Фаунистический состав и экологические характеристики жужелиц (Coleoptera: Сarabidae) пойменной катены на юго-востоке Калужской области (стр. 1 )

Международная научно-практическая конференция школьников и педагогов

«Первые шаги в науку»

Предметная область: биология

Фаунистический состав и экологические характеристики жужелиц (Coleoptera: Сarabidae) пойменной катены

на юго-востоке Калужской области

Работу выполнил:

Кладь Илья,

учащийся 11 класса

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа № 50» г. Калуги,

член объединения «Юные исследователи»

МБОУ ДОД «ЦДОД «Радуга» г. Калуги

Научный руководитель:

,

учитель биологии МБОУ «СОШ № 50»,

педагог д/о МБОУ ДОД «ЦДОД «Радуга» г. Калуги.

Брянск, 2014 г.

Содержание

Введение …………………………………………………………………..............	3
Глава 1. Обзор литературы ………………………………………........................	5
Глава 2. Материалы и методы……………………………………………………	8
Глава 4. Результаты и обсуждение…………………………………....................	10
Видовой состав жужелиц исследуемых биоценозов…………………....	-
Экологический состав и спектр жизненных форм жужелиц изучаемых биоценозов на юго-востоке Калужской области…………………….	-
Анализ изменений эколого-фаунистической структуры населения жужелиц по элементам пойменной катены……………………………………	13
Выводы….................................................................................................................	17
Библиографический список....................................................................................	18
Приложение I ……………………………………………………………………..	21

Введение

В настоящее время наблюдается заметное усиление изменений природных условий на поверхности Земли. Их причинами являются как естественные колебания природных процессов под воздействием гелиокосмических и тектонических факторов, так и нарастание активной деятельности человека. В этих условиях проблема сохранения биологического разнообразия является одним из приоритетных направлений в современной биогеографии.

Для исследования изменений (трендов) в разнообразии живых организмов часто применяют трансектный метод. Изучение трансект разного порядка дает возможность выявить реальные центры разнообразия как на глобальном (меридиональный трансект), так и на региональном или ландшафтном уровне (Нагуманова, 2006). В ландшафтной трансекте элементы связаны в единый стоково-геохимический ряд – катену (сatena в переводе с английского – цепь, связь, ряд) (Стебаев, 1976).

В энтомологических исследованиях катенный метод примененялся , и (Мордкович, Любечанский, 1998; Мордкович, Шатохина и др., 1985; Стебаев, 1976; Нагуманова, 2006; Стриганова, 1995). Проведенные исследования показали, что катенный подход к животному населению позволяет более обосновано выявлять ландшафтную приуроченность животного населения.

На территории Калужской области с применением катенного анализа, энтомологическое исследование проводилось единожды для изучения пространственного распределения почвенной мезофауны (Баканов, 2006).

В данной работе рассматривается фаунистический состав и экологические характеристики жужелиц обитающих в различных биоценозах на юго-востоке Калужской области в национальном парке "Угра" (Березечское лесничество). Высокое видовое и численное обилие, повсеместное распространение, относительная простота сбора делает жужелиц одним из наиболее удобных объектов для эколого-фаунистических исследований. Так как их распространение и встречаемость зависят от всего комплекса экологических условий биоценоза (Гиляров, 1965), жужелицы являются крайне удобным и общепризнанным объектом для экологических, зоогеографических, биоиндикационных и др. исследований (Крыжановский, 1965, 1983, 2002; Шарова, 1981 и мн. др.). Кроме того, жужелицы играют важную роль, в функционировании наземных биоценозов выступая в качестве агентов, регулирующих численность беспозвоночных, истребляя целый спектр беспозвоночных, являющихся вредителями сельского и лесного хозяйства (Жеребцов, 1982). Все вышеизложенное предопределяет актуальность темы исследования.

Основная цель данной работы - изучение характера изменений эколого-фаунистической структуры населения жужелиц (Coleoptera: Сarabidae) по элементам пойменной катены.

Для достижения цели исследования решались следующие задачи:

1. Выявить видовой состав жужелиц исследуемых биоценозов.

2. Проанализировать экологический состав и спектр жизненных форм животного населения жужелиц изучаемых биоценозов.

3. Изучить эколого-фаунистическую структуры населения жужелиц по элементам пойменной катены.

