Екологія ґрунтових тварин. Конспект лекцій. Частина 1

Київський національний університет імені Тараса Шевченка ННЦ «Інститут біології та медицини» ________________________________________________________ П.Г. Балан, Є.М. Сінгаєвський ЕКОЛОГІЯ ҐРУНТОВИХ ТВАРИН КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ Частина 1 Київ – 2025 Затверджено Вченою радою ННЦ «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка (протокол № від 2025 р.). Укладачі: П.Г. Балан, к.б.н., доц. Є.М. Сінгаєвський, к.б.н. Рецензенти: Екологія ґрунтових тварин. Конспект лекцій. Укладачі: Балан П.Г., Сінгаєвський Є.М. Київ: КНУ, 2025. – 153 с. У навчальному посібнику викладені основи екології ґрунтових тварин, закономірності формування та функціонування їх угруповань, зв’язків з іншими мешканцями ґрунтового середовища мешкання. Особлива увага приділена функціональній ролі окремих груп ґрунтових тварин у процесах ґрунтоутворення. У першій частині посібника розглянуті питання вмісту та завдань екології ґрунтових тварин, її зв’язків з іншими дисциплінами, особливостей ґрунту та підстилки як середовища мешкання, методам досліджень ґрунтових тварин. Видання призначене для студентів закладів вищої освіти біологічного та екологічних спрямувань. Друкується в авторській редакції. ЗМІСТ Тема 1. Екологія ґрунтових тварин, її зміст та завдання. Основні етапи розвитку ґрунтової біології………………………………………………..…..6 1.1. Предмет та завдання ґрунтової зоології…………………………………..6 1.2. Основні етапи розвитку ґрунтової біології……………………………...11 Контрольні завдання до теми 1……………………………………………....28 Тема 2. Ґрунт та підстилка як середовище мешкання………………………29 2.1. Особливості ґрунту як середовища мешкання тварин…………………29 2.2. Принципи класифікації ґрунтів……………………………………….....50 2.3. Особливості підстилки як середовища мешкання тварин……………..52 Контрольні завдання до теми 2………………………………………………62 Тема 3. Населення ґрунтів та підстилки як біоценотичний комплекс……...63 3.1. Населення ґрунтів як складова біоценозу наземної екосистеми……....63 3.2. Ґрунтові мікроорганізми……………………………………………...….64 3.3. Ґрунтові гриби……………………………………………………..……..73 3.4. Ґрунтові водорості………………………………………………………..78 3.5. Вищі рослини……………………………………………………..………81 3,6. Ґрунтові протозої та тварини……………………………………….……82 Контрольні завдання до теми 3…………………………………………...….97 Тема 4. Методи досліджень у ґрунтовій біології……………………...….…98 4.1. Прямі та непрямі методи досліджень…………………………………....99 4.2. Методи обліку нанофауни………………………………………….…..100 4.3. Методи обліку мікрофауни……………………………………………..103 4.3.1. Методи обліку мікроартропод………………………………………..103 4.3.2. Облік енхітреїд та нематод за допомогою водяних лійок……..……118 4.4. Методи обліку мезофауни………………………………………...……122 4.4.1. Методи розкопів та ручного розбирання ґрунтових проб…………..122 4.4.2. Методи промивання та просіювання ґрунту………………………...124 4.4.3. Методи обліку мезофауни пастками та ловчими канавками……….127 4.5. Методи фіксації та зберігання матеріалу………………………………131 4.6. Методи утримання та культивування ґрунтових тварин у лабораторних умовах………………………………………………………………………..137 4.6.1. Утримання та культивування дощових червів……………………....137 4.7. Методи еколого-фізіологічних досліджень ґрунтових тварин…….....138 4.7.1. Методи визначення біомаси ґрунтових тварин………………….….138 4.7.2. Методи дослідження активності метаболізму ґрунтових тварин….140 4.7.3. Методи дослідження живлення ґрунтових тварин і оцінки їх ролі у трансформації рослинних решток……………………………………….…141 4.7.4. Методи кількісної оцінки ролі тварин у процесах деструкції органіки………………………………………………………………………147 4.7.5. Методи визначення термо-, гігрота гідропреферундумів ґрунтових безхребетних………………………………………………………………...148 4.8. Методи вивчення взаємовідносин ґрунтових тварин з мікроорганізмами……………………………………………………............149 Контрольні завдання до теми 4………………………………………..……150 Використані джерела………………………………………………………..152 Використані джерела ілюстрацій…………………………………………...153 ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ БГХЦ – біогеохімічний цикл; ЗВО – заклад вищої освіти; ЗСО – заклад середньої освіти; ЗУ – закон України; КНУ – Київський національний університет імені Тараса Шевченка; МДУ – Московський державний університет; МПА – м’ясо-пептонний агар; НААНУ – Національна академія аграрних наук України; НАНУ – Національна академія наук України НДР – Німецька Демократична Республіка УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ - слід запам’ятати - цікавий додатковий матеріал 6 Тема 1. Екологія ґрунтових тварин, її зміст та завдання. Основні етапи розвитку ґрунтової біології 1.1. Предмет та завдання ґрунтової зоології Перед людиною з давніх часів стояло актуальне завдання збереження та підвищення родючості ґрунтів для гарантування отримання стабільних і високих врожаїв. Більш того, зі стрімким ростом населення нашої планети проблема забезпечення людства продовольством лише загострювалася. Вирішити цю проблему покликані такі науки, як фізіологія рослин, ґрунтознавство, ґрунтова біологія тощо. Сучасне ґрунтознавство, тобто наука про ґрунти, неможливе без знання різноманітного світу організмів, які населяють ґрунт, як окреме середовище мешкання, закономірностей їхнього існування та процесів взаємодії між живою речовиною ґрунту (В. Вернадський визначав живу речовину, як сукупність усіх живих істот, які населяють нашу планету) та його неорганічними компонентами: твердою, рідкою та газоподібною складовими частинами. Біологічні аспекти ґрунтознавства розглядає наука, яка сформувалася наприкінці ХІХ сторіччя в результаті взаємодії загального ґрунтознавства та таких класичних біологічних дисциплін, як мікробіологія, ботаніка (зокрема, альгологія), мікологія та зоологія. Ця наука отримала назву біології ґрунтів, або ґрунтової біології. Пізніше, вже у другій половині ХХ сторіччя формується новий напрямок ґрунтової біології – екологія ґрунтів (ґрунтова екологія). Екологія Під родючістю ґрунту розуміють його здатність забезпечувати рослини усіма необхідними їм елементами живлення. 