Антоан Лекок

1 Университет в Копенхаген, Департамент по растенията и науките за околната среда - PLEN, 1871 Frederiksberg C, Дания,

На Кригер

2 Университет в Орхус, Катедра по агроекология - ентомология и растителна патология, 4200 Слагелсе, Дания,

Flemming Vejsnæs

3 Датска асоциация на пчеларите, Fulbyvej 15, 4180 Sorø, Дания,

Анет Бруун Йенсен

1 Университет в Копенхаген, Департамент по растенията и науките за околната среда - PLEN, 1871 Frederiksberg C, Дания,

Замислил и проектирал експериментите: AL ABJ PK FV. Извършва експериментите: AL. Анализирани данни: AL. Написа хартията: AL ABJ PK FV.

Свързани данни

Сурови данни са на разположение от асоциацията на датските пчели на адрес http://www.biavl.dk/ под етикета „Honningmeter“. Или www.mybees.buzz и www.stadev% c3% a6gt.dk /

Резюме

През последните няколко десетилетия постепенното отклоняване от традиционните селскостопански практики доведе до промени в състава на провинцията и ландшафтите в цяла Европа. Изправени пред подобни промени, мониторингът на развитието и продуктивността на пчелните семейства от различни места може да даде ценна представа за влиянието на ландшафта върху тяхната продуктивност и може да насочи към бъдещи насоки за модернизирани пчеларски практики. Използвайки данни за теглото на колониите на пчелите, предоставени от електронни везни, разпространени в Дания, ние изследвахме ефекта от непосредствения пейзаж върху производителността на колонията. За да се извлече значима информация, преди анализ е била необходима манипулация на данни в резултат на различни режими на управление или неправилно функциониране на мащабите. След като това беше извършено, успяхме да покажем, че колониите, разположени в пейзажи, съставени от над 50% градски райони, са значително по-продуктивни от колониите, разположени в тези с над 50% земеделски площи или тези в смесени райони. Освен че проучваме някои от потенциалните причини за наблюдаваните разлики, ние обсъждаме стойността на мониторинга на теглото на колониите в голям мащаб.

Въведение

Хората живеят заедно с медоносните пчели от хилядолетия. Пчеларството, поддържането на пчелни семейства от хора, се сблъсква с редица предизвикателства през последните години. Докато зависимостта ни от медоносните пчели значително се е увеличила, 80% от глобалните услуги за опрашване в селското стопанство могат да се отдадат на европейската медоносна пчела, Apis mellifera [1] и 52 от 115-те водещи световни хранителни стоки зависят от опрашването на медоносните пчели за плодове или семена набор [2], управлявани колонии както в Европа, така и в Северна Америка, особено са намалели [2]. В САЩ броят на пчелните семейства на пчелите е спаднал с 61% между 1947 и 2008 г. [2]. В Европа броят на колониите е намалял от над 21 милиона през 1970 г. до около 15,5 милиона през 2007 г. [3]. Нашата точност при оценката на стойността на услугите за опрашване в национален или световен мащаб все още е предмет на някои дебати [4]. Няма съмнения обаче, че в момента търсенето на услуги за опрашване засенчва всеки потенциален растеж на световните запаси от пчели [5, 6].

Различните вредители, болести, паразити, хищници и техните взаимодействия могат да окажат неблагоприятно влияние върху производителността и оцеляването на управляваните пчелни пчели [2, 7–9]. Други фактори, най-вероятно от човешки произход, оказващи влияние върху популациите на медоносните пчели, включват пестициди, времето и климата и международната търговия [7, 8, 10]. Лабораторно и теренно проучване на хранителните нужди на медоносните пчели [11, 12], техните хранителни навици, както и пространственото използване на ландшафта [13–15], хвърлиха светлина върху някои от ефектите, които нашите променящи се земеделски практики могат да окажат върху здравето и изобилието на медоносните пчели. Например, неотдавнашни проучвания установиха, че устойчивостта към паразит се увеличава с повишени нива на протеин в полените. Докато полифлорните смеси не са непременно по-добри от най-богатия на белтъци монофлорен прашец, предоставянето на различни флорални ресурси може да противодейства на ефекта на нископротеиновия прашец върху оцеляването на заразения работник [11]. Освен това качеството на полените, хранени с медоносните пчели, заразени с Nosema ceranae, може да повлияе на производството на спори на паразита [16].

