Исследовательская работа "Маленькие герои огромной лесной жизни. Изучение экологии лесных муравьев в окрестностях станицы Новосвободной"

Министерство образования и науки Республики Адыгея

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Образовательный центр № 3 Майкопского района

Региональный этап

Всероссийского лесного юниорского конкурса «Подрост»

Номинация: Экология лесных животных

Тема работы:

Маленькие герои огромной лесной жизни.

Изучение экологии лесных муравьев в окрестностях станицы Новосвободной

Выполнила:

Остапенко Александра Николаевна

ученица 11 класса МБОУ ОЦ№3

Майкопского района

Руководитель:

Житниковская Ольга Александровна,

учитель биологии, химии МБОУ ОЦ №3

Майкопского района

385774, Республика Адыгея, Майкопский район,

ст. Абадзехская, ул. Первомайская, 33

Тел. 8-908-229-57-98

Ст. Новосвободная, 2021

Содержание

1. Введение

2. Методика проведения исследования

3. Анатомия и морфология лесного муравья

4. Изучение муравейника

5. Результаты исследования

6. Заключение

7. Используемая литература

8. Приложения

Мы живем в небольшой станице. На одной из прогулок в лес я обратила внимание на большое количество муравейников на поляне. Я и раньше видела эти муравейники, но тут привлек тот факт, что разнообразие растений рядом с ними значительно отличается от другой территории. Подойдя ближе, я увидела, что муравейники находится не только на поляне, но и значительно уходят в лесную зону. Я впервые обратила такое пристальное внимание на этих удивительно маленьких животных. Они бегали, на первый взгляд, суетились, но, оказалось, что их действия очень слаженные и целенаправленные. Так и началась исследовательская деятельность по изучению экологии лесных муравьев, начиная с весны и заканчивая осенью.

Цель данной работы: изучить экологию лесных муравьев нашего региона, определить, какие виды муравьев наиболее распространены в окрестностях станицы Новосвободной.

Задачами определены следующие направления работы:

• Изучить морфологию и анатомию муравьев;

• определить их видовую принадлежность;

• изучение экологии муравьев;

• подготовить рассказ о муравьях для учащихся начальной школы о пользе лесных муравьев;

• изготовить листовки для местных жителей о необходимости охранять муравьев.

Объектом исследования является сельскохозяйственная культура арахис. Методом исследования являлись: наблюдение, сравнение, эксперимент, работа со справочной литературой.

Сроки исследования: март 2021 - декабрь 2021 года

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

К основным методам исследования в нашей работе можно отнести метод полевых исследований (геоботаническое описание, изучение почвы), работа с научно-популярной литературой,  статистический метод обработки результатов,  метод наблюдения, метод лабораторных исследований, метод эксперимента, измерения параметров муравьиных гнезд и протяженности троп с помощью рулетки.

Для проведения картирования гнезд муравьев необходимо на план местности нанести контуры границ биотопов, ручьи, овраги, и.т.д.; поместить и пронумеровать все встреченные муравейники на изучаемой территории. Также необходимо исследовать муравейники и все данные занести в таблицу. Кроме этого изучаются муравьиные тропы, все данные по тропам вносятся в таблицы.

Плотность поселения муравьев высчитывают по формуле: P=S/F, где S – сумма площадей оснований куполов (кв.м.), а F – площадь, занимаемая биоценозом (кв.м).

Для поведения экспериментов по изучению внегнездовой жизни муравьев была заложена пробная площадка (10х10 м) с одним или несколькими муравейниками внутри. Затем внутри пробной площадки проводились эксперименты на изучение внегнездовой деятельности муравьев.

Исследовательская работа проводилась по плану:

1. Изучение научно – популярной литературы и определение общих особенностей объекта исследования - Рыжий лесной муравей (Formica rufa) - общественное насекомое. 

2. Обследование окрестностей станицы Новосвободной, нахождение муравейника и определение его характеристик.

3. Изучение внегнездовой жизни муравьев:

• выявление способов общения муравьев с помощью феромонов и усиков, защита муравьев;

•      перемещение муравьев в пространстве, охотничий инстинкт.

