Мезофауна бриоценозов Лаишевского леса

Взаимоотношения (зависимость) видового состава мезофауны от видового состава мхов.

Мхи являются средообразующим фактором для бриоценозов и оказывают влияние на мезофауну.

ВВЕДЕНИЕ.

В наше время АКТУАЛЬНОЙ задачей экологии могут стать активные исследования в области еще не изученных ранее связей между живыми организмами. С давних пор людям известно, что в таких растениях как мхи, занимающих, казалось бы, не столь ощутимое место в жизни человечества, обитает множество организмов. В основном это многочисленные представители типа Членистоногие и прочих организмы, отнесенные учеными к группе мезофауны, а также множество представителей микрофауны. Во многом эту связь двух организмов можно назвать уникальной, так как мох обеспечивает проживающего в нем живого существа всем тем, что необходимо, фактически удовлетворяя почти все его потребности и образуя полноценную экосистему. Я решила изучить это связь и попробовать выявить определенные закономерности, доказать их, например, привязку определенных видов микро- и мезофауны к определенным видам мхов.

Два года я занималась изучением разнообразия мхов в городе (9 класс) и лесу (10 класс). Меня привлекло в этом году изучение бриофауны (в «Биосфере» был специалист по беспозвоночным).

Мхи – высшие бессосудистые растения, среди царства Plantae вторая по численности группа.

Мхи считаются первыми высшими растениями, освоившими наземно-воздушную среду. Для этого им пришлось преодолеть несколько трудностей, связанных с переходом от водного существования к наземному:

• обезвоживание

• трудности размножения

• непостоянство условий

Важные абиотические факторы, такие как температура, интенсивность освещения, концентрация ионов в среде и pH. Мохообразные сравнительно плохо приспособлены к жизни на суше, поэтому они в основном привязаны к сырым, затененным местам. Это небольшие просто устроенные растения. Опорная и проводящая ткани у них развиты очень слабо или вообще отсутствуют. Нет настоящей сосудистой ткани (ксилемы или флоэмы). Нет и настоящих корней; вместо них у мохообразных имеются особые тонкие нитчатые выросты стебля, удерживающие их в почве или на субстрате, которые называются ризоиды. Вода и минеральные соли поглощаются всей поверхностью тела, в том числе и ризоидами. У мхов нет настоящих стебля и листьев, вместо них – каулидий и филлидий соответственно. У них нет кутикулы, или же кутикула очень нежная, поэтому ничто не препятствует поступлению или потере воды.

Все мохообразные объединяются в одноименный таксон высшего порядка – отдел Bryophyta (отдел в ботанической номенклатуре соответствует типу в номенклатуре зоологической), который в свою очередь делится на три класса: Антоцеротовые (Anthocerotae), Печеночники (Hepaticae) и Листостебельные мхи (Bryopsida, Musci). Наиболее распространены представители последнего класса. Однако в приморских районах, где влажность воздуха велика, печеночники и антоцеротовые также играют немалую роль в покрове. Инвентаризация моховидных еще далеко не закончена, особенно слабо изучены бриологами тропики и страны южного полушария. Считается, что во всем мире произрастает примерно от 22 000 до 27 000 видов моховидных, в том числе около 8 500 печеночников (280 родов), около 14 500 (по некоторым авторам, до 18 000) листостебельных мхов (более 700 родов) и около 300 видов (3 или 6 родов) антоцеротовых. Развернувшиеся за последние годы интенсивные флористические исследования могут уточнить действительное число видов. Тем не менее среди высших растений по количеству видов моховидные занимают второе место после цветковых.

Почти все мхи растут во влажных местах; обычно около основания дерева или, если дерево повалено, в середине – т. к. зимой в тех местах лежит снег. В условиях недостатка влажности у мхов образуется восковой налет, опушенность на концах листьев белыми волосками, или же листья скручиваются. Пример: мох фунария влагомерная – вид-пионер, его ножка может скручиваться и раскручиваться в зависимости от степени влажности.

По отношению к субстрату мхи делятся на:

Эпигейные (напочвенные)

Эпилитные (наскальные)

Эпифитные (на других растениях)

Эпифиллы (на листьях, тропические виды)

Эпиксиллы (на обработанной, загнившей древесине).

