X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование параметров управляемой системы "хищник-жертва" при биологическом методе борьбы с вредителями на примере златоглазки и тли

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Марков М.Е. 1

---

1государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Самарской области «Богатовский государственный сельскохозяйственный техникум имени Героя Советского Союза Смолякова Ивана Ильича"

Токарева О.Б. 1Маркова М.И. 1

---

1ГБПОУ "БГСХТ им. Героя Советского Союза Смолякова И.И."

Работа в формате PDF

2.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

В настоящее время особое внимание уделяется разработке экологически безопасных методов защиты растений, а именно биологическому методу. В будущем он займет важное место в интегрированной системе защиты растений, так как по сравнению с химическим методом он не требует больших энергетических затрат, не ведет к загрязнению сельскохозяйственной продукции и окружающей среды, не нарушает экологического равновесия [4].

Биологическая борьба с вредителями означает уравновешивание популяции вредителей, используя природные факторы, требует человеческого вмешательства. Биологическая борьба с вредными видами организмов основываться на знании экологии, на понимании особенностей функционирования экологических систем.

Биологические методы борьбы с вредителями не выпадают из нормального круговорота в живой природе, не наносят урон. Против насекомых-вредителей используются их естественные враги - насекомые-хищники. Многие из них живут на наших участках и уничтожают вредителей эффективней, чем химические средства, но медленнее, поэтому мы не замечаем их работы.

На своём приусадебном участке мы решили изучить параметры применения биологического способа защиты овощных и плодовых культур против тли, используя в качестве энтомофага златоглазку, продолжив исследования, начатые в производственных условиях садоводческого комплекса ООО "Кутулук" Богатовского района в 2018 году.

Цель работы: изучить особенности биологического метода борьбы с насекомыми вредителями различных культур на примере взаимоотношений личинки златоглазки и тли.

Задачи:

1.Систематизировать общую энтомологическую характеристику насекомого златоглазки как энтомофага и особенности использования при биологическом методе борьбы с вредными насекомыми.

2. Провести количественный учет вредных насекомых тли, уничтоженных личинками златоглазки всех возрастов, выведенных в лаборатории и отловленных в естественных условиях.

3.Определить влияние температурного режима (ТР) на активность энтомофага (личинка златоглазки) и процент поедания тли.

4. Рассчитать коэффициенты поедаемости и биологическую эффективность личинок златоглазки всех возрастов выведенных в лаборатории (Л) и отловленных в естественных условиях (Е) на разных объектах.

Объект исследования: личинки златоглазки, выведенные в лаборатории и отловленные в естественных условиях.

Предмет исследования: особенности развития и питания личинки златоглазки в различных средовых и температурных условиях и возможность использования личинки в биологическом методе борьбы с насекомыми-вредителями (тлей).

Практическая значимость. Проект содержит уникальные данные для регионов Среднего Поволжья по предмету и объекту исследования. Опыты проведены не только на приусадебном участке, но и в производственных условиях (приложение 8).

При возрастании интереса к вопросам охраны окружающей среды и экологических последствий сельскохозяйственной деятельности человека, метод биологической борьбы с вредными насекомыми находится в настоящее время в благоприятном положении. Наше исследование является информационной базой данных, полученных в ходе описаний практических исследований.

1. Методы исследования

Для проведения исследования использовались следующие методы:

1. Метод количественного учета (на основе исследований Беглярова Г.А. и Ущекова А.Т.);

2. Метод сравнения средних показателей выборок;

3. Расчетный метод определения параметров взаимодействия личинок златоглазки и тли: коэффициентов поедаемости и биологической эффективности;

4. Метод математической модели Лотки-Вольтерры;

5. Метод сравнительного анализа зависимости количества уничтоженных личинками златоглазки тлей от температурного режима;

6. Статистический метод оценки данных, полученных в ходе проведения исследовательских практических мероприятий;

7. Метод исследовательской фотографии.

Схема комплексного исследования по теме работы приведена в приложении 3.

