ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ ЛОКАЛЬНОЙ ПОПУЛЯЦИИ EISENIA FETIDA, ИНТРОДУКЦИРОВАННОЙ В ПОЧВУ ПШЕНИЧНОГО ПОЛЯ IN SITU

Воробьева Т.Г.¹, Иванова К.В.²

¹Доктор биологических наук, профессор, Омский государственный университет им. Ф.И.Достоевского, ²аспирант, Омский государственный педагогический университет

ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ ЛОКАЛЬНОЙ ПОПУЛЯЦИИ EISENIA FETIDA,  ИНТРОДУКЦИРОВАННОЙ В ПОЧВУ ПШЕНИЧНОГО ПОЛЯ  IN SITU

Аннотация

В статье приведены данные эксперимента по интродукцированию половозрелых особей Eisenia fetida (Savigni, 1926) в почву пшеничного поля на фоне биологического загрязнения in situ.  Материалом для исследования послужил образец почвы, отобранной на пшеничном поле в Азовском районе Омской области. В течение 2010-2013 г.г. методом    почвенных раскопок] обрабатывались пробы на установление   в мезофауне представителей класса Oligochaeta. Полученные результаты рассматриваются как позитивное воздействие жизнедеятельности локальной популяции Eisenia fetida на некоторые свойства среды обитания, которые дают  представление о развитии искусственно созданной одновозрастной популяции Eisenia fetida, внедренной в почву пшеничного поля с наличием биологического  загрязнения в течение 6 месяцев in situ. В период проведения эксперимента динамика численности и плотности популяции Eisenia fetida обеспечивала высокая рождаемость.

Ключевые слова: популяция, плотность популяции, абсолютная рождаемость, дождевые черви, интродукция.

Vorobyeva T.G.¹, Ivanova K.V.²

¹PhD in Biology, Professor, Dostoevsky Omsk State University, ²Postgraduate Student, Omsk State Pedagogical University

DYNAMICS OF THE DEVELOPMENT OF LOCAL POPULATION OF EISENIA FETIDA INTRODUCED INTO THE SOIL OF WHEAT FIELD IN SITU

Abstract

The article presents experimental data on the introduction of sexually mature specimen of Eisenia fetida (Savigni, 1926) into the soil of a wheat field against the background of biological pollution in situ. The material for the study was a sample of soil selected on a wheat field in the Azov region of the Omsk Region. During 2010-2013, the samples for the establishment of the Oligochaeta class representatives in meso-fauna were processed by the method of soil excavations. The results are considered as a positive impact of the local Eisenia fetida on some habitat properties that help us to better understand the development of an artificially created, even-aged population of Eisenia fetida introduced into the soil of a wheat field with the presence of biological pollution for 6 months in situ. During the experiment, the dynamics of Eisenia fetida population abundance and density provided high fertility.

Keywords: population, population density, absolute fertility, earthworms, introduction.

В современных экологических исследований популяционный подход является одним из основных методов исследований, позволяющих не только изучать тенденции изменений структур популяций,  но и обеспечивать научную основу и теоретическую базу для моделирования и разработки биологических методов для решения экологических проблем. Поэтому исследования популяционных структур  не теряют своей актуальности, особенно в локальных популяциях, интродукцированных в среду обитания.

С точки зрения их влияния на почву, наиболее изученными животными являются дождевые черви, которые выполняют целый ряд функций, поддерживающих почвообразовательный процесс [1, С. 245]. Степень положительного влияния люмбрицид на повышение плодородия почв при одновременной утилизации биологических отходов остается мало изученной в конкретных условиях  in situ.

Популяционные исследования на основе анализа полученных в ходе экспериментов популяционных кривых Eisenia fetida дают представление о закономерностях роста числа особей червей, взаимодействии данного вида с окружающей средой в полевых условиях.

Цель данной работы – изучить и проанализировать динамику одновозрастной половозрелой популяции особей Eisenia fetida, преднамеренно заселенных в почву пшеничного поля.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалом исследования послужил образец почвы, отобранной на пшеничном поле в Азовском районе Омской области. Выбранный нами участок расположен у поселка  Гауф в пределах 54^O 46^I  с.ш.  и 73^O 23^I  в.д. В течение 2010-2013 г.г. методом    почвенных раскопок по М.С.Гилярову (1975) [2, C. 282] обрабатывались пробы на установление  в мезофауне представителей класса Oligochaeta,обитающих в почвах лесостепной зоны Омской области. Данным методом было обработано  28 проб почвы с учетом горизонтов, ни в одной из которых представителей малощетинковых червей обнаружено не было.

Особи культивированы на почве пшеничного поля в лабораторных условиях. Половозрелость определяли по наличию пояска (clitellum) у экземпляров. Контейнеры из полиэтилена объемом 16 литров наполняли почвой, сверху  равномерно распределяли около 550 г. куриного помета и укладывали слой березового опила массой около 200 г. В почву помещались по 15 половозрелых особей Eisenia fetida, в каждую из трех повторностей эксперимента. Температура почвы зависела от температуры окружающей среды, влажность – от количества выпадаемых осадков.

