IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Вода как путь распространения насекомых - минеров листьев древесных пород
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Изучение состояния древесных пород бурно развивается в последние 30 лет в связи возникновением крупных промышленных зон и резким ухудшением состояния экологической обстановки вокруг них. Развитие крупных промышленных центров привело к резкому сокращению площадей зеленых насаждений в городских экосистемах.
В своей исследовательской работе я затронул проблему экологической обстановки в городе Саратове, связанную с сокращением городских насаждений. В рамках работы я исследовал пути распространения вредителей древесных пород своего города…
Цель исследования: Анализ степени изученности фауны насекомых-минеров в Саратовской области, выделение инвазивных и адвентивных видов минеров, а также сбор и определение насекомых-минеров в древесных насаждениях г. Саратова осенью 2019 г.
Задачи исследования: 1. Собрать и оформить нужную информацию о минирующих насекомых как о вредителях зеленых насаждений; 2. Выяснить и проанализировать, какую угрозу несут минирующие насекомые на сегодняшний день для зеленых насаждений города Саратова; 3. Представить собранный материал в виде доклада на защите индивидуального проекта.
Кто такие насекомые-минеры
Насекомые-минеры – экологическая группа растительноядных организмов-дендрофагов и филофагов, которые на стадии личинки питаются внутри хлорофиллоносных тканей растений, иногда поедая до 100% фитомассы и нанося значительный вред древесным насаждениям. Гусеницы выгрызают в толще листьев полости, которые снаружи выглядят как пятна различной величины и формы. Такие пятна называются минами. Подобный образ жизни очень «выгоден»: внутри листа личинка находится в безопасности, в мине сохраняется постоянный микроклимат, влажность и почти стерильная атмосфера. «Проблема», которая актуальна для минеров в трофическом взаимодействии с кормовым растением, ‑ найти наилучшие пищевые условия и при этом сохранить лист в живом состоянии, т.к. только насыщенный соками лист может обеспечить гусеницам необходимую пищу и микроклимат. Для того чтобы сохранить лист живым, обитающие в нём личинки не должны выедать весь лист сразу и целиком, а сам лист должен обладать большим объемом губчатой паренхимы с наименьшим развитием кутикулы, эпидермиса и палисадного слоя. Сказанное означает, что распространение и численность минеров зависит от кормовых свойств растения, которые, в свою очередь, определяются условиями окружающей среды (температурой и влажностью, минеральным и органическим питанием). При изменении этих условий сопряженно меняется жизнедеятельность как кормового растения, так и самого минера, а достижение некоторого критического значения экологических факторов приводит либо к исчезновению вида с территории, или, наоборот, вызывает вспышку численности вредителя и его широкое расселение. При этом расселение минеров происходит через определенные пути и коридоры, к числу которых относятся реки. В поймах рек хорошо развивается древесная растительность, вдоль которой идет расселение минеров. При повышении среднегодовых температур влажность благоприятствует развитию фитомассы у пойменных растений: увеличивается объем губчатой паренхимы, такой важной для питания минеров. Колебания температуры при повышенной влажности почвы в поймах рек более сглажены, чем на водоразделах, что является благоприятным фактором для зимовки этих насекомых (окукливание у большинства минеров происходит за пределами поражаемой фитомассы). Именно реки играют большую роль в расселении теплолюбивых видов минеров, ареал которых расширяется в относительно более холодные широты.
Изученность группы насекомых
По-прежнему оставаясь плохо изученной группой, в последние десятилетия многие виды насекомых-минеров стали массово встречаться на тех территориях, где их раньше не регистрировалось, т.е. происходят инвазии новых видов. Распространяясь в новые районы, минеры не встречают давления со стороны местной исторически сложившейся фауны энтомофагов и энтомопатогенов, занимают свободные экологические ниши, переходя к питанию на местных видах кормовых растений. Это свидетельствует о появлении благоприятных условий как для кормовых растений, так и для самих минеров, что позволяет этим вредителям закрепляться и давать вспышки численности в новых местообитаниях. Территория Саратовской области отличается засушливым, аридным климатом и дефицитом осадков. Ключевая водная артерия области ‑ р. Волга и Волгоградское водохранилище. Целью данной работы является изучение степени изученности фауны насекомых-минеров в Саратовской области, выделение инвазивных и адвентивных видов минеров, а также сбор и определение насекомых-минеров в древесных насаждениях г. Саратова осенью 2019 г.
