ВЛИЯНИЕ УБОРКИ ЛИСТОВОГО ОПАДА
НА ПОЧВЕННУЮ МЕЗОФАУНУ
Выполнила работу:
Темникова Дарья Михайловна,
ученица 9 класса «Н»
ГБОУ Школа №2033
Руководители:
Киричок Елена Ивановна,
педагог дополнительного образования
Центра «На Донской»
ГБПОУ «Воробьевы горы»
Воронова Галина Андреевна,
учитель биологии
ГБОУ Школа №2033
Москва 2019
Оглавление
1. Введение…………………………………………………………………….3
2. Обзор литературы…………………………………………………………..4
3. Методика работы…………………………………………………...............8
4. Результаты и обсуждения…………………...……………………………10
5. Оценка экологических рисков
6. Выводы
7. Список литературы
8. Приложение
Введение
Городские парки, особенно крупные массивы, играют огромную роль в создании благоприятной экологической обстановки. С каждым годом в крупных городах уменьшаются площади зеленых зон, например парков, что является причиной ухудшения состояния атмосферного воздуха.
Продуктивность растений в парках зависит от плодородия почвы, а плодородие, в свою очередь, связано с благоприятными условиями обитания почвенных животных. Однако при усиливающемся антропогенном влиянии в парках, при систематической уборки листового опада ради аккуратности города и эстетики газонов население мезофауны может меняться и сокращаться. Это может привести к снижению продуктивности растений парков.
Нами был проведен мониторинг работ по данной тематике и оказалось, что полных исследований по этой теме мало. Кроме того, нет четкого понимания и объяснения значения листового опада в зеленых зонах города.
Поэтому мы поставили перед собой цель выявить влияние листового опада на почвенную мезофауну, участвующую в почвообразовании.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи.
1. Собрать полевой материал на двух участках.
2. Определить животных с помощью определителя.
3. Выявить различия состава почвенной мезофауны на двух участках.
4. Определить экологические риски при условии снижения биомассы и биоразнообразия почвенной мезофауны.
Этапы проекта включали в себя изучение влияния листового опада на мезофауну почвы и разработку решения выявленной проблемы.
Гипотеза. Наша гипотеза состоит в том, что при уплотнении почвы из-за антропогенного воздействия снижается биомасса, видовое разнообразие почвенной мезофауны, ее численность и плотность, что приводит к снижению плодородия почвы. Можно предложить методы для снижения уплотнения почвы в городских парках.
Обзор литературы
Почва – это преобразованный в результате почвообразовательного процесса верхний слой материнской горной породы. (Т.С. Бибик, 2013)
В. В. Докучаев, великий почвовед, дал следующее определние почвы: это естественное тело, образовавшееся под воздействием климата и живых организмов на геологической породе (Гиляров, 1985).
Ученики В. В. Докучаева, Г. Н. Высоцкий и Н. А. Димо, подробно изучали роль животных как фактора почвообразования. Так в 1899 году Высоцкий показал, что почвенные животные, в частности дождевые черви, обеспечивают зернистую структуру почвы (Гиляров, 1985).
Почвы обладают важнейшим качественным свойством – плодородием, то есть способностью удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности. В земледелии давно известно, что наиболее плодородны те почвы, которые богаты гумусом. Гумус - аморфное органическое вещество, которое образуется в почве в результате микробиологического и физико-химического преобразования органических соединений растительного и животного происхождения. Процесс образования гумуса называют гумификацией. Именно в гумусовых горизонтах почв концентрируются элементы, необходимые для жизни растений, - фосфор, азот, калий, магний и другие. Почвенные животные играют важную роль в образовании гумуса за счет деструкции растительных остатков. Еще современник В.В. Докучаева профессор П.А. Костычев показал, что именно деятельность животных в почве способствует превращению гниющих листьев в аморфный перегной. Разложение же одними только микроорганизмами длилось бы в 2-3 раза медленнее. (Мишустин, 1984)
Растительная органика по своему химическому составу является хорошим удобрением. Отмирающие растения возвращают в почву минеральные соли, которые ранее забрали, но происходит это путем сложных превращений мертвой органики, через ее разложение. Почвенные животные перерабатывают мертвые растительные остатки, очищая от них почву, пропуская через кишечник растительные ткани, размельчают их и тем самым делают их доступными для микроорганизмов (Стриганова, Козловская, 1985).