Контейнеры помещались в углубления, проделанные в грунте так, чтобы уровень почвы в контейнерах совпадал с уровнем почвы поля. С целью предотвращения  миграции Eisenia fetida в окружающую среду контейнеры закрывались хлопковой тканью. Наблюдения велись c третьей декады апреля по вторую декаду  октября, в течение времени активной жизни  дождевых червей в лесостепной зоне Омской области.

Общая численность определялась как сумма всех половозрелых и неполовозрелых особей.  Численность возрастных групп как количество соответственно половозрелых и неполовозрелых особей.

Биомассу популяции определяли через взвешивание на электронных весах всех обнаруженных особей червей (г). Среднюю плотность популяции по биомассе вычисляли как отношение общей биомассы червей к общему объему почвы в контейнере (г/дм³). Абсолютную рождаемость определяли как число вновь обнаруженных ювенильных особей в единицу времени, то есть фиксировали прирост в популяции каждые две недели наблюдения.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ полученных результатов показал изменение количества половозрелых и неполовозрелых особей и коконов Eisenia fetida, а также время появления последних, зафиксированные в ходе эксперимента, можно рассматривать как категории, которые характеризуют динамику изменений общей численности популяции и численности возрастных групп (рис. 1).  Кроме того, полученные данные  позволяют предположить об  изменении  показателей популяции, таких как средняя плотность по биомассе и абсолютная рождаемость.

Рис. 1 – Динамика общей численности популяции Eisenia fetida

 

В течение первых двух недель эксперимента численность и состав популяции оставались в пределах исходного уровня, первые изменения – появление коконов – обнаружены через месяц после закладки эксперимента. Постоянное, но неравномерное  увеличение числа коконов наблюдалось следующие 4 контрольные отметки, т.е. в течение двух месяцев. Наибольшее количество коконов – 79 - зафиксировано на 12 неделе эксперимента, соответствующей середине временного отрезка наблюдений. Затем, число коконов хоть и снижается на 18%, но остается достаточно высоким в сравнении с показателями  остальных контрольных отметок. Это дает основание утверждать, что именно время  между 12 и 14 неделями следует считать точкой самой интенсивной активности червей, направленной на воспроизводство популяции. Достигнув максимальных показателей в середине эксперимента, количество коконов начинает постепенно уменьшаться. Следует отметить, что интенсивность снижения коконов к концу исследования возрастала с 27% до 45% от числа предыдущих показателей. Описанное выше варьирование результатов связано, по всей видимости, с изменением стратегии размножения  половозрелых Eisenia fetida, которая в условиях in situ зависит от биотических и абиотических факторов.

Наличие неполовозрелых представителей Eisenia fetida в популяции зафиксировано через месяц после обнаружения коконов. На протяжении всего остального периода экспериментальных исследований численность ювенильных люмбрицид постепенно возрастала, увеличивалась каждые 14 дней в среднем на 36 особей, что составляет до 20% от предыдущих значений. Максимум числа неполовозрелых особей зарегистрирован на конечном контрольном срезе – 313 экземпляров, что в 20 раз превышает начальное количество взрослых экземпляров.

Изменение возрастного состава популяции происходило как за счет резкого роста численности неполовозрелых червей, так и за счет увеличения количества в линии взрослых особей Eisenia fetida. Рост числа половозрелых люмбрицид на 16% регистрируется через 6 недель  после обнаружения  первых восемнадцати ювенильных экземпляров. Безусловно, этот факт объясняется переходом  особей из одной возрастной группы в другую и имеет место в каждой из трех последующих  контрольных отметках. В конечном итоге число половозрелых особей увеличилось на 62% от начального – с 15 до 24.

Исходя из вышеизложенного, следует отметить, что локальная популяция Eisenia fetida, интродуцированная в почву пшеничного поля in situ в условиях пресса биологического загрязнения, является быстрорастущей. Этот тезис подтверждает анализ роста средней плотности  популяции Eisenia fetida по биомассе и показателей абсолютной рождаемости (рис.2,3).

Рис. 2 – Рост средней плотности популяции Eisenia fetida по биомассе

Рис. 3 – Показатели абсолютной рождаемости в популяции  Eisenia fetida

 

Сопоставляя диаграмму изменения средней плотности по биомассе с графиком изменения численности, можно отметить, что заметный рост средней плотности совпадает со значительным увеличением общего числа  ювенильных особей навозных червей.  Как следствие, дальнейший рост плотности популяции по биомассе находится в прямой зависимости от численности данной возрастной группы. Положительная динамика в таких характеристиках,  как  численность и плотность обеспечивалась величиной абсолютной рождаемости, которая оставалась на стабильном уровне с 10 по 22 недели наблюдения и  составляла от 32 до 43 особи в две недели.

