Изучение внегнездовой деятельности рыжих лесных муравьёв

Проведение комплексных мероприятий по биологической защите лесных насаждений от насекомых-вредителей связано с повышением биологической устойчивости древостоев и созданием в лесных массивах стабильной плотности полезных видов, позволяющей контролировать численность основных вредителей леса и обеспечивать благополучное состояние насаждений.

Известно, что слабой стороной большинства используемых в настоящее время биологических средств борьбы с вредителями леса (паразитические насекомые, микробиологические препараты) является разовость их воздействия. Кроме того, степень эффективности этих средств жестко связана с точным соблюдением фенологических сроков, что далёко не всегда осуществимо па практике. В крупных очагах и резервациях вредителей, где требуется постоянное регулирующее воздействие на плотность вредной энтомофауны, применение «биоинсектицидов» ограниченно и недостаточно эффективно. Только создание устойчивой и саморазвивающейся системы биологических регуляторов численности вредителей может обеспечить достаточную и экономически оправданную защиту насаждений.

Безусловно, что создание действенных систем биологической защиты леса возможно только по территориальному принципу, а не применительно к популяции тех или иных вредителей. Поэтому важной характеристикой рыжих лесных муравьев является их постоянная привязанность к месту поселения и территориальность. Локальные ассоциации муравейников занимают в оптимальных условиях сотни гектаров постоянно контролируемой территории, на которой муравьи способствуют сохранности древостоев.

Плотность поселения муравьев в развитых комплексах гнезд (15-20 м2 оснований куполов на 1 га) может достигать огромных величин - около 1,5•107 особей или свыше 100 кг биомассы на 1 га. Согласно имеющимся данным по энергетике муравьев при такой численности они должны ежедневно получать с гектара угодий не менее 1 кг белковой пищи. Основную часть белковой пищи муравьи добывают, охотясь на насекомых - вредителей леса, сохраняя тем самым кроны деревьев от повреждения.

Рыжие лесные муравьи обеспечивают сохранность насаждений от повреждения таких хозяйственно важных хвое- и листогрызущих вредителей, как сосновая совка, сосновая пяденица, зимняя пяденица, малый еловый пилильщик, рыжий сосновый пилильщик, обыкновенный сосновый пилильщик, ткач-пилильщик, березовый пилильщик, сосновый шелкопряд и др. Активно уничтожают рыжие лесные муравьи гусениц дубовой зеленой листовертки, монашенки, непарного шелкопряда, совки-лишайницы, лиственничной минирующей моли и многих других.

Сами муравьи служат пищей для некоторых позвоночных животных (певчие птицы, пищухи, дятлы и др. ), численность которых в лесах, заселенных муравьями, возрастает. Рост численности дятлов и других птиц способствует оздоровлению леса. Через дятлов муравьи опосредованно влияют на плотность стволовых вредителей. Рыжие лесные муравьи являются активными почвообразователями, а также участвуют в расселении ряда растений.

Рыжие лесные муравьи - наиболее реальная основа для биологического лесозащитного комплекса. Не претендуя на универсальность, они в то же время являются звеном, стабилизирующим на высоком уровне плотность большинства полезных насекомых и других полезных для леса животных. В результате прямого и опосредованного воздействия муравьев на лес сохраняются древостой от повреждения вредителей и обеспечивается более высокая продуктивность насаждений. Последнее приобретает все более важное значение в условиях участившихся вспышек массового размножения вредителей леса. Создание и поддержание саморегулирующихся биологических лесозащитных комплексов на основе использования рыжих лесных муравьев совершенно необходимо в ослабленных лесных массивах и резервациях вредителей.

