Научно-исследовательская работа на тему "Изучение муравьев в качестве биоиндикаторов почвы"

Государственное учреждение образования

«Средняя школа № 8 г. Кричева»

Изучение муравьев в качестве

биоиндикаторов почвы

Автор:

Свибович Никита Александрович

учащийся 8 «Г» класса

ГУО «Средняя школа №8 г. Кричева»

Научный руководитель:

Прудникова Юлия Александровна

учитель биологии

ГУО «Средняя школа №8 г. Кричева»

Кричев, 2018

Содержание

1. Введение 3

2. Методы исследования 5

3. Результаты исследования 6

3.1. Эколого-биологические характеристики муравьёв, как биоиндикаторов экологического состояния почвы 6

3.2. Видовой состав муравьев на исследуемых территориях 7

3.3 Учёт количество гнезд муравьев расположенных на исследуемых территориях 8

3.4. Анализ изменения численности видового состава муравьев и количества гнёзд муравьёв 10

4. Заключение 12

5. Список используемых источников 13

Приложения 14

Введение

Состояние природной среды, при котором безостановочно обеспечиваются обмен веществ и энергий между природой и человеком называют качеством природной среды. Существуют различные нормативы и показатели, по которым можно дать оценку среды обитания животных, либо ограничить пагубное влияние антропогенных факторов.

Наиболее часто для оценки используются физико-химические показатели среды, такие как температура, влажность, концентрация вредных веществ в воздухе и водоемах. Однако существуют ситуации, при которых недостаточно ограничиться лишь факторами неживой природы. Так, к примеру, без использования оценки живой природы нельзя оценить состояния природной среды в прошлом, а также оценить влияние природных факторов на живые организмы.

В настоящее время актуальна оценка состояния окружающей среды методом биоиндикации, основанной на реакции живых организмов [1].

В качестве биоиндикаторов используются животные, растения, бактерии. Так, позвоночные животные служат хорошими индикаторами состояния среды. Преимущество использования позвоночных животных в качестве биоиндикаторов заключается в их физиологической близости к человеку, однако имеются и недостатки связанные со сложностью их обнаружения в природе, поимки, определения вида, а также с длительностью морфо-анатомических наблюдений. Тогда как беспозвоночных животных с коротким циклом развития и многочисленным потомством можно использовать для проведения ряда длительных наблюдений и прослеживать воздействия различных факторов на последующие поколения.

Одним из перспективных объектов биоиндикации являются муравьи. Муравьи распространены по всему земному шару и могут служить объектом мониторинга почвы.

На территории Беларуси обитают около 59 видов муравьев. Наиболее широко представлен род Formica (около 19 видов), меньшее число видов включают роды Lasius (около 9 видов), Myrmica (около 8 видов), Leptothorax (около 6 видов), Camponotus (около 4 вида) [2].

По состоянию и поведению живых организмов, а также по их наличию можно судить о степени загрязнения окружающей среды. Живые индикаторы имеют существенные преимущества перед дорогостоящими и трудоемкими физико-химическими методами. Биоиндикация почвы с помощью насекомых дает общую характеристику экологического состояния почвы, а именно ее токсичность.

Таким образом, изучение муравьев, обитающих в г. Кричеве и Кричевском районе, выявление преобладающих видов является актуальным.

Цель исследования – изучение муравьёв в городе Кричеве и Кричевском районе в качестве биоиндикаторов почвы.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Определить видовой состав муравьев на исследуемых территориях районов города;

2. Провести учёт количество гнезд муравьев расположенных на территориях заправок и так называемых «чистых» территориях;

3. Провести анализ изменения численности видового состава муравьев и количества гнёзд муравьёв.

Объектом исследования являются виды муравьев.

Предмет исследования: муравьи как биоиндикаторы почвы.

Наблюдение проводилось с апреля 2018 года. Для проведения исследования были определены некоторые районы города: АЗС № 20 РУП «Белоруснефть-Могилевоблнефтепродукт» и АЗС № 41 РУП «Могилевоблнефтепродукт», деревня Калинино Кричевского района (контрольная «чистая» территория).

2. Материалы и методы исследования

Для проведения любых количественных экологических исследований важно с большой степенью точности дать оценку численности организма, населяющих определенную площадь. Выбор метода зависит от размеров и образа жизни организма и площади исследуемой территории. Нами был использован объективный метод прямого учета численности популяции муравьев. К этому методу относятся такие методы, как метод «квадрата», прямое наблюдение и фотографирование.

В основу наших исследовании числа гнезд муравьев был использован метод «квадрата», основанный на подсчёте количества гнёзд на определённой площади участка[3].

