Jiří Schlaghamerský: Pedobiologie – jaro 2012
MODULARIZACE VÝUKY EVOLUČNÍ A EKOLOGICKÉ BIOLOGIE
CZ.1.07/2.2.00/15.0204
Pedobiologické metody
Pedobiologické metody
Vzorkování půdní fauny
Pedobiologické metody
Vzorkování půdní fauny:
Přibližná početnost
různých taxonů v půdě
mírného pásma
Bacteria
1 000 000 000 000
Actinomycetes
10 000 000 000
Fungi
1 000 000 000
Algae
1 000 000
Flagellata
500 000 000 000
Rhizopoda
100 000 000 000
Ciliata
1 000 000
Rotifera
25 000
Nematoda
1 000 000
Acari
100 000
Collembola
50 000
Enchytraeidae
10 000
Gastropoda
50
Araneae
50
Isopoda
50
Myriapoda
300
Coleoptera (incl. larvae)
100
Diptera – larvae
100
Arthropoda alia
150
Lumbricidae
80
„Mikroflora“
Heterotrofní Protozoa
Drobná Metazoa
Větší Metazoa
MikrofaunaamikrofloraMesofaunaMakrofauna
Pedobiologické metody
Vzorkování půdní fauny:
1) Uspořádání odběru vzorku/ů v prostoru a čase (sampling design)
2) Odběr substrátu (půdy, opadu – „hrabanky“)
3) Uskladnění půdních vzorků
4) Extrakce živočichů z půdy (vypuzení, oddělení od substrátu)
5) Uskladnění vzorků (extrahovaných živočichů)
6) Zpracování vzorků fauny (vybrané skupiny živočichů)
Vzorkování půdní fauny:
sondy pro mikro a mesofaunu (válcovité, odklápěcí).
Pedobiologické metody
Vzorkování půdní fauny: válcovitá, mírně konická sonda
(neodklápěcí) na mesofaunu a odebrané půdní jádro
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Pedobiologické metody
Vzorkování půdní fauny
Pedobiologické metody
Vzorkování půdní fauny
Odběr půdních vzorků na
extrakci roupic (Annelida:
Enchytraeidae)
Pedobiologické metody
Vzorkování půdní fauny: sonda / vykrajovač drnu pro
makrofaunu
Pedobiologické metody
Vzorkování půdní fauny
Pedobiologické metody
Fyzicky náročné vzorkování půdní fauny si žádá své
– přestávky na občerstvení!
sítko
půdní vzorek
Pedobiologické metody
Extrakce půdních vzorků: mokrá / suchá
- Mokrá extrakce v nálevce
- „Wet Funnel Extraction“
(zahřívání zhora není bezpodmínečně
nutné, chlazení zdola
je možné)
- Nematoda (Bearmann)
- Enchytraeidae (O’Connor)
- další semiakvatická fauna
Tullgrenova či Berleseho nálevka / aparát
vzorek půdy
(opadu) sítko
nálevka (průsvitný materiál
zaslepený černou látkou či
papírem)
- makrofauna
- mikroarthropoda
- lze zahřívat zhora
- lze chladit zdola
žárovka
nálevka
voda
tlačka
hadička
Baermannova nálevka
úchyt na nálevku
Mokrá extrakce půdních vzorků
síto
extrahované roupice
a propadlé půdní částice
půdní vzorek
studená voda
nálevka
zkumavka (plast)
Pedobiologické metody
Pedobiologické metody
Suchá extrakce půdních vzorků (makrofauna):
Kempsonův aparát (Kempson Apparatus)
Pedobiologické metody
Suchá extrakce půdních vzorků: Aparát na souběžnou extrakci
velkého počtu menších vzorků podle MacFadyena.
Pedobiologické metody
Extrakční aparát pro suchou extrakci velkých sérií
vzorků (Kempson, MacFadyen)
Suchá extrakce půdních vzorků
Pedobiologické metody
Extrakční aparát užívaný pro suchou i mokrou extrakci
velkých sérií vzorků s průtokovým chlazením vodou
zespoda a zahříváním infračervenými žárovkami
shora (nastevení teploty a jejího průběhu v čase přes
Termostat, na fotografii je vidět připojené teplotní
čidlo).
Suchá i mokrá extrakce půdních vzorků
Pedobiologické metody
Kempsonův aparát pro suchou extrakci sérií velkých
půdních vzorků (foto: Gerhardt Elsner)
MacFadyenův extraktor
pro suchou extrakci
malých půdních vzorků
(foto: ecoTech)
Suchá extrakce půdních vzorků
Pedobiologické metody
Suchá extrakce půdních vzorků
Pedobiologické metody
Suchá extrakce půdních vzorků se zahříváním zhora:
Jednoduchý extrakční aparát zhotovený
z plastového kbelíku
Pedobiologické metody
Suchá extrakce půdních vzorků: jednoduchý tepelný extrakční aparát
Účinnost (% extrahovaných jedinců z celkového počtu přítomných) tepelného extračního
aparátu pro vybrané skupiny půdních bezobratlých (průměr +/- SE). Celkem nasazeno
jedinců: 85 stínek, 93 roztočů, 39 pavouků, 56 stonožek, 50 mnohonožek, 97 chvostoskoků,
90 brouků a 28 mravenců ve třech půdních vzorcích.