Меня в этом году интересовали эпигейные и эпифитные мхи и их связь с насекомыми.

Роль мхов в природе и для человека огромна. Они не только играют роль пионеров растительности в первичных сукцессиях, но и образуют сообщества: сфагновые болота, мохово-лишайниковая тундра, высокогорные моховые пояса, а также виды пустынь. Мхи являются почвообразователями, создавая для остальных растений первоначальный запас органических веществ. Для остальных семенных они могут иметь как положительное, так и отрицательное значение: например, в подушках мхов из-за благоприятной температуры семена могут прорастать, но слишком высокий слой может мешать их прорастанию. Особое значение они имеют для подстилающей поверхности. С одной стороны мхи защищают ее от низких значений температур, с другой стороны ухудшают аэрацию. Они также приводят к заболачиванию лугов.

Для человека мхи, как довольно мало исследованные организмы, имеют небольшое значение. Их используют в бонсае, ранее применялись для лечения печени и волос. Еще с прошлого века люди знали и использовали такое свойство мхов, как бактерицидность. Бактерицидным действием обладают сфагнум, атрихум, бриум. Мхи также использовались в качестве подстилки для скота. М. В. Ломоносов впервые указал, что торф образуется изо мха. Их также используют как индикатор месторождений полезных ископаемых. Полиплоидию впервые обнаружили у мхов.

Моховидные в основном не поедаются животными и даже мало повреждаются насекомыми, бактериями и грибами. Те немногие достоверные факты, которые говорят о поедании мхов некоторыми насекомыми и птицами (утками), свидетельствуют о том, что мхи используются нередко вынужденно и, во всяком случае, являются побочным продуктом питания.

Мхи обладают способностью аккумулировать многие вещества (в частности, радиоактивные), быстро впитывать влагу и сравнительно прочно ее удерживать. В то же время моховая дернина обычно снизу оторфовывается и медленно вовлекается в процесс почвообразования. В результате на больших площадях континенты как бы укрыты слоем живых мхов и их отмерших частей толщиной в несколько сантиметров, иногда до 1—3 м и более). В связи с этим мхам отводится особая роль в глобальной экономике природы, главным образом в регулировании водного баланса континентов.

Совсем недавно стали поступать данные о мхах, как биоиндикаторах состояния атмосферы. Сформировалось даже целый раздел – бриоиндикация. Но это направление еще не достаточно развито, в Татарстане специалистом по мхам является только Шафигуллина Надия Рустемовна.

В природе мхи часто растут дерновинками – группами, влажность и температура внутри которых определяется особенностями структуры дерновинки и может существенно отличаться от окружающей среды.

Мхи, как и другие растения умеренного климата, имеют четко выраженный период бурного роста в конце весны – начале лета, но, в отличие от других растений, продолжают расти и в другие сезоны, даже при небольшой отрицательной температуре воздуха. Это возможно потому, что в тонком слое, где расположены дерновинки мха – на коре деревьев или на земле, – температура на некоторое время может стать положительной даже зимой, если этот участок окажется на солнце.

Эти особенности мхов и определяют их использование многими живыми организмами в качестве убежищ и мест обитания, в результате чего создаются бриоценозы в лесах.

Изменение соотношения видового состава мхов и мезофауны может охарактеризовать состояние бриоценоза и общего состояния экосистемы, что является важным. Поэтому изучение фауны бриоценозов является АКТУАЛЬНЫМ.

ЦЕЛЬ. Выявить зависимость видового состава бриоценозов и мезофауны ю-з части Лаишевского леса.

ЗАДАЧИ:

1. Выбор и закладка пробных площадок в Лаишевском лесу.

2. Сбор различных видов мхов на выбранном участке и определение их систематической принадлежности.

3. Определение видового состава мезофауны бриоценозов с помощью методики ручного сбора и ловушек Барбера(простых почвенных ловушек).

4. Обработка статистического материала.

5. Выводы и предложения.

МЕТОДЫ И МЕТОДИКА.