С нарастването на урбанизацията все повече изследвания насочват усилията си към ефектите на градската среда върху чувствителността, изобилието и разнообразието на опрашители [15, 17–20] с променливи резултати. Banaszak-Cibicka и Zmihorski [21] заключават, че градът може да бъде важно местообитание за пчелните видове и че видовото разнообразие и богатство остават стабилни в градиентния градиент на тяхното проучвано място. По същия начин, Lowenstein et al. [22] установи, че както изобилието от пчели, така и богатството се увеличават в квартали с по-висока гъстота на човешката популация. От друга страна, изглежда също така има някои доказателства, че богатството и/или изобилието на пчелни видове може да бъде повлияно отрицателно от урбанизацията [18, 19, 23, 24]. Въпреки че тези проучвания са насочени към диви, местни и/или самотни опрашители, развитието на градското пчеларство породи повече въпроси относно стойността и ползите от отглеждането на медоносните пчели в градовете и опасностите от засилване на селското стопанство за здравето на опрашителите.

Мониторингът на пчелните колонии за дълги периоди от време може да доведе до потенциални дългосрочни данни за формиране на тенденции, които могат да бъдат редовно анализирани и използвани за формулиране на нови хипотези или прогнози [14, 25, 26]. Последният напредък в прецизността и автоматизираните технологии означава, че учените вече имат възможност да усъвършенстват стари модели и да извличат все по-значими данни от колониите [27, 28]. Претеглянето на колониите като показател за здраве и продуктивност се предлага от 50-те години на миналия век [29]. Предишни изследвания показват, че количествата мед и цветен прашец, по-специално производството на мед, са факторите, най-корелирани с теглото на колонията [30]. В продължение на няколко години автоматични везни, разпространявани на пчелини около Дания, събират данни за теглото на колониите при нормални режими на управление и за техните местни условия на околната среда. Целта на това проучване беше да се определи каква ценна информация може да бъде извлечена от мащабни данни на национално ниво. Заедно с променливите на околната среда и данните за типа земя, ние изследвахме ефекта от непосредствения пейзаж върху производителността на колониите.

Материали и методи

Везни и събиране на данни

Скалата на кошера Capaz е платформа от 420 x 480 x 86 mm, изработена от алуминий и неръждаема стомана (фиг. 1). Везната може да тежи до 200 кг с точност до 100 грама. Теглото (масата), околната температура, влажността се измерват по подразбиране. В края на всеки ден данните от скалите на Capaz се изпращат от мобилен телефон като SMS, който след това се преобразува в имейл и се чете от софтуер, който съхранява и управлява данните [27]. Рекордите за тегло бяха събрани на интервали от два часа, като първият запис беше в 6:00, а последният в 22:00 за всеки ден. Всички данни, използвани в това проучване, както и други записи са достъпни директно от www.stadevægt.dk и www.mybees.buzz и могат да бъдат експортирани в Excel.

ландшафта

Capaz hivescale е H-образна платформа, изработена от алуминий и неръждаема стомана, с размери 420 х 480 х 86 мм (дължина х широчина х височина). Данните се предават чрез мобилен телефон. Акумулаторната батерия (12 V) издържа 200 дни. Температурата и влажността на околната среда се измерват по подразбиране. Допълнително оборудване е колекторът за дъжд и сензорът за температура на пилото Промените в стандартната настройка на везната се извършват чрез компютърния софтуер. Снимка: Capaz.

Колониите

Тридесет и една колонии, разпространени из Дания, бяха снабдени с мащаб на кошера, включен в базата данни и картографирано местоположението им. Тринадесет от тридесет и едната везни, монтирани на колониите, са част от програма за наблюдение, създадена от Датската асоциация на пчеларите [DBA]. Останалите везни са били частна собственост. В крайна сметка само 26 от колониите (Фиг. 2) са избрани след манипулация на данни, както е описано по-долу.

По-тъмните петна са индикация за основните градски зони. Получено от 2002–2003 сателитни данни MODIS с разделителна способност 1 km [43].

Манипулиране на данни

Това доведе до общо 71 записа от колониите; 14 през 2010 г., 16 през 2011 г., 17 през 2012 г. и 24 през 2013 г.