Vypuzování žížal z půdy přímo v terénu: Elektro-oktetová metoda
Pedobiologické metody
Dále:
- vypuzování roztokem formaldehydu (cca 0,4%)
- vypuzování suspenzí hořčice či roztokem allylisothiocyanatu (AITC)
Vypuzování žížal z půdy přímo v terénu dráždivým roztokem
- vypuzování roztokem formaldehydu (cca 0,4%), nebo
- vypuzování suspenzí hořčice či roztokem jeho účinné látky - allylisothiocyanatu (AITC)
Pedobiologické metody
Pedobiologické metody
Extrakce žížal z půdy: srovnání metod
Pedobiologické metody
Extrakce žížal z půdy: srovnání metod
Pedobiologické metody
Extrakce žížal z půdy: srovnání metod – vedlejších účinků na jiné
než cílové organismy (žížaly)
Pedobiologické metody
Extrakce žížal z půdy: srovnání metod – vedlejších účinků na jiné
než cílové organismy (žížaly) – zde na mikroorganismy
Pedobiologické metody
Mokrá extrakce půdních vzorků: vymívání půdy přes síta
Metoda sítové flotace: funkční schema kaskády sít (podle Behre 1987);
AS – zachytná miska, ASS – sediment v záchytné misce, BM – půdní
materiál, R – kruh přívodu vody, SG – síto (gáza), SH – uchycení síta,
SS – sítová miska, WÜ – přepad vody, WZ – přítok vody
a) Nádoba pro oddělení měkkýšů od listového opadu
mokrým proséváním podle Williamsona.
b) Jednoduchá sítová krabice pro mokré prosévání
kokonů pilatek podle McLeoda.
Pedobiologické metody
Mokrá extrakce půdních vzorků: Flotace
Pedobiologické metody
Efektivita metod pro získání
kvantitativního odhadu populační
hustoty tří skupin půdní makrofauny
(členovců): zemní pasti,
půdní vzorky s následnou suchou
extrakcí se zahříváním, prosevy
opadu a individuální (ruční) sběr
Odchyt aktivního epigeonu (fauny půdního povrchu) pomocí
zemních (padacích, Barberových) pastí
Pedobiologické metody
Funke, W., 1977: Food and energy turnover of leaf-eating insects and their influence on
primary production. In: Ellenberg, H. (ed.) Integrated Experimental Ecology
Pedobiologické metody
Emergenční pasti:
Pozemní fotoeklektory
Pedobiologické metody
Emergenční pasti: horní („hlavová“) záchytná nádoba fotoeklektoru
plastový průhled
korková zátka
plastová dóza
spojovací část
fixační tekutina
kovová trubka
úchyt (kruhový pásek)
kužel stanového plátna
průsvitné víko
vnější válec
fixační tekutina
nástavec (trubka)
vniřní válec
kužel stanu
Vlevo jedna z původních konstrukcí (70. léta; Funke 1977),
vpravo nahoře modernější konstrukce (od 80. let),
vpravo dole fotografie komerčně vyráběné hlavové záchytné
nádoby (Behre – ecoTech)
Pedobiologické metody
Southwood, T. R. E., 1966: Ecological Methods
Emergenční pasti: Pozemní fotoeklektory
(zde s vloženými segmenty padlých kmenů, od půdy izolováno pomocí jemné gázy
- „monofilu“ - z umělého vlákna)
Pedobiologické metody
Pedobiologické metody
Emergenční pasti: Pozemní fotoeklektory
(zde umístěné nad pařezem, od půdy izolováno zalitím sádrou)
Pedobiologické metody
Derksen, W., 1941:
Die Succession der pterygoten
Insekten im abgestorbenen
Buchenholz.
