Исследовательский проект Экология и поведение лесных муравьев
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 3»
Областной конкурс «Подрост-2014»
Номинация «Экология лесных животных»
Тема: "Экология и поведение лесных муравьёв"
Категория: исследовательский проект
Автор Лиханов Николай Олегович , 19. 12 1998 г.р.
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №3» 9 «а» класса,
прописан по адресу: 391430, г. Сасово, Рязанская область,
микрорайон «Северный», дом 5, кв.28.
Руководитель: Пупочкина Елена Сергеевна,
учитель биологии
Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения
«Средняя общеобразовательная школа №3»,
прописана по адресу: 391430, г. Сасово, Рязанская область,
ул. Пролетарская д.29
телефон: 8-920-996-75-71
Сасово 2013
Оглавление:
Введение......................................................................................................
Методика исследования .
Результаты исследований ..
Выводы
Заключение .
Список использованной литературы
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Вряд ли найдется человек, который хоть раз не останавливался возле муравейника, завороженный таким далеким и в то же время необъяснимо близким нам миром этих удивительных насекомых. Куда бы мы не отправились – в лес, на луг, в болото – всюду встретим муравьёв. Наиболее известный всем вид - рыжие лесные муравьи, строящие муравейники из хвои и веточек. В европейской части страны обитает 40, а всего в мире насчитывается более 8 000 видов этих насекомых. И каждый их этих видов имеет свои особенности. Нас привлекает в муравьях прежде всего то, что во многих их действиях мы можем найти какое-то подобие наших собственных дел и проблем. Муравьи относятся к тем немногим живым существам, которые не только сами приспосабливаются к среде обитания, но и активно перестраивают окружающий мир применительно к своим нуждам, своим задачам. Муравьи вечные строители. Гнезда многих видов поражают своими размерами, сложной и рациональной архитектоникой. Муравьям свойственно особое качество «социальность», то есть обязательное существование только сообществами (семьями, общинами). Именно это качество позволило муравьям занять почетное место в мире беспозвоночных животных.
С давних времен жизнь трудолюбивых муравьев была для людей предметом постоянных наблюдений и живейшего интереса. Еще в древних сказаниях, поэтических произведениях и даже в Библии уделялось внимание этим перепончатокрылым насекомым. Однако, несмотря на долгий период изучения муравьев, мы еще многого о них не знаем.
Появились муравьи на нашей планете двести миллионов лет назад. Предки современных муравьев были подземными хищниками, лишь значительно позднее они освоили поверхность земли и залезли на деревья. С течением времени одни формы муравьев вымирали, другие появлялись, и сейчас ученые насчитывают около восьми тысяч различных видов.
Муравьиные сообщества имеют сложную структуру. Есть семья, занимающая гнездо (у некоторых – несколько гнезд). Внутри семьи есть группы с постоянным составом, со своим сектором гнезда. Они могут отделиться, образовав дочерние семьи. С материнской они поддерживают регулярные родственные отношения. Такой комплекс называется колонией. Несколько колоний могут быть объединены в одну федерацию. Что же связывает эти группировки друг с другом?
Их связывает обмен. Муравьи интенсивно меняются личинками, куколками, даже взрослыми особями, ну и, конечно, пищей. Набравшись сладкой медвяной росы, муравей передает ее встречным товарищам, те – другим и т. д. Ежедневно внушительный поток веществ вливается в муравейник и растекается по нему, охватывая не только взрослых, но и личинок, яйца. Таким же путем, как по эстафете, передаются выделения различных желез, ферменты. Это регулирует жизнь муравейника. Как видите, ответить на вопрос «где обедал муравей?» однозначно нельзя: он может сделать это в любом месте, встретив более сытого собрата.
В наших лесах распространенным видом являются рыжие лесные муравьи (Fjrmica rufa).
Живут муравьи семьями. В гнезде рыжего лесного муравья бывает около одного миллиона жителей. Муравьи имеют три основные касты: самцы, самки и рабочие особи, являющиеся бесполыми самками. В жизни муравьев существует возрастной и кастовый полиэтизм. Под возрастным полиэтизмом подразумевают смену «профессиональной» деятельности муравьев в течение жизни. Если различные функции в гнезде выполняют муравьи одного возраста, но разных размеров и строения, то речь идет о кастовом полиэтизме.
Гнезда у муравьев очень разнообразны: моховые и земляные кочки, холмики из земляных комочков и растительных остатков. В среднем на постройку одного гнезда используется четыре-пять миллионов хвоинок и веточек.
Ориентируются муравьи в пространстве по наземным предметам, а также по свету солнца. Особую систему восприятия окружающей обстановки создают обладающие запахом химические вещества, выделяемые муравьями – феромоны.
Переговариваются муравьи друг с другом соприкосновением антенн, расположенных на голове. Так они передают различную информацию на понятном лишь им языке.
А какова роль муравьев в природе? Она огромна.
О муравьях известно как о наиболее полезных насекомых. Всем известна роль муравьев в биоценозе - ускорение разложения растительных остатков, снижение численности зимующих и стволовых вредителей, и тем самым содействие приросту древостоя. Во многих отношениях муравейник представляет собой удобный модельный объект для исследования принципов организации биологических систем, структуры популяции и ценозов и ряда важных для науки и практики проблем.
Изучение образа жизни муравейника, внегнездовой жизнедеятельности рыжих лесных муравьев мне представляется очень интересной и актуальной задачей. Муравьи разрыхляют почву, создавая условия для снабжения ее воздухом, ускоряют разложение растительных остатков и удобряют почву гумусом, уничтожают много насекомых – древоразрушителей, содействуя приросту древостоя. При этом листогрызущие насекомые составляют 90% из пищевого рациона. Муравьи – активные хищники. Они быстро переключаются на новые обильные источники пищи и таким образом могут подавлять вспышки размножения вредителей. С другой стороны, сами муравьи – прекрасная еда для певчих птиц, рябчиков, тетеревов, барсуков, лис, медведей.