Променливи на околната среда

Всяка скала беше снабдена с термометри и измервателни уреди за валежи, но данните бяха твърде променливи, за да бъдат полезни, главно поради непоследователно разположение на оборудването и чести повреди. Следователно бяха използвани средни стойности за валежите и температурите, получени от датския метеорологичен институт (DMI на dmi.dk). Средните месечни стойности за цяла Дания бяха предоставени в архивите за всички разследвани години. Избрани са национални средни стойности, тъй като използваните в това проучване сезонни променливи (валежи и температура) не се различават значително в района на изследване.

Картографиране на местоположението

Всички местоположения бяха наслоени върху базата данни на земята CORINE 2006, използвайки GRASS GIS 7.0.0. Европейската агенция за околна среда (ЕИП) предоставя база данни за земята CORINE (СЪВМЕСТНА ИНФОРМАЦИЯ за околната среда), паневропейска карта за земно покритие/използване на земята за нетърговска употреба. Разделителната способност на данните е 100 х 100 метра в Дания. Структурата на ландшафта е оценена на радиус от 1 км и 3 км около всяка колония. За типологията на местообитанията данните CORINE съдържат различни нива на разделителна способност. Резолюция от ниво 1 използва широките определения на земеделски площи, изкуствени площи, горски и полуприродни зони, водни обекти и влажни зони за категоризиране на ландшафта. Поради общата липса на колонии, разположени в природни зони или влажни зони, ние анализирахме само ефекта от пропорциите на земеделските площи и изкуствените площи върху теглото на колониите, а впоследствие групирахме класовете от ниво 1 в следните категории:

Селскостопански = Повече от 50% от околния определен пейзаж, съставен от земеделски площи

Градски = Повече от 50% от околния определен пейзаж, съставен от градски райони

Смесени = Комбинация от видове ландшафт, заобикалящи пчелина, без нито един тип местообитание, представляващ повече от 50% от общия ландшафт.

По този начин гореспоменатите 71 годишни записа бяха разделени на 49 в селскостопански пейзажи, 12 в градски пейзажи и 10 в смесени пейзажи в радиус от 3 км около пчелина и 47 в селскостопански пейзажи, 14 в градски пейзажи и 10 в смесени пейзажи в радиус от 1 км около пчелина

Статистически анализ

Производителността на пчелните пчелни семейства е сравнена с помощта на еднопосочна ANOVA (Analysis Of Variance) процедура, а двойно сравнение на годините е направено с тест за двойно сравнение на Tukey за средните годишни тегла на колониите. За да се изчисли връзката между променливите на околната среда и теглото на колониите, се изчислява коефициент на корелация на Пиърсън и данните се групират по сезони, за да се получат средни тегла за сезона. Пролет = Април, май, юни; Лято = Юли, август, септември; Есен = Октомври, ноември, декември; Зима = Януари, февруари, март.

Ефектът на ландшафта върху теглото на колониите е тестван с линеен смесен модел с двойни сравнения на годините и типовете ландшафт. Анализирахме ефекта от пропорциите на земеделските площи, изкуствените площи и нашите групирани категории. Използвахме Пейзаж (пропорции или категории), Месец, Година и Пейзаж x Месец като фиксирани фактори с Colony ID и Colony ID x Year като произволни фактори. Всички статистически анализи са извършени в SPSS Statistics 22 (SPSS Inc .; Чикаго, САЩ) и Minitab версия 17.

Резултати

Преглед на данните от везните

Теглото на всички кошери около Дания е осреднено всяка година, за да се оцени основната продуктивност на колониите в национален мащаб. Имаше значителна разлика в теглото между годините (Еднопосочна ANOVA; F = 5,63, P = 0,002) (Фигура 3). През 2012 г. (n = 17; средно = 37,46) колониите са значително по-малко продуктивни в сравнение с 2010 г. (n = 14; средно = 52,06; P = 0,013) и 2013 г. (n = 24; средно = 52,41; P = 0,003).

Средствата, които не споделят писмо, са значително различни.

Средномесечните тегла показват, че 2012 г. е белязана от нормални средни тегла през зимата и пролетта, но които стават по-ниски, отколкото през останалите години от юни нататък (фиг. 4). Промените в теглото на кошерите, от един ден на следващия, ни предоставиха информация относно скоростта на събиране на храна или хранителния потенциал (наличен фураж) на пчелите в продуктивни месеци от годината или степента на потребление на колониите през не- продуктивни месеци в годината. През 2012 г. колониите консумираха толкова много ресурси през зимата, колкото тези през 2010, 2011 и 2013 г., и набираха толкова голяма тежест в началото на пролетта. Това обаче беше последвано от средна загуба на тегло през юни и по-кратък продуктивен летен период като цяло (Фигура 5).