Смысл понятия "управления биологической системой", как методической характеристике цели в работе сводится к изучению (количественный учет) и расчету параметров взаимодействия видов (коэффициент поедания, биологической эффективности), статистической оценке результатов, а также описанию математической модели взаимодействия (по минимальному и максимальному из температурных диапазонов).

2. Описание биологической системы. Наблюдения за выведением личинок в домашних условиях

Впервые биологический метод защиты растений от вредителей мы исследовали и применили в 2018 году на базе садоводческого комплекса ООО «Кутулук» в плодовых питомниках, где личинок златоглазки используют в качестве энтомофага для уничтожения яблоневой тли (Отзыв и отчет в приложении 7, 5). Организацией ООО «Кутулук была закуплена популяция энтомофага златоглазки обыкновенной (Chrysopa carnea). Производитель биоматериала златоглазки филиал ФГУ «Россельхозцентр» по Республике Татарстан (рис. 1). Этикетка с информацией на рис. 2. В стеклянных банках объемом 3 литра находится 10000 особей златоглазки в фазе яйца и личинки разного возраста на сложенных бумажные полосках 1,5-2 см шириной, для увеличения общей полезной площади. Банка со сложенными полосками бумаги представляет собой ячеистый садок (рис. 1).

В 2019 году мы изучили применение биологического метода защиты растений против тли энтомофагом златоглазки на приусадебном участке. В ООО «Кутулук» взяли личинки разных возрастов и яйца златоглазки.

Справка - характеристика по биологии и пищевой специализации златоглазок, составленная на основе изучения специальной литературы приведена в приложении 4.

В течение нескольких дней вели наблюдения за развитием личинок златоглазки в домашних условиях рис. 3. Из яиц, которые были на полосках бумаги, вылупились светлые личинки первого возраста, и начали питаться. Молодые личинки предпочитали в качестве пищи зеленую тлю, не реагируя на черную тлю, это связано с тем, что у зеленой тли более мягкие покровы. Когда мы получили личинок всех возрастов, приступили к исследованиям.

3. Полевой опыт по количественному учету вредных насекомых тли, уничтоженных личинками златоглазки, на основе исследований Беглярова Г.А. и Ущекова А.Т.

Советские исследователи Г. А. Бегляров и А. Т. Ущеков, сажая личинок обыкновенной златоглазки на плавающие в воде огуречные листья, чтобы они не расползлись, снабжали их бахчевыми тлями, и ежедневно подсчитывали съеденных. Жизнь личинок продолжалась 2 - 3 недели, и за это время каждая съела в среднем по 366 тлей.

В июле мы решили, используя метод Г. А. Беглярова и А. Т. Ущекова, провести количественный учет насекомых тли, уничтоженных личинками златоглазки, выведенных в лаборатории и отловленных в естественных условиях. Для этого провели отбор биоматериала златоглазки в ООО "Кутулук", выращенной в лабораторных условиях филиала ФГУ "Россельхозцентр" по Республике Татарстан, и в саду отловили личинки на кустах малины. В условиях сада мы предварительно, в предыдущем году, для привлечения и улучшения зимовки златоглазок, развесили самодельные домики, для увеличения отлова личинок.

В бочку с водой положили сорванные листья огурцов и выпустили личинок златоглазки (рис. 4). Опушенная поверхность огуречных листьев позволяла хорошо удерживать на ворсинках тлю, но через место их прикрепления к стеблю вода заливалась на поверхность листа, уменьшая его полезную для размещения личинок и тлей площадь.

Мы заменили листья огурцов на листья винограда (рис.5), что позволило более качественно и удобно для наблюдений и подсчета поставить опыт.

В опыте для питания личинок различных возрастов была взята тля 3 различных видов. Система "хищник-жертва", взаимодействия личинок златоглазки и тли, осуществлялась при ТР + 25^о С .. + 35^о С (таблица 1 приложения 2).

В течение нескольких суток проводили учет количества тлей, съеденных 10 личинками златоглазки различных возрастов и групп: выведенных в лаборатории (Л) и отловленных в естественных условиях(Е) (рис.6). Контрольный период учета 1 сутки: вечером в 17.00 ч. провели входной подсчет тли. Выходные данные были сняты вечером в 17.00 ч. на следующий день. ТР составил + 25^о С ... + 35^о С. Информация по результатам учета в полевом опыте приведены в таблице 2 приложения 2.

