- Преподавателю
- Биология
- Исследовательская работа по экологии Педобионты леса
Исследовательская работа по экологии Педобионты леса
Раздел | Биология |
Класс | - |
Тип | Другие методич. материалы |
Автор | Сигова Н.А. |
Дата | 30.09.2015 |
Формат | docx |
Изображения | Есть |
МБОУ «Лестранхозовская средняя общеобразовательная школа»
Изучение разнообразия педобионтов леса,
их некоторые характеристики.
Работу выполнил: Добрынин Иван
Валерьевич
ученик 9класса
Руководитель: Сигова Наталья
Алексеевна
учитель биологии
МБОУ Лестранхозовской СОШ
с. Бирикчуль, Республика Хакасия, 2015
Введение.
Педобионты (от педо... и бионт (ы)), организмы, обитающие в почве. (Экологический энциклопедический словарь. - 1989).
С постоянно увеличивающимся загрязнением природной среды промышленными отходами и с развитием сельскохозяйственного производства все более возрастает глобальная роль как экологии в целом, так и экологии насекомых. Это особенно четко проявляется на примере защиты растений. До конца 50-х гг. 20 века защита растений почти не нуждалась в экологических исследованиях. В этот варварский период после обнаружения вредных насекомых предписывалось употребить определенное количество ядохимикатов для их уничтожения. Еще чаще обработку ядохимикатами применяли как профилактическую меру без какого-либо энтомологического обследования. Мало кто задумывался о тяжких последствиях такого "щедрого" употребления инсектицидов, об опасности для окружающей природы и людей, использующих выращенную сельскохозяйственную продукцию или живущих в сельскохозяйственных районах.
В быту широко распространено представление о насекомых как о существах, мешающих жизни человека. Что произошло бы на нашей планете, если бы исчезли сразу все насекомые? Казалось бы, что в тайге будет значительно лучше без гнуса, в квартирах - без тараканов, на полях и складах - без вредителей. Однако одновременно исчезнут все растения, опыляемые насекомыми, многие птицы и рыбы погибнут без корма. Сильно замедлится почвообразование. Поверхность суши будет завалена остатками растений, трупами животных, экскрементами. Изменится весь облик нашей планеты, распадутся все современные биоценозы. Итак, насекомые - неотъемлемая часть биосферы и их роль в жизни нашей планеты громадна (Чернышёв, 1996).
Цель: Выявление видового состава, экологической структуры, а также некоторых характеристик педобионтов соснового бора окрестностей города Минусинска.
Объект: педобионты леса.
Предмет: видовой состав, экологическая структура, характеристика педобионтов.
Задачи:
1. провести анализ литературы для определения основных понятий.
2. выявить и опробировать методы для определения видового состава и экологической структуры педобионтов.
3. Провести сбор в разных экологических условиях ( температура, влажность, почвы).
4. Составить список и провести экологический анализ групп видов.
5. Проанализировать экологию популяций педобионтов леса.
Практическая значимость: Материалы исследований почвенного населения ценозов соснового бора окрестностей города Минусинска могут использоваться в биодиагностике нарушений почвенно-экологических условий при рекреационных и техногенных воздействиях на пригородные биоценозы, а также при разработке программ мониторинга городских и пригородных ландшафтов.
Актуальность темы: В современных условиях актуальным является вопрос об охране почвенной фауны, в первую очередь почвообразователей, поэтому изучение почвенных беспозвоночных является актуальным направлением экологических исследований, ввиду важной роли их сообществ в функционировании наземных экосистем и значимого вклада в поддержание биологического разнообразия.
-
Литературный обзор.
Фауна (новолат. fauna, от лат. Fauna - богиня лесов и полей, покровительница стад животных) - исторически сложившаяся совокупность видов животных, обитающих в данной области и входящих во все её биогеоценозы. (Чернышов,1996).