Променливи на околната среда за обяснение на наблюдаваната продуктивност на колонията

Ниската годишна производителност на колониите през 2012 г. изглежда се дължи на липсата на нарастване на теглото през месец юни (-0,03 кг/ден спрямо 0,77 кг/ден, 0,45 кг/ден и 0,69 кг/ден през 2010 г., 2011 и 2013 съответно). Като цяло месец юни изглежда особено важен за развитието на колониите, като се има предвид, че през 2011 г. колониите отслабват през юли (-0,10 кг/ден) и август (-0,12 кг/ден), но това все пак води до по-голяма средна стойност тегло на колонията от това от 2012 г. (Фигура 4).

При сравняване на променливите на околната среда през изследваните години установихме значителни разлики в температурите между годините (Фигура 6) през есента (Еднопосочна ANOVA; F = 19,55, P Фигура 7), открихме значителни разлики през есента (Еднопосочна ANOVA; F = 15,64, P Фиг. 8). В радиус от 1 км кошерите в градска среда тежат повече от тези в селскостопанските пейзажи (T = 2.655; P = 0.008). При този радиус обаче загубихме значителната разлика със смесени пейзажи (T = 1,629; P = 0,104). Тези разлики са налице и при сравняване на продуктивните месеци в годината или степента на потребление на колониите през непродуктивните месеци на годината с непосредствените видове земя на кошерите (Фигури (Фигури 9 9 и и 10). 10 ). Значителни разлики на това ниво обаче се появиха едва от месец юли нататък и до декември.

Селско стопанство (n = 49; средно = 45,94): Повече от 50% от заобикалящия 1 км пейзаж, съставен от земеделски площи; Градски (n = 12; средно = 57,50): Повече от 50% от околния 1 км пейзаж, съставен от градски райони; Смесени (n = 10; средно = 39,90): Комбинация от типове пейзажи, заобикалящи пчелина, без нито един тип местообитание, представляващ повече от 50% от общия ландшафт. Средствата, които не споделят писмо, са статистически значими.

Дискусия

Въпреки че показахме стойността на мониторинга на мащаба на колониите в научните изследвания, все пак може да се направят някои подобрения, за да се постигне по-голяма надеждност на данните. Самите везни, макар и до голяма степен надеждни, от време на време се развалят, губят връзка с мрежата си или просто изчерпват батерията. Това създава пропуски в данните. Променливите на околната среда, записани от везните (околна температура, влажност, валежи), не работят толкова надеждно, колкото самите везни и тяхното използване при анализ остава ограничено. Отчитането на управленските практики на пчеларите може да опрости автоматизирания анализ на данните от кошерите, като предостави информация като времето и количеството медосбор, добавяне на супери, времето, вида и количеството на захарния фураж, подробности за повторното отглеждане, вредители и патогени лечения и загуба на колонии. Успяхме да покажем, че пчелите в градските райони са по-тежки и по-продуктивни от тези в селскостопанските или смесени пейзажи; ние обаче не сме в състояние да предположим повече от ефекта на теглото върху натоварването от паразити, оцеляването през зимата или общото здравословно състояние на пчелните семейства.

Все още трябва да се реализира голяма част от потенциала на стойността на автоматизираните везни. Много европейски и северноамерикански обекти вече са оборудвани с тях и при засилено международно сътрудничество везните могат да се превърнат в безценен инструмент за задълбочаване на нашето разбиране за биологията на медоносните пчели и проблемите, пред които са изправени. Например, Wray et al [42] установяват, че колониите, които са били по-активни фуражи и колониите с по-големи защитни реакции в началото на лятото, продължават да печелят повече. Това означава, че въз основа на мащабни данни за един летен сезон, колониите могат да бъдат избрани за специфични поведенчески черти въз основа на теглото им. И накрая, болестите по програмите за наблюдение на пчелите вече съществуват в много страни. Националните изследвания на полените и нивата на пестицидите в културите също се установяват по-често [25]. Свързването на тези данни с теглата на колониите може би може да ни помогне да определим праговете и признаците на предстоящ колапс на колонията или ефектите от различни техники на управление в национален мащаб.