V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение эколого-биологических особенностей муравья песчаного серого formica cinerea mayer

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Куминова Е.Д. 1

---

1МБОУ "Лицей №27 им. Героя Советского Союза И.Е.Кустова"

Шевко О.А. 1

---

1МБОУ "Лицей №27 имени героя Советского Союза И.Е.Кустова" г.Брянска

Работа в формате PDF

290.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Муравьи – одна из самых многочисленных и полезных групп членистоногих животных наших лесов. В научной литературе имеется множество различных публикаций о роли этой группы животных в процессах почвообразования, защиты леса от вредителей и даже в самовосстановлении загрязненных фитоценозов. Но отдельные виды муравьев все еще недостаточно изучены, особенно на региональном уровне. В устной беседе с руководителем научно-исследовательской лаборатории биоиндикации и биомониторинга, доцентом  И.Л.Прокофьевым мы выяснили, что в сосновых фитоценозах Брянской области одним из распространённых видов является муравей песчаный серый Formica cinerea Mayr. К сожалению, этот вид недостаточно хорошо изучен, особенно в процессах почвообразования и защиты леса от вредителей.  Наша научная группа решила помочь лаборатории биоиндикации и биомониторинга в изучении муравья песчаного серого и провела ряд наблюдений на пробных площадях в сосновых фитоценозах в окрестностях деревни Домашово в Брянском районе Брянской области. Новые знания о биологических и экологических особенностях этого вида муравья помогут разработать научно-обоснованные методы биологической защиты наших сосновых лесов от вредителей, увеличить наши знания о фауне нашего региона.

Цель исследования: провести ряд научных наблюдений и экспериментов за гнездостроительной и фуражировочной деятельностью муравьев Formica cinerea Mayer в естественных условиях обитания.

Задачи:

- освоить методику изучения биологии и экологии муравьев,

- по литературным источникам установить уровень изученности муравья песчаного серого,

- выявить особенности строения гнезда муравья песчаного серого,

- выявить различные типы гнезд на фуражировочной территории,

- определить особенности суточной и сезонной активности муравьев,

- выявить характерные особенности во взаимодействии изучаемого вида муравьев с тлёй.

Методы исследования

Исследования проводились в сосновых фитоценозах Брянского района Брянской области в окрестностях деревни Домашово с апреля по август 2017 года в сотрудничестве с лабораторией биоиндикации и биомониторинга Брянского государственного университета им. И.Г.Петровского.

Муравьи изучались по общепринятым методам почвенно-зоологических исследований. Было собрано 50 экземпляров муравьев для определения видовой принадлежности по «Определителю насекомых европейской части СССР» (т.3, ч.1, 1978) и по зоологическим коллекциям Брянского государственного университета. Учёт гнёзд муравьёв проводился методом пробных площадей размером 20х20 м. Средняя численность населения гнезд производилась в процессе раскопки единичных модельных секций. Взаимоотношение муравьёв с тлями изучалось на 3-х пробных площадях по общепринятой методике. Суточная и сезонная активности муравьев изучалась путем прямых наблюдений и учетов на тропах, отходящих от гнезд, по методике Г.М. Длусского (1967).

 Результаты исследования и их обсуждение

Гнездостроительная деятельность. В ходе наших исследований было установлено, что муравьи Formica cinerea Mayr в сосновых фитоценозах поселяются только на песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах. На исследуемой территории муравьи образуют секционные гнёзда. Они состоят из камер и вертикальных ходов. Каждое гнездо имеет самостоятельный выход на поверхность почвы. Через него муравьи осуществляют вынос отбросов и частиц почвы, которые образуют вокруг такого выхода вал или гнездовой кратер (Рис. 1). Гнёзда объединяются системой поверхностных камер и галерей, по которым осуществляется внутренний гнездовой обмен.

Гнезда распределены по территории неравномерно, что связанно с наличием микрорельефа и неравномерным прогревом верхнего слоя почвы. Муравей песчаный серый является термофильным видом и любит прогреваемые участки почвы. Еще одной важной биологической особенностью муравья изучаемого вида является тяга к молодым соснам. Он предпочитает строить гнезда у основания таких деревьев и использовать их для поиска пищи (фуражировочная деятельность). На фуражировочной (кормовой) территории имеется сеть троп. Как правило они прямолинейны и связывают гнезда различных типов с кормовыми деревьями.

