Структура комплекса ногохвосток (Collembola) чернозема обыкновенного Нижнего Дона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат биологических наук Кременица, Александр Михайлович

• Кременица, Александр Михайлович
• кандидат биологических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Кременица, Александр Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

I. НАСЕЛЕНИЕ МИКРОАРТРОПОД ПАХОТНЫХ ПОЧВ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Особенности комплекса микроартропод в пахотных почвах.

1.2 Воздействие механической обработки почвы на комплекс мелких почвенных членистоногих.

1.3 Влияние сельскохозяйственной культуры на комплекс ногохвосток пахотных почв.

II. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

III. ЭКОЛОГО-ФАУНИСТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПЛЕКСА НОГОХВОСТОК ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО НИЖНЕГО ДОНА.

IV. НАСЕЛЕНИЕ КОЛЛЕМБОЛ НА МНОГОЛЕТНЕЙ ЗАЛЕЖИ

V. ВЕРТИКАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НОГОХВОСТОК В ПАХОТНОЙ ПОЧВЕ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО

VI. ДИНАМИКА НАСЕЛЕНИЯ КОЛЛЕМБОЛ ПОД РАЗЛИЧНЫМИ КУЛЬТУРАМИ.

VII. СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА НАСЕЛЕНИЯ КОЛЛЕМБОЛ ПАХОТНЫХ ПОЧВ.

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структура комплекса ногохвосток (Collembola) чернозема обыкновенного Нижнего Дона»

Ногохвостки, или коллемболы (отр. Collembola) - группа эврибионтных первичнобескрылых насекомых, характеризующаяся высокой численностью в различных биоценозах, преимущественно почвенных. Ногохвостки вместе с другими группами почвообитающих животных сапротрофного комплекса играют существенную роль в переносе и трансформации энергии в экосистемах, в деструкции органического вещества, в гумусообразовании, в формировании структуры почвы. Ногохвостки являются незаменимыми агентами формирования плодородных свойств почвы и естественного функционирования биоценозов. Почва и населяющие ее животные тесно взаимосвязаны. Почвенное сообщество выступает как единый комплекс, регулирующий все процессы поддержания почвенного плодородия. Почвообитающие насекомые являются обязательным компонентом любого биогеоценоза. Биологические и морфологические особенности коллембол, подвижность, высокая плодовитость, короткие жизненные циклы, тонкие покровы обусловливают их четкую и быструю реакцию на изменение гидротермического режима, химического состава окружающей среды, уплотнение и загрязнение субстратов, изменение микробных сообществ (Чернова, Кузнецова, Симонов, 1989). Это дает возможность использовать их в качестве объектов для биоиндикации и зоологической диагностики состояния почв (Gisin,1955; Стебаева, 1962; Гиляров,1965 а,б; Чернова, 1966; Mahoney, 1976; Ponge, 1982, 1983). Используя характеристики конкретных группировок, можно прогнозировать и оценивать уровень почвенного плодородия (Hagvar, 1982), отслеживать этапы разложения растительного опада (Чернова, 1977), определять степень рекреационных нарушений (Юрьева, 1976; Mahoney, 1976), загрязнение кислотными дождями (Hagvar, 1984, 1987), кальций содержащей пылью (Melecis, 1987), степень радиоактивного загрязнения среды (Криволуцкий, 1970; Гиляров, Криволуцкий, 1971; Криволуцкий, Кожевникова, 1972; Colleman, Makfadyen, 1966). Преобразования среди почвенного населения могут служить индикатором направленных перестроек всего биоценоза, предсказывать которые особенно важно при разных формах антропогенного воздействия. Интерес к группе, таким образом, помимо сугубо теоретического, уже давно имеет практический характер, возможности развития которого еще не оценены в полной мере. Наибольшее влияние на почву человек оказывает при сельскохозяйственном освоении. Мелкие почвенные членистоногие -одна из немногих групп животных, сохраняющих в агроценозах достаточно высокую численность, биомассу, видовое разнообразие, и является, поэтому, удобнейшим объектом для экологических и мониторинговых исследований (Эглитис, 1954; Криволуцкий, Чернова, 1977; Kevan, 1962; Dunger, 1964; 1974).

Характерной особенностью современного полеводства является севооборот, агротехника возделывания которого предусматривает целый комплекс мероприятий: ротацию культур, механическую обработку почвы, внесение минеральных и органических удобрений, обработку сельскохозяйственных растений пестицидами (инсектицидами, гербицидами и т.д.). Все это представляет собой систему факторов отбора, специфично влияющих на формирование и жизнь почвенного сообщества.