Экологический фактор - любой элемент среды, способный оказывать влияние на организм. К числу внешних факторов относятся свет, температура, влажность, соленость воды и т.д. Следует отличать отдельные факторы от их комплексов. Например, высота над уровнем моря существенно отражается на жизни всех организмов. Однако с высотой меняется целый комплекс факторов: температура воздуха, атмосферное давление, спектральный состав света и т. д
По степени связи с почвой педобионтов подразделяют на три экологические группы:
1. Геобионты - животные, вся жизнь которых проходит в почве;
2. Геофилы - животные, часть жизненного цикла которых связана с почвой;
3. Геоксены - животные, связанные с почвой случайно или используют ее в качестве убежища (biofile.ru/).
Температура - важнейший экологический фактор, особенно резко влияющий на жизнь пойкилотермных животных, к числу которых относятся и насекомые. Температура более или менее закономерно меняется в течение суток и от сезона к сезону. Наиболее резкие суточные изменения температуры отмечены в пустынях. Быстрее всего нагревается в солнечных лучах и остывает после захода Солнца поверхность почвы, если она не затенена растительностью.
Чем глубже находится слой под поверхностью почвы, тем меньше там суточные и сезонные колебания температуры и тем ближе она к среднегодичному уровню.
Особые температурные условия возникают у самой поверхности растений. Температура может оказывать двоякое воздействие на насекомых. Во-первых, с ее повышением и соответственным увеличением скорости обмена веществ появляется возможность того или иного рода поведения, а также увеличивается скорость движения (непосредственное воздействие). Во-вторых, температура среды и ее изменения воспринимаются терморецепторами, при этом насекомое может активно искать благоприятную для себя зону и уходить из неблагоприятной (сигнальное воздействие). Как слишком низкие, так и слишком высокие температуры подавляют активность.
Соответственно, температура может почти полностью определять поведение насекомых в арктических условиях, где активность возможна лишь в течение короткого интервала времени, в умеренной зоне - зимой, весной и поздней осенью, в отдельные дни и летом, а в пустынной зоне - почти ежедневно в летнее время. Насекомые активно ищут участки с наиболее благоприятной для них температурой.
Очень большое значение в регуляции температуры тела насекомых имеет их окраска.
Влияние температуры на насекомое во многом зависит от его вида и образа жизни. Насекомые, обитающие в умеренной, а тем более в полярной зоне, наиболее устойчивы к низким температурам. Многие из этих насекомых легко переносят многократное замерзание и оттаивание. В умеренной зоне устойчивость насекомых к холоду закономерно изменяется в зависимости от сезона и наиболее высока в середине зимы, при этом наиболее устойчивыми оказываются насекомые, зимующие не под снежным покровом, а под корой деревьев и в пустых стеблях растений. Холодостойкость водных насекомых относительно мала в любое время года.
Типичные для многих дневных насекомых металлические окраски отражают излишнюю солнечную радиацию. Ночью особенно неблагоприятны темные окраски, так как они способствуют потере тепла путем радиации. Поэтому в среднем ночные насекомые заметно светлее, - чем дневные. С увеличением температуры продолжительность развития постепенно уменьшается, при определенном диапазоне температур достигает минимума, а с дальнейшим повышением температуры может опять увеличиваться.
Повышение температуры приводит к уменьшению размеров. Это явление может быть связано с отставанием накопления биомассы от метаморфоза. От температуры зависит также частота появления тех или иных форм одного и того же вида. Летом можно найти две формы клопов-водомерок: короткокрылые, которые не способны к миграциям, и активно мигрирующие длиннокрылые. Низкие температуры, при которых длительно сохраняются мелкие водоемы, способствуют появлению короткокрылых водомерок. Окраска многих насекомых в той или иной мере определяется температурой.