Таким образом, муравьи могут подавлять очаги массового размножения вредителей. Радиус защитного действия среднего гнезда (диаметром около 1 метра и высотой купола 55 см) рыжих лесных муравьев от сосновой и других совок, пилильщиков, ряда пядениц – 30 метров, шелкопрядов и майских хрущей – 10 метров. Четыре средних гнезда на одном гектаре леса гарантируют защиту от листогрызущих насекомых – вредителей.
Кроме того, муравьи улучшают водный режим почвы и регулируют его кислотность. Под муравейником обычно она более легкая, менее кислая.
Тысячами незримых переплетенных нитей они связаны с другими живыми существами. В природе муравьиные гнезда используют кабаны и различные птицы в качестве «санитарных ванн», очищаясь таким образом от паразитов, нанося при этом вред муравейнику. Птицы не только употребляют муравьев внутрь, но и используют «снаружи». Они принимают «муравьиный душ» – купаются в муравейниках, засовывают муравьев под крылья, давят о перья. Эти «ванны» освобождают птиц от паразитов и, возможно, укрепляют здоровье – ведь лечат же ревматизм муравьиной кислотой!
Значение муравьев в природе возрастает еще и из-за того, что они являются одним из основных звеньев трофических цепей экосистем.
Сам муравейник – общежитие не только для муравьев, но и сотен различных мелких животных. И кого здесь только нет – пауки, клещи, многоножки, жуки, сверчки, гусеницы бабочек Их привлекают сюда быстрое разложение веществ, высокая рыхлость почвы, стабильная температура, подходящая влажность. Некоторые сожители поедают в муравейнике всякие отбросы, мертвых муравьев, не прочь поживиться муравьиными личинками. К таким «гостям» хозяева относятся враждебно. Однако к большинству они довольно равнодушны, а кое к кому испытывают явную симпатию. Некоторые «гости» хорошо владеют муравьиным языком и легко выпрашивают питательные капельки у сытых муравьев.
Основы питания почти всех муравьёв составляют 2 источника. Первый, это насекомые. Муравьи охотятся или собирают уже мёртвых насекомых (мух, стрекоз, и т.п.)
Второй источник – это падь – сладкое выделение тлей. Связь муравьёв с тлями – это яркий пример «сотрудничества» в мире животных. Тли снабжают муравьёв пищей, а муравьи защищают их от врагов, переносит их на свежие побеги растений, а иногда и уносят их на зиму в муравейник. Помимо этого муравьи могут питаться соком растений, нектаром, грибами, семенами. И хотя семена не являются их основной пищей, для жизни леса это очень важно. Многие лесные травы, например: фиалки, пролеска, и др. растения расселяют исключительно муравьи. Муравьи отгрызают придаток, а само семя не трогают, но переносят его при этом на большое расстояние. А в пустынях обитают муравьи, которые питаются исключительно семенами. Они поедают их целиком, но при переноске часть их теряется.
В пользе муравьев для человека не нужно никого убеждать: повышение плодородия почвы, уничтожение вредителей, увеличение численности полезных животных Не случайно человек издавна обратил на них внимание, и муравьи стали первыми насекомыми, которых люди начали использовать для борьбы с вредителями. В седую старину жители Южной Аравии переносили муравейники с холмов в финиковые рощи для защиты драгоценных пальм. И сейчас человек повышает численность и расширяет ареал муравьев, расселяя их. Такие работы ведутся во многих странах Европы. Идут они и у нас. На Украине, например, было расселено свыше 200 тысяч муравейников. Конечно, далеко не всегда операция завершается успешно. Тем не менее, результаты изучаются, по крупицам накапливается опыт.
Из яда рыжих лесных муравьев раньше получали так называемый муравьиный спирт, который использовали для натирания.
Актуальность данной темы состоит в том, что численность муравьев на единицу площади в лесах очень велика, поэтому они оказывают существенное влияние на лесную экосистему. Как было сказано выше, муравьи играют в биоценозах огромную положительную роль. Вместе с тем, муравьи испытывают негативное влияние со стороны человека, когда чаще всего разрушаются муравейники или изменяется привычная для муравьев природная среда.
Однако сегодня муравьям (в первую очередь, рыжим лесным) нужно не столько расселение, сколько охрана. Муравейники массово гибнут при рубках леса, их варварски разоряют безграмотные туристы. Вокруг населенных пунктов, вдоль дорог и туристских маршрутов, в зонах массового отдыха муравьиных гнезд становится все меньше и меньше. Если дело так пойдет и дальше, то вскоре нужно будет думать не о расселении муравьев (расселять будет нечего), а об их занесении в Красную книгу.
К счастью, некоторые приметы позволяют сохранить определенный оптимизм. С 1971 года Всероссийское общество охраны природы и Министерство лесного хозяйства РСФСР проводят операцию «Муравей». В нее включаются лесхозы и школьные лесничества. Средства массовой информации раскрывают значение муравьев. Муравейники берутся на учет, наносятся на карты, огораживаются. На Украине, скажем, изгороди появились вокруг почти 230 тысяч муравьиных гнезд, что должно защитить их от диких кабанов и неразумных отдыхающих. Запрещен сбор муравьиных куколок на корм певчим птицам. Все чаще при лесозаготовках с лесосек главного пользования муравейники вывозятся и переселяются.
В 1973 году на всей территории Российской Федерации введена материальная ответственность за разорение муравейников. Например, за повреждение муравейника с диаметром основания один метр взыскивается 20 рублей, а за разорение двухметрового муравьиного дома – 114 рублей 50 копеек. Сумма удваивается, если муравейник находился в лесах заповедника, зеленой зоны предприятия или города, в полезащитном, курортном, городском лесу.
Все эти меры – только начало большого, сложного пути, со своими проблемами и трудностями. Будем надеяться на успех. Будем беречь муравьев.