7 ґрунтів вивчає усю різноманітність зв’язків між ґрунтовою біотою та абіотичним оточенням, чинниками ґрунтоутворення, включаючи й антропогенний вплив. Іншими словами завдання екології ґрунтів можна визначити так: дослідження ґрунту як середовища мешкання різноманітних організмів. Тварин – мешканців ґрунтів, досліджує розділ ґрунтової біології, який має назву ґрунтова зоологія. Ґрунтова зоологія, безсумнівно, є екологічною наукою, адже серед основних напрямків досліджень цієї науки – вивчення зв’язків тварин з іншими мешканцями ґрунту, впливу різних екологічних факторів на та їх угруповання, вивчення адаптацій до середовища мешкання, а також закономірності формування та функціонування їх багатовидових угруповань. Цей напрямок ґрунтової зоології називають екологією ґрунтових тварин. Один з актуальних напрямків досліджень у галузі екології ґрунтових тварин – вивчення ролі представників різних їх груп у процесах розкладення органічних сполук у ґрунті та процесах гуміфікації. Внаслідок цих процесів органічна речовина, створена рослинами з неорганічних, частково мінералізується, тобто розкладається на неорганічні компоненти, Ґрунтова зоологія – наука, яка вивчає всі аспекти, пов’язані з тваринним населенням ґрунтів, зокрема, видовий склад певних територій, особливості будови і процесів життєдіяльності представників різних систематичних груп, адаптації ґрунтових тварин до цього середовища мешкання, закономірності формування й функціонування угруповань ґрунтових тварин, сукцесії угруповань тварин при розкладенні органічних сполук у ґрунті, взаємодії тварин з іншими мешканцями ґрунтів: прокаріотами, грибами, водоростями, функціональну роль окремих груп тварин у процесах ґрунтоутворення тощо. 8 а частково переходить у іншу, особливу форму органічної речовини – гумус. Таким, чином завдяки процесам мінералізації, які здійснюють різноманітні представники прокаріотів, грибів, тварин, рослини забезпечуються необхідними їм хімічними елементами (тобто відбувається так зване мінеральне живлення рослин), а завдяки процесам гуміфікації створюється запас органічної речовини ґрунту – гумусу, вміст якого визначає його родючість. При цьому процеси мінералізації органічних решток та гуміфікації тісно взаємопов’язані і в кінцевому підсумку й визначають родючість тих або інших типів ґрунтів. Різноманітний світ живих істот, які населяють ґрунти різних типів, живе за своїми законами, здійснюючі важливі біогеохімічні функції. Так, переробляючи мертву органіку, мешканці ґрунтів та підстилки очищують від неї поверхню ґрунту. Крім того, великі мешканці ґрунтів, такі як дощові черви, кроти, сліпаки та інші, постійно перекопують ґрунт, створюючи системи ходів і шпар, по яких вода з розчиненими в ній сполуками, а також повітря краще надходить до кореневих систем рослин. Ця шпаристість полегшує й ріст коренів углиб ґрунту. Отже, діяльністю різних мешканців ґрунтів створюється й певна структура ґрунту. Крім того, мешканці ґрунтів беруть участь в їх біологічному очищенні, зокрема здатні розкладати пестициди (наприклад, ДДТ). Починаючи з другої половина ХХ сторіччя мешканці ґрунтів привертають до себе підвищений інтерес у зв’язку з дослідженням біологічної міграції радіонуклідів та проблемами їхнього біологічного захоронення. А застосування методів біологічної індикації та біотестування ґрунтів надає людині можливість своєчасно виявляти негативні тенденції щодо їхнього й стану своєчасно застосовувати заходи охорони. Отже, нормальне функціонування окремих наземних екосистем і біосфери в цілому неможливе без нормального функціонування ґрунтів, а останнє – неможливе без різноманітного світу живих істот, які їх населяють 9 та визначають їх властивості. Дослідженнями встановлено, що відновлення природної родючості ґрунтів можливе лише за умов високої видової різноманітності організмів, які їх населяють. Проте за умов інтенсивного антропогенного тиску на ґрунти комплекси ґрунтових організмів, зокрема тварин, характеризуються збідненим видовим складом, слабкою розгалуженістю трофічної мережі та, відповідно, низькою стабільністю. Академік М. Гіляров виділив такі основні напрямки досліджень у сучасній екології ґрунтових тварин: І. Біологічна меліорація ґрунтів. Під цим розуміють зміни, спрямовані на покращення якостей ґрунту різноманітними біологічними методами. Цю проблему можна вирішити такими шляхами: І.1. Інтродукція тварин, корисних для здійснення процесів ґрунтоутворення. Насамперед об’єктами для інтродукції можуть бути різноманітні безхребетні тварини, що беруть участь у процесах мінералізації та гуміфікації рослинних решток, такі як представники ґрунтових олігохет. І.2. Розроблення нових методів та способів збагачення ґрунтів корисними видами тварин та стимуляція їхньої діяльності (наприклад, виготовлення компостів для збагачення ґрунту безхребетними тваринами та стимулювання їхньої корисної діяльності). Зокрема, це необхідно для відновлення порушених угруповань, при відновленні ґрунтів, забруднених промисловими та побутовими відходами тощо. І.3. Оптимізація процесів ґрунтоутворення за участю тваринсапротрофів, адже саме цій екологічній групі належить провідна роль у процесах ґрунтоутворення. Для розвитку цього актуального напрямку досліджень у ґрунтовій зоології необхідне накопичення та синтез даних про роль окремих груп ґрунтових тварин у колообізі 16 1888 року при Пастерівському інституті була організована перша лабораторія ґрунтової мікробіології. Її очолив видатний мікробіолог С. Виноградський (уродженець м. Києва), працям якого притаманна екологічна спрямованість. Одним з головних напрямків його досліджень були біогеохімічні цикли Нітрогену у природі. Зокрема С. Виноградський вивчав анаеробну фіксацію Нітрогену, досліджував процеси аеробного розкладення целюлози, роль мікроорганізмів ґрунту у перетворенні гумусових речовин. Результати цих досліджень були викладені у праці «Мікробіологія ґрунту» (1953 рік). Сучасник С. Виноградського – нідерландський вчений М.В. Бейєринк – провів класичні дослідження азотфіксуючих бактерій, як вільноживучих, так і симбіотичних бульбочкових, виділивши агентів процесу пектинового бродіння. Ці праці поклали початок розвитку нідерландської мікробіологічної школи. В 1953 році при Московському університеті була заснована перша у світі кафедра мікробіології ґрунтів, яку очолив М. Красильников. Він одним з перших почав розглядати життя ґрунтових мікроорганізмів у єдиній системі з вищими рослинами. 1958 року побачила світ його монографія «Мікроорганізми ґрунту та вищі рослини». М. Красильников є відомим фахівцем із систематики мікроорганізмів, ним створені визначники бактерій та актиноміцетів. Значний внесок у розвиток ґрунтової мікробіології здійснили такі вітчизняні вчені, як М. Холодний, В. Омелянський, Л. Рубенчик, згодом, у галузі дослідження формування структури та функціонування угруповань мікроорганізмів, К. Андріюк, О. Валагурова, В. Патика (дослідження угруповань мікроорганізмів в ґрунтах агроценозів) та І. Козлова (вивчення біогеохімічної діяльності угруповань ґрунтових мікроорганізмів). Сучасними напрямками досліджень у галузі ґрунтової мікробіології є біологічна діагностика та здійснення екологічного стану ґрунтів, які 17 проводять фахівці таких установ, як Інститут мікробіології і вірусології ім. Д. Заболотного НАНУ, Інститут агроекології та природокористування НААНУ, Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААНУ (м. Чернігів), ННЦ «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського» НААНУ (м. Харків). На початку ХХ сторіччя почав активно розвиватись ще один напрямок ґрунтової біології – ґрунтова альгологія. Серед вченихальгологів, з ім’ям яких пов’язане становлення ґрунтової альгології, слід згадати англійську дослідницю М. Брістоль, яка працювала на Ротамстедській дослідній станції. Нею розроблені культуральні методи вивчення ґрунтових водоростей, їхньої ролі у збагаченні ґрунту сполуками Нітрогену. По