Předchůdce fotoeklektorů:
„klec“ potažena gázou (monofilem)
Pedobiologické metody
a) Uzavřený kmenový
fotoeklektor k umístění na
padlé kmeny (klády)
a) Otevřený kmenový
fotoeklektor k umístění na
padlé kmeny (klády)
Pedobiologické metody
Stromový (= arboreální) fotoeklektor
-otevřený (Funke, 1977; Dykyjová et al.,
1989)
Pedobiologické metody
Stromový (= arboreální) fotoeklektor
-otevřený (Funke, 1977)
Pedobiologické metody
Pedobiologické metody
Stromový (= arboreální) fotoeklektor
-otevřený (podle Mühlenberg, 1976)
Pedobiologické metody
Otevřený stromový fotoeklektor
(podle Büchs, Steupert a Behre)
Pedobiologické metody
Otevřený stromový fotoeklektor Uzavřený stromový fotoeklektor
(Výrobek firmy Behre; Mühlenberg, 1989)
Pedobiologické metody
Pedobiologické metody
Pokusy s opadovými pytlíky (litter bags):
Zkoumání průběhu rozkladu a vlivu půdních organismů na něj
(různě jemná gáza dovoluje přístup pouze fauně do určité velikosti – pozor však na změnu
mikroklimatu – zvýšenou vlhkost!)
Jeden z pokročilých typů opadových pytlíků (jednoduší manipulace)
Pedobiologické metody
Pokusy s opadovými pytlíky (litter bags):
Zkoumání průběhu rozkladu a vlivu půdních organismů na něj
„Opadový pytlík“
zde s buničinou
místo opadu,
vlevo po expozici,
vpravo před ní.
Umístění „opadového
pytlíku“
s buničinou ve
vrstvě nadložního
humusu jehličnatého
lesa.
Opadové pytlíky
na sklizeném poli
Pedobiologické metody
One advanced design of litter bags:
Rozklad listí kopřiv v různých polohách na
svahu podél gradientu pH od čedičového
vršku přes střední svah až po úpatí na
vápenci. Suchá hmotnost v % původní
suché hmotnosti, expozice v počtu dní,
největší oka.
Rozklad různých typů kopřivového opadu na
úpatí kopce (viz vlevo): listy, stonky, jemné kořínky,
Silnější kořínky; v % původní suché hmotnosti,
expozice v počtu dní,největší oka.
Pokusy s opadovými pytlíky (litter bags):
Zkoumání průběhu rozkladu a vlivu půdních organismů na něj
Pedobiologické metody
Test s návnadovými proužky (Bait-LaminaTest, Mini-Bait Test; Törne, 1990):
rychlý odhad rychlosti rozkladu (biologické aktivity) v půdě
Pedobiologické metody
Test s návnadovými proužky (Bait-LaminaTest, Mini-Bait Test; Törne, 1990):
rychlý odhad rychlosti rozkladu (biologické aktivity) v půdě
Pedobiologické metody
Co určuje strukturu společenstva / potravní sítě?
Zhora dolů (Top-down) nebo zdola nahoru (bottom-up)?
(Predace nebo dostupnost zdrojů potravy?)
- Pokusy s obohacením systému opadem – „litter enrichment experiments“
(potrava, struktura a velikost habitatu, vlhkost)
- Pokusy s vyloučením predátorů – „predator exclosure experiments“
- Pokusy v mesokosmech – „mesocosm experiments“, např. obohacení
půdy potravními zdroji jako glukozou k stimulaci mikrobiálního růstu (respirace)
Pedobiologické metody
Laboratorní pokusy v „mesokosmech“: např. k vlivu půdních živočichů
na rostliny
Pedobiologické metody
Jaká je přesně trofická pozice daného živočicha?
- Pokusy k potravní preferenci – „Food preference (choice) experiments
- Příme pozorování chování: získávání a příjmu potravy
- Rozbor obsahu zažívacího traktu (morfologie, mol.-biologie)
- Značení („labelling“) potenciální potravy radioaktivními (14C) či
neradioaktivními isotopy (C, N)
Pedobiologické metody
Využití stabilních isotopů (C, N) k určení trofické pozice
• poměr 15N / 14N (δ 15N)
• Se stoupající trofickou úrovní dochází v organismech k akumulaci 15N
(v průměru o 3,4 ‰)
• Rozpětí poměrů 15N / 14N v daném společenstvu napovídá počet trofických úrovní
• 15N / 14N narůsta s půdní hloubkou (proto mohou druhy osídlující hlubší část
půdního profilu ve skutečnosti patřit do nižší trofické úrovně než by se
z koncentrace 15N mohlo usuzovat!)
Pedobiologické metody
Trofické pozice a potravní zdroje společenstev půdních živočichů ve dvou odlišných
bukových lesích: Göttinger Wald – na vápenci, humusová forma mul; Solling – na
kyselém pískovci, surový humus)
Využití stabilních isotopů (C, N) k určení trofické pozice
Pedobiologické metody
Využití molekulárně-biologických metod k určení trofické pozice,
resp. potravy živočichů
• elektroforéza proteinů
• imunoeseje za použití polyklonálních antisér
• monoklonální protilátky
• DNA
Pedobiologické metody
Využití molekulárně-biologických metod k určení trofické pozice,
resp. potravy půdních členovců