V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Оценка рекреационной нагрузки на прибрежной части Зеленой рощи г. Череповца с помощью изменения элементов меланизированного покрова красноклопа бескрылого (Pyrhocoris apterus L.) в сравнении с территорией д. Владимировки

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Селякова  П.В. 1

---

1МАОУ ДО "Детский технопарк "Кванториум"

Великанова Т.А. 1

---

1МАОУ ДО "Детский технопарк "Кванториум"

Работа в формате PDF

384.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Развитие городов все больше отдаляет людей от естественной природы. Пребывание людей в лесу является подчас серьезной рекреационной нагрузкой на лесную экосистему и вызывает ее постепенное разрушение. Уплотнение почвы от передвижения людей препятствуют прорастанию семян и возобновлению растительности, изменяются условия жизнедеятельности почвенных организмов, сокращается общая численность животных [10].

Парки являются более уязвимыми экосистемами и нуждаются в постоянной заботе человека. Они рассчитаны на определенные рекреационные нагрузки, но сейчас экологически неграмотное поведение людей разрушительно действует на сравнительно малоустойчивую экосистему парков

Одним из распространенных обитателей лесных территорий является красноклоп бескрылый. В нашей работе мы решили узнать, может ли рекреационное воздействие влиять на клопа-солдатика. Данный вид характеризуется небольшой подвижностью, пищевым связыванием с местом обитания и большой скоростью процесса обмена веществ [2].

Новизна: впервые на данных территориях опробована система критериев для проведения комплексной оценки биоиндикативной значимости показателя изменчивости меланизированного рисунка покрова клопа-солдатика.

Актуальность: изменения меланизированного рисунка покровов клопа-солдатика в особенностях организации насекомых из популяций в определенной среде могут использоваться в региональной модели экологического мониторинга.

Гипотеза: в 2016 году рекреационная нагрузка на территории д. Владимировки меньше, чем на территории Зеленой рощи г. Череповца.

Мы поставили перед собой цель: оценить рекреационную нагрузку на прибрежной части Зеленой рощи г. Череповца с помощью изменения элементов меланизированного покрова красноклопа бескрылого.

В задачи исследования входило:

1. Проанализировать изменчивость вариантов меланизированного рисунка покрова клопа-солдатика собранного материала;
2. Оценить степень рекреационной воздействие на исследуемых территориях;
3. Сравнить полученные результаты на двух территориях в 2016 году.

Объектом нашего исследования являются клопы-солдатики;

Предмет исследования: изменчивость элементов меланизированного покрова клопа-солдатика.

Глава 1. Обзор литературы по теме исследования

Организм, как целостная открытая система, объективно реагирует на экологические изменения. Вариабельность отдельных признаков организмов отражает результат взаимодействия генетических детерминантов и условий существования [3].

В этой связи важен правильный выбор объекта, на изучении изменчивости ярко выраженных признаков, которого возможно проводить подобное исследование. Необходимо использовать знания о биологии, биогеографии и экологии организмов, их чувствительность, географическое распространение, популяционную численность, опасность исчезновения. В качестве критериев оценки учитывается методические особенности работы с организмами, в частности, затраты времени на констатацию наличия или отсутствия патологий [4]. Модельный вид должен характеризоваться небольшой подвижностью, трофическим связыванием с местом обитания, большой скоростью метаболических процессов. В этом случае ответная реакция организма на экологические изменения формируется быстро. Таким требованиям отвечает клоп-солдатик Pyrrhocorus apterus L [11].

Изменение индикационного признака особей в популяциях может происходить по двум основным причинам: во-первых, в результате детерминированного внешним воздействием отклонения признака от нормы, во-вторых, в результате действия совокупности случайных, принципиально не формализуемых причин. Основной задачей биоиндикации является объективное разделение этих причин отклонений индикационного признака от нормы. В настоящее время разработаны методы, позволяющие решить эту задачу [1]. При организации мониторинга на популяционном уровне в качестве главной задачи встаёт оценка состояния природных популяций разных видов. Для этого могут быть применены различные подходы. Наиболее известные и широко применяемые в настоящее время это экологические и генетические подходы [13].

Клоп активен с начала апреля до конца октября. Он образует массовые скопления (ведет колониальный образ жизни), особенно ранней весной, у пней и в других теплых местах (прил., рис. 5, 6.). Красноклоп, имеет предостерегающую окраску, эффект которой в скоплениях увеличивается. Питается преимущественно опавшими семенами деревьев, мертвыми насекомыми и различного рода органическими остатками, иногда высасывает сок ягод (прил., рис. 7.). У красноклопа бескрылого рисунок, сформировавшийся при метаморфозе, остается неизменным в течение всей жизни. Как и у большинства, насекомых каких-либо возрастных изменений рисунка и степени меланизации не происходит.