Известно, что механически разрушают растительный материал в почве только животные. В процессе такого разрушения многократно увеличивается поверхность растительных тканей, доступная для микроорганизмов. Таким образом, животные одним лишь механическим воздействием на растительные остатки стимулируют процессы химического разложения, осуществляемые микрофлорой. В разных типах почв животные поедают от 20 до 100 процентов массы растительных остатков, ежегодно поступающих в почву в виде опада. (Мишустин, 1984).
Также почвенные животные создают систему ходов в почве, обеспечивая доступ воды и воздуха к корням растений, постоянно перепахивают почву, вынося наверх частицы из нижних слоев, рассеивают экскременты по поверхности и в толще почвы, разнося при этом и микробов, создавая благоприятные очаги для их размножения и деятельности. Многие из почвенных животных могут разлагать органические ядохимикаты, применяемые в сельском и лесном хозяйстве (Гиляров, 1985).
По характеру питания среди почвенных животных различают: 1) хищников, 2) паразитов, 3) некрофагов - тех, кто питается трупами животных, 4) сапрофагов - тех, кто питается разлагающимися остатками растений, 5) фитофагов - потребителей живых тканей растений (Гиляров, 1985).
В последние годы объектом исследований ученых все чаще становится почвенная мезофауна. Мезофауна – понятие из классификации фауны по размерам. К мезофауне относятся сообщества животных средних размеров – от 0,5 до 10 мм. Наибольшее значение в почве, и соответственно для ученых, имеют дождевые черви, многоножки, насекомые.
Почвенная мезофауна очень чувствительна к изменениям экосистем. Например, установлено, что на пойменных лугах количество почвенных беспозвоночных растет при увеличении разнообразия растительности (Веремеев, 2009).
Чувствительность почвенной мезофауны к нарушениям устойчивости среды её обитания может использоваться в диагностике состояния почвенных экосистем (Емец, 2014). При рассмотрении почвенной мезофауны в целях биоиндикации учитывают такие показатели, как численность, встречаемость, биоразнообразие почвенных беспозвоночных (Соколова, 2010). Так, установлено, что распределение комплексов дождевых червей тесно связано с физико-химическими свойствами почвы (влажность, тип почв, массовая доля органического вещества) (Соколова, 2010).
Использование почвенной мезофауны в качестве биологического фактора обусловлено еще и тем, что крупные почвенные беспозвоночные сравнительно легко учитываются при ручной разборке проб почвы, метод почвенных раскопок и ручной разборки почвенных проб хорошо разработан (Гиляров, 1975).
В связи с вышесказанным ученые все чаще изучают влияние различных факторов на почвенных животных, а следовательно и на всю экосистему в целом. Многие работы посвящены исследованию антропогенного влияния на почвенную мезофауну. Так, установлено, что при закладке автомобильных дорог и троп нарушается структура почвы и разрушаются естественные растительные сообщества, что ведет к снижению биологического разнообразия почвенной мезофауны (Чумаченко, Дьякова, 1985).
Рассматривалось влияние лесных пожаров, рубок леса и рекриации на динамику почвенной мезофауны (Дорохов, Шелухо, 2014). В ходе данной работы было обнаружено, что при нарушении растительного покрова сначала снижалась численность мезофауны, а затем и уменьшение численности и исчезновение групп животных, обитающих в подстилке и поверхностных слоях почвы.
Публикаций, которые касаются влияния уборки листового опада на почвенную мезофауну не обнаружено. Однако есть работы, описывающие почвенно-зоологические исследования в еловых, сосновых и березово-осиновых лесах Республики Коми, в результате которых установлено, что наиболее высоким разнообразием мезофауны характеризуются березово-осиновые леса. В остальных лесах выявлено в два-три раза меньше видов. Различия в видовом разнообразии исследователи связывают с мощностью лесной подстилки и гумусового слоя. В березово-осиновых лесах листовой опад создает микростанции, благоприятные для обитания многих видов беспозвоночных (Долгин, Колесникова, Конакова).
С учетом того, что опад является источником питательных веществ для многих организмов-сапрофагов, можно предположить, что такое нарушение экологических связей как систематическая уборка листового опада в парках может привести к перестройке комплекса почвенных животных.
