Роль насекомых в Здоровье почв…. светлой памяти Захваткина Ю.А.

На месте этой публикации должно было бы быть сообщение о вкладе корневых экссудатов в здоровье почв…но 16 декабря пришла грустная новость – ушел из жизни наш Учитель по энтомологии, профессор Тимирязевской академии, доктор биологических наук Юрий Алексеевич Захваткин ( 1941–2022) и в память о нем решила написать пост о насекомых, об их роли в почвообразовании и здоровье почв...

Общеизвестно, что почва — это место обитания или поверхность передвижения многих современных видов насекомых. Весь комплекс организмов, находящихся в почве, называют эдафоном, а факторы почвы – эдафическими (от греческого слова эдафос – почва).

Насекомых, связанных с почвой можно разделить на группы :

- геобионты, постоянные обитатели почвы - первичнобескрылые, медведки, корневые тли.

- геофилы, обитающие в почве только в одной своей фазе - виды жужелиц, чернотелок, пластинчатоусых, листоедов, ряд усачей, долгоносиков, муравьиных львов, долгоножек, слепней, пчелиных и др.

- геоксены, временно посещающие почву, например, для зимовки.

АНАТОМИЧЕСКИЕ И МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ АДАПТАЦИИ ДЛЯ ЖИЗНИ В ПОЧВЕ

Почва является специфической средой и ,очевидно, что насекомым приходиться адаптироваться:

- сильное развитие кутикулярного слоя кожи, предающее прочность покровам, необходимую для передвижения в плотной среде и для повышения сопротивления наружному давлению. У многих почвенных насекомых особую склеротизацию и прочность получают отдельные участки тела, которыми они упираются в стенки проделываемых ими почвенных ходов. Например, головная капсула, прочность которой нередко повышается путем исчезновения швов (личинки хрущей). Часто сильной склеротизации подвергаются концевые участки челюстей и ног, участвующие в копании, щетинки на первом грудном сегменте и т.д.

- покровы, проницаемые для воды. У них развились или иногда были вторично утрачены приспособления, связанные с уменьшением испарения через поверхность тела, в этом нет надобности, т.к. между частицами почвы, где они обитают, воздух насыщен влагой. Этим же определяется и отсутствие у многих почвенных насекомых запирательного аппарата трахейной системы близ дыхалец. Если запирательный аппарат и присутствует (у личинок пластинчатоусых жуков, долгоножек), в дыхательной системе имеются мелкие отверстия, обеспечивающие проникновение через них паров и газов. В связи с высокой водопроницаемостью кожных покровов, у почвенных насекомых сильно развиты выделительные органы.

- морфологические приспособления к жизни в почве. Крупные насекомые, часто использующие скважины почвы, имеют вытянутую форму тела, таковы личинки мух, проволочники, ложнопроволочники. У многих насекомых, использующих для передвижения промежутки между почвенными частицами, развивается ложная членистость, придающая их телу большую гибкость. У некоторых сильно склеротизированных личинок почвенных насекомых, имеющих сильно вытянутую форму тела, повышение гибкости достигается также налеганием одного на другой сегментов тела, соединенных между собой эластичными кожными участками. Приспособление к передвижению в трещинах и пустотах почвы часто проявляется в уплощении тела в дорзо-

вентральном направлении. Подвижность в ограниченном, сдавленном пространстве повышается иногда также путем удлинения конечностей, а у жуков – повышением переднеспинки.

-Взрослые насекомые, не живущие постоянно в почве, но часто зарывающиеся в нее или в навоз (хрущи, бронзовки, навозники), или роющие в земле норки (кравчики) обычно имеют передние ноги копательного типа, с расширенными зубчатыми голенями. Часто у копающих насекомых уплощается, расширяется и приобретает зубцы передний край головы, как у многих жуков навозников. У таких насекомых в копании участвуют не

только ноги, но и голова (Scarabaeus, Heliocopris).

