Νηματολογικοί δείκτες αξιολόγησης αγροτικών οικοσυστημάτων και συσχέτιση τους με δείκτες από UAS σε λιβαδικές περιοχές της Ισλανδίας

• Main Author: Παπαδοπούλου, Μαρία Χρήστου
• Format: Text
• Language: Greek
• Published: Aristotle University of Thessaloniki 2020
• Subjects: Ισλανδία; νηματολογικοί δείκτες; δείκτες UAS; Iceland; nematode indices; UAS indices; unmanned aerial systems; Reykjavík
• Online Access: https://dx.doi.org/10.26262/heal.auth.ir.314813; https://ikee.lib.auth.gr/record/314813

Οι εδαφικοί οργανισμοί είναι απαραίτητοι για την διατήρηση της εδαφικής λειτουργικότητας, υποστηρίζοντας σημαντικές οικοσυστημικές υπηρεσίες όπως την αποθήκευση άνθρακα και θρεπτικών, την συγκράτηση νερού και την ανθεκτικότητα ενάντια στα παράσιτα. Για την διασφάλιση των οικοσυστημικών υπηρεσιών, η εδαφική βιοποικιλότητα πρέπει να συμπεριληφθεί σε διαδικασίες παρακολούθησης μελλοντικών στρατηγικών διατήρησης και προσπαθειών διαχειρισμού φυσικών και αγροτικών οικοσυστημάτων. Επειδή οι εδαφικοί οργανισμοί είναι μικροσκοπικοί, ο υπολογισμός της εδαφικής βιοποικιλότητας και της οικολογικής λειτουργικής κατάστασης συνήθως γίνεται σε μικρή κλίμακα (δειγματοληψία). Συνεπώς, υπάρχει η ανάγκη αναγωγής της πληροφορίας σε κλίμακες σημαντικές για πρακτικούς σκοπούς (διατήρηση, αποκατάσταση κτλ.). Σε αυτή την μελέτη συνδύασα δεδομένα προερχόμενα από ανάλυση εδαφικών κοινοτήτων και δεδομένα προερχόμενα από Μη – επανδρωμένο Αέριο Σύστημα (UAS), με σκοπό να δημιουργήσουμε μια μέθοδο αναβάθμισης τω δυνατοτήτων των δεικτών από το δείγμα στο επίπεδο του τοπίου και να δημιουργήσουμε οικολογικούς χάρτες λειτουργικής κατάστασης. Ειδικότερα, σε λιβαδική περιοχή του Ρέικιαβικ (Ισλανδία) λήφθηκαν φωτογραφίες με κόκκινο, πράσινο μπλε (RGB) και πολυφασματικό φακό από πολυκόπτερο UAS και επιπρόσθετα λήφθηκαν δείγματα εδάφους από τρία διαφορετικά μικροενδιαιτήματα (βρύα, λούπινο και γυμνό έδαφος) από την περιοχή μελέτης. Από τα δείγματα εδάφους έγινε εξαγωγή νηματωδών (Nematoda) και αναλύθηκε η κοινότητα τους ως προς την αφθονία, την τροφική και την ταξονομική της ποικιλότητα. Επιλέξαμε να μελετήσουμε κοινότητες νηματωδών αφού είναι αξιόπιστοι βιο – δείκτες της κατάστασης του εδάφους. Αρκετά χαρακτηριστικά στοιχεία της δομής της κοινότητας των νηματωδών δίνουν πληροφορίες για τη λειτουργική κατάσταση των εδαφών και αντικατοπτρίζουν την ένταση της χρήσης γης και το μικροκλίμα μις περιοχής. Τα αποτελέσματα μας δείχνουν πως οι αφθονίες νηματωδών διαφέρουν σημαντικά ανά μικροενδιαίτημα αλλά και μέσα σε αυτά, δείχνοντας πως ο άνθρακας μεταβολίζεται διαφορετικά στη λιβαδική περιοχή. Υψηλότερες αφθονίες παρατηρήθηκαν στο λούπινο και χαμηλότερες στο γυμνό έδαφος. Το λούπινο χαρακτηρίζεται από μεγάλη αναλογία βακτηριοφάγων νηματωδών υποδηλώνοντας αυξημένο ρυθμό ανοργανοποίησης θρεπτικών, τα οποία πιθανό να μην απορροφούνται πλήρως από τα φυτά και να διαρρέουν στο περιβάλλον. Η δομή της κοινότητας των νηματωδών στο γυμνό έδαφος, όπως αναμενόταν, δείχνει υποβιβασμένο περιβάλλον με μικρή εδαφική λειτουργικότητα. Το μικροενδιαίτημα με τα βρύα από την άλλη μεριά έχει υψηλά ποσοστά μυκητοφάγων και χαμηλά ποσοστά φυτοπαράσιτων και γενικότερα η κοινότητα των νηματωδών του είναι ταξονιμικά πλουσιότερη υποδηλώνοντας καλύτερη λειτουργική κατάσταση του εδάφους. Η διακύμανση ανάμεσα και μέσα στα ενδιαιτήματα προέκυψε από διαφορετικούς δείκτες εδάφους και βλάστησης από τις εικόνες που λήφθηκαν από το UAS. Οι δείκτες βλάστησης και ειδικότερα ο δείκτης βλάστησης κανονικοποιημένης διαφοράς (NDVI) μπόρεσαν να διαχωρίσουν τα μικροενδιαιτήματα με μεγαλύτερη ακρίβεια