Биологическая активность муравейников Lasius Niger L. тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат биологических наук Новоселов, Алексей Львович

• Новоселов, Алексей Львович
• кандидат биологических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Новоселов, Алексей Львович

Введение.

Глава № 1. Муравьи как объект экологических исследований.

1.1. Общие сведения о биологии муравьев.

1.2. Экологические особенности рода Lasius.

1.3. Биогеоценотическая роль муравьев.

1.4. Микрофлора муравейников.

1.5. Влияние муравьев на грибное сообщество почв.

Глава № 2. Объекты и методы.

2.1. Характеристика района исследования.

2.2. Методика отбора проб.

2.3. Методика лабораторных исследований.

Глава № 3. Влияние муравьев на микробиологическую активность.

3.1. Микробный пул углерода и потоки углеродсодержащих газов.

3.2. Потоки азотсодержащих газов.

3.4. Модификация биогеохимических циклов.

3.5. Биологическая активность гнезд Муравьёв Lasius flavus и Formica cunicularia.

Глава № 4. Влияние муравьев на видовой состав и численность микроорганизмов.

4.1. Бактериальный комплекс муравейников.

4.2. Актиномицеты муравейников.

4.3. Взаимодействие бактерий и актиномицетов в муравейниках.

4.4. Грибной комплекс муравейника.

4.5. Функциональное биоразнообразие микробных популяций.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биологическая активность муравейников Lasius Niger L.»

В естественных биогеоценозах большую часть зоомассы составляют безпозвоночные, на долю позвоночных приходится до 4,3% (Тарко, 2005). Муравьи - наиболее многочисленные представители отряда перепончатокрылых Hymenoptera. Для них характерен колониальный, общественный образ жизни. На данный момент насчитывается 12 470 видов Муравьёв; 300 из них встречается на территории СНГ, 20 видов относятся к роду Lasius. Род Lasius один из наиболее часто встречающихся родов на территории голарктической области. Представители этого рода являются обычными и массовыми видами Муравьёв в лесной и лесостепной зонах умеренного пояса. Наиболее распространенным среди них является черный садовый муравей L. niger L. и желтый луговой муравей L. flavus F. (Длусский, 1990). Популяции муравьев могут достигать большой численности и плотности, так численность гнёзд муравьев L. niger на лугах может составлять до 2145 на гектар, создавая особенный микрорельеф.

Сооружая гнезда, муравьи оказывают серьезное воздействие на почву. 5

При гнездостроении муравьи обрабатывают не менее 26 м почвы на 1 га ( Зрянин 2003). По оценкам некоторых авторов, суммарный объем гнезд L. л niger и L. flavus достигает 270 м /га ( Димо 1955). Численность гнезд, как правило, весьма высока: на одном гектаре может находиться до 7-8 тыс. муравейников, причем число гнезд менее тысячи на 1 га - явление редкое. В луговой степи Центрально-Черноземного заповедника вклад этих муравьев в ежегодный вынос почвы при гнездостроительной деятельности оценивается в о

50 м /га (Павлова, 1977; Зрянин, 2003). В тайге Северного Урала их роль в комплексе с другими мелкими видами (Myrmica, Serviformica) не так велика, вместе они выносят 1.5-15 м3/га почвы ( Рубинштейн 1985).

Большинство научных исследований муравьев посвящено социальным и поведенческим аспектам их биологии. При изучении биоценотической роли муравьев необходимо учитывать социальный образ жизни, влияющий на всю их деятельность. Единицей воздействия на биоценоз является не единичная особь, а семья, представленная в пространстве гнездом и окружающим его кормовым участком (Сейма, 2008). Имея ничтожную по сравнению с растениями биомассу, муравьи играют большую роль в регулировании их роста (Тарко, 2005) В зоне активной жизнедеятельности муравьев изменяется целый ряд физических и химических свойств почв. Воздействие Муравьёв рода Lasius на почву приводит к изменению в почве содержания азота, калия и бария (Jakubczyk et al., 1972). Муравьи улучшают аэрацию почвы, увеличивают показатели порозности в пределах гнезда, изменяют параметры водного режима. Их деятельность влияет на структуру почвы, сказывается на почвенном плодородии (Eldridge, 1993; Dean et al., 1997). В зоне интенсивной жизнедеятельности муравьев видовое разнообразие и обилие почвенных беспозвоночных и растений отличается от окружающей территории (Lavelle et al., 1997). Муравьи существенно преобразуют среду обитания (Wright, Jones, 2006), в числе прочего интенсифицируя круговороты биогенных элементов.

Хотя биоценотическое значение муравьев изучается давно, лишь сравнительно недавно стал появляться систематический интерес исследователей к изучению микробиологических процессов, протекающих в муравейниках. Процессы, приводящие к изменениям свойств почвы в зоне воздействия муравейников, во многом могут определяться деятельностью микроорганизмов, обильно населяющих муравьиные гнезда (Бабьева и др., 1975). Было показано, что муравьи могут влиять на микробиологические свойства почв, численность бактерий и актиномицетов (Jakubczyk et al., 1972). В муравьиных гнёздах формируются специфические микробные комплексы (Jouquet, 2006). Характер воздействия муравьев на микробиологические свойства почвы может быть различен и зависит от параметров биогеоценоза, характеристик почвы и экологических особенностей вида муравьев (Levan, 1983). Однако, до сих пор нет общего понимания влияния муравьев на микробиологические процессы, протекающие в муравейниках, и сопряженные модификации потоков парниковых газов.

Цель нашей работы состояла в изучении микробиологической активности муравейников L. niger. В задачи исследования входили:

1. Оценка активности микробиологических процессов азотфиксации, денитрификации, дыхания и метаногенеза в муравейниках по сравнению с контрольной почвой.

