Nematodos como indicadores de salud del
suelo
Howard Ferris
Department of Entomology & Nematology
University of California, Davis, USA
UNA, Costa Rica, 2014
La Cadena Alimenticia del Suelo
Nematodos
herbivoros
Nematodos
micofagos
Depredadores
generalistas
Nematodos
bacteriovoros
Depredadores
especialistas
Reguladores
Depredadores altas
Consumidores
Mineralizadores
Productores
Fijadores de C
Fuentes
Oportunistas
Inmovilizadores
Nematodos
protozoos
Los nematodos en cada nivel trófico
la transferencia de carbono y energía
Recursos
•El carbono es respirado por todos los
organismos
Las cantidades de carbono y energía
disponible determinar el tamaño y la
actividad de la comunidad
Diversidad Funcional de los Nematodos
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
--++
Físicos
Biológicos
• Una evaluación un poco subjetiva de componentes
físicos, químicos y biologicos
Physical
Químicos
• 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
evolución
de la agricultura convencional +, riqueza de especies
funcional
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
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.
1
funciones
2
fisiológicas
ecosistemas
3
insalubre
saludable
insalubre
latitud de la salud
latitud de la vida
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.
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
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
1
oportunismo
2
3
4
enriquecimiento
Hábito de Vida Serie
5
estructura
stabilidad
(colonizer-persister)
Indicadores de Estructura
Fauna Basal
Indicadores de Enriquecimiento
Duración del curso de la vida
Las tasas de crecimiento
Respuesta a los recursos
Sensibilidad a la perturbación
Bongers
1. Análisis Faunal de Nematodos
Análisis de Gremios Funcionales
enriquecida
•Enriquecimiento indice
100 (w1.cp1 + w2.Fu2)
/ (w1.cp1 + w2.cp2 )
Ba1
estructurada
Fu2
Gremios son los
combinaciónes de
ciclo de vida y las
fuentes de alimentos
micofagos
bacteriovoros
Condición
basal
Fu2
Basal
Ba2
Ca3
Fu3
Ba3
Om4
Ca4
Fu4
Ba4
omnivoros
Om5
carnívoros
Ca5
micofagos
Fu5
bacteriovoros
Ba5
Trayectoria estructura
Ferris et al., 2001
•Estructura Indice = 100 wi.cpi / (wi.cpi + w2.cp2 ) for i = 3-5
Análisis de Gremios Funcionales
Ba1
•
•
•
•
•
Perturbado
N-enriquecido
Bajo C:N
Bacteriano
Conducente
Enriquecido
Condición
Basal
Ba2
• Degradado
• Empobrecido
• Alto C:N
• Micofago
Basal
• Conducente
Ca3
Fu3
Ba3
Om4
Ca4
Fu4
Ba4
Indice de Estructura
Ferris et al., 2001
Maduración
N-enriquecido
Bajo C:N
Bacteriano
Regulado
Estructurado
Fu2
Fu2
•
•
•
•
•
Om5
Ca5
Fu5
Ba5
•
•
•
•
•
Madurado
Fértil
Moderado C:N
Bact. / Micof.
Supresiva
La gran diversidad de los organismos del suelo - la necesidad de bioindicadores
1
oportunismo
2
3
enriquecimiento
4
5
estructura
stabilidad
Hábito de Vida Serie
bacteria
protozoa
acaros algivoros
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
hongos
T
bacteria
acaros micofagos
acaros depredadores
acaros omnivoros
tardigrados
Nematodos como Bioindicadores
de Otro Organismos del Suelo
Estructura de la Cadena Alimenticia del Suelo – perturbación y recobro
necesidad por indicadores
Efectos de perturbaciónes pequeños
labranzo, cultivo,
reducción de diversidad
de plantas
y otros
Efectos de perturbaciónes grandes
fertilizantes minerales
y otros
Estrés
pesticidas
y otros
Condición basal
sin agua
poco materiales organicos
sin plantas
contaminación
Condición basal – que falta?
Nematodos como Bioindicadores - ejemplos:
Enriquecimiento de la Cadena Alimenticia del Suelo
Enmíendas
North
Carolina
Organic AOrganicas,
mendments
, North
Carolina
E n ric h m e n t IIndice
ndex
Enriquecimiento
100
Fert
CGT
HW
50
RV
0
0
50
D at a f r o m B ulluck, et al.
Estructura
Indice
S tru
ctu re In
dex
100
Estructura de la Cadena Alimenticia del Suelo:
Estrés, limitación de recursos
Mojave Desert, California
Enrichment
Index
Enriquecimiento
Indice
100
50
Rabbit Brush
Bare
Soil
Sin Plantas
Creosote Bush
0
0
50
Estructura
Indice
Structure
Index
100
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)
per Andrássy, 1956
a) Calculado el volumen de un nematodo–
L1
L2
r1
r2
v1=π(L1/3)(r12+r1r2+r22)
L3
r3
v2=π(L2/3)(r22+r2r3+r32)
v3=π(L3/3)(r32+r3r4+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 = 0.116 x W2(L+3.5W) x 1.084/106 μg
L4
r4
v4=π(L4/3)(r42))
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,
1990
Produción
• Normalizar en relación de largo de
Serie de colonizadores y persistentes
ciclo del vida :
Pt = Nt Mt/(cpt)
largo de ciclo del vida
valor cp como un poder
• Huella Metabolica = Σ (Rt + Pt)
para todo taxa presente o por taxa
que representa una función o
servicio ecosistema
El Perfíl de la Fauna Nematodo
y la Huella Metabolica
enriquecida
•Enriquecimiento indice
100 (w1.cp1 + w2.Fu2)
/ (w1.cp1 + w2.cp2 )
Ba1
estructurada
Fu2
micofagos
bacteriovoros
Condición
basal
Fu2
basal
Ba2
Ca3
Fu3
Ba3
Om4
Ca4
Fu4
Ba4
omnivoros
Om5
carnívoros
Ca5
micofagos
Fu5
bacteriovoros
Ba5
Trayectoria estructura
Ferris
Ferris,et2010
al., 2001
•Estructura Indice = 100 wi.cpi / (wi.cpi + w2.cp2 ) for i = 3-5
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
3. Diversidad de Clases Funcionales
La diversidad, la latitud de la salud y la amplitud de funciones ecosistemas
A
1
funciones
2
ecosistemas
3
insalubre
saludable
insalubre
latitud de la salud
latitud de vida
B
funcion ecosistema 1
Gremio 1
amplitud
de
funcion 1
G1
Gremio 2
G2
Gremio 3
G3
saludable (funcion 1)
insalubre
Latitud de la salud
latitud de vida
insalubre
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:
raices
distribución de sitios
composición de sitios
meteorológicos
madrigueras
ciedras
capas restrictivas
Ferris and Tuomisto, in prep.
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
La importancia de la diversidad
3
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