Мы видим, что личинки златоглазки, выращенные в естественных условиях наиболее активны: процент поедания тли разных видов составил 86%, а выращенных в лабораторных условиях составил 82 % (рис. 7).

Приведем сводные данные среднего количества тлей всех видов, съеденных личинками златоглазок всех возрастов при ТР + 25^о С .. + 35^о С выращенных как в лабораторных условиях так и в естественной среде (таблица 3, рис. 8 приложения 2,1).

Видно, что личинки первого возраста, выращенные в различных условиях, в среднем за сутки могут уничтожить 13 тли, второго возраста 40, третьего возраста 64. Следовательно, чем выше возраст личинки златоглазки, тем она более «прожорлива», уничтожая большее количество тли.

В таблице 4 приложения приведем сведения и вывод по статистической обработке данных первичного учета в опыте и средних показателей (таблица 3) с использованием t - критерия Стьюдента для несвязных и равных по численности выборок.

Личинки златоглазки питались тлёй с разных культур. Получив результаты, представленные в таблице 2 приложения 2, мы можем предположить, что наиболее активно личинки уничтожали тлю с гороха. Процент «пожирания» составил 86%, по сравнению с бахчевых (80%) и плодовых (79%). Результаты представлены на рис. 11, 12 приложения.

4. Влияние температурного режима на активность личинок златоглазки и процент поедания тли

В 2018 году мы проводили свои исследования в ООО «Кутулук» по изучению параметров уничтожения яблоневой тли личинками златоглазки, при разных температурных условиях. Личинки были выведены в лабораторных условиях. Мы решили сравнить результаты, полученные в ООО «Кутулук (2018 год) и на приусадебном участке (2019-2020 гг.) (Л). Данные представлены в таблице 5, рис. 9 приложения 2,1.

Анализируя полученные данные, мы пришли к выводу: чем выше температура окружающей среды (в границах диапазонов исследуемых ТР), тем активнее питаются личинки златоглазки. При ТР + 25^о С ... + 35^о С уничтожают тлю до 79,3%.

Коэффициент поедания - показатель, отражающий количественное изменение численности или плотности популяции тли (жертвы), позволяющий оценить эффективность питания личинок златоглазки (хищника), соответственно и применение биологического метода борьбы, использования личинки златоглазки, как энтомофага.

Коэффициент поедания определяется, как отношение количества тлей в исходном состоянии к предыдущему или к начальному состоянию биологической системы "хищник-жертва" при изучении влияния на неё внешних факторов воздействия[7].

Мы сравнили коэффициенты эффективности питания личинок златоглазок всех возрастов, при разных ТР. Результаты представлены в таблице 6. Анализируя эти данные, мы можем предположить, что чем выше температура окружающей среды (в границах диапазонов исследуемых температурных режимов), тем выше коэффициент поедания тли личинками.

5. Показатели биологической эффективности взаимодействия личинок златоглазки и тли

В нашем полевом опыте, кроме расчета уровня коэффициента поедания, влияния температурного режима на процесс уничтожения тли и активности личинок златоглазки, изучили значение показателя биологической эффективности в системе "хищник-жертва" по 9 видам качественного взаимодействия личинок златоглазки и тли при ТР + 25^о С .. + 35^о С.

По данным учета, приведенным в таблице 2 рассчитали значение биологической эффективности (Э) для каждой возрастной группы личинок и вида взаимодействия по формуле:

где А - численность тли различных видов до выпуска личинки;

Б- численность здоровых насекомых тли после выпуска личинки златоглазки.

В таблице 7 приложения отражена информация по расчету.

В таблице 8, рис. 10. приложения 2,1 приведены значения показателей биологической эффективности (Э) выпуска златоглазки для каждой возрастной группы личинок и вида взаимодействия.

По данным таблицы 8 видно, что показатель биологической эффективности выпуска златоглазки достиг своего максимального уровня в случае взаимодействия личинок третьего возраста, отловленных в естественных условиях (Е) и гороховой тли, составив 92,5%. Данные таблицы 2, рис. 11,12 приложения 2,1 подтверждают гипотезу наблюдений, что личинки златоглазки предпочитают питаться гороховой тлёй.