2. Оценка содержания углерода и азота в почвах муравейников в сравнении с контрольной почвой.

3. Изучение видового и группового состава микроорганизмов (грибов и бактерий), населяющих почвы муравейников.

Научная новизна. Впервые количественно охарактеризованы модификации муравьями микробиологических потоков углекислого газа, метана и закиси азота. Установлена значимость этих модификаций на экосистемном уровне. Исследована динамика этих процессов в сезонном аспекте. Выявлены различия в сезонной динамике процессов дыхания, метаногенеза, азотфиксации и денитрификации. На количественном уровне оценена степень влияния муравьев на биогеохимические циклы на зарастающих сельскохозяйственных угодьях. Впервые показано, что микробиологический комплекс муравейника отличается постоянной численностью бактерий и изменчивой структурой актиномицетов. Выявлено значимое воздействие актиномицетов на формирование и развитие микробного комплекса муравейника, в частности, участие актиномицет в поддержании постоянной общей численности бактерий. Выявлены различия грибного комплекса между структурными элементами муравейника и контрольной почвой.

Теоретическое и практическое значение. Теоретическое значение работы связано с качественной и количественной характеристикой малоизученных взаимодействий между биотическими компонентами биоценоза, а именно, муравьями и сообществами микроорганизмов.

Практическое значение работы определяется выявлением роли муравьев как модификаторов биогеохимических циклов, в том числе эмиссий парниковых газов. Индуцированные муравьями модификации круговоротов парниковых газов приобретают особое значение на зарастающих землях, вышедших из сельскохозяйственного оборота. Учет этих процессов необходим для уточнения территориальных бюджетов парниковых газов, построение которых предписывается международными климатическими соглашениями.

Апробация работы. Результаты исследования были представлены на V международной конференции по изучению грибов в биогеоценозах (Пермь, 2009 г.), XIII всероссийском мирмикологическом симпозиуме «Муравьи и защита леса» (Нижний Новгород, 2009 г.), XIII международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2006» (Москва 2006 г.), XII всероссийском мирмикологическом симпозиуме «Муравьи и защита леса» (Новосибирск, 2005 г.), международной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2005 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 1 статья в рецензируемом научном журнале из списка изданий, рекомендуемых ВАК для публикации результатов кандидатских диссертаций.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и списка цитируемой литературы, насчитывающего 101 источник, в том числе 52 зарубежных. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, включая 39 рисунков и 15 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Экология (по отраслям)», Новоселов, Алексей Львович

выводы

1. Муравьи, перераспределяя органическое вещество, влияют на показатели микробиологической активности почвы, в частности, в 4 раза повышают дыхание, на 24% увеличивают продукцию закиси азота и на 35% уменьшают азотфиксацию.

2. Муравьи существенно модифицируют экосистемные циклы углерода и азота. Занимая 21% от площади исследованной залежи, муравейники обеспечивают 30% от суммарной эмиссии углекислого газа из почвы и 50% эмиссии закиси азота

3. Бактериальный комплекс муравейника характеризуется постоянной численностью бактерий и сезонно меняющейся структурой группировки актиномицетов.

4. Актиномицеты оказывают существенное влияние на формирование и развитие микробного комплекса муравейника, проявляют антагонизм к малочисленным видам и участвуют в поддержании постоянной общей численности бактерий.

5. Имеются заметные различия грибного комплекса между структурными элементами муравейника и контрольной почвой. Наибольшие отличия между куполом муравейника и контрольной почвой наблюдаются весной, а между камерами муравейника и контрольной почвой - в осенний период.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Новоселов, Алексей Львович, 2010 год

1. Бабьева И.П., Длусский Г.М., Гузева И.С., Голубева В.И. Ассоциации дрожжей с муравьями в лесных биогеоценозах // Закономерности развития почвенных микроорганизмов. Д., 1975. С. 16-25

2. Брайен М. Общественные насекомые. Экология и поведение. М.: Мир, 1986. 400 с.

3. Бызов Б.А. Зоомикробные взаимодействия в почве. М.: «Геос» 2005. 212 с.

4. Бугрова Н.М., Пшеницына Л.Б. Трансформация пространственной структуры травяного покрова вокруг гнезда Formica aquilonia // Успехи современной биологии. 2003. Т. 123, №3. С. 273-277.

5. Белова Э.В., Манучарова Н.А., Степанов A.JL, Полянская JI.M. Разложение хитина микробами в различных почвах // Почвоведение. 2006. №9. С. 1082-1087.

6. Гринфильд З.К. Воздействие муравьев на реакцию почвы // Зоологический журнал. 1941. Т. 20. № 1. С. 100.

7. Гримальский В.И. О роли рыжих лесных Муравьёв Formica rufa L. в лесных биогеоценозах на левобережном полесье Украины // Зоологический журнал. 1960. 39. № 3.

8. Гришкан И.Б. Гнёзда муравьев в верховьях реки Колымы как субстрат для грибов- микромицетов // Микология и фитопатология. 1989. Т. 23, №2. С. 105-109.

9. Горленко М.В., Кожевин П. А. Мультисубстратное тестирование природных микробных сообществ. М.: МАКС Пресс, 2005. 88 с

10. Длусский Г.М. Муравьи рода Formica. М.: «Наука», 1967.

11. Длусский Г.М., Гузева И.С. Режим влажности в гнёздах Formica rufa I I Материалы 5 всесоюзного симпозиума. М; 1975. С. 133-135.

12. Длусский Г.М.Температурный режим в гнёздах некоторых видов и пути эволюции терморегуляции у Муравьёв родя Formica //13