4. Проанализировать характер изменений эколого-фаунистической структуры населения жужелиц по элементам пойменной катены.

Результаты исследования могут быть использованы при составлении кадастра животного мира, организации экологического мониторинга, реализации программ по сохранению биоразнообразия лесных экосистем Калужской области.

Материалы, полученные в ходе исследования, используются моим руководителем в учебном процессе на факультативных занятиях «Экология животных».

Выражаем искреннюю благодарность за помощь в определении жужелиц к. б.н. Алексееву Сергею Константиновичу и членам экологического отряда «Юные исследователи» за помощь в геоботанических исследованиях.

Глава 1. Обзор литературы

Жужелицы как модельный объект экологио-фаунистических исследований

Семейство жужелиц (Carabidae) относится к подотряду Adephaga отряда жесткокрылых, или жуков (Coleoptera). Это одно из наиболее крупных семейств, включающее, по разным оценкам, околовидов. Фауна жужелиц современной России представлена 1930 видами (Макаров и др., 2006). Жужелицы встречаются почти во всех ландшафтных зонах планеты, имея большое многообразие форм в умеренных широтах и сравнительную бедность в тропиках. Большая часть видов жужелиц относится к «напочвенным беспозвоночным» (Тихомирова, 1975) и заселяет верхние слои почвы и подстилку большинства наземных биогеоценозов.

В лесах Калужской области зарегистрировано 170 видов жужелиц, относящихся к 53 родам 25 триб из трех подсемейств Carabidae. Наибольшим видовым разнообразием представлены трибы: Bimbidiini (19 видов), Pterostichini (17), Platynini (19), Amarini (19), Harpalini (23) (Алексеев, 2007).

Первые сведения по жужелицам Калужской губернии относятся к работам напечатанные в 1910-12 гг. в журнале «Русское энтомологическое обозрение». В 1930 году калужский краевед-энтомолог добавляет к списку еще 50 видов жужелиц (Чернышов, 1930), обнаруженных на территории бывшей Калужской губернии.

Только спустя 60 лет в 1990 году появляется следующая работа, посвященная карабидофауне окрестностей Калуги (Бирюлина, Карпова, 1990).

С 1994 года начинается новый этап исследования фауны и животного населения жужелиц Калужской области. Наиболее значимыми являются исследования проводимые: , , и .

Специальные исследования по экологии жужелиц России были начаты только в середине 50-х годов одновременно с затуханием классических фаунистических работ. Начинают проводиться всесторонние почвенно-зоологические и комплексные агроценологические исследования, инициируемые и руководимые Меркурием Сергеевичем Гиляровым и его учениками: , , и др. (Чеснова, 2006). В этих разносторонних исследованиях жужелицы изучаются как составляющий компонент мезофауны почв, проводится оценка их роли в почве, подстилке, в естественных и нарушенных биоценозах. Но особое внимание уделяется изучению их хозяйственной значимости в агроценозах и в лесном хозяйстве. Это связано с возникновением почвенной зоологии и с поиском биологических методов борьбы с вредителями. Одни жужелицы изучаются как потенциальные непосредственные вредители, например: Poecilus cupreus, Amara similata, Zabrus tenebrioides, Harpalus rufipes, H. affinis и др. ( 1973). Другие изучаются как хищники, которых можно использовать в качестве энтомофагов в биологических методах борьбы с вредителями сельского или лесного хозяйства (Жеребцов, Утробина, 1982). Но вопрос о «полезности» и «вредности» жужелиц в сельском или лесном хозяйстве не так прост. Часть жужелиц могут менять объект питания в зависимости от его доступности, биотопа, стадии развития или сезона (Шарова, 1958; Крыжановский, 1983).