У древнегреческого историка Геродота записана легенда об огромных муравьях, добывающих из земли крупицы чистого золота. Но что такое это золото по сравнению с той действительной пользой, которую приносят муравьи природе и человеку?
Данное исследование проводится в нашей местности.
Гипотеза работы: муравьи оказывают существенное влияние на лесную экосистему.
Предмет исследования: муравейники в окрестностях города.
Объект исследования: рыжие лесные муравьи (Fjrmica rufa).
Цель работы: изучить характер поселений рыжего лесного муравья в биоценозе леса и оценить экологическое состояние леса.
Задачи:
провести картирование гнезд рыжих лесных муравьев
высчитать плотность распределения муравьев на изучаемой территории
провести эксперименты по изучению внегнездовой деятельности муравьев
выявить роль муравьев в экосистеме леса и предложить рекомендации по их охране.
Работа выполнялась в течение лета 2012 - 2013 года.
Для выполнения работы был выбран биоценоз леса, находящегося на северо-востоке села Бастаново. Рельеф участка равнинный. Климат умеренно-континентальный с умеренно теплым летом и умеренно холодной зимой. Почвы дерново-подзолистые, супесчаные. Грунтовые воды залегают на средней глубине. Видовой состав растительного мира разнообразен. На участке первый ярус принадлежит лиственным деревьям: рябина, ольха и т.д. второй ярус представлен кустарником и маленькими деревцами.
Проводимые исследования имеют практическую направленность. Нами не только исследуются экологические особенности рыжих муравьев, выясняется их важная роль в природе, но и производится охранная деятельность муравейников
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В своей работе нами применялись методы: полевые исследования (метод закладки пробных площадок, геоботанического описания, изучение почвы), работа с научно-популярной литературой, статистический метод обработки результатов, метод наблюдения, метод лабораторных исследований, метод эксперимента, измерения параметров муравьиных гнезд и протяженности троп с помощью рулетки.
Для проведения картирования гнезд муравьев необходимо на план местности нанести контуры границ биотопов, ручьи, овраги, и.т.д.; поместить и пронумеровать все встреченные муравейники на изучаемой территории. Также необходимо исследовать муравейники и все данные занести в таблицу. Кроме этого изучаются муравьиные тропы, все данные по тропам вносятся в таблицы.
Плотность поселения муравьев высчитывают по формуле: P=S/F, где S – сумма площадей оснований куполов (кв.м.), а F – площадь, занимаемая биоценозом (кв.м).
Для поведения экспериментов по изучению внегнездовой жизни муравьев была заложена пробная площадка (10х10 м) с одним или несколькими муравейниками внутри. Затем внутри пробной площадки проводились эксперименты на изучение внегнездовой деятельности муравьев.
Все наблюдения проводились в соответствии с методическими рекомендациями Харитонова Н.П. и Дунаева Е.А.. В работе нами применялись методы: полевых исследований, метод наблюдений, метод эксперимента, измерения параметров муравьиных гнезд и протяженности троп с помощью рулетки.
Исследовательская работа проводилась по плану:
1.Изучение научно – популярной литературы и определение общих особенностей объекта исследования - Рыжий лесной муравей (Formica rufa) - общественное насекомое.
2.Обследование окрестностей села Бастаново, нахождение муравейника и определение его характеристик.
3.Изучение внегнездовой жизни муравьев:
выявление способов общения муравьев с помощью феромонов и усиков, защита муравьев;
перемещение муравьев в пространстве, охотничий инстинкт.
4. Изучение муравьиных троп.
5. Проведение кратковременного лабораторного эксперимента по доказательству « социальности» муравьев.
6.Определение роли муравьев и составление рекомендаций по их охране.
7.Проведение охранных мероприятий изучаемых муравейников.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Картирование гнезд рыжих лесных муравьев
Село Бастаново находится в 10 километрах от г.Сасово исследуемый участок выбран на северо-востоке города. Нами был выбран лесной биотоп, который ограничен на севере и востоке полями, на юге лесной дорогой, на западе тропинкой, которая идет к жилым домам. При внимательном осмотре стволов и ветвей деревьев были обнаружены различные повреждения. Если сравнить современное состояние участка с прошлыми годами, можно отметить, что антропогенная нагрузка на участок с каждым годом увеличивается. Больше появляется поврежденных деревьев и в результате воздействия человека, и в результате повреждений вредными насекомыми. Осенью была произведена рубка 4 поврежденных деревьев.
На исследуемом участке, площадью 720 кв.м. было обнаружено всего 4 муравейника. Купола всех муравейников имеют колоколообразную форму.
Таблица 1
Общие данные по обследованию леса
Общая площадь леса
Количество муравейников
Величина муравейников
Количество троп
Целых
Разрушенных
Всего
Крупный
Средний
Малый
Среднее на муравейник
Общее по участку
720 кв.м.
3
1
4
1
3
-
3
14
Таблица 2
Общие данные по обнаруженным муравейникам
№ муравейников
Размер муравейников
Количество троп, отходящих от муравейника
Состояние муравейника
Диаметр основания
Высота
Площадь основания купола (кв.м)
1
105
64
0,86
4
Не нарушен
2
75
50
0,46
3
Разбросан наполовину
3
81
60
0,52
4
Не нарушен
4
60
48
0,28
3
Не нарушен
Таблица 3
Размеры муравейников на исследуемой территории
№ муравейника
Высота в см
Диаметр в см
2012
2013
2012
2013
1
55
64
100
105
2
43
50
71
75
3
52
60
77
81
4
43
48
58
60
Описание муравейника.
Как устроен муравейник?
Все муравьи, обитающие у нас в стране, живут в гнёздах. Строят они их на земле. Снаружи их можно заметить по кучкам земли. Внутри подземная галерея ведёт к камерам, которые соединены между собой. Глубина гнёзд различна от 30 см до 2-х м. Купол гнезда состоит из веточек – у него защитная функция, он защищает от дождя, ветра, снега. Внутри купол состоит из крупных веток, там поддерживается постоянная t 26-29оС. А зимуют муравьи в подземной части.
