VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Трофические связи фоновых видов шмелей
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Шмели уникальны, это самые морозостойкие насекомые. Они приспособилось сокращать грудные мышцы, разгоняя кровь, разогревая тело до сорока градусов. Приспособление позволяет шмелям вылетать за нектаром на рассвете, не страшась непрогретой атмосферы. Это конкурентное преимущество перед пчелами продвинуло шмелей в более северные районы.
Шмели являются одними из самых значимых опылителей цветковых растений. Особенностью севера Томской обл. является более позднее и короткое лето, и снижение видового состава цветковых растений, по сравнению с югом Томской области, где суходольные и заливные луга оставляют значительную часть от общего проекционного покрытия земельных ресурсов. Север же характерен своим суровым климатом и обширными болотами, входящими в состав крупнейшей в мире Васюганской болотной системы.
Исследователи сибирской растительности отмечают значительное отставание темпов ее изучения от темпов антропогенной трансформации и уничтожения коренных лесных сообществ, зональных лесных и лесостепных экосистем. То же следует признать и в отношении беспозвоночных животных, число видов которых в пределах региона чрезвычайно велико, а эколого-фаунистическая изученность не равномерна. Вопросы охраны беспозвоночных животных, в том числе насекомых, разработаны в Томской обл. недостаточно. Проблемы, проявившиеся при составлении списка видов для создававшейся в последние годы Красной книги области, сходны с таковыми в других регионах. Это не только разрозненность данных о беспозвоночных территории, но и отсутствие сведений о составе фауны многих групп животных, то есть основы для выявления редких и нуждающихся в охране видов, планирования конкретных природоохранных мероприятий.
Актуальность:
До настоящего времени долгосрочных исследований по изучению видового населения и трофических связей шмелей севера Томской области не проводилось. Практически неизученными остаются экология и характер распределения этих насекомых на данной территории.
Гипотеза: При изучении трофических связей шмели с большей политрофностью, будут более многочисленными.
Цель: Изучитьтрофические связи фоновых видов шмелей севера Томской области.
Задачи:
Провести анализ таксономического состава шмелей;
На основании изученного видового состава выделить виды, нуждающиеся в охране;
Выделить видовые группы шмелей по классам обилия;
Провести анализ трофических связей фоновых видов шмелей.
Практическая ценность:
Полученные результаты могут использоваться для более широких биогеографических и биоценотических исследований, для относительно включения отдельных видов в перечни особо охраняемых животных, в курсах по зоологии беспозвоночных и экологии, а также по рациональному природопользованию.
Методика
Маршрутная методика исследования района фуражировки шмелей
И
сследование шмелей проводилось в летний период 2019 года (со второй половины мая по конец августа).
Рис. 1 Полевые работы на маршруте.
Количественные учеты шмелей проводили по маршрутной методике. Протяжённость маршрута составляла 2 км. Маршруты проходили по береговой зоне, прилегающей к заливному лугу.
Вылавливали всех встреченных особей шмелей без выбора, для получения случайной выборки, по которой можно обоснованно судить о соотношениях видов на изучаемой территории.
Индивидуальный отлов насекомых проводили, используя живо-ловушку (см.рис.2) -прозрачную пластиковую банку с широким горлом, снабженную вентиляционными отверстиями, для минимизации нанесения ущерба изучаемому виду. Данный метод не даёт абсолютного видового совпадения, но является наиболее гуманным по отношению к шмелям, учитывая, что среди них присутствуют виды, нуждающиеся в охране, у Центра нет лицензии на изъятие видов насекомых из природной среды.
Для более детального изучения, мы собирали сбитых насекомых вдоль оживлённых автотрасс.
Рис. 2 Внешний вид живо-ловушки
Методика оценки шмелей по группам обилия
Для оценки шмелей по классам обилия они были распределены по группам обилия согласно 5-балльной логарифмической шкале Ю. А. Песенко [14].