С конца 50-х – начала 60-х годов активизируются исследования по изучению жизненных форм беспозвоночных, в том числе, и жужелиц. Уделяется внимание выяснению причин возникновения и развития адаптаций у Carabidae к среде обитания. В разработке иерархической системы жизненных форм жужелиц с охватом основных таксонов семейства и учетом смены жизненных форм в онтогенезе безусловна заслуга Инессы Христиановны Шаровой (1960; 1973, 1976, 1981 и др.). Автор рассматривает жизненную форму как «группу организмов на определенной фазе онтогенеза, занимающих сходные экологические ниши и обладающих комплексом основных адаптивных морфологических признаков, определяющих их общий габитус и возникающих в процессе эволюции под влиянием естественного отбора». разработала схемы классификации жизненных форм, как для имаго, так и для личинок. Для выделения классов за основу взят тип питания, для выделения подклассов – ярус обитания, а для групп – характер передвижения. При этом учитывались характерные для каждого уровня морфологические адаптации (Шарова, 1975, 1976, 1986; Макаров, 1986; Шарова, Душенков, 1984). Зачастую спектры жизненных форм оказываются более информативными, нежели фаунистические списки в вопросах связанных с биоиндикационными исследованиями (Грюнталь, 1997; Шарова, 1979; Шашков, Алексеев, 1998, 2001; Шашков, 2001).

В последние десятилетия появилось новое направление в изучении биологии отдельных видов, в том числе и жужелиц – изучение биологии, экологии, распространения, антропогенной и естественной уязвимости и других аспектов редких видов с целью их сохранения для поддержания биологического разнообразия регионов. Как результат такой деятельности создаются региональные, федеральные и международные «краснокнижные» списки, которые издаются для широкой общественности в виде «Красных книг».

Еще одно направление в изучении жужелиц активно развивалось в XX веке – их использование для зоогеографических исследований. Это связано, в первую очередь, с тем, что семейство Carabidae распространено по всему земному шару, за исключением арктических пустынь, Антарктиды, высокогорных нивальных поясов, да некоторых молодых или периодически затопляемых океанических островов (Крыжановский, 1965, 1979, 2002).

Среди других исследований фауны и животного населения жужелиц немалое значение имеют работы по изучению карабидофауны лесных экосистем. В большинстве регионов юга лесной зоны леса занимают от 30 до 50 процентов территории (Атлас …, 1973), а с учетом современного кризиса в сельском хозяйстве многие сельскохозяйственные территории в настоящее время покрываются вторичным мелколесьем, т. е. площадь, покрытая лесами, увеличивается. В связи с этим очевидна актуальность изучения жужелиц в составе фауны и животного населения почв лесов (Стриганова, 1994; Разумовский и др., 1981; Восточноевропейские …, 1994; Растительность …, 1980).

Следует отметить, что, несмотря на столь длительную историю и различные аспекты изучения жужелиц, многие региональные и конкретные фауны далеки от полной изученности. При этом особый интерес представляют исследования биологического разнообразия карабидофауны лесов ООПТ (в том числе Калужской области), являющихся эталонами экосистем, практически не измененных антропогенным воздействием.

Глава 2. Материалы и методы

Материалом для данной работы послужили собственные сборы, произведенные на юго-востоке Калужской области, территория Жиздринского участка Березечского лесничества национального парка "Угра", в пойме реки Жиздра. Река Жиздра - левый приток Оки. Ширина русла м. Отчетливо выражены надпойменные террасы, покрытые широколиственными и сосновыми лесами. Коренной склон в нижнем течении поднимается на 50—60 м над урезом воды в реке. Широкая пойма Жиздры (до 5 км) изобилует старицами, на некоторых участках она сильно заболочена. Подъем воды в период весеннего половодья в верховьях не превышает 1,5—2 м над летней меженью.

Модельная катена была взята от уреза воды перпендикулярно вверх, проходя по стоковым элементам ландшафта. Общая длина катены составляет около 15 км. Превышение верхней позиции катены над нижней составляет около 20 метров. На катене были заложены 4 пробные площади. Выделенные для исследования биотопы закономерно сменяют друг друга и приурочены к определенным позициям катены. Сверху вниз по катене большинство факторов меняется последовательно и плавно, т. е. градиентно. Поэтому катена служит тем «прибором», на котором выявляются экологические возможности разных видов растений, животных и микроорганизмов, их совокупностей и экосистем в целом (Мордкович, 1985; Заугольнова, 2004).

Позиции катены, включают серию местообитаний, различающихся по растительному покрову, типу и влажности почв. Элювиальная позиция (верхняя часть катены) - липняк вязовый кленово-бересклетовый пролесниково-чистотелово-будровый (ПП4); транзитная позиция - луг разнотравно-злаковый и ивняк осоково-таволговый (ПП2 и ПП3); аккумулятивная позиция (нижняя часть катены) - луг злаково-белокопытниковый (ПП1) (рис. 1).