Биологическая эффективность при питании личинок златоглазки по всем возрастным группам и типам взаимодействия выше у личинок, отловленных в естественных условиях (Е). Биологическая эффективность в целом, по опыту, при питании личинок (Е) гороховой тлей составила 89,3%, личинок (Л)- 86,0%; при питании личинок (Е) бахчевой тлей, зеленой яблоневой тлей ниже, чем гороховой тлей: на 7,1% и 4,1 %, личинок (Е) - на 7,1% и 4,1 % соответственно. Сравнение показателей биологической эффективности выпуска златоглазки за сутки при различных ТР и в разные периоды (таблица 9).

Нами был получен результат, что биологическая эффективность выпуска златоглазки: при ТР (+ 25^о С .. + 35^о С) в полевом опыте составила 89,3% - наивысшая; при ТР + 19^о С ...+ 25^о С за сутки - 83,2%. (Э = (125-21)/125*100%=83,25). Биологическая эффективность выпуска златоглазки при ТР + 11^о С .. + 14^о С за сутки в производственных условиях ООО "Кутулук" составила 72,8%. (Э=(2500-680)/2500*100%=72,8% (рис.13).

Биологическая эффективность выпуска златоглазки при ТР (+ 25^о С .. + 35^о С) больше на 6,1%, чем при (+ 19 ^о С .. + 25^о С) и на 16,5% чем при ТР (+ 11^о С .. + 14^о С).

Проанализировав показатели биологической эффективности выпуска златоглазки и коэффициент поедания, полученные в ходе проведения исследований в 2018-2019 гг., делаем вывод, что для эффективного применения биологического метода борьбы с тлей важно полноценное развитие личинок златоглазки до третьего возраста и наиболее благоприятный температурный режим для их питания (+ 25^о С ... + 35^о С).

Информация по исследованию параметров биологической системы "хищник-жертва" ("личинки златоглазки - тли") на основе построения модели Лотки-Вольтерра в приложении 6.

Выводы и заключение

По результатам проведённой исследовательской работы за период 2018-2020 гг. можно сделать следующие выводы:

- используя метод Г. А. Беглярова и А. Т. Ущекова, провели количественный учет вредных насекомых тли, уничтоженных личинками златоглазки, выведенных в лаборатории и отловленных в естественных условиях. Личинки златоглазки, выращенные в естественных условиях наиболее активны. Процент поедания тли разных видов составил 86%, а выращенных в лабораторных условиях составил 82 %. В среднем личинки первого возраста, выращенные в различных условиях, в среднем за сутки могут уничтожить 13 тли, второго возраста 40, третьего возраста 64. Следовательно, чем выше возраст личинки златоглазки, тем она более «прожорлива» и уничтожает большее количество тли;

- чем выше температура окружающей среды (в границах диапазонов исследуемых температурных режимов), тем активнее питаются личинки и тем выше коэффициент поедания. При температуре + 25^о С .. + 35^о С уничтожают тлю до 79,3%, при + 19^о С .. + 25^о С -54,1%, при + 11^о С .. + 14^о С – 32,3%.

- биологическая эффективность при питании личинок златоглазки по всем возрастным группам и типам взаимодействия выше у личинок, отловленных в естественных условиях (Е) по сравнению с личинками выведенных в лабораторных условиях. Биологическая эффективность зависит и от температур, так при ТР (+ 25^о С ... + 35^о С) составила 89,3% - наивысшая; при ТР + 19^о С ... + 25^о - 83,2%, при + 11^о С ... + 14^о С - 72,8%

Наше исследование позволяет на основе изучения системы "хищник(энтомофаг)-жертва" (на примере взаимоотношений личинки златоглазки и тли) установить параметры для создания управляемой биологической системы (в нашем случае агроэкосистемы). Параметры эффективного управления для биологической системы (агроэкосистемы) будут заключаться в использовании как энтомофага личинки третьего возраста в оптимальных условиях температурного режима. Отзыв специалиста практика о значении исследования приведен в приложении 8.