Влажность воздуха - важнейший фактор, который всегда необходимо контролировать. Скорость испарения влаги насекомым зависит от ее содержания в воздушной среде. Чем больше влажность воздуха, тем дольше сохраняется влага в теле насекомого. Обычно для насекомого оказываются неблагоприятными как слишком низкая, так и слишком высокая влажность, причем эффект влажности определенным образом связан с температурой. Смертность при низкой влажности определяется высыханием, при высокой - прежде всего энтомопатогенными грибами. насекомые приспособлены к сохранению влаги настолько хорошо, что практически не прослеживается ожидаемая обратная связь между размерами тела и потерями влаги. М.С.Гиляров (1949) различал три типа приспособлений насекомых к сохранению влаги: морфологические, физиологические и эколого-поведенческие. Эколого-поведенческие приспособления сводятся к активным миграциям в более увлажненные участки в сухое время года, к скоплениям почвенных насекомых на уровне почвенного горизонта, содержащего максимум влаги.
В целом насекомые все же довольно чувствительны к уровню влажности воздуха (Чернышев, 1996) .
Биота - биологический фактор, это многообразие растительных и животных организмов. Они способствуют формированию почвенного профиля и характерного гумусового горизонта. Группы почвенных биологических процессов:
1) деятельность высших растений;
2) деятельность почвенных животных;
3) деятельность почвенных микроорганизмов.
Органическое вещество почвы - совокупность всех органических веществ,
находящихся в форме гумуса и остатков животных и растений.
Почвенный гумус - сложный комплекс органических соединений, формированию которого способствуют различное количество и состав поступающих остатков, неодинаковая направленность и интенсивность микробиологической деятельности, разнообразные водно‐тепловые условия.
К вредным почвообитающим насекомым, представляющим угрозу для лесных культур и естественных молодняков, относятся хрущи и другие пластинчатоусые жуки, щелкуны и ряд других видов насекомых, личинки которых обитают в почве, питаясь корнями растений, ослабляя тем самым последние и нередко вызывая их гибель. Распространение и вредоносность насекомых зависят, прежде всего, от механического состава, влажности, температуры, аэрации и кислотности почвы. Наиболее разнообразна и богата фауна песчаных и супесчаных почв, здесь же растениям причиняется наибольший вред. В почве нередко обитает одновременно несколько видов хрущей и других видов почвообитающих насекомых.
2. Физико-географическая характеристика.
Климат Красноярского края резко континентальный, характерны сильные колебания температур воздуха в течение года. В связи с большой протяжённостью края в меридиональном направлении климат очень неоднороден.
Гидрография
Красноярский край относится к благополучным по обеспеченности водными ресурсами регионам. С юга на север протекает одна из крупнейших рек мира - Енисей.
Почвы
Преобладают мерзлотно-таёжные и горно-таёжные, а также подзолистые тайги и горно-тундровые почвы.
Растительность
Площадь лесного фонда Красноярского края составляет 168,1 млн га. Леса покрывают 71,02 % территории края. Запасы промышленной древесины оцениваются в 14,4 млрд м³, что составляет 18 % общероссийских запасов древесины. Более половины лесов края приходится на лиственницу, около 17 % на ель и пихту, 12 % на сосну обыкновенную и более 9 % - на сибирский кедр. Леса края на 88 % состоят из хвойных пород.В крае сконцентрировано 10 % российских запасов древесины.
Животный мир
Промысловое значение имеют: соболь, белка, песец, лисица, горностай, а также дикий северный олень. Популяция дикого северного оленя оценивается в 600 тысяч голов. Всего в крае обитает 342 вида птиц и 89 видов млекопитающих. В реках края водится около 30 видов промысловых рыб: осётр, стерлядь, таймень, хариус, сиг, другие. В северных районах края обитает около 60 видов рыб. Беспозвоночные являются самой многочисленной в видовом отношении частью животного мира. В крае обитает несколько тысяч видов насекомых, паукообразных и других беспозвоночных животных, в том числе редких. В Красную книгу Красноярского края в редакции 2012 года внесены 1 моллюск, 18 видов насекомых, в том числе 1 моллюск и 4 вида насекомых, занесенных в Красную книгу Российской Федерации.
