Nematodos como indicadores de salud del suelo

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

2. La Cadena Alimenticia del Suelo • El carbono es respirado por todos los organismos • Las cantidades de carbono y energía disponible determinar el tamaño y la actividad de la comunidad la transferencia de carbono y energía Nematodos micofagos Depredadores generalistas Nematodos herbivoros Nematodos bacteriovoros Depredadores especialistas Nematodos protozoos ProductoresFijadores de CFuentes Depredadoresaltas Reguladores OportunistasInmovilizadores ConsumidoresMineralizadores Los nematodos en cada nivel trófico Recursos

3. DiversidadFuncional de los Nematodos

4. Salud del Suelo --- ++ 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 Physical Físicos Biológicos Químicos +++++++ • 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 evolución de la agricultura convencional +, -

5. La Latitud de la Salud • Paul Sorauer introdujo el concepto de Latitud de la Salud (Sorauer, P. 1908. 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 1 funciones fisiológicas 2 3 insalubre saludable insalubre • 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. latitud de la salud latitud de la vida 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. NematodoscomoBioindicadores • 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. NematodoscomoBioindicadores 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. 1 2 3 4 5 Bongers oportunismo estructura enriquecimiento stabilidad Hábito de Vida Serie(colonizer-persister) Indicadores de Estructura Fauna Basal Duración del curso de la vida Las tasas de crecimiento Respuesta a los recursos Sensibilidad a la perturbación Indicadores de Enriquecimiento 1. Análisis Faunalde Nematodos

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

10. 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. T 1 2 3 4 5 La gran diversidad de los organismos del suelo - la necesidad de bioindicadores oportunismo estructura enriquecimiento stabilidad Hábito de Vida Serie bacteria protozoa acarosalgivoros hongos bacteria acarosmicofagos acarosdepredadores acarosomnivoros tardigrados Ferris and Bongers, 2006 Ferris et al., 2012 Georgievaet al., 2005 Sánchez-Moreno et al., 2008 Sánchez-Moreno et al., 2009 Yeates et al., 2009 NematodoscomoBioindicadores de OtroOrganismos del Suelo

12. Estructura de la Cadena Alimenticia del Suelo – perturbación y recobro necesidadporindicadores

13. Efectos de perturbaciónespequeños labranzo, cultivo, reducción de diversidad de plantas y otros

14. Efectos de perturbaciónesgrandes fertilizantesminerales y otros

15. Estrés pesticidas y otros

16. Condición basal sin agua pocomaterialesorganicos sin plantas contaminación

17. Condición basal – quefalta?

18. NematodoscomoBioindicadores - ejemplos: Enriquecimientode la Cadena Alimenticia del Suelo EnmíendasOrganicas, North Carolina EnriquecimientoIndice EstructuraIndice

19. Estructura de la Cadena Alimenticia del Suelo: Estrés, limitación de recursos EnriquecimientoIndice Sin Plantas EstructuraIndice

20. Cuales el tamaño del funcion o servicio? Cuantocarbonoesutilizado? Cuantaenergiaesutilizada? Los indices son útil, pero…..… Ellos no indicanbiomasa, actividadmetabolico o magnitud de funciones o servicios– entonces, desarrollamos la HuellaMetabolica (2)

21. 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 poderconveniente… si W=2r3 y L=L1+L2+L3+L4 , entoncesV = v1+v2+v3+v4 = W2L/1.7 b) Averiguarado la densidad (g/mL) comoliquidos en queellos flotan a un nivelconstante =1.084 Entonces, Masa = Volumen x Densidad: Masa = W2L x 1.084/(1.7 x 106) μg o Masa = 0.116 x W2(L+3.5W) x 1.084/106μg

22. ActividadMetabolica • La relación de metabolismobasal y masa de cuerpo: R = c M0.75 • Si biomasa del taxon = Nt Mt entonces, respiración de taxon: Rt= NtMt0.75 Ajuste de produciónpararazón de crecimento y ciclo de vida Usamos el relación entre largo de ciclo del vida y valor cp – per Bongers, 1990 Produción • Normalizar en relación de largo de ciclo del vida: • Pt = Nt Mt/(cpt) Serie de colonizadores y persistentes • HuellaMetabolica = Σ (Rt+Pt) • paratodo taxa presente o por taxa querepresentaunafunción o servicioecosistema largo de ciclo del vida valor cp como un poder