Фотографирование. Прямое наблюдение подсчетам особей на фотоснимках можно установить размеры популяции организмов, собирающихся на открытых пространствах, в нашем случае – количество муравейников на определенной территории.

Прямое наблюдение. Метод включает в себя оценку частоты и обилия вида через покрытие территории. В условной шкале для оценки обилия организмов используются следующие виды частоты и проценты: А – обильный 50 %, С – обычный 10–50 %, F – часто встречающийся 1–10 %, О – редкий

В ходе исследования нами были зафиксированы найденные муравейники, на территории автозаправок г. Кричева. Далее велись подсчеты гнезд на квадратах 50 м². А также аналогичные наблюдения проводились на контрольной «чистой» территории – в районе деревни Калинино Кричевского района. (Приложение А)

Для точного определения вида, все найденные объекты фиксировались. Для определения видов муравьев нами были взяты по 5 экземпляров насекомых из каждого муравейника. (Приложение Б)

Для определения видовой принадлежности муравьев были использованы определители [4, 5].

3. Результаты исследования

3.1. Эколого-биологические характеристики муравьёв, как биоиндикаторов экологического состояния почвы

Муравьи — семейство насекомых из отряда перепончатокрылых. Являются общественными насекомыми. Тело муравья чётко разделено на три части, из которых выделяется большая голова. Основные глаза имеют сложное строение. Кроме них, у насекомого имеются ещё три дополнительных глаза, которые предназначены для определения уровня освещения. Усики являются чувствительным органом осязания, воспринимающим тонкие вибрации, температуру и направление воздушных потоков, способны производить химический анализ веществ. Верхняя челюсть значительно развита, а нижняя помогает в строительных работах и переносе пищи. Лапки имеют коготки, которые дают муравьям возможность легко вскарабкиваться по вертикали вверх. Рабочие муравьи представляют из себя недоразвитых самок и не имею крыльев, в отличие от самцов и матки, которая позже отбрасывает их. На брюшке муравьёв размещается жало, используемое для питания и защиты.

Муравьи живут семьями в гнёздах, называемых муравейниками, которые устраивают в почве, древесине, под камнями; некоторые сооружают муравейники из мелких растительных частиц.

Питаются преимущественно соком растений, падью тлей и других сосущих насекомых.

Муравьи играют важную роль в природной среде, уничтожая насекомых-вредителей, участвуют в почвообразовании и переработке мертвой древесины, в распространении семян растений, служат пищей многим позвоночным животным и т.д., оказывая комплексное положительное воздействие природную среду в целом.

Муравьи живут в хорошо заметных гнездах-муравейниках, прочно связаны с местообитанием, обладают четкой экологической приуроченностью. В силу социального образа жизни, привязанности к кормовому участку муравьи не могут уклоняться от комплексного воздействия факторов среды и антропогенного воздействия [6].

Муравьи исключительно адаптивные группы насекомых, обладающие большим «запасом прочности» и необыкновенной жизнеспособностью. Они сами регулируют процессы расселения, состав и численность семей и долгие годы сохраняют процветающие комплексы своих гнезд в одних и тех же насаждениях. Выбор мест поселения определяется экологическими потребностями конкретного вида, куда входят такие параметры, как микрорельеф, освещенность места, характер окружающей растительности, близость поселений конкурентных видов, обеспеченность кормом и оптимальный размер кормового участка и механический состав почвы.

Муравьи чутко реагируют на изменения среды обитания, способны быстро перестраивать свой дом, меняя его форму и размеры в довольно широких пределах. Изменения, возникающие в структуре их сообществ, отражают устойчивые тенденции, происходящие в экосистемах, что позволяет использовать эту группу как биоиндикатор при изучении антропогенного воздействия на природные комплексы [3].

3.2. Видовой состав муравьев на исследуемых территориях

Наши исследования проводились по вышеуказанным методикам на территории г. Кричева АЗС № 20 РУП «Белоруснефть-Могилевоблнефтепродукт» и АЗС № 41 РУП «Могилевоблнефтепродукт» и разнотравных лугах деревни Калинино Кричевского района.

В результате исследования нами были определены пять доминирующих видов муравьев – муравей луговой (Formica pratensis), муравей прыткий (Formica cunicularia), муравей тонкоголовый обыкновенный (Formica exsecta), черный садовый муравей (Lasius niger), рыжая мирмика (Myrmica rubra).

Определенные нами муравьи относятся к типу членистоногие, подтипу – трахейнодышащие, к классу настоящие насекомые, отряду – перепончатокрылые.