   4. Изучение муравьиных троп.

  5. Проведение кратковременного лабораторного эксперимента по доказательству « социальности» муравьев.

  6.Определение роли муравьев и составление рекомендаций по их охране.

7.Проведение охранных мероприятий изучаемых муравейников.

Морфология и анатомия лесных муравьев.

Муравьи́ (лат. Formicidae) — семейство Насекомых из надсемейства Муравьиных, отряда Перепончатокрылых.

Цикл развития муравьев

Муравьи относятся к насекомым с полным превращением, называемым голоматаболией. В своем развитии проходят следующие стадии: яйцо, личинка, куколка и имаго (взрослая особь). На последней стадии муравьи становятся половозрелыми, способны к размножению и расселению.

Тело муравья состоит из трёх основных частей, четко разделенных между собой – это голова, которая соединяется с грудью и брюшком с помощью перемычки в виде тонкой талии. Имеется хитиновый экзоскелет. Глаза муравьев состоят из большого количества линз, но при этом они не позволяют получить хорошее изображение, а лишь реагируют на движение. А вот сверху головы располагаются дополнительные простые глаза в количестве трех штук. На голове муравья также можно увидеть длинные усики, которые являются органами осязания. С их помощью насекомые улавливают запахи, колебания воздушных масс, а также колебания почвы. Удивительны и лапки муравья. Все шесть конечностей снабжены коготками, которые помогают передвигаться по любой поверхности.

Муравьи живут в мире запахов. Именно по запаху они определяют своих сородичей, определяют место нахождения корма, подают сигналы опасности и т.д. Муравьи могут выделять яд или муравьиную кислоту, что позволяет им вести защиту от природных врагов. Благодаря хорошо развитым жвалам, муравьи очень больно кусаются, что помогает не только добывать пищу, но и защищаться.

Размеры насекомых зависят от видов, а также от функций, которые предначертаны для всех членов колоний. Поэтому их размер находится в пределах от 1 мм до 3-х см. Для части видов характерно то, что размер женских особей больше величины рабочих муравьев. У самок отрастают крылья, которые исчезают после процесса оплодотворения. 

В Адыгее распространено более 160 видов муравьев. Это луговые, рыжие лесные, черные садовые, муравьи-жнецы, древоточцы и мн. др.

Экология лесных муравьев

Муравьи – общественные насекомые. Можно разделить на самок, самцов и рабочих муравьев.

Чтобы изучить их жизнь, можно начать с самого начала образования одной семьи.

Самка во время оплодотворения получает запас сперматозоидов, которого хватит на несколько лет. Далее, она будет откладывать яйца сразу после того, как откусит себе крылья, выбрав место для своего гнезда. Из яиц выходят личинки, которые сначала внешне ничем не отличаются друг от друга. А вот во время их питания и происходит разделение на касты. Одни личинки получают больше белковой пищи, другие – углеводной.

Что интересно, особи мужского пола развиваются из неоплодотворенных яиц и имеют одинарный набор хромосом, а особи женского пола наделены двойным комплектом. При таком положении дел, дочери приобретают от отца весь геном, а от матери – половину. При этом сестры становятся друг другу более близкими родственниками, чем дочери для матери. Несмотря на то, что слово «муравей» мужского рода, все рабочие муравьи самки – дочери королевы-матки, которые не могут спариваться и остаются неоплодотворенными всю свою жизнь.

У муравьев как у людей существуют социальные отношения и иерархия. У каждого есть набор качеств: интеллект, агрессивность, скорость реакции, предприимчивость, умение общаться с другими. В зависимости от того, какие качества у каждого доминируют, муравей получает определенную работу:

• воины-захватчики – основной задачей является захватывание новых территорий и нападение на другие муравейники с целью похищения личинок и коконов для того, чтобы в дальнейшем сделать из них рабов, трудящихся на благо чужого муравейника;

• строители – старательно поддерживают устройство и состояние муравейника, создают новые тоннели и коммуникации по мере роста численности жильцов, каждый день сотни муравьев-строителей перетаскивают хвоинки и веточки сверху в глубокие слои муравейника, а с нижних этажей – наверх. Именно таким образом поддерживается стабильный режим влажности и именно поэтому купол муравейника не загнивает и не плесневеет;