- Для большинства почвенных насекомых характерно наличие на поверхности отдельных участков тела щетинок, шипиков, бугорков, выростов, позволяющих им удержаться в ходах. У почвенных личинок многих жуков на девятом стерните брюшка развит особый

вырост, называемый подталкивателем или подпоркой, особенно ярко выражен-

ный у чернотелок и жужелиц. У этих же насекомых на этом сегменте брюшка

развиты очень характерные парные, чаще загнутые кверху, сильно склеротизо-

ванные, несущие зубцы концевые образования, называемые урогомфы, которые

несут не только опорные функции, но служат и для отгребания частичек почвы

при передвижении личинок.

-Очень распространенная среди почвенных личинок жуков (долгоносики, пластинчатоусые) С-образно изогнутая форма тела приспособлена к особенностям их передвижения. Брюшной сегмент личинок при этом подгибается и упирается в стену проделываемого в почве хода, а тергиты груди – в стенку противоположной стороны, при этом закреплению помогают находящиеся в соответствующих местах щитки и щетинки. Насекомые, использующие для передвижения в почве трещины, полости и каналы, превышающие толщину их тела, имеют камподеовидную форму.

РОЛЬ НАСЕКОМЫХ В ПОЧВООБРАЗОВАНИИ

Роль насекомых в почвообразовании и , как результат , статусе поддержания здоровья почв проявляется различными способами:

– путем разложения растительных остатков, вовлечением в почву органического вещества. Разложение растительных остатков осуществляется насекомыми - сапрофагами, которые питаются этими остатками и таким образом вовлекают их в круговорот веществ. Особенно заметна роль насекомых-сапрофагов в разложении поверхностного растительного опада и растительной подстилки. Среди насекомых, перерабатывающих растительные остатки, большое значение принадлежит подурам из первичнобескрылых и личинкам мух и жуков из крылатых насекомых, используя в пищу растительные остатки, насекомые-сапрофаги способствуют разложению их своими ферментами, которые способны расщеплять даже такие стойкие соединения как клетчатка. При питании растительные остатки измельчаются или проедаются ходами, что приводит к усилению грибного и бактериального разложения. При этом преобладают аэробные процессы разложения, что обеспечивает более полную минерализацию органических остатков и способствует более быстрому обогащению почвы необходимыми для растений питательными солями.

- прокладыванием в почве ходов и путем заглатывания частиц почвы и пропускания их через кишечник. Передвижениями в почве насекомые оказывают воздействие на ее аэрацию, структуру.

-перемешиванием почвы, вынося ее частицы из более глубоких слоев в верхние горизонты и, наоборот, заносить ее частицы вглубь.

- создание зернистой водостойкой структуры почвы. Питание насекомых-сапрофагов, особенно при пропускании частиц почвы через кишечник, приводит к образованию копролитов – экскрементов в виде органо-минеральных комочков, обогащенных гумусом и минеральными солями. Зернистая структура многих плодородных почв, как оказалось, в значительной степени образуется в результате деятельности насекомых, а сами зернистые отдельности являются экскрементами.

ПОЧВЕННЫЕ ФАКТОРЫ,ВЛИЯЮЩИЕ НА НАСЕКОМЫХ

Гранулометрический состав и агрегатное состояние

Механический состав, структура и плотность почвы влияют на ее основные физические свойства — температуру, влажность, воздухопроницаемость. Вместе с тем механический состав почвы может оказывать и непосредственное влияние на избирательность отдельных видов насекомых. Так, личинки хрущей (мраморные хрущи, майские жуки) более сильно заселяют и вредят на легких песчаных почвах, в то время как виноградная филлоксера на них практически существовать не может, так как ее личинки I возраста (бродяжки) лишены возможности передвигаться в легких бесструктурных почвах. Уплотненные залежные и целинные земли предпочитают жуки кравчики, июньский хрущ, марокканская саранча, а в рыхлых почвах создаются лучшие условия для деятельности хищных жуков жужелиц и других полезных насекомых.