Физико–географическое положение пробной площадки, на которой расположен исследуемый муравейник.
Исследуемый участок расположен в 400 м на северо – восток от с. Бастаново. Рельеф слегка всхолмленная равнина. В травяном пологе лесов много типичных дубравных растений. Весной расцветает хохлатка, ветреница, медуница, ландыш майский и чистяк. Позже к ним присоединяются купена лекарственная, звездчатка, душица, костяника, яснотка, перловник, земляника, фиалка сомнительная. Роскошный покров образует здесь папоротник орляк. В дубравах много других трав, которых не увидишь в открытой степи: колокольчики, кипрей, горечавки, зорька, бутень, дягиль, шпажник, смолевка, марьянник. Видовой состав растительного мира разнообразен, доминирующие виды – дуб, осина, береза, подрост представлен осиной, терном, травянистый покров гораздо выше и гуще вокруг муравейников и состоит в основном из растений, требовательная к плодородию почв, но в тоже время способных произрастать на кислых почвах: ковыль на открытых участках, полынь, земляника лесная, крапива обыкновенная. Травяной покров в кустарниковых зарослях представлен лугово-степным разнотравьем: душицей обыкновенной, кровохлебкой лекарственной, шалфеем степным, подмаренником настоящим, васильком русским с примесью ковыля красивейшего, костра безостого и других злаков. Почвенный покров чернозёмы. По механическому составу наибольшее распространение получили тяжелосуглинистые почвы, среднесуглинистые.
Исследуемый объект – муравейник.
Наиболее крупный муравейник №1 располагается с южной стороны дерева под дубами. Пологая часть муравейника находится с южной стороны. Рядом с ним на расстоянии 4 м расположены еще 3 муравейника, более низкие, но с таким же крутым куполом.
Весь муравейник № 1 пронизан ходами (особенно в середине и сверху), по которым муравьи таскают наружу мелкий строительный материал: древесные и травянистые частицы, веточки, чешуйки, травинки, листья.
Результаты исследования почвы.
Таблица 3.Сравнительная таблица характеристик почвы вдали и у муравейника.
Признаки
Показатели возле муравейника
Показатели вдали от муравейника
Структура
Структурная
Менее структурная
Механический состав
Легкий суглинок
Средний суглинок
Степень утоптанности
слабо утоптанная около муравейника (лопата при сильном ударе вошла в почву на глубину 5 см.
почва среднеутоптан-ная, т.к. лопата вошла в землю на глубину 3,5 см.
Влажность
увлажненная
свежая
Температура
24єС
22єС
Кислотность
Кислая(изменение цвета лакмусовой бумаги на красный)
слабо кислая
Анализ таблицы.
По данным таблицы почва у муравейника более структурная, лучшего механического состава, более рыхлая, влажная, следовательно и более плодородная. Температура почвы у гнезда выше, чем в дали. Это объясняется прежде всего тем, что внутри самого муравейника температура более высокая, чем снаружи, соответственно и почва также прогревается.
Кислотность почвы у муравейника также повышенная.
Вывод: в естественных биоценозах, гнёздостроительная деятельность муравьев, имеет важное почвообразующее значение:
Прокладывая ходы гнезда, муравьи рыхлят почву и облегчают доступ воздуха к корням растения. Кроме того, муравьи выделяют экскременты, заносят в гнездо различные органические остатки, и тем самым обогащают почву углеродом, азотом, калием, фосфором и многими микроэлементами, тем самым делая почву более плодородной.
В гнездах формируется специфическая среда, которая способствует более быстрому разложению попадающих в гнездо растительных остатков, повышению биологической активности почв, т.к. при более высокой, чем в окружающей почве, температуре гнезда лучше развивается в муравейнике микрофлора - бактерий, грибы. Разложение ускоряется в десятки раз.
Поэтому исследуемое гнездо рыжих лесных муравьев диаметром более 1 м является «фабрикой плодородия» и настолько мощной, что в состоянии оказать серьезное влияние на рост не только произрастающих непосредственно у муравейников трав и кустарников, но и деревьев, достаточно удаленных от муравейника.
Муравьиные дороги
Существует определённая связь между живой силой муравьиной семьи численностью населения муравейника и размером, площадью кормового участка, обилием пищи на нём и распределением этой пищи. В пору массового размножения каких-нибудь насекомых, потребляемых муравьями, площадь кормового участка заметно сокращается, а по мере обеднения территории в кормовом отношении вновь возрастает.
Но высота и объём гнездового купола на муравейнике не всегда отражают силу семьи и дают правильное представление о её возрасте. Правильнее судить о численности населения муравейника и его возрасте по состоянию и протяженности муравьиных дорог и интенсивности движения на этих дорогах, но, разумеется, с учетом и других сопутствующих обстоятельств.
Дороги вокруг муравейников формировались годами. Система дорог вокруг муравейника не просто «вытоптаны» лапками несчетного числа пробегающих здесь фуражиров, но и расчищены, выровнены, спрофилированы, а на отдельных участках иной раз даже тоннелированы.
Это говорит о том, что муравьям более поздних генераций достаётся в наследство от предшествовавших поколений уже сложившаяся сеть дорог, которую приходится только подновлять и поддерживать в порядке. Да и приведение в порядок гнезда после зимовки тоже требует значительно меньше затрат живой силы семьи, чем новое строительство. Все это в конечном счете способствует повышению коэффициента полезной деятельности рабочих муравьёв и, особенно, фуражиров из семей, обитающих в старых гнёздах: каждый кубический дециметр гнезда, каждый погонный метр муравьиных дорог обходится старому муравейнику дешевле, а это высвобождает активность рабочих муравьёв для рейдов фуражиров за добычей.
