Возрастное распределение, выживаемость и смертность виноградной улитки Helix pomatia L. в экосисте-мах Калининградской области
Возрастное распределение, выживаемость и смертность виноградной улитки Helix pomatia L. в экосистемах Калининградской области
Е.Г. Стародубцева, В.П. Дедков
В рамках комплексной работы по изучению экологии и биологии виноградной улитки Helix pomatia на территории Калининградской области проведено исследование возрастного распределения, выживаемости и смертности в трех природных популяциях данного вида. Наблюдения проводились в августе 2001 года на популяциях Helix pomatia, изолированных друг от друга и от других популяций своего вида. На основе данных по возрастному распределению, собранных при проведении полевых работ, построены демографические таблицы и кривые выживания для всех трех популяций. Проведенное исследование показало, что предельная продолжительность жизни виноградной улитки в естественных условиях составляет 8 – 9 лет. Величина выживания, специфичная для каждой возрастной группы, остается на протяжении всего жизненного цикла у изученных популяций более или менее постоянной. До репродуктивного возраста доживают около 60 % новорожденных улиток. Интенсивность смертности ощутимо увеличивается только на шестом году жизни моллюсков. Природные популяции имеют S-образный тип кривой выживания. Высокий уровень смертности характерен для новорожденных улиток (возраст до одного года), а также для половозрелых моллюсков в возрасте четырех лет и более.
Введение
В последние годы наблюдается устойчивая тенденция к расширению спектра используемых человеком природных ресурсов. В число объектов эксплуатации в Калининградской области попала и виноградная улитка Helix pomatia (Linnaeus, 1758), используемая в пищу в ряде европейских стран. В последнее время начался интенсивный сбор и заготовка данного вида моллюсков для экспорта за рубеж. Виноградная улитка – самый крупный наземный моллюск в Калининградской области, бесконтрольный сбор которого может привести к уничтожению природных популяций Helix pomatia и значительным нарушениям биотического круговорота в экосистемах области. На сегодняшний день слабо изучено распространение виноградной улитки по исследуемой территории, мало данных о величине общей продуктивности моллюска, отсутствуют сведения о структуре популяций этого вида, особенностях жизнедеятельности на территории области. Всестороннее изучение данного вида – цель предпринимаемого в настоящее время исследования [3]. Частью данной работы является изучение возрастного распределения, выживаемости и смертности виноградной улитки на территории Калининградской области. Оценка этих показателей была предпринята для трех природных популяций Helix pomatia, обитающих в Гурьевском, Озерском и Черняховском районах Калининградской области.
Материалы и методика исследования
Изучение возрастного распределения, выживаемости и смертности виноградной улитки проводилось на трех относительно изолированных природных популяциях, которые обитают в следующих районах Калининградской области:
– часть лесного массива на 2-м км шоссе Ушаково – Ладушкин (недалеко от пос. Ульяновка) – 32 га;
– небольшой лесной массив в окрестностях пос. Жучково Озерского района – 24 га;
– участок леса на 6-м км шоссе Талпаки – Большаково (у пос. Дивное) – 36 га.
Выбор этих трех точек не случаен: полностью исключаются контакты и миграции животных из одной изучаемой популяции в другую, а кроме того, эти точки выбраны в различных физико-географических районах области [4]. У всех трех лесных массивов схожий тип растительности (лиственный лес с преобладанием в верхнем ярусе липы, клена и иногда ольхи черной, а в нижнем ярусе сныти обыкновенной) и почвенно-грунтовые условия (увлажненные почвы, богатые перегноем, толщина подстилки примерно 10 см). Это небольшие по площади участки леса, ограниченные со всех сторон дорогами, лугами, ручьями и реками. Такие условия делают обитающие там популяции виноградной улитки относительно изолированными, практически предотвращая эмиграцию и иммиграцию животных данного вида. Кроме того, проводились опросы местных жителей в местах учетных работ на предмет отсутствия промысла виноградной улитки в предыдущие годы и в 2001 году.
Исследование проведено в середине августа 2001 года. К этому времени появление молоди виноградной улитки уже заканчивается и учету, таким образом, были подвергнуты все животные, появившиеся в год исследования. Полевые работы включали в себя:
– предварительный осмотр района исследования с последующим проведением стратификации;
– закладка учетных пробных площадей;
– учетные работы.
Пробные площади для учета численности виноградной улитки закладывались по всей площади изучаемого лесного массива, причем частота закладки зависела от результатов проведенной ранее стратификации. Размеры учетных площадей составляли 4 м2 (квадрат 22 м), их количество на профилях варьировало от 5 до 15, а расстояние между пробными площадями – от 5 до 10 метров. В первой и третьей точках было заложено 100 учетных площадей, а во второй – 80. На первом участке учтено 160 животных, на втором – 144, на третьем – 68.
