Influence of motor transport on species composition and number of roadside habitat carabid beetles

Full Text

Влияние человеческого общества на природную среду на протяжении последних десятилетий приобрело глобальный характер и продолжает увеличиваться с каждым годом, несмотря на многочисленные меры охранного порядка, реализуемые на различных уровнях. Именно поэтому проблемы рационального использования ресурсов, а также разработки оптимальных отношений между обществом и природой остаются приоритетными направлениями деятельности современного человека.

Общеизвестным фактом является то, что экстенсивное использование земельных ресурсов, сопровождающееся попутным загрязнением бытовыми и промышленными отходами, приводит к обострению проблемы сельскохозяйственных земель в большинстве регионов Российской Федерации. В этой связи возрастает роль исследований почвенной фауны как одного из ведущих показателей нарушения целостности природной среды.

Подобные исследования возможны лишь при выявлении существенных реакций тех групп почвообитающих организмов, которые проявляются под комплексным антропогенным воздействием.

Представители семейства Carabidae, по мнению большинства исследователей, занимают ведущее место среди типичных обитателей почвенной мезофауны. Количественное и качественное обилие жужелиц, обитающих на территориях, прилегающих к автодорогам, напрямую зависит от состояния сопутствующих им таким естественным местообитаниям, как овражно-балочные, луговые или болотные системы. Биотопическое распределение жужелиц определяется рядом существенных факторов, среди которых ведущее значение приобретают микроклимат, состояние почвы и растительности [1, с. 131–137; 2; 3; 4]. При этом и сами жужелицы выступают крайне значимым элементом процесса круговорота биогенного вещества в природе. Велико значение жужелиц и в почвообразовании. Личинки, как и взрослые жуки, также разрыхляют и перемешивают почву, что способствует не только лучшей аэрации ее верхних слоев, но и существенному накоплению здесь разнообразных органических веществ.

Одной из главных проблем последнего десятилетия во всем мире стало загрязнение среды обитания автомобильными выбросами.

В ходе проведенного нами анализа специальной литературы было установлено следующее. Значительный массив исследований затрагивает проблемы изучения карабидокомплексов, населяющих биоценозы, находящиеся под гнетом системы антропогенных факторов. При этом важное место в подобных исследованиях занимают вопросы динамики численности отдельных видов жужелиц, их общий видовой состав, а также особенности их экологической структуры [5, с. 165–189; 6; 7; 8, с. 32–36; 9, с. 73–84; 10, с. 21–24; 11; 12; 15, с. 63–66].

Особенности распределения населения жужелиц в условиях, как правило, среднего города представлено в трудах В.М. Душенкова [13, с. 32–36]; И.Е. Киселева [14, с. 148–149].

Однако влияние автомобильного транспорта на карабидофауну изучено в недостаточной степени, что, собственно, и определило тему нашего исследования.

Основной целью организованных нами исследований явилось изучение особенностей карабидокомплексов, сформированных в условиях автомобильного загрязнения.

Объект исследования: население жужелиц придорожных биотопов.

Материалы и методика исследований

Экологическую ситуацию в Саранске благоприятной назвать трудно. В последние годы город претерпевает существенные перемены: строительство стадиона, появление и эксплуатация новых автомобильных дорог и жилых микрорайонов. Все это связано с активным использованием автомобильного транспорта, а это один из ведущих источников загрязнения социоприродной среды. Так, по мнению опрошенных респондентов, было выяснено, что в исследуемом районе большая доля загрязнений атмосферы приходится как раз на выбросы автотранспорта.

Сбор энтомологического материала проводился с мая по октябрь в 2016–2017 годах в придорожных биотопах г. Саранска.

Для определения видового состава, численности и распределения жужелиц по биотопам был использован метод учета почвенных ловушек Барбера. Данный метод дает возможность одновременно провести сопоставимые исследования сразу в нескольких биотопах, получить довольно разнообразный и обширный материал.

В качестве почвенных ловушек были использованы пластиковые стаканчики емкостью 0,5 л с диаметром отверстия 75 мм, заполненные 4% раствором формалина, этиленгликоля, именно они служили фиксатором.

В каждом районе исследования было размещено по 20 ловушек. Ловушки устанавливались в 10 м друг от друга в одну линию. За два сезона было собрано 5095 экземпляров имаго жужелиц, относящихся к 12 родам (табл. 1). Для характеристики обилия видов жужелиц в различных зонах г. Саранска мы использовали следующее деление:

– более 5% – доминантны;

– от 1% до 5% – субдоминантны;

– менее 1% – редкие.

Для определения собранного материала был использован стереоскопический микроскоп (МБС-9) и определительные таблицы имаго жужелиц.

Жизненные формы взрослых особей насекомых определялись с использованием системы, разработанной И.Х. Шаровой [16].

Расчет видового обилия карабидов определялся по формуле:

$X\mathit{=}\frac{\mathit{A}\mathit{\times }\mathit{100}}{\mathit{B}}$

где X – видовое обилие, А – число видов в данной группе, В – общее количество видов.