Проведенные наблюдения за тропами, по которым осуществляется движение муравьиных потоков на изучаемой территории, показали следующее. Большая часть троп соотносится кормовым, поскольку по ним муравьи транспортируют пищу. Тропы проложены в основном к стволам деревьев, имеющих следы повреждений различными вредителями, к скоплениям сучков и веточек, листового опада. Максимальное движение на тропах отмечается в дневное время.
Таблица 4
Характеристика муравьиных троп
№ тропы
(№ муравейника)
Назначение тропы
Длина тропы (м)
Место окончания тропы
1 (№1)
Перенос корма и строительного материала
12,7
На деревьях
2 (№1)
Перенос корма и строительного материала
8,3
На земле
3 (№1)
Перенос корма и строительного материала
16,4
На земле
4 (№1)
Перенос корма и строительного материала
14,5
На пне
5 (№2)
Перенос корма и строительного материала
10,5
На земле
6 (№2)
Перенос корма и строительного материала
7,9
На дереве
7 (№2)
Перенос корма и строительного материала
9,4
На земле
8 (№3)
Перенос корма и строительного материала
13,5
На земле
9 (№3)
Перенос корма и строительного материала
8,7
На земле
10 (№3)
Перенос корма и строительного материала
11,2
На дереве
11 (№3)
Перенос корма и строительного материала
9,5
На дереве
12 (№4)
Перенос корма и строительного материала
7,4
На земле
13 (№4)
Перенос корма и строительного материала
6,2
На земле
14 (№4)
Перенос корма и строительного материала
5,4
На дереве
Таким образом, картирование гнезд рыжих лесных муравьев показало, что на исследуемом участке зафиксировано 4 гнезда, из них одно гнездо частично нарушено. Один муравейник относится крупным, три – средним. От каждого гнезда отходят муравьиные тропы, которые используются для переноса корма и строительного материала. Кроме этого в нашем случае все муравейники являются опорными, так как три муравейника расположены возле деревьев, а один муравейник, который находится в стадии построения возле пня. Все муравейники строящиеся, что доказывает изменение высоты и диаметра муравейников за время наблюдения.
Плотность поселения муравьев
Математические расчеты плотности поселения муравьев показали, что на исследуемом участке плотность составила 2,23, что соответствует формуле:
Р=2,12кв.м./0,72 кв.м.
Также можно вычислить достаточно ли муравейников на исследуемой территории для профилактики подавления вредных насекомых. По норме в хвойном лесу на 1 га должно быть 4 муравейника. В нашем случае на 720кв.м. имеется 4 муравейника, один из которых частично разрушен. Значит, в нашем лесу можно сказать, что по норме муравейников достаточно, но все большее количество зараженных деревьев говорит обратном.
Эксперименты по внегнездовой деятельности муравьев
В качестве эксперимента по изучению внегнездовой деятельности муравьев нами были проведены три эксперимента.
1) количественный учет истребляемых муравьями животных
2) закономерности суточной активности муравьев
3) изучение терморегуляции внутри гнезда.
Для изучения количественного учета истребляемых животных необходимо было собрать добычу муравьев за 15 минут три раза в день (утром, в полдень и вечером) на одной из муравьиных троп.
Для выполнения экспериментов был выбран муравейник №3 и тропа №10.
Таблица 5
Количественный учет истребляемых муравьями животных
№ муравейника
№ тропы
Время наблюдений
Продолжительность сбора
Количество отобранных у муравьев насекомых
Месяц, число
Часы, минуты
Всего
Полезных
Вредных
Не определенных
3
10
20.07.
9.00
15 мин
25
5
19
1
3
10
20.07.
13.30
15 мин
65
9
53
3
3
10
20.07
18.00
15 мин
38
4
33
1
Из таблицы можно сделать вывод, что большинство истребляемых муравьями животных относится к вредным. Пик истребления животных приходится на полдень.
В муравейнике нет внутри гнездовых приёмщиц, и фуражиры неспособны сообщать сестрам по гнезду какой и где их ожидает вокруг гнезда корм. В дни, когда гусениц много, охотники, подгоняемые наличием добычи, изо всех сил доволакивают её до порога дома, втаскивают на купол гнезда и, бросив здесь, спешат в обратный путь. Проходит час-другой и бывший поутру рыжим купол начинает зеленеть, а спустя какое-то время покрывается сплошным слоем убитых или только оглушенных ядом гусениц. Некоторые ещё словно шевелятся, или их сдвигают с места снующие вокруг муравьи.
Нам довелось один раз видеть порядочный по размерам купол муравейника от макушки до подножия, да и вокруг основания, сплошь засыпанный тысячами брошенных как попало трупов гусениц, что имеет представление о подлинных масштабах побоища, бесшумно совершаемого населением муравейника в летний день.
Суточная активность муравьев зависит от температуры. По нашим наблюдениям муравейники просыпаются в основном, когда температура весной подходит к положительным отметкам. Именно тогда открываются ходы в муравейнике и начинаются появляться на куполе муравьи. Данная активность в дальнейшем нарастает и продлевается практически до конца сентября, начала октября. В зависимости от температуры в разные годы. Также мы заметили, что муравьи покидают муравейник только после того, как температура становится выше +5 градусов.
Нами были проведены исследования зависимости суточной активности муравьев от температуры воздуха
Таблица 6
Суточная активность муравьев 03.07.2013
Часы наблюдений
Количество штук (за минуту)
8
2
10
9
12
10
14
18
16
12
18
11
20
12
Для сравнения во время наблюдений мы выбрали пасмурный день 12.07.2013, так как 03.07.2013 был солнечным днем.
Таблица 7
Суточная активность муравьев 12.07.2013
Часы наблюдений
Количество штук (за минуту)
8
0
10
4
12
8
14
12
16
10
18
7
20
3
Таким образом, можно говорить о том, что состояние облачности также влияет на активность муравьев.