Библиографический список

1. Волкович Т.А.Влияние температуры на индукцию диапаузы у златоглазки// Энтомологическое обозрение, № 2, 2014, с. 241.

2. Волкович Т.А., Саулич А.Х. Биология и экология златоглазок.- С.-Петербург, Изд-во СПбГУ, 2017. 52 с.

3. Коваленков В.Г. Технология разведения и применения энтомофагов по регламенту// Защита и карантин растений, 2018, № 9, с. 43-45.

4. Комарова Г.В. Борьба с вредителями сельскохозяйственных культур. - М.: ACT; Донецк: Сталкер, 2010. -31с.

5. Каверзина А.С. Сетчатокрылые в агроэкосистемах. - Иркутск, РАН, 2019.-114 с.

6. Матпаева Б.Б. Использование златоглазок в биологическом методе защиты растений //Защита и карантин растений, 2019, № 7, с. 23-26.

7. Мятлев В. Д. и др. Математические модели в биологии.- М.: Юрайт, 2018. - 321 с.

8. Соколов М.С., Чулкина В. А. Экологические основы интегрированной защиты растений: учебник. - М. : Колос, 2007. - 568 с.

9. Толеубаев К.М. и др. Особенности развития златоглазки при питании на различном корме// Защита и карантин растений, 2018, № 11, с. 31-34.

10. Ченикалова Е.В. Биотехнология в защите растений- Ставрополь: АГРУС СГАУ, 2018. – 108 с.

11. Чернышев Б.В. Сельскохозяйственная энтомология. – М. Изд. Триумф, 2012. – 232 с.

12. Штерншис, М.В. Биологическая защита растений. – М.: Колос, 2017.– 264 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1

Рис. 7. Сравнительные данные поедания тли личинками златоглазки

Рис. 8. Среднее количество уничтоженной тли личинками златоглазки всех возрастов

Рис. 9. Сравнительные данные по уничтожению яблоневой тли личинками златоглазки выведенных в лабораторных условиях

Рис. 10. Биологическая эффективность поедания тли личинками златоглазки всех возрастов

Рис.11. Количество и процент поедания тли личинками златоглазки выведенных в лабораторных условиях

Рис.12. Количество и процент поедания тли личинками златоглазки из естественной среды

Рис. 13.Биологическая эффективность личинок златоглазки при разных температурных режимах

Приложение 2

Таблица 1

Виды тли и возраста личинок златоглазки

Таблица 2

Средний показатель количества тли, съеденной за сутки личинками златоглазки различных возрастов

Таблица 3

Среднее количество уничтоженной тли за сутки личинками златоглазки

Таблица 4

Сведения по статистической обработке данных первичного учета в опыте и средних показателей с использованием t - критерия Стьюдента

Полученные в опыте значения t превышают табличные, есть основания принять альтернативную гипотезу о том, что личинки златоглазки всех трех возрастов из естественных условий более эффективно питаются тлей, чем взятые из группы лабораторного биоматериала. В эксперименте значения t критерия превышают табличные по всем возрастным группам личинок и при взаимодействии с тлей различных видов, откуда следует вывод о верности гипотезы о наличии различий по личинкам в плане эффективности их использования, как энтомофага, и преимуществе личинки златоглазки из естественных условий, как агента биологической борьбы.

Таблица 5

Процент поедания яблоневой тли личинками златоглазки, выведенных в лабораторных условиях

Таблица 6

Коэффициент поедания при разных температурных условиях

Таблица 7

Показатели биологической эффективности (Э) для каждой возрастной группы личинок златоглазки и типа взаимодействия

Таблица 8

Результаты биологической эффективности личинок златоглазки

Таблица 9

Периоды и температурный режим

Приложение 3

Приложение 4

Справка - характеристика по биологии и пищевой специализации златоглазок

Систематика

Класс Насекомые - Insecta

Подкласс Крылатые насекомые - Pterygota

Отдел Насекомые с полным превращением - Holometabola

Надотряд Нейроптероидные -Neuropteroidea

Отряд Сетчатокрылые - Neuroptera

Семейство Златоглазки - Chrysopidae

Вид: Златоглазка обыкновенная - Chrysopa carnea.