Таблица 2. Группы обилия по шкале Ю. А. Песенко
|
Группы обилия |
Число особей (диапазон - от до) |
Балл обилия |
|
единичный |
0-24 |
1 |
|
малочисленный |
24-71 |
2 |
|
среднее обилие |
71-190 |
3 |
|
многочисленный |
190-474 |
4 |
|
доминирующие |
474-1186 |
5 |
Методика выявления основных шмелей опылителей на дикорастущих цветочных растениях пригорода г.Стрежевой.
После сопоставления шмеля с иллюстрированным атласом для видового определения и занесения в таблицу кормового растения, шмеля выпускали.
В дальнейшем полученные данные систематизировали в таблицу, в которой по вертикали представлены виды шмелей, по горизонтали-виды растений, на которых были найдены эти насекомые, а в саму таблицу внесено количество шмелей того или иного вида и сезон, в который он там был обнаружен. (результаты таблица оформили графически для обобщения результатов)
Систематизация кормовых растений проводилась по атласам и определителям: «Определитель растений юга Томской области» (А. В. Положин, А.С. Ревушкин и В.В. Баранов, 1985), «Определитель растений Томской области» (Н. Ф. Вылцан, 1994), «Определитель растений Новосибирской области» (Красноборов И.М., Ломоносова М.Н., Шауло Д.Н., 2000) и прочим.
Результаты исследования
3.1 Таксонометрический состав зарегистрированных шмелей и виды шмелей, нуждающиеся в охране.
Всего при полевых работах было исследовано 1186 особей, относящихся к 16 видам, из которых 3 занесены в Красную книгу Томской области (шмель модестус, или скромный Bombus modestus, шмель моховой Bombus muscorum, шмель патагиатус, или окаймленный Bombus patagiatus). При работе в последующие годы следует обратить внимание на распространение и численность таких шмелей как шмель-чесальщик Bombusdistinguendus, шмель йонеллюс Bombusjonellus, так как по результатам 2019 года эти виды относятся к редко встречаемым.
Далее приведены официально зарегистрированные ареалы шмелей («Красная книга Томской области» [7]), где видно, что границы распространения шмелей не достигают Александровского района и г. Стрежевого (ареалы сосредоточенны в южной и средней части Томской области (см. Рис 3), северные районы в связи с транспортной труднодоступностью и особенностями климатических и географических характеристик местности практически не изучены).
|
Ареал обитания шмеля модестус, или скромный Bombus modestus |
Ареал обитания шмеля моховой Bombusmuscorum |
Ареал обитания шмеля окаймленный Bombuspatagiatus |
|
Рис. 3 Ареалы обитания шмелей (Красная книга Томской области) |
||
3.2 Оценка шмелей по группам обилия
Используя 5-балльную логарифмическую шкалу Ю. А. Песенко (1972), мы распределили все виды шмелей по классам обилия.