Наблюдения проводились в Лаишевском лесу недалеко от Куйбышевского водохранилища в РТ. На рисунках изображены: рис 2 – снимок местности из космоса, рис 3, 4, 5 – фото мхов. Выбранный участок занимает площадь 2 км2. На этой площади были заложены два участка с различными лесорастительными условиями и породным составом. На первом участке преобладали липы, дубы, так называемая липово-дубовая формация с вязом и кленом и хвоще-снытевым травостоем; на втором участке – тип леса липняк осоковый с березой. Выбранная площадь лесного массива представляет собой овражно-балочную сеть. Первый участок расположен недалеко, в пяти метрах от края леса и в восьми метрах от края луговины; второй глубоко в лесу, в 20 метрах от края луговины. Оба участка характеризуются различным рельефом: первый целиком лежит в низине, мхи были собраны на глинистых склонах небольшого оврага; второй участок расположен выше над уровнем моря, чем первый, он расположен на плоской вершине большого холма. На первом участке было замечено возобновление дуба черешчатого (Quercus robur), липы мелколистной (Tilia cordata) и ивы белой (Salix alba); на втором – редкое возобновление осины обыкновенной (Populus tremula).

Наблюдения проводились с 6 июля по 11 июля 2010 года в солнечную безветренную погоду при средней дневной температуре +31ºС. Во время сбора данных и проведения наблюдения в данной местности учеными и местными жителями была отмечена нехарактерная, аномальная для данной местности и, по словам Капитова В. Д. , самая сильная засуха за последние 90 лет в Лаишевском районе. Свидетельством и отчасти результатом ее стал феномен вторичного цветения некоторых садовых растений, в частности рябины и шиповника, розы морщинистой; раннее начало и окончание цветения липы, полное иссушение полевых растений, в том числе и злаков. Данная особенность также была отмечена при сборе данных для моей работы.

На выбранной площади лесного массива в рамках участков мной были осмотрены эпигейные, эпиксильные мхи и отобраны образцы для гербария. Образцы хранятся в бумажных конвертах с подписью человека, собравшего данный образец, а также с указанием места, где был найден вид. Далее вид мхов определялся с помощью определителя и научного руководителя. Следующим действием стало установление в случайном и незакономерном порядке на выбранных участках ловушек Барбера в количестве пять штук на каждый участок. Ловышки стояли на участке сутки, затем были собраны организмы попавшие в них и определены.

Класс Насекомые (Insecta) самая большая группа животных организмов. Она составляет около 70% от общего числа видов животных. Насекомые практически обитают во всех климатических зонах Земного шара.

Огромно экологическое значение насекомых, поскольку они занимают особое место в цепях питания ввиду своей многочисленности. Также огромно и практическое значение насекомых, так как среди них есть полезные формы (опылители, копрофаги, хищники), так и вредители сельского и лесного хозяйств.

Доступные методы сбора полевого материала делают насекомых объектом изучения. Методы энтомологических исследований подразделяются на несколько групп.

Описательный метод - научный метод, повсеместно используемый в естественно-научных дисциплинах. Он предполагает соблюдение ряда требований:

• четкое представление об избранном предмете изучения;

• последовательность описания

• систематизации, группировки или классификации, характеристики материала (качественной, количественной) в соответствии с поставленной исследовательской задачей.

В ряду других методов описательный является исходным. В значительной мере он определяет успех работы с использованием других методов, которые обычно «просматривают» тот же материал в новых аспектах.

Метод ручного сбора - наиболее простой и наиболее распространенный метод отлова беспозвоночных. Отлов животных производится при осмотре кормовых растений, под корой, из пней и трухи, из куч навоза, под различными предметами, лежащими на почве, субстратом.

Метод простых почвенных ловушек – такие ловушки устанавливают разное количество на один биотоп (от 10 и более, через каждые 3-5 м). Такие почвенные ловушки впервые описаны и опробованы Бар- бером, по имени которого их иногда называют. Ловушки представляют собой сосуд, по края закопанный в почву на выбранной территории. В зависимости от целей сбора в банку заливают фиксирующую жидкость (раствор формалина, воду и т. п. ), кладут приманку или насыпают немного почвы.