ґрунтовим водоростям перші широкі дослідження були проведені також у 20-ті роки ХХ сторіччя у Московському (К. Мейєр), Санкт-Петербурзькому (М. Голлербах) та Саратовському (А. Ріхтер) університетах. Підсумками багаторічних досліджень ґрунтових водоростей є праці М. Голлербаха (1969 рік) та Є. Штини (1976 рік). Як основні напрямки ґрунтово-альгологічних досліджень можна назвати вивчення ролі ґрунтових водоростей у процесах ґрунтоутворення, відновленні порушеного ґрунтового покриву, зв’язків з вищими рослинами, тваринами та мікроорганізмами тощо. Зокрема, різними дослідниками було доведено, що у сформованих наземних екосистемах водорості є обов’язковими компонентами ґрунтових ценозів. В Україні сьогодні дослідження в галузі ґрунтової екології проводять в закладах НАНУ (як-от Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного), ЗВО (наприклад, в КНУ імені Тараса Шевченка – під керівництвом проф. І. Костикова) тощо. Ґрунтова мікологія – наука про ґрунтових грибів, її засновником вважають німецького вченого А. де Барі, а також М. Вороніна та А. 18 Ячевського з Росії. Згодом дослідження в галузі ґрунтової мікології та альгології проводились на кафедрі нижчих рослин МДУ під керівництвом професора Л. Курсанова. Його ученицею Т. Мирчинк був розроблений курс «Ґрунтова мікологія», а пізніше – виданий підручник під такою ж назвою (1988 рік). В Україні питаннями дослідження мікроміцетів ґрунтів опікувалася професор Е. Коваль, ролі грибів-макроміцетів в екосистемах – професор С. Вассер. Щодо ґрунтової зоології, то, не зважаючи на те, що перші дослідження у галузі ґрунтової біології були присвячені саме тваринам, вона, як самостійна наука, почала активно розвиватися лише у 40-50-ті роки ХХ сторіччя. На початку ХІХ сторіччя, ще до досліджень Ч. Дарвіна, відомі результати спостережень англійського вченого В. Кірбі. Ще до того, як стала відомою активна ферментативна діяльність мікроорганізмів, ще у 1800 році В. Кірбі у праці, присвяченій розкладенню мертвої деревини мурахами та термітами, писав, що тварини і рослини речовини, необхідні для створення власних сполук, отримують їх з ґрунту. Після їхньої смерті вони знову розкладаються таким чином, що зберігається співвідношення елементів, необхідних для існування всієї цієї системи. Черви та комахи прискорюють розкладення решток живих істот, навіть, дерев. Різні види комах різними шляхами працюють у цьому напрямку спільно з грибами. В. Кірбі вказував, що різні види комах здатні споживати мертву деревину на різному ступені розкладення, перетворюючи її, у кінцевому підсумку, на порохню. Але детально ці процеси почали вивчати лише півтора сторіччя потому. У 80-ті роки ХІХ сторіччя відомий вчений-ґрунтознавець П. Костичев провів дослідження ролі личинок грибних комариків (родина Mycetophilidae) у процесах перетворення відмерлого листя на аморфний перегній. У той саме час (1880 рік) відомий український вчений І. Мечников звернув увагу на те, що личинки деяких пластинчастовусих жуків (зокрема, 19 жука-кузьки (хлібного жука)) відіграють у степових регіонах таку ж саму роль, як і дощові черви у більш вологих місцевостях. Проте, навіть у 30-ті роки ХХ сторіччя ці погляди ще не набули загального визнання. Так, відомий вчений-ґрунтознавець В. Вільямс, розробивши струнку концепцію ґрунтоутворювального процесу, розглядаючи у своїй праці (1939 рік) процес розкладення органічної речовини, згадував лише про діяльність мікроорганізмів (бактерій, актиноміцетів та грибів), не приділяючи при цьому спеціальної уваги діяльності тварин. Становлення ґрунтової зоології, як самостійної науки, пов’язане з ім’ям видатного вченого, випускника КНУ імені Тараса Шевченка – М. Гілярова. Слабкий інтерес з боку дослідників наприкінці ХІХ сторіччя до вивчення тваринного населення ґрунтів, був пов’язаний із значними труднощами безпосередніх спостережень над ними в їхньому природному середовищі. Ґрунт, на відміну від водного середовища, характеризується непрозорістю та щільністю. Це ускладнює виявлення та виділення з ґрунту тварин, адже до початку ХХ сторіччя відповідні методики досліджень ще не були розроблені. Відповідно дані про щільність популяцій ґрунтових тварин на той час були досить обмежені і явно занижені. Саме тому більшість ґрунтознавців ХІХ – початку ХХ сторіччя майже не враховували участь тварин у процесах ґрунтоутворення. Навіть В. Докучаєв (1898 рік) хоча і вказував на діяльність тварин, як один з факторів ґрунтоутворювального процесу, але відводив йому лише третє місце, після мікроорганізмів та грибів. Він вважав, що суттєвий вплив ґрунтових тварин на процеси ґрунтоутворення можливий лише у певних окремих випадках. Іншою причиною слабкого розвитку ґрунтової зоології наприкінці ХІХ – на початку ХХ сторіччя, був бурхливий розвиток ґрунтової мікробіології. Розкладення у ґрунті органічних речовин, синтезованих зеленими рослинами, на той час пояснювали майже виключно діяльністю ґрунтових мікроорганізмів. Тому роль ґрунтових тварин у процесах 20 перетворення органічних решток у ґрунті порівняно з мікроорганізмами на той час здавалася настільки незначною, що дослідники на неї майже не звертали увагу. Але ще на початку ХХ сторіччя цікаві дослідження були проведені польським вченим К. Бассаліком. Він вивчав бактерій, які населяють кишківник дощових червів (було виявлено близько 90 видів) і показав, що саме за їхньої участі там відбуваються процеси гуміфікації: перетворення таких органічних сполук, як целюлоза, пектин, лігнін тощо на перегній. На той час процеси розкладення органічної речовини в ґрунті вивчали насамперед шляхом проведення лабораторних досліджень із застосуванням мікробіологічних та біохімічних методик. Тому без вивчення цих процесів у польових умовах, роль тварин та макроміцетів у розкладенні відмерлої органіки недооцінювалась. Натомість у дослідженнях, в яких відтворювались умови, близькі до природних, а також у польових дослідженнях розкладення рослинних тканин, вчені, навіть далекі від зоології, були вражені впливом ґрунтових тварин на хід розкладення рослинних решток. Але такі дослідження, на жаль, тривалий час залишалися фрагментарними, комплексне вивчення угруповань ґрунтових тварин не проводили. Одним з визначальних моментів розвитку ґрунтової зоології була розробка 1905 року італійським вченим А. Берлезе простої методики виділення з ґрунту дрібних членистоногих (мікроартропод). Досить проста методика А. Берлезе заснована на тому, що ґрунтовим мікроартроподам притаманний позитивний геотаксис при зниженні рівня вологості ґрунту: у природних умовах при підсиханні верхніх шарів підстилки та ґрунту їхні мешканці мігрують вглиб цих субстратів. Тому якщо пробу ґрунту чи підстилки розмістити на ситі, вставленому у лійку, і поступово її підсушувати, мікроартроподи мігрують між частками ґрунту вглиб, доки не опиняються між комірчинами сита і не потраплять у судину з фіксатором, підставлену під лійку. А. Берлезе в оригінальній методиці для підсушування 21 поверхневих шарів проби використовував