Методика работы
Сбор почвенных проб и мезофауны длился в период с 10.11.2017 по 12.11.2018 в частном секторе г. Мытищи, на территории бывшей старинной усадьбы, где находилась дача московской знати. Там в начале XX века были посажены липовые аллеи, сосны. Во время Великой Отечественной войны часть сосен была спилена, а в 50-х годах на одном из участков был посажен сад из яблонь, слив, вишен, также посажены кусты смородины и крыжовника.
Участок поделен на два – на одном расположен сад, на другом – газонно-парковая часть с липовой аллеей, к которой после расширения дороги примыкает забор. На обоих участках весной в изобилии растут эфемероиды – пролеска сибирская, крокусы, галантусы, а летом аспект меняется. На газонно-парковом участке вырастает газон из злаков, а в саду – доминирует сныть, встречается гравилат и недотрога мелкоцветковая.
Эти два участка мы выбрали как модельные. На газонно-парковом участке (Приложение 3, рис. 1) листья собираются с газонов и убираются в компост, а под липами сохраняются. В саду листья сгребают в кучи у стволов деревьев, а межкронном пространстве листьев практически не остается.
На каждом участке мы брали 2 типа проб в трех повторностях: парк\сад без листьев, парк\сад с листьями. Разбивались площадки размерами 25*25см.
При сборе материала использовался стандартный метод раскопки и ручной разборки проб почвы. На площадках собиралась подстилка, из которой выбирали все заметные невооруженным глазом беспозвоночные, производили послойные раскопки: от поверхности до глубины 10 см, от 10 до 20 см и от 20 до 30 см.
Беспозвоночные из подстилки и каждого почвенного слоя собирались в бюксы, затем взвешивались и фиксировались. При определении беспозвоночных использовали бинокуляр, осветитель, «Определитель обитающих в почве личинок насекомых» под ред. М. С. Гилярова (1964), «Определитель насекомых по личинкам» Б.М. Мамаева (1972), «Кадастр и определитель фауны червей России» Т.С. Всеволодовой-Перель (1997), определительные таблицы из книги «Почвенные беспозвоночные Московской области» (1982). Биомасса и плотность животных рассчитывались на 1м2 для тропы и лесного участка.
Результаты и обсуждения
Оценка экологических рисков
При таком антропогенном воздействии, как уборка листового опада, нарушается процесс образования подстилки, что ведет к изменениям в механизмах восполнения как органического (гумуса), так и неорганических (N, Ca, Mg, P и др.) веществ почвы. Обнажение почвы в сезон дождей также ведет к вымыванию минеральных веществ из почвы.
Изменение свойств почвы и отсутствие листового опада, являющегося источником питания многих почвенных животных, могут привезти к снижению численности и исчезновению почвенных беспозвоночных. Эти организмы занимают важное место в почвообразовании. Таким образом, длительный сбор листового опада может приводить к развитию процессов деградации почвы, утрате плодородия, и как следствие, гибели растений.
При ежегодной уборке листового опада возможны следующие экологические риски: нарушение количественного и качественного состава почвенной мезофауны, снижение скорости почвообразования, деградация почвы, снижение продуктивности растений.
Изучение влияния уборки листового опада на мезофауну почвы позволяет оценить характер этого влияния, выявить группы животных, численность которых изменяется. Результаты работы дают возможность предположить, какие изменения экосистемы в целом можно ожидать от систематической уборки листового опада.
Выводы
Список литературы
1. Т.С. Бибик, А.А. Вахромеева, Почвоведение, Методические указания к лабораторным занятиям по курсу «Биологические основы сельского хозяйства», Владимир, 2013.
2. Гиляров М. С., Криволуцкий Д. Жизнь в почве. – М.: Эврика, 1985. – 191 с.
3. Е.Н. Мишустин, Почвенные организмы как компоненты биогеоценоза, Наука, 1984.
4. В.Н. Веремеев, Структура биомассы почвенной мезофаунысв условиях динамики разнообразия растительности пойменных лугов юго-востока Беларуси, Вестник Днепропетровского университета, Вып. 17, т. 2, 2009, С. 20-24.
5. В.М. Емец, Эпигеобиотная мезофауна как биоиндикатор состояния почвенных экосистем в сосняках Воронежского заповедника, Вестник ТГУ, т. 19, вып. 5, 2014, с. 1276-1279.
6. Т.Л. Соколова, Диагностические возможности почвенной мезофауны, Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова, №3, 2010, с. 13-16.