Температура почвы

С температурой почвы обычно связаны суточные и сезонные вертикальные миграции насекомых. Температура почвы на поверхности подвержена резким колебаниям в течение суток, тогда как на глубине 15—20 см эти колебания сглаживаются. Например, при нормальной увлажненности почвы в августе личинки хлебных жуков, пыльцеедов, некоторых видов щелкунов дважды в сутки, в 8—10 ч утра и вечером, поднимались к самой поверхности почвы, а после полудня и в ранние утренние часы уходили на глубину 5—10 см. В сентябре наблюдался лишь утренний подъем к поверхности, где личинки оставались до позднего вечера. Сезонные вертикальные миграции имеют важное значение, например, для службы диагностики и прогноза. Личинки щелкунов проволочники на зиму обычно глубоко не уходят, оставаясь в пределах промерзающего горизонта, тогда как личинки хрущей мигрируют на глубину 120—180 см, и они часто отсутствуют на участках с высоким уровнем грунтовых вод. Например, подъем в верхние горизонты почвы и вредная деятельность личинок хрущей начинаются почти на месяц позднее, чем проволочников, зимующих в пахотном горизонте. Эту особенность важно учитывать как при определении сроков проведения учетов заселенности почвы вредителями, так и при проведении защитных мероприятий.

Влажность почвы

Из физиологических особенностей насекомых, связанных с жизнью в почве, известна значительно большая их чувствительность по отношению к недостатку влаги по сравнению с видами, живущими в воздушной среде над поверхностью почвы. Так, при относительной влажности воздуха 30 % взрослые жужелицы рода Pterostichus погибали через 22 ч, тогда как типичные обитатели почвы — ногохвостки Isotoma viridis Bouri. — через 30 мин; для проволочников из рода Agriotes оказалась губительной относительная влажность воздуха 92%. Это объясняется тем, что покровы обитающих в почве насекомых высокопроницаемы для воды, а почвенный воздух обычно насыщен влагой. При дефиците влажности наблюдаются вертикальные миграции в более глубоко лежащие слои почвы, что обеспечивается хорошо развитым положительным гидротаксисом почвенных насекомых. Так, в опытах А. Лиса проволочники рода Agriotes реагировали на разность во влажности воздуха 0,5%. Дефицит влаги в почве губительно действует на яйца и куколок.

Почвенные насекомые могут выносить затопление водой длительное время при низких температурах. Личинки проволочников при температуре до 10° С легко выдерживали затопление водой до 40 дней, но в массе погибали при весенних разливах реки при температуре 17...20° С. Это зависит от способности личинок к кожному дыханию и меньшему потреблению полученного из воды кислорода при более низкой температуре. Избыточно высокая влажность почвы, особенно в сочетании с пониженной температурой, в то же время будет неблагоприятна для жизни насекомых в связи с развитием патогенных микроорганизмов и ухудшением аэрации.

Аэрация почвы

Почвенный воздух в верхних слоях почвы при незатопленных водой промежутках между частицами по содержанию кислорода не отличается от атмосферного, но содержит в 10 раз больше углекислого газа. С глубиной содержание углекислого газа в почве возрастает, а кислорода — снижается. Чем влажнее почва, тем хуже происходит обмен воздуха и выше содержание углекислоты. При ухудшении аэрации насекомые вынуждены мигрировать к поверхности почвы.

Величина рН

С влажностью и аэрацией почвы связана и реакция почвенного раствора. Как показали наблюдения многих исследователей, на кислых переувлажненных луговых почвах с pH 4—5,2 преобладали личинки темного и полосатого щелкунов, тогда как на капустном поле с pH 8,1 встречались личинки щелкунов из рода лимониус. Личинки хлебных жуков и мраморных хрущей, обитающие в более южных районах, чем проволочники, предпочитают почвы со слабокислой или щелочной реакцией (pH 6—8).