гасову лампу. Згодом, у 1918 році шведський дослідник А. Тульгрен запропонував замінити гасову лампу на електричну. Ці прилади під назвою еклектори Берлезе-Тульгрена стали широко застосовувати при виділенні мікроартропод з ґрунту та підстилки (рис. 1.1). Згодом цей метод зазнав численних модифікацій, які, зокрема, стосувалися джерел нагрівання. Згодом, у 1922 році Х. Морріс запропонував іншу оригінальну методику вилучення тварин з ґрунту шляхом його поступового промивання через систему сит з різним діаметром комірок. Рис. 1.1. Будова одного з варіантів еклектора Берлезе-Тульгрена: 1 – джерело нагрівання (зазвичай електрична лампа); 2 – кожух із жерсті; 3 – сито з пробою; 4 – лійка, в який розташоване сито з пробою; 5 – судина з фіксатором, куди потрапляють тварини. Джерело: [1] Розробка цих методик значно підсилила інтерес ґрунтознавців, зоологів та екологів до вивчення тваринного населення ґрунтів та його ролі у процесах ґрунтоутворення. Почали з’являтися зведення по тим чи іншим групам ґрунтових тварин певних регіонів, які супроводжувалися кількісними характеристиками тваринного населення ґрунтів та характеристикою ґрунтових умов. Зокрема, в околицях Санкт-Петербургу такі дослідження проводилися під керівництвом В. Догеля, у Середній Азії – А. Бродського, Пермі – В. Беклемішева, Оренбурга – Г. Бей-Бієнко тощо. 22 Розроблялися нові, більш досконалі методики вилучення тварин з ґрунту, їхнього кількісного обліку. На рис. 1.2 представлені зв’язки ґрунтової зоології з іншими науками. Рис. 1.2. Зв’язки ґрунтової зоології з іншими науками У першій половині ХХ сторіччя увага насамперед приділялася шкідникам сільськогосподарських рослин, зокрема визначенню чисельності та щільності шкідливих видів комах у ґрунті з метою прогнозування спалахів їхньої чисельності та прогнозування заходів по боротьбі з ними. Це було пов’язано з тим, що у ґрунті постійно живуть або тимчасово перебувають різні види комах, здатних завдавати відчутної шкоди культурним рослинам. Тому на їхнє вивчення виділялися значні кошти, що дозволило одночасно здійснювати вивчення і інших груп ґрунтових тварин. Так, в 1931 році в Україні виходить праця С. Іванова «Методи кількісного обліку наземної фауни». У першій третині ХХ сторіччя дослідження у галузі ґрунтової зоології за кордоном проводили на Ротамстедській дослідній станції у Великобританії, у Швеції – С. Тором та І. Трегордом, у Данії – Н. Хаарльовим, у Голландії – А. Удемансом, у Німеччині – М. Зельником та К. ґрунтова зоологія ґрунтова біологія загальна екологія ґрунтознавство загальна зоологія 23 Вільманом тощо. Але дослідження тих років здебільшого мали характер фауністичних оглядів тваринного населення ґрунтів тих чи інших екосистем або ж були присвячені питанням прикладної зоології. Праці, присвячені взаємозв’язкам тварин з іншими мешканцями ґрунтів, адаптаціям до умов мешкання, впливу на властивості ґрунтів та процеси ґрунтоутворення, були практично відсутні. Спеціально не досліджували й такі питання, як трофічні зв’язки тварин – мешканців ґрунтів. В 1939 році виходить праці академіка М. Гілярова «Ґрунтова фауна та життя ґрунту» та «Вплив ґрунтових умов на фауну ґрунтових шкідників». У них узагальнені дані, які були накопичені на той час у галузі вивчення ґрунтових тварин. М. Гіляров організовує власну лабораторію при геологоґрунтовому факультеті МДУ, під його керівництвом розробляються методи кількісного обліку певних груп ґрунтових безхребетних. А згодом, в 1956 році при Інституті еволюційної морфології й екології тварин імені О.М. Сєверцова М. Гіляровим була створена перша в світі спеціалізована лабораторія ґрунтової зоології. Отже, саме завдяки працям цього вченого та його учнів ґрунтова зоологія почала розвиватися як самостійна зоологічна наука. М. Гіляровим був започаткований і новий напрямок в розвитку еволюційної теорії – дослідження ролі ґрунту в процесі переходу тварин від мешкання в водному середовищі до існування в ґрунті. 1949 року цій проблемі була присвячена його праця «Особливості ґрунту як середовища мешкання і його значення в еволюції комах», в подальшому ці погляди були розвинені в праці «Закономірності пристосувань членистоногих до життя на суші» (1970 рік). Під керівництвом М. Гілярова створено школу ґрунтових зоологів. Серед його учнів та послідовників можна назвати М. Алейнікову (вивчення тваринного населення орних ґрунтів); Н. Чернову (вивчала роль ґрунтових тварин, насамперед, мікроартропод, у розкладенні органічних решток у 24 ґрунті та сукцесії тваринного населення ґрунтів залежно від стадії розкладення органічної речовини); Д. Криволуцького (один із засновників радіоекології ґрунтових тварин); Б. Стриганову (дослідження трофічних зв’язків ґрунтових тварин); Ю. Бизову (дослідження особливостей обміну речовин мешканців ґрунту та їхньої ролі у біогеохімічних циклах) та багатьох інших. Сам М. Гіляров розвивав такий напрямок досліджень, як зоологічна індикація стану ґрунтів. Окремий напрямок досліджень у ґрунтовій зоології – вивчення взаємовідносин між ґрунтовими безхребетними тваринами та мікроорганізмами – розвивала Л. Козловська. Вона показала, що при проходженні їжі через кишківник тварин діяльність одних груп мікроорганізмів стимулюється, тоді як активність інших – пригнічується. Відповідно стимулюються або пригнічуються процеси трансформації різних сполук, таких, як целюлоза або нітрогенумісні речовини. Таким чином, ґрунтові тварини використовують ферментні системи мікроорганізмів для забезпечення власних процесів метаболізму. Створюючи сприятливі умови для масового розвитку корисних мікроорганізмів у власному кишківнику, ґрунтові тварини тим самим впливають на процеси ґрунтоутворення, зокрема мінералізації та гуміфікації. Підсумками діяльності згаданих вище та багатьох інших вчених стали такі видання, як «Визначник личинок комах, що мешкають у ґрунті» (1964 рік), «Визначники кліщів, що мешкають у ґрунті» (1975-1978 роки; одним із співавторів цього видання була відома українська вчена-акаролог професор Г. Щербак), «Методи досліджень у ґрунтовій зоології» (1975 рік). Неодмінним науковим редактором цих та багатьох інших видань був академік М. Гіляров. Регулярно проводилися міжнародні колоквіуми та з’їзди з питань ґрунтової зоології, які з 1958 року періодично організовував Зоологічний комітет Міжнародного товариства ґрунтознавців. З 1961 року у Східній 25 Німеччині почав виходити часопис «Педобіологія», а згодом у Франції – «Життя ґрунту» («Vie Sols»). Досить широко дослідження з ґрунтової зоології проводилися у колишній НДР, де працювали такі вчені як В. Дюнгер, В. Карг, М. Енгельман, у Західній Німеччині – В. Тишлер, у Нідерландах – Г. Захаріе, у Франції – К. Атіас-Енріо, у Великобританії – Г.