Быстрый рост численности и плотности популяции Eisenia fetida, которая по условиям эксперимента является единственным представителем мезофауны в почве, неизбежно ведет к изменениям не только физических, но и химических характеристик среды обитания люмбрицид.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что развитие искусственно созданной одновозрастной популяции Eisenia fetida, внедренной в почву пшеничного поля с условием биологического  загрязнения в течение 6 месяцев in situ, превратился в разновозрастную быстрорастущую. Причиной данного преобразования послужили стабильное формирование коконов с разной степенью интенсивности и дальнейший выход из них ювенильных экземпляров. В течение всего времени эксперимента такой уровень динамики изменений в численности и, как следствие, в плотности популяции Eisenia fetida обеспечивала высокая рождаемость, поэтому мы смогли отметить сдвиг возрастного спектра. Для  компостного червя Eisenia fetida было показано, что популяция червей с низкой плотностью усиливает свою репродуктивность [3, С. 294].

Процент высокой выживаемости молодых особей и дальнейшее их развитие свидетельствует о том, что резкое увеличение количества коконов и неполовозрелых люмбрицид не является эффектом роста плодовитости  как защитного механизма сохранения популяции в условиях загрязнения [4, С. 280], [5, C. 32].

Стабильный уровень числа половозрелых люмбрицид в течение пяти последних недель эксперимента связано с прекращением перехода червей из неполовозрелой возрастной группы  в половозрелую, то есть с замедлением развития  [6, C. 294]. Это можно объяснить уменьшением среднесуточных температур в сентябре-октябре, в результате чего замедляется метаболизм неполовозрелых люмбрицид

Таким образом, с точки зрения анализируемых характеристик популяции, сформированные нами условия  обитания, положительно повлияли на ее развитие.  Полученные результаты могут стать основным эмпирическим материалом для разработок технологий, по биологической мелиорации почв, а  также утилизации биологических отходов с помощью  Eisenia fetida.

Список литературы / References

1. Овсяников Ю.А. Теоретические основы эколого-биосферного земледелия / Ю. А. Овсянников. – Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2000. – 248 с.
2. Гиляров М.С. Учет крупных почвенных беспозвоночных (мезофауны) / М. С. Гиляров // Методы почвенных зоологических исследований. – М.: Наука, 1975. – 282 с.
3. Meyer W. J. Механизм контроля популяции компостного червя Eisenia fetida / W. J. Meyer // Материалы II научно-практической конференции «Дождевые черви и плодородие почв». – Владимир, 2004. – 294 с.
4. Воробейчик Е.Л. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень) / Е. Л. Воробейчик, О. Ф. Садыков, М. Г. Фарафонтов. – Екатеринбург: УИФ «Наука», 1994. – 280 с.
5. Покровская С.Ф. Использование дождевых червей для переработки органических отходов и повышения плодородия почв (вермикультура) / С. Ф. Покровская. – М.: Агропромиздат, 1991. – 32 с.
6. Покаржевский А.Д. Химический состав дождевых червей и вермикультура: / А. Д. Покаржевский, И. А. Панченко, Д. П. Забоев // Материалы II научно-практической конференции «Дождевые черви и плодородие почв». – Владимир, 2004. – 294 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Ovsjanikov Ju.A. Teoreticheskie osnovy jekologo-biosfernogo zemledelija Theoretical bases of ecological and Biosphere farming] / Ju. A. Ovsjannikov. – Ekaterinburg: Izd-vo Ural'skogo universiteta, 2000. – 248 p. [in Russian]
2. Giljarov M.S. Uchet krupnyh pochvennyh bespozvonochnyh (mezofauny) [Accounting major soil invertebrates (microorganisms)] / M. S. Giljarov // Metody pochvennyh zoologicheskih issledovanij [Methods of soil zoological research]. – M.: Nauka, 1975. – 282 p. [in Russian]
3. Meyer W. J. Mehanizm kontrolja populjacii kompostnogo chervja Eisenia fetida [[Mechanism to control populations of Eisenia fetida worm composting]] / W. J. Meyer // Materialy II nauchno-prakticheskoj konferencii «Dozhdevye chervi i plodorodie pochv» [Proceedings of the II scientific and practical conference "Earthworms and soil fertility"]. – Vladimir, 2004. – 294 p. [in Russian]
4. Vorobejchik E.L. Jekologicheskoe normirovanie tehnogennyh zagrjaznenij nazemnyh jekosistem (lokal'nyj uroven') [ Environmental regulation of technogenic pollution of terrestrial ecosystems (local level] / E. L. Vorobejchik, O. F. Sadykov, M. G. Farafontov. – Ekaterinburg: UIF «Nauka», 1994. – 280 p. [in Russian]
5. Pokrovskaja S.F. Ispol'zovanie dozhdevyh chervej dlja pererabotki organicheskih othodov i povyshenija plodorodija pochv (vermikul'tura) [Use earthworms for recycling organic waste and soil fertility improvement (Vermiculture)] / S. F. Pokrovskaja. – M.: Agropromizdat, 1991. – 32 p. [in Russian]
6. Pokarzhevskij A.D. Himicheskij sostav dozhdevyh chervej i vermikul'tura [Chemical composition of earthworms and Vermiculture] / A. D. Pokarzhevskij, I. A. Panchenko, D. P. Zaboev // Materialy II nauchno-prakticheskoj konferencii «Dozhdevye chervi i plodorodie pochv» [Materials of the II scientific and practical conference "Earthworms and soil fertility"]. – Vladimir, 2004. – 294 p. [in Russian]