Концентрация солей в почвенном растворе

Концентрация почвенного раствора. Концентрация солей в почвенном растворе часто колеблется вследствие выпадения осадков и наступления засушливых периодов. Большинство почвенных насекомых довольно пластично и не реагирует на обычные колебания концентрации почвенного раствора. Но при засолении почв концентрация некоторых солей оказывается очень высокой, что ведет к изменению видового состава и численности насекомых; фауна почвы обедняется за счет исчезновения личинок щелкунов, хрущей и других видов, но при этом появляются специфические галофилы, или солелюбы, не встречающиеся в почвах с нормальной концентрацией солей. Такие галофилы встречаются, например, среди пустынных видов жуков чернотелок в Казахстане и Средней Азии.

Содержание органического вещества в почве

Содержание органических веществ в почве. В почвах, богатых растительными остатками, обычно развивается и более многочисленная почвенная фауна, так как органические вещества сами по себе служат источником питания для многих видов насекомых. При этом почвенные насекомые питаются неразложившимися или разлагающимися остатками растительного происхождения или пропускают через кишечник частицы самой почвы с находящимся в ней гумусом. Такой тип питания называется сапрофагией, а насекомые — сапрофагами.

Содержание растительных остатков и гумуса в почве влияет не только на видовой состав и численность сапрофагов, но и на питающихся живыми растениями фитофагов. В частности, несколько ослабляется вредоносность последних при более высоком содержании органических веществ в почве. Так, в вегетационных опытах М. С. Гилярова гибель растений от личинок июньского хруща в сосудах с песком была в 1,5—2 раза выше, чем в сосудах с черноземом, содержащим 9% гумуса.

КАК ПОДДЕРЖИВАТЬ БИОРАЗНООБРАЗИЕ НАСЕКОМЫХ В АГРОЦЕНОЗАХ

Агробиоценоз (агроценоз) – пример вторичного биоценоза. Он отличается тем, что в нем искусственно поддерживается резкое доминирование (обычно фактически монокультура) какого–либо одного сельскохозяйственного растения. Ежегодно часть биомассы, создаваемой агроценозом, изымается в качестве урожая, при этом агроценоз теряет как органические, так и минеральные вещества. Такое искусственное образование, как агроценоз, может сохраняться только при постоянном и ежегодном возобновлении его человеком. Поэтому хорошо укоренившееся и весьма распространенное представление, что "агроценоз не обладает свойством регуляции" , уже нанесло и продолжает наносить нашему и мировому хозяйству колоссальный вред. Вместо контроля за агроценозом и попыток повысить его устойчивость, пассивно ожидается наступление массового размножения вредителя, а затем применяются радикальные меры. Такая защита растений тоже сохраняет урожай, но при этом расходуется много средств и обычно загрязняются ядами пищевые продукты, вода и все окружающие биоценозы.

Естественная устойчивость агроценоза может быть значительно повышена за счет

граничащих с ним биоценозов, часто являющихся постоянным источником хищников и

паразитов . Если эти биоценозы находятся не на пионерных стадиях сукцессии, на них должны отсутствовать фитофаги – r–стратеги, многие из которых являются вредителями сельскохозяйственных растений. Следовательно, чем устойчивее биоценоз, прилегающий к полю с сельскохозяйственной культурой, чем менее пионерным он является, тем больше пользы он может принести соседним сельскохозяйственным угодьям.

Значительно повышает устойчивость агроценоза также включение в посев каких–либо

дополнительных культур ( сидератов) или посев отдельными полосами разных растений вместо больших полей монокультур. Введение в посев цветущих растений, например, их посев по обочинам вокруг поля, обеспечивает дополнительное питание паразитам и хищникам и положительно сказывается на биоразнообразии.

При подготовке сообщения были использованы: следующие материалы:

ЭКОЛОГИЯ НАСЕКОМЫХ, Замотайлов А.С. , Попов И.Б. , Белый А.И., 2012

ЭКОЛОГИЯ НАСЕКОМЫХ, Чернышев В.Б.,1996

Что нового вы подчеркнули для себя из этого сообщения? Обращали ли ранее внимание на морфологические и анатомические адаптации насекомых к жизни в почве? Задумывались ли о роли насекомых в сохранении здоровья почв и важности сохранения зон биоразнообразия на прилегающих к полям территориях?