О. Еванс, Дж. Уоллворк, у США – Р. Хартенштейн тощо. В Україні вивчення ґрунтової фауни розпочалося ще наприкінці 20-х років ХХ сторіччя. Активну участь в організації та здійсненні цих досліджень приймав професор О. Кришталь, який тривалий час очолював кафедру зоології безхребетних КНУ імені Тараса Шевченка та лабораторію екології та токсикології. Йому належить публікація «Аналіз ентомофауни ґрунтів долини Дніпра» (1949 рік) та «Ентомофауна ґрунту та підстилки в долині середньої течії р. Дніпра» (1956 рік). Після Другої Світової війни у комплексі у співпраці з відділом сигналізації та прогнозів Міністерства сільського господарства України О. Кришталь організував при кафедрі зоології безхребетних КНУ широкі багаторічні дослідження шкідливої мезофауни ґрунтів. Аналогічна група при Харківському національному університеті імені Каразина була організована С. Медведєвим. Крім того, слід пригадати прізвища таких вчених, як І. Белановський, Є. Савченко, С. Іванов (крім згаданої вище «Методи кількісного обліку наземної фауни» йому належить і перша в світі монографія, що вийшла 1937 року – «Керівництво до обстеження шкідливої ентомофауни ґрунту»). Подальшого розвитку дослідження у галузі ґрунтової зоології в Україні набули у закладах НАНУ, ЗВО та інших. Серед фахівців Інституту зоології ім. І.І. Шмальгаузена НАНУ слід пригадати прізвища таких вчених, як Г. Щербак (в подальшому дослідження під її керівництвом проводились в КНУ імені Тараса Шевченка), І. Акімов, В. Долін, Г. Сергієнко та інших. Основні напрямки їх досліджень – фауна та систематика певних груп ґрунтових тварин 32 Отже, у ході процесів ґрунтоутворення відбувається зародження, становлення та історичний розвиток ґрунтів. Під час цих процесів відбувається накопичення та перетворення мінеральних сполук материнської породи, а також органічної речовини, вміст якої визначає родючість ґрунтів. В одних випадках процеси ґрунтоутворення починаються там, де ґрунтів раніше не існувало (наприклад, на скельних породах) й де оселяються певні представники живих організмів. Так формуються первісні ґрунти. На початковій фазі генезису ґрунтів з’являються фрагментарні ґрунтові горизонти. У період зрілої стадії формується ґрунтовий профіль та встановлюється певний рівень родючості. За зміни екологічних умов у певній природній зоні можуть змінюватись і властивості ґрунтів. Процеси ґрунтоутворення можуть поновлюватись у ґрунтах, що зазнали небезпечного антропогенного впливу (після пожеж, потрапляння техногенних відвалів на поверхню ґрунту тощо) або природних катастрофічних впливів (наприклад, виверження вулканів). Вони забезпечують природну або штучну рекультивацію ґрунтів. В ґрунтознавстві існує таке поняття, як абсолютний вік ґрунту. Під абсолютним віком ґрунту розуміють час, який пройшов з моменту початку формування ґрунту до його сьогоднішнього стану. Абсолютний вік ґрунту може коливається від декількох років до мільйонів років. Рекультивація порушених ґрунтів – це комплекс різноманітних заходів (технічних, агробіологічних тощо), спрямованих на збереження й покращення їх властивостей, насамперед, їхньої родючості і, відповідно, продуктивності. 33 Процеси погіршення якості ґрунтів, насамперед їх родючості, називають їх деградацією. Деградація ґрунтів насамперед відбувається внаслідок шкідливого антропогенного впливу (наприклад, інтенсивної оранки, неконтрольованого внесення пестицидів, забруднення радіонуклідами, ведення воєнних дій). Але до деградації ґрунтів можуть призводити й природні явища (виверження вулканів, інтенсивні повені, опустелювання внаслідок зміни кліматичних умов тощо). Розглянемо роль окремих факторів ґрунтоутворювального процесу у генезисі ґрунтів. Всі типи ґрунтів формуються на основі певної материнської породи, яка є їхньою матеріальною основою. Саме материнська порода передає ґрунтам свій механічний, мінералогічний та хімічний склад, а також певні фізичні та хімічні властивості, які в подальшому поступово змінюються в певному напрямку. Мінеральні речовини складають до 60–90 % всієї маси ґрунту. У свою чергу, з кліматом спряжений певний водний та температурний режим ґрунтів, їхній окиснювально-відновний потенціал, глибина й тривалість промерзання тощо. Рельєф виступає як головний чинник перерозподілу сонячної радіації та опадів залежно від експозиції та крутизни схилів. Рельєфом обумовлена поясність ґрунтового покриву і, відповідно, рослинності в гірській місцевості. Ще до нападу РФ на України 24 лютого 2022 р. площа порушених земель у нашій країні становила 190 тис. га; зрозуміло, що після завершення війни ця площа значно зросте, що вимагатиме вкладення значних коштів на рекультивацію таких ґрунтів з метою їх повернення у сферу сільського господарства та інших галузей. 34 Ми вже згадували, що без участі живої речовини ґрунту (різноманітного населення ґрунтів) формування й функціонування ґрунтів було би неможливим. Жива речовина ґрунту еволюція, виконує наступні основні функції (рис. 2.3). По-перше, це процеси мінералізації: розкладення органічних сполук у ґрунті та підстилці. Кінцевим результатом цих процесів, який досягається за участі організмів-редуцентів, є повне розкладення органічної речовини до неорганічних сполук, які з ґрунту можуть засвоювати рослини (процеси мінерального, або ґрунтового живлення рослин). По-друге, це участь у процесах гуміфікації: створення органічних сполук (зокрема гумінових кислот), з яких синтезується гумус. Завдяки цьому створюється запас органічної речовини ґрунту – гумусу, який визначає його родючість. Участь у створенні певної структури ґрунтів. Мешканці ґрунтів (насамперед, тварини, а також гриби та підземні частини рослин) справляють механічний вплив на структуру ґрунтів: створюють систему порожнин у ґрунті (наприклад, ходи та нори, прокладені тваринами), виділяючи слиз (зокрема за рахунок шкірних залоз), що скріплює ґрунтові частинки у більші агрегати. Перерозподіл органічної речовини по ґрунтовому профілю (пригадаємо роль дощових червів та деяких інших груп тварин у цих процесах). Гумус (від лат. humus – ґрунт) – комплекс специфічних темнозабарвлених речовин ґрунту. Складається з гумусових кислот (гумінових та фульвокислот), гуміну тощо. Утворюється внаслідок гуміфікації продуктів розкладення органічних речовин. 