Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Vzorkování půdní fauny
matečná hornina
pedosféra
Půdní horizonty
Co je půda?
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Edafon
• společenstvo všech organismů v půdě
• představuje 1-10 % organické hmoty v půdě (suché hmotnosti)
• tvoří jej
- fytoedafon: řasy, bakterie (vč. aktinomycet a cyanobakterií = sinic), houby
= půdní mikroflora (3/4 celkové suché hmotnosti edafonu)
- zooedafon: půdní fauna včetně heterotrofních Protozoa (1/4 celkové suché hmotnosti
edafonu)
Půdní organismy (edafon) jsou klasifikovány podle
• taxonomie
• trofické pozice
• výskytu – preferované půdní vrstvy
• velikosti těla / ekologické funkce
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
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
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Půdní organismy (edafon) jsou klasifikovány podle
• taxonomie
• trofické pozice
• výskytu – preferované půdní vrstvy
• velikosti těla / ekologické funkce
Základní trofické skupiny:
• saprofágové či saprotrofové / detri(ti)vorové / dekompozitoři, reducenti
• zahrnují mikrobivory (fungivory + bakteriovory)
• zahrnují nekrofágy (mrchožrouty - carrion feeders, scavangers)
• fytofágové / herbivorové (žerou kořínky nebo řasy)
• zoofágové / karnivorové / predátoři - dravci
Rozkládači či dekompozitoři často synonymně s termínem reducenti (avšak rozkladné
procesy jsou z pohledu chemických reakcí většinou oxidativní, nikoliv redukční), destruenti.
Reducenti sensu stricto: organismy mineralizující organickou látku (fungi, bacteria), nemusí
se vůbec nacházet v půdě.
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Klasifikace podle velikosti těla – rozdělení na mikro-, meso- a makrofaunu (a někdy ještě
megafaunu) – dva alternativní přístupy založené buďto na délce nebo průměru těla
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
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)
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Vertikální rozmístění (distribuce) půdních
členovců v orné půdě (šipky značí
průměrnou hloubku do které se jednotlivé
skupiny v půdě vyskytují)
Kvantitativní vzorkování musí postihnout
půdní profil do takové hloubky, aby
byla zachycena většina jedinců cílové
skupiny
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Počet, velikost a rozmístění
vzorků musí brát ohled na
shlukovité rozmístění půdních
živočichů na ploše.
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Horizontální rozmístění
půdních živočichů
Příklad: Isotomurus palustris
(Collembola) – každá tečka
představuje jednoho jedince;
Trogophloeus pusillus (Coleoptera:
Staphylinidae) – každé x představuje
jednoho jedince; vše na pozadí
čtverců s plochou 1 m2.
Obě rozmístění jsou na sobě
nezávislé, vysoce shlukovité
(nenormální rozložení!!!)
Sezonálně podmíněná aktivita různých zástupců hmyzu v opadové vrstvě stejného stanoviště
(n = počet jedinců, nejvyšší hodnota u každého taxonu = 100 %).
Chelidurella acantopygia – škvor bezkřídlí, Incurvaria – kovovníčci (Lepidoptera),
Carabus – střevlík, Boreus hyemalis – sněžnice matná (Mecoptera)
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Vzorkování půdní fauny:
sondy pro mikro a mesofaunu (válcovité, odklápěcí).
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Vzorkování půdní fauny: válcovitá, mírně konická sonda
(neodklápěcí) na mesofaunu a odebrané půdní jádro
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Vzorkování půdní fauny
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Vzorkování půdní fauny
Odběr půdních vzorků na
extrakci roupic (Annelida:
Enchytraeidae)
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Vzorkování půdní fauny: sonda / vykrajovač drnu pro
makrofaunu
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Vzorkování půdní fauny
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Fyzicky náročné vzorkování půdní fauny si žádá své
– přestávky na občerstvení!
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
sítko
půdní vzorek
Extrakce půdních vzorků: mokrá / suchá
- Mokrá extrakce v nálevce
- „Wet Funnel Extraction“
(zahřívání zhora není bezpodmínečně
nutné, chlazení zdola
je možné)
- Nematoda (Baermann)
- Enchytraeidae (O’Connor)
- další semiakvatická fauna
Tullgrenova nálevka
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
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Mokrá extrakce půdních vzorků
síto
extrahované roupice
a propadlé půdní částice
půdní vzorek
studená voda
nálevka
zkumavka (plast)
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Suchá extrakce půdních vzorků (makrofauna):
Kempsonův aparát (Kempson Apparatus)
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Suchá extrakce půdních vzorků: Aparát na souběžnou extrakci
velkého počtu menších vzorků podle MacFadyena.
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Extrakční aparát pro suchou extrakci velkých sérií
vzorků (Kempson, MacFadyen)
Suchá extrakce půdních vzorků
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
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
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
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
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Fotografie původního MacFadyenova extraktoru
pro suchou extrakci malých půdních vzorků,
jedna sada nálevek s vzorky povytažena
(foto: D. A. Kempson)
Suchá extrakce půdních vzorků se zahříváním shora:
Jednoduchý extrakční aparát zhotovený
z plastového kbelíku (podle Tufa)
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
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.
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Vypuzování žížal z půdy přímo v terénu: Elektro-oktetová metoda
Stejnosměrný proud z autobaterie je měněn na střídavý
a pouštěn ocelovými pruty do půdy
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
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)
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Extrakce žížal z půdy: srovnání metod
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Extrakce žížal z půdy: srovnání metod
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Extrakce žížal z půdy: srovnání metod – vedlejších účinků na jiné
než cílové organismy (žížaly)
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Extrakce žížal z půdy: srovnání metod – vedlejších účinků na jiné
než cílové organismy (žížaly) – zde na mikroorganismy
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Mokrá extrakce půdních vzorků: vymývání 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.