7. Гиляров М. С. Методы почвенно–зоологических исследований. – М.: Наука, 1975. – 280 с.
8. Ю.А. Чумаченко, И.Н. Дьякова, Мониторинг почвенной мезофауны на водораздельном хребте Нагиеж-Уашх, Новые технологии, вып. 4, 2014.
9. К.В. Дорохов, В.П. Шелухо, Влияние антропогеннных воздействий на динамику трофической структуры и плотности мезофауны, Лесной вестник, 4/2014, с. 103-110.
10. Б.Р. Стриганова, Л.С. Козловская, Современные спекты изучения процессов разложения растительных остатков в почве, Сборник «Разложение растительных остатков в почве», Наука, 1985.
11. М.М Долгин, А.А. Колесникова, Т.Н. Конакова, Почвенная мезофауна среднетаежных лесов Республики Коми.
12. Гиляров М.С. Определитель обитающих в почве личинок насекомых. – М.: Наука, 1964. – 921 с.
1.
2. Приложения
Приложение 1. Описание растительности участка исследования
Приложение 2. Таксономическое разнообразие, численность, плотность и экологические группы собранных беспозвоночных 2 июня 2016 года.
| систематическая группа | п/гр | пп/гр | возр. сост. | числен-ность, особей | Плотность/м2 | Экол. группа |
| Лес подстилка | ||||||
| Членистоногие/Хелицеровые | Пауки | Pholcidae/Пауки-сенокосцы | имаго | 21,3 | зоофаги | |
| Lycosidae/Пауки-волки | имаго | зоофаги | ||||
| Клещи | Trombidiidae/Клещи-краснотелки | имаго | 5,3 | зоофаги | ||
| Членистоногие/ Насекомые | Полужесткокрылые | Cicadellidae/Цикадки | нимфа | 21,3 | фитофаги | |
| Anthocoridae/Хищники-крошки | имаго | зоофаги | ||||
| Жесткокрылые (Жуки) | Долгоносики | имаго | 74,6 | фитофаги | ||
| Чешуекрылые | Совки | личинка | 10,6 | фитофаги | ||
| Двукрылые | Бекасницы | личинка | 5,3 | зоофаги | ||
| Перепончатокрылые | Formicidae/Myrmica муравей | имаго | 5,3 | смешанный тип | ||
| Моллюски | Брюхоногие/Pulmonata | слизень | взрослый | 5,3 | фитофаги | |
| Кольчатые черви | Люмбрициды | ювенил | 5,3 | сапрофаги | ||
| всего особей | ||||||
| Лес 0-10 см | ||||||
| Членистоногие/ Хелицеровые | Клещи | Trombidiidae | взрослый | 5,3 | зоофаги | |
| Членистоногие/ Многоножки | Губоногие | Chilopoda\Геофилы | имаго | 149,3 | сапрофаги | |
| Членистоногие/ Насекомые | Перепончатокрылые | Scolia | личинка | зоофаги | ||
| Жесткокрылые (Жуки) | Долгоносики | имаго | 5,3 | зоофаги | ||
| Щелкуны | личинка | фитофаги | ||||
| Пилюльщики | личинка | 5,3 | фитофаги | |||
| Моллюски | Брюхоногие/Pulmonata | Zonitidae | взрослый | 5,3 | фитофаги | |
| Кольчатые черви | Люмбрициды | 5,3 | фитофаги | |||
| всего особей | ||||||
| Лес 10-20 см | ||||||
| Членистоногие/ Скрытночелюстные | Коллембола | взросл. | 5,3 | сапрофаги | ||
| Членистоногие/ Насекомые | Жесткокрылые (Жуки) | Щелкуны | личинка | 10,6 | фитофаги | |
| Долгоносики | имаго+личинка | 21,3 | фитофаги | |||
| Двукрылые | куколка | 5,3 | сапрофаги | |||
| Кольчатые черви | Люмбрициды | 21,3 | сапрофаги | |||
| всего особей | ||||||
| Тропа подстилка | ||||||
| Членистоногие/ Насекомые | Полужесткокрылые | Антокориды | имаго | 5,3 | зоофаги | |
| Жесткокрылые (Жуки) | Долгоносик | имаго | 21,3 | фитофаги | ||
| Мягкотелки | личинка | 5,3 | зоофаги | |||
| всего особей | ||||||
| Тропа 0-10 см | ||||||
| Членистоногие/ Насекомые | Жесткокрылые (Жуки) | Хрущи | личинка | 5,3 | фитофаги | |
| Кольчатые черви | Люмбрициды | зрелый | сапрофаги | |||
| всего особей | ||||||
| Тропа 10-20 см | ||||||
| Кольчатые черви | Люмбрициды | зрелый | сапрофаги | |||
| всего особей |
Приложение 3. Таксономическое разнообразие, численность, плотность и экологические группы собранных беспозвоночных 15октября 2017 года.
