Kvantifiera Corticolous leddjur med klibbiga fällor
Summary
Vi beskriver en semi-kvantitativ metod för att mäta egenskaper corticolous (bark-bostad) leddjur samhällen. Vi placerade kommersiellt tillverkade klibbiga fällor på träd Boles att uppskatta överflöd, total längd (ett surrogat till biomassa), rikedom, och Shannon mångfald för jämförelse mellan trädslag.
Abstract
Terrestrial leddjur spelar en viktig roll i vår miljö. Kvantifiera leddjur på ett sätt som möjliggör en exakt index eller uppskattning av densitet kräver en metod med hög detektions sannolikhet och ett konsekvent provtagningsområde. Vi använde tillverkade klibbiga fällor att jämföra överflöd, total längd (ett surrogat för biomassa), rikedom, och Shannon mångfald av corticolous leddjur bland Boles av 5 trädslag. Effekten av denna metod var tillräcklig för att påvisa variation i corticolous leddjur bland trädslag och ge ett standardfel av medelvärdet som var < 20% av medelvärdet för alla uppskattningar med urvalsstorlekar från 7 till 15 enskilda träd av varje art. Våra resultat indikerar, även med dessa måttliga urvalsstorlekar, precisionsnivån av leddjur gemenskapens mätvärden som produceras med denna metod är tillräcklig för att ta itu med de flesta ekologiska frågor om tidsmässiga och rumsliga variation i corticolous Arthropods. Resultat från denna metod skiljer sig från andra kvantitativa metoder såsom kemisk knockdown, visuell inspektion, och trattfällor i att de ger en indikation på corticolous leddjur aktivitet under en relativt lång sikt, bättre inklusive tillfällig Bole invånare, flygande leddjur som tillfälligt landa på trädet Bole och krypande leddjur som använder trädet Bole som en reseväg från marken till högre skog lövverk. Dessutom tror vi att kommersiellt tillverkade klibbiga fällor ger mer exakta uppskattningar och är logistiskt enklare än den tidigare beskrivna metoden för direkt tillämpning av ett klibbigt material till bark eller tillämpa ett klibbigt material till tejp eller andra typ av stöd och tillämpa det till trädet bark.
Introduction
Terrestrial leddjur spelar en viktig roll i vår miljö. Förutom att vara av vetenskapligt intresse i sin egen rätt, kan leddjur vara både skadligt och fördelaktigt för andra trofiska nivåer (dvs. grödor, trädgårdsodling växter, infödda vegetation, och mat för insektsätande organismer1,2,3,4). Således, förstå de faktorer som påverkar leddjur gemenskapens utveckling och överflöd är avgörande för jordbrukare5, skadedjursbekämpning chefer6, skogsbrukare4, växtbiologer7, entomologer8, och djurliv och bevarande ekologer att studera gemenskap dynamik och hantera insektivorous organismer9. Arthropod samhällen varierar i artsammansättning och överflöd både temporally och rumsligt över en mängd olika ekologiska landskap inklusive växt samhällen, växtarter, och i olika regioner av enskilda växter. Till exempel, studier har visat signifikanta skillnader i leddjur gemenskapens mätvärden mellan rötter, Bole och stjälkar, och lövverk, inom samma individuella träd10,11. Dessa fynd är inte förvånande med tanke på att olika delar av samma anläggning, t. ex., lämnar kontra skäller av ett träd, ge olika resurser för vilka leddjur har anpassats för att utnyttja. Således, varje del av anläggningen kan stödja en annan leddjur gemenskap. Eftersom lövverk bostad leddjur kan ha en så stor socioekonomisk och miljöpåverkan, har betydande ansträngningar varit förbrukas för att mäta gemenskapens statistik med både kvalitativa och kvantitativa metoder12. Alternativt, mycket mindre ansträngning har varit förbrukat att utveckla metoder för att kvantifiera corticolous (bark-bostad) leddjur samhällen.
Liksom lövverk-bostad leddjur samhällen, corticolous leddjur samhällen kan vara viktigt från både en socioekonomisk och miljömässig synvinkel. Vissa skogs sjukdomar som orsakas eller underlättas av corticolous leddjur kan vara skadligt för ekonomiskt livskraftiga timmer skörd4. Dessutom kan corticolous leddjur vara en viktig del av näringskedjan i skogs samhällen13,14. Till exempel är skogslevande leddjur den främsta födo källan för många insektivorösa bark utskällande sångfåglar15,16. Således, förstå de faktorer som påverkar samhällen av corticolous leddjur är av intresse för skogsbrukare och både grundläggande och tillämpad ekologer.
Förstå faktorer som påverkar leddjur gemenskap sammansättning och överflöd kräver ofta fångst av individer. Fångstmetoder kan i allmänhet kategoriseras i kvalitativa tekniker som bara upptäcker förekomst av en art för uppskattningar av Art Range, rikedom, och mångfald17, eller semi-kvantitativa och kvantitativa metoder som möjliggör ett index eller uppskattning av överflöd och täthet av individer inom en taxonomisk grupp18,19. Semikvantitativa och kvantitativa metoder gör det möjligt för forskare att uppskatta eller åtminstone konsekvent ta prov på ett specificerat provområde och uppskatta sannolikheten för detektion eller påvisande sannolikhet är icke-riktad och adekvat för att inte skymma forskarens förmåga att upptäcka rumsliga eller temporala variationer i överflöd. Semikvantitativa och kvantitativa metoder för att kvantifiera corticolous leddjur inkluderar sug-eller vakuum provtagning av ett visst område20,21,22, systematisk räkning av synliga leddjur18,23, klibbiga fällor24, olika tratt eller Pot-typ fällor8,25, och entré eller framväxande hål26,27.
