ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА «Муравьи – Тайная сила природы »
творческая работа учащихся (8 класс)

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Костинская средняя общеобразовательная школа»

имени Героя Советского Союза К.С. Солдатова

с. Костино Курманаевского района Оренбургской области

«Областной этап Всероссийского юниорского лесного конкурса «Подрост».

Номинация: «Экология лесных животных»

«Муравьи – Тайная сила природы »

Автор: Матыцына   Ангелина

учащиеся 7 класса

Место учебы: МАОУ « Костинская СОШ» Руководитель: Матыцына Елена Владимировна

Руководитель объединения «Подснежник»

с.Костино

2020

Введение                     3

Методика исследования                6

Результаты исследований                7

Выводы                13

Заключение                14

Перспективы                 14

Список использованной литературы                15

Приложения                16

ВВЕДЕНИЕ

Невольно вспоминаются эти прекрасные строки, когда вступаешь в вечно таинственный, задумчивый и полный трепетной жизни зеленый сумрак 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. 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 архитектурой. 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, а некоторые тайны их жизни приоткрылись ученым совсем недавно.

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.

В наших лесах распространенным видом являются рыжие лесные муравьи (Р]гтгса ги;[а).

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. [1]

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.

О муравьях известно как о наиболее полезных насекомых. 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. 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 хвойного леса гарантируют защиту от листогрызущих насекомых - вредителей.

А какова роль муравьев в природе? Она огромна.

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 муравьев составляют 2 источника. Первый, это насекомые. Муравьи охотятся или собирают уже мертвых насекомых (мух, стрекоз, и т.п.)

Второй источник - это падь - сладкое выделение тлей. Связь муравьев с тлями - это яркий пример «сотрудничества» в мире животных. Тли снабжают муравьев 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.  

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.

Данное исследование проводится в нашей местности впервые.

Гипотеза работы: муравьи оказывают существенное влияние на лесную экосистему.

Предмет исследования: муравейники в окрестностях сел Поповка.

Объект исследования: рыжие лесные муравьи (Р]гтгса ги/а).

Цель работы: изучить характер поселений рыжего лесного муравья в биоценозе соснового леса и оценить экологическое состояние леса.

Задачи:

1. провести картирование гнезд рыжих лесных муравьев
2. высчитать плотность распределения муравьев на изучаемой территории
3. провести эксперименты по изучению внегнездовой деятельности муравьев
4. выявить роль муравьев в экосистеме леса

Работа выполнялась в течение лета 2018 и весны 2019 годов.

Для выполнения работы был выбран биоценоз соснового леса, находящегося около села Костино. Рельеф участка равнинно- холмистый. Климат умеренно-континентальный с умеренно теплым летом и умеренно холодной зимой. Почвы подзолистые, песчаные , черноземные. Грунтовые воды залегают на средней глубине. Видовой состав растительного мира разнообразен. На участке четко прослеживается ярусность, где первый ярус принадлежит сосне обыкновенной, второго яруса как подлеска практически нет, только на границах биоценоза присутствуют лиственные деревья: осина, береза. Третий ярус представлен кустарником и маленькими деревцами ежевикой, рябиной, малиной. Четвертый ярус представлен в основном земляникой и другим травянистым покровом.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

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: Р=8/Р, где 8 - сумма площадей оснований куполов (кв.м.), а Р - 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.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Картирование гнезд рыжих лесных муравьев

Село Костино находится в 40 километрах от основной трассы. Исследуемый участок выбран на северо-востоке села (Приложение №1). Мной был выбран сосновый биотоп, который ограничен на севере и востоке родником, на юге лесной тропинкой, на западе дорогой, которая идет от соснового бора к жилым домам. (Приложение №2). 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 2018 года была произведена рубка 4 поврежденных деревьев.

На исследуемом участке, площадью 950 кв.м. было обнаружено всего 4 муравейника. Купола всех муравейников имеют колоколообразную форму.

Общие данные по обследованию леса

Таблица 2

Общие данные по обнаруженным муравейникам

Нами было проведено сравнение количественных данных муравейников за 2018 год.

Таблица 3

Размеры муравейников на исследуемой территории

Проведенные наблюдения за тропами, по которым осуществляется движение муравьиных потоков на изучаемой территории, показали следующее. Большая часть троп соотносится к 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

Таким образом, картирование гнезд рыжих лесных муравьев показало, что на исследуемом участке зафиксировано 4 гнезда, из них одно гнездо частично нарушено. Один муравейник относится к крупным, три - к 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 один год. (Приложение №3)

Плотность поселения муравьев

Математические расчеты плотности поселения муравьев показали, что на исследуемом участке плотность составила 2,23, что соответствует формуле: Р=2,12кв.м./0,95 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 1км. 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 об 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

Из таблицы можно сделать вывод, что большинство истребляемых муравьями животных относится к вредным. Пик истребления животных приходится на полдень.

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 30.07.2018

Для сравнения во время наблюдений мы выбрали пасмурный день 2.08.2018, так как 30.07.2018 был солнечным днем.

Таблица 7

Суточная активность муравьев 02.08.2018

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 хвои. На следующий день мы не обнаружили красного цвета на муравейнике. Высыпанная хвоя рядом с муравейником не изменилась. 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 внегнездовой 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.

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 соснового леса, в котором проходило исследование, является удовлетворительным. На состояние в основном влияет антропогенный фактор.

ВЫВОДЫ

В ходе проведенного исследования мы изучили характер поселений рыжего лесного муравья в биоценозе соснового 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.
4. Выявлена положительная роль муравьев в экосистеме леса.

Гипотеза, выдвинутая в начале работы, подтвердилась, муравьи действительно оказывают огромную положительную роль на экосистему леса.

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.

Перспективы

Исследовать муравейники мне очень понравилось. Как много делают эти маленькие существа? Мне стоит продолжить знакомство и с муравьями и их муравейниками, чтобы выяснить, как муравьи регулируют температуру в куполе гнезда, как муравьи находят добычу, почему данная территория способствует увеличению количества муравейников, стараюсь осуществлять природоохранную  деятельность.

В дальнейшем я планирую: провести учёт и взять под охрану муравейники, которые ещё не учтены, вести активную разъяснительную работу среди населения по сохранению данной территории.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Захаров А.А. Муравей, семья, колония, М.: Наука, 1978
2. Длусский Г.М. Муравьи рода формика, М.: Наука, 1967
3. Дунаев Е.А. Муравьи Подмосковья. Методы экологических исследований М.:МГСЮН, 1997
4. Русских Р.Д. Лесные робинзоны, Ижевск: Удмуртия, 1973
5. Харитонов Н.П., Дунаев Е.А. Изучение внегнездовой жизни муравьев. Методическое пособие по выполнению учебно-исследовательской темы, М.: МГДПиШ, 1992

6.Интернет- ресурсы.