Златоглазка - это нежное желто-зеленое насекомое с большими сетчатыми крыльями в размахе до 40 мм и выпуклыми блестящими на свету золотистыми глазами. Златоглазка обыкновенная является полифагом. Личинки всех видов златоглазок - хищники. Личинки питаются кокцидами, тлями, личинками и яйцами младших возрастов 76 видов насекомых и 11 видов тетраниховых клещей. Взрослые особи златоглазки обыкновенной имеет смешанное питание, уничтожают тлей и используют нектар и пыльцу растений[2].

Весь процесс развития от яйца до взрослой стадии называется у насекомых превращением. Развитие златоглазки проходит по обычной для насекомых- с полным превращением схеме: яйцо - личинка (три возраста) - куколка - имаго (самка или самец) [3].

Вылупившаяся из яйца личинка некоторое время (15-20 мин. до нескольких часов) неподвижна и отдыхает на яйцевой оболочке. Личинки из яиц спускаются по стебельку на листья или другой орган растения, отыскивают тлей или паутинных клещей, высасывая их. Взрослая личинка достигает длины 7-8 мм. Тело ее покрыто бугорками с щетинками, имеющими крючкообразные вершинки. На голове резко выделяются ротовые органы. За «страшный вид» и прожорливость личинок златоглазки называют «тлинными львами».

Личинка 1-го возраста развивается 3−4 дня, 2-го - 5-7 дней и 3-го - лишь 3 дня. Развитие куколки длится 8−17 дней. Развитие 1 поколения длится в среднем 52 дня. Личинки успешнее развиваются при смешанном питании тлями и клещами. Личинки очень прожорливы. Пищевая потребность личинок зависит от возраста: личинка 1-го возраста съедает за 1 сутки 25−30 особей жертвы, прожорливость личинок 2-го и 3-го возрастов увеличивается, соответственно, в 2−4 и 6−10 раз. За период развития личинка в среднем уничтожает 390−1020 тлей или 1600−2800 клещей [12].

Окукливается личинка в плотном белом шелковистом коконе. Куколка - открытого типа, располагается внутри скрученных листьев или с нижней их стороны, либо под корой деревьев. В конце развития становится подвижной, надгрызает верхнюю часть кокона, которая откидывается в виде крышечки. Через образовавшееся отверстие куколка выбирается наружу и, избрав удобное место, прочно прикрепляется к субстрату и линяет.

Вылетающие взрослые насекомые подкармливаются в течение нескольких дней (не менее 5−7) и после спаривания вновь откладывают яйца. Они наиболее активны в сумеречные и ранние утренние часы. Самки откладывают яйца на протяжении всей жизни с небольшими перерывами.

Первые взрослые насекомые зимующего поколения появляются в средних широтах в августе - сентябре. Лет их продолжается вплоть до ноября, в более южных широтах - до декабря.

На посевы злаковых культур златоглазка начинает мигрировать во время образования на растениях колоний тлей, в фазу цветения. К началу молочной спелости численность афидофагов заметно увеличивается. В результате их деятельности существенно сокращается период спада численности тлей [7].

Приложение 5

Отчет о проведении исследовательских мероприятий в 2018 году в производственных условиях садоводческого комплекса ООО "Кутулук" Богатовского района по изучению параметров биологической системы "хищник-жертва" на примере "энтомофаг - вредные насекомые" (личинки златоглазки - тли) на плодовых культурах питомников саженцев

16.05.2018 г. в рамках системы дуального обучения ГБПОУ «Богатовское профессиональное училище» с консультантом от ООО "Кутулук" Кричковским Владимиром Яковлевичем ознакомились с интегрированной защитой плодовых культур с использованием биологического метода борьбы с вредными насекомыми в питомниках саженцев на основе использования полезных насекомых-хищников.

17.05.2018 г. в рамках программы системы дуального обучения с куратором от ГБПОУ «Богатовское профессиональное училище» Токаревой Ольгой Борисовной во время организации практических занятий на базе ООО "Кутулук" наблюдали за использованием способа сезонной колонизации златоглазки в условиях питомника однолетних саженцев яблони и абрикоса против тли.