35 Участь у процесах самоочищення ґрунтів: розкладення пестицидів, наприклад ДДТ (різні представники мікроорганізмів, деякі представники тварин, як-от дощові черви, тощо). Роль у біогенній міграції речовин в наземних екосистемах. Зокрема це стосується таких забруднювачів навколишнього середовища, як радіонукліди або важкі метали. Різні групи мешканців ґрунтів широко застосовують у методах біоіндикації та біотестування стану ґрунтів. Рис. 2.3. Основні функції живої речовини ґрунту У свою чергу, ґрунт, як середовище мешкання різноманітних живих організмів, постачає своїм мешканцям ресурси, необхідні для їх існування: воду, кисень, поживні речовини, створює сприятливі умови: у ґрунтах не відбуваються такі різкі коливання певних екологічних чинників (вологості, температури, освітленості тощо) порівняно з надґрунтовим середовищем. жива речовина ґрунту процеси мінералізації вплив на структуру ґрунту процеси самоочищення ґрунтів процеси гуміфікації перерозподіл органічної речовини по ґрунтовому профілю забезпечення функціонуванн я БГХЦ 36 Крім верхньої частини – ґрунтового покриву, педосфера включає й товщу материнських порід верхньої частини твердої оболонки планети – літосфери. Ґрунти – необхідна складова біосфери, вони регулюють рівновагу між різними оболонками нашої планети: літосферою, атмосферою та гідросферою. Розробляючи концепцію біогеоценозу видатний фітоценолог В. Сукачов (уродженець Харківської області України), розглядав ґрунт як один з обов’язкових компонентів біогеоценозу – його абіотичної частини (рис. 2.4). Ґрунти розглядають як складову особливої сфери життя – педосфери (від грец. педон – ґрунт), яка забезпечує можливість функціонування біогеохімічних циклів у біосфері. Але головною умовою функціонування БГХЦ є жива речовина ґрунту, яка забезпечує біогенну міграцію різних хімічних елементів. Мешканці педосфери мають загальну назву педобіонти. Сукупність різних представників живих організмів – мешканців педосфери – має назву едафон. Чинники, які впливають на едафон, називають едафічними (як-от вміст ґрунтової вологи, повітря, температурний режим, вміст органічної речовини). Під біогеоценозом розуміють екосистему, яка займає ділянку біосфери з однорідними умовами мешкання, межи якої визначає фітоценоз певного типу. Популяції різних видів, які входять до складу біогеоценозу, пов’язані тісними взаємозв’язками не лише між собою, але й з умовами фізичного середовища. 37 Рис. 2.4. Структура біогеоценозу (за В. Сукачовим): чорним кольором позначені компоненти біотопу, зеленим – біоценозу Якщо раніше ґрунт розглядали як складну багатофункціональну відкриту трифазну систему, то визнання провідної ролі живої речовини ґрунту у їх формуванні та функціонуванні зумовило перегляд цієї концепції. У складі ґрунту стали виділяти не три, а чотири фази. Крім твердої (тверді породи і мінерали, залишки органічних речовин), рідкої (ґрунтовий розчин) та газоподібної (ґрунтове повітря) фаз додали ще живу (ґрунтова біота) (рис. 2.5). Рис. 2.5. Ґрунт – чотирифазна гетерогенна система, що склалася історично Едафотоп (ґрунт) Зооценоз Мікробіоценоз Фітоценоз Кліматоп Тверда фаза Рідка фаза Жива фаза Газоподібна фаза 38 Ґрунт – природний утвір, складений з різних, але пов’язаних за походженням горизонтів (рис. 2.6). Кожний ґрунтовий горизонт більш або менш одноманітний за своїм гранулометричним, мінералогічним та хімічним складом, фізичними властивостями, структурою, забарвленням тощо. Наприклад, оскільки основні запаси органічної речовини у ґрунті зосереджені в його верхніх шарах, то й забарвлені вони темніше, аніж шари, розташовані глибше. Рис. 2.6. Структура ґрунтового профілю: основні ґрунтові горизонти Певний ґрунтовий горизонт може поділятись на підгоризонти. Для їх позначення до літери, якою позначають певний ґрунтовий горизонт (див. рис. 2.4), додають певний індекс. Наприклад, в горизонті А виділяють такі підгоризонти, як: А0 – лісова підстилка, А1 – гумусовий, А2 – підзолистий. Ми вже згадували, що різні ґрунтові горизонти формуються у процесі трансформації материнської породи: привнесення, винесення, перерозподілу та перетворення речовин. Наприклад, у поверхневих горизонтах накопичуються органічні речовини, сполуки Нітрогену, Фосфору, обмінні сполуки Алюмінію, Кальцію, Магнію, Калію, Натрію, але у багатьох випадках відбувається втрата силікатних сполук (за виключенням кремнезему у формі кварцу). •Алювій -(від лат. аллювіо -наносити) -незцементовані відкладення постіцних водних потоків (річок, струмків), що складаються з уламків різного ступеню обкатаності (валуни, галька, пісок, суглинок, глина). А -перегнійноакумулятивний (часто - алювіальний) •Елювій (від лат. елюо -вимиваю) -продукти вивітрювання гірських порід, які залишаються на місці утворення та зберігають властивості материнської породи. В -метаморфічний (елювіальний) •Верхній шар гірської породи, на якому завдяки спільної дії ґрунтоутворювальних факторів формується ґрунт певного типу. С -материнська порода 39 У різних ґрунтів ґрунтовий профіль може бути завтовшки від кількох сантиметрів до кількох метрів. Розрізняють природні ґрунтові профілі та ґрунтові профілі, змінені діяльністю людини (оранка, меліорація тощо). Розбіжності у будові ґрунтового профілю покладені в основу класифікації ґрунтів, адже кожен тип чи підтип ґрунту характеризується певною будовою ґрунтового профілю, яка відбиває процеси, що у ньому відбуваються. Аналіз ґрунтового профілю (порівняння його складу та властивостей) – основний метод, який застосовують при вивченні походження та родючості ґрунтів, розробки заходів по її покращенню, складання ґрунтових карт тощо. Тверда фаза ґрунту, до складу якої входять, головним чином, мінеральні сполуки і, у меншому ступені, органічні рештки, забезпечує мозаїчність та гетерогенність цього середовища мешкання організмів. Агрегати ґрунтових частинок, що виникають внаслідок взаємодії мінеральних та органічних речовин, покращують структурованість ґрунтів, підвищують їхню шпаристість. На поверхні твердих часток ґрунту накопичуються гумус, органо-мінеральні колоїди, катіони Кальцію, Магнію тощо, які використовують для свої потреб мешканці ґрунтів. Їхня концентрація тут значно вища, ніж у ґрунтовому розчині. Також на поверхні твердих органо-мінеральних агрегатів відбувається адгезія клітин Ґрунтові тварини розподілені по ґрунтовому профілю нерівномірно: найбільше видове багатство, біомасу та найбільшу щільність популяцій спостерігають у поверхневих шарах, із збільшенням глибини ці показники знижуються, адже відповідно знижується вміст кисню та органіки. Для більшості представників безхребетних тварин (наприклад, панцирних кліщів або колембол) із збільшенням глибини мешкання зменшуються розміри, вкорочуються придатки тіла, втрачається пігментація. 40 мікроорганізмів, яка запобігає їхньому вимиванню, підвищує стійкість до впливу несприятливих впливів різних факторів мешкання і сприяє збереженню постійності процесів колообігу речовин. Мікроорганізми на поверхні ґрунтових частинок не утворюють суцільної плівки, а розташовані невеликими колоніями, взаємодія між ними здійснюється лише у окремих локусах. підвищує стійкість до впливу несприятливих факторів середовища мешкання і сприяє збереженню постійності процесів колообігу речовин у ґрунті. Тверда фаза ґрунту складається з частинок різних розмірів – від колоїдальних до декількох міліметрів і більше у діаметрі (у випадку несформованих ґрунтів) (табл. 2.1). Таблиця 2.1. Класифікація ґрунтових частинок (за: Н. Качинським [1]) Назва ґрунтових частинок Розміри ґрунтових частинок, мм Каміння Понад 3 Гравій 3–1 Пісок великий 1–0,5 Пісок середній 0,5–0,25 Пісок дрібний 0,25–0,05 Пил великий 0,05–0,01 Пил середній 0,01–0,005 Пил дрібний 0,005–0,001 Мул грубий 0,001–0,0005 Мул тонкий 0,0005–0,0001 Колоїди До 0,0001 Згідно з іншою класифікацією ґрунтових частинок ґрунтові частинки поділяють на дві фракції. До першої з них – фізичного піску – належать ті з них, розміри яких перевищують 0,01 мм, до іншої – фізичної глини – ті, розміри яких дрібніші за 0,01 мм [2]. 