Diversidade de Scarabaeinae (Coleoptera : Scarabaeidae) em agroecossistemas : funções ecossistêmicas e contribuição na ciclagem de nutrientes

Abstract

Ao analisar as atividades agropecuárias atuais verifica-se que há um desencadeamento de diversos processos por parte das práticas de manejo e uso do solo que podem promover alterações importantes na estrutura das comunidades da fauna edáfica, consequentemente interferir negativamente na diversidade de espécies e em funções realizadas por estes organismos, principalmente relacionadas à ciclagem de nutrientes. Os besouros escarabeíneos (Coleoptera: Scarabaeidae: Scarabaeinae) compreendem um grupo importante para estudar as relações entre as funções ecológicas e aos atributos físico-químicos dos solos em ambientes agrícolas-pecuários, pois apresentam facilidade na amostragem e sobretudo por estarem diretamente relacionados com funções do solo nos ecossistemas. A pesquisa teve como principal objetivo estudar a composição de comunidades de besouros escarabeíneos copronecrófagos (Coleoptera: Scarabaeidae: Scarabaeinae) associados a agroecossistemas no Brasil e no México e analisar a resposta destas comunidades em relação às características físico-químicas dos solos nestes ambientes. Adicionalmente, buscou-se investigar a contribuição de espécies coprófagas através da função de remoção de matéria orgânica exercida por estes organismos em ambiente pecuário. A tese está dividida em quatro capítulos. O capítulo I trata da descrição da estrutura das comunidades dos besouros escarabeíneos copronecrófagos que habitam os principais agroecossistemas da região Sul do Brasil e da relação da presença destes organismos com as características físico-químicas do solo nestes ambientes. Foram amostrados quatro agroecossistemas: cultivos de milho, feijão, cana-de-açúcar e áreas destinadas à pecuária. Coletou-se um total de 110 indivíduos, pertencentes a 10 espécies de besouros escarabeíneos, sendo que o ambiente pecuário apresentou maior riqueza, abundância e biomassa destes organismos. No cultivo de cana-de-açúcar não foi registrada nenhuma espécie de besouro escarabeíneo, podendo ser atribuído ao sistema de manejo utilizado da queima da palhada. As espécies escavadoras, Dichotomius nisus e Trichillum externepunctatum relacionaram-se positivamente com o teor de matéria orgânica, mostrando a importância destes organismos no processo de ciclagem de nutrientes. A espécie roladora Canthon chalybaeus se relacionou positivamente com a textura do solo, preferindo solos arenosos. Estas informações sobre a relação dos besouros escarabeíneos com propriedades físico-químicas dos solos pode constituir uma importante estratégia para o aumento da fertilidade e manejo da conservação de solos em agroecossistemas. O capítulo II buscou criar uma forma de avaliar o efeito da qualidade dos solos na abundância de besouros escarabeíneos copronecrófagos de diferentes guildas funcionais através do emprego de um índice de qualidade do solo com base em parâmetros físicos-químicos. Assim, foram tomados os parâmetros de solo de sistemas pecuários extensivos no Sul do Brasil para determinação de um índice da qualidade do solo. Foi utilizado um protocolo padrão para capturar os insetos em quatro áreas de duas matrizes de solo (cambissolo e argiloso) em oito campanhas durante o período de um ano. Registrou-se um total de 813 espécimes de besouros escarabeíneos, pertencentes a nove gêneros e 19 espécies. Os resultados mostraram maior abundância de paracoprídeos grandes, seguido de telecoprídeos médios e baixa abundância de espécimes da guilda funcional dos endocoprídeos, havendo uma relação positiva entre os parâmetros físicos (porosidade, umidade volumétrica, textura) e químicos (pH, teores de magnésio, cálcio e matéria orgânica) do solo com a abundância dos besouros paracoprídeos em cambissolos e em solos argilosos. A qualidade do solo pode ser um parâmetro que explique a distribuição da abundância das guildas funcionais dos besouros escarabeíneos, principalmente de espécies paracoprídeas. Solos com qualidade entre 37% e 65% do Índice de Qualidade de Solo (IQS) favorecem o aumento na abundância das guildas funcionais de espécies paracoprídeas e telecoprídeas, sendo que há um efeito negativo na guilda dos tuneleiros quando a qualidade do solo é baixa. No capítulo III investigou-se a contribuição da comunidade de besouros escarabeíneos coprófagos através das taxas de remoção de massa fecal ao longo de diferentes tempos de exposição do recurso em um sistema pecuário rotacionado no Sul do Brasil. Os resultados mostram o valor em termos de serviços ecossistêmicos prestados por esses organismos através de suas funções ecológicas, principalmente como facilitadores do processo de decomposição. A função ecológica realizada pelos besouros escarabeíneos permite a redução de 23,5% e 24,9% de massa fecal por hectare através de enterrio no solo, especialmente durante as primeiras 24 e 48 horas de exposição, respectivamente. Os resultados indicaram que a espécie mais abundante, Ontherus sulcator foi a que mais contribuiu em termos de biomassa e a mais importante em relação à remoção de esterco bovino no ambiente estudado, sendo capaz de remover, em média 6,7 vezes o seu próprio peso corporal em 24 horas. Esta espécie favorece o processo de aeração do solo, ao escavar túneis para armazenamento do recurso e utilização do mesmo. O capítulo IV avaliou as mudanças na diversidade e estrutura da assembleia de besouros escarabeíneos copronecrófagos em diferentes tipos de manejo e características edáficas em sistemas pecuários no centro de Veracruz, México. Foram estudados três sistemas de manejo pecuário: sistemas silvipastoris de Guazuma ulmifolia Lam (SPS) associados a gramíneas, sistemas pecuários extensivos sem árvores (monocultivos) e formações secundárias de bosque tropical caducifólio com bovinos. Os resultados revelaram um total de 1.423 indivíduos de 15 espécies de besouros escarabeíneos, sendo que existe maior riqueza nos sistemas silvipastoris e que há uma diminuição da abundância e riqueza com a redução da complexidade dos sistemas e da qualidade do solo, bem como o aumento da intensidade das práticas de manejo. Registrou-se correlação positiva entre a abundância de espécies de besouros e características físico-químicas do solo como umidade, os teores de fósforo e potássio, bem como características de densidade de plantas. Entretanto, observou-se um efeito negativo de práticas de manejo, como o uso de inseticidas, fertilizantes e queimadas sobre a abundância dos besouros escarabeíneos; quando as variáveis foram relacionadas por espécies, apenas quatro responderam às diferenças em relação aos níveis de nitrogênio e magnésio nos solos, ao tipo de manejo e à densidade de plantas. <br>