В Среднем и Нижнем Поволжье к минерам относятся более 170 видов фитофагов из семейств Nepticulidae, Tischeriidae, Gelechiidae, Gracillariidae, Lyonetiidae и Yponomeutidae (Lepidoptera) (около 80% всех видов минеров), Agromyzidae (Diptera) (около 10%), Tenthredinidae (Hymenoptera) (8%), а также Curculionidae (Coleoptera) (2%). По данным В.В. Аникина, профессора-энтомолога из Саратовского госуниверситета им. Н.Г. Чернышевского, в Поволжском регионе в последнее десятилетие зарегистрировано несколько новых инвазивных и 90 адвентивных видов дендрофагов. Это листоядные чешуекрылые, двукрылые, перепончатокрылые, жесткокрылые, полужесткокрылые, в том числе минирующие и сплетающие листья: моли-пестрянки (минирующая каштановая моль – Cameraria ohridella (Deshka et Dimić, 1986), липовая моль-пестрянка – Phyllonorycter issikii (Kumata, 1963), тополевая моль-пестрянка – Phyllonorycter populifoliella (Treitschke, 1833)), картофельная моль (Phthorimaea operculella (Zeller, 1873)), облепиховый бражник (Hyles hippophaes (Esper, 1793), американская белая бабочка (Hyphantria cunea Drury, 1773), златка ясеневая узкотелая изумрудная (Agrilus planipennis Fairmaire, 1888), гармония изменчивая (Harmonia axyridis Pallas, 1773)), ильмовый пилильщик-зигзаг (Aproceros leucopoda Takeuchi, 1939), калифорнийская щитовка (Diaspidiotus perniciosus (Comstock, 1881)).
Исследование экологии насекомых-минеров
Изучение фауны насекомых-минеров в древесных насаждениях г. Саратова осенью 2019 г. заключалось в сборе и гербаризации минированных листьев в 4 районах города (парк «Липки», парковые зоны в пос. Солнечный, аллея Героев-пограничников, парк на Театральной площади). Было обследовано 40 деревьев, относящихся к трем видам (Aesculus sp., Salix alba, Pоpulus nigra). На каждом модельном дереве определялись следующие показатели:
- наличие мин на листьях (определение насекомых производили по минам с помощью определителей (Гусев, 1951; 1984; 1989; Практикум по лесной энтомологии…, 2004));
- % поврежденных листьев в кроне ‑ на основе экстраполяционного анализа состояния всех листьев на трех доступных для визуального наблюдения ветвей;
- степень поражения листьев насекомыми-минерами производилась в количественном (частота встречаемости мин ‑ среднее количество мин на лист) и процентном соотношении. Полученные результаты переводили в пятибалльную шкалу: 1 балл – следы повреждений листьев – листья поражены до 5%; 2 балла – слабое повреждение листьев – листья поражены 5-25%; 3 балла – среднее повреждение листьев – листья поражены 25-50%; 4 балла – сильное повреждение листьев – листья поражены 50-75%; 5 баллов – полное повреждение – листья поражены 75-100%.
Результаты исследования
Были получены следующие результаты. Отобранные листья каштанов из четырех районов города были массово повреждены минами моли-пестрянки (орхидским минером, или минирующей каштановой молью – Cameraria ohridella (Deshka et Dimić, 1986). Все 15 обследованных деревьев каштана имели повреждения кроны составляли от 15 до 50%, на четырех из 15 деревьев было отмечено бедственное, угнетенное состояние кроны (50%). При этом, при среднем значении показателя встречаемости мин на лист 1,5, на этих деревьях в центре Саратова на Театральной площади зафиксировано до 5 мин вредителя на лист и 25% поражение листовой пластинки (2 балла из пяти). Обнаружение активных мин в сентябре 2019 г. (в двух минах наблюдалось окукливание) свидетельствует о развитии третьего поколения Cameraria ohridella, что более характерно для юга Европы. Минирующая каштановая моль ‑ инвазивный вид, происхождение которого в Поволжье является объектом научных дискуссий. На одном листе розетки конского каштана в полях между боковыми жилками, как правило, располагается несколько неправильно растекающихся пятновидных мин коричневатого цвета, которые со временем сливаются. Площадь поврежденных участков может достигать 60-90% общей площади листа, что приводит к его усыханию и преждевременному опаданию. В результате дефолиации кроны каштанов теряют естественный декоративный облик. В Европе в последние десятилетия постоянно регистрируются вспышки массового размножения вредителя с повреждением до 100% листовых пластинок вплоть до гибели всего дерева. Поэтому для борьбы с вредителем и его расселением проводят санитарное выкорчевывание зараженных каштанов.