Таблица 3. Группы обилия шмелей по результатам исследования 2019 (по шкале Ю. А. Песенко)
|
1 балл (0-24) |
2 балла (24-71) |
3 балла (71-190) |
4 балла (190-474) |
5 баллов (474-1186) |
|
шмель окаймленный Bombuspatagiatus (7) |
шмель четырехцветный Bombusquadricolor (36) |
шмель Семенова Bombussemenoviellus (129) |
шмель полевой Bombuspascuorum (268) |
_ |
|
шмель-чесальщик Bombusdistinguendus (13) |
шмель сореэнзис Bombussoroeensis (52) |
шмель ШренкаBombus schrencki (95) |
шмель норовой Bombuslucorum (282) |
|
|
шмель модестус, или скромный Bombus modestus (4) |
шмель городской Bombushypnorum (44) |
шмель Зихеля Bombussichelii (88) |
||
|
шмель конский Bombusveteranus (51) |
шмель йонеллюс Bombus jonellus (76) |
|||
|
шмель моховой Bombusmuscorum (63) |
||||
|
шмель садовый Bombushortorum (62) |
||||
|
шмель луговой Bombuspratorum (28) |
Где общее количество 1186 и:
1 балл – очень редкие виды: 0-2% от общей численности (шмель окаймленный Bombuspatagiatus, шмель-чесальщик Bombusdistinguendus, шмель модестус, или скромный Bombus modestus);
2 балла – малочисленные виды: 2-6% от общей численности (шмель четырехцветный Bombusquadricolor, шмель сореэнзис Bombussoroeensis, шмель городской Bombushypnorum, шмель конский Bombusveteranus, шмель моховой Bombusmuscorum, шмель садовый Bombushortorum, шмель луговой Bombuspratorum);
3 балла – обычные виды: 6-16% от общей численности (шмель Зихеля Bombus sichelii, шмель Семенова Bombussemenoviellus, шмель ШренкаBombus schrencki, шмель йонеллюс Bombus jonellus);
4 балла – многочисленные виды: 16-40% от общей численности (шмель полевой Bombuspascuorum, шмель норовой Bombuslucorum);
5 баллов – доминирующие виды: 40-100% от общей численности.
Мы составили диаграмму (рис. 4) для того, чтобы наглядно отразить количество найденных шмелей. При сравнении с данными исследования лета 2018, где мы изучали шмелей-опылителей декоративных цветущих растений, соотношения видов и обилие найденных видов шмелей на дикорастущих медоносах примерно равно.
ШмельСеменоваBombus semenoviellus;
ШмельчетырехцветныйBombus quadricolor;
ШмельсореэнзисBombus soroeensis;
ШмельЗихеляBombus sichelii;
ШмельокаймленныйBombus patagiatus;
ШмельгородскойBombus hypnorum;
ШмельконскийBombus veteranus;
Шмель-чесальщикBombus distinguendus;
ШмельмоховойBombus muscorum;
ШмельйонеллюсBombus jonellus;
ШмельполевойBombus pascuorum;
ШмельсадовыйBombus hortorum;
ШмельноровойBombus lucorum;
ШмельлуговойBombus pratorum;
Шмель ШренкаBombus schrencki;
Шмель модестус, или скромный Bombus modestus.
Рис. 4 Диаграмма Видовой состав и количество зарегистрированных особей шмелей (весна-лето 2019г.)
Следует отметить, что лето 2019 года по климатическим характеристикам было неблагоприятным для шмелей (средняя температура - +18оС, 25 дождливых и 64 облачных пасмурных и дней), что вероятно сказалось на количественном составе.
Трофические связи фоновых видов шмелей
По результатам исследования трофических связей фоновых видов шмелей нами мы выяснили, что почти все виды шмелей опыляют растения из семейства бобовых (клевер розовый и клевер ползучий). Остальные растения опыляются всего лишь несколькими видами шмелей и в основном относятся к недолго цветущим растениям. Для обобщения результатов исследования, мы составили диаграмму Трофические предпочтения шмелей пригорода г. Стрежевого в весенне-летний период 2019г.
ШмельСеменоваBombus semenoviellus;
ШмельчетырехцветныйBombus quadricolor;
ШмельсореэнзисBombus soroeensis;
ШмельЗихеляBombus sichelii;
ШмельокаймленныйBombus patagiatus;
ШмельгородскойBombus hypnorum;
ШмельконскийBombus veteranus;
Шмель-чесальщикBombus distinguendus;
ШмельмоховойBombus muscorum;
ШмельйонеллюсBombus jonellus;
ШмельполевойBombus pascuorum;
ШмельсадовыйBombus hortorum;
ШмельноровойBombus lucorum;
ШмельлуговойBombus pratorum;
Шмель ШренкаBombus schrencki;
Шмель модестус, или скромный Bombus modestus.
Рис. 5 Диаграмма Трофические предпочтения шмелей пригорода г. Стрежевого в весенне-летний период 2019 г.