В связи с этим встаёт вопрос, является ли группировка коллембол в пахотных почвах уже достаточно сложившимся комплексом, адаптированным ко всей системе жесткого влияния многообразных агротехнических мероприятий или это - хаотичное, осколочное, непредсказуемо изменяющееся сообщество.

Целью проведенного исследования является выявление особенностей структуры и изучение динамики комплекса ногохвосток на пахотных почвах чернозема обыкновенного под различными культурами в системе десятипольного севооборота на Нижнем Дону.

Автор выражает уважение, благодарность и искреннюю признательность старшему научному сотруднику Проблемной лаборатории Московского государственного педагогического университета Потапову Михаилу Борисовичу, профессору Московского государственного педагогического университета Кузнецовой Наталье Александровне за обучение, консультации и помощь в определении видового состава коллембол, профессору кафедры зоологии Ростовского государственного университета Казадаеву Анатолию Анисимовичу за содействие и постоянную моральную поддержку. Особенную благодарность автор выражает своему научному руководителю, профессору кафедры зоологии Московского государственного педагогического университета Черновой Нине Михайловне за науку, мудрость и терпение.

I. НАСЕЛЕНИЕ МИКРОАРТРОПОД ПАХОТНЫХ ПОЧВ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Еще в XIX веке формирование органического вещества почвы рассматривалось как биологический процесс. Одна из первых работ, в которой было продемонстрировано значение животных (термитов) в разложении растительных остатков принадлежит английскому энтомологу В.Кирби (КлгЬу, 1800). Конец 70-х - начало 80-х годов XIX века характеризуется накоплением сведений о почвообразующей деятельности животных.

Ч. Дарвин (1882) предпринял первую попытку трактовать деятельность почвообитающих беспозвоночных как одного из важнейших факторов формирования почвенного покрова на Земле. Ценность наблюдений и выводов, сделанных Дарвином, представляет интерес еще и потому, что благодаря им становится очевидным, какое большое значение в таких долговременных явлениях как почвообразование играют малозаметные процессы при их длительном и постоянном течении. Из российских ученых того времени следует отметить работы лесовода А. Полимпсестова (1882), в которых отмечалось, что в почвообразовательных процессах немаловажную роль, кроме дождевых червей, играют другие беспозвоночные, например, мокрицы и многие виды насекомых.

В.В. Докучаев в своей основополагающей работе «Русский чернозем» (1883), отмечая огромное количество животных, которые населяют почву, обращал внимание на их роль в улучшении структуры почвенного слоя, повышении ее плодородия. Однако Докучаев, признавая определенное значение животных в почвообразовании, сам непосредственно эти процессы не изучал (Чеснова, Стриганова, 1999). Тем не менее, изучение обитателей почвы с этих позиций стало, благодаря работам Докучаева, необходимым звеном в почвенных исследованиях, принимавших все чаще комплексный характер. Современник Докучаева П.А. Костычев (1886), опираясь на результаты экс-^ периментальных исследований, отводил животным гораздо более значительную роль в формировании черноземов. Ученики В.В. Докучаева: Г.Н. Высоцкий (1899), Н.А. Димо (1905, 1916), М. Рузский (1905, 1907), С.А. Захаров (1940) и другие, продолжая разрабатывать основы генетического почвоведения, включали, как правило, в свои исследования изучение почвообразующей деятельности почвенных животных.

Концепция Докучаева о почве как естественно-историческом теле не только стимулировала исследования почвенной фауны. Она способствовала также утверждению в сознании многих зоологов качественно новой оценки обитателей почвы как одного из важнейших факторов ее формирования. Наглядным примером может служить сводка по энтомологии Н.А. Холодковского (1896), в которой в общих чертах были изложены взгляды автора на значение почвенных насекомых. О

Сведения о почвенных животных, которыми располагали зоологи в XIX веке и начале XX столетия, были чрезвычайно скудными и заниженными. Оценка реальной роли животных в почвообразовательных процессах произошла значительно позже и была связана помимо общих стимулов развития науки с решением практических задач защиты сельскохозяйственных и лесных культур, сохранения плодородия почв и повышения урожайности. Это, в свою очередь, требовало более детального исследования факторов, влияющих на динамику формирования состава, структуры и плодородия почвы.

Рациональное использование почв не может осуществляться без знаний почвенных животных. На одном квадратном метре почвы обитает до девяти тысяч особей мелких членистоногих, нематод и коловраток (Murphy, 1953; Гиляров, 1960, 1965 б). Почвенный покров вместе с его обитателями играет роль универсального биологического сорбента и нейтрализатора загрязнений, минерализатора различных органических веществ (Ковда, 1971).