από το τους δείκτες της κοινότητας των νηματωδών αλλά συσχετίζονται με τους τελευταίους. Η μεθοδολογίας μας μπορεί να χρησιμοποιηθεί περαιτέρω για να προβλέψει χαρακτηριστικά από τις κοινότητες των νηματωδών σε περιοχές στις οποίες δεν έγινε δειγματοληψία. Μέθοδοι παρεμβολής μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν ώστε να επιτρέψουν την κατασκευή οικολογικών χαρτών λειτουργικής κατάστασης του εδάφους οι οποίοι θα βοηθήσουν στις προσπάθειες διατήρησης και αποκατάστασης : Soil organisms are pivotal in maintaining soil functionality, supporting significant ecosystem services like carbon and nutrient storage, water retention and pest resistance. For ensuring the delivery of ecosystem services soil biodiversity should be included in monitoring procedures, future conservation strategies and management efforts of natural and agricultural ecosystems. As soil organisms are microscopic, assessment of soil biodiversity and the ecological functional state is usually performed at a small (sample) scale. Thus, there is need to upscale this information to scales that are important for practical aims (conservation, restoration, etc.). In this study we combined data deriving from the analysis of soil communities and data deriving from Unmanned Aerial System (UAS), with the aim to establish a method to upscale the bio-indication potential of soil organisms from the sample to the landscape level and create maps on the ecological functional state. Specifically, in a heathland in Reykjavík (Iceland) we captured red, green blue (RGB) and multispectral images by a multi-rotor UAS, and in addition collected soil samples at three different microhabitats (mosses, Lupinus and bare soil) within the study area. From the soil samples we extracted nematodes (Nematoda) and analyzed their community in terms of abundance, trophic and taxonomic diversity. We chose to study nematode communities as they are efficient bio-indicators of soil condition. Several aspects of the nematode community structure inform on the functional state of soils and reflect the type and intensity of land use and the microclimate of an area. Our results show that nematode abundances varied significantly by microhabitat but also within microhabitats, indicating that carbon is differently metabolized across the heathland. Highest abundances were observed in the Lupinus and lowest in bare soil. Lupinus were characterized by high contribution of bacterivorous nematodes, indicating an increased mineralization rate of nutrients, which may though be not entirely absorbed by plants and leak out to the environment. The nematode community structure in the bare soil, as expected, indicated a suppressed environment with a low functional state. The moss microhabitat on the other hand had a high percentage of fungivores and a low percentage of plant parasites and in general a taxonomically richer nematode community indicating an increased functional state. Variation among and within microhabitats were obtained by different soil and vegetation indicators derived from the images captured by the UAS. The vegetation indices especially the normalized difference vegetation index (NDVI) could separate the microhabitats with higher accuracy from the nematode community indices but were correlated to the latter. Our methodology can be further used to predict nematode community characteristics in non-sampled areas. Interpolation methods will then allow making maps of the ecological functional state of soil that will in turn help in conservation and restoration efforts