41 Існують різні класифікації ґрунтів, залежно від діаметру частинок, з яких вони складаються. В основу таких класифікацій покладені певні фізичні властивості, які характеризують різні розмірні класи ґрунтових частинок. Такі класифікації необхідні, оскільки комплекс властивостей ґрунту змінюється залежно від розмірів ґрунтових частинок, з яких вони складаються. Ґрунти, у складі яких переважає фракція каміння, представлена уламками гірських порід, характеризуються низькою родючістю, їх важко обробляти. Каменисті ґрунти поділяють на: некаменисті (вміст каміння не перевищує 0,5%), слабкокаменисті (вміст каміння варіює від 0,5% до 5%), середньокаменисті (вміст каміння варіює від 5% до 10%) та сильнокаменисті (вміст каміння понад 10%). Гравію, у складі якого переважають ґрунтові частинки меншого діаметру, не притаманна капілярність, тому він погано утримує вологу, йому не притаманні й водопідйомні властивості. Краща капілярність та вологоємність притаманна піщаним ґрунтам, оскільки вони складаються ще з більш дрібних уламків первинних мінералів (насамперед, з польових шпатів та кварців). На таких ґрунтах добре зростають рослини, вибагливі до гарної аерації підземних частин. До піщаних ґрунтів за своїми властивостями наближуються великопилуваті. У середньопилуватих і, ти паче, у дрібнопилуватих, ще більше погіршуються водопроникність та доступність води для мешканців ґрунтів, посилюється щільність ґрунтів. Мул переважно містить не первинні, а вторинні мінерали. Якщо первинні мінерали виникають внаслідок руйнування магматичних порід, то вторинні формуються внаслідок складніших процесів (насамперед вивітрювання та хімічних перетворень), під час яких частина первинних мінералів руйнується повністю, а інша частина – перетворюється на вторинні. Високий уміст частинок мулу погіршує властивості ґрунтів. 48 ніколи не буває: навіть за відсутності у ґрунті водоростей та ціанобактерій, кисень надходить туди з атмосферного повітря шляхом дифузії. У ґрунті спостерігають вертикальний градієнт вмісту кисню: з глибиною його вміст падає, а вуглекислого газу, навпаки, зростає. Мікрозональність ґрунту створює можливості одночасного розвитку у невеликих сусідніх ділянках аеробних та анаеробних організмів. Співвідношення різних газів у ґрунтовому повітрі залежать від вологості ґрунтів: чим вологіший ґрунт, тим складніше відбувається відновлення у ньому вмісту кисню і тим вищий вміст вуглекислого газу. Одним із основних факторів, що впливають на населення ґрунтів, є температура. У ґрунтах різних типів екосистем характер добових та сезонних коливань температури може значно різнитись. Добові коливання температури, на відміну від сезонних, незначні. Так, у пустельних ландшафтах (наприклад, у Каракумах), температура поверхні ґрунту вдень може сягати +70 ОС, а добові її коливання – 50 ОС. Проте на глибині 20 см діапазон таких коливань знижується до 1 ОС, а на глибині 2 м і глибше – коливання температури майже відсутні. Натомість, сезонні коливання температури охоплюють майже весь ґрунтовий профіль. У темно-сірому лісовому ґрунті під дубовим лісом сезонні коливання температури у верхніх шарах складають 16 ОС, а на глибині 3 м – у 3 рази менше. У кріоморфних ґрунтах є мерзлотний горизонт, який сильно впливає на їхній температурний режим. Корені рослин у цей горизонт не проникають, тому у товщі ґрунту рослинних решток мало, а процеси гуміфікації уповільнені і Мікроаерофільні організми – організми (деякі бактерії, гриби, протозої), які здатні мешкати за умов низької концентрації кисню 49 йде накопичення торфу. Навіть у літній період у мерзлотному горизонті ґрунту температура завжди 0 ОС. Температура впливає і на швидкість біохімічних процесів, що відбуваються у ґрунтах. Занадто високі та занадто низькі температури гальмують ріст і розвиток організмів. Кожен з видів, зрозуміло, має свій температурний оптимум, мінімум та максимум. Зони оптимуму, песимуму, верхня та нижня межі толерантності можуть зсуватись у певний бік, залежно від того, з якою інтенсивністю і в якому сполученні діють інші фактори, насамперед, вологість. Ґрунтам, як і водоймам, притаманне явище температурної реверсії: взимку напрямок температурного градієнту змінюється, порівняно з літнім періодом. Це явище зумовлює вертикальні міграції ґрунтових тварин: у прохолодні місяці в середніх широтах ґрунтові тварини мігрують вглиб ґрунту, у теплі – навпаки. Чим стенотермніший певний вид організмів і чим краще виражена його здатність до активного руху, тим чіткіше виражені його вертикальні міграції. Крім сезонних спостерігають і добові вертикальні міграції ґрунтових тварин, пов’язані з добовими коливаннями температури. Добові міграції, у свою чергу, накладаються на сезонні. Значний вплив на ґрунтових тварин справляє і вміст у ґрунті органічних решток, які для багатьох з них слугують кормовими ресурсами. Вміст і характер розподілу у ґрунті мертвої органіки, зокрема рослинних решток, часто визначає й характер розподілу дрібних представників тварин, насамперед, сапротрофів. Значний вплив, навіть у малих концентраціях, на ґрунтових тварин справляють біологічно активні речовини, які виробляють мікроорганізми або виділяють підземні частини рослин (вітаміни, ферменти, фітогормони, фітонциди, антибіотики, токсини тощо). 50 2.2. Принципи класифікації ґрунтів Існує окремий розділ ґрунтознавства – систематики ґрунтів. Її задачі такі ж самі, як і систематики організмів: класифікація та номенклатура ґрунтів. Їх вирішують за допомогою таксономічних одиниць. У ґрунтознавстві таксономічні одиниці – це супідрядні систематичні категорії, що відбивають групи ґрунтів, які об’єктивно існують у природі. В основу сучасної класифікації ґрунтів покладено вчення В. Докучаєва про типи ґрунтів і процесів ґрунтоутворення. Тип ґрунту – велика група ґрунтів, що розвиваються в однотипних біологічних, кліматичних, гідрологічних умовах і характеризуються яскравим проявом основного процесу ґрунтоутворення при можливому сполученні з іншими, не основними. Приклади типів ґрунтів: чорноземи, сірі лісові ґрунти, сіроземи. Підтип ґрунту – групи ґрунтів, виділені у межах типу. Вони якісно відрізняються проявом основного і додаткових процесів ґрунтоутворення. Часто підтипи ґрунтів виділяють як перехідні між близькими (географічно або генетично) типами ґрунтів. Як правило, у межах кожного типу виділяють «центральний», найбільш типовий підтип і ряд перехідних до інших типів. Приклади: дерново-підзолистий ґрунт, чорнозем опідзолений Рід ґрунту – групи ґрунтів у межах підтипу, якісні генетичні особливості яких обумовлені впливом комплексу місцевих умов, складом ґрунтотвірних порід, складом і розташуванням ґрунтових вод, реліктовими ознаками субстрату (солонцюваті, солончакові, осолоділі, контактноглейові, залишково-лучні, залишково-підзолисті ґрунти). Приклади: серед підтипу чорноземів типових помірних виділяють роди: звичайні, залишково-підзолисті, глибокозакипаючі, залишково-карбонатні, солонцюваті 