Рис.1. Карта-схема расположения ПП на позициях катены в пойме р. Жиздра

Сбор материала осуществлялся с использованием ловушек Барбера (Тихомирова, 1975; Алексеев, 1996). Ловушки устанавливались на пробных площадях (ПП) в линию (через 10 метров) в количестве 10 шт. Всего было заложено 4 ловчих линий. Выборка материала производилась 2 раза в месяц. Идентификацию видов жужелиц провели по определителю -Биенко (Бей-Биенко, 1965). Проверка определений проводилась энтомологом, к. б.н. Сергеем Константиновичем Алексеевым.

Участие того или иного вида жужелиц выражено в индексах доминирования по шкале Ренконена (Renkonen, 1932, цит. по , Шишова 1994). К доминирующими видам были отнесены те виды, обилие которых составляло 5% и более от общего числа жужелиц, отловленных в данном биотопе, к субдоминантам – с обилием от 2 до 5%, к редким – с обилием менее 2%, к супердоминантам – более 50%.

Степень сходства населения жужелиц рассчитали по формуле Жаккара: Kj=C:(A+В)-C, где С – количество общих для двух биотопов видов, А - число видов в первом биотопе, В - число видов во втором биотопе (Песенко, 1982).

Комплексы жужелиц охарактеризованы видовым составом, численностью, спектром биотопических групп и жизненных форм. Экологическая характеристика видов жужелиц по системе жизненных форм, предложенной (Шарова,1981). Для характеристики зоогеографического состава жужелиц использованы общие данные по зоогеографии жужелиц (Крыжановский, 1965).

Название растительным ассоциациям давалось в соответствии с геоботаническими описаниями (Неронов, 2002), которые проводились на пробных площадях (ПП). Геоботаническое описание было проведено в соответствии с методическими указаниями по изучению типов леса (Сукачев, 1961). Пробные площади размером 20х20 м в лесу и 10х10 на лугу заложены по общепринятой методике (Анучин, 1977).

Для обработки табличных данных и построения графиков использовали табличный процессор Microsoft Office Excel 2007 и Statistica 10.

Глава 3. Результаты и обсуждение

Видовой состав жужелиц исследуемых биоценозов

Рис.2 Таксономический состав беспозвоночных в различных биотопах: 1- луг злаково-белокопытниковый; 2- луг разнотравно-злаковый; 3- ивняк осоково-таволговый; 4- липняк вязовый кленово-бересклетовый пролесниково-чистотелово-будровый.

Всего нами было отловлено 5317 экз. беспозвоночных относящихся к 9 отрядам из 4 классов типа Членистоногие. Большую часть 78%-98% на пробных площадях составил кл. Insecta (рис.2).

Отряд Coleoptera среди которого наибольшим видовым разнообразием отличается сем. Carabidae (Жужелицы) представленное 23 видами из 12 родов. По численности они составили 18% от всей выборки.

Наиболее разнообразно представлены рода: Harpalus (4 вида), Amara (4 вида). К видам, доминирующим по суммарной численности, относятся: Cicindela sylvatica, Pterostichus melanarius Ill., Pterostichus anthracinus Ill. (Приложение I, Таблица 1).

Представленный список видов далеко не полный, в первую очередь это связано с тем, что исследования проводились только в летний период, однако он вполне позволяет говорить об основных чертах населения жужелиц исследуемой территории.

Экологический состав и спектр жизненных форм жужелиц

изучаемых биоценозов на юго-востоке Калужской области

Полученные материалы, отображенные в таблице 2, и в таблице 1 (приложение I) , позволили выявить многообразие морфо-экологических типов жужелиц.

Зоогеографический состав. Семейство жужелиц уже давно является одним из излюбленных объектов зоогеографических исследований. Относительно хорошая изученность при их численности (около 40 тыс. видов) создает возможность использовать их модельную группу для подробного зоогеографического анализа, тем более для малых территорий. Зоогеографический состав жужелиц не отличается большим разнообразием (приложении I), он представлен 3 группами: транспалеарктические (13 видов), европейско-сибирские (7 видов), западно-палеарктические (3 вида). Основу населения составляют транспалеарктические виды (49,7%).

