指定的样本区域进行采样,并估计检测概率或假设检测概率是非定向的,并且足以不掩盖研究人员检测丰度空间或时间变化的能力。半定量和定量技术,量化皮质节肢动物包括吸或真空采样特定区域20,21,22,系统计数可见节肢动物18,23,粘性陷阱24,各种漏斗或锅式陷阱8,25,入口或紧急孔26,27。

一些空间和时间因素被认为是导致皮质节肢动物群落11,14,28,29的变化。例如,树皮的质地被认为会影响树栖动物14的社区结构。由于树的树干表面积更多样化,树皮更皱,因此,树皮更具有皱性,因此被认为可以支持更多的节肢动物的多样性和丰足性。

在本文中,我们报道了一种新的半定量方法,用于枚举皮质节节节,可用于描述和检验关于皮质节肢动物群落跨时空变异的假设,并有足够的精度来检测树种之间的差异。使用附着在树干上的粘性陷阱,我们比较了白橡树(Quercus alba),猪坚果(卡亚格拉布拉),糖枫(Acer糖),美国山毛毛(法古斯大花毛草)和郁金香杨树(郁金香)树的丰度、总长度(身体质量的代理)、丰富性和多样性。

这项研究是在伊利诺斯州西南部肖尼国家森林(SNF)的奥扎克和肖尼山生态区进行的。2015 年 7 月,我们在 ArcGIS 10.1.1 中确定了 18 个(9 个以橡木/木耳为主)和 9 个以山毛毛/马枫为主的 USFS 展台覆盖图。在黄牛遗址中,主要物种是猪头和白橡树,在美西地区,主要物种是美国山毛虫、糖枫树和郁金香杨树。为了比较树种中的玻尔节肢动物群落,在每个数据收集地点,我们确定了五种中三种(白橡树、猪核桃、糖枫、美国山毛虫和郁金香杨树)中,在乳房高度(d.b.h.)最接近10米径向圆中心时直径为17厘米。如果少于三个适当的树存在,则展开圆,并选择符合条件的最接近的树。对于每棵被选中的树,我们在乳房高度安装了四个粘性陷阱,一个朝向每个主要方向:北、南、东和西。

我们从18个地点的54棵单树(12棵猪桃、15棵白橡树、8只美国蜜蜂、12棵糖枫树和7棵郁金香杨树)的树群中收集了节肢动物数据。我们根据简化的公会分类对节肢动物进行分组,这些诊断形态特征表明当前植物遗传记录中的密切相关的指令,类似于”操作分类单位“30、31(附录A)。基于这个分类,我们捕获了26个公会的代表在我们的陷阱,每个到位9天(附录A)。由于我们的研究侧重于树种、皮质节肢动物和树皮收集鸟类之间的营养相互作用,我们从分析中删除了所有小于 3 mm 的节肢动物,因为它们作为食物资源的重要性对于树皮收集鸟类来说微乎其微。我们使用的混合模型,包括节肢动物长度(代理到身体质量),丰度,香农多样性和丰富性作为因变量,树种和努力(树覆盖陷阱的树的比例)作为固定变量,和站点作为随机变量。由于单个树中的所有陷阱都合并为一个样本,因此单个树不作为随机变量包括在内。

Protocol

1. 在树上放置陷阱 测量树在乳房高度的直径。在每个主方向的乳房高度,对于预先制造的粘性陷阱(胶板)大小的区域,使用树皮刀切器去除树皮,直到粘性陷阱的大小足够光滑,使粘性陷阱钉在树上,以便没有空间节肢动物在陷阱下爬行。使用深色永久标记标记陷阱背面,并注明日期、陷阱编号、位置和其他相关信息。 要捕获节肢动物,(a) 捕获飞行和爬行节肢动物,通过沿粘…

Representative Results

根据混合模型结果,包括树种的模型最能解释节肢动物总长度、丰度和多样性的变化,两个独立变量都没有解释丰富性的巨大变化,尽管包括树种捕获力的模型与空模型具有竞争力(表1)。此外,被困树的比例似乎对丰度、总长度和香农多样性没有影响,对丰富性的影响很小(表1)。总节肢动物长度均值(SEM)的标准误差从郁金香杨树平均数的4…

Discussion

虽然已经使用了吸管或扫网等替代技术,但以前发表的大多数在树状物上量化节肢动物的尝试都使用了某种版本,通过目视检查野外的树群,使用化学杀虫剂杀死特定区域的节肢动物,然后量化回收的节肢动物,或者将漏斗陷阱或粘性物质直接放在树上19、23、25、35上。36.这…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

作者感谢美国农业部林业局通过USFS协议13-CS-11090800-022为该项目提供资金。NSF-DBI-1263050为ECZ提供了支持。ECZ协助开发研究概念,收集所有实地数据,进行实验室分析,并制作原始手稿。MWE协助研究概念和研究设计的开发,协助指导现场数据收集和实验室分析,并大量编辑手稿。科索沃警察部队协助研究设计,指导实地和实验室工作,协助数据分析,并审查手稿。

Materials

Straight Draw Bark Shaver, 8" Timber Tuff TMB-08DS
PRO SERIES Bulk Mouse & Insect Glue Boards Catchmaster #60m
Staple gun Stanley TR45D

References

  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, &. #. 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).
  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. , (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. , (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., Lowman, M., Rinker, H. B. Hidden in plain site: Mites in the Canopy. Forest Canopies. , 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. , (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. , (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., 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).
  42. Southwood, T. R. E., Henderson, P. A. . Ecological methods. , (2009).
  43. Sierzega, K., Eichholz, M. W. Understanding the potential biological impacts of modifying disturbance regimes in deciduous forests. Oecologia. 189, 267-277 (2019).

Play Video

Citer Cet Article
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).

View Video