Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 7
Глава 2. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 16
2.1. Природно-климатические условия районов исследований 16
2.2. Характеристика защитных лесных насаждений 20
Глава 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 31
Глава 4. ЭКОЛОГО-ФАУНИСТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАСЕКОМЫХ ЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ 36
4.1. Таксономический состав энтомофауны 36
4.2. Структура доминирования в энтомо комплексах 42
4.3. Плотность популяций и биомасса насекомых 50
4.4. Экологическая характеристика энтомофауны 52
4.5. Зоогеографическая структура фаунистических сообществ 65
Глава 5. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛЕСНЫХ ПОЛОС НА ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭНТОМОКОМПЛЕКСОВ 69
5.1. Влияние породного состава лесополос 69
5.2. Влияние рядности лесополос 76
5.3. Влияние конструкции лесополос 82
5.4. Особенности экологических показателей энтомокомплексов в лесополосах разных параметров 87
Глава 6. ОБОСНОВАНИЕ ПРИЕМОВ СОХРАНЕНИЯ РАЗНООБРАЗИЯ И АКТИВИЗАЦИИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЭНТОМОФАГОВ 102
ВЫВОДЫ
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 113
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 114
ПРИЛОЖЕНИЯ 133
- Природно-климатические условия районов исследований
- Таксономический состав энтомофауны
- Влияние породного состава лесополос
Введение к работе
Актуальность исследования. Создание защитных лесных насаждений является важным фактором оптимизации биоценотической обстановки в аг-ролесоландшафтах. Защитные насаждения улучшают гидротермический режим, газообмен, водно-физические свойства и плодородие почв, снижают инсоляцию и оптимизируют микроклиматические условия трансформированных территорий [79, 112]. Формирование качественно новой экологической среды влияет на видовой состав и структуру фаунистических сообществ, и в первую очередь на такую многочисленную группу животных, как насекомые. Насекомые являются обязательным, высоко значимым и динамичным компонентом агролесных экосистем.
Коренное нарушение сложившихся взаимосвязей при интенсивном химико-техногенном воздействии на агролесоландшафты привело к снижению численности и обеднению видового разнообразия насекомых, появлению резистентных популяций фитофагов. В связи с этим появилась настоятельная необходимость сохранения и восстановления видового разнообразия сообществ, поддержания естественных регуляторных механизмов. Изучение состава и структуры сообществ насекомых агролесоландшафтов, в частности защитных лесных насаждений, исключительно актуально для разработки приемов сохранения биоразнообразия энтомофауны и активизации деятельности энтомофагов.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение состава и структуры энтомофауны защитных лесных насаждений и разработка приемов сохранения биоразнообразия насекомых и активизации природных энтомофагов в лесоаграрных ландшафтах аридной зоны.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- изучить видовой состав и дать эколого-фаунистическую характеристику насекомых защитных лесонасаждений исследуемого региона;
оценить особенности состава и экологической структуры энтомоком-плексов лесных полос разных природных зон;
проанализировать влияние конструктивных параметров и флористического разнообразия насаждений на экологические показатели энтомоком-плексов;
дать обоснование приемов сохранения биоразнообразия насекомых и активизации природных энтомофагов в лесополосах.
Научная новизна. В результате проведенного исследования впервые дана характеристика энтомофауны защитных лесных насаждений аридного региона. Проанализированы особенности структурной организации сообществ и определены биопоказатели разных экологических групп насекомых. Показана тесная связь состава и численности энтомокомплексов с конструктивными параметрами и флористическим разнообразием лесных полос. Обоснованы приемы и предложен комплекс мероприятий по сохранению разнообразия и активизации природных энтомофагов.
