Collembola diversity in Portuguese forest stands : deriving surrogates for species richness and evaluating the effects of forest type and grazing

Abstract

Forests are very important systems, not only for the diversity of life forms they shelter, but also for the services and resources they provide. Soil organisms are an integral part of these systems, intervening in the various processes that occur in the soil and thus contributing for the provision of several ecosystem services. Over the past decades, soil biodiversity has suffered a decline due to various threats resulting from human activities. Faced with this problem, an effort has been made to monitor soil biodiversity, often using indicators such as the diversity and abundance of Collembola. However, the difficulties in the taxonomical identification of these organisms have led to the search for alternative approaches, including the use of surrogates and functional traits. Taking this into account, this study is divided in two parts: in a first phase, deriving surrogates and sampling effort for biodiversity assessment (chapter II) and, in a second phase, the evaluation of the effects of forest type and grazing on Collembola communities (chapter III). Aiming to discover if higher taxonomic levels (genera richness) and a classification based on eco-morphological traits (morphotypes richness) would be good surrogates for Collembola species richness, generalized linear models (GLM) were developed using data from previous projects. The required sampling effort to estimate Collembola species richness in forest areas was calculated with the same data. It was possible to conclude that both morphotypes and genera are reliable surrogates for species richness and that 7 to 10 samples should be enough to estimate about 80 to 90% of a site’s species richness. Still, the developed models can be improved by incorporating more data from other forest stands and by their validation. Afterwards, the classification in morphotypes was used to evaluate the effects of different types of forest and the practice of grazing on Collembola communities, a study integrated in a project that aims the extensive monitoring of Portuguese forests. To achieve this, 20 sites from the project were used, all of them located in the south of Portugal and belonging to two different forest types: Quercus suber L. and Quercus rotundifolia Lam. In each, 8 samples were collected and the collembolans found, classified into morphotypes. Differences between abundance and morphotypes richness among sites and forest types were assessed with a nested ANOVA. Diversity indices were calculated. Differences in communities between sites were assessed through multivariate analysis. A t-test was used to verify if there were differences between sites with and without grazing. Lastly, through a correlation, the relation between the percentage of vegetation cover and Collembola richness and abundance was studied. Despite the variation in abundance and diversity over the study sites, no significant differences were found neither between the two types of forest nor between sites with and without grazing. The correlation, although significant, was surprisingly weak; suggesting that perhaps more cover variables should be included to study this relation. In the future, it will be important to incorporate more explanatory variables that will help to understand better the patterns of diversity found.

As florestas são sistemas de grande importância, não só pela diversidade de formas de vida que albergam, mas também pelos serviços e recursos que provisionam. Os organismos do solo são parte integrante destes sistemas, intervindo nos diversos processos que ocorrem no solo e assim contribuindo para a provisão de diversos serviços dos ecossistemas. Ao longo das últimas décadas, a biodiversidade do solo tem vindo a sofrer um declínio devido a várias ameaças resultantes de atividades humanas. Face a este problema, tem sido feito um esforço no sentido de monitorizar a biodiversidade dos solos, recorrendo muitas vezes a indicadores como a diversidade e abundância de colêmbolos. No entanto, as dificuldades na identificação taxonómica destes organismos levaram à procura de abordagens alternativas, entre as quais, o uso de surrogates e de características funcionais. Tendo isto em conta, este estudo está dividido em duas partes: numa primeira fase, a derivação de surrogates e do esforço de amostragem (capítulo II) e, numa segunda fase, a avaliação dos efeitos do tipo florestal e do pastoreio nas comunidades de colêmbolos (capítulo III). Com vista a perceber se níveis taxonómicos mais elevados (riqueza de géneros) e se uma classificação usando características eco morfológicas (riqueza de morfotipos) seriam bons substitutos para a riqueza em espécies de colêmbolos, foram desenvolvidos modelos lineares generalizados (GLM) com base em dados de projetos anteriores. A partir destes mesmos dados foi calculado o esforço de amostragem necessário para estimar a riqueza de espécies de colêmbolos em áreas florestais. Chegou-se à conclusão de que tanto morfotipos como géneros são bons surrogates de espécies e que 7 a 10 amostras são suficientes para estimar 80 a 90% da riqueza de espécies de um local. Ainda assim, os modelos podem ser melhorados através da incorporação de mais dados de outras parcelas florestais e da validação dos mesmos. Posteriormente, a classificação em morfotipos foi usada com vista a avaliar o efeito que os diferentes tipos florestais e o pastoreio têm nas comunidades de colêmbolos, estudo integrado num projeto que visa a monitorização extensiva de florestas em Portugal. Para tal, foram utilizados 20 pontos do projeto, todos eles localizados no sul de Portugal e pertencentes a dois tipos florestais: Quercus suber L. e Quercus rotundifolia Lam. Por local, foram colhidas 8 amostras de solo e os colêmbolos encontrados, separados por morfotipos. Diferenças entre abundância e riqueza de morfotipos entre locais e tipos de floresta foram avaliadas com uma ANOVA hierárquica. Índices de diversidade foram calculados. Diferenças nas comunidades entre locais foram avaliadas por meio de análise multivariável. Com um teste-t verificou-se se existiam diferenças entre sítios com e sem pastoreio. Por último, através de uma correlação, estudou-se a relação entre a percentagem de cobertura vegetativa e a abundância e diversidade de colêmbolos. Apesar da abundância e diversidade de colêmbolos terem variado ao longo dos sítios amostrados, não foram encontradas diferenças significativas nem entre os dois tipos de florestas, nem entre locais com e sem prática de pastoreio. A correlação efetuada, embora significativa, revelou-se fraca, o que sugere que talvez mais variáveis de cobertura devam ser incluídas para estudar esta relação. No futuro será importante a incorporação de mais variáveis explicativas que ajudem a perceber melhor os padrões de diversidade encontrados.