Таким образом, красноклоп является удобным объектом для изучения эколого-морфологической структуры популяций т.к. является массовым полиморфным видом, хорошо заметен, вследствие колониального образа жизни, легкодоступен для наблюдений. Его можно содержать в лаборатории и проводить эксперименты этолого-физиологического характера. На красных надкрыльях клопа-солдатика отчетливо видны элементы рисунка черного цвета, состоящие из двух пятен: одного вверху небольшого (А) и другого больше (В), и каймы сложной формы, представленной двумя частями - верхней (С) и нижней (Д) (рис. 1). Обнаружены вариации по всем элементам рисунка надкрыльев [3]. Иногда встречаются желтые клопы-солдатики с аналогичными узорами на спине.

Изучение полиморфизма у клопа–солдатика в России проводили Н.Г. Винклер, Ю.А. Малозёмов, И.В. Батлуцкая.

Винклер Н.Г. (1975, 1976) изучал биометрические характеристики клопа-солдатика, а также изменчивость рисунка переднеспинки в разных точках ареала – в Таджикистане, Киргизии, Северном Кавказе, Молдавии, а также в Чехии и Словакии. Он выделил 13 типов рисунка переднеспинки клопа-солдатика [7].

Малозёмов Ю.А. (1984) изучал полифункциональную структуру популяции клопа-солдатика в Удмуртии, вычислил коэффициент полигамии и выявил морфологические особенности репродуктивной группы, в том числе и рисунок переднеспинки (выделил 23 типа рисунка покровов). Он установил также половые различия и избирательность спаривания по некоторым признакам [9].

Батлуцкая И.В. (1993, 2003) исследовала связь между меланизированным рисунком переднеспинки и расположенными под ними мышечными элементами передних и задних конечностей. Она выяснила, что слияние мышечных пучков приводит к образованию сплошных пятен, а появление расстояния между смежными мышечными пучками приводит к появлению разрыва в меланизированных элементах, находящихся под этими пучками. Чем дальше располагаются мышечные пучки, тем на большем расстоянии находятся меланизированные элементы рисунка. Появление новых элементов рисунка связано с отделением небольших мышечных элементов от основного пучка. Она считает, что благодаря выявленным особенностям формирования рисунка покровов, при рекреационном воздействии полужесткокрылые могут служить одним из индикаторов состояния окружающей среды [4].

Из сказанного следует, что выбранный нами клоп-солдатик удобен для оценки рекреационной нагрузки на исследуемых территориях.

Описание специфики рисунков определяемых морф клопа-солдатика приведено в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Описание морф переднеспинки и надкрылий клопа-солдатика (Батлуцкая,2003).

Таблица 2.

Описание признаков отдельных морф рисунка покровов клопа-солдатика

(Батлуцкая, 2003)

На основании имеющегося материала можно отметить, что морфа П1 является наиболее меланистической, и по-видимому, отражающей исходный «дикий» тип, характерный для ненарушенных местообитаний. На основании этого можно предположить индикационное значение данной морфы. Она характерна для благоприятных условий обитания, а морфы идущие по возрастанию порядкового числа, по видимому, отражают специфику менее благоприятных условий. С другой стороны, возрастание степени меланизма, является показателем неблагоприятных условий обитания. Поэтому, об индикационном значении отдельных морф клопа-солдатика, можно судить на основе анализа наших собственных результатов [5].

Глава 2. Материалы и методы исследования

Материал для настоящей работы был собран в 2016 и 2017 году на территории Зеленой рощи города Череповца и в 2016 году на территории музея-усадьбы Игоря-Северянина в деревне Владимировке. Для изучения изменчивости меланизированного рисунка покровов клопа-солдатика. Мы воспользовались методом механического захвата отдельных особей и колоний беспозвоночных без использования приспособлений (пальцами рук). Всего за два года проанализировано 240 экземпляров клопов-солдатиков. Вариации меланизированного рисунка переднеспинки красноклопа-бескрылого определялись в полевых условиях. Все выделенные вариации меланизированного рисунка переднеспинки и элемента В надкрыльев клопа-солдатика определялись с помощью классификации Шляхтина Г.В. и Батлуцкой И.В. (2001). В данной работе использованы вариации элемента В, поскольку они показали специфическую изменчивость в материале анализируемых выборок [3,5].