Для определения численного обилия жужелиц, мы использовали следующую формулу:

$X\mathit{=}\frac{C\mathit{\times }\mathit{100}}{D}$

где X – численное обилие, С – число экземпляров в данной группе, D – общее число экземпляров.

Результаты исследования

Нами была рассмотрена общая эколого-фаунистическая характеристика карабидофауны (видовой состав жужелиц, зоогеографическая, экологическая характеристика, спектр жизненных форм) в четырех микростациях: микростации № 1 и № 2 располагались в 1,5 и 3 метрах от автомобильной дороги по улице Ульянова; микростации № 3 и № 4 располагались в 3 и 15 метрах от Юго-Западного шоссе.

В результате проведенного исследования на исследуемых участках по улице Ульянова и Юго-Западного шоссе зарегистрировано 25 видов из 12 родов жужелиц (табл. 1).

Таблица 1 – Видовой состав, зоогеографическая и экологическая характеристика жужелиц в придорожных биотопах (2016, 2017 гг.)

Примечания. Зоогеографические характеристики: ГА – голарктический, ТПп – транспалеарктический полизональный, ТПб – транспалеарктический бореальный, ТПн – транспалеарктический неморальный, ЕС – европейско-сибирский, Еср – европейско-средиземноморский. Биотопическая характеристика: Лс – лесные, Лс, бл – лесоболотные, П – полевые, Лг, бл – лугово-болотные, Лг, п – лугово-полевые, Э – эврибионтные. Зоофаги: э.х. – эпигеобионты ходящие, с.п.п. – стратобионты поверхностно-подстилочные, с.п. – стратобионты подстилочные, с.п.-пч. – стратобионты подстилочно-почвенные. Миксофитофаги: сх – стратохортобионты, гх – геохортобионты.

Зоогеографический комплекс жужелиц двух биотопов за два года исследования, где было зарегистрировано семь комплексов жужелиц, представлен на рис. 1.

Рисунок 1 – Зоогеографический состав фауны жужелиц придорожных биотопов.

Зоогеографический комплекс жужелиц: 1 – голарктический, 2 – транспалеарктический бореальный; 3 – транспалеарктический полизальный; 4 – транспалеарктический неморальный; 5 – европейско-сибирский; 6 – европейский; 7 – европейско-средиземноморский

В зоогеографическом составе карабидофауны представлены транспалеарктические бореальные (4% видового, 0,4% численного обилия); полизональные виды, которые составляют 44% видового и 31,8% численного обилия; транспалеарктические неморальные (4% видового, 19,4% численного обилия). В данном районе в той или иной степени присутствуют европейско-сибирские виды, (видовое обилие составляет 24%, численное обилие 44,7%), европейские виды (4% видового, 1,45% численного обилия), европейско-средиземноморские (12% видового, 1,5% численного обилия), голарктические (8% видового, 0,7% численного обилия).

По видовому обилию первое место занимает полизональный комплекс, к которому относится доминирующий вид Harpalus rufipes; по численному обилию преобладает европейско-сибирская группа (44,7%). Второе место по видовому обилию занимает европейско-сибирский комплекс, лидирующее положение в данном комплексе занимает Pterоstichus melanarius. К европейско-средиземноморскому комплексу относятся 3 вида на данном участке: Stomis pumicatus, Bembidion guttula, Agonum dorsale.

Европейская, бореальная, неморальная группы представлены одним видом: европейская группа – Carabus nemoralis; транспалеарктическая бореальная группа – Lasiotrechus discus, транспалеарктическая неморальная – Pterostichus niger.

В исследованных районах господствуют виды с широким ареалом распространения (транспалеарктические и европейско-сибирские).

На двух микростациях в придорожных биотопах выявлено девять экологических групп жужелиц, которые отличаются по числу видов и по числу экземпляров (рис. 2).

Рисунок 2 – Экологический состав фауны жужелиц придорожных биотопов.

Экологические группы жужелиц: 1 – лесная; 2 – лесоболотная; 3 – лугово-болотная; 4 – лугово-полевая; 5 – луговая; 6 – полевая; 7 – эврибионтная

Превалирующее положение в экологической структуре населения жужелиц принадлежат лугово-полевой, лесoболотной и лесной экологическим группам. Эти группы имеют большее число экземпляров жужелиц, которые составляют в лесной группе 2620 экземпляров, в лугово-полевой группе 1206 экземпляров.

Используя иерархическую систему жизненных форм имаго жужелиц И.Х. Шаровой мы выделили несколько групп карабидов, встречающихся в придорожных биотопах (рис. 3).

Рисунок 3 – Спектр жизненных форм фауны жужелиц придорожных биотопов.

Жизненные формы жужелиц: 1 – эпигеобионты ходящие; 2 – стратобионты поверхностно- подстилочные; 3 – стратобионты подстилочные; 4 – стратобионты подстилочно-почвенные; 5 – стратохортобионты; 6 – геохортобионты

Лидирующее положение занимают жужелицы, относящиеся к классу зоофагов, среди которых по видовому обилию преобладают стратобионты подстилочно-почвенные, стратобионты подстилочные (20%). По численному обилию равны (66% и 2,2%). Затем находятся стратобионты поверхностно-подстилочные, на долю котoрых приходится 16% видового обилия. На последнем месте по численному обилию расположены эпигеобионты ходящие (12% видового и 5,9% численного облика).