−1


  −1
 = 1/

 = exp −
=1
. ln()
=1
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
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*
* cuando todo los gremios tiene lo mismo numero de especies
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
12
Cruz Mesor Panag Rhab A’boid Acrob Ceph Monh Plect Wilso Aphel Aphoi Dityl
14
15
16
17
18
Filen Achro Dipht Alaim Tylol
b1
b1
b1
b1
b2
b2
b2
B2
b2
b2
f2
f2
f2
f2
b3
f3
b4
f4
75
22
82
55
120
18
5
13
10
2
15
22
2
5
1
6
5
6
Diversidad de Especies Total = 6.8
(número efectivo de especies)
Diversidad de Especies dentro Gremios = 2.7
Diversidad de Gremios = 2.5
(número efectivo de gremios)
Total
464
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
12
Cruz Mesor Panag Rhab A’boid Acrob Ceph Monh Plect Wilso Aphel Aphoi Dityl
14
15
16
17
18
Filen Achro Dipht Alaim Tylol
Total
b1
b1
b1
b1
b2
b2
b2
b2
b2
b2
f2
f2
f2
f2
b3
f3
b4
f4
N
75
22
82
55
120
18
5
13
10
2
15
22
2
5
1
6
5
6
464
B
776
12
50
412
18
15
1
15
10
0.1
3
4
1
0.5
0.3
4
2
5
1330
Diversidad de Especies Total = 2.3
(número efectivo de especies)
Diversidad de Especies dentro Gremios = 2.1
Diversidad de Gremios = 1.1
(número efectivo de gremios)
Economía de los Ecosistemas: Carbono y Energía son las Monedas
CO2
CO2
CO2
CO2
Los nematodos en cada nivel trófico
hidratos de carbono
y proteínas
C
N
bacteria
protozoa
nematodos
nematodos
nematodos
otro
artropodos
organismos
hongos
hongos
artropodos
nematodos
hidratos de carbono
y aminoácidos
NO3
la transferencia de carbono y energía
Recursos
NH3
•El carbono es respirado por todos los
organismos
NH3
NH3
Las cantidades de carbono y energía
disponible determinar el tamaño y la
actividad de la comunidad
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
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
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
Mantener un ambiente favorable para los
organismos beneficiales del suelo
Sensibilidad de Nematodos a Fertilizante Mineral
Sulfato de amonio
Numeros Vivos
200
Gremio nematodo
150
c-p 1
c-p 2
c-p 3
c-p 4
X c-p 5
100 X
50
X
0
0 0.02 0.05
X
0.1
X
X
0.5
1
Concentración (mM-N)
Tenuta and Ferris, 2004
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
++
Físicos
---
Biológicos
Physical
Químicos
+++++++
Muchas Gracias!
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Salud del suelo
Abundancia de nematodos
Salud del suelo
Salud del suelo
algunas de las funciones de los ecosistemas son perjuicios
Abundancia de nematodos
Abundancia de nematodos
Impacto Funcional del
nematodos herbivoros
- gremios diferentes
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Nematodos y la Salud de Suelo - the University of California, Davis