В качестве ловушек используются стеклянные пол-литровые банки или пластиковые стаканчики диаметром 8 см, которые изготавливаются из бутылок емкостью 1,5 – 2 литра, посредством разрезания их пополам. Ловушки вкапываются вровень с поверхностью почвы. В качестве фиксирующей жидкости в ловушках служит 20%-ный раствор поваренной соли, который наливался в ловушки на ¼ часть. Если по тем или иным причинам фиксатор отсутствует, то на дно ловушки насыпается немного почвы, для того, чтобы попавшие туда объекты могли прятаться друг от друга, и тем самым уменьшалась возможность поедания мелких насекомых крупными хищными формами. В каждой точке сбора материала устанавливается по 10-14 ловчих банок. Ловушки устанавливаются на 4-7 суток. Содержимое ловушек аккуратно переливается в мешочки из плотной ткани и в них доставляется в лабораторию, где затем тщательно разбирается.

Методика определения вида мхов. Виды мхов помог определить научный руководитель старший преподавтель КГАУ Капитов Владимир Дмитриевич - специалист в области энтомологии и экологии беспозвоночных. Также был использован бинокуляр и определитель мхов Гарибовой Л. В. , Дундина Ю. К.

Для сбора представителей мезофауны были расставлены ловушки Барбера количеством пять штук на участок. Ловушки были готовы и стояли на участках ровно сутки. Затем были собраны организмы, попавшие в эти ловушки.

Принципиальная схема работы:

I. Анализ проблемы:

1. Как давно изучаются эти вопросы; где, кто, когда, как проводил исследования в данной области.

2. Конкретное представление исполнителей.

3. Основные тенденции и направления в этой области

II. Анализ места проведения исследования (характеристика местности).

III. Методика сбора материала.

IV. Анализ собранного материала.

V. Заключительная часть:

1. Основные выводы и рекомендации.

2. Замечания по проблеме.

Работа была проведена по составленной ранее принципиальной схеме, в соответствии с которой использовались те или иные методики сбора материала. Особо учитывались преимущества и недостатки методик, в результате в качестве основных были приняты методы ручного сбора и ловушек Барбера, так как внимание акцентировалось на эффективности, доступности и временной приемлемости.

ОБСУЖДЕНИЕ.

Бриоценозы — сообщества моховидных, образующие цельные экосистемы, входящие в состав других экосистем и биосферы, подчиняются общим закономерностям развития. Многие факторы, действующие в комплексе, устанавливают эти взаимосвязи. Бриоценозы различаются в соответствии со спектром факторов. Как известно, мхи обитают только в хорошо увлажненных местах, нуждаясь в этом условии и в то же время поддерживая их. Мхи — пойкилогидрические растения, т. е. не удерживают влагу в своих тканях. У них нет проводящей системы, нет хорошо развитых листьев, их транспирация практически не регулируема. Их листочки-филлидии сближены, ведь мхи растут дерновинками, так что при транспирации вода остается с ними. Также следует заметить, что постоянно высокая влажность в подушках мхов и под ними значительно облегчает оплодотворение для них. Поэтому практически для любого бриоценоза характерна высокая влажность. Тип почвы (для эпигейных мхов) или субстрата также играет немаловажную роль в формировании среды бриоценозов. В ходе моего исследования, было выявлено, что наиболее благоприятным для мхов является глина или суглинок грануло-метрического состава почвы. Вероятно потому, что глина обладает водоупорным свойством и не пропускает влагу в нижние горизонты почвы, что создает ее задержку на почве. Это также связано с высокой влажностью, но не всегда. Сильная освещенность также не характерна для бриоценозов. В основном это является следствием конкуренции за свет среди растений леса: мхи занимают ту экологическую нишу, которую смогли завоевать. Иногда мхи придерживаются стратегии эпифитов, но в данной работе рассматриваются лишь эпигейные и эпиксильные мхи, получающие сравнительно мало солнечного света.