Гнезда муравьев секционного типа имеют главный ход около 50 см. В поверхностных корнях молодой сосны выделить главный корень затруднительно. Как правило имеется несколько отверстий, которые ведут в сеть ходов пронизывающих корневую систему на разных уровнях.

По численности муравьев было выделено три типа  гнезд:

- многосекционные: имеется несколько самок, около 2500 рабочих и  500-700 личинок (имеется одна шахта главного хода глубиной до 50 см);

- односекционные гнезда населены только рабочими муравьями (500-600 особей),  глубина шахты составляла до 35 см;

-  Гнезда  III категории представляют собой норки в основании дернин осоковых трав глубиной не более 10 см. В каждом таком гнезде находилось не более 120 рабочих муравьев и колония корневых тлей. Однако, их соотношение различно (Рис. 2).

Рис. 2. Соотношение гнезд разных категорий на исследуемой

территории

В исследуемых сосновых фитоценозах муравьи Formica cinerea Mayr образуют летние и зимние гнёзда. Зимние гнёзда –это постоянные комплексы, которые располагаются у основания стволов деревьев сосны обыкновенной, а летние гнёзда служат только в период активности и располагаются по ходу подземных обменных троп и галерей.

Фуражировочная деятельность муравьев. В результате изучения суточной активности муравьёв нам удалось выяснить, что температура воздуха оказывает значительное и решающее влияние на активность изучаемого вида муравьев. Коэффициент корреляции равен 0,81 (P<0,05). График активности имеет пики роста и спада (Рис. 3).

 Рис. 3. Суточная динамика фуражировочной активности муравьев

19. F. сinerea Mayr (19.06.2017г.)

По мере роста суточной температуры воздуха растет и активность муравьев, так как они являются холоднокровными животными и уровень их метаболизма зависти от температуры окружающей среды. На графике прослеживаются два пика температуры воздуха, которые совпадают с пиками активности и муравьев. К вечеру по мере уменьшения температуры снижается и активность изучаемого вида муравьев.

Не равномерна активность муравья песчаного сера и в течение вегетационного сезона. Муравьи просыпаются в районе 15 апреля, когда среднесуточная температура воздуха достигает комфортного уровня около +8⁰С. Летом температура постепенно возрастает и достигает пика в конце июля. Главный тип деятельности – это поиск пищи. В это время появляется расплод, нуждающийся в пище. К концу августа активность муравьёв снижается и приближается к уровню весенней, а в конце сентября – начале октября становится наименьшей.

Взаимодействие муравьев с тлёй. Муравей песчаный серый имеет несколько источников питания, одним из которых служит падь тлей. В течение учитываемого времени, мы наблюдали постоянное посещение колоний тлей из семейства Lachnidae на деревьях сосны обыкновенной муравьями этого вида. В июне отмечалась несколько меньшая активность, которая затем возрастала в июле и в первой половине августа. В начале сентября активность сильно падала, что обусловлено, вероятно, менее благоприятным в этот период сочетанием температуры, влажности и других условий, влияющих на ритмику активности.

В результате наблюдений за колониями муравьев и отдельно помеченными рабочими особями, обслуживающими колонии тлей, мы установили относительно автономные группы: трофобионты и активные фуражиры.

Трофобионты, как правило, используют постоянные маршруты, которые начинаются у выхода из гнезда и заканчиваются у деревьев сосны обыкновенной или травянистого растения, на которых имеются колонии тлей. На всех участках, заселенных муравьями, наши наблюдения выявили строгую приуроченность трофобионтов к своим колониям тлей. Нами не было отмечено перехода муравьёв, обслуживающих действующие колонии тлей, на «чужие», принадлежащие той же семье. В случае гибели колонии тлей, трофобионты не встречались на колониях, обслуживаемых другими группами трофобионтов.

Существует значимая положительная корреляционная связь между числом колоний тли и числом трофобионтов (r=0,79 при Р<0,05). На рис. 4 отражен процесс роста численности группы трофобионтов Formica cinerea Mayr по мере роста численности тлей. Динамика развития колоний во всех случаях весьма сходна. В результате мученья наблюдаемых муравьев было установлено что число трофобионтов и обслуживаемых ими тлей составляет примерно 1:3.

В результате наблюдения за движениями муравьев Formica cinerea Mayr было установлено, что их кормовой участок располагается вокруг молодых деревьев сосны, на которых обитают колонии тлей. На таких деревьях они не только собирают падь, но и охотятся, а так же, строят свои гнёзда в корневой системе.