В комплексах почвообитающих беспозвоночных сапрофаги, питающиеся органическими остатками, составляют до 80% и более общей зоомассы. Пропуская через свой кишечник большую массу растительных и животных тканей, сапрофаги осуществляют их механическое разрушение и перемешивают с минеральной массой. В результате многократно увеличивается суммарная поверхность субстрата, доступная для воздействия атмосферных осадков и почвенной влаги, а, следовательно, и ферментативной активности микроорганизмов. Причем, эти функции не дублируются другими группами живых организмов (Стриганова, 1980).

Почвенная фауна имеет большое значение в обогащении почвы ферментами, витаминами и микроэлементами (Гиляров, 1939, 1951, 1957; Пономарева, 1948. 1950; Мамаев, Соколов, 1960; Гаврилов, 1963; Стриганова, 1970; Пономаренко, 1972; Пономаренко, Труфанов, Голубев, 1974; Покаржевский, 1974; Hartenstein, 1982; Ross, Cairns, 1982). В процессе жизнедеятельности беспозвоночные обогащают почву биологически активными веществами, обладающими высоким стимулирующим влиянием на прорастание семян и развитие растений (Николюк, 1963; Гельцер, 1967; Лепинис, Гельцер, Чибисова, Гептнер, 1973).

Работы перечисленных и других авторов убедительно показывают, что деятельность почвенных животных является одним из основных факторов формирования почвенного покрова и его плодородия.

В настоящее время в результате интенсивной хозяйственной деятельности человека на больших территориях произошла замена первичных природных биоценозов вторичными. Самой распространённой формой таких биоценозов являются посевы сельскохозяйственных растений — агробиоценозы (Бей-Биенко, 1957). Целинных участков, не подвергшихся воздействию человека, практически не осталось. Почвенные животные являются обязательным и наиболее устойчивым компонентом биоценозов, поэтому они могут служить надёжным индикатором почвенных условий и изменений последних под влиянием хозяйственной деятельности (Гиляров, 1949; 1965 а). Животный мир пахотных почв сильно трансформирован деятельностью человека.

Заключение диссертации по теме «Экология», Кременица, Александр Михайлович

ВЫВОДЫ

1. На черноземе обыкновенном Нижнего Дона за период исследований обнаружено 56 видов коллембол. Выявлено 3 новых вида для науки — РБеЫасЬопШпае g. ер. п., РзеиёапигорЬогиз ер. п. и ЕпЮтоЬгуа Бр. п. Впервые отмечены для фауны СНГ - Мюгагншёа ру§шаеа и АпигорЬогиэ копэеН. Впервые для степной зоны европейской части России отмечены: BгachystomeIla рагаЛа, МЗсгатшёа ру§таеа, 81епарЬогига циаёпзрта, РзеиёапигорЬогиз осШсикйиэ, Ро1зогтс1ез агепозиэ, Folsomides рагуиЫэ, ЕпЮтоЬгуа ЬапсЬИЫ, Stenoguatellus эр.

2. Численность ногохвосток в исследованных почвах варьирует от 0,6 до 44,4 тыс. экз/ м2. Среднее обилие: 8,53 тыс. экз/ м2. Наиболее массовыми видами являются: СегаШрЬузеИа эисстеа, МезарЬогига ер. gг. кгаиБЬаиеп, Cryptopygus ропйсив.

3. В спектре жизненных форм преобладают по числу видов (42,9 %) и по численности (45,3 %) верхнеподстилочные виды.

4. На залежном участке комплекс ногохвосток характеризуется значительной концентрацией их в верхнем почвенном горизонте, постепенным снижением и почти полным отсутствием в слоях ниже 25 см. Доминируют: АхепуПоёеэ Ьауеп, РгсЛарИогага Бр. gr агша1а, МеБарЬогига эр. gr. кгаиэЬаиеп и ЬоШтоёез ргоёисШБ. Субдоминантами являются: СегаШрЬуэеПа эисстеа, 81епарЬогига циасМэрта и Ргогаэ^орез сцситГа8с1аШз.

5. Комплекс ногохвосток пахотных участков на 46% состоит из видов, обитающих на залежном участке. Остальные относятся к эврибионтным видам и представителям других биотопов. Население коллембол характеризуется более равномерным распределением численности по почвенному профилю. Массовые виды - Сега1орЬузе11а Бисстеа, МеБарИогига ер. gr. кгаизЬаиеп, Cryptopygus ропйсив, РзеиёоэтеПа о^орипсЩЩ распределены по всей глубине до 30 см.

6. В агроценозах наблюдается яркая зависимость динамики численности коллембол от сезонных условий. Выделяются три группы видов: 1) с осенним, 2) летним и 3) двумя пиками обилия - весной и осенью: основная масса видов относится к третьей группе. В течение сезона на полях происходит четкая смена доминантов.