Полученные в результате исследований данные обрабатывались с использованием методик, приведенных в работах С.С. Крамаренко [6], К.К. Фасулати [10] и Г. Коли [5], с учетом особенностей биологии и экологии изучаемого вида [7, 11].
Результаты
В природных условиях измерить признаки популяции трудно или невозможно. До некоторой степени эти трудности можно преодолеть по мере развития методов исследования популяций. Поэтому разработка более совершенных методов измерения популяционных признаков у различных организмов, имеющих большое значение, – весьма плодотворное направление современных экологических исследований. Сомнительно, однако, что даже при значительном усовершенствовании методов все популяционные признаки можно будет измерять в природе с одинаковой точностью. К счастью, чтобы получить адекватную картину популяции, измерять их все нет необходимости. Часто один показатель можно рассчитать по данным о другом. Таким образом, точное измерение одного или двух показателей оказывается более ценным, чем приближенное измерение нескольких [8]. В качестве такого показателя в настоящем исследовании взято возрастное распределение особей в природных популяциях виноградной улитки, а на основании возрастной структуры рассчитаны показатели динамики численности – выживаемость и смертность моллюсков разных возрастных групп.
Выживаемость, обозначаемая lx, характеризует часть популяции, дожившей до конкретного возраста х. Этот показатель рассчитывается как отношение числа моллюсков возраста х (Fx) к начальной численности популяции (F0): lx = Fx / F0. Таким образом, величина lx характеризует вероятность каждого новорожденного дожить до возраста х [6]. Она представляет собой долю животных, доживших до данного возраста (возрастного интервала) [2].
Смертность относится к числу факторов, уменьшающих численность популяции. Она связана с гибелью особей вследствие старения, болезней, выедания хищниками, воздействия человека и других факторов [2] и сильно зависит от возраста, в связи с чем большой интерес представляет определение этого показателя для возможно большего числа возрастных групп, поскольку это позволяет установить силы, лежащие в основе механизмов, определяющих общую смертность в популяции [8]. Смертность, обозначаемая dx, – величина, обратная выживаемости. Это вероятность гибели особей в возрастном интервале от х до х + 1. Определяется она как разность между двумя последовательными значениями lx:
dx = lx – lx+1.
Удельная смертность qx соответствует доле животных в возрасте х, погибающих в интервале времени до х + 1, т.е. qx = dx / lx. Удельная выживаемость px – это доля животных в возрасте х, доживающих до возраста х + 1, которая вычисляется по формуле px = 1 – qx [2]. Другой формой выражения удельной смертности является показатель интенсивности смертности kx:
kx = lg Fx – lg Fx+1 [6].
Перечисленные популяционные показатели – это различные способы записи одной и той же информации, позволяющие рассматривать и использовать ее с различных точек зрения. Так, доля выживших lx и погибших dx особей используется почти во всех уравнениях популяционной динамики, а удельная смертность и выживаемость – в основном при изучении генетических и эволюционных последствий самой смертности, а также при моделировании популяционных процессов с помощью ЭВМ [2]. Кроме того, эти показатели используются при составлении демографических таблиц. Демографические таблицы – это таблицы структуры популяции по продолжительности жизни особей. Кривые, построенные на основе таблиц структуры природной популяции по продолжительности жизни особей, весьма информативны. Если откладывать интервалы времени по оси абсцисс, а число выживших особей – по оси ординат, то получится кривая, называемая кривой выживания [1; 9]. Кривые выживания – это графическое изображение процесса изменения численности популяций во времени. Построение этих кривых помогает выяснить, в каком возрасте популяция наиболее уязвима. Установив причины смертности в этом возрасте, можно понять, как и чем регулируется величина популяции. Кроме того, форма кривой выживания является в целом специфичной для каждой популяции, поэтому возможно сравнение демографических процессов между различными популяциями изучаемого вида [6].
Так как сбор наземных моллюсков (особенно при высоком уровне плотности) основан на вероятностном подходе, иногда может возникнуть ситуация, когда моллюсков возрастной группы х меньше, чем возрастной группы х+1. Для того чтобы избежать появления в демографической таблице бессмысленных отрицательных величин, исходные данные полевых исследований подвергают преобразованию, используя линейное сглаживание по трем ординатам:
F0 = (5 · f0 + 2 · f1 – f2) / 6;
Fx = 1/3 (fx+1 + fx + fx-1);
Fn = (5 · fn + 2 · fn-1 – fn-2) / 6,
где fx, fx-1, fx+1 – число особей возрастного класса х, предыдущего и последующего возрастных классов соответственно, а f0, f1, f2, fn-2, fn-1 и fn – число особей нулевого, первого, второго, предпредпоследнего, предпоследнего и последнего возрастных классов соответственно. Так вычисляются теоретические значения численности каждой возрастной группы (Fx). Теоретические значения заносятся в демографическую таблицу, и на их основе рассчитываются показатели смертности и выживаемости каждого возрастного класса [6].