• санитары – изолируют больных муравьев от общества, при повреждении конечности у пациента ампутируют ее, отгрызая своими мощными челюстями;

• няньки-сиделки – заботятся о потомстве и занимаются воспитанием;

• добытчики – добывают и складируют пищу;

• охранники – защищают входы в муравейник от чужаков и обеспечивают безопасность царицы с личинками;

• пастухи или доильщики – у муравьев есть свои домашние животные. Тли поедают растительность и выделяют капельки сладкой жидкости, которая называется падью. Между насекомыми налажено взаимовыгодное сотрудничество. Муравьи щекочут тлей и получают падь — для них это вкуснейшая и питательная еда, которая является основным источником углеводов. А в виде ответной услуги пасут и защищают своих дойных коровок от нападения хищников;

• транспортировщики – переносят падь в муравейник;

• труженики роддома – разносят яйца по специально отведенным отсекам и отвечают за поддержание необходимого температурного режима;

• хранители нектара — необходимы в муравейнике на случай, если вдруг в нем возникнут голодные времена, и муравьи-добытчики не смогут находить пищу. Тогда пригодятся продукты, которые всегда есть у запасливых хранителей;

• разведчики – ищут новые места, где можно добыть пищу.

В зависимости от того, сколько муравьев в муравейнике, идет разделение труда. В небольшой муравьиной семье все ее участники могут заниматься разными видами деятельности, соблюдая принцип взаимозаменяемости. А вот в большом сообществе появляются специализации и за отдельными муравьями закрепляются свои роли.

Жизнь в муравейнике.

Все муравьи, обитающие в нашем регионе, живут в гнёздах. Строят они их на земле. Снаружи их можно заметить по кучкам земли, веточкам, опавшей хвои. Внутри подземная галерея ведёт к камерам, которые соединены между собой у каждой камеры свое предназначение. Глубина гнёзд различна от 30 см до 2-х м. Купол гнезда состоит из веточек – у него защитная функция, он защищает от дождя, ветра, снега. Внутри купол состоит из крупных веток, там поддерживается постоянная t 26-29оС. А зимуют муравьи в подземной части.

Исследуемый участок  расположен в 400 м на северо–восток от ст. Новосвободная. Рельеф - слегка всхолмленная равнина. В травяном пологе лесов много типичных дубравных растений. Весной расцветает хохлатка, ветреница, медуница, ландыш майский и чистяк. Позже к ним присоединяются купена лекарственная, звездчатка, душица, костяника, яснотка, будра плющевидная, перловник, земляника, фиалка сомнительная. Встречается здесь и папоротник орляк. В дубравах много других трав, которые не увидишь в открытой степи. Это колокольчики, кипрей, горечавки, зорька, бутень, дягиль, шпажник, смолевка, марьянник. Видовой состав растительного мира разнообразен, доминирующие виды – дуб, осина, береза,  подрост представлен осиной, терном, травянистый покров гораздо выше и гуще вокруг муравейников  и состоит в основном из  растений, требовательная к плодородию почв, но в тоже время способных произрастать на кислых почвах:  ковыль на открытых участках, полынь, земляника лесная, крапива обыкновенная. Травяной покров в кустарниковых зарослях представлен лугово-степным разнотравьем: душицей обыкновенной, кровохлебкой лекарственной, шалфеем степным, подмаренником настоящим, васильком русским с примесью ковыля красивейшего, костра безостого и других злаков. Почвенный покров чернозёмы. По механическому составу наибольшее распространение получили тяжелосуглинистые почвы, среднесуглинистые.

 Исследуемый объект – муравейник.

 Исследуемый муравейник  располагается с южной стороны дерева под дубом. Пологая часть муравейника  находится с южной стороны. Рядом с ним на расстоянии 4 м расположены еще  2 муравейника, более низкие, но с таким же крутым куполом.