В ходе проведенных исследований были выявлены различные экологические особенности двух заложенных на выбранной местности участков, такие как: увлажненность, тип почвы (субстрата), освещенность. То есть видовое разнообразие мхов зависит от условий, в которых существует бриоценоз. На первом из двух обозначенных мной участков, расположенном в пяти метрах от края леса, наблюдалось большее видовое разнообразие мхов, чем на втором. Были определены следующие виды мхов, такие как: погонат урновидный (Pogonatum urnigerum Beauv. ), птилидиум красивенький (Ptilidium pulchernimum), атрихум волнистый (Atrichum undulatum), плагиотеций яркий (Plagiothecium laetum B. S. G. ), погонат алоэвидный (Pogonatum aloides Beauv. ), дикранум горный (Dicranum montanum Hedw. ), дикранум метловидный (Dicranum scoparium Hedw. ), виды рода сплахнум (Splachnum Hedw. ). На втором участке, расположенном на плоской вершине холма, были найдено меньшее количество видов мхов: абиетинелла елеобразная (Abietinella abietina), брахитециум беловатый (Brachythecium albicans), тортелла кудрявая (Tortella tortuosa Limpr. ), дитрихум кривостебельный (Ditrichum flexicaule), сплахнум бутылковидный (Splachnum ampullaceum Hedw. ).

Видовой состав бриофлоры напрямую зависит от условий местности. Первый участок полностью лежит на затененном склоне оврага, на глинистой плотной почве, т. е. в условиях, наиболее благоприятных и характерных для большего количества видов. В таких условиях моховидные чувствуют себя более комфортно, поэтому первый участок характеризуется большим видовым разнообразием. На втором участке сухая каменистая супесь является приемлимым субстратом для меньшего количества видов мхов, в основном там встречаются мхи, приспособленные к таким условиям, так называемые мезофильные и ксеромезофильные виды (абиетинелла, брахитециум). Они образуют как отдельные подушки, так и сплетения. Таким образом видовой и количественный состав бриоценозов различается в зависимости от условий среды.

В зависимости от видового состава бриоценозов видовой и количественный состав мезофауны также неоднороден. Было расставлено по пять ловушек Барбера на участок. На первом участке были обнаружены: личинки ледничника, жужелицы из рода Harpalus, красноклоп бескрылый (Pyrrhocoris apterus), преобладал красноклоп. На втором участке обнаружены: жужелица Harpalus, скорпионницы. Преобладали скорпионницы.

В ходе исследования я проследила пищевые цепи мезофауны. Преобладание жужелицы и скорпионницы на обоих участках объясняется их ролью в бриоценозе: они являются хищниками (жужелицы) и паразитоидами (скорпионницы), являющиеся своеобразными санитарами этой экосистемы. В первом бриоценозе для жужелицы и скорпионницы имеется обилие пищи, а на втором участке достаточной пищи для этих хищников нет, это можно объяснить условиями среды и установлением равновесия в бриоценозе (хищники выполнили свою роль). Мои исследования подтверждают мою гипотезу: мезофауна бриоценоза зависит от видового состава мхов.

Краткое описание представителей мезофаны исследуемых бриоценозов.

Отряд СКОРПИОННИЦЫ (Mecoptera). Для представителей этого отряда характерно наличие двух примерно одинаково развитых прозрачных сетчатых крыльев, чаще с неправильными пятнами.

От других насекомых скорпионниц довольно легко отличить по клювообразно вытянутому переднему концу головы, на вершине которой находятся очень мелкие ротовые части грызущего типа. У основания «клюва» помещаются довольно длинные нитевидные усики. Свое название «скорпионовые мухи» или «скорпионницы», это безобидное для человека насекомое получило благодаря форме брюшка. Тонкое, вытянуто 10-членистое брюшко у вершины загнуто кверху и у самцов утолщено, напоминая брюшко скорпиона.

Скорпионницы редко встречаются большими скоплениями.

Обнаруженная мной скорпионница относится к семейству НАСТОЯЩИХ СКОРПИОННИЦ (Panorpidae) и представлена в мезофауне бриоценоза ПАНОРПОЙ (Panorpa communis). Эти средней величины насекомые (длина тела около 13мм) держатся обычно в тени, во влажных местах. Тело панорпы темное, коричневое, крылья у сидящего насекомого плоско сложены на спине, их рисунок имеет вид неправильных темных поперечных полос.