23. y la HuellaMetabolica El Perfíl de la Fauna Nematodo enriquecida bacteriovoros micofagos • Enriquecimientoindice • 100 (w1.cp1 + w2.Fu2) • / (w1.cp1 + w2.cp2 ) Ba1 Trayectoria enriquecimiento estructurada Fu2 micofagos bacteriovoros Fu2 basal Ba2 Om4 Om5 omnivoros Condición basal Ca3 Ca4 Ca5 carnívoros Fu3 Fu4 Fu5 micofagos Ba3 Ba4 Ba5 bacteriovoros Trayectoriaestructura • EstructuraIndice= 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 Copa de higuera, Costa Rica Campo de maiz, Iowa, USA David Liittschwager 2012, A World in One Cubic Foot – Portraits of Biodiversity. Univ. Chicago Press

25. 3. Diversidad de ClasesFuncionales

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

27. La Heterogeneidad Espacial de Micrositiosdel Suelos y sus Dinámicas Temporal controladoresgradiente: temperatura humedad aireación residuosorganicos raices textura del suelo tamañoparticulos controladores temporal: diurno estacional curso de vida fenologia grados-dia factoresestocásticos: raices distribución de sitios composición de sitios meteorológicosmadrigueras ciedras capasrestrictivas Ferris and Tuomisto, in prep.

28. 1 2 • Diferentes números de especies de cada uno       clase funcional en cada micrositio • La abundancia de individuos de cada        especies varía entre los micrositiosy        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 por q=1 por q<>1 donde pies 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 Abundancia se puede medir como número de individuos, la biomasa, la huella metabólica de cada tipo • 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* • * cuandotodo los gremiostiene lo mismonumero de especies

30. UnaClaseFuncional: Gremios de Nematodos en Canales de Descomposición Abundancia de individuos Diversidad de Especies Total = 6.8 (número efectivo de especies) Diversidad de EspeciesdentroGremios= 2.7 Diversidad de Gremios = 2.5 (número efectivo de gremios)

31. UnaClaseFuncional: Gremios de Nematodos en Canales de Descomposición AbundanciacomoBiomasa N B Diversidad de Especies Total = 2.3 (número efectivo de especies) Diversidad de EspeciesdentroGremios = 2.1 Diversidad de Gremios = 1.1 (número efectivo de gremios)

32. El carbono es respirado por todos los organismos • Las cantidades de carbono y energía disponible determinar el tamaño y la actividad de la comunidad la transferencia de carbono y energía 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 carbonoy proteínas nematodos artropodos hongos C N otro organismos nematodos hidratos de carbonoy aminoácidos artropodos nematodos hongos NO3 NH3 NH3 NH3 Recursos

33. Gestión del Suelo Principios Básicos para Gestión de la Salud del Suelo 1. 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. Cultivo de cobertura en invierno - Viciafaba. California, 2006 Administración de CadenaAlimenticia del Suelo • Fertilidad de suelo • Materialesorganicos • 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. Unadiversidad 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. Mantener un ambiente favorable para los organismos beneficiales del suelo Sulfato de amonio 200 Gremionematodo 150 c-p 1 NumerosVivos c-p 2 X 100 c-p 3 c-p 4 50 c-p 5 X X X X X 0 0 0.02 0.05 0.1 0.5 1 Concentración(mM-N) Sensibilidad de Nematodos a Fertilizante Mineral Tenuta and Ferris, 2004

37. Gestión de la salud del suelo en sistemas sostenibles requiere: --- ++ Physical • mantener el flujo de energía a cada nivel trófico • proporcionar un ambiente favorable para los niveles tróficos • superiores +++++++ Físicos Biológicos Químicos

38. Muchas Gracias! http://plpnemweb.ucdavis.edu/nemaplex

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