Теоретическое и практическое значение работы. Получены экспериментальные данные, пополняющие научные представления о фауне и экологии сообществ насекомых лесополос в аридных условиях. Дана оценка влияния параметров насаждений на энтомофауну. Результаты исследований показывают новые возможности в управлении биотой агролесоландшафтов. Установлены пути сохранения и активизации полезной биоты.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на научно-практических конференциях "Разработка адаптивных систем и природоохранных технологий производства сельскохозяйственной продукции в аридных районах России" (Волгоград, 2003), "Актуальные инновационные разработки по оптимизации агроландшафтов в условиях рыночных отношений" (Волгоград, 2004), "Проблемы устойчивого развития и эколого-экономической безопасности региона" (Волжский, 2004), конференции аспирантов и молодых ученых "Оптимизация агроландшафтов, проблемы и пер-
спективы развития агролесомелиорации и защитного лесоразведения" (Волгоград, 2004), экологических чтениях ВО РЭА (Волгоград, 2003).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ.
Основные положения, выносимые на защиту:
эколого-фаунистическая характеристика энтомофауны защитных насаждений аридного региона;
основные биопоказатели и экологическая структура сообществ;
влияние конструктивных параметров и флористического разнообразия лесных полос на состав и численность насекомых;
приемы сохранения разнообразия энтомофауны и активизации природных популяций энтомофагов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 190 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, выводов и рекомендаций производству, содержит 22 таблицы, 18 рисунков, 5 приложений. Список литературы включает 177 наименований, в том числе 15 на иностранных языках.
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, ведущему научному сотруднику отдела биологии ВНИАЛМИ, доктору биологических наук Марии Николаевне Белицкой за чуткое и грамотное руководство, теоретическую и практическую помощь в сборе материала и обработке результатов по теме диссертации.
Автор также благодарит сотрудников Зоологического института РАН (Санкт-Петербург) за помощь в определении видового состава насекомых, собранных в защитных лесных насаждениях аридной зоны страны.
Природно-климатические условия районов исследований
Исследования выполнялись в защитных лесных насаждениях лесоаг-рарных ландшафтов степной - Поволжская АГЛОС (Самарская обл.), Кумыл-женский, Михайловский районы Волгоградской области и сухостепной — Об-ливское ОПХ (Ростовская обл.), Иловлинский, Городищенский районы Волгоградской области — природных зон страны (рис.2.1). Наблюдения, сбор материала и полевые работы проводились в течение трех полевых сезонов (май-сентябрь) с 2002 по 2004гг.
Особенностью климата районов настоящих исследований является кон-тинентальность и засушливость, усиливающаяся в направлении с северо-запада на юго-восток. Среднегодовая температура колеблется от +3С—+5С до +10,6С-+12,5С. Соответственно изменяется значение средних показателей в зимний и летний периоды. Годовая амплитуда среднемесячных температур колеблется на уровне 22С-36С.
Территория наших исследований относится к зоне недостаточного увлажнения. Средняя годовая сумма осадков в указанном направлении снижается от 300—440мм до 190-220мм. Они слабо увлажняют почву.
Отрицательной особенностью климата являются частые оттепели и относительно небольшая высота снежного покрова в зимний период, а также непостоянство температурного режима в весенние месяцы. Весна здесь в основном непродолжительная, сухая, характеризуется быстрым нарастанием положительных температур. Серьезную опасность для искусственных насаждений представляют частые весенние заморозки. По среднемноголетним данным в исследований северной части региона они заканчиваются в I-II декадах мая, в южной - в начале апреля.
На указанной территории преобладают восточные и юго-восточные ветры, зимой сопровождающиеся сильными устойчивыми морозами, а в весенне-летний период приносящие суховеи. Общее количество дней с суховеями составляет от 40 до 80 дней в год. Наиболее часто суховеи наблюдаются в июле. Иссушая почву, они вместе с тем вызывают пыльные бури, что негативно сказывается на состоянии растений, способствует массовому размножению насекомых-фитофагов и дефляции почв.
