Методы исследования сообществ микроартропод: пособие для студентов и аспирантов

    Московский педагогический государственный университет








М.Б. Потапов, Н.А. Кузнецова

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СООБЩЕСТВ МИКРОАРТРОПОД

пособие для студентов и аспирантов


Товарищество научных изданий КМК

Москва * 2011

Потапов М.Б., Кузнецова Н.А. Методы исследования сообществ микроартропод: пособие для студентов и аспирантов. Москва: Т-во научных изданий КМК. 2011. 84 с., 4 цв. вкл.




   Пособие знакомит с этапами изучения сообществ микроартропод от постановки задачи до анализа результатов. Описаны традиционные приемы полевых учетов, эклекторной выгонки, камеральной и первичной математической обработки данных. Краткий атлас габитусов позволяет сориентироваться в основных таксонах мелких почвенных членистоногих. Особое внимание уделено группе коллембол, для которой приведены иллюстрированные ключи, позволяющие определять семейства.
   Предназначено для студентов, аспирантов, начинающих специалистов в области почвенной зоологии и экологии.



















ISBN 978-5-87317-739-4

                                © М.Б. Потапов, Н.А. Кузнецова, текст. иллюстрации, 2011
                                 © Т-во научных изданий КМК, издание, 2011

                Содержание





Введение.....................................................5
I. Полевые учеты.............................................8
   1. Отбор проб для эклекторной выгонки.....................8
      Общее планирование учетов..............................8
      Схема взятия проб......................................9
      Повторность...........................................11
      Размер пробы..........................................12
      Транспортировка проб..................................14
   2. Другие методы учета...................................15
      Ловушки Барбера.......................................15
      Кошение сачком........................................16
      Флотация песка........................................17
      Эксгаустерные сборы...................................18
      Фиксация материала....................................19
II. Эклекторная выгонка.....................................20
      Эклекторная установка.................................20
      Хранение почвенных образцов...........................20
      Этапы постановки проб на эклекторы....................21
      Время выгонки.........................................22
      Завершение выгонки....................................24
      Модификации эклекторной установки.....................24
III. Разбор проб и изготовление препаратов..................28
   1. Разбор проб...........................................28
      Разбор проб в жидкости................................28
      Разбор проб на фильтре................................29
      Извлечение микроартропод из сильно загрязненных проб..30
   2. Изготовление препаратов...............................30
      Пр  епараты на ровных предметных стеклах..............31
      Пр  епараты на предметных стеклах с лунками...........35
      По  стоянные препараты с эупаралом....................37
      Хр  анение препаратов в коллекции.....................38
IV.  Работа с препаратами по определению видов..............39
   1. Определение, подсчет и промеры........................39
   2. Оформление списка видов...............................42
V.  Математический анализ экологических данных..............43
   1. Характеристика сообщества.............................43
      Составление таблицы данных по типу вид - проба........43
      Общая численность.....................................44
      Статистические методы.................................44
      Оценка выборки и ее математическое «улучшение»........45

3

      Анализ параметров выборки............................47
      Гетерогенность распределения особей в биотопе........50
      Видовая структура сообщества.........................51
      Экологическая структура сообщества...................54
   2. Сравнение сообществ разных биотопов..................55
      Набор сравниваемых показателей.......................55
      Статистическая оценка различия по общей численности..56
      Сравнение биотопической приуроченности видов.........57
      Сравнение сообществ по видовому составу..............58
      Сравнение сообществ с учетом численности видов.......59
      Кластерный анализ сообществ..........................60
      Ординация сообществ..................................61
      Дисперсионный анализ.................................62
VI. Другие методы изучения экологии почвенных микроартропод.65
Послесловие................................................67
Рекомендуемая литература...................................68
Указатель терминов.........................................70
Приложение 1 ..............................................73
Приложение 2...............................................81
Приложение 3...............................................83

