Nematodos como indicadores de salud del suelo

Presentación del tema: "Nematodos como indicadores de salud del suelo"— Transcripción de la presentación:

1 Nematodos como indicadores de salud del suelo
Howard Ferris Department of Entomology & Nematology University of California, Davis, USA UNA, Costa Rica, 2014 1

2 Los nematodos en cada nivel trófico
La Cadena Alimenticia del Suelo Nematodos herbivoros micofagos bacteriovoros Depredadores generalistas especialistas protozoos Productores Fijadores de C Fuentes Depredadores altas Reguladores Oportunistas Inmovilizadores Consumidores Mineralizadores Los nematodos en cada nivel trófico la transferencia de carbono y energía El carbono es respirado por todos los organismos Las cantidades de carbono y energía disponible determinar el tamaño y la actividad de la comunidad Recursos

3 Diversidad Funcional de los Nematodos

4 Salud del Suelo evolución de la agricultura convencional +, - Physical Físicos Biológicos Químicos ++ --- La capacidad del suelo para realizar sus funciones ecosistemas dentro de las limitaciones de su entorno Funciones principales: Mantener la productividad y la diversidad vegetal y animal Mantener o mejorar la calidad del agua y el aire Apoyo a la salud humana y habitación Una evaluación un poco subjetiva de componentes físicos, químicos y biologicos Me centraré en el componente biológico aunque reconoce que todos están interconectados Voy a utilizar el conjunto de nematodos como bioindicadores debido a su diversidad y riqueza de especies funcional

5 La Latitud de la Salud Paul Sorauer introdujo el concepto de Latitud de la Salud (Sorauer, P Handbuch der Pflanzenkrankheiten): Las funciones fisiológicas de los organismos oscilan dentro rangos prescritos. Si los condiciones son fuera de ese rango por una función, el organismo no es saludable Vamos a considerar el suelo como un organismo vivo. Entonces, parafraseando y adaptando Sorauer: El campo de la oscilación de las funciones ecosistemas dentro sus mínimos puede ser considerado el "latitud de la salud" del sistema. saludable insalubre latitud de la salud latitud de la vida funciones fisiológicas 1 2 3 funciones ecosistemas Muchos suelos agrícolas gestionadas convencionalmente se encuentran fuera de la latitud de la salud y algunos pueden estar fuera de la latitud de la vida.

6 Nematodos como Bioindicadores
Abundancia, diversidad de forma y función, la distribución El contacto directo con su microambiente acuático Residentes relativamente permanentes; evaluaciones no complicada por afluencia o salida Ocupar puestos clave en las redes tróficas del suelo, tanto como depredadores y presas Procedimientos de muestreo estandarizados, extracción y evaluación Fácilmente identificado por ambos métodos microscópicos y moleculares Claro relación entre la estructura y la función Alto valor intrínseco información por muestra con respecto a los canales de las corrientes de recursos, nivel de nutrientes, contaminantes del suelo, el estrés ambiental Bongers and Ferris, 1999

7 Nematodos como Bioindicadores
Tres medidas de la evaluación de la componente biológico de la salud del suelo son: Análisis Faunal - Servicios ecosistemas disponible y calidad de hábitat Metabólicas Huellas - La magnitud de los servicios ecosistemas Diversidad de las Clases Funcionales - la complementariedad de funciones y servicios ecosistemas

8 Indicadores de Enriquecimiento Indicadores de Estructura
Fauna Basal 1 2 3 4 5 oportunismo estructura enriquecimiento stabilidad Hábito de Vida Serie (colonizer-persister) Bongers Duración del curso de la vida Las tasas de crecimiento Respuesta a los recursos Sensibilidad a la perturbación 1. Análisis Faunal de Nematodos

9 Análisis de Gremios Funcionales
enriquecida bacteriovoros micofagos Enriquecimiento indice 100 (w1.cp1 + w2.Fu2) / (w1.cp1 + w2.cp2 ) Ba1 Trayectoria enriquecimiento estructurada Fu2 Gremios son los combinaciónes de ciclo de vida y las fuentes de alimentos micofagos bacteriovoros Fu2 Basal Ba2 Om4 Om5 Condición basal omnivoros Ca3 Ca4 Ca5 carnívoros Fu3 Fu4 Fu5 micofagos Ba3 Ba4 Ba5 bacteriovoros Trayectoria estructura Estructura Indice = 100 wi.cpi / (wi.cpi + w2.cp2 ) for i = 3-5 Ferris et al., 2001

