УДК 821.161.1
(makarienko_iekatierina. ru)
Волгоградский государственный социально-педагогический университет
Влияние температуры, влажности и кислотности почвы на распространение герпетобионтных жесткокрылых
В исследовании анализируются фауна по экологическим показателям природного парка «Донской», где были изучены такие показатели, как температура, влажность и кислотность. Показана приуроченность видов к данным показателям внешней среды.
Ключевые слова: температура, влажность, кислотность, корреляция.
Многие виды насекомых обитают на обширной территории и сталкиваются с разнообразными экологическими условиями. Исходя из теории жизненных циклов, следует ожидать наличие адаптаций организмов к конкретным условиям их местообитаний. Однако без четкого представления об условиях обитания видов или популяций невозможно понять приспособительное значение изменчивости в физиологических, экологических и других свойствах этих групп. Среди факторов, влияющих на жизнь насекомых, одними из наиболее существенных являются температура влажность и кислотность почв.
Актуальность исследования объясняется тем, что в настоящее время данный вопрос является недостаточно изученным на территории Волгоградской области.
Материалами для данной работы стали сборы представителей отряда жесткокрылых в мае 2016 года, сделанные в Иловлинском районе Волгоградской области, на территории природного парка «Донской».
Цель исследования: Произвести сравнительный анализ числа особей и видов в зависимости от экологических условий (температура, кислотность и влажность почв).
Для достижения этого определены следующие задачи:
1. Изучить видовой состав жесткокрылых-герпетобионтов природного парка «Донской»;
2. Выявить массовые виды и семейства;
3. Установить распределение жесткокрылых в зависимости от экологических условий.
Научная новизна: исследование является первой работой, изучающей фауну, экологию и биотопическое распределение насекомых в сравнительном анализе парка «Донской».
Нами были использованы следующие методы сбора: напочвенные ловушки.
Исследования и обработка данных проводились на базе кафедры «Кафедра эколого-биологического образования и медико-педагогических дисциплин» Волгоградского государственного педагогического университета. Хотелось бы выразить особую благодарность научному руководителю - к. б.н., доценту этой кафедры , за помощь в определении насекомых. Выражаю благодарность администрации парка и членам экспедиционного отряда.
Данная работа проводилась в Иловлинском районе Волгоградской области, в природном парке «Донской». Он организован в 2001 году. Его создание обусловлено высокой природоохранной и исторической ценностью территории, отличающейся неповторимостью и особой эстетичностью ландшафтов. Общая площадь парка составляет около 61,9 тыс. гектар. Природный парк занимает наиболее возвышенную правобережную часть малой излучины Среднего Дона, пойму и песчаную равнину в устье Иловли. Особую ценность представляют природная достопримечательность: геологический памятник природы «Меловые горы», охраняемые ландшафты «Венцы и Красная Дубрава» и «Урочище „Остров„».
Парк «Донской» - это территория, гармонично сочетающая разнообразие и контрастность природных условий с богатым наследием материальной и духовной культуры народов, издавна населявших эти земли. Располагаясь на стыке двух природных зон (степей и полупустынь), территория парка отличается чрезвычайным природным разнообразием, контрастностью и живописностью ландшафтов. Удивительное сочетание на сравнительно небольшой площади огромных меловых гор, прорезанных глубокими оврагами-каньонами, с обширными массивами мало нарушенных типчаково-ковыльных степей, заливных лугов, пойменных и нагорных лесов.
Сборы проводились на различных биотопах: луг, байрачный лес, каменистый склон, а также в окрестностях лагеря (рис. 1).
Луг – густой травянистый покров (рис. 2). Основная растительность: злаки, береза, дуб черешчатый, яблоня дикая, полынь белая, чертополох.
Байрачный лес – вяз шершавый, крапива, береза, хмель обыкновенный, клен американский, ясень обыкновенный (рис. 3).
Каменистый склон – видны выходы опоки. Основная растительность: злаки, чертополох, дуб черешчатый, полынь белая (рис. 4).
В данных исследованиях производился такой метод как сбор насекомых напочвенными ловушками барбера, который применяется для сбора разнообразных ползающих насекомых, живущих в подстилке и на почве.
Рисунок 1. Космоснимок места исследования.
Рисунок 2. Биотоп луг
Рисунок 3. Биотоп байрачный лес
Рисунок 4. Биотоп каменистый склон
Для изучения зависимости жесткокрылых-герпетбионтов от некоторых абиотических факторов применяли метод установки напочвенных ловушек. Ловушки устанавливали по отмеренному заранее шпагату, расстояние между которыми был один метр. Исследования проводились на 13 различных биотопах по 10 ловушек в каждом.