На черном тополе во всех обследованных точках Саратова была обнаружена Stigmella trimaculella – моль-малютка трехпятнистая ‑ представитель семейства Молей-малюток Nepticulidae. Данный вид в одном случае также был обнаружен на иве Salix alba. Поражение кроны модельных деревьев не превысило 10%, наблюдалось в среднем 0,5 мины на лист, и, в среднем, 1 балл – до 25 % поражения листовой пластинки. Виды данной группы чешуекрылых дают 1–2 генерации за вегетационный сезон (июнь-июль), для некоторых молей характерна длительная зимняя диапауза куколки в верхних слоях почвы, а выход имаго осуществляется только в следующем году. Обнаружение мин Stigmella trimaculella в сентябре 2019 г. свидетельствует о появлении третьего поколения этого вредителя, что может стать фактором возможного резкого увеличения численности молей малюток в последующие годы в г. Саратове. Моли-малютки могут вызывать дефолиацию 50-70% кроны тополей. Обнаруженный палеарктический европейский вид отличается тем, что делает мины лентовидно-змеевидной формы на нижней стороне листьев настоящих тополей. Мина имеет непрерывный ход, состоящий из двух частей. Первая часть ‑ узкая, часто идущая вдоль жилки листа, вторая часть ‑ более широкая, иногда пятновидная, в ней упорядоченно, скученно, в виде тонкой полосы располагаются экскременты. Такое расположение экскрементов в одном месте внутри мины имеет диагностическое значение при идентификации групп скрытоживущих фитофагов по повреждениям. Например, в отличие от чешуекрылых, для личинок минирующих мух из семейства Agromyzidae характерно неупорядоченное расположение экскрементов, по всему ходу мины, а не по средней линии. Кроме того, личинки минирующих мух, в отличие от гусениц, безногие. Вред агромизид для древесных насаждений связан с тем, что эти мухи дают несколько генераций за вегетационный период, их число находится в значительной зависимости от температуры и влажности, а весь короткий цикл развития от яйца до имаго может варьировать от 14 до 20 дней. Обычно первые мины появляются уже в мае; развитие мух продолжается непрерывно весь вегетационный период вплоть до середины сентября. Самки могут производить повторные кладки на листья кормовых растений, так что к концу сезона развития они могут быть полностью пронизаны змеевидными ходами, а площадь пораженной поверхности иногда доходит до 50%. Личинки большинства видов агромизид после периода питания (около 7 дней в зависимости от условий) покидают мину и образуют пупарии в почве; куколка развивается около 7–10 дней. Мины Agromyzidae также были обнаружены на тополе черном осенью 2019 г. В России может обитать более 50 видов минирующих мух, для которых определение до вида является достаточно сложной задачей. Несмотря на это, мухи-агромизиды в комплексе с молями-малютками «оккуппируют» один пищевой объект – разные виды тополей, что для последних может стать лимитирующим фактором. В условиях города, при неблагоприятных антропогенных факторах, пресс насекомых-минеров-вредителей может привести к усыханию крон тополей, что может снижать функциональное и эстетическое значение древесных городских насаждений в последующие годы.
Заключение
Таким образом, практическая часть данной работы привела к выводу, что на территории Саратовской области происходит расселение большого количества видов насекомых-минеров, три из которых были обнаружены в четырех точках Саратова осенью 2019 г. По каким коридорам проникли данные виды в насаждения г. Саратова, сказать трудно. Несмотря на то, что степень поражения крон модельных деревьев не достигала более 50% (3 баллов), (а это делает пока мало заметным снижение жизненного состояния и декоративных свойств деревьев в г. Саратове), ряд обнаруженных признаков жизнедеятельности минеров вызывают беспокойство. Появление третьей генерации у этих вредителей, а также увеличение площади повреждений листьев минирующей каштановой молью, ‑ может стать угрожающим лимитирующим фактором для каштанов и тополей в древесных насаждениях г. Саратова при дальнейших проявлениях изменения климата. Следует продолжать изучать насекомых-минеров, особенно в поймах рек, которые могут стать путями и депо распространения новых видов. Последнее также означает, что на основе дальнейшего изучения биологии и экологии минеров, необходимо разработать стратегию и тактику борьбы с этими вредителями в условиях городской среды.
Список источников и использованной литературы
1. Гусев, 1951; 1984; 1989; Практикум по лесной энтомологии…, 2004
2. Минеры липа СПБ, Тимофеева, 2015
3. Дендробионты насаждений Москвы, 1992, Кривошвина, Стриганова
4. Филлофаги тополь Красноярск 2017, М.В. Скворцова
5. Минеры Красноярск 2016, А.С. Пустошинская
6. C.И. Евдошенко, Дендрофильные Минеры-Филлобионты
Приложение
5