| систематическая группа | п/гр | пп/гр | возр. сост. | числен-ность, особей | Плотность/м2 | Экол. группа |
| Лес подстилка | ||||||
| Моллюски | Брюхоногие/Pulmonata | слизень | взрослый | фитофаги | ||
| Членистоногие/Хелицеровые | Равноногие раки | мокрицы | имаго | фитофаги | ||
| Пауки | Lycosidae/Пауки-волки | имаго | зоофаги | |||
| Членистоногие/ Насекомые | Жесткокрылые (Жуки) | Долгоносики | имаго | фитофаги | ||
| Двукрылые | Бекасницы | личинка | зоофаги | |||
| Полужесткокрылые | Тли | имаго | фитофаги | |||
| Хищнецы | имаго | зоофаги | ||||
| Щитники-Черепашки | имаго | фитофаги | ||||
| Кольчатые черви | Люмбрициды | зрелый | сапрофаги | |||
| Кольчатые черви | Люмбрициды | ювенил | сапрофаги | |||
| всего особей | ||||||
| Лес 0-10 см | ||||||
| Членистоногие/ Насекомые | Жесткокрылые (Жуки) | Долгоносики | личинка | зоофаги | ||
| Щелкуны | личинка | фитофаги | ||||
| Хрущи | личинка | фитофаги | ||||
| Двукрылые | Длинноусые | имаго | зоофаги | |||
| Кольчатые черви | Люмбрициды | зрелый | сапрофаги | |||
| Кольчатые черви | Люмбрициды | ювенил | сапрофаги | |||
| Членистоногие/ Многоножки | Губоногие | Chilopoda\Геофилы | имаго | сапрофаги | ||
| всего особей | ||||||
| Лес 10-20 см | ||||||
| Кольчатые черви | Люмбрициды | сапрофаги | ||||
| Членистоногие/ Насекомые | Жесткокрылые (Жуки) | Щелкуны | личинка | фитофаги | ||
| всего особей | ||||||
| Лес 20-30 см | ||||||
| Членистоногие/ Насекомые | Жесткокрылые (Жуки) | Долгоносики | личинка | зоофаги | ||
| Щелкуны | личинка | фитофаги | ||||
| Хрущи | личинка | фитофаги | ||||
| всего особей | ||||||
| Тропа подстилка | ||||||
| Членистоногие/ Насекомые | Жесткокрылые (Жуки) | Щелкуны | личинка | фитофаги | ||
| всего особей | ||||||
| Тропа 0-10 см | ||||||
| Кольчатые черви | Люмбрициды | сапрофаги | ||||
| всего особей | ||||||
| Тропа 10-20 см | ||||||
| Кольчатые черви | Люмбрициды | сапрофаги | ||||
| всего особей |
Приложение 4. Видовой состав и плотность дождевых червей в подстилке и разных слоях почвы на лесном участке. Сбор 02.06.2016.
Обозначения: ювен. – ювенильные особи; п/зр – половозрелые особи; A. caliginosa - Aporrectodea caliginosa; A. rosea - Aporrectodea rosea; Ap.sp. - р. Aporrectodea; D. octaedra - Dendrobaena octaedra; L. rubellus - Lumbricus rubellus; L. castaneus - Lumbricus castaneus; L. terrestris - Lumbricus terrestris).
Приложение 5. Видовой состав и плотность дождевых червей в подстилке и разных слоях почвы на тропе. Сбор 02.06.2016.
Обозначения: ювен. – ювенильные особи; п/зр – половозрелые особи; A. caliginosa - Aporrectodea caliginosa; A. rosea - Aporrectodea rosea; Ap.sp. - р. Aporrectodea; D. octaedra - Dendrobaena octaedra; L. rubellus - Lumbricus rubellus; L. castaneus - Lumbricus castaneus; L. terrestris - Lumbricus terrestris).