Мы зарывали пластмассовые стаканчики в землю так, чтобы их край находился на уровне земли. В стаканчики заливали раствор уксусной кислоты до метки сверху. При установке снимала показатели температуры, влажности и кислотности почвы. Ловушки проверяли через 4 дня, после чего содержимое стаканчиков тщательно перебиралось. Далее велся счет учёта насекомых.
Для анализа полученных данных применяли методы математической статистики
1. Статистическая средняя
2. Ошибка средней
3. Корреляция между двумя факторами
Сущность средней заключается в том, что в ней взаимопогашаются случайные отклонения значений признака и учитываются изменения вызванные основным фактором. Статистическая обработка методом средних величин заключается в замене индивидуальных значений варьирующего признака 
некоторой уравновешенной средней величиной 
.
Стандартная ошибка среднего (SEM) - теоретическое стандартное отклонение всех средних выборки размера 
, извлекаемое из совокупности.
Стандартная ошибка среднего подсчитывается следующим образом:
где s - стандартное отклонение, подсчитанное по выборке,
– число наблюдений в выборке.
Корреляционная зависимость может быть представлена в виде:
Мx(Y) = φ(x)
или
Мy(Х) = ψ(у).
Предполагается, что φ (х) ≠ const и ψ(у) ≠ const, т. е. если при изменении х или у условные математические ожидания Mх(Y) и Мy(Х) не изменяются, то говорят, что корреляционная зависимость между переменными Х и Y отсутствует.
Сравнивая различные виды зависимости между Х и Y, можно сказать, что с изменением значений переменной X при функциональной зависимости однозначно изменяется определенное значение переменной Y, при корреляционной — определенное среднее значение (условное математическое ожидание) Y, а при статистической — определенное (условное) распределение переменной Y. Таким образом, из рассмотренных зависимостей наиболее общей выступает статистическая зависимость. Каждая корреляционная зависимость является статистической, но не каждая статистическая зависимость является корреляционной.
Благодаря мозаичности условий среды жизни в любой ландшафтно-географической зоне животные могут находить подходящие по экологическим требованиям местообитания. В этой связи особенно важно соответствие абиотических и биотических факторов требованиям вида, поэтому отображающая принадлежность вида к природной зоне или высотному поясу, перекрывается биотопической приуроченностью. Подобные исследования проводила , результаты которых указанны в их работе [1].
Количественный подход и экологические критерии сочетания видов не совпадают с таксонами по морфологическим и генетическим признакам. Существует разделение видов на классы в соответствии с их преференцией к температуре, влажности и кислотности.
В своём научном исследовании я опиралась на работы и других авторов, таких как , , и др.
Фактор температуры предопределяет ведущую роль, в своё время влажность и кислотность почв – как дополнительные факторы.
Режим влажность (уровень выпадения атмосферных осадков) оказывает влияние на размножение жуков и сезонную активность. Кислотность – фактор, лимитирующий распространение [2].
В 13 биотопах (по 10 ловушек) исследуемого парка сложились достаточно контрастные градиенты экологических условий.
Для анализа результатов нами были выделены 4 основных, часто встречающихся семейства: жужелицы, пластинчатоусые, чернотелки и кожееды.
При измерении кислотности почвы выявились следующие показания: одна ловушка с показателем рH = 4 (мы ее в анализе не учитывали из-за малого количества), далее с рH = 5,0 – 9 ловушек, рH = 5,5 – 8, рH = 6,0 – 16, рH = 6,5 – 19, рH = 7,0 – 71, рH 7,5= 5 и рH = 8,0 – 1 ловушка, которую тоже не учитывали. Мы видим, что основные показатели распределились в диапазоне рH = 7,0.
Максимум среднего числа собранных особей жесткокрылых приходится на показатели рH = 5,5-6,0 (рис. 5). Уменьшение или увеличение этого показателя снижает среднее число особей, особенно в сторону увеличения рH. Корреляция между этим процессом равна -0,236.
Максимум общего видового разнообразия приходится на рH = 6,0 и при увеличении кислотности ведет, как и со средней численностью к его снижению.
Зависимость видового разнообразия и численности от рH у семейства жужелиц не выявлено (рис. 6). У пластинчатоусых эти показатели максимальные при рH = 5,5, и при его повышении уменьшаются. У семейства кожеедов максимум приходится на рH = 6,0, у чернотелок напротив, увеличение кислотности почвы приводит и увеличение числа видов и числа особей.
