MICROARTHROPOD ECOLOGY AND ECOSYSTEM TYPES: LINKING ADAPTATION TO SOIL AND DIVERSITY OF COMMUNITIES TO ENVIRONMENTAL CONDITIONS IN DIFFERENT GEOGRAPHICAL LOCATIONS

The soil community exhibit high variability in diversity, abundance and structure depending on ecosystems and climate. It is subjected to the integrity of the soil matrix, which constitute their habitat. It is directly involved in the ecosystem functions that constitute the basis for the services that soil provide. Land management often lead to soil degradation, which compromise soil community and ecosystem stability. Soil arthropods are key groups involved in ecosystem processes as decomposition but their role has been neglected in soil organic matter models until recently. Several research questions have been addressed: what are the effects of seasonal microarthropod diversity on ecosystem functions and soil food web stability? Section I focuses on how seasonal changes of arthropods induce changes on carbon cycling and soil food web stability in two beech forests. A modeling process based on the biomass of trophic groups (which includes bacteria, fungi and microarthropods), and environmental characteristics of each study area was implemented by using flow networks. Differences between forests were identified: the soil food web in the area with continental environmental characteristics responded to seasonality by increasing stability, while the soil food web in the area with Mediterranean environmental features increased the resistance and flowing material. Top-predators contributed to enhance the stability of the food webs, whereas fungi and bacteria represented the main groups controlling the cycling of carbon. Sections II and III focus on the effects of local environmental characteristics on soil arthropods in semi-arid ecosystems. The ecological functioning of semi-arid areas is closely related to the distribution of vegetation, and water cycle. The diversity and functions of soil communities depend on resources and protection provided by vegetation. Pressure exerted by livestock often reduce the capacity of soils to provide their ecosystem functions due to degradation. The main research question was: what are the spatiotemporal patterns of soil arthropods depending on microsites characteristics, livestock pressure, and limiting factors? Two similar sylvopastoral areas were studied. The first one (section II) is a farmland located in SW Spain. A photo interpretation analysis of an experimental catchment was developed to classify the intensity of livestock pressure. A total of 150 soil samples were collected, half in spring and the other half in autumn. Moreover, half of points were located beneath tree canopies and the other half in open spaces. Soil biological and physicochemical parameters were considered as drivers of arthropod richness, abundance, and adaptation to soil. Results showed higher abundance of arthropods and higher adaptation outside the influence of trees than beneath the tree canopies. Moreover, the classification of livestock pressure revealed by the photo interpretation analysis showed low correlations with community structure, and with the occurrence of well-adapted arthropod groups. The section III involved the study of arthropods under drought conditions, and how the community changed during a simulated soil rewetting process. Firstly, 9 points were located in a pasture meadow. A total of 24 sampling points were located in sylvopastoral areas (12 grazed and 12 ungrazed). Then, 40 L of water were added to each sampling point 3 days before the sampling to simulate the soil rewetting process. A spatial transposition of samples to one-dimension scale in reference to the nearest trees was used to track changes in abundance and richness of arthropods. Results elucidated that the response of edaphic arthropods to the rewetting of soils was different depending on the closeness to trees: higher abundance and richness were found away from the trees during the rewetting of soil. Conversely, such values were higher as the closeness to trees increased when soil was dry.La comunità del suolo è altamente variabile in diversità e abbondanza a seconda del tipo di ecosistema e clima. È coinvolta nella provvisione di funzioni ecosistemiche che costituiscono la base dei servizi forniti dal suolo. Le pratiche di gestione del suolo portano alla degradazione di esso compromettendo la comunità biotica e la stabilità dell’ecosistema. Gli artropodi del suolo sono coinvolti in processi ecosistemici come la decomposizione della materia organica, nonostante il suo ruolo è stato trascurato fino a tempi recenti. La domanda di ricerca è: quali sono gli effetti dei cambiamenti stagionali nella diversità degli artropodi sulle funzioni ecosistemiche e la stabilità delle reti trofiche del suolo? La sezione I si focalizza su come la variabilità in diversità degli artropodi provoca cambiamenti nei flussi di carbonio in due foreste degli Appennini Italiani (nord e sud). A questo scopo, sono state modellate delle reti trofiche quantitative bassate sulle biomasse dei diversi gruppi di organismi (batteri, funghi e microartropodi). Le differenze climatiche di entrambi posti (continentale nel nord, e mediterraneo nel sud) hanno indotto dei comportamenti antagonisti in base ai cambiamenti stagionali: a nord, la risposta della rete trofica è stata indirizzata sull’incremento della stabilità, mentre a sud si è verificato un incremento della resistenza della rete dovuta all’aumento dell’attività metabolica. Addizionalmente, i predatori contribuirono al miglioramento della stabilità in entrambe le foreste, mentre funghi e batteri costituirono i gruppi principali controllando il flusso di carbonio. Le sezioni II e III si focalizzano sugli effetti delle caratteristiche ambientali locali sugli artropodi del suolo in sistemi semiaridi. Il funzionamento ecologico di queste aree è fortemente relato alla distribuzione della vegetazione e al ciclo idrologico. La diversità e funzioni ecosistemiche del suolo dipendono dalle risorse che la vegetazione provvede. La pressione esercitata dal bestiame riduce la capacità dei suoli di fornire servizi. La domanda di ricerca è: qual è la distribuzione spaziotemporale degli artropodi a seconda delle caratteristiche di ciascun sito, pressione del bestiame e fattori limitanti? Due aree di studio con caratteristiche ambientali simili sono state studiate. La prima (sezione II) è stata individuata nel sudovest della Spagna. Un’analisi di fotointerpretazione in un bacino sperimentale è stata fatta per determinare la pressione del bestiame. In totale, sono stati individuati di 150 punti di campionamento suddivisi in primavera e autunno, e in base alla vicinanza agli alberi (sotto chioma e fuori chioma). Parametri biologici e chimico-fisici del suolo sono stati considerati come fattori incentivanti delle abbondanze, ricchezza e occorrenza di tratti morfologici sugli artropodi. I risultati mostrarono che maggiori abbondanze e adattamento sono correlate con aree fuori chioma. La classificazione delle categorie di pressione del bestiame rilevata dall’analisi delle immagini di satellite mostrò una bassa relazione con i descrittori della comunità. Lo studio degli artropodi sottoposti a siccità estrema e alla simulazione di un processo di umidificazione del terreno si presenta nella sezione III. L’area di studio è localizzata nell’area centrale del Cile. In totale, 33 campioni di suolo sono stati rilevati, e suddivisi in base alla pressione del bestiame fuori chioma e sotto chioma dell’albero. Per lo studio del processo di umidificazione, 40 L di acqua sono stati aggiunti a ciascun punto 3 giorni prima del campionamento. Per tracciare le variazioni di abbondanza e ricchezza della comunità si è sviluppata una trasposizione delle coordinate dei campioni a una dimensione basata sulla distanza dei campioni agli alberi. Valori più alti sono stati trovati lontani dagli alberi durante il processo di umidificazione