Всего шмелями при фуражировании было выбрано 22 дикорастущих растения. На диаграмме (рис. 5 Трофические предпочтения шмелей пригорода г. Стрежевого в весенне-летний период 2019 г.) мы решили более подробно отобразить количественный и видовой состав шмелей, опыляющих растения, подписанные по горизонтали. Таким образом, клевер гибридный Trifolium hybridum и клевер ползучий Trifolium repens опыляются наибольшим видовым составом насекомых. А такие растения как ива белая Salix alba, яснотка крапчатая Lamium maculatum, девясил иволистный Inula salicina, подорожник средний Plantago media, василисник водосборный Thalictrum aquilegiifolium, яснотка белая Lamium album, пахучка лесная, обыкновенная Clinopodium vulgare, черёмуха уединенная Prunus padus, мышиный горошек Vicia cracca, донник белый Melilotus albus, таволга иволистная Spiraea salicifolia, сусак зонтичный Butomus umbellatus, чертополох кудрявый Carduus crispus, кипрей узколистный Chamaenerion angustifolium, лабазник обыкновенный Filipendula vulgaris, шиповник майский Rosa majalis опыляются лишь одним или двумя видами шмелей. Остальные растения опыляются 3-4 видами шмелей. Такую же параллель можно провести и с опылителями: шмель Семенова Bombussemenoviellus и шмель модестус, или скромный Bombus modestus опыляют по одному виду растений, шмель полевой, шмель садовый и шмель норовой опыляют наибольшее количество растений (7-8 видов), все остальные шмели опыляют 3-4 вида растений.
|
Рис. 6 Шмель чесальщик Bombusdistinguendus на бодяке болотном Cirsium palustre |
Рис. 7 Шмель норовой Bombuslucorum на клевере гибридном Trifolium hybridum |
Рис. 8 Шмель садовый Bombushortorum на лобазнике обыкновенном Filipendula vulgaris |
Заключение
По результатам работы весны-лета 2019 года нами было выявлено 1186 представителей рода Bombus, относящихся к 16 видам.
По результатам работы 2018 и 2019 годов мы регистрировали виды шмелей, нуждающихся в охране («Красная книга Томской области», 2013 г.). Это шмели видов модестус, или скромный Bombus modestus, моховой Bombusmuscorum, шмель окаймленный Bombuspatagiatus.
Низкое обилие ряда видов шмелей может являться прямым следствием изменения окружающей среды под действием человека. Пространственное распределение шмелей определяется закономерностями изменения ландшафтно-климатических условий, и, как следствие, изменение видового разнообразия кормовых растений, что является подтверждением высокой индикаторной способности этих насекомых, применяемых для характеристики состояния экосистем.
Следует отметить, что несмотря на относительное видовое богатство шмелей в пригороде Стрежевого достаточно обильно и равномерно распределены только виды: шмель Семенова Bombussemenoviellus, шмель ШренкаBombus schrencki, шмель полевой Bombuspascuorum, шмель норовой Bombuslucorum, в сравнительно благополучном состоянии находятся популяции шмель четырехцветный Bombusquadricolor, шмель сореэнзис Bombussoroeensis, шмель Зихеля Bombussichelii, шмель городской Bombushypnorum, шмель конский Bombusveteranus, шмель моховой Bombusmuscorum, шмель садовый Bombushortorum, шмель луговой Bombuspratorum, и малочисленные шмель окаймленный Bombuspatagiatus, шмель-чесальщик Bombusdistinguendus, шмель йонеллюс Bombusjonellus.
Конец мая и лето 2019 в целом в городе Стрежевом выдались абнормально облачными и дождливыми.
В связи с этим было отмечено понижение найденных в результате луговых исследований шмелей.