Летают панорпы довольно быстро, но неохотно, на короткие расстояния, с ветки на ветку. Взрослы панорпы, вопреки распространенному мнению, не нападают на живых насекомых, но охотно питаются их свежими трупами, не брезгуют и мясом трупов позвоночных животных, часто высасывают нектар цветов.

Отряд ПОЛУЖЕСТКОКРЫЛЫЕ или КЛОПЫ (Hemiptera) представаляют самый крупный отряд насекомых с неполным превращением. Свое название ПОЛУЖЕСТКОКРЫЛЫЕ получили благодаря своеобразному строению передних крыльев, резко отличающихся от задних, имеющих вид прозрачных перепонок с небольшим количеством жилок. Передние крылья превращены в надкрылья, неоднородные по степени их хитинизации. Основная часть надкрыльев состоит из твердого хитина, в то время как вершинная часть перепончатая и жилки в ней хорошо заметны.

Помимо структуры надкрыльев, характерным признаком, свойственным всем представителям этого отряда, является их колюще-сосущий ротовой аппарат, имеющий вид хоботка, отходящего от переднего края головы и не срастающегося с переднегрудью.

Специфичная структура ротового аппарата определяет характер питания полужесткокрылых – прокалывая покровы тела животного или растения, клопы высасывают кровь или клеточный сок. При этом прокол делается верхними челюстями, а высасывание происходит при помощи нижнечелюстных щетинок, которые при погружении в тело жертвы, плотно смыкаясь, образуют два канала, располагающихся друг над другом. По верхнему каналу, более широкому, насасывается жидкая пища, а по нижнему каналу выделяемая клопом слюна.

В окраске полужесткокрылых часто преобладают яркие цвета, находящиеся в контрастных сочетаниях (черный, желтый, красный и т. д. ). Подобная окраска характерна для солдатика, красноклоп (Pyrrhocoris apterus). Солдатик имеет длину 10-12мм, красного цвета с черным рисунком на надкрыльях. Надкрылья у него несколько укорочены, а крылья часто совсем отсутствуют.

Такая яркая окраска носит явно демонстративный характер и хорошо сочетается с наличием у клопов пахучих грудных желез, выделяющих специфическую жидкость, с резким характерным «клоповым» запахом.

В противоположность другим скорпионницам, представители семейства ЛЕДНИЧНИКОВЫХ (Boreidae) – вегетарианцы, питаются мхами. Ледничники получили свое название потому, что взрослые насекомые встречаются ранней весной и поздней осенью, а во время оттепелей этих похожих на носатых кузнечиков насекомых можно встретить даже и на поверхности снега. Узнать их нетрудно – у самцов характерны крючковатые зачатки недоразвитых крыльев (они не летаю), а совсем бескрылые самки имеют довольно длинный вытянутый яйцеклад.

Эти мелкие насекомые (длина тела 3-4мм) обитают на подушках мхов, по которым бегают и прыгают, как кузнечики – задние ноги у них прыгательные, за один прыжок ледничник может преодолеть расстояние, в 50 раз превышающее длину его тела. Питаются ледничники молодыми листочками мхов. Самки откладывают яйца в землю подо мхами, и выходящие из яиц личинки питаются ризоидами этих растений. Развитие личинки ледничника медленное. Живет она два года, осенью окукливается, а глубокой осенью перед самой зимой появляются молодые взрослые ледничники.

Семейство ЖУЖЕЛИЦ (Carabidae) – одно из наиболее известных и обширных семейств жуков. Встречаются они повсюду – в лесах и на полях. Большинство жужелиц – хищники, поедающие других насекомых, моллюсков, дождевых червей.

Жужелиц делят на несколько подсемейств, из них наиболее известны ЖУЖЕЛИЦЫ и СКАКУНЫ.

К наиболее обычным повсюду жужелицам относятся многочисленны небольшие (5-14мм), имеющие овальное тело черное или металлически блестящее БЕГУНЫ (Harpalus). Представители этого рода питаются как животной, так и растительной пищей.