Cuantificación de artrópodos corticolosos mediante trampas pegajosas
Summary
Describimos un enfoque semicuantitativo de las características de medición de las comunidades cortrópicas (que habitan la corteza). Colocamos trampas adhesivas fabricadas comercialmente en boles de árboles para estimar la abundancia, la longitud total (un sustituto de la biomasa), la riqueza y la diversidad de Shannon para la comparación entre especies de árboles.
Abstract
Los artrópodos terrestres juegan un papel importante en nuestro entorno. La cuantificación de los artrópodos de una manera que permita un índice preciso o una estimación de la densidad requiere un método con alta probabilidad de detección y un área de muestreo consistente. Utilizamos trampas adhesivas fabricadas para comparar la abundancia, la longitud total (un sustituto de la biomasa), la riqueza y la diversidad Shannon de artrópodos corticolosos entre los bolos de 5 especies de árboles. La eficacia de este método fue adecuada para detectar la variación en los artrópodos corticolosos entre las especies arbóreas y proporcionar un error estándar de la media que era <20% de la media para todas las estimaciones con tamaños de muestra de 7 a 15 árboles individuales de cada especie. Nuestros resultados indican, incluso con estos tamaños de muestra moderados, el nivel de precisión de las métricas de la comunidad de artrópodos producidos con este enfoque es adecuado para abordar la mayoría de las cuestiones ecológicas relativas a la variación temporal y espacial en artrópodos corticolosos. Los resultados de este método difieren de otros enfoques cuantitativos como el derribo químico, la inspección visual y las trampas de embudo, ya que proporcionan una indicación de la actividad corticosa de los artrópodos a largo plazo, lo que incluye mejor el bola temporal residentes, artrópodos voladores que aterrizan temporalmente en el bolo de los árboles y artrópodos que se arrastran que utilizan el bolo del árbol como una ruta de viaje desde el suelo hasta el follaje más alto del bosque. Además, creemos que las trampas adhesivas fabricadas comercialmente proporcionan estimaciones más precisas y son logísticamente más sencillas que el método descrito anteriormente de aplicar directamente un material pegajoso a la corteza de árbol o aplicar un material pegajoso a la cinta u otro tipo de respaldo y aplicarlo a la corteza del árbol.
Introduction
Los artrópodos terrestres juegan un papel importante en nuestro entorno. Además de ser de interés científico por derecho propio, los artrópodos pueden ser perjudiciales y beneficiosos para otros niveles tróficos (es decir, cultivos, plantas hortícolas, vegetación autóctona y alimentos para organismos insectívoros1,2,3,4). Por lo tanto, comprender los factores que influyen en el desarrollo y la abundancia de la comunidad de artrópodos es fundamental para los agricultores5, los gestores de control de plagas6, los silvicultores4, los biólogos de plantas7,los entomólogos8,y los ecologistas de vida silvestre y conservación que estudian la dinámica de la comunidad y gestionan los organismos insectívoros9. Las comunidades de artrópodos varían en la composición y abundancia de especies tanto temporal como espacialmente a través de una variedad de paisajes ecológicos, incluyendo comunidades de plantas, especies de plantas y en varias regiones de plantas individuales. Por ejemplo, los estudios han demostrado diferencias significativas en las métricas de la comunidad de artrópodos entre las raíces, el bolo y los tallos, y el follaje, dentro del mismo árbol individual10,11. Estos hallazgos no son sorprendentes teniendo en cuenta que diferentes partes de la misma planta, por ejemplo, hojas frente a cortezas de un árbol, proporcionan diferentes recursos para los que los artrópodos se han adaptado para explotar. Por lo tanto, cada parte de la planta puede apoyar una comunidad de artrópodos diferente. Debido a que los artrópodos de viviendas de follaje pueden tener un impacto socioeconómico y ambiental tan grande, se ha realizado un esfuerzo sustancial para medir las métricas de la comunidad utilizando enfoques cualitativos y cuantitativos12. Alternativamente, se ha invertido mucho menos esfuerzo para desarrollar enfoques de cuantificación de comunidades artrópodas corticolosas( viviendas de corteza).
Al igual que las comunidades de artrópodos que habitan en el follaje, las comunidades corrípodas de artrópodos pueden ser importantes desde el punto de vista socioeconómico y ambiental. Algunas enfermedades forestales causadas o facilitadas por artrópodos corticolosos pueden ser perjudiciales para la cosecha de madera económicamente viable4. Además, los artrópodos corticolosos pueden ser un componente importante de la cadena alimentaria en las comunidades forestales13,14. Por ejemplo, los artrópodos de moradas forestales son la principal fuente de alimento para muchas cortezas insectívoras que recogen avescantora 15,16. Por lo tanto, comprender los factores que influyen en las comunidades de artrópodos corticolosos es de interés para los silvicultores y los ecologistas básicos y aplicados.
Comprender los factores que influyen en la composición y abundancia de la comunidad de artrópodos a menudo requiere la captura de individuos. Las técnicas de captura generalmente pueden clasificarse en técnicas cualitativas que sólo detectan la presencia de una especie para estimaciones de rango de especies, riqueza y diversidad17,o técnicas semicuantitativas y cuantitativas que permiten un índice o estimación de abundancia y densidad de individuos dentro de un grupo taxonómico18,19. Las técnicas semicuantitativas y cuantitativas permiten a los investigadores estimar o al menos de forma consistente muestrear un área de muestra especificada y estimar la probabilidad de detección o asumir que la probabilidad de detección no es direccional y adecuada para no ocultar la capacidad del investigador para detectar la variación espacial o temporal en la abundancia. Las técnicas semicuantitativas y cuantitativas para la cuantificación de artrópodos corticolosos incluyen muestreo de aspiración o vacío de un área específica20,21,22, conteo sistemático de artrópodos visibles18,23, trampas pegajosas24, diversos embudos o trampas tipo maceta8,25, y agujeros de entrada o emergentes26,27.