10 Indice de Enriquecimiento
Análisis de Gremios Funcionales Perturbado N-enriquecido Bajo C:N Bacteriano Conducente Maduración N-enriquecido Bajo C:N Bacteriano Regulado Enriquecido Ba1 Indice de Enriquecimiento Estructurado Fu2 Degradado Empobrecido Alto C:N Micofago Conducente Madurado Fértil Moderado C:N Bact. / Micof. Supresiva Fu2 Basal Ba2 Om4 Om5 Condición Basal Ca3 Ca4 Ca5 Fu3 Fu4 Fu5 Ba3 Ba4 Ba5 Indice de Estructura Ferris et al., 2001

11 Nematodos como Bioindicadores de Otro Organismos del Suelo
Hábito de Vida Serie 1 2 3 4 5 enriquecimiento stabilidad oportunismo estructura Nematodos como Bioindicadores de Otro Organismos del Suelo La gran diversidad de los organismos del suelo - la necesidad de bioindicadores acaros depredadores acaros omnivoros tardigrados bacteria protozoa acaros algivoros hongos acaros micofagos Ferris and Bongers, 2006 Ferris et al., 2012 Georgieva et al., 2005 Sánchez-Moreno et al., 2008 Sánchez-Moreno et al., 2009 Yeates et al., 2009

12 Estructura de la Cadena Alimenticia del Suelo – perturbación y recobro
Structural and Functional Resilience of the soil food web is determined by connectance redundant and resilience of the web. Guilds vary in their sensitivity to environmental disturbance.. Often guilds at higher trophic levels in the web are more sensitive than those at lower trophic levels. Disturbance of the web may result in reduction of abundance of predators of opportunistic species. Consequently, upon enrichment with organic matter or plant growth, opportunistic herbivore and decomposer species may increase unregulated resulting in damage to the primary producer (plant) or immobilization of nutrients or other examples of functional instability. necesidad por indicadores

13 Efectos de perturbaciónes pequeños
labranzo, cultivo, reducción de diversidad de plantas y otros

14 Efectos de perturbaciónes grandes
fertilizantes minerales y otros

15 Estrés pesticidas y otros

16 Condición basal sin agua poco materiales organicos sin plantas
contaminación

17 Condición basal – que falta?

18 Nematodos como Bioindicadores - ejemplos:
Enriquecimiento de la Cadena Alimenticia del Suelo Enriquecimiento Indice Estructura Indice Enmíendas Organicas, North Carolina

19 Estructura de la Cadena Alimenticia del Suelo:
Estrés, limitación de recursos Enriquecimiento Indice Estructura Indice Sin Plantas

20 Cual es el tamaño del funcion o servicio?
Cuanto carbono es utilizado? Cuanta energia es utilizada? Los indices son útil, pero…..… Ellos no indican biomasa, actividad metabolico o magnitud de funciones o servicios – entonces, desarrollamos la Huella Metabolica (2)

21 a) Calculado el volumen de un nematodo–
per Andrássy, 1956 a) Calculado el volumen de un nematodo– L1 L2 L3 L4 r1 r2 r3 r4 v1=π(L1/3)(r12+r1r2+r22) v2=π(L2/3)(r22+r2r3+r32) v3=π(L3/3)(r32+r3r4+r42) v4=π(L4/3)(r42)) Un poder conveniente… si W=2r3 y L=L1+L2+L3+L4 , entonces V = v1+v2+v3+v4 = W2L/1.7 b) Averiguarado la densidad (g/mL) como liquidos en que ellos flotan a un nivel constante =1.084 Entonces, Masa = Volumen x Densidad: Masa = W2L x 1.084/(1.7 x 106) μg o Masa = x W2(L+3.5W) x 1.084/106 μg