Класс миксофитофагов представлен тремя группами: стратобионты, стратохортобионты и геохортобионты. По видовому обилию преобладают геохортобионты (24%). По численнoму обилию преобладают стратохортобионты (15,7%). Группы стратобионты, стратохортобионты по видовому обилию имеют одинаковый процент (4%).

В связи с этим большая часть исследованных видов жужелиц относятся к классу зоофагов, которые составляют 68% видового обилия и 76,8% численного обилия.

Миксофитофаги имеют меньшее количество и по видовому обилию составляют 32%, а по численному обилию составляют 23,1%.

Нами были изучены морфометрические показатели карабидокомплексов придорожных биотопов (№ 1, № 2). Была поставлена задача выяснить и описать частоту встречаемости отдельных морф и диапазоны изменчивости на примере Poecilus cupreus по наиболее ярко выраженному пoлиморфному признаку, такому как окраска надкрылий жуков (рис. 4).

Рисунок 4 – Сравнительная характеристика фенотипической структуры жужелиц в придорожных биотопах № 1, № 2 (2016, 2017 гг.).

Окраска надкрылий жужелиц: 1 – черный; 2 – темно-зеленый; 3 – красно-зеленый; 4 – коричневый; 5 – зеленый металлический; 6 – синий; 7 – цвет морской волны

Самое большое фенетическое расщепление наблюдается в микростации № 4, находящейся в 15 метрах от автодороги. В микростации № 4 было выделено 7 цветовых форм.

Так, в популяциях микростации № 1 (1,5 метра) наблюдается обеднение разнообразия окраски надкрылий жуков. Выявлено всего 4 цветовые формы: это черные, темно-зеленые, красно-зеленые и коричневые особи. Численность жуков с коричневыми надкрыльями составляет – 0,3%, красно-зеленого цвета – 2,3%, черных и темно-зеленых особей – соответственно 8,3% и 5,4%. В микростации № 1 значительно снижена яркость цветов. По сравнению с особями, встречающимися в микростации № 4, цвет надкрыльев тусклый и темный. Также мы наблюдаем полное отсутствие особей с яркими надкрыльями. Изменчивость Poecilus cupreus рассматривалась по окраске надкрылий. Мы наблюдаем, что популяция микростации № 4 отличается богатым морфологическим разнообразием, так как мы выявили семь цветов надкрылий. В популяции микростации № 1 мы видим жуков только четырех цветов надкрыльев.

Такая высокая вариабельность позволяет нам делать вывод о высоком антропогенном гнете в биотопе № 1 (микростации № 1 и № 2). Следовательно, наиболее загрязненным является биотоп № 1, который находится в 1,5 и 3 метрах от автодороги. Объяснение такому явлению лежит в том, что по автодороге рядом с биотопом № 1 транспорт более интенсивен, а автодорога вдоль биотопа № 2 недавно начала функционировать, и оборот транспорта гораздо ниже.

Выводы

1. В районе исследования зарегистрировано 25 видов жужелиц из 12 родов.
2. Максимальное видовое многообразие характерно для родов Amara, Pterostichus, Carabus, Harpalus.
3. Доминирующими по суммарной численности являются виды: Pterostichus melanarius (29,9%), Pterostichus niger (19, 4%), Harpalus rufipes (15,7%).
4. Основу населения жужелиц в той или иной степени составляют виды лугово-полевой и лесной групп.
5. Преобладают жужелицы европейско-сибирской и транспалеарктических полизональных групп.
6. В придорожных биотопах по видовому и по численному обилию преобладают зоофаги.
7. При удалении от дороги видовой состав и численность жужелиц увеличивается, что можно объяснить действием таких факторов, как рост численности сорных растений, устойчивых к транспортному загрязнению, негативный сдвиг температурного режима, смыв почвы во время дождя, выбросы автотранспорта, являющиеся основным источником поступления многих тяжелых металлов в среды жизни.

Можно сделать вывод, что все изменения в природе отрицательно сказываются на представителях карабидофауны. Но среди них есть виды, которые приспособились к этим изменениям, такие как: Poecilus cupreus, Pterostichus melanarius, Harpalus rufipes.

About the authors

Margarita Nikolaevna Yakushkina

Author for correspondence.
Email: jakushkina30@yandex.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Biology, Geography and Teaching Methods Department

Alina Sergeevna Malkova

Email: malkovaalina1995@gmail.com

master student of Biology, Geography and Teaching Methods Department

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Figure 1 - Zoogeographic composition of the ground beetle fauna of roadside biotopes.

Download (16KB)

Indexing metadata

3. Figure 2 - Ecological composition of the ground beetle fauna of roadside biotopes.

Download (17KB)

Indexing metadata

4. Figure 3 - Spectrum of life forms of ground beetle fauna of roadside biotopes.

Download (17KB)

Indexing metadata

5. Figure 4 - Comparative characteristics of the phenotypic structure of ground beetles in roadside biotopes No. 1, No. 2 (2016, 2017).

Download (16KB)

Indexing metadata