Муравей луговой (Formica pratensis) - средний по размеру муравей рода Формика (Formica), подсемейство Формицины (Formicinae). Длина тела лугового муравья составляет от 5 до 13 мм, причем у рабочих особей размеры крупнее. Отличительной особенностью лугового муравья является наличии жесткого волосяного покрова по всему телу, причем самки лишены этого покрова, на передней грудной части – черное пятно с четкими краями. Усики имеют коленчатую систему, основной ус, как правило, длиннее остальных. Луговые муравьи живут колониями – семьями в гнездах - муравейниках. Строят муравьи свое жилье в почве или древесине из мелких частиц растений. Как правило, гнездо довольно рыхлое и в диаметре достигает около 3 метров.

Муравей прыткий (Formica cunicularia) - средний по размеру муравей рода Формика (Formica), подсемейство Формицины (Formicinae). Брюшко чёрное, грудка рыжевато-коричневая. В семье встречаются как небольшие тёмные рабочие с тускло-окрашенным брюшком, так и крупные с ярко-рыжей грудью. Гнезда без ярко выраженных надземных построек. Возможен небольшой холмик. Часто могут располагаться под камнями.

Муравей тонкоголовый обыкновенный (Formica exsecta) - средний по размеру муравей рода Формика (Formica), подсемейство Формицины (Formicinae). Длина самок около 1 см, рабочие особи мельче (3,5—5,5 мм). Грудь красной или коричневой окраски, голова и брюшко буроватые. Гнезда имеют наружные постройки из мелких растительных остатков, чаще всего из сухих стеблей травы и мха. Внутренняя часть из крупных веточек.

Черный садовый муравей (Lasius niger) - средний по размеру муравей рода Ласиус (Lasius), подсемейство Формицины (Formicinae). Рабочие муравьи имеют длину 3-4,5 мм, самцы - 5-6 мм, матки - 8-10 мм. Окрас темно-коричневый, почти черный. Тело покрыто многочисленными короткими волосками. Гнезда чаще всего строит в почве, при этом верхняя часть гнезда имеет небольшой насыпной холмик. Может также селиться в старых пнях, под камнями и другими предметами, лежащими на земле, в сырых стенах старых деревянных домов и т.п. Предпочитает умеренную влажность, в сухих местах не селится.

Рыжая мирмика (Myrmica rubra) - вид мелких рыжих муравьёв рода Мирмика (Myrmica.) Рабочие муравьи имеют длину тела 4-6 мм. Окрас желтый или светло-коричневый. Брюшко гладкое и блестящее. Семьи включают тысячи рабочих особей и несколько маток на одно гнездо. Гнёзда подземные, без наружных построек, в разлагающейся древесине и под корой старых пней, под камнями [7]. (Приложение В)

3.3 Учёт количество гнезд муравьев расположенных на исследуемых территориях

Проведённые нами исследования показали, что луговой муравей (Formica pratensis), муравей рыжая мирмика (Myrmica rubra), муравей прыткий (Formica cunicularia), муравей тонкоголовый обыкновенный (Formica exsecta) обитают на «чистых» территориях – разнотравных лугах деревни Калинино Кричевского района.

Луговой муравей (Formica pratensis) нами определен по условной шкале как А – обильный ( 50 %). Первые муравьи появились в начале апреля.

По нашим данным муравей рыжая мирмика (Myrmica rubra) и муравей прыткий (Formica cunicularia) на исследуемых территориях составлял по условной шкале С – обычный (10–50 %), встречался повсеместно на исследуемой территории. Также активен с начала апреля.

Муравья тонкоголового обыкновенного (Formica exsecta) мы отнесли по условной шкале к F – часто встречающемуся виду (1–10 %), он встречался часто на исследуемой территории. Также активен с начала апреля.

Муравей черный садовый (Lasius niger) и муравей прыткий (Formica cunicularia) встречаются в загрязненной зоне – вблизи АЗС № 20 РУП Белоруснефть-могилевоблнефтепродукт и АЗС № 41 РУП Могилевоблнефтепродукт.

Черный садовый (Lasius niger) муравей нами определен по условной шкале как А – обильный ( 50 %), встречается повсеместно на исследуемой территории. Активен с начала апреля. Этот вид муравьев широко распространён на территории всего Кричевского района, образуют большие колонии в садах и на лугах.

Изучение наличия гнезд муравьев на территориях АЗС № 20 РУП «Белоруснефть-Могилевоблнефтепродукт» и АЗС № 41 РУП «Могилевоблнефтепродукт» показало, что загрязнение почв бензином разных марок влияет на численность гнезд муравьев, что отражено в таблице 3.3.1.

Таблица 3.3.1

Учёт количества гнезд муравьев на территориях автозаправок АЗС № 20 РУП Белоруснефть-Могилевоблнефтепродукт и АЗС № 41 РУП Могилевоблнефтепродукт.