            Введение



   Огромное разнообразие педобионтов (живущих в подстилке или почве простейших, червей, моллюсков, членистоногих) требует применения разных способов учета. В данном пособии обобщен опыт исследования мелких почвенных членистоногих —микроартропод, к которым относят клещей, коллембол, протур, диплур, многоножек сим-фил и пауропод, а также других членистоногих, длина тела которых обычно не превышает нескольких миллиметров. Вместе с другими группами мелких беспозвоночных они объединяются в размерную группу «мезофауна». Это сухопутные организмы, живущие в воздушных полостях между частицами почвы или подстилки, в отличие от представителей почвенной микрофауны, обитающих в водных пленках: простейших, нематод, тихоходок, коловраток и других. По сравнению с более крупными почвенными животными (экологической группы макрофауны — дождевыми червями, личинками насекомых, мокрицами и др.) представители мезофауны почти не способны самостоятельно прокладывать ходы в почве.
   Важно отметить, что в русскоязычной литературе долгое время мезофауной называли более крупных животных (то, что сейчас макрофауна). В данном пособии мы придерживаемся международной классификации размерных групп почвенной фауны по ширине тела (микро---менее 0,1 мм, мезо--0,1-2 мм, макро--более 2 мм).
Данные размерные границы довольно условны. Эта классификация отличается от принятой в отечественной литературе (нано-, микро-, и мезофауны, соответственно). По международной классификации микроар-троподы, таким образом, входят в группу мезофауны, несмотря на некоторое терминологическое несоответствие.
   Микроартроподы — самые многочисленные и широко распространенные членистоногие суши: их численность колеблется от сотен до миллионов экз. на 1 м² почвы. Эти организмы встречаются во всех биомах Земного шара. Сегодня известно около 55 тысяч видов клещей и 8 тысяч видов коллембол, подавляющее большинство из которых связано с почвой.

5

Педобионты (почвенные организмы)

почвенные микроорганизмы (бактерии, грибы)

почвенные животные

почвенные растения (одноклеточные водоросли)

микрофауна (менее 0,1 мм)

мезофауна (от 0,1 до 2 мм)

макрофауна (более 2 мм)

микроартроподы

мелкие моллюски, черви

   В нашей стране почвенных животных начали изучать в конце XIX века, к середине XX века направление оформилось в самостоятельную область — почвенную зоологию, которую возглавил известный ученый академик М.С. Гиляров. Более полувека назад в почвенной зоологии начали активно применяться количественные методы полевых исследований. Это позволило развивать экологическое направление, изучать сообщества и популяции почвенных животных, оценивать их роль в экосистемах.

   Изучая экологию сообществ микроартропод, обычно рассматривают:
  •   общие характеристики (численность, разнообразие, структуру и др.)
  •   типологию сообществ
  •   пространственную структуру
  •   динамику (суточную, сезонную, многолетнюю)
  •   изменения в ходе сукцессий (первичных, вторичных, циклических, конвейерных)
  •   разделение экологических ниш
  •   реакцию на антропогенные воздействия и биоиндикационные возможности
  •   другие вопросы

6

   В пособии мы касаемся только методов изучения структуры сообществ и популяций, но не вопросов их функционирования. Под сообществами далее подразумеваются таксоцены — совокупности видов какого-либо таксона (например, коллембол, панцирных или гамазо-вых клещей) в биотопе.

   Авторы выражают искреннюю благодарность коллегам Н.М. Черновой, А.Б. Бабенко, А.С. Зайцеву, М.Г. Кривошеиной, О.Л. Макаровой, Н.Б. Никитскому, Е.А. Сидорчук, С.К. Стебаевой, А.А. Хаустову за определение отдельных групп педобионтов и обсуждение приемов камеральной обработки. Немало рекомендаций по приближению ста-тобработки к современному уровню дано А.В.Тиуновым. Большая работа по редактированию рукописи проделана О.Л. Макаровой.
   Издание пособия поддержано грантом РФФИ № 09-04-06079-г.