Массовое появление шмелей наблюдается во второй декаде июля, последние шмели встречаются в третьей декаде сентября. Задержка в фенологических процессах, по сравнению с южными районами составляет более двух недель
По результатам изучения трофических связей фоновых видов шмелей нами зарегистрировано 22 вида растений, являющихся кормовой базой, из которых наиболее популярными являются растения семейства Бобовые, клевер розовый Trifolium hybridum и клевер ползучий Trifoliumrepens. У редко встречаемых видов шмелей количество кормовых растений значительно ниже (1-3), по сравнению с распространенными шмелями, которые опыляют 7-8 видов растений. То есть трофическая пластичность влияет на соотношение видов шмелей.
В следующем году мы планируем продолжить работу, изучив закономерности формирования топических комплексов шмелей.
Литература
Бывальцев А. М. Шмели (Hymenoptera: Apidae, Bombini) лесостепного и степного юга Западно-Сибирской равнины: фауна и население – автореферат, 2009. - 200с.
Богатырев Н.Р. Влияние антропогенной нагрузки на численность и видовой состав шмелей в парках Новосибирска // Антропогенные воздействий на сообщества насекомых; отв. ред. P.C. Золотаренко. Новосибирск: изд-во «Наука», 1985. С. 128-134.
Богатырев Н. Р Прикладная экология шмелей, Рос. Изд-во Гор. центра развития образования, 2001. – 158с.
Болотов И.Н., Подболоцкая М.В. Методические проблемы изучения видового разнообразия шмелей (Hymenoptera, Apidae, Bombus) Тез. докл. междунар. науч. конф. Архангельск: ИЭПС УрО РАН, 2003а. С. 145-146
Вылцан Н.Ф. Определитель растений Томской области – Томск: Мзд-во Томю ун-та, 1994. 301с.
Конусова О.Л, Гришина Е.М, Гришаев Л.В. Шмели Томской области: Учебное пособие. – Томск: ТГУ, 2008. - 97 с.
Красная книга Томской области. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – Томск: Изд-во «Печатная мануфактура». 2013. – 504 с.
Евсеева Н.С. География Томской области. (Природные условия и ресурсы.). –Изд-во Томского ун-та, 2001. – 223 с.
Красноборов И.М., Ломоносова М.Н., Шауло Д.Н. и др. Определитель растений Новосибирской области – Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 2000. – 492с.
Малышев С.И. Дикие опылители на службе у человека. M.-JL: Наука, 1963. С. 48-60.
Панфилов Д.В. Шмели (Bombidae) Московской области // Ученые записки Московского городского педагогического института имени В.П. Потемкина. 1957. Т. 65. 191–219 с.
Панфилов Д.В. Общий обзор населения пчелиных Евразии // Исследования по фауне Советского Союза. Труды Зоологического музея МГУ. 1968. Т. 11. М.: МГУ. 18–35 с.
Положина А.В, Ревушкина А.С. и Баранова В.В. Определитель растений юга Томской области Учебное пособие, Томск, Издательство томского университета, 1985, 211 с.
Песенко Ю.А. Принципы и методы. количественного анализа в фаунистиче-. ских исследованиях — Изд. М.: Наука, 1982. — 288 с
Радченко В.Г., Песенко Ю.А. Биология пчел (Hymenoptera, Apoidea). СПб: ЗИН РАН, 1994. 350 с.
Резникова H.A., Тюмасева З.И. История изучения шмелей Урала и сопредельных территорий // Вестник ЧГПУ. Сер. 10. Экология. Валеология. Педагогическая психология. Челябинск: ЧГПУ, № 5. 2004. С. 50-65с.
Скворцов В.Э. Иллюстрированное руководство для ботанических практик и экскурсий в Средней России. М: Товарищество научных изданий. КМК. 2004. 506с.
Шанцер И.А. Растения средней полосы Европейской России. Полевой атлас М: Товарищество научных изданий КМК. 2017. 461с.
Шмели как модельный объект для изучения закономерностей пространственно – временной организации сообществ опылителей (учебное пособие). НИУ- НГУ, 2009. -150 с.