Для изучения терморегуляции внутри гнезда мы провели следующий эксперимент. Мы окрасили гуашью часть купола муравейника в красный цвет. Рядом, на расстоянии около 1,5 метра от муравейника, насыпали ведро мелких веточек. На следующий день мы не обнаружили красного цвета на муравейнике. Высыпанные веточки рядом с муравейником не изменились. Это говорит о том, что муравьи все время перекладывают строительный материал муравейника с поверхности муравейника в нижние этажи. Скорее всего, это необходимо для того, чтобы в муравейнике не было сырости и внутренние камеры оставались сухими.
Все исследования вне гнездовой жизни муравьев говорят о том, что муравьи полезные насекомые, так как основой их пищи являются вредные насекомые. Значит, муравьи являются биологическим оружием с вредными насекомыми. Пик суточной активности муравьев приходится на полуденное время в ясные дни, когда лес прогревается. Так же муравьи постоянно просушивают свое жилье и не дают ему отсыреть.
Эксперимент «Защита муравьев»
Когда мы слегка пошевелили веточкой муравейник, потревоженные муравьи приняли оборонительную позу. Подержав над муравейником ладонь, мы почувствовали жжение и запах муравьиной кислотой. Потом мы подержали синюю лакмусовую бумагу и она стала красной, следовательно муравьи «выстреливают» из резервуара струйку жидкости, состоящей главным образом из смеси муравьиной кислоты и других углеводородов. Муравьиная кислота – это яд, которым муравьи защищаются и убивают добычу. Значит, таким образом муравьи защищают себя и свой муравейник.
Эксперимент «Выявление способов общения муравьев с помощью феромонов и усиков»
Эксперимент с подсадкой муравьёв из другого муравейника.
Мы подсаживали муравьев на тропу рядом с муравейником и на муравейник по 5 особей в каждом случае. Опознание чужака происходило только при непосредственном контакте особей (взаимное ощупывание усиками). Реакция муравья непосредственно вступавшего в контакт с чужой особью поддерживали 2-3 муравья находящихся непосредственно в близости от зоны конфликта. Чужая особь атаковала не всегда, в большинстве случаев ей давали удрать. Чужих муравьёв подсаженных на тропу атаковали и уничтожили в 8 случаев. В 20см от купола муравейника вне тропы, движение муравьев внешне более хаотичное, что до некоторой степени препятствует прямым контактам особей. Здесь было опознано и уничтожено 10% чужаков. При подсадке особей из другой семьи на купол муравейника процент убитых составило 50%.
Эксперимент с перемещением муравьёв с одной тропы на другую являлся контрольным по отношению к первому.
Мы взяли 5 муравьев с муравьиной тропы, которая ведет от муравейника, на него не нападают даже в том случае, если он взят очень далеко от муравейника. Это говорит о том, что муравьи отличают обитателей своего муравейника от пришельцев того же вида.
Эксперимент на общение усиками.
Взяв осторожно пинцетом одного из муравьев (рабочий муравей) и обмакнув его брюшко в корректирующую жидкость (штрих), отправила обратно на поверхность муравейника. Один из его сородичей заметил «незнакомца» и засуетился- побежал сообщать всем о возможной опасности, передавая информацию с помощью заветных усиков, скрещивая свои усики с усиками сородича: информация была передана и несколько муравьев побежали к «мнимому врагу». Подбежав к нему, незнакомец сделал несколько движений своими усиками и был узнан своими сородичами. После этого они подошли к пострадавшему и старательно стали счищать с брюшка это незнакомое белое вещество.
Вывод: Основной способ общения муравьев друг с другом - это особые химические вещества - феромоны, но общаются они также с помощью своеобразных антенн – усиков.
Эксперимент «Перемещение муравьев в пространстве, охотничий инстинкт»
Эксперимент на охотничий инстинкт
мы подкладывали добычу (гусениц) на определенное расстояние от тропы и от муравейника. В результате получилось следующее: чем ближе добыча с тропы или муравейника, тем быстрее и больше особей её обнаруживают. Различия в сроках обнаружения у тропы объясняются различными расстояниями.
Эксперимент на обнаружение препятствий
Положили доску 40г 10г 1,5см на тропу в разные положения и проверяли реакцию муравьёв. Ожидалось, что, новый субстрат, не имеющий запаха муравьиной тропы, вызовет исследовательскою реакцию и на восстановление тропы будет затрачено какое-то время. Однако этого не произошло. Доску расположенную как в вдоль, так поперёк тропы муравьи проходили без задержки. Доску поставленную на ребро, после кратковременного исследования муравьи обошли и вернулись на тропу.
Вывод: при использовании знакомой тропы насекомые используют не только обоняние, но и способность к ориентации. Древесные предметы появляющиеся на тропах большой неожиданностью не являются (запах древесины им знаком). Препятствия с высокими вертикальными стенками муравьи избегают, демонстрируя способность к навигации.
Кратковременные лабораторные исследования
« социальности» муравьев.
Мы поместили муравьев в разные пробирки. Через несколько дней мы увидели, что те, которые сидят по трое, нарыли больше песка, чем одиночные. Еще через несколько дней все одиночные умерли, а остальные были живы. Так мы узнали, что больше живут те муравьи, которые находятся вместе, а один муравей долго не проживет. Фактически муравей несамостоятельный организм. Одиночных муравьев в природе нет и проведенный нами опыт доказал « социальность» муравьев. Возникновение муравьев неразрывно связано с возникновением семьи (сообщества, общины) этих насекомых. Семья постоянное, многолетнее объединение отдельных насекомых, взаимодействующих друг с другом, зависящих друг от друга и от общины в целом. Связь муравья с семьей столь велика, что изолированный одиночка неизбежно погибает.
Выявление роли муравьев в экосистеме
В ходе наших исследований мы определили, что рыжие лесные муравьи являются неотъемлемым звеном в экосистеме. Они являются основой биологического лесозащитного комплекса от насекомых-вредителей. Прокладывая свои гнезда, муравьи рыхлят почву и облегчают доступ воздуха к корням растений, обогащают почву углеродом, калием, азотом и другими элементами. Это подтверждается тем, что даже в хвойном лесу возле муравейников можно обнаружить не мхи и лишайники, а злаковые растения. Поэтому муравейники повышают продуктивность леса.