7. Сельскохозяйственная культура оказывает значительное влияние на численность коллембол, в меньшей степени - на групповую структуру, соотношение жизненных форм и структуру доминирования. В системе десятипольного севооборота самая низкая численность наблюдается под зерновыми культурами. Под пропашными культурами и на паровом участке численность увеличивается. Под многолетними травами наблюдается увеличение численности на 2-й и 3-й год пользования. Максимального значения численность ногохвосток достигает на горохово-овсяной смеси после уборки люцерны.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Кременица, Александр Михайлович, 2005 год

1. Агроклиматические ресурсы Ростовской области. Гидрометеоиздат. Л., 1972. 250 с.

2. Алейникова М.М. Почвенная фауна различных ландшафтов Среднего Поволжья // Почвенная фауна Среднего Поволжья. М., 1964. С. 5-51.

3. Алейникова М.М. Изменение структуры животного населения почв в биогеоценозах под влиянием антропогенных факторов // Проблемы почвенной зоологии: Тез, докл. V Всесоюз. совещ. Вильнюс, 1975. С. 50-51.

4. Алейникова М.М. Животное население почв и его изменение под влиянием антропогенных факторов//Pedobiologia. Bd. 16. № 3. 1976. С. 195-205.

5. Алейникова М.М. Животное население почв как фактор плодородия и его охрана // Проблемы почвенной зоологии: Тез. докл. VII Всесоюз. совещ. Киев. 1981.

6. Алейникова М.М., Мартынова Е.Ф. Ландшафтно-экологический обзор фауны почвенных ногохвосток (Collembola) Среднего Поволжья // Pedobiologia. Bd. 6.1966. P. 35-64.

7. Алейникова М.М., Утробина Н.М. Изменение почвенной фауны на кукурузных полях под влиянием удобрений и гексахлорана // Тез. докл. II Всесоюз. совещ. М.: Наука, 1966. С. 12-13.

8. Алейникова М.М., Гайнутдинов М.З., Артемьева Т.И. и др. Опыт комплексной оценки влияния на биологию и плодородие почв // Проблемы почвенной зоологии: Тез. докл. III Всесоюз. совещ. М.: Наука, 1969. С. 11-13.

9. Алейникова М.М., Утробина Н.М. Животное население почв в агробиоценозах Среднего Поволжья // Животное население почв агробиоценозов и его изменение под влиянием сельскохозяйственного производства. Казань. 1969. С. 3-62.

10. Алейникова М.М., Утробина Н.М. О воздействии минеральных и органических удобрений на почвообитающие организмы и биологическую активность серых лесных почв // Почвоведение. № 10. 1973. С. 49-56.

11. Ананьева С.И. Экология ногохвосток в подзоне типичных тундр Таймыра // Л.: Наука, 1978. С. 245-263.

12. Артемьева Т.И. Влияние различных систем удобрений на почвенных микроартропод в серой лесной почве // Генезис, свойства и плодородие почв: Материалы X Международ, конгр, почвоведов. Казань, 1975. С. 10-18.

13. Афанасьева A.JI. Микробиологические процессы в почве при разных способах её обработки // Труды института микробиологии. М., № 7. 1960.

14. Бабенко А.Б. Некоторые закономерности формирования комплексов почвенных микроартропод на отвалах открытых разработок // Зоол. журн. Т. 59, вып. I. 1980. С. 43-54.

15. Бабенко А.Б. Особенности формирования группировки в ходе первичного почвообразования в техногенных условиях // Фауна и экология ногохвосток. М.: Наука, 1984 а. С. 159-165.

16. Бабенко А.Б. Формирование населения почвообитающих микроартропод на отвалах горной промышленности. Автореф. дис. . канд. биол. наук, М., 1984 6.21 с.

17. Бабенко А.Б., Кузнецова H.A., Потапов М.Б., Стебаева С.К., Ханисламова Г.М., Чернова Н.М. Определитель коллембол фауны СССР II Мл Наука, 1988.214 с.

18. Бабенко А.Б. Род Choreutinula // Ред. Чернова Н.М. Определитель коллембол фауны России и сопредельных стран. М.: Наука. 1994. С. 197-201. Батова В.М. Агроклиматические ресурсы Северного Кавказа. Л.: Гидрометеоиздат. 1966. 76 с.

19. Бей-Биенко Г.Я. К теории формирования агробиоценозов: некоторые закономерности изменения фауны насекомых и других беспозвоночных при освоении целинных земель // Сб. Третье совещ. ВЭО: Тез. докл. М,-Л., 1957. С. 76-79.

20. Беккер Э.Г. Collembola и споровые растения // Зоол. Ж., т. 26. № 1. 1947.28.