3. Методика и Материалы сбора:
Вначале исследователей знакомят с различными типами местообитаний беспозвоночных животных и соответствующими им экологическими группами животных. Практическую работу следует начать с учебного занятия по овладению методиками сбора и учета беспозвоночных в лесной подстилке и на древесине. Основную часть исследовательской работы организуют следующим образом. Группу учащихся разбивают на рабочие бригады по 2-3 человека и каждой группе дают задание - обследовать разные биотопы в районе проведения работ. В типичном случае средней полосы это могут быть 3-4 типа лесов (например, еловый, сосновый, смешанный, лиственный) и 2-3 типа лугов (суходольные, пойменные, сельхозугодья). В каждом их этих биотопов проводится по одному учету. Беспозвоночных древесины интереснее изучать не в разных биотопах, а на разных субстратах. Это могут быть следующие типы субстратов: стоящие мертвые стволы деревьев разных пород (ель, сосна, береза, другие), пни и лежачие стволы разной степени разложения. Оборудование для сбора беспозвоночных в лесной подстилке и на древесине. Приборов для сбора и учета беспозвоночных животных требуется немного, причем большинство из них пригодно для сбора различных систематических и экологических групп. Для сбора животных понадобятся белая ткань или полиэтиленовая пленка, мощный нож, пинцеты, эксгаустеры, баночки для сбора животных (морилки). Основной прибор, используемый при сборе мелких беспозвоночных - эксгаустер или всасыватель. Это ручной «мини-пылесос», который позволяет засасывать мелких животных в специальную сборную камеру. Эксгаустер представляет собой стеклянную или пластмассовую колбу с резиновой трубкой. Его легко изготовить самостоятельно из любой стеклянной баночки, бутылочки или колбы с широким горлышком. В ее пробку (резиновую или корковую) нужно вставить две трубки, например из прозрачных шариковых ручек. Трубки могут быть одинаковой длины, но одну из них нужно вставить в банку глубоко (до самого дна), а другую - на 2-3 см. Таким образом, одна трубка будет торчать из банки совсем немного (2-3 см), а другая - на 8-10 см. На короткую трубку надевают резиновую трубку длиной 20-40 см - и эксгаустер готов . Резиновую трубку берут в рот, банку держат в руке и подносят длинную трубку-ручку к объекту, который нужно поймать. Затем его засасывают вместе с воздухом внутрь банки, где он и остается. Для предотвращения попадания насекомых в выходную резиновую трубку, на ее конец надевают колпачок из мелкой сетки или марли.
Сбор насекомых эксгаустером производится с любой поверхности: с почвы, с растений, с поддонов, в любых других случаях, когда собрать мелких насекомых другими средствами затруднительно.
Морилки - это любые емкости для временного хранения и транспортирования пойманных животных в лабораторию. В качестве морилок можно использовать любую прозрачную посуду подходящего размера - от пузырька из-под таблеток до литровой банки. Главное, чтобы посуда была прозрачной и хорошо закрывалась пробкой. В морилку нужно вкладывать смятые кусочки мятой бумаги, например промокашки, которые будут предотвращать слипание насекомых в морилке при ее транспортировке.
Ручной способ сбора и учета животных в лесной подстилке прост, но трудоемок. В типичном месте избранного биоценоза закладывается учетная площадка - размером 25 х 25 см (с помощью рулетки). Углы площадки маркируются (веточками, «флажками» и т.п.). Подстилка прорезается по периметру большим ножом на максимальную глубину - до верхних горизонтов почвы.
Заранее рядом с площадкой на земле расстилают светлую ткань (в идеале - белую) размером около 1 м2. Если нет ткани можно обойтись полиэтиленовой пленкой, однако это гораздо хуже. Далее подстилку с площадки руками начинают перекладывать на ткань и производят ручную выемку всех видимых невооруженным глазом животных. Выкладывать подстилку следует небольшими порциями, чтобы увидеть всех ползающих животных и успеть поймать их пока они не разбежались. С этой целью заниматься отловом лучше всего вдвоем-втроем (по одному человеку с каждой стороны квадрата. Все мелкие насекомые засасываются в эксгаустеры, а крупные отлавливаются пинцетом или пальцами и помещаются прямо в морилки. По окончании разбора всего объема учетной площадки, животные из эксгаустеров также пересаживаются в морилки. На морилку сверху наклеивается этикетка: где, когда и кто собирал, размеры площадки и описание (название) биоценоза. Как обычно, запись в этикетке в расширенном виде дублируется в полевом дневнике. Вся подстилка, вынутая из учетной площадки, складывается на место - желательно послойно, в естественной последовательности.