22 Actividad Metabolica La relación de metabolismo basal y masa de cuerpo: R = c M0.75 Si biomasa del taxon = Nt Mt entonces, respiración de taxon: Rt = Nt Mt0.75 Ajuste de produción para razón de crecimento y ciclo de vida Usamos el relación entre largo de ciclo del vida y valor cp – per Bongers, Normalizar en relación de largo de ciclo del vida : Pt = Nt Mt/(cpt) Produción largo de ciclo del vida valor cp como un poder Serie de colonizadores y persistentes Huella Metabolica = Σ (Rt + Pt) para todo taxa presente o por taxa que representa una función o servicio ecosistema

23 El Perfíl de la Fauna Nematodo y la Huella Metabolica
enriquecida bacteriovoros micofagos Enriquecimiento indice 100 (w1.cp1 + w2.Fu2) / (w1.cp1 + w2.cp2 ) Ba1 Trayectoria enriquecimiento estructurada Fu2 micofagos bacteriovoros Fu2 basal Ba2 Om4 Om5 Condición basal omnivoros Ca3 Ca4 Ca5 carnívoros Fu3 Fu4 Fu5 micofagos Ba3 Ba4 Ba5 bacteriovoros Trayectoria estructura Estructura Indice = 100 wi.cpi / (wi.cpi + w2.cp2 ) for i = 3-5 Ferris et al., 2001 Ferris, 2010

24 Diversidad Biológica (organismos visibles en 2700 cm3 en 24 horas)
Césped, Sudáfrica Campo de maiz, Iowa, USA Copa de higuera, Costa Rica David Liittschwager 2012, A World in One Cubic Foot – Portraits of Biodiversity. Univ. Chicago Press

25 3. Diversidad de Clases Funcionales

26 La diversidad, la latitud de la salud y la amplitud de funciones ecosistemas
saludable insalubre latitud de la salud latitud de vida funciones ecosistemas 1 2 3 B amplitud de funcion 1 saludable (funcion 1) insalubre Latitud de la salud latitud de vida funcion ecosistema 1 G1 G2 G3 Gremio 1 Gremio 2 Gremio 3

27 La Heterogeneidad Espacial de Micrositios del Suelos y sus Dinámicas Temporal
controladores gradiente: temperatura humedad aireación residuos organicos raices textura del suelo tamaño particulos controladores temporal: diurno estacional curso de vida fenologia grados-dia factores estocásticos: distribución de sitios composición de sitios meteorológicos madrigueras ciedras capas restrictivas Ferris and Tuomisto, in prep.

28 La importancia de la diversidad
1 2 Diferentes números de especies de cada uno       clase funcional en cada micrositio La abundancia de individuos de cada        especies varía entre los micrositios y        a través del tiempo 3 La importancia de la diversidad

29 La diversidad de especies en las clases funcionales
Modelos de diversidad para todas las especies en una clase funcional, de las especies dentro de los gremios o gremios dentro de la clase 𝑞 𝐷 =1/ 𝑞−1 𝑖=1 𝑅 𝑝 𝑖 𝑝 𝑖 𝑞−1 por q<>1 por q=1 𝑞 𝐷 = exp − 𝑖=1 𝑅 𝑝𝑖.ln⁡(𝑝𝑖) donde pi es la abundancia proporcional de especie i de las R especies R en la clase funcional, en un gremio, o de los totales de todo gremios Máxima diversidad posible de especies (D) = riqueza de especies Máxima diversidad dentro los gremios (Dw) = riqueza de especies /numero de gremios Máxima diversidad de gremios (Dg) = numero de gremios* * cuando todo los gremios tiene lo mismo numero de especies Abundancia se puede medir como número de individuos, la biomasa, la huella metabólica de cada tipo

30 Una Clase Funcional: Gremios de Nematodos en Canales de Descomposición
Abundancia de individuos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 Cruz Mesor Panag Rhab A’boid Acrob Ceph Monh Plect Wilso Aphel Aphoi Dityl Filen Achro Dipht Alaim Tylol Total b1 b2 B2 f2 b3 f3 b4 f4 75 22 82 55 120 13 464 Diversidad de Especies Total = 6.8 (número efectivo de especies) Diversidad de Especies dentro Gremios = 2.7 Diversidad de Gremios = (número efectivo de gremios)