Состояние леса, в котором проходило исследование, является удовлетворительным. На состояние в основном влияет антропогенный фактор.
Результаты исследований показали несомненно благоприятное влияние муравьев на окружающую среду. Наши маленькие открытия подтвердили многолетние исследования, описанные в литературе.
Непосредственное влияние муравейника:
уничтожение вредителей и листвы;
обогащение почвы гумусом, К, N, P, Mg в доступных для растений формах;
увеличение численности насекомоядных птиц;
возобновление требовательных к почве лесных пород.
Опосредованное влияние муравейника:
снижение численности стволовых вредителей;
увеличение прироста древостоя;
сохранение прироста крон деревьев в очагах вредителей;
повышение продуктивности леса;
повышение биологической устойчивости насаждений.
Таким образом, работая с лесными рыжими муравьями, мы убедились в их биосферной роли в поддержании устойчивости экосистемы леса, плодородия почвы и пришла к выводу, что их надо беречь и охранять. Нами составлены рекомендации по охране муравьев, которые мы пропагандировали среди учащихся школы и жителей села:
Соблюдай правила поведения в лесу.
Не разоряй муравейник - муравьи это санитары леса, они приносят много пользы
Не оставляй в лесу мусор, в замусоренный лес ты не захочешь больше прийти, а кроме того:
Оставленная мусор может загореться от ярких солнечных лучей и устроить пожар;
целлофан и полиэтилен долго не разлагаются.
Не разжигай костёр вблизи муравейника.
Не оставляй костёр не потушенным.
Оставляй место своей стоянки в таком виде в каком ты хотел бы застать его в следующий свой приход.
ВЫВОДЫ
В ходе проведенного исследования мы изучили характер поселений рыжего лесного муравья в биоценозе леса и определили экологическое состояние леса:
1. Было проведено картирование 4 гнезд рыжих лесных муравьев
2. Высчитана плотность распределения муравьев на изучаемой территории, которая составила 2,12. Можно сказать, что в нашем биоценозе муравейников достаточно, для соблюдения экологического благополучия и регулирования численности вредных насекомых
3. Проведены эксперименты по изучению внегнездовой деятельности муравьев, которые заключались в учете истребляемых муравьями животных, суточной активности муравьев и изучении терморегуляции внутри гнезда, особенности строения муравейника рыжих лесных муравьёв, пищевой рацион рыжих лесных муравьев, активность перемещения муравьёв по тропам, оказана «социальность муравьев».
4. Выявлена положительная роль муравьев в экосистеме леса и предложены рекомендации по их охране.
Гипотеза, выдвинутая в начале работы, подтвердилась, муравьи действительно оказывают огромную положительную роль на экосистему леса.
Польза или вред?
В природе не бывает вредных и полезных муравьёв. Любой вид либо вреден, либо полезен для человека. Муравьи – жнецы, полезны в целинной степи – расселяют семена растений, но вблизи зернотоков, где обмолачивают зерно – они вредят.
В садах поселяются рыжие муравьи. Они на плодовых деревьях разводят тлей. В результате листья и побеги яблонь, груш сильно повреждаются – ведёт к потерям урожаев, а иногда и гибели деревьев. На лугах муравейники мешают скашиванию травы. А вот в лесах польза от муравьёв велика - они уничтожают насекомых, которые имеются в больших количествах, например, гусеницы, жуки-короеды. Лес, в котором живут муравьи более здоровый. Поэтому работники лесного хозяйства занимаются охраной и разведение лесных муравьёв – они являются санитарами леса.
Вряд ли найдется человек, который хоть раз не останавливался возле муравейника, завороженный таким далеким и в то же время необъяснимо близким нам миром этих удивительных насекомых.
А что могут сделать муравьи для защиты дуба одной из самых ценных древесных пород в наших лесах?
Известен случай, когда во время вспышки массового размножения такого опасного врага дубов, как листовертка, лес на большом пространстве оказался сильно поврежденным, а участок примерно в 20 гектаров 120-летнего дуба остался цел и невредим благодаря тому, что на гектар приходилось в среднем до десяти муравейников.
Молодые гусенички листовертки ускользают каким-то образом от муравьиных охотников, зато гусеницы, успевшие подрасти, и куколки неистово ими уничтожаются.
До куколок муравьи добираются, проникая в искусно сплетенный созревшей гусеницей листовой мешок, выстланный и прошитый поверху шелковой паутиной. Куколки дубовой листовертки подвижны. Хвостовой частью тела они производят вращательные движения и таким способом подготовляют «окно» для выхода бабочки.
Этим окном и пользуются муравьиные охотники, извлекая из листового мешка куколку или даже уже готовую к вылету бабочку.
Во всяком случае, так все это можно было себе представить на основании наблюдений, проведенных в Воронежском государственном заповеднике, где на муравьиных тропах разложены были в качестве приманок собранные с дубов листовые мешочки.
Они разрывали паутину куколок в запечатанных мешочках, проникали в открытые куколками окна и извлекали добычу. Подсчеты показали, что муравьи уничтожили таким образом примерно три четверти куколок на модельных деревьях.
Скрытноживущие в стволах и под корой деревьев вредители, например короеды, от муравьёв ущерба не терпят. Но в лесах, где много муравейников, водится больше и дятлов, которые подкармливаются муравьями, и легко управляются с вредителями, живущими скрытно.
иногда может показаться, что муравьи охотятся только на земле, так как фуражиры не спускаются с деревьев с добычей, но такое впечатление будет обманчивым. Добыча крупных размеров подвергается атаке в кроне деревьев и падает на землю, где муравьи приканчивают её и затем уносят в гнездо.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключение работы хотелось бы отметить, что рыжие лесные муравьи – основа для биологического лесозащитного комплекса. Они являются звеном регулирующим плотность большинства полезных насекомых. В результате прямого воздействия муравьев на лес сохраняется древостой и обеспечивается продуктивность леса.