Описанная выше последовательность обработки данных полевых исследований была проведена для трех природных популяций виноградной улитки, и полученные результаты обобщены в таблицах 1, 2 для популяции из окрестностей пос. Ушаково, в таблицах 3, 4 для популяции из окрестностей пос. Жучково и в таблицах 5, 6 для популяции из окрестностей пос. Дивное. На основании данных демографических таблиц построены кривые выживания для этих популяций (рис. 1 – 3).
Таблица 1
Результаты учетов виноградной улитки разных возрастных групп, проведенных в окрестностях пос. Ушаково Гурьевского р-на
|
Возраст в годах, х |
Количество найденных особей (данные учетов), fx |
Теоретические данные после проведения сглаживания, Fx |
|
0 |
31 |
31 |
|
1 |
26 |
26 |
|
2 |
20 |
23 |
|
3 |
22 |
22 |
|
Возраст в годах, х |
Количество найденных особей (данные учетов), fx |
Теоретические данные после проведения сглаживания, Fx |
|
4 |
23 |
21 |
|
5 |
17 |
17 |
|
6 |
12 |
11 |
|
7 |
5 |
7 |
|
8 |
3 |
3 |
|
9 |
1 |
1 |
Таблица 2
Демографическая таблица, построенная по результатам учетов виноградной улитки, проведенных в окрестностях пос. Ушаково Гурьевского р-на
|
x |
Fx |
lx |
dx |
qx |
px |
kx |
|
0 |
31 |
1,000 |
0,161 |
0,161 |
0,839 |
0,076 |
|
1 |
26 |
0,839 |
0,097 |
0,116 |
0,884 |
0,053 |
|
2 |
23 |
0,742 |
0,032 |
0,043 |
0,957 |
0,019 |
|
3 |
22 |
0,710 |
0,033 |
0,047 |
0,953 |
0,020 |
|
4 |
21 |
0,677 |
0,129 |
0,191 |
0,809 |
0,092 |
|
5 |
17 |
0,548 |
0,193 |
0,352 |
0,648 |
0,189 |
|
6 |
11 |
0,355 |
0,129 |
0,363 |
0,637 |
0,196 |
|
7 |
7 |
0,226 |
0,129 |
0,571 |
0,429 |
0,368 |
|
8 |
3 |
0,097 |
0,065 |
0,670 |
0,330 |
0,477 |
|
9 |
1 |
0,032 |
– |
– |
– |
– |
Таблица 3
Результаты учетов виноградной улитки разных возрастных групп, проведенных в окрестностях пос. Жучково Озерского р-на
|
Возраст в годах, х |
Количество найденных особей (данные учетов), fx |
Теоретические данные после проведения сглаживания, Fx |
|
0 |
28 |
28 |
|
1 |
24 |
24 |
|
2 |
20 |
22 |
|
3 |
22 |
19 |
|
4 |
16 |
18 |
|
5 |
17 |
15 |
|
6 |
12 |
11 |
|
7 |
4 |
6 |
|
8 |
1 |
1 |
Таблица 4
Демографическая таблица, построенная по результатам учетов виноградной улитки, проведенных в окрестностях пос. Жучково Озерского р-на
|
x |
Fx |
lx |
dx |
qx |
px |
kx |
|
0 |
28 |
1,000 |
0,143 |
0,143 |
0,857 |
0,067 |
|
1 |
24 |
0,857 |
0,071 |
0,083 |
0,917 |
0,038 |
|
2 |
22 |
0,786 |
0,107 |
0,136 |
0,864 |
0,064 |
|
3 |
19 |
0,679 |
0,036 |
0,053 |
0,947 |
0,024 |
|
4 |
18 |
0,643 |
0,107 |
0,166 |
0,834 |
0,079 |
|
5 |
15 |
0,536 |
0,143 |
0,267 |
0,733 |
0,135 |
|
6 |
11 |
0,393 |
0,179 |
0,456 |
0,544 |
0,263 |
|
7 |
6 |
0,214 |
0,178 |
0,832 |
0,168 |
0,778 |
|
8 |
1 |
0,036 |
– |
– |
– |
– |
Таблица 5
Результаты учетов виноградной улитки разных возрастных групп, проведенных в Черняховском р-не в окрестностях пос. Дивное
|
Возраст в годах, х |
Количество найденных особей (данные учетов), fx |
Теоретические данные после проведения сглаживания, Fx |
|
0 |
14 |
13 |
|
1 |
10 |
12 |
|
2 |
12 |
10 |
|
3 |
8 |
9 |
|
4 |
8 |
8 |
|
5 |
7 |
7 |
|
6 |
6 |
5 |
|
7 |
2 |
3 |
|
8 |
1 |
1 |
Таблица 6
Демографическая таблица, построенная по результатам учетов виноградной улитки, проведенных в Черняховском р-не в окрестностях пос. Дивное
|
x |
Fx |
lx |
dx |
qx |
px |
kx |
|
0 |
13 |
1,000 |
0,077 |
0,077 |
0,923 |
0,035 |
|
1 |
12 |
0,923 |
0,154 |
0,167 |
0,833 |
0,079 |
|
2 |
10 |
0,769 |
0,077 |
0,100 |
0,900 |
0,046 |
|
3 |
9 |
0,692 |
0,077 |
0,111 |
0,889 |
0,051 |
|
4 |
8 |
0,615 |
0,076 |
0,124 |
0,876 |
0,058 |
|
5 |
7 |
0,539 |
0,154 |
0,286 |
0,714 |