В первую очередь было необходимо удостовериться в том, что выбранный объект изучения принадлежит именно к Formica rufa L (обыкновенный рыжий лесной муравей). (Приложение №1) Для этого необходимо было изучить морфологию муравьев (внешнее строение). Для достоверного определения было просмотрено 10 экземпляров муравьев, взятых из одного муравейника, так как у близких видов признаки часто перекрываются, но отклонений не обнаружила. (Определение вида производилось по Е. А. Дунаеву «Муравьи Подмосковья: Методы экологических исследований», 2003)

Для углубленного изучения внегнездовой деятельности муравьев в выбранном участке леса были заложены площадки 10х10 метров. На территории площадок был определен тип леса. Для характеристики древесного яруса необходимо указать состав и соотношение древесных пород, возраст деревьев и сомкнутость крон. Соотношение пород определяется в баллах по десятибалльной шкале. 1 балл соответствует 10%. Для определения сомкнутости крон необходимо посмотреть вверх и приблизительно оценить, какая часть неба закрыта ветвями деревьев. Оценка дается в десятых долях: 0 – полностью открытый участок, 1 – все закрыто ветвями, и неба совершенно не видно. Характеристика записывается в виде формулы, в которой буквами обозначаются названия древесных пород.

Инвентаризация муравейников проводилась по методике Г. М. Длусского (1965). Относительный возраст гнезда в баллах определялся по методике Дьяченко (1989). Суть ее в следующем: каждой возрастной стадии гнезда соответствует определенная форма насыпного купола, наличие или отсутствие земляного вала и его плотность. С помощью рулетки измерялась высоту муравейника, визуально найденные места перемещения муравьев в сторону от муравейника и наоборот наносились на план – схему. Результаты описания отдельных гнезд записываются в виде структурной записи:

Материал купола. Характер вала D (d) S

Тип гнезда H (h) V

Питание рыжих лесных муравьев изучали с учетом их хищнической деятельности. На стационарных площадках с ранней весны (конец марта - начало апреля) до осени (октября) проводилось изъятие пищевых остатков у муравьев-фуражиров на кормовых дорогах. Изъятие пищевых остатков проводилось трижды в день по 20 минут на трех дорогах 1 муравейника. Взято всего 33 пищевые пробы.

Для определения суточной активности муравьев каждый час на определенной тропе подсчитывалось количество фуражиров двигающихся в сторону от муравейника и к муравейнику.

Для определения материала, из которого построен муравейник с внешней и внутренней части муравейника была взята малая часть строительного материала.

Почвообразующая деятельность муравьев изучена слабо, поэтому была дана в работе только характеристика почвы на исследуемом объекте и проведен ряд опытов для определения кислотности и засоленности почвы.

3. Результаты исследования

3. 1 Общая характеристика биотопа.

Рыжий лесной муравей обитает в хвойных, смешанных и лиственных лесах возрастом свыше 40 лет.

Место, выбранное для наблюдений, представляет собой лесной участок, расположенный в 1,5 километрах от автотрассы Малышево-Меленки, в 80 квартале Малышевского лесничества Селивановского района, на котором расположены 2 типа леса: ельник-черничник (расположены муравейники 1, 2, 3) и ельник злаково-разнотравный (расположены муравейники 4, 5, 6, 7).

Характеристика древесного яруса.

I ярус: 7Е70 3С70 – 0,5; II ярус: 6Е50 3С40 1Б40 – 0,7

Первый ярус состоит на 70% из елей возрастом около 70 лет и 30% из сосен возрастом около 70 лет, суммарная сомкнутость крон – 0,5 (50%), а во втором ярусе 60% составляют ели, 30% - сосны и 10% - березы. Возраст елей второго яруса – 50 лет, сосен – 40 лет и берез – 40 лет, суммарная сомкнутость крон деревьев второго яруса – 0,7 (70%). Подрост 10Е 2 тыс. на гектар. Травянистая растительность составляет 40% из них 20% - это моховое покрытие. Среди часто встречающихся растений можно выделить следующие:

русское название латинское название семейство ВЕРТЛЯНИЦЕВЫЕ

Monotropaceae

Подъельник обыкновенный Hypopitus monotropa Crantz семейство ПЕРВОЦВЕТНЫЕ

Primulaceae

Седмичник европейский Trientalis europaea семейство БРУСНИЧНЫЕ

Vacciniaceae

Черника Vaccinium myrtillus

Отдел МОХОВИДНЫЕ

Bryophyta

Кукушкин лён Polytrichum commune

Плевроциум Шребери Pleurozium Schreberi (Brid. ) Mitt

3. 2. Инвентаризация муравейников.