Биотопическая характеристика. Биотопические характеристики видов заимствованы из работ карабидологов по населению и экологическому распределению жужелиц на территории Русской равнины (Шарова, 1970, Душенков, 1984, Будилов, 2007 и др.) и Калужской области в частности (Алексеев, 2007).

Таблица 2. Распределение жужелиц по экологическим группам по биотопическому преферендуму

Экологическая группа по биотопическому преферендуму	Видовое обилие в %
Прибрежные	8,70
Луговые	52,17
Лесные	17,39
Эврибионтные	21,74

В целом состав жужелиц в экологическом отношении отражает условия обитания лесных и открытых ландшафтов, включая компоненты влажных и сухих местообитаний. Из приведенных материалов видно, что в биоценозах юго-востока Калужской области по видовому обилию преобладает группа луговых видов – 52%. Примерно одинаковое обилие у групп: лесные (17%) и эврибионтные (22%). Группа прибрежные (9%) самая малочисленная.

Жизненные формы имаго жужелиц. Спектры жизненных форм наиболее полно и всесторонне характеризуют экологическую структуру животного населения и отражают специфику почвенно-растительных и микроклиматических условий в конкретных биоценозах (Шарова, 1981). Видовой состав жужелиц был классифицирован по группам жизненных форм по системе Шаровой (1979, 1981, 1986).

Система жизненных форм имаго жужелиц включает классы, серии и группы. При этом для выделения классов за основу взят тип питания, для подклассов – обитаемый ярус, для групп – характер передвижения.

Спектр морфологических жизненных форм и список видов относящихся к той или иной группе был проанализирован по работам следующих авторов: , и , , (Шарова, 1981; Абдурахманов, Багирова, 2013; Исаева, 2012; Тимралеев, 2004; Рогатных, 2009; Алексеев, 2007).

В результате проведенного анализа литературы нами выявлено, что спектр жизненных форм имаго жужелиц в изучаемых биоценозах на юго-востоке Калужской области представлен двумя классами: зоофаги и миксофитофаги (табл. № 3).

Таблица 3. Спектр жизненных форм имаго жужелиц различных биоценозов

Жизненная форма	Наименование вида
Класс Зоофаги
Подкласс Геобионты
Группа Геобионты роющие	Clivina fossor Hbst.
Подкласс Стратобионты
Серия стратобионты скважники
Группа Стратобионты подстилочные	Pterostichus melanarius Ill.
Серия стратобионты зарывающиеся
Группа Стратобионты подстилочно-почвенные	Pterostichus anthracinus Ill.
Bembidium dentellum Tunb.
Pterostichus oblongopunctatus F.
Poecilus cupreus L.
Poecilus versicolor Sturm.
Bembidium(Ph.) biguttatum
Agonum assimile
Группа Стратобионты поверхностно-подстилочные	Badister sodalis
Chlaenius tibialis
Подкласс Эпигеобионты
Группа Эпигеобионты поверхностно-подстилочные	Ophonus rufibarbus F.
Bembidium(Ph.) biguttatum
Группа Эпигеобионты ходячие	Carabus granulatus
Группа Эпигеобионты летающие	Cicindela sylvatica
Класс Миксофитофаги
Подкласс Геохортобиос
Группа Геохортобионты ходячие	Harpalus rubripes Duft.
Harpalus progrediens
Harpalus tardus Panz.
Harpalus affinis Schrank.
Amara aenea Deg.
Amara municipalis Duft.
Amara communis Panz
Amara nitida
Подкласс Стратохортобиос
Группа Стратохортобионты ходячие	Harpalus rufipes Deg.

По соотношению трофических групп преобладают зоофаги - 7 групп, 15 видов (68%): геобионты роющие - 1 вид, стратобионты подстилочные – 1 вид, стратобионты подстилочно-почвенные – 7 видов, стратобионты поверхностно-подстилочные – 2 вида, эпигеобионты поверхностно-подстилочные – 2 вида, эпигеобионты ходячие – 1 вид, эпигеобионты летающие -1 вид. Класс миксофитофаги представлены только 2 группами - 9 видов (32%): геохортобионты ходячие – 8 видов, стратохортобионты ходячие – 1 вид.