В данной классификации выделено и описано 12 вариаций меланизированного рисунка переднеспинки и 7 вариаций элемента В [12] (рис. 1.).

Рис. 1. Внешний вид и выделенные вариации меланизированного рисунка переднеспинки и элемента В надкрылья клопа-солдатика [8].

Зависимость между определенным сочетанием вариаций рисунка покровов и уровнем рекреационной нагрузки по методике Шляхтина Г.В. и Батлуцкой И.В:

1. При сильной рекреационной нагрузке в выборках присутствует комплекс вариаций П6, П8, П9, П10 на фоне отсутствия П5 и П11. Вариация В1 встречается с частотами 68,3 %-88,6%.
2. В случае средней рекреационной нагрузки в популяциях клопа-солдатика не обнаружено цельного комплекса вариаций П6, П8, П9, П10, а присутствуют отдельные его вариации. Элементов В представлен рисунком В1 от 22,6% до 57,4%.
3. Показателем слабой рекреационной нагрузки может выступать полное отсутствие П6, П8, П9, П10. Вариации П5 и П11 присутствуют в популяциях данной группы. Вариация В1 меланизированного рисунка надкрыльев распространена у 57,5%-68,2% особей [12].

Глава 3. Характеристика районов исследования

В 2016 и 2017 годах мы собрали материал на территории Зеленой рощи г. Череповца. Город Череповец – крупный промышленный центр северо-запада России. Лесной массив Зеленая роща г. Череповца является особо охраняемой территорией и имеет статус туристко-рекреационной местности областного значения. Лес может считаться лесопарком, если он соединен с городом хорошими путями сообщения и удален от него на расстояние не более 1 часа езды на массовом виде транспорта [6]. Зеленая роща в этом плане расположена очень удобно, практически рядом с остановкой автобусов городских маршрутов. Лесопарк занимает 3713,5 га.

Наши исследования проводились на территории литературного музея-усадьбы Игоря-Северянина. Музей находится в деревне Владимировка Череповецкого района Вологодской области в 20 километрах от города Череповца. Расположена усадьба на полуострове, омываемым с юго-востока рекой Кемзой и с севера-запада рекой Судой. На территории музея-усадьбы имеется парк. Его общая площадь 2 га.

Территория музея-усадьбы является защищенной от рекреационных нагрузок, в отличие от территории Зеленой рощи г. Череповца. Именно поэтому для изучения были выбраны данные территории. На фоне чистого участка легче проанализировать рекреационную нагрузку на наиболее грязном.

Глава 4. Результаты исследования

В наших исследованиях получились следующие результаты: в 2016 году был выявлен слабый уровень рекреационного воздействия на территории парка музея-усадьбы, вариация меланизированного рисунка элемента В1 надкрыльев отмечена у 60,8% особей (рис. 2.). Отсутствовали П6, П8, П9, П10, вариации П5 и П11 присутствуют в популяциях данной группы (табл. 3).

Рис. 2. Вариации меланизированного рисунка элемента В популяционного материала, собранного на территории парка (смешанного леса) литературного музея–усадьбы Игоря-Северянина в 2016 году.

Низкий уровень рекреационного воздействия может быть связан с организацией на данной территории экологической тропы. Музей – усадьба с каждым годом посещается реже, экскурсионная деятельность стала менее популярной. В основном, люди, приезжающие на территорию музея-усадьбы особое внимание предают самому зданию, не посещая парк, в котором и проходили сборы. Низкое количество мутаций свидетельствует о хорошем состоянии популяции.

В 2016 и 2017 годах на территории города Череповца для изучения изменчивости элементов меланизированного рисунка покровов клопа-солдатика в оценке рекреационной нагрузки выделили характерный биотоп – Зеленую рощу, в которой в достаточном количестве обитают клопы-солдатики. Всего за два года было собрано и проанализировано 160 половозрелых особей.

На территории Зеленой рощи города Череповца в 2016 и 2017 годах выявлено среднее рекреационное воздействие. Вариация В1 в 2016 году встречается с частотой 30,8% (рис. 3.), в 2017 году - 39,5% (рис. 4.). Не обнаружено цельного комплекса вариаций П6, П8, П9, П10, а присутствуют его отдельные вариации (табл. 3).

Рис. 3. Вариации меланизированного рисунка элемента В популяционного материала, собранного на территории Зеленой рощи г. Череповца в 2016 году.