Весь муравейник № 1 пронизан ходами (особенно в середине и сверху), по которым муравьи таскают наружу мелкий строительный материал: древесные и травянистые частицы, веточки, чешуйки, травинки, листья.

Наблюдения проводились с мая 2020 года по ноябрь. В течение всего периода исследования раз в неделю в разное время суток и по возможности при разных погодных условиях приходила на это место с целью увидеть жизнь муравейника при разных экологических условиях.

Муравьиные дороги

Существует определённая связь между живой силой муравьиной семьи — численностью населения муравейника — и размером, площадью кормового участка, обилием пищи на нём и распределением этой пищи. В пору массового размножения каких-нибудь насекомых, потребляемых муравьями, площадь кормового участка заметно сокращается, а по мере обеднения территории в кормовом отношении — вновь возрастает.

Но высота и объём гнездового купола на муравейнике не всегда отражают силу семьи и дают правильное представление о её возрасте. Правильнее судить о численности населения муравейника и его возрасте по состоянию и протяженности муравьиных дорог и интенсивности движения на этих дорогах, но, разумеется, с учетом и других сопутствующих обстоятельств.

Дороги вокруг муравейников формировались  годами. Система дорог вокруг муравейника не просто «вытоптаны» лапками несчетного числа пробегающих здесь фуражиров, но и расчищены, выровнены, спрофилированы, а на отдельных участках иной раз даже тоннелированы.

Это говорит о том, что муравьям более поздних генераций достаётся в наследство от предшествовавших поколений уже сложившаяся сеть дорог, которую приходится только подновлять и поддерживать в порядке. Да и приведение в порядок гнезда после зимовки тоже требует значительно меньше затрат живой силы семьи, чем новое строительство. Все это в конечном счете способствует повышению коэффициента полезной деятельности рабочих муравьёв и, особенно, фуражиров из семей, обитающих в старых гнёздах: каждый кубический дециметр гнезда, каждый погонный метр муравьиных дорог обходится старому муравейнику дешевле, а это высвобождает активность рабочих муравьёв для рейдов фуражиров за добычей.

РЕЗУЛЬТАТЫ  ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследуемый участок выбран на северо-востоке станицы Новосвободной. Нами был выбран лесной биотоп, который ограничен на севере и востоке полями, на юге лесной дорогой, на западе тропинкой, которая идет  к жилым домам. При внимательном осмотре стволов и ветвей деревьев были обнаружены различные повреждения. Если сравнить современное состояние участка с прошлыми годами, можно отметить, что антропогенная нагрузка на участок с каждым годом уменьшается. Имеются заброшенные деревья сада и поврежденные насекомыми.

        Наблюдения показали, что почва у муравейника более структурная, лучшего механического состава,  более рыхлая, влажная, а следовательно и более плодородная.  Температура почвы у гнезда выше,  чем в дали. Это объясняется прежде всего тем, что внутри самого муравейника температура более высокая, чем снаружи, соответственно и почва также прогревается.

Кислотность  почвы у муравейника также повышенная.

Вывод: в естественных биоценозах,  гнёздостроительная деятельность муравьев, имеет важное почвообразующее значение:

1. Прокладывая ходы гнезда, муравьи рыхлят почву и облегчают доступ воздуха к корням растения. Кроме того, муравьи выделяют экскременты, заносят в гнездо различные органические остатки, и тем самым обогащают почву углеродом, азотом, калием, фосфором и многими микроэлементами, тем самым делая почву более плодородной.

2. В гнездах  формируется специфическая среда,  которая  способствует более быстрому разложению попадающих в гнездо растительных остатков, повышению биологической активности почв, т.к. при  более высокой, чем в окружающей почве, температуре гнезда лучше развивается в муравейнике микрофлора - бактерий, грибы. Разложение ускоряется в десятки раз.

Поэтому исследуемое гнездо рыжих лесных муравьев диаметром менее 1 м  является  «фабрикой  плодородия»  и настолько  мощной, что в состоянии оказать серьезное влияние на рост не только произрастающих непосредственно у муравейников трав и кустарников, но и деревьев, достаточно удаленных от муравейника.