Среднемноголетняя влажность воздуха колеблется на уровне 40-50% с понижением в отдельные дни до 25-15% и ниже. Продолжительность теплого периода (периода с положительной среднесуточной температурой воздуха) составляет 210-260 дней, увеличиваясь севера на юг. Максимальные температуры воздуха в этот период достигают +32 - +42С (абсолютный максимум), а поверхность почвы прогревается до +60 - +70С.
Комплекс указанных факторов определят территорию исследуемого региона, как зону рискованного земледелия [3].
Территория степной зоны страны ранее была занята разнотравно-типчаково-ковыльными ассоциациями. В настоящее время степи распаханы. Естественные травянистые фитоценозы сухостепной природной зоны представлены в основном типчаково-ковыльиыми сообществами, на засоленных почвах господствует типчаково-белополынная растительность. Для сухостепной зоны также характерны полынные, полынно-типчаковые, злаковые и разнотравно-злаковые формации. Песчаные массивы заняты специфичной злако-во-полынной и злаковой растительностью.
Таксономический состав энтомофауны
При проведении эколого-фаунистических исследований исходили из разнообразия экологических условий, обусловленных специфичной структу № рой лесных полос. По материалам собственных исследований, данным со трудников лаборатории защиты растений ВНИАЛМИ и анализа литературных источников составлен список насекомых обитающих в полезащитных лесных насаждениях (прилож. А).
Соотношение количества видов по отрядам от общего числа выглядит следующим образом: отряд жесткокрылые (Coleoptera) - 41,23%, отряд перепончатокрылые (Hymenoptera) - 17,23%), отряд чешуекрылые (Lepidoptera) -12,75%, отряд двукрылые (Diptera) - 9,06%, отряд полужесткокрылые (Hemiptera) - 5,68%, отряд равнокрылые (Homoptera) - 4,68%, отряд прямокрылые (Orthoptera) - 4,58%, отряд стрекозы (Odonata) - 2,59%, отряд сетчатокрылые (Neuroptera) - 0,80%), отряд бахромчатокрылые (Thysanoptera) -0,70%), отряд уховертки (Dermaptera) - 0,30%, отряд верблюдки (Raphidioptera) - 0,20%, отряд богомолы (Mantoptera) - 0,20%.
Наглядное представление о количестве видов основных отрядов насекомых в энтомокомплексе лесных полос аридной зоны дает рисунок 4.1.
В составе энтомоценоза защитных лесных насаждений преобладает отряд Coleoptera. Он представлен 414 видами из 33 семейств. Среди семейств данного отряда доминируют такие семейства как жужелицы (Carabidae) — 70 видов, долгоносики (Curculionidae) - 53 видов, пластинчатоусые (Scarabaeidae) — 36 видов, листоеды (Chrysomelidae) - 44 видов. Группа наиболее вредоносных фитофагов включает следующие виды: хрущи майский западный (Melolontha melolonta L.), восточный (Melolontha hippocastani F.), мраморный или июльский (Polyphylla fullo L.) и июньский (Amphimallon solstitialis L.); щелкуны степной (Agriotes gurgistanus Fald.), посевной (Agrioes sputator L.), широкий (Selatosomus Iatus F.); златка большая сосновая (Buprestis mariana L.), ильмовая радужная (Lampra mirifica Mills.), золотистая (Cratomerus aurulentus F.) и дубовая бронзовая (Chrysobothris affinis F.) златки; заболонник разрушитель (Scolytus scolitus F.), дубовый (Scolytus intricatus Ratz.) и заболонник Кирша (Scolytus kirschi Seal.), короед вершинный (Ips acuminatus Eichh.) и шестизубчатый (Ips sexdentatus Boern.); усач черный сосновый (Monochamus galloprovincialis Ol.) и серый длинноусый (Acanthocinus aedilis L.); медляк шаровидный (Pimelia subglobosa Pall.), песчаный (Opatrum sabulosum L.) и степной (Blaps halophila F.-W.); желудевый долгоносик (Curculio grandium Mrsch.), слоник большой сосновый (Hylobius abietis L.) и точечная смолевка (Pissodes notatus F.); листоед ильмовый (Galerucella liteola Mull.) и дубовый блошак (Haitica saliceti Ws.); мушка шпанская (Lytta vesicato-ria L.).