На небольшом участке леса располагались в непосредственной близости друг от друга 3 муравейника. Известно, что при благоприятных условиях численность насекомых в семье увеличивается. В этом случае часть семьи может отделиться и организовать свой муравейник. Связь между такими родственными муравейниками обычно не прерывается. Эти муравейники, находящиеся на одной площадке, оказались родственными. Наблюдения показали, что между ними существует тропа, по которой муравьи из одного муравейника транспортируют корм, строительные материалы и др. в другой муравейник.

Муравейник М-1 находится между стволами двух деревьев – березы и ели.

ЕС ск 210 (177) 2,40 м2 вк 110 (92) 1,46 м3

Муравейник имеет высоко-коническое (параболоидный купол) гнездо со скрытым валом из елово-соснового материала, диаметр вала – 210 см, диаметр купола 177 см, высота гнезда – 110 см, высота купола 92 см, площадь основания купола – 2,40 м2, объем 1,46 м3. Величины объема и площади основания купола получены из таблиц стандартной методики при подстановке туда значений диаметра и высоты купола. Муравейник состоит на 80% из хвои, на 15% из мелких сухих побегов ели и сосны, на 2% - из чешуек шишек. 3% составляет прочий мелкий строительный материал. Муравейник больше освещен в промежуток времени с 10-12 часов.

Муравейник М-2 находится между стволами двух елей.

Е ск 195 (166) 2,14 м2 вк 88 (85) 0,97 м3

Высоко-коническое гнездо со скрытым валом из елового строительного материала, диаметр вала 195 см, диаметр купола 166 см, высота гнезда 88 см, высота купола 85 см, площадь основания купола – 2,14 м2, объем 0,97 м3. Муравейник состоит на 85% из хвои, на 10% - из сухих веточек, побегов и почек древесной растительности, на 3% - из кусочков талломов лишайников, 2% составляют семена и кусочки смолы деревьев. Муравейник больше всего освещен с 14 до 15 часов.

Муравейник М-3 расположен вблизи двух елей.

ЕС ск 175 (130) 1,33 м2 вк 94 (82) 0,80 м3

Высоко-коническое гнездо со скрытым валом из елово-соснового строительного материала, диаметр вала 175 см, диаметр купола 130 см. высота гнезда 94 см. высота купола

82 см, площадь основания купола – 1,33 м2, объем- 0,80 м3. Муравейник больше всего получает света в промежутки времени с 10 до 11 часов, с 14 до 15 часов.

Установленная связь между основными параметрами муравейников, позволит определить численность муравьев и величину кормового участка, не прибегая к сложным математическим расчетам (по Дьяченко, 2005)

Диаметр насыпанного купола Численность муравьев Биомасса (кг) Количество кормовых дорог Площадь кормовых участков,

(см) (тыс. шт. ) (га)

40 120+17,3 1,6+0,23 1 -

60 173 +13,5 2,3+0,18 2 -

80 338+12,0 4,5+0,16 3 0,45

100 662+37,6 8,8+0,50 4 0,72

120 774+45,1 10,3+0,60 4 0,62

140 - - 4 0,35

180 1955+209,0 26,0+2,78 4 1,15

3. 3. Характеристика муравьиных троп

Так как муравьи не ограничиваются жизнью в муравейнике, а ведут поиск пищи за его пределами, то нужно было найти пути доставления ими пищи в муравейник. Этими путями были тропы. Всего на территории муравейника М-1 было обнаружено 5 троп (таблица №1 «Характеристика муравьиных троп»). В основном, по тропам доставляют корм и строительный материал, но существует тропа, соединяющая муравейники М-1 и М-2, по которой переносились кормовые объекты и расплод.

Таблица №1 «Характеристика муравьиных троп»

№ тропы длина тропы ши- На какое количество троп

Назначение тропы рина тропы распадается Где заканчивается тропа.

1 Перенос корма и строительного нет разветвле- на земле распадается на более мелкие рукава материала 12 м 51 см ний

2 Перенос корма и строительного нет разветвле-

материала 8 м 80 см ний гнилой пень

3 Связь между двумя муравейниками нет разветвле- начинается и заканчивается в муравейнике

34 м 120 см ний

4 Перенос корма и строительного нет разветвле-

материала 5 м 47 см ний до мха

5 Перенос корма нет разветвле-

11 м 26 см ний на дереве

3. 4. Суточная активность муравьев

Для выявления суточной активности муравьев были проведены наблюдения, по результатам которых наибольшая активность муравьев (движение от муравейника) наблюдается в 9. 00 часов, 11. 00 часов и 14. 00 часов; (движение к муравейнику) в 10. 00 часов и с 12. 00 до 14. 00 часов.