Проведенные наблюдения за тропами, по которым осуществляется движение  муравьиных потоков на изучаемой территории, показали следующее. Большая часть троп соотносится к кормовым, поскольку по ним муравьи транспортируют пищу. Тропы проложены в основном к стволам деревьев, имеющих следы повреждений различными вредителями, к скоплениям сучков и веточек, листового опада. Максимальное движение на тропах отмечается в дневное время.

Картирование гнезд рыжих лесных муравьев показало, что на исследуемом участке зафиксировано 4 гнезда, из них одно гнездо частично нарушено. Один муравейник относится к крупным, три – к средним. От каждого гнезда отходят муравьиные тропы, которые используются для переноса корма и строительного материала. Кроме этого в нашем случае все муравейники являются опорными, так как три муравейника расположены возле деревьев, а один муравейник, который находится в стадии построения возле пня. Все муравейники строящиеся, что доказывает изменение высоты и диаметра муравейников за время наблюдения.

        Плотность поселения муравьев

Математические расчеты плотности поселения муравьев показали, что на исследуемом участке плотность составила 2,23, что соответствует формуле:

Р=2,12кв.м./0,95 кв.м.

        Также можно вычислить достаточно ли муравейников на исследуемой территории для профилактики подавления вредных насекомых. По норме в хвойном лесу на 1 га должно быть 3-4 муравейника. В нашем случае имеется 3 муравейника, один из которых частично разрушен.

        Во время исследования была отмечена суточная активность муравьев. В солнечные дни активность высокая, в пасмурные дни активность резко сокращается. Перед дождем количество входов и выходов уменьшается, а при наступлении дождя все входы оказываются закрыты. Однажды после дождя я слегка нарушила внешний слой. Такое делать категорически запрещено. Но мне надо было убедиться, что муравейник хорошо защищен даже т сильных осадков. Под мокрыми травинками и веточками с комочками земли оказалось сухо. Более того, личинок в камерах не обнаружено. Значит, муравьи ушли глубже. Через некоторое время муравьиная жизнь закипела. Они засуетились и принялись таскать веточки, травинки, выносили комочки.

В одном источнике я прочитала об удивительном эксперименте и решила его опробовать. Верхний слой муравейника я покрасила гуашью. У меня была желтая и зеленая краски. А недалеко от муравейника высыпала сухую труху от старого сена. Через несколько дней я никакой краски не обнаружила, а это значит, что муравьи постоянно перекладывают купол муравейника, меняют его слои. Это и помогает не заплесневеть «крыше».

Когда я слегка пошевелила веточкой муравейник, потревоженные муравьи приняли оборонительную позу и сразу побежали в сторону угрозы. Подержав над муравейником ладонь, я почувствовала жжение и запах муравьиной кислоты. Мне хотелось доказать, что это жидкость кислота. Лакмуса в тот момент не было, были каникулы, и школа оказалась закрытой. Поэтому мы приготовили раствор сока красной капусты. Слабый раствор имеет синеватый оттенок, но в кислой среде он краснеет. Промокнув бумагу этим раствором, я повторила свои действия. Она покраснела! Значит, это действительно муравьиная кислота. Попробовав на вкус палочку, я это подтвердила.

Роль муравьев в лесной экосистеме.

В ходе наших исследований выявилось, что рыжие лесные муравьи являются неотъемлемым звеном в экосистеме. Они являются основой биологического лесозащитного комплекса от насекомых-вредителей. Прокладывая свои гнезда, муравьи рыхлят почву и облегчают доступ воздуха к корням растений, обогащают почву углеродом, калием, азотом и другими элементами. Это подтверждается тем, что даже в хвойном лесу возле муравейников можно обнаружить не мхи и лишайники, а злаковые растения. Поэтому муравейники повышают продуктивность леса.

Состояние леса, в котором проходило исследование, является удовлетворительным.

     Результаты исследований подтвердили благоприятное влияние муравьев на окружающую среду.

 Непосредственное влияние муравейника:

1. уничтожение вредителей и листвы;

2. обогащение почвы гумусом, К, N, P, Mg в доступных для растений формах;

3. увеличение численности насекомоядных птиц;

4. возобновление требовательных к почве лесных пород.