Рисунок 5. График зависимости среднего числа видов и особей от значения pH
Рисунок 6. График зависимости числа видов и особей значения pH
Температурные показатели почв за период исследования варьировали от 16°C, до 34°C. Максимальным показателем числа особей являются температурные границы 19-21°C, при увеличении температуры число особей снижается (рис. 7). Видовое разнообразие не показало такой четкой зависимости, хотя тоже немного снижается при увеличении температуры. Корреляция между этими факторами получилась 0,313.
Зависимость отдельных семейств между температурой почвы и числом особей и видов получилась разная (рис. 8). У жужелиц и чернотелок мы видим увеличение и числа и видов и числа особей при росте температуры. У пластинчатоусых и кожеедов зависимость обратная, уменьшение числа видов и числа особей при росте температуры, максимум приходится на диапазон 19-21°C. Корреляция между числом особей пластинчатоусых и кожеедов составляет соответственно -0,378 и -0,44.
Рисунок 7. График зависимости среднего числа видов и особей от значений температур
Рисунок 8. График зависимости значения температуры и числа насекомых (особей и видов) отдельных видов
Уровень влажности определяли условными единицами:
1 – сухая почва
2 – слегка увлажненная почва
3 – почва средней влажности
4 – увлажненная почва
5 – сильно увлажненная почва
Число собранных особей жесткокрылых-герпетобионтов в зависимости от влажности почвы имеет обратную закономерность, чем влажнее почва, тем меньше их среднее число (рис. 9). Корреляция составила -0,305. Показатели числа собранных видов не имеют такой зависимости, хотя при максимальной влажности они наименьшие.
Анализ показателей по отдельным семействам выявил разную реакцию у разных жесткокрылых на уровень влажности почвы (рис. 10). Семейство кожеедов и пластинчатоусых предпочитает более сухую почву, а жужелицы и чернотелки – более увлажненную.
Рисунок 9. График зависимости среднего числа видов и особей от уровня влажности
Рисунок 10. График зависимости числа видов и особей от уровня влажности
В процессе исследования нами были решены следующие задачи:
1. Впервые анализирована фауна по экологическим показателям природного парка «Донской». Были изучены такие показатели, как температура, влажность и кислотность.
2. Составлены и проанализированы графики по отдельным показателям, а именно по кислотности, влажности и температуре почв.
3. При увеличении кислотности средняя численность и видовое разнообразие ведет к их снижению, лишь максимум видового разнообразия приходится на pH=6,0. Однако зависимости отдельных семейств различно. У жужелиц таких зависимостей не выявлено. У пластинчатоусых эти показатели максимальные показатели видов при pH=5,5 и при повышении кислотности их численность уменьшается; у кожеедов максимум приходится на pH=6,0; у чернотелок увеличение кислотности приводит к увеличению числа видов и особей.
4. Видовое разнообразие относительно температуры не показало такой четкой зависимости, хотя также происходит незначительное снижении при увеличении температуры. У жужелиц и чернотелок при увеличении числа видов и особей при росте температуры. У пластинчатоусых и кожеедов: уменьшение числа видов и числа особей при росте температуры. Таким образом, можно отметить, что различные насекомые по-разному зависят от температуры почвы.
5. Анализ показателей по отдельным семействам выявил разную реакцию у жесткокрылых на уровень влажности почвы. Кожееды и пластинчатоусые предпочитают более сухую почву, а жужелицы и чернотелки – более увлажненную. Чем влажнее почва, тем меньше их среднее число.
Список литературы
1. 2012. Экологическая классификация жуков-жужелиц (Coleoptera, Coccinellidae) Баргузинского хребта (на основе критериев преференции температуры, влажности и растительного покрова). // Известия СНЦРАН, т 14, с. 1868.
2. , 2011. Формирование и распределение группировок Carabidae и Staphylinidae по градиенту влажности в еловых лесах Республики Коми.// Известия ПГДУ им. . №25, с. 350 – 356.
3. , , 2011. Сравнительные исследования термических условий местообитания жуков-жужелиц (Coleoptera: Carabidae) на Европейской части России.// Вестник Санкт-Петербургского университета. Вып. 2. с. 3-11.
4. 2015. О влиянии долготы безморозного периода на численность жужелиц (Coleoptera, Coccinellidae) в Северном Прибайкалье.// Научные труды государственного природного заповедника «Присурский». Т.30. с. 27.
Makarenko E. D.
(*****@***ru)
Volgograd State Socio-Pedagogical University
Temperature effect, humidities and acidities of the soil on distribution the gerpetobiontnykh of coleoptera
In a research are analyzed fauna on ecological indexes of the natural Donskoy park where such indexes as temperature, humidity and acidity were studied. The confinedness of types to these indexes of the external environment is shown.
Keywords: temperature, humidity, acidity, correlation.