Рис. 4. Вариации меланизированного рисунка элемента В популяционного материала, собранного на территории Зеленой рощи г. Череповца в 2017 году.

Такая рекреационная нагрузка на данной территории обусловлена удобным месторасположением для организации пикников. В теплые сезоны года здесь всегда многолюдно. Горожане отдыхают семьями, группами, с транспортом и без него. Степень замусоренности очень высокая. Деревья и кустарники, ограничивающие участки с луговой растительностью на побережье, сильно повреждены. На протяжении прибрежной зоны очень много кострищ. Визуально прослеживаются вытоптанные участки исследуемой территории. Отдых человека на данной территории отрицательно влияет на экологическое положение данной территории.

В городе рекреационное воздействие больше, чем в д. Владимирове (по полученным результатам 2016 года). Это связано с большей активностью людей на территории города, чем на территории музея-усадьбы.

Таблица 3.

Характеристика элемента П исследуемого материала.

Выводы

• На территории музея-усадьбы выявлено 6 вариаций меланизированного рисунка переднеспинки и 6 вариаций элемента В. В 2016 году на территории Зеленой рощи города Череповца - 8 вариаций переднеспинки и 6 вариаций элемента В. В 2017 году – 7 вариаций переднеспинки и 6 вариаций элемента В;
• На территории парка музея-усадьбы выявлено слабое рекреационное воздействие, на территории Зеленой рощи в 2016 и 2017 году выявлена средняя рекреационная нагрузка;
• В городе рекреационное воздействие больше, чем в д. Владимировке в 2016 году.

Библиографический список

1. Алексеев С.В. Экологический практикум школьника: Учебное пособие для учащихся. - Самара: Издательство «Учебная литература», 2006. – 304с.
2. Батлуцкая И.В. Закономерности изменчивости меланизированных покровов полужесткокрылых / Автореф. Канд. биол. наук, Белгород, 1993. – 15с.
3. Батлуцкая И.В. Проблемы изменчивости признака как важнейшая характеристика существования организма в различных экологических условиях//Экология. Экономика. Экспертиза. Информатика. Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ,2001.
4. Батлуцкая И.В., Гончарова Е.Н. Изменчивость меланизированного рисунка Pyrhocorisapterus в Белгородской области как отражение экологической ситуации// Региональные экологические проблемы и непрерывное образование. Липецк, 2001.
5. Батлуцкая И.В., Гончарова Е.Н. Каталог фенов элементов меланизированного рисунка надкрыльев клопа-солдатика//Изв. Вузов. Северо-кавказский регион. Естественные науки. Приложение. 2003. №1.
6. Винклер Н.Г. Изучение изменчивости рисунка переднеспинки у клопа-солдатика (Pyrrhocoris apterus L.) из разных точек ареала //Известия АН Таджикской ССР, Отделение биологических наук, 1975, №3(60), с.31-36.
7. Винклер Н.Г. О внутривидовой изменчивости некоторых морфологических признаков у клопа-солдатика (Pyrrhocoris apterus L.) в Таджикистане //Известия АН Таджикской ССР, Отделение биологических наук, 1976, №3(64), с.45-49.
8. Гончарова Е.Н., Батлуцкая И.В. Изучение изменчивости меланизированного рисунка переднеспинки клопа-солдатика в природных популяциях: Белгород,1999. Вып.2.
9. Малозёмов Ю.А. Половой диморфизм и эколого-морфологические особенности репродуктивной группы клопа-солдатика (Pyrrhocoris apterus L.) в Удмуртской АССР //Фауна Урала и прилежащих территорий сб. докл. Свердловск,1984.
10. Моисеев В.С., Яновский Л.Н, Максимов В.А. и др. «Строительство и реконструкция лесопарковых зон». Стройиздат, 1990.
11. Шляхтин Г.В., Батлуцкая И.В., Гончарова Е.Н. Природа изменчивости меланизированных элементов переднеспинки представителей полужесткокрылых: Вып.2. Белгород 1997.
12. Шляхтин Г.В., Батлуцкая И.В., Гончарова Е.Н. Изменчивость меланизированного рисунка клопа-солдатика в природных популяциях Саратовской и Белгородской областях//Известия Саратовского государственного университета. 2001.
13. Яблоков А.В. Фенетика. - М.: Наука, 1980. - 132с.

Приложение

Рис. 5. Спаривание клопов-солдатиков.

Рис. 6. Колония красноклопов бескрылых.

Рис. 7. Клоп-солдатик на крапиве.