Таблица 3.3.2

Количество гнезд муравьев на «чистой» территории.

На «чистых» территориях отдаленных от АЗС (разнотравные луга деревни Калинино Кричевского района) число гнезд муравьев значительно увеличивается, что отражено в таблице 3.3.2.

3.4. Анализ изменения численности видового состава муравьев и количества гнёзд муравьёв

В таблице 3.4.1 нами даются сравнительные данные количество гнезд муравьев расположенных на территориях заправок и «чистых территориях».

Таблица 3.4.1

Сравнительные данные количества гнезд на загрязненной и «чистой» территориях г. Кричева и деревня Калинино Кричевского района района

за 2018 г.

Таким образом, в загрязненной зоне – вблизи АЗС № 20 РУП «Белоруснефть-Могилевоблнефтепродукт» и АЗС № 41 РУП «Могилевоблнефтепродукт» на территории г. Кричева встречаются виды муравьев: черный садовый муравей (Lasius niger), муравей прыткий (Formica cunicularia), а на «чистой» территории отмечены черный садовый муравей (Lasius niger), рыжая мирмика (Myrmica rubra), луговой муравей (Formica pratensis), муравей прыткий (Formica cunicularia), муравей тонкоголовый обыкновенный (Formica exsecta).

Заключение

Муравьи играют большую роль в почвообразовании. Особенно важна роль муравьев, как фактора механического рыхления почвы, что способствует проникновению молекулярного кислорода в почву, снижению фитотоксичности почвы.

Гнездостроительная деятельность муравьев повышает эффективность процессов естественной деструкции и очистки почвы на 20–30 %.

Муравьи – чувствительные насекомые к различного рода загрязнениям. Они как биоиндикаторы могут определить степень загрязнения почвы.

Одни виды могут существовать только на экологически чистой местности, другие способны выдерживать влияние различных загрязнений почвы.

По нашим данным к таким видам относится черный садовый муравей. Этот вид хорошо развивается в условиях сильно загрязненной бензином территории, тогда как луговой муравей, рыжая мирмика, муравей прыткий, муравей тонкоголовый обыкновенный обитают только на «чистой» территории.

Таким образом, муравьев, обитающих на территории г.Кричева и Кричевского района можно использовать в качестве биоиндикаторов загрязнения почв.

В результате исследования нами были определены пять доминирующих видов муравьев – муравей луговой (Formica pratensis), муравей прыткий (Formica cunicularia), муравей тонкоголовый обыкновенный (Formica exsecta), черный садовый муравей (Lasius niger), рыжая мирмика (Myrmica rubra).

В загрязненной зоне – вблизи АЗС № 20 РУП «Белоруснефть-Могилевоблнефтепродукт» и АЗС № 41 РУП «Могилевоблнефтепродукт» на территории г. Кричева встречаются виды муравьев: черный садовый муравей (Lasius niger), муравей прыткий (Formica cunicularia), а на «чистой» территории отмечены черный садовый муравей (Lasius niger), рыжая мирмика (Myrmica rubra), луговой муравей (Formica pratensis), муравей прыткий (Formica cunicularia), муравей тонкоголовый обыкновенный (Formica exsecta).

Исходя, из полученных результатов исследования на территориях вокруг АЗС можно рекомендовать озеленять эти территории и искусственно разводить муравьев вида черного садового, как наиболее устойчивого к загрязнению почвы бензином.

Список литературы

1. Куриленко В.В, Зайцева О.В., Новикова Е.А., Осмоловская Н.Г., Уфимцева М.Д. Основы экогеологии, биоиндикации и биотестирования экосистем. (Под ред. В.В. Куриленко). 2003. 448 с.

2. Блинов В.В. «Сообщества муравьев (Hymenoptera, Formicidae) в естественных и антропогенных ландшафтах Беларуси» / Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Минск, 2000. -170 с.

3. Чумаков Л.С. Экология для всех. — Минск «Белорусская наука», 2000.-288с.

4. Козлов М. А. Школьный атлас-определитель беспозвоночных / М. А. Козлов, И. М. Олигер.

5. Мамаев Б. М. Школьный атлас-определитель насекомых: кн. для учащихся / Б. М. Мамаев. — М. : Просвещение, 1985.

6. Королёва Е.Г., Оливерусова Л. Экологические подходы к классификации городских территорий в природоохранных целях. Биоиндикаторы в городах и пригородных зонах – М.: Наука, 1993г.

7. Муравьи Беларуси [электронный ресурс] https://formicidae-g2n.jimdo.com/

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Исследование числа гнезд муравьев на исследуемых территориях методом «квадрата»

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Определение видов муравьев

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Муравейники на исследуемых территориях

17