Специалист агрономической службы хозяйства разложил полоски бумаги с личинками златоглазки на саженцы, на которых насчитывается от 100 до 150 вредных насекомых тлей на одном растении. Проведение выпуска личинок связано с температурным режимом: активность личинок проявляется при температуре окружающей среды свыше + 10^о С. Температурным режим составил + 12^о С.

18.05.2018 г.с куратором от ГБПОУ «Богатовское профессиональное училище» Токаревой Ольгой Борисовной во время организации практических занятий на базе ООО "Кутулук" проводили сезонную колонизацию златоглазки в условиях питомника саженцев яблони. Из банки вынимали сложенные бумажки с личинками златоглазки и раскладывали на саженцы яблони, заселенные тлей, закрепляли их на листиках для выхода личинок на поверхность листовых пластинок саженцев.

19.05.2018 г. В ООО "Кутулук" с помощью специалиста агрономической службы провели учет количества тлей, съеденных личинками златоглазки в условиях питомника саженцев яблони. В качестве контрольных были взяты 6 саженцев яблони, на которых провели подсчет количества тлей и высадили личинок златоглазки разных возрастов: молодых первого возраста (светло-соломенный окрас, длина тела 0,4 см); после первой линьки - второго возраста (окраска тела более насыщенная, темно-коричневые пятна, длина 0,8 см); после второй линьки - третьего возраста (длина тела 1 см). Получилось для проведения учета на личинку одного возраста по 2 саженца. Для удобства и снижения трудоемкости учета были взяты саженцы с небольшой заселенностью тлей. Контрольный период учета 1 сутки: вечером в 17.00 ч. провели входной подсчет тли, выходные данные по учету были сняты вечером на следующий день. Температурным режим составил + 11^о С . + 14^о С.

Всего за сутки учет при ТР + 11^о С ... + 14^о С произведен по 328 экземплярам тли на 6 саженцах яблони (152 шт. - на 3 саженцах; 176 шт. на 3 саженцах), из которых уничтожено 6 личинками златоглазки разных возрастов 104 шт. (53+51)или 31,7% ((104*100)/328).

По полученной в ходе учета информации можно сделать следующий вывод: в соответствии со средними данными по количеству уничтоженных тлей, личинки третьего возраста приносят наибольшую пользу, более эффективно питаясь своей добычей. Разница между количеством уничтоженной тли личинками первого и третьего возрастов составила по средним значениям 28 штук тлей (33-5 шт.), и по отношению значений: в 6,6 раза больше (33/5).

Приложение 6

Информация по исследованию параметров биологической системы "хищник-жертва" ("личинки златоглазки - тли")

на основе построения модели Лотки-Вольтерра

Система «хищник-жертва»-сложная экосистема, для которой реализованы долговременные отношения между видами хищника и жертвы. Отношения между хищниками и их жертвами развиваются циклически [2].

Модель совместного существования двух биологических видов (популяций) типа «хищник - жертва» называется также моделью Лотки-Вольтерра [1].

Рассмотрим математическую модель, используемую для описания динамики взаимодействующих биологических популяций.

Пусть два биологических вида совместно обитают в определенной среде. Обозначим Х – число личинок златоглазки, Y- число тли. Со временем число личинок златоглазки и тли меняется, но так как тли много, то будем считать х и у непрерывными функциями времени t. Будем называть пару чисел (х, у) состоянием модели.

Найдем изменение состояние (х, у). Рассмотрим dx/dt - скорость изменения численности тлей. Если личинки нет, то число тлей увеличивается и тем быстрее, чем больше тлей. Считаем, что эта зависимость линейная: dx/dt ~ a1 x, причем коэффициент a1 зависит только от условий жизни тлей, их естественной смертности и рождаемости. 

Скорость изменения dy/dt числа личинок (если нет тли), зависит от числа личинок y. Будем считать, что dy/dt ~ -a2 y. Если тли нет, то число личинок уменьшается (нет пищи).