31 Una Clase Funcional: Gremios de Nematodos en Canales de Descomposición
Abundancia como Biomasa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 Cruz Mesor Panag Rhab A’boid Acrob Ceph Monh Plect Wilso Aphel Aphoi Dityl Filen Achro Dipht Alaim Tylol Total b1 b2 f2 b3 f3 b4 f4 75 22 82 55 120 13 464 776 50 412 0.1 0.5 0.3 1330 N B Diversidad de Especies Total = 2.3 (número efectivo de especies) Diversidad de Especies dentro Gremios = 2.1 Diversidad de Gremios = (número efectivo de gremios)

32 hidratos de carbono y proteínas
Economía de los Ecosistemas: Carbono y Energía son las Monedas CO2 CO2 CO2 CO2 Los nematodos en cada nivel trófico protozoa nematodos bacteria hidratos de carbono y proteínas nematodos artropodos hongos C N hidratos de carbono y aminoácidos otro organismos nematodos artropodos nematodos hongos NO3 la transferencia de carbono y energía El carbono es respirado por todos los organismos Las cantidades de carbono y energía disponible determinar el tamaño y la actividad de la comunidad Recursos NH3 NH3 NH3

33 Gestión del Suelo Principios Básicos para Gestión de la Salud del Suelo Mantener el suelo cubierto de cultivos y residuos de cultivos. 2. Mantener las raíces vivo en el suelo durante todo el año para alimentar a la cadena alimentaria del suelo. 3. Diversificar en lo posible el uso de la rotación de cultivos, cultivos de cobertura y las mezclas de cultivos de cobertura. 4. Minimizar la perturbación del suelo para mantener la estructura y la calidad del hábitat. 5. (Integrar el pastoreo de ganado). Sources: Jay Fuhrer, NRCS Chad Ellis, Noble Foundation, 2013

34 Administración de Cadena Alimenticia del Suelo
Cultivo de cobertura en invierno - Vicia faba. California, 2006 Administración de Cadena Alimenticia del Suelo Fertilidad de suelo Materiales organicos Actividad de la cadena Estructura del suelo Minimizando de perturbación Menos combustibles fóssiles Conservación de habitat Actividad de la cadena Estructura del suelo Soja sin cultivo, Brazil, 2006

35 Una diversidad de los cultivos de cobertura….
Proporciona cobertura superficial del suelo Proporciona recursos sostenidos para los organismos del suelo Construye los agregados del suelo Mejora la retención de agua Facilita el manejo integrado de plagas Construye materia orgánica del suelo Promueve el ciclo de nutrientes Mejora polinizadores Ajusta proporciones de carbono / nitrógeno Proporciona alimentos y refugio para la vida silvestre Permite la integración de la ganadería Source: Jay Fuhrer, NRCS

36 Sensibilidad de Nematodos a Fertilizante Mineral
Mantener un ambiente favorable para los organismos beneficiales del suelo Sensibilidad de Nematodos a Fertilizante Mineral Concentración (mM-N) 0.1 1 Numeros Vivos 50 100 150 200 X c-p 1 c-p 2 c-p 3 c-p 4 c-p 5 Sulfato de amonio 0.5 0.05 0.02 Gremio nematodo Tenuta and Ferris, 2004

37 Gestión de la salud del suelo en sistemas sostenibles requiere:
mantener el flujo de energía a cada nivel trófico proporcionar un ambiente favorable para los niveles tróficos superiores Physical ++ --- The soil food web provides essential services in sustainable farming systems. The successful farm manager worries about producing a cover crop, supplying compost, providing mulches. All these provide resources to fuel the soil food web so that it can provide its essential services. Físicos Biológicos Químicos

38 Muchas Gracias!

39 Impacto Funcional del nematodos herbivoros - gremios diferentes
Abundancia de nematodos Salud del suelo Abundancia de nematodos Salud del suelo Abundancia de nematodos Salud del suelo algunas de las funciones de los ecosistemas son perjuicios Impacto Funcional del nematodos herbivoros - gremios diferentes