Вторым по числу видов является отряд Hymenoptera - 173 вида. Преобладают семейства наездники (Ichneumonidae) — 46 видов, пчелиные (Apidae) -30 видов, бракониды (Braconidae) — 25 видов. Другие семейства представлены незначительным числом видов (не более 8). В составе данного отряда к числу наиболее распространенных и вредоносных фитофагов относятся 10 видов. Это такие вредители древесных пород как представители семейства рогохвосты (Siricidae): на лиственных деревьях - березовый (Tremex fuscicorms Т.) , синий лиственный (Tremex magus F.) рогохвост, дубовая ксифидра (Xiphidria longicollis Geoffr.); на хвойных-синий малый рогохвост (Paururusjuvencus L.) и рогохвост-гигант (Sirex gigax L.); семейства пилилыдики-аргиды (Argidae): березовый бородавчатый пилильщик (Arge pullata Zadd.), семейства пилильщики-ткачи (Pamphiiiidae); краноголовый (Acantholyga erythrocephala L.) и звездчатый пилильщик-ткач (Lyda stellata Chr.); семейства пилильщики греб-неусые (Diprionidae): обыкновенный сосновый (Diprion ріпі L.) и рыжий сосновый (Neodiprion sertifer Geoffr.) пилильщик. Сосновые пилильщики и пилильщики-ткачи дают вспышки массового размножения. На территории Волгоградской и Ростовской областей на протяжении последних десятилетий в искусственных насаждениях сосны действуют хронические очаги этих вредителей.
Характерной чертой данного отряда является обширный состав полезной биоты - паразиты (92 вида), опылители (30 видов) и хищники (19 видов). Основными семействами представляющими паразитических перепончатокрылых являются такие семейства как наездники бракониды (Braconidae) и наездники ихневмониды (Ichneumonidae), Опылители представлены семейством пчелиные (Apidae).
Третье место по числу видов принадлежит отряду LepLdoptera — 128 видов. Наиболее. разнообразно в этом отряде представлены семейства совки (Noctuidae) - 18 видов, пяденицы (Geometridae) - 17 видов, листовертки (Tortricidae) - 14 видов, нимфалиды (Nymphalidae) — 14 видов. Существенно вредят 22 вида чешуекрылых из 9 основных семейств, таких как семейство стекляницы (Aegeriidae) - стеклянница яблонная (Synanthedon myopaeforme Bkh.), стеклянница тополевая (Aegeria apiformes СІ.); семейство древоточцы (Cossidae) — древесница въедливая (Zeuzera pyrina L.), древоточец пахучий (Cossus cossus L.); семейство Белянки (Pieridae) - боярышница (Aporia crataegi L.); семейство бражники (Sphingidae) - бражник сосновый (Sphinx pinastri L.); семейство Хохлатки (Notodontidae) — ильмовый ногохвост (Exaereta ulmi Schiff.), лунка серебристая (Phalera bucephala L.); семейство Совки (Noctuidae) - сосновая совка (Panolis flammea Schiff.) и ранние совки рода Monima.; семейство листовертки (Tortricidae) - боярышниковая листовертка (Archips crataegana Hb.), зеленая дубовая листовертка (Tortrix viridana Hb.), почковый побеговьюн (Evetria turionana Hb.), зимующий побеговьюн (Evetria buoliana Schiff.); семейство чехлоноски (Coleophoridae) — лиственничная чехлоноска (Coleophora laricella Hb.); семейство пяденицы (Geometridae) — пяденица-буро пол осая (Lycia hirtaria СІ.), пяденица зимняя (Operophtera brumata L.), пяденица-обдирало обыкновенная (Erannis defoliaria CI.).