Ett antal rumsliga och temporala faktorer tros leda till variation i corticolous leddjur samhällen11,14,28,29. Till exempel, strukturträd bark tros påverka gemenskapsstrukturen av trädlevande leddjur14. På grund av den mer varierande ytan av stammarna av träd med mer fårad bark, träd med mer fårad bark tros stödja en större mångfald och överflöd av leddjur14.
Med denna artikel rapporterar vi en ny semi-kvantitativ metod att räkna upp corticolous leddjur som kan användas för att beskriva och testa hypoteser om variation i corticolous leddjur samhällen över tid och rum med tillräcklig precision för att upptäcka skillnader mellan trädslag. Använda klibbiga fällor knutna till trädstammar, jämförde vi överflöd, total längd (ett surrogat för kroppsmassa), rikedom, och mångfald av leddjur samhället på Bole av vit Ek (Quercus Alba), pignut Hickory (Carya glabra), socker lönn (Acer saccharum), American Beech (Fagus trädkaktus), och Tulip poppel (Liriodendron tulipifera) träd, träd som varierar i bark konsistens.
Denna studie utfördes i Ozark och Shawnee Hills ekologiska delar av Shawnee National Forest (SNF) i sydvästra Illinois. Under juli 2015, identifierade vi 18 (9 domineras av ek/Hickory och 9 domineras av Beech/Maple) platser med USFS Stand Cover karta för SNF (allveg2008. SHP) i ArcGIS 10.1.1. I xeric platser, den dominerande arten var pignut Hickory och vit ek och i Mesic platser, den dominerande arten var amerikansk bok, socker lönn, och tulpan poppel. För att jämföra Bole leddjur gemenskap bland trädslag, vid varje datainsamlings ställe, identifierade vi tre av de fem (vit ek, pignut Hickory, Sugar Maple, American Beech och Tulip poppel) fokala arter träd > 17 cm diameter på brösthöjd (d.b.h.) närmast centrum av en 10 m radiell cirkel. Om färre än tre lämpliga träd fanns, var cirkeln expanderad och det närmaste trädet som passar kriterierna valdes. För varje träd som valts, Vi installerade fyra klibbiga fällor på brösthöjd, en vänd i varje kardinal riktning: Nord, syd, öst och väst.
Vi samlade leddjur data från Boles av 54 enskilda träd (12 pignut hickories, 15 vita ekar, 8 amerikanska bokträd, 12 socker lönnar, och 7 tulpaner Poplars) bland de 18 platser. Vi grupperade leddjur enligt en förenklad Guild klassificering av diagnostiska morfologiska egenskaper som tyder på nära relaterade beställningar från nuvarande fylogenetiska Records, liknande den för “operativa taxonomiska enheter”30,31 (bilaga a). Baserat på denna klassificering, fångade vi representanter för 26 gillen i våra fällor som var på plats i 9 dagar (bilaga A). Eftersom vår studie fokuserade på trofiska interaktioner mellan trädslag, corticolous leddjur, och bark-gleaning fåglar, vi bort alla leddjur mindre än 3 mm från analys eftersom deras betydelse som en livsmedels resurs är minimal för bark-gleaning fåglar. Vi använde en blandad modell som innehöll antingen leddjur längd (surrogat till kroppsmassa), överflöd, Shannon mångfald och, rikedom som den beroende variabeln, trädslag och ansträngning (andel av träd täckt med fällor) som fasta variabler, och plats som en slumpmässig variabel. Eftersom alla fällor från ett enda träd kombinerades som ett exempel, inkluderades inte enskilda träd som en slumpvariabel.
Protocol
Representative Results
Discussion
Även om alternativa tekniker som sug-eller svep nät har använts, de flesta tidigare publicerade försök att kvantifiera leddjur på träd Boles använt någon version av antingen kvantifiera leddjur genom att visuellt inspektera träd Boles i fältet, med hjälp av kemiska bekämpningsmedel för att döda leddjur i ett specificerat område sedan kvantifiera de återvunna leddjur, eller placera trattfällor eller en klibbig substans direkt på trädet19,23<sup…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka den amerikanska Department of jordbruk Forest Service för finansiering av detta projekt genom USFS avtal 13-CS-11090800-022. Stöd för ECZ tillhandahölls av NSF-DBI-1263050. ECZ hjälpte till med utvecklingen av forsknings konceptet, samlade in all fältdata, genomförde laboratorieanalyser och producerade originalmanuskriptet. MWE hjälpte till med utveckling av forsknings konceptet och studiens utformning, assisterade med att dirigera fält datainsamling och laboratorieanalys, och kraftigt redigerade manuskriptet. KPS assisterade med studiens utformning, regisserade fält-och laborationsarbetet, assisterade med dataanalys och granskade manuskriptet.
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).