Среди факторов, влияющих на суточную активность муравьев (температура воздуха и почвы, влажность, осадки, освещение,. )стали температура воздуха и освещенность.

3. 5. Питание муравьёв

В начале мая в пищевых сборах превалируют кровососущие комары. С середины мая муравьи прекращают сбор пади тлей и переключаются на питание самыми различными насекомыми, то есть выступают как консументы 2 порядка. Со второй половины июля муравьи вновь начинают собирать падь тлей. С начала октября падь тлей - единственная пища муравьев, так как к началу осени выведение молоди в гнездах в основном заканчивается и сильно разрастаются колонии тлей.

Изучение хищнической деятельности муравьев показало, что из отряда жесткокрылых общими для всех площадок объектами питания являются щелкуны, усачи, божьи коровки, жужелицы, стафилиниды, долгоносики, листоеды (от 0,9 до 5,6% пищевых сборов). (Приложение №9) Из отряда Hemiptera обычными в добыче муравьев являются щитники (1,7-5%). Из перепончатокрылых наиболее многочисленны представители подрода Formica s. str. (от 3,0 - 25,3%), изредка встречаются муравьи из подрода Serviformica (1,0) и рода Myrmicа (3,0-10,8%). Из других перепончатокрылых постоянно встречаются настоящие пилильщики (5%). Обычны в питании муравьев гусеницы чешуекрылых (сем. Geometridae до 16,8%, сем. Noctuidaе до 8,4%).

Итак, основу питания муравьев составляют два компонента: белковый и углеводный. Различные беспозвоночные животные – источник белковой пищи. Углеводной пищей служит падь – сладкие выделения тлей и некоторых других насекомых (червецов, щитовок). Доказательством того, что муравьи любят сладкое является опыт. На положенные рядом с муравейником небольшие кусочки печенья, шоколадной конфеты, груши, яблока, щепотку сахара, соли и борной кислоты, муравьи проявили наилучшие реакции на все сладкие продукты питания. Через час всех выложенных продуктов не стало, лишь кристаллы соли и борной кислоты оказались не тронуты.

3. 6. Почвообразующая деятельность муравьев.

Сооружая гнездо, муравьи оказывают серьезное воздействие на почву, где строятся гнезда этих насекомых. Почвообразующая деятельность муравьев складывается из следующих факторов: перемешивания почвы, изменения механического состава, изменения химического состава почвы (обогащение почвы гумусом, K, N, P, Mg). В отношении первых двух сторон деятельности муравьев известно очень мало.

Перемешивание почвы происходит при рытье ходов, при котором муравьи поднимают частицы почвы из нижних горизонтов на поверхность. Одновременно улучшается доступ воздуха к корням растений. Перемешивание почвы производится муравьями постоянно, а не только в период сооружения гнезда, так как муравьи все время перестраивают свое жилище.

Рыжие лесные муравьи собирают с окружающей гнездо территории древесные и травянистые частицы, веточки, хвою, чешуйки, травинки и т. д. , концентрируя их в муравейниках, где разложение этих частиц идет значительно быстрее, чем на поверхности почвы. Однако важное значение муравьев как фактора почвообразования объясняется не этим, а созданием в гнездах большинства видов специфической среды, значительно отличающейся от окружающей и способствующей более быстрому разложению и гумификации попадающих в гнездо растительных остатков, повышению биологической активности почв. Это связано с более высокой, чем в окружающей почве, температурой гнезда, с развитием в муравейнике микрофлоры - бактерий, грибов, актиномицетов. Разложение ускоряется в десятки раз.

Гнезда рыжих лесных муравьев старше 10 лет и диаметром более 1 м как «фабрики плодородия» настолько мощны, что в состоянии оказать серьезное влияние на рост не только произрастающих непосредственно у муравейников трав и кустарников, но и деревьев, достаточно удаленных от муравейника. Корни деревьев распространяются под поверхностью почвы на несколько метров. Попадая в зону влияния гнезда, они буйно разрастаются, используя накапливаемые под муравейником питательные вещества. Отмечен более быстрый рост сосны в местах, где имеется большое число муравейников.