                I. Полевые учеты





   Основные методы учета микроартропод — это эклекторная выгонка, почвенные ловушки, кошение энтомологическим сачком, флотация. Непосредственно наблюдаемые объекты можно собрать с помощью эксгаустера. Методы дополняют друг друга, их необходимо применять, если стоит задача составить полный фаунистический список микроартропод какой-либо территории.

1. Отбор проб для эклекторной выгонки

   Это основной способ количественного учета мелких почвенных членистоногих.


            Общее планирование учетов


   Для решения вопроса, сколько взять проб, когда и где, важна ясная постановка задачи и учет физических возможностей: «мощности» эклекторной установки, времени на разбор проб и определение и т.д. Планируя число проб, помните о последующей статистической обработке и необходимости обосновать надежность (достоверность!) результатов.

   Совет! Важнее получить достоверный хоть и небольшой вывод, чем простыни бессвязных недостоверных первичных данных.

   Планирование сборов должно учитывать специфику решения разных задач:
   -    изучение горизонтального распределения требует большого количества проб, одновременно взятых в одном биотопе;
   -    оценка влияния нескольких факторов. Необходима полнота комбинаций факторов: при изучении 2 факторов каждый из которых выражен в 2 состояниях необходимо 4 варианта, 3 факторов с 2 состояниями каждый — 9 вариантов и т.д.;


8

   -    выявление фауны в районе исследования не требуют большого количества проб в одном биотопе. Разнообразие проб выходит на первый план;
   -    оценка динамики (суточной, сезонной, многолетней) требует достаточной повторности в каждый срок учетов;
   -    комплексные исследования (т.е. микроартропод изучают наряду с другими объектами: почвой, растениями и т.д.) требуют согласования схемы взятия проб с работой других специалистов. Лучше работать на площадках, уже описанных ботаниками, почвоведами. Иногда имеет смысл оставлять неиспользованный материал из проб для коллег-специалистов по другим таксонам.
   Необходимо решить, какие характеристики среды нужно выяснить в ходе полевых учетов. Для пробной площади в целом обычно делают краткое геоботаническое описание и выясняют основные характеристики почвы (хотя бы глубину подстилки и выраженность ее слоев). При изучении динамики численности отмечают климатические показатели (среднюю температуру, количество осадков). Кроме общебио-топических характеристик в ряде случаев (при изучении горизонтального распределения или динамики численности) полезны данные по отдельным пробам: например. влажность (определяется взвешиванием образцов до и после выгонки), глубина подстилки, положение проб в биотопе и т.д.


            Схема взятия проб


   Для изучения сообщества необходимо выяснить численности отдельных видов. Любая оценка численности опирается на статистические методы. Это подразумевает взятие выборки -серии проб. Если в биотопе взята одна проба (т.е. одна порция субстрата), полученные данные не могут быть обработаны статистически, хотя и дают некоторое представление о сообществе микроартропод. Иногда можно взять одну большую смешанную пробу, полученную при смешении нескольких мелких порций субстрата. Такие данные также не могут быть обработаны статистически, но, тем не менее, этот способ хорошо выявляет фауну биотопа.
   Типовые схемы отбора образцов (отнесение биотопа к «гетерогенному» или «гомогенному» условно и зависит от целей исследования):
   1.    Биотопы без выраженной гетерогенности среды (относительно выровненный растительный покров и микрорельеф).
   На некоторых лугах, пастбище, поле, газоне пробы отбирают «случайным» способом, т.е. когда исследователь располагает пробы бес


9

порядочно, не выбирая места «получше» или «поинтереснее», не скучивая их в одном месте. Существуют и формальные способы определения мест случайного взятия проб.


   Совет! Не следует пытаться учесть все, в том числе, редкие факторы, своеобразные микростации и пр., влияющие на пространственное распределение. Если считаете, что что-то может сильно исказить картину распределения, и изучение этого не входит в Ваши задачи — не берите такую пробу (этим, выражаясь научно, минимизируется посторонняя дисперсия).