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
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
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Odchyt aktivního epigeonu (fauny půdního povrchu) pomocí
zemních (padacích, Barberových) pastí
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Funke, W., 1977: Food and energy turnover of leaf-eating insects and their influence on
primary production. In: Ellenberg, H. (ed.) Integrated Experimental Ecology
Emergenční pasti:
Pozemní fotoeklektory
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
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)
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Southwood, T. R. E., 1966: Ecological Methods
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny
Emergenční pasti: Pozemní fotoeklektory
(zde s vloženými segmenty padlých kmenů, od půdy izolováno pomocí jemné gázy
- „monofilu“ - z umělého vlákna)
J. Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní a saproxylické fauny
Příklady mikrostanovišť saproxylické fauny
Stojící pahýly
Plodnice hub
Chodby brouků
Dutina: V - vrstva úlomků
dřeva a opadu, D - trouch
Padlé kmeny
a větve
Vlhké,
zetlelé
dřevo
J. Schlaghamerský: Terénní výzkum saproxylické fauny
Kteří bezobratlí žijí ve tlejícím dřevě?
• Mnozí brouci (Coleoptera)
• Mnozí dvoukřídlí (Diptera: Nematocera i Brachycera)
• Řada blanokřídlých (Hymenoptera)
- pilořitkovití (Symphyta: Siricidae) - xylofágové
- lumkovití (Apocrita: Ichneumonidae) - parasitoidi
- lumčíkovití (Apocrita: Braconidae) - parasitoidi
- korunčíkovití (Apocrita: Stephanoidea) - parasitoidi
- chalcidky (Apocrita: Chalcidoidea) - (hyper)parasitoidi
- mravenci (Apocrita: Formicidae) - polyfágové
• Někteří motýli (Lepidoptera)
- nesytkovití (Sesiidae)
- drvopleňovití (Cossidae)
- molovití (Tinaeidae)
- zavíječovití (Pyralidae)
- Oecophoridae
• Někteří pavouci, mnozí roztoči a hlístice, v pozdějším stádiu půdní fauna
(žížaly, roupice, plži, další roztoči a hlístice, …)
J. Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní a saproxylické fauny
Emergenční pasti: Pozemní fotoeklektory
(zde umístěné nad pařezem, od půdy izolováno zalitím sádrou)
J. Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní a saproxylické fauny
Derksen, W., 1941:
Die Succession der pterygoten
Insekten im abgestorbenen
Buchenholz.
Předchůdce fotoeklektorů:
„klec“ potažena gázou (monofilem)
J. Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní a saproxylické fauny
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum saproxylické fauny
a) Uzavřený kmenový
fotoeklektor k umístění na
padlé kmeny (klády)
- chytá to co se líhne z uzavřeného
úseku kmene (a je přilákáno světlem)
a) Otevřený kmenový
fotoeklektor k umístění na
padlé kmeny (klády)
- chytá to co běhá/leze po
povrchu kmene
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum saproxylické fauny
Stromový (= arboreální) fotoeklektor,
otevřený (Funke, 1977; Dykyjová et al.,
1989)
- především pro zachycení živočichů (převážně
členovců), kteří migrují mezi patry lesního porostu
(např. druhy hmyzu s larválním stádiem či
aspoň kuklením v půdě, jejichž dospělé stádium
žije v korunách stromů); chytá také druhy žijící
na kůře a takové líhnoucí se ze samotného
kmene či na něj nalétávající
Jiří Schlaghamerský: Terénní výzkum saproxylické fauny
Odchyt dutinových brouků do padacích (zemních)
pastí – zde živolovných za účelem určení velikosti
populace páchníka hnědého metodou zpětných odchytů
Otevřený stromový fotoeklektor Uzavřený stromový fotoeklektor
(Výrobek firmy Behre; z Mühlenberg, 1989)
Stromový (= arboreální)
fotoeklektor – otevřený
(Funke, 1977)
J. Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní a saproxylické fauny
J. Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny a její funkce při rozkladu
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“ (jednodušší manipulace)
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
J. Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny a její funkce při rozkladu
One advanced design of litter bags:
Pokusy s opadovými pytlíky (litter bags):
Zkoumání průběhu rozkladu a vlivu půdních organismů na něj
J. Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny a její funkce při rozkladu
suchá hmotnost [% navážky] suchá hmotnost [% navážky]
Expozice [d]Expozice [d]
listy
stonky
jemné kořeny
hrubé kořeny
čedičový vrchol
střední svah
vápencové
úpatí
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 síťoviny opadových sáčků
Rozklad různých typů kopřivového opadu na
úpatí kopce (viz vlevo): listy, stonky, jemné a hrubé
kořeny kopřivy; v % původní suché hmotnosti
(navážky), expozice v počtu dní, největší oka síťoviny
opadových sáčků
Test s návnadovými proužky (Bait-LaminaTest, Mini-Bait Test; Törne, 1990):
rychlý odhad rychlosti rozkladu (biologické aktivity) v půdě
J. Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny a její funkce při rozkladu
Test s návnadovými proužky (Bait-LaminaTest, Mini-Bait Test; Törne, 1990):
rychlý odhad rychlosti rozkladu (biologické aktivity) v půdě
J. Schlaghamerský: Terénní výzkum půdní fauny a její funkce při rozkladu