4. Результаты исследования:
Исследование проводилось в мае 2014 года на острове Тагарском в сосновом бору, который расположен на юге Красноярского края в окрестностях города Минусинска (приложение, рис №1). Географические координаты исследуемой территории следующие:
-
53°39″ северной широты
-
91°35″восточной долготы.
Методика исследования
На месте избранного биоценоза заложили 4 учетные площадки - размером 25 х 25 см (с помощью рулетки) под двумя хвойными и двумя лиственными деревьями (приложение, фото 1,2,3,4). Углы площадки замаркировали колышками. Подстилку прорезали по периметру на максимальную глубину - до верхних горизонтов почвы. Заранее рядом с площадкой на земле разложили светлую ткань размером около 1 м2. Далее подстилку с площадки руками перекладывали на ткань и производили ручную выемку всех видимых невооруженным глазом животных (приложение, фото 5). Выкладывали подстилку небольшими порциями, чтобы могли увидеть всех ползающих животных и успели поймать их, пока они не разбежались. Все мелкие насекомые засасывались в эксгаустер (приложение, фото 6), а крупные отлавливались пинцетом или при помощи пальцев рук и помещались в морилки. По окончании разбора всего объема учетной площадки, животные из эксгаустеров также пересаживались в морилки. Вся подстилка, вынутая из учетной площадки, была сложена на место послойно, в естественной последовательности (приложение, фото 7).
В результате исследования были получены следующие результаты:
Был проведён систематический анализ.
4. 1. Систематический анализ:
Таблица №1
Х 1
Х 2
Л 1
Л 2
сомкнутость
крон
30%
90%
8%
5%
температура воздуха
130С
11оС
12оС
13оС
виды(верхний слой почвы)
муравей-древоточец, сколопендра.
прямокрылые, жёсткокрылые, паукообразные.
сколопендра,
жужелица.
сколопендра, жёсткокрылые.
Виды (средний и нижний слой почвы)
личинка майского жука, личинка жука-щелкуна, сколопендра, клещ.
личинка майского жука, личинка жука-щелкуна, сколопендра
дождевой червь, сколопендра
не обнаружено
Из таблицы №1 видно, что в верхнем слое почвы преобладают взрослые насекомые т.к. темпера этого слоя выше. В среднем и нижнем слое встречаются в основном личинки различных насекомых. Таким образом, в конце весны в основном преобладают личинки различных насекомых (так как идёт их развитие), из взрослых особей мы встретил только муравья-древоеда, жужелицу, сколопендру и паукообразных.
На основе таблицы была построена диаграмма.
Диаграмма №1
Диаграмма №1 отражает зависимость численности педобионтов от сомкнутости крон, от видов деревьев и температуры воздуха. Следует отметить, что температура воздуха отличается на 1-2 градуса, самая высокая температура под первым хвойным и вторым листопадным деревом, она одинакова и составляет 130С, под вторым хвойным - 110С, под первым листопадным 120С.
Наименьшее количество почвенных обитателей наблюдается под листопадным деревом № 2, где сомкнутость крон минимальная и составляет 5 %. Наибольшую численность составляют обитатели под хвойным деревом №2, где сомкнутость крон составляет 90%. Можно сделать вывод, что наиболее благоприятной средой для сохранения видов педобионтов являются почва под хвойными деревьями с повышенной сомкнутостью крон.
4.2. Анализ экологии популяций:
Для вычисления плотности групп педобионтов используют следующую формулу:
P = численность особей/V участка
V = а*в*с, где а - длинна участка, в - ширина участка, с - глубина участка.
V = 25*25*30 = 18750 см3= 0,02 м3.