       В то же время вопрос о почвообразующей деятельности муравьев вообще и Formica, в частности, изучен пока очень слабо. Имеются лишь отрывочные данные в статьях разных авторов.

Характеристика почвы на исследуемом объекте.

признаки показатели возле муравейника показатели в 1,5 метрах от муравейника структура Гумусовый горизонт: Гумусовый горизонт:

мелко-комковатая структура мелко-комковатая структура степень увлажненности почвы слегка увлажненная слегка увлажненная температура 17 0 С 14 0 С

механический состав супесчаная почва супесчаная почва подзолистый тип почвообразования подзолистый тип почвообразования степень плотности рыхлое сложение слабоуплотненное сложение

1. гумусный горизонт с мелко-комковатой структурой;

2. почва слегка увлажнена;

3. почва супесчаная, подзолистый тип почвообразования;

4. почва у муравейника имеет рыхлое сложение, в 1,5 метрах от муравейника – слабоуплотненное сложение, что объясняется деятельностью муравьев (они роют ходы, перемешивая почву).

5. по данным показаниям термометров возле муравейника температура почвы выше, чем в дали; это объясняется прежде всего тем, что внутри самого муравейника температура более высокая, чем снаружи, соответственно почва также прогревается;

6. выявлены рекреационные нарушения почвы: не выполнена санитарная обработка делянки после точечной вырубки леса; интенсивное посещение грибниками и отдыхающими данной территории

Влияние муравьев на рН почвы установлено лишь в самой общей форме. Э. К Гринфельд (1941) обнаружил, что на кислых подзолистых лесных почвах реакция почвы в гнездах F. rufa, была более щелочной, чем реакция почвы вдали от муравейников. В верхних горизонтах рН в гнездах приблизительно на 0,2 выше, т. е. концентрация водородных ионов в гнездах вдвое меньше, чем в почве.

       О более существенных изменениях муравьями химического состава почвы данных почти нет.

Проведен ряд опытов для определения кислотности и засоленности почвы, а также определения соотношения органического вещества и минеральных частиц в почве под муравейником и вдали от него.

Для определения кислотности и засоленности почвы подготовлены солевая и водная почвенные вытяжки.

Опыт 1.

Цель работы: изучение экологического состояния почвы через оценку ее кислотности.

Ход работы.

1. Приготовим солевую почвенную вытяжку для двух образцов почвы.

2. В пробирку нальем почвенную вытяжку и протестируем раствором индикатора универсального, добавив в пробирку 5 капель индикатора.

№ пробы Место отбора пробы Внешний вид солевой вытяжки pH солевой вытяжки Оценка кислотности почвы

1 под муравейником зеленый 8,0 слабо-щелочная

2 в 1,5 метрах от муравейника сине-зеленый 9,0 щелочная

Опыт 2.

Цель работы: изучение засоленности почвы простейшим методом, проверка на наличие в почвенной вытяжке хлоридов, сульфатов и карбонатов

Ход работы.

1. Нанесем 1 каплю почвенной водной вытяжки на предметное стекло.

2. Осторожно нагреем предметное стекло до испарения влаги.

3. На стекле обнаружили сухой солевой остаток.

Вывод: в почве незначительное содержание легкорастворимых минеральных солей, значит, почва слабозасоленная.

4. В пробирку с почвенной вытяжкой прибавляем по каплям раствор нитрата серебра (Ag NO3).

5. Наблюдаем выпадение белого творожистого осадка.

Вывод: в почве значительное содержание хлорид-ионов.

6. Добавим в пробирку с почвенно-водной вытяжкой 3 капли раствора дифениламина (C12 H11 N)

7. Наблюдаем окрашивание раствора в синий цвет.

Вывод: наличие в почвенно-водной вытяжке нитрат-ионов раствор окрашивается в синий цвет.

8. В пробирку с почвенной вытяжкой прибавляем по каплям раствор хлорида бария (Ba Сl2) и раствор соляной кислоты (HCl).

9. Наблюдаем в течении 3 минут за помутнением раствора. Слабое помутнение.

Вывод: в почве незначительное содержание сульфатов-ионов.