Рис. 4. Динамика использования муравьями

Formica cinerea Mayr колоний тлей

Фуражиры – муравьи, ответственные за поиск пищи постоянно циркулируют по кормовой территории, посещают травянистые и молодые деревья сосны. Примерный радиус фуражировочного участка составляет около 20 метров от края комплексов гнезд. Мы осмотрели все деревья на кормовом участке и не обнаружили ни одного вредителя. Хотя на участках незаселенных муравьями были обнаружены гусеницы обыкновенного пилильщика соснового Diprion pini (L.). Это указывает на важную роль муравья песчаного серого в защите молодых деревьев сосны от вредителей. Используя технологию ранневесеннего переселения гнезд можно обеспечить биологическую защиту посадок сосны.

Выводы

1. Муравей песчаный серый образует подземные гнезда секционного типа с одним главным ходом глубиной до 50 см.
2. На исследуемой территории обнаружено 3 типа гнезд с разным количеством особей, а также зимние и летние гнезда.
3. Муравей песчаный серый предпочитает строить гнезда на участках с песчаной почвой с произрастающими деревьями молодой сосны.
4. Муравьи имеют кормовую территорию радиусом около 20 метров от края комплекса гнезд. Ежедневное посещение деревьев муравьями защищает молодые деревья сосны от вредителей.
5. Существует трофическая связь между тлей и муравьями. Существует специальная группа муравьев, ответственная за обслуживание колоний тлей.
6. Суточная активность муравья песчаного зависти от температуры и имеет пики активности и спада в течение дня.
7. Сезонная активность начинается в районе 15 апреля, затем имеет пик в конце июля и снижается к середине сентября.

Литература

1. Гиляров М.С. Зоологический метод диагностики почв. - М.: Наука, 1965. - 302 с.
2. Гиляров М.С. Методы почвенно-зоологических исследований. - М., 1975. - 279 с.
3. Гиляров М.С., Стриганова Б.Р. Количественные методы в почвенной зоологии. - М.: Наука, 1987. - 287 с.
4. Гримальский В. И., Крушев Л. Т., Анищенко Б. И. Использование муравьев для защиты леса в Белоруссии // «Муравьи и защита леса»: Материалы IV Всесоюз. мирмекол. симп. - М., 1971. - С. 17 – 18.
5. Длусский Г.М. Методы количественного учета почвообитающих муравьев // Журн. общей биол. - 1965. - №26. – Т. 4. - С. 479-489.
6. Длусский Г. М. Захаров А. А. Расселение муравьёв в лесах разных типов // Лесное хоз-во. - 1965. - №8. - С. 55-57.
7. Длусский Г.М. Муравьи рода Формика (Hymenoptera, Formicidae, G. Formica). Биология, практическое значение и использование, таблица для определения видов, распространенных в СССР. - М.: Наука, 1967. - 236 с.
8. Захаров А.А. Оценка численности населения комплекса муравейников // Зоологический журнал. – 1978. - Т. LVII, вып. 11. - С. 1657-1662.
9. Захаров А.А. Структура семьи и образование колонии у муравьев Formica s. str. (Hymenoptera, Formicidae) // Зоол. журн. – 1974. - Т. 53, вып. 1. - С. 58-65.
10. Захаров А. А. Учет муравейников и термитников // Методы почвенно-зоологических исследований. - 1975. - С. 86 – 99.
11. Прокофьев И.Л. Роль муравьев Formica cinerea в снижении фитотоксичности нефтезагрязненных почв // Лесные стационарные исследования: методы, результаты, перспективы: Мат-лы совещ. – Тула: Гриф и К, 2001. – С. 547-550.
12. Прокофьев И.Л. Эксперимент по ранневесеннему переселению гнезд муравьев Formica cinerea Mayr на нефтезагрязненные территории // Вестник МАНЭБ. – 2003. – Т. 8, №2. – С. 35-38.
13. Прокофьев И.Л. Влияние муравьев Formica cinerea Mayr на численность соснового шелкопряда Dendrolimus pini L. в молодых сосновых насаждениях на нефтезагрязненных почвах Брянской области // Вестник МАНЭБ. – 2004а. – Т. 9, №2. –С. 53-56.
14. Прокофьев И.Л. Формирование корневой системы сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на антропогенных песчаных почвах с нефтяным загрязнением // Там же. - 2004б. - С. 69-73.