Abstract : When analyzing current agricultural activities it is observed that there is an onset of several processes resulting from management practices and soil use that may cause important structural alterations in communities of the edaphic fauna, consequently interfering in species diversity and functions, mainly the ones related to nutrient cycling. Dung beetles (Coleoptera: Scarabaeidae: Scarabaeinae) are an important group to study the relationships between ecological functions and physicochemical properties of soils in agricultural environments once they are easy to sample and especially because they are closely related with soil functions in the ecosystem. The objective of this study was to research the composition of communities of copro-necrophagous beetles (Coleoptera: Scarabaeidae: Scarabaeinae) in agrosystems in Brazil and in Mexico, and to analyze their responses to physicochemical properties of soil in these environments. It was also sought to investigate how coprophagous species contribute with livestock environments through the removal of organic matter. This thesis is divided into four chapters. Chapter I describes the structure of communities of copro-necrophagous Scarabaeinae beetles that inhabit the main agrosystems of south Brazil and the relationship of their presence with physicochemical properties of soil in these environments. Four agrosystems were sampled: corn, beans and sugarcane cultivations, and livestock areas. A total of 110 individuals were collected, belonging to 10 species of dung beetles, and the livestock environment showed the greatest richness, abundance and biomass of these organisms. There was no record of Scarabaeinae beetles in the sugarcane cultivation, probably due to the management system used (burning of sugarcane straw). Tunnelers species Dichotomius nisus and Trichillum externepunctatum positively related with the levels of organic matter, showing their importance in the process of nutrients cycling. The roller species Canthon chalybaeus positively related with soil texture, showing preference for sandy soils. The relationship between Scarabaeinae beetles and physicochemical properties of soils may constitute an important strategy to increase soil fertility and management of soil conservation in agrosystems. Chapter II tried to create a means of evaluating the effect of soil quality in the abundance of dung beetles different functional guilds through the use of a soil quality index based on physical and chemical parameters. Thus, physicochemical parameters in extensive livestock systems in southern Brazil were taken for determination of a soil quality index. A standard protocol was used to capture the insects in four areas of two soil matrices (cambisol and clay soil) in eight seasons within a one-year period. A total of 813 specimens of Scarabaeinae beetles were recorded, belonging to nine genera and 19 species. Results showed greater abundance of large paracoprids, followed by medium telecoprids and low abundance of specimens of the functional guild of endocoprids, and there was a positive relation between physical (porosity, volumetric soil moisture, texture) and chemical parameters (pH, levels of magnesium, calcium and organic matter) of the soil and abundance of paracoprid beetles in cambisols and clay soils. Soil quality may affect abundance distribution of functional guilds of dung beetles, especially paracoprid species. Soils with quality varying between 37% and 65% favor the increase of abundance in functional guilds of paracoprid and telecoprid species and there is a negative effect on the tunnelers guild when soil quality is low. In Chapter III, the contribution of the community of coprophagous dung beetles was investigated through levels of fecal mass removal throughout different intervals of resource exposition in a rotational livestock system in south Brazil. Results show the values in terms of ecosystem services provided by these organisms through their ecological functions, especially as facilitators of the decomposition process. The ecological function of Scarabaeinae beetles allows the reduction of 23.5% and 24.9% of fecal mass per hectare by burial in the soil, especially during the first 24 hours and 48 hours of exposition, respectively. Results indicated that the most abundant species, Ontherus sulcator, contributed in terms of biomass and was the most important regarding attribution and transformation of organic matter in the studied environment, being capable to remove an average of 6.7 times their own body weight in 24 hours. This species favors the process of soil aeration by excavating tunnels to store and use resource. Chapter IV assessed the response of the assembly of copro-necrophagous beetles through edaphic characteristics and type of management of different livestock systems in the center of Veracruz, Mexico. Three systems of livestock management were studied: silvopastoral systems of Guazuma ulmifolia Lam (SPS) associated with grasses, extensive livestock systems without trees (monoculture) and secondary formations of tropical deciduous forests with bovines. Results show a total of 1.423 individuals of 15 species of dung beetles, and there is a greater richness in the silvopastoral systems, a decrease in abundance and richness with the reduction of system complexity and soil quality, as well as an increase of intensity of management practices. A positive correlation was recorded between species abundance and physicochemical properties of soil such as humidity, potassium and phosphorus levels, and also characteristics of plant density. Nevertheless, a negative effect of management practices such as use of pesticides and fertilizers and burnings was observed on the abundance of beetles. When variables were related by species, only four responded to the differences in relation to levels of nitrogen and magnesium in the soils, type of management and plant density.