10. В пробирку с почвенной вытяжкой прибавляем по каплям раствор соляной кислоты (HCl).

11. Реакции не наблюдаем.

Вывод: в почве не содержатся гидрокарбонаты.

12. Добавляем в пробирку с почвенно-водной вытяжкой 1-2 капли раствора йода.

Вывод: в почве не содержатся сульфит-ионы (-SO32-)

Вывод: почва у муравейника слабозасоленная, тип засоления хлоридно-сульфатный.

Опыт 3.

Цель работы: изучение богатства почвы органическим веществом.

Ход работы.

1. В сосуд поместим образец почвы. Зальем его водой.

2. Содержимое колбы взболтаем перемешиванием для смачивания почвы и выхода пузырьков воздуха.

3. Дождемся расслоения взвеси, измерим линейкой значения высоты слоев отстоявшей и всплывшей почвы.

Вывод: почва возле муравейника сравнительно плодородна.

Почва, взятая возле муравейника.

Высота слоя почвы в сосуде, мм hверхн h нижн

Верхнего слоя (h верхн) Нижнего слоя (h нижн)

50 15 3,3

Почва, взятая в 1,5 метрах от муравейника.

Высота слоя почвы в сосуде, мм hверхн h нижн

Верхнего слоя (h верхн) Нижнего слоя (h нижн)

45 18 2,5

4. Практические мероприятия по защите и охране муравейников.

В связи с тем, что рыжие лесные муравьи играют большую роль в природе, т. е. уничтожают насекомых-вредителей деревьев и кустарников, распространяют семена растений, улучшают структуру почвы, обогащают ее плодородие.

Нами были проведены практические мероприятия по защите и охране муравейников.

1. проведено огораживание муравейников; в работу были вовлечены родители и ученики 5 класса;

2. пропаганда бережного отношения к природе;

3. во время проведения Недели экологии прошло мероприятие, на котором ученики познакомились с жизнью муравьев.

4. защищали муравейники от дятлов: на купол положили несколько сухих еловых ветвей, через некоторое время муравьи покрыли ветви гнездовым материалом; операцию повторили дважды.

4. Выводы

В результате проведения исследований получили следующие результаты.

1. Исследуемые муравьи относятся к рыжим лесным муравьям (Formica rufa L. )

2. Для рыжих лесных муравьев на территории 80 квартала Малышевского лесничества Селивановского района наиболее привлекательны ельники черничного и злаково-разнотравного типа леса, на которых выявлено большое количество гнезд.

3. На изучаемой территории представлены гнезда со скрытым валом. Размеры изучаемых муравейников варьируют от 0,80 м3 до 1,46 м3. Это связано с размером семьи и кормового участка. Самое большое гнездо имеет 4 колонны. Дочернее гнездо сохраняет контакт с основным муравейником и связано с ним постоянной дорожкой.

4. Состав строительного материала не зависит от особенностей семьи, а состоит из приносимых из вне материалов. Материалом для постройки гнезд рыжим лесным муравьям служат мелкие растительные остатки, хвоя, комочки смолы, семена и чешуйки шишек, комочки почвы, кусочки талломов лишайников.

5. Была изучена суточная активность перемещения муравьев по тропам. Среди факторов, влияющих на суточную активность муравьев (температура воздуха и почвы, влажность, осадки и освещенность,. ), стали температура воздуха и освещенность. Муравьи наиболее активны (от муравейника) в 9. 00, 11. 00 и 14. 00 часов; (к муравейнику) в 10. 00часов и с 12. 00 до 14. 00 часов. Тем самым активным временем суток для рыжих лесных муравьев является с 9. 00 до 16. 00 часов.

6. В результате исследований был изучен пищевой рацион рыжих лесных муравьев, который оказался весьма разнообразным. Основу питания муравьев составляют два компонента: белковый и углеводный.

7. Исследуемая на данной территории почва более легкая, слабозасоленная, тип засоления хлоридно-сульфатный, так как муравьи разрыхляют почву, создавая условия для снабжения ее воздухом, ускоряют разложение растительных остатков и удобряют почву гумусом, улучшают водный режим почвы и регулируют ее кислотность.

8. Были проведены практические мероприятия по защите и охране муравейников и муравьев, как эффективных защитников лесных насаждений.