. Несколько уступает чешуекрылым по числу видов отряд двукрылые (Diptera) — 91 вид. В этом отряде более разнообразным составом отличаются семейства журчалки (Syrphidae) и слепни (Tabanidae) по 13 видов в каждом, семейства мухи злаковые (Chloropidae) и настоящие мухи (Muscidae) — по 7 видов. Из видов отряда двукрылых, обитающих в агролесных экосистемах, существенно вредят мушка шведская овсяная (Oscinella frit L.), муха яровая (Phorbia genitalis Schnabl.) и галлица гессенская (Mayetiola destructor Say.), зеленоглазка (Chlorops pumilionis Bjerk.), опомиза (Opomyza florum F.), мероми-за чернобрюхая (Meromyza nigriventris Meg.). Данный отряд включает также большую группу паразитических и хищных видов - 31 вид. Это ктыри (Asilidae), жужжалы (Bombyliidae), толкунчики (Empididae), журчалки (Syrphidae) и тахины (Tachinidae). Среди них на лесозащищенных угодьях и в лесополосах особенно часто встречаются шершевидный (Asilus crabroniformis L.) и черноногий (Asilus picipes Mg.) ктыри, темнокрылки (Hemipcnthes sp.), толкунчик полосотогрудый (Empis trigramma Wd.), сирфы (Syrphus ribesii L., S.corollae F., S.vitripennis Mg., Syrphus sp.), тахины (Elodia tragica Mg., Exorista sp., Carcelia sp.).
Влияние породного состава лесополос
Исследования энтомофауны в лесополосах степной и сухостепной зон проводились в чистых лиственных, хвойных и смешанных насаждениях.
Для анализа изменения качественной структуры энтомокомплексов в зависимости от породного состава насаждений оценивали соотношение численности основных отрядов насекомых на примере фаунистических сообществ полезащитных лесополос степной зоны Самарской и Волгоградской областей (рис. 5.1, 5.2).
Проведенные исследования показали следующее. Состав энтомофаунистических сообществ лиственных лесополос характеризуется преобладанием отрядов Hymenoptera (23,3-29,7%), Coleoptera (20,6-23,7%) и Diptera (14,2-17,2% от общей численности насекомых). Однако в энтомокомплексах защитных насаждений на обыкновенных черноземах (Поволжская АГЛОС, Самарская обл.) в сравнении с фауной насекомых лесополос на южных черноземах северо-западных районов Волгоградской области зафиксировано увеличение доли отряда равнокрылых в 3,4 раза. Это выражается в более высокой плотности популяций цикадок, пенниц, листоблошек на богатом и хорошо развитом разнотравье в насаждениях Поволжской АГЛОС. В среднем на одном гектаре лесополосы насчитывается от 40,0 до 50,0 тыс. этих насекомых.
При анализе структуры энтомокомплексов хвойных лесных полос выявлена дифференциация данного показателя в зависимости от ассортимента и района нахождения защитных лесополос. Так, в составе энтомофаунистиче-ских сообществ лесополос Поволжской АГЛОС доминирующее положение по численности занимают отряды Coleoptera — 21,4%, Diptera — 20,2%, Hemiptera — 15,4%. С продвижением на юг — степная зона Волгоградской области ситуация изменяется. Более обильными в насаждениях становятся представители отрядов Hymenoptera (28,4%) и Diptera (18,9%). Нарастание численности (в 2,1 раза) Hymenoptera в первую очередь связано с увеличением плотности насекомых-вредителей: рыжий и обыкновенный пилильщики, красноголовый и звездчатый пилильщики-ткачи. Одновременно в этих условиях зарегистрировано повышение плотности муравьев в отличие от хвойных посадок северных районов.