В экосистеме скорость изменения численности каждого вида также будем считать пропорциональной его численности, но только с коэффициентом, который зависит от численности особей другого вида. Так, для тли этот коэффициент уменьшается с увеличением числа личинок, а для личинок увеличивается с увеличением числа тли. Будем считать эту зависимость также линейной. Тогда получим систему из двух дифференциальных уравнений: 

dx/dt = a1 x - b1 yx (численность личинок златоглазки) (2)

dy/dt = - a2 y + b2 yx (численность тли)

Эта система уравнений и называется моделью Лотки- Вольтерра.

Числовые коэффициенты a1, a2, b1, b2 - называются параметрами модели, где а1 -скорость увеличения популяции жертвы; а2 - коэффициент хищничества для жертвы; в1- смертность хищника; в2- коэффициент хищничества (поедаемости). Характер изменения состояния (x, y) определяется значениями параметров. Изменяя эти параметры и решая систему уравнений модели, можно исследовать закономерности изменения состояния биологической системы [2]. 

Применяя инструменты электронной таблицы Excel, смоделируем по двум крайним состояниям температурным режимов динамику численности двух взаимодействующих популяций системы "личинки златоглазки - тля", используя константы а1 -скорость увеличения популяции жертвы; а2 - коэффициент хищничества для жертвы; в1- смертность хищника; в2- коэффициент хищничества. Рассчитаем параметры модели Лотки-Вольтерры, используя данные учета таблицы 1, значения а1=0,07; а2=0,005; в1=0,06; в2= 0,0007 и построим график зависимости (рисунок 14).

Рассчитаем параметры модели Лотки-Вольтерры, используя данные учета таблицы 3, значения а1= 0,07; а2= 0,005; в1=0,06; в2= 0,0007 и построим график зависимости (рисунок 15).

Таким образом, по принципу Лотки-Вольтерры, в системе «хищник–жертва» популяция жертв более чувствительна к процессу пропорционального уменьшения особей.

Видно, что процесс имеет колебательный характер. При заданном начальном соотношении числа особей обоих видов изучены возрастные особенности личинок: можно по поведению графика отследить увеличения поедаемости тли личинками 3 возраста.

Рисунок 14. Исследование параметров биологической системы "хищник-жертва" на примере "энтомофаг - вредные насекомые" (личинки златоглазки - тли)

на основе построения математической модели Лотки-Вольтерра (минимальный температурный диапазон; по данным, полученным в ходе количественного учета в ООО "Кутулук")

Рисунок 15. Исследование параметров биологической системы "хищник-жертва" на примере "энтомофаг - вредные насекомые" (личинки златоглазки - тли) на основе построения математической модели Лотки-Вольтерра (максимальный температурный диапазон; по данным, полученным в ходе количественного учета по методу Г. А. Беглярова и А. Т. Ущекова)

Приложение 7

ОТЗЫВ К РАБОТЕ

ЗАМЕСТИТЕЛЯ ДИРЕКТОРА ЖИГУЛЕВСКОГО ЗАПОВЕДНИКА ПО НАУЧНОЙ РАБОТЕ К.Б.Н. В.А. ВЕХНИК

Исследование параметров управляемой системы "хищник-жертва" при биологическом методе борьбы с вредителями на примере златоглазки и тли Маркова Марка 

Работа представляет собой хорошо организованное полностью экспериментальное исследование. Проведены обширные наблюдения на опытных участках. Поставлена и блестяще выполнена серия экспериментов, с разных сторон раскрывающая практическую проблему эффективности златоглазки, как энтомофага, в борьбе с тлей. Получен ряд числовых показателей, наглядно иллюстрирующий заключения автора. При анализе данных использованы сложные расчеты и коэффициенты. Рассмотрены не только взаимоотношения двух видов, но и влияние температурного режима на активность личинок златоглазки и процент поедания тли. Завершают работу грамотно сформулированные выводы. Четкая практическая направленность работы не снижает ее научное значение, а, напротив, способствует строгому разностороннему анализу числовых данных с определением конкретных показателей, имеющих важное значение в сельском хозяйстве.

Заместитель директора

по научной работе Жигулевского заповедника  В.А. Вехник

Приложение 8