   2.   Биотопы с выраженной гетерогенностью среды (выделяются микростации)
   В лесах, степях, кочкарных болотах, полигональных тундрах пробы распределяют по микростациям. Так, в лесу из-за неоднородного распределения опада принято брать пробы линейками от дерева к дереву по 5 штук: приствольный участок первого дерева (1), в середине проекции кроны первого дерева (2), в «окне» (3), в середине проекции кроны второго дерева (4), приствольный участок второго дерева (5).


10

Кроме того, своеобразные группировки микроартропод в лесу могут быть обнаружены в разлагающемся валежнике, дуплах, норах грызунов и на коре деревьев (удобно взять мох или лишайник) -это могут быть дополнительные образцы. В степях большое значение для взятия проб имеют дерновины злаков, создающие микромозаику из голых выветриваемых участков, самой дерновины (обычно берется край дерновины) и скоплений опада. Здесь также возможны дополнительные образцы, учитывающие рельеф (западина), близость к кустарникам и т.д.
   Определив площадь микростаций (в %), можно в дальнейшем рассчитать реальную численность микроартропод на биотоп в целом.

   Важно! Пробная серия должна охватывать образцы из разных линий, удаленных друг от друга на десятки-сотни или более метров.


            Повторность


   Количество проб в одном биотопе — один из существенных моментов методики. От этого в какой-то мере зависит в дальнейшем статистическая достоверность отличий между биотопами, сроками, вариантами опыта и т.д. — чем проб в одной выборке больше, тем достоверней результаты. Однако, если нет специальных задач, то существенно увеличивать количество проб не следует, хотя бы из соображения экономии сил. Следуйте общему стандарту в работах, учитывающих микроартропод — здесь количество проб, как правило, определено заранее и обычно равно 15-20 для одного биотопа. Для предварительных оценок возможно взятие 7-10 проб, хорошие достоверные результаты получают по 30 пробам. Количество проб зависит от степени агре-гированности и обилия животных. Чем выше мозаичность и меньше численность, тем большее количество проб требуется взять. В статистике существует формула, по которой можно вычислить число проб, которое необходимо для получения достоверных результатов. Иногда это видно и без расчетов. Например, полученный ряд цифр по численности в отдельных пробах: 2, 100, 87, 5, 8, 45 — имеет большой разброс и требует взятия большего числа проб.

   Совет! Лучше взять больше проб меньшего размера, чем меньше больших проб.

   Схемы отбора, приведенные выше, решают задачу характеристики микроартропод одного конкретного биотопа. Если задача ставится


11

шире, например характеристика их сообщества в данном типе биотопов (например, в ельниках кисличниках) данного географического района, то исследования надо повторить в нескольких биотопах. Сколько бы проб ни было взято в одном месте, все они будут считаться мнимыми повторностями для данной задачи — нет уверенности, что полученные для одного биотопа выводы будут справедливы и для других таких же биотопов. Об этом необходимо помнить, например, при изучении реакции населения микроартропод на антропогенные воздействия. Выводы о влиянии фактора должны основываться на сериях проб, взятых в нескольких градиентах контроль — нарушение.


            Размер пробы


    Пробы, взятые в одном биотопе, должны содержать приблизительно одинаковые порции субстрата (лесной подстилки, мха, почвы и т.д.). Размер пробы обычно указывают через площадь, реже измеряют объемом (при изучении, например, песка или разлагающейся древесины).
    Обычно применяютрамку и бур. Наиболее частые размеры рамки: площадь 5 х 5 см (25 см²), высота — 5 см. Для отбора образца рамку врезают в почву, затем вынимают ее вместе с порцией субстрата, содержимое аккуратно извлекают, не сдавливая образец. Врезание рамки в почву может быть облегчено с помощью негнущегося длинного ножа.
    Бур удобнее рамки, особенно при отборе проб с большей глубины. Разъемная конструкция бура позволяет подразделять пробу на слои,



12