Обилие отряда Hemiptera, особенно под пологом лиственничных полос в Поволжской АГЛОС является, на наш взгляд, следствием развитого травянистого покрова (преимущественно злаков). Данный фактор играет также ведущую роль в формировании количественного состава жесткокрылых (Chry-somelidae, Curculionidae, Elateridae, Scarabaeidae). В этих условиях плотность жуков в 2,3 раза выше по сравнению с сосновыми насаждениями Волгоградской области, травянистая растительность в которых недостаточно развита из-за мощной подстилки состоящей из хвойного опада.
В посадках Поволжской АГЛОС из лиственницы сибирской довольно высока численность отряда Lepidoptera. Это связано в первую очередь с высокой заселенностью крон гусеницами лиственничной чехлоноски (Coleophora laricella Hb.), а также обилием видов из семейств Lycaenidae, Nymphalidae, Sayridae, обитающих на разнообразном по флористическому составу и обильном травостое. На один гектар таких насаждений в среднем приходится 23,0-28,0 тыс. указанных насекомых.
Более выровненную структуру имеют энтомокомплексы лесополос смешанного породного состава. Плотность насекомых колеблется на уровне 30,0-40,0 тыс/га. Среди них особенно многочисленными являются отряды Hymen-optera (33,1-39,4%), Diptera (16,1-20,5%) и Coleoptera (13,1-22,5%). На долю представителей отрядов Homoptera, Hemiptera, Lepidoptera приходится 15,2-15,8%. Необходимо отметить, что в смешанных насаждениях Волгоградской области доля насекомых прочей группы в два раза выше нежели в северной части степной зоны. Это связано с высокой численностью прямокрылых (Orthoptera) — кузнечики, коньки, травянки, кобылки и других насекомых, характерных для засушливых условий юго-востока.
Анализ качественной структуры энтомокомплексов лесополос разного породного состава позволил выявить следующие различия. В смешанных лесополосах в сравнении с чистыми лиственными и хвойными насаждениями возрастает доля перепончатокрылых на 9,8-19,8% в Самарской и на 9,7-11,0% в Волгоградской областях (повышается доля опылителей и паразитических насекомых). В отношении равнокрылых насекомых прослеживается обратная тенденция. Для смешанных насаждений характерна невысокая представленность тлей, цикадок и пенниц.
Широкое флористическое разнообразие и богатая трофическая база смешанных насаждений обуславливают нарастание доли отряда Lepidoptera (с 3,2% до 4,4% в Самарской и с 2,6% до 5,1% в Волгоградской областях) по сравнению с однопородными посадками.
Характерной чертой энтомофауны миогопородных лесных полос является довольно низкое разнообразие жесткокрылых. Особенно ярко это проявляется в отношении таких семейств как листоеды, долгоносики, трубковерты и пластинчатоусые. В ходе исследований выявлена тесная связь между качественным составом Coleoptera и групповой принадлежностью деревьев. Наиболее богатый по составу комплекс жесткокрылых обитает в лиственных насаждениях. Здесь постоянно встречаются такие представители степной и лесостепной фауны, как жужелицы Amara ovata F., Calosoraa sycophanta L., щелкуны Melanotus rufipes Hbst, Elater sanguinolentus Schrnk., пластипчатоусые Onthophagus coenobita Hbst, Valgus hemipterus L., долгоносики Phyllobius urticae De Geer., Polydrusus impressifrons Gyll. и другие. Характерной особенностью лиственных насаждений является наличие псаммофильных видов, которые не были отмечены нами в хвойных насаждениях (долгоносик Ptochus porcellus Boh., жужелица Harpalus servus Dun:., чернотелки Anatolica abbreviata Gebl., Melani-mon tibialis F.).
В хвойных полосах данный отряд отличается бедностью состава и низкой численностью особей, что обусловлено, на наш взгляд, особенностями таких элементов биотопа как мощность лесной подстилки, развитие травянистого яруса, освещенность и т.д. Наиболее разнообразно здесь семейство Elateri-dae, типичным представителем которого является Prostemon tesselatum L. Для энтомокомплексов хвойных лесополос характерна также особенно высокая численность видов насекомых из отряда Diptera.