0,146 |
|
6 |
5 |
0,385 |
0,154 |
0,400 |
0,600 |
0,222 |
|
7 |
3 |
0,231 |
0,154 |
0,667 |
0,333 |
0,477 |
|
8 |
1 |
0,077 |
– |
– |
– |
– |
Рис. 1. Кривая выживания популяции виноградной улитки, обитающей в окрестностях пос. Ушаково Гурьевского р-на
Рис. 2. Кривая выживания популяции виноградной улитки, обитающей в окрестностях пос. Жучково Озерского р-на
Рис. 3. Кривая выживания популяции виноградной улитки, обитающей в Черняховском р-не в окрестностях пос. Дивное
Как показало проведенное исследование, предельная продолжительность жизни виноградной улитки в естественных условиях составляет 8 – 9 лет (табл. 1, 3, 5). Величина выживания, специфичная для каждой возрастной группы, остается на протяжении всего жизненного цикла у изученных популяций более или менее постоянной. До репродуктивного возраста, наступающего на четвертый год жизни особей, доживают около 60 % новорожденных улиток. Интенсивность смертности ощутимо увеличивается только на шестом году жизни моллюсков (табл. 2, 4, 6). Это может быть связано с тем, что животные данного возраста вступают в репродуктивную фазу уже третий раз за период жизни, а также имеют крупные размеры и высокую активность, что в совокупности отражается на показателе смертности этой возрастной группы.
Несмотря на то, что изучению подверглись популяции, обитающие в различных по физико-географическим характеристикам районах области, существенных различий по возрастному распределению, уровню выживаемости и смертности между ними не выявлено. Все три популяции имеют S-образный тип кривой выживания (рис. 1 – 3). Такой тип кривых характеризуется высоким уровнем смертности новорожденных улиток в силу их уязвимости, а также половозрелых моллюсков, которые находятся в ослабленном состоянии после процесса воспроизводства и сильнее подвержены воздействиям болезней и паразитов, а также неблагоприятных факторов внешней среды.
Выводы
Проведенное исследование позволяет заключить следующее:
1. Продолжительность жизни виноградной улитки в природе не превышает 8 – 9 лет.
2. Половозрелости достигают около 60 % новорожденных моллюсков.
3. Для природных популяций виноградной улитки характерна S-образная форма кривой выживания, что подтверждается и литературными данными [6].
4. Животные изучаемого вида наиболее уязвимы в возрасте до года и в репродуктивный период с четвертого по девятый годы жизни особей.
Список литературы
1. Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества: В 2 т. / Пер. с англ. М.: Мир, 1989.
2. Бирюков Н.П. Теоретические основы рыбного и охотничьего хозяйства: Учеб. пособие / Калинингр. ун-т. Калининград, 1988.
3. Дедков В.П., Стародубцева Е.Г. Виноградная улитка Helix pomatia L. в Калининградской области // Экология. Информатика. Цивилизация. Научная конференция студентов и аспирантов КГУ: Тезисы докладов. Калининград: Изд-во КГУ, 2001. Ч. 1. С. 19.
4. Калининградская область. Очерки природы. Калининград: Кн. изд-во, 1969.
5. Коли Г. Анализ популяций позвоночных / Пер. с англ. М.: Мир, 1979.
6. Крамаренко С.С. Некоторые методы популяционной биологии наземных моллюсков. Николаев, 1995.
7. Лихарев И.М., Раммельмейер Е.С. Наземные моллюски фауны СССР. М.; Л.: Изд-во Зоол. ин-та АН СССР, 1952.
8. Одум Ю. Основы экологии / Пер. с англ. М.: Мир, 1975.
9. Одум Ю. Экология: В 2 т. / Пер. с англ. М.: Мир, 1986.
10. Фасулати К.К. Полевое изучение наземных беспозвоночных: Учеб. пособие для ун-тов. М.: Высш. шк., 1971.
11. Шилейко А.А. Наземные моллюски надсемейства Helicoidea. Л.: Наука, 1978.
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://elib.albertina.ru