Опосредованное влияние муравейника:

1. снижение численности стволовых вредителей;

2. увеличение прироста древостоя;

3. сохранение прироста крон деревьев в очагах вредителей;

4. повышение продуктивности леса;

5. повышение биологической устойчивости насаждений.

     Таким образом, работая с лесными рыжими муравьями, мы убедились в их биосферной роли в поддержании устойчивости экосистемы леса, плодородия почвы и пришла к выводу, что их надо беречь и охранять. Нами составлены рекомендации по охране муравьев, которые мы пропагандировали среди учащихся школы и жителей станицы и на внеклассном мероприятии среди учащихся начальной школы: 

• Соблюдай правила поведения в лесу.

• Не разоряй муравейник - муравьи это санитары леса, они приносят много пользы

• Не оставляй в лесу мусор, в замусоренный лес ты не захочешь больше прийти, а  кроме того:

 оставленная мусор может загореться от ярких солнечных лучей и устроить пожар;

 целлофан и полиэтилен долго не разлагаются.

• Не разжигай костёр вблизи муравейника.

• Не оставляй костёр не потушенным.

• Оставляй место своей стоянки в таком виде, в каком ты хотел бы застать его в следующий свой приход.

ВЫВОДЫ

В ходе проведенного исследования мы изучили характер поселений рыжего лесного муравья в лесной экосистеме.

Изучена внегнездовая деятельность муравьев, пищевой рацион рыжих лесных муравьев,  активность перемещения муравьёв по тропам, доказана «социальность муравьев». Выявлена положительная роль муравьев в экосистеме леса и предложены рекомендации по их охране.

Гипотеза, выдвинутая в начале работы, подтвердилась, муравьи действительно оказывают огромную положительную роль на экосистему леса.

Возможно, с нами не согласятся с нами. Они очень не любят, когда на их участках поселяются эти маленькие труженики. Это связано прежде всего с любовью к животноводству. Но каждый садовод всегда отметит, что почва рядом с муравейником рыхлая и плодородная.

На подготовленном мероприятии мы рассказали детям и их родителям, что если у них завелись муравьи, их не надо уничтожать. Достаточно изготовить простую ловушку и перенести муравейник в дальний участок сада или на луг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

        В заключение работы хотелось бы отметить, что рыжие лесные муравьи – основа для биологического лесозащитного комплекса. Они являются звеном регулирующим плотность большинства полезных насекомых. В результате прямого воздействия муравьев на лес сохраняется древостой и обеспечивается продуктивность леса.

        Так как муравьи являются реальной основой для биологического лесозащитного комплекса, необходима охрана муравейников на исследуемой территории.

Во время исследования я получила огромное удовольствие от наблюдений за жизнью этих маленьких героев в их огромном лесном мире. Они трудолюбивы, отважны, исполнительны и любят и оберегают свой дом и своих соплеменников. я планирую продолжить свои наблюдения и разработать экологический проект по увеличению численности этих животных в наших биотопах.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Захаров А.А. Муравей, семья, колония, М.: Наука, 1978

2. Русских Р.Д. Лесные робинзоны, Ижевск: Удмуртия, 1973

3. Харитонов Н.П., Дунаев Е.А. Изучение внегнездовой жизни муравьев. Методическое пособие по выполнению учебно-исследовательской темы, М.: МГДПиШ, 1992

4.  Длусский Г.М., Букин А.П. Знакомьтесь: Муравьи! Москва, 1986.

5. Захаров А.А. Экология муравьёв. Наука, 1981.

Интернет источники

https://beetlestop.ru/kak-ustroen-muraveynik/

https://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2013/10/21/uchebno-issledovatelskaya-rabota-ekologiya-i-povedenie-lesnykh-muravyov

Приложения

Фото 1. Общение муравьев с помощью усиков

Фото 2. Муравей спасает свои личинки. Хорошо видно их разный размер. Это зависит от зрелости личинки.

Рис. 1. Схема цикла развития лесного муравья

Рис.2. Схема строения лесного муравья

Рис. 3. Схема устройства муравейника