Так как муравьи являются реальной основой для биологического лесозащитного комплекса, необходима охрана муравейников на исследуемой территории.
Данная работа вызвала огромный интерес, поэтому в дальнейшем планируется расширить работу по более полному изучению внегнездовой жизнедеятельности муравьев. Кроме этого хотелось бы попробовать расселить муравьев с целью увеличения количества муравейников на данном участке, чтоб улучшить экологическое состояние леса.
На садовых растениях муравьи появляются там, где завелась тля. Муравьи питаются сахаристыми выделениями тлей, защищают их, своих кормильцев, от хищных насекомых и паразитов, переносят тлей на соседние растения и тем самым способствуют улучшению их питания и расселению. Но этот вред от муравьев с лихвой окупается их полезной деятельностью. Муравьи способствуют опылению раноцветущих растений, когда в саду не хватает шмелей, пчел, ос. Они истребляют слизней, многих вредных насекомых, особенно их гусениц. Муравьи способствуют повышению плодородия почвы, увеличивая в ней запасы перегноя. Кроме того, муравьи являются кормом для многих птиц. Не истребляя муравьев (с помощью инсектицидов), их муравейники можно отвадить от садового участка. Надо полностью избавиться от тлей и червецов, опрыскивая деревья и кустарники различными средствами, например, растворами хозяйственного мыла, настоями трав. Можно попробовать отпугнуть муравьев, как это делают пчеловоды, раскладывая на участке свежую ботву полыни.
За всю историю существования советской, больше того, вообще русской ежедневной прессы слово «муравей» не появлялось так часто в колонках и заголовках газет. А уж фотографий муравейников уже за три-четыре месяца 1971 года было напечатано больше, чем за все время, прошедшее после первопечатника Ивана Федорова. Газеты активно разоблачали вредную деятельность сборщиков «муравьиных яиц» (как именуются в просторечии коконы окуклившихся муравьёв, добываемых для кормления пернатых и рыб), сборщиков «муравьиного спирта» (которые не столько спирта добывают, сколько муравьёв губят) и, наконец, тех, о которых Леонид Максимович Леонов писал в известной своей статье «О природе начистоту»:
«В пригородных лесах вы уже не найдете ни одного не изуродованного муравейника. Идёт по лесу этакий взрослый, вроде как бы номенклатурный дядя, а увидал муравейник на пути, просиял вдруг и раз, проковырнул его посошком до дна для забавы, получая удовольствие от великой муравьиной суматохи, ничем не меньшей, чем у людей после основательной бомбежки. А невдомек дураку, что один такой муравейник за летние сутки уничтожает тысячи вредных насекомых»
Интересные факты о муравьях
- Муравьи самые древние насекомые на Земле. Окаменелости муравья были найдены более чем 100 млн. лет тому назад.
- Муравей сильнее слона, ведь он может поднять груз много больше своего веса.
- Когда выпадает свободная минута, рабочие муравьи «играют», хватают друг друга лапками и катаются по земле.
- Муравьи способны отличать своих «братьев» от чужих, благодаря запаху, который вырабатывают специальные железы.
- Иногда запасы зерна у муравьёв могут доходить до 50 кг. При этом оно не загнивает в гнёздах, потому что они его тщательно просушивают на солнце.
- В Южной Америке живут бродячие муравьи, Они передвигаются колоннами, сметая всё живое, что встречается у них на пути, даже ящериц и змей.
Почему интересны муравьи? Прежде всего своим сложным поведением. Их уму можно позавидовать! Основным примером для подражания является забота о своей семье, королеве – самке, о своем потомстве и друг о друге. Каждый муравей выполняет свой, определенный вид работы. Их отношение к труду поражает, муравьи - самые трудолюбивые существа в мире!
Помимо трудолюбия, большой интерес вызывает ум муравьев, их способность обучаться и учить других, организовывать свой труд, делиться на разные профессии, использовать полезные для них способности окружающих насекомых.
Муравей попал в капельку росы
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Захаров А.А. Муравей, семья, колония, М.: Наука, 1978
Длусский Г.М. Муравьи рода формика, М.: Наука, 1967
Дунаев Е.А. Муравьи Подмосковья. Методы экологических исследований М.:МГСЮН, 1997
Русских Р.Д. Лесные робинзоны, Ижевск: Удмуртия, 1973
Харитонов Н.П., Дунаев Е.А. Изучение внегнездовой жизни муравьев. Методическое пособие по выполнению учебно-исследовательской темы, М.: МГДПиШ, 1992
Длусский Г.М., Букин А.П. Знакомьтесь: Муравьи! Москва, 1986.
Захаров А.А. Экология муравьёв. Наука, 1981.
В мире дикой природы. ООО «И.М.П.», 2007.
Экология/ Школьная энциклопедия. Русич, 2001.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Карта исследуемого участка
Приложение 2
Схема исследуемого биоценоза
Приложение 3
Рисунок 1
Муравьи строят самые крупные и заметные муравейники рыжевато-бурые холмики, обычно «прислонившиеся» к дереву или пню. На первый взгляд муравейник больше всего похож на кучу растительного мусора из хвоинок и мелких веточек.
Опорный муравейник
весь муравейник пронизан ходами
полуразрушенный муравейник
Наличие вокруг муравейника густой растительности говорит о благоприятных для произрастания почвенных условиях
Почвообразующая деятельность муравьев происходит и при сооружении гнезда. Перемешивание почвы происходит при рытье ходов, при котором муравьи поднимают частицы почвы из нижних горизонтов на поверхность. Одновременно улучшается доступ воздуха к корням растений.
Исследуемый муравейник в диаметре составляет 95 см, высотой 25 см, что позволяет сделать вывод о возрасте в 7-8 лет
Рисунок 35