Se cree que una serie de factores espaciales y temporales conducen a la variación en las comunidades artrópodas corticolosas11,14,28,29. Por ejemplo, se cree que la textura de la corteza de árbol influye en la estructura comunitaria de los artrópodos que habitan en los árboles14. Debido a la superficie más diversa de los troncos de los árboles con corteza más surcada, se cree que los árboles con corteza más surcada apoyan una mayor diversidad y abundancia de artrópodos14.
Con este artículo informamos de un nuevo enfoque semicuantitativo de la enumeración de artrópodos corticolosos que podrían utilizarse para describir y probar hipótesis relativas a la variación en las comunidades de artrópodos corticolosos a través del tiempo y el espacio con la precisión adecuada para detectar diferencias entre las especies de árboles. Utilizando trampas pegajosas unidas a los troncos de los árboles, comparamos la abundancia, longitud total (un sustituto de la masa corporal), riqueza y diversidad de la comunidad artrópoda en el bole de roble blanco (Quercus alba), pignut hickory (Carya glabra), arce de azúcar (Acer saccharum), haya americana (Fagus grandifolia), y tulipán álaro (Liriodendron tulipifera) árboles, árboles que varían en corteza.
Este estudio se llevó a cabo en las secciones ecológicas de Ozark y Shawnee Hills del Shawnee National Forest (SNF) en el suroeste de Illinois. Durante julio de 2015, identificamos 18 (9 dominados por roble/hickory y 9 dominados por haya/maple) con el mapa de portada del stand USFS para el SNF (allveg2008.shp) en ArcGIS 10.1.1. En los sitios xeric, las especies dominantes eran la nogal y el roble blanco y el roble blanco y en los sitios mesicos, las especies dominantes eran haya americana, arce azucarado y álamo de tulipán. Para comparar la comunidad de artrópodos de bole entre especies de árboles, en cada sitio de recolección de datos, identificamos los tres (roble blanco, nogal de cacahuete, arce azucarado, haya americana y álamo de tulipán) árboles de especies focales >17 cm de diámetro a la altura del pecho (d.b.h.) más cercanos al centro de un círculo radial de 10 m. Si había menos de tres árboles apropiados, el círculo se expandió y se seleccionó el árbol más cercano a los criterios. Para cada árbol elegido, instalamos cuatro trampas pegajosas a la altura del pecho, una orientada en cada dirección cardinal: norte, sur, este y oeste.
Recopilamos datos de artrópodos de los bolos de 54 árboles individuales (12 hickories de cacahuetes, 15 robles blancos, 8 abejas americanas, 12 arces azucarados y 7 álamos de tulipán) entre los 18 sitios. Agrupamos artrópodos según una clasificación de hermandad simplificada por características morfológicas diagnósticas indicativas de órdenes estrechamente relacionadas de los registros filogenéticos actuales, similares a las de las “unidades taxonómicas operativas”30,31 (Apéndice A). Basándonos en esta clasificación, capturamos representantes de 26 gremios en nuestras trampas que estuvieron en su lugar durante 9 días(Apéndice A). Debido a que nuestro estudio se centró en las interacciones tróficas entre especies de árboles, artrópodos corticolosos y aves que recogen la corteza, eliminamos todos los artrópodos menores de 3 mm del análisis porque su importancia como recurso alimentario es mínima para las aves que recogen la corteza. Utilizamos un modelo mixto que incluía la longitud del artrópodo (surrogado a la masa corporal), la abundancia, la diversidad de Shannon y, la riqueza como la variable dependiente, las especies de árboles y el esfuerzo (proporción de árboles cubiertos de trampas) como variables fijas, y el sitio como una variable aleatoria. Debido a que todas las trampas de un solo árbol se combinaron como una muestra, los árboles individuales no se incluyeron como una variable aleatoria.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aunque se han utilizado técnicas alternativas como redes de succión o barrido, la mayoría de los intentos publicados anteriormente por cuantificar artrópodos en los bolos de los árboles utilizaron alguna versión de cuantificación de artrópodos mediante la inspección visual de los hilos de los árboles en el campo, utilizando pesticidas químicos para matar los artrópodos en un área especificada y luego cuantificar los artrópodos recuperados,</sup…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores quieren agradecer al Servicio Forestal del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos por financiar este proyecto a través del Acuerdo 13-CS-11090800-022 de USFS. El soporte para ECZ fue proporcionado por NSF-DBI-1263050. ECZ ayudó en el desarrollo del concepto de investigación, recopiló todos los datos de campo, realizó análisis de laboratorio y produjo el manuscrito original. MWE ayudó en el desarrollo del concepto de investigación y el diseño del estudio, ayudó en la gestión de la recopilación de datos de campo y el análisis de laboratorio, y editó en gran medida el manuscrito. KPS ayudó con el diseño del estudio, dirigió el trabajo de campo y de laboratorio, ayudó con el análisis de datos y revisó el manuscrito.
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).