Таблица №2
виды
Х 1
Х 2
Л 1
Л 2
числ-ть
плот-ть
числ-ть
плот-ть
числ-ть
плот-ть
числ-ть
плот-ть
Муравей-древоточец
1
50
сколопендра
3
150
1
50
2
100
1
50
прямокрылые
2
100
жесткокрылые
2
100
1
50
жужелица
2
100
лич. майского жука
2
100
2
100
лич. жука-щелкуна
1
50
2
100
дождевой червь
1
50
паукообразные
1
50
1
50
всего
8
400
10
500
5
250
2
100
Из таблицы №2 видно, что плотность видов прежде всего зависит от численности, а наибольшая численность наблюдается под хвойным деревом № 2, где также следует отметить сильную сомкнутость крон. Эти условия среды позволяют снижать температуру воздуха на 1-2 градуса и сохранять влажность почвы.
Из литературных источников известно, что для большинства педобионтов наиболее благоприятной средой является влажная почва.
Диаграмма №2
На диаграмме видно, что плотность зависит от численности, а численность педобионтов, от условий обитания.
4. 3. Анализ экологических групп животных (по степени связи с почвой):
Таблица №3:
Экологические группы педобионтов:
Виды педобионтов:
1. Геобионты
Сколопендра, дождевой червь.
2. Геофилы
лич. майского жука, лич. жука-щелкуна, жесткокрылые, Прямокрылые,
3. Геоксены
Жужелица, Муравей-древоточец, паукообразные.
На основе таблицы была построена диаграмма:
Диаграмма №3
Из диаграммы №3 видно, что преобладающей группой являются геофилы, группа геоксенов занимает второе место, а на третьем - геобионты. Таким образом, преобладают именно геофилы, это можно объяснить общим снижением весенней температуры 2014 года, поэтому различные типы животных очень долгое время находились в личиночном состоянии, т.е произошла задержка развития некоторых обитателей почв.
Выводы:
1.Провели анализ литературы для определения основных понятий.
2.Выявили и опробировали методы для определения видового состава и экологической структуры педобионтов.
3. Провели сбор в разных экологических условиях ( температура, влажность, почвы).
4. Составили список и провели экологический анализ групп видов.
5. Провели анализ экологии популяций педобионтов леса.
Использованная литература:
1.И.М.Левандинова, Амфибиотические насекомые,- Л, - 1982, -215с.
2. Л.Н.Щербакова, А.В.Осетров, Е.А. Бондаренко, ЛЕСНАЯ ЭНТОМОЛОГИЯ, -СПб,-2006,-61с.
3Медведев.Г.С, Систематический указатель видов, М-Л, -1968,-275с.
4. Методические пособия по энтомологии , Ростов-на-Дону, -2002,-57с.
5.Плавильщиков .Н.Н, Жуки-Дровосеки (1.ч.) ,М-Л,-1936,-619с.
6. Плавильщиков .Н.Н, Жуки-Дровосеки (2.ч.) , М-Л, -1940, -402с.
7. Плавильщиков .Н.Н, Жуки-Дровосеки(3.ч.) , М-Л, -1958,-572с.
8.Чернышев.В.Б., Экология насекомых, -М,-1996,-199с.
9.Пузанов.И.И.,Зоогеография, -М,-1938,-361с.
10.А.Полоскин, В.Хаитов, Полевой Определитель Пресноводных Безпозвоночных, -М, -2006,-16с.
11. Плавильщиков .Н.Н, Опредилителей насекомых, -М..Топикал,-544с.
12.Б.М.Мамаев,Л.Н.Медведев,Ф.Н.Правдин,Опредилитель насекомых европейской части СССР,-М,-1976,-318с.
13 biofile.ru/
ПРИЛОЖЕНИЕ
Георгафическое место положения.
Рис № 1
Фото 1 площадка №1
Фото 2 площадка №2
Фото 3 площадка №3
Фото №4 площадка №4
Фото №5 работа с верхним слоем почвы
Фото 6 эксгаустер
Фото 7 складывание почвы на место