51 Вид ґрунту – групи ґрунтів у межах роду, що різняться ступенем розвитку основного ґрунтотвірного процесу. Наприклад, у межах підзолистих ґрунтів за ступенем підзолоутворення виділяють сильно-, середньота слабкопідзолисті ґрунти. Підвид ґрунту – групи ґрунтів у межах виду, що різняться ступенем розвитку супутнього процесу ґрунтоутворення. Приклад: у межах середньопотужного малогумусного чорнозему можуть бути виділені слабко-, середньо-, та сильносолонцюваті ґрунти. Різновид ґрунту – групи ґрунтів у межах виду або підвиду, що різняться гранулометричним складом верхніх ґрунтових горизонтів (легкосуглинкові, середньосуглинкові, піщані, супіщані, глинисті тощо ґрунти). Розряд ґрунту – групи ґрунтів, що утворилися на однорідних у літологічному або генетичному відношенні породах (на лесах, морені, алювії, граніті, вапняку тощо). Підрозряд ґрунту – групи ґрунтів, що різняться ступенем сільськогосподарського освоєння або ступенем еродованості (слабко-, середньо-, сильнозмитий ґрунт, слабко-, середньо-, сильно окультурений ґрунт). Повне найменування будь-якого конкретного ґрунту, відповідно до існуючих уявлень, складається з назв усіх таксонів, починаючи з типу ґрунту і закінчуючи тим рівнем, який дозволяється масштабом дослідження. Приклад повної назви ґрунту: чорнозем (тип) типовий помірний промерзаючий (підтип) глибокозакипаючий (рід) середньогумусний середньопотужний (вид) слабкосолонцюватий (підвид) важкосуглинковий (різновид) на лесі (розряд) слабкозмитий (підрозряд). 52 2.3. Особливості підстилки як середовища мешкання тварин На поверхні ґрунту з органічних решток формується шар підстилки. Структура і склад рослинного покриву обумовлюють розподіл відмерлої органіки рослинного походження як по поверхні ґрунту, так і по ґрунтовому профілю, а також локалізацію процесів її біогенного розкладення. Динаміка накопичення і розкладання решток рослинної органіки, насамперед рослинного опаду, краще за все досліджена на прикладі лісових ґрунтів різних природних зон. Основна маса рослинних решток у лісових екосистемах надходить на поверхню ґрунту і формує шар підстилки. Підстилка розглядається як специфічне органогенне утворення, через яке здійснюється обмін елементами живлення у системі «рослина-ґрунт». Швидкість акумуляції та розкладення органічного матеріалу у підстилці багато в чому визначає хімізм та родючість лісових ґрунтів. Якщо шар підстилки розвинений більш або менш потужно, то вона здатна виступати у ролі теплоізоляційного матеріалу, який запобігає теплообміну між ґрунтом та атмосферним повітрям. Під підстилкою розуміють шар органічних решток, розташований на поверхні ґрунту. Основу підстилки формує мертва органіка рослинного походження. Органічні рештки, що розкладаються, становлять собою сапробіонтне середовище, а його мешканців називають сапробіонтами. Оскільки сапробіонтне середовище характеризується досить специфічними, часто екстремальними, умовами, там формуються комплекси специфічних видів, адаптованих до мешкання у таких умовах. 53 Комплекси тварин у лісовій підстилці відзначаються високою щільністю та видовим багатством. Затіненість поверхні ґрунту пологом лісу і наявність на ній шару підстилки створюють сприятливі умови для життєдіяльності багатьох представників тварин. Тому у лісах саме тварини відіграють особливо помітну роль у трансформації органічних решток. У лісах різних типів маса рослинного опаду, який щорічно надходить на поверхню ґрунту, коливається у досить широких межах: у північній тайзі – 20–70 ц/га, у дібровах підзони мішаних лісів – 380 ц/га, у буково-грабових лісах – 740 ц/га, у тропічних лісах екваторіальної Африки – близько 250 ц/га. У широколистяних лісах Європи листяний опад складає 77% від загальної маси надґрунтових рослинних решток, кора і деревина – від 10% до 31%, квітки, плоди й насіння – від 6 до 30%. Натомість у тропічних лісах опад зелених частин рослин складає не більше 30%, тоді як деревини – близько 60%, надземних коренів – до 10%. Запас підстилки у лісах визначається як швидкістю утворення рослинного опаду, так і швидкістю його розкладення, що, у свою чергу, залежить від гідротермічних умов. У північних регіонах і за надлишкової зволоженості ґрунтів рослинний опад розкладається повільно і погано мінералізується, тому за цих умов відбувається інтенсивне торфоутворення. А у тропічних лісах темпи розкладення й мінералізації підстилки настільки високі, що рослинний опад на поверхні ґрунту майже не накопичується і тому шар підстилки практично відсутній. У заболочених лісах північної тайги маса підстилки на порядок вище маси щорічного опаду – близько 455 ц/га. У районах помірного і теплого клімату розкладення листяного опаду відбувається впродовж 2–4 років, а деревини – 4-8. Швидкість розкладення рослинних решток значною мірою залежить від ступеню участі у цих процесах тварин. У лісовій підстилці виділяють 3 основні шари з різним ступенем руйнування та гуміфікації відмерлого рослинного матеріалу (рис. 2.7). 54 Рис. 2.7. Структура підстилки У верхньому шарі (власне опад – A0L) рослинні рештки повністю зберігають власну структуру: у листків покриви майже не ушкоджені. Зовнішні ознаки розкладення відсутні, листя пухке та сухе. Середній шар (ферментативний – A0F) складається з подрібненого рослинного опаду (уламки листкових пластинок, об’їдені жилки, уламки деревини тощо). Цей шар підстилки вологий, ущільнений, між листками наявні скупчення екскрементів тварин та грибний міцелій. Кількість органічного детриту зоогенного походження зростає у нижній частині цього шару, він також характеризується високим вмістом мінералізованих продуктів розкладення. Тут міститься маса дрібних корінців рослин, які використовують сполуки, що легко гідролізуються. У нижньому шарі (гумусовому – A0H) поруч з неперетравленими фрагментами рослинних тканин міститься й велика кількість аморфного детриту, перемішаного з мінеральними речовинами. У широколистяних лісах опад переходить у ферментативний шар вже після першої зимівлі на поверхні ґрунту. Протягом наступної весни більша його частина перетворюється на ґрунтовий перегній за активної участі тваринсапротрофів. Цей перегній включається тваринами у глибші горизонти ґрунту. Під детритом ми будемо мати на увазі подрібнені, гуміфіковані органічні рештки, сильно розкладені і часто перемішані з мінеральними частками. A0L •Власне опад A0F •Ферментативний шар A0H •Гумусовий шар 55 У трав’янистих екосистемах процеси біогенного розкладення рослинних решток переміщуються, здебільшого, у мінеральні горизонти ґрунту. Мінералізація рослинних решток у степових екосистемах відбуваються значно швидше, ніж у лісових. У надґрунтовому рослинному опаді степових екосистем розрізняють дрантя – відмерлі сухі частини рослин, які не втратили свого зв’язку з коренями і власне підстилку – рослинні рештки, які лежать на поверхні ґрунту і розкладаються. Маса дрантя і підстилки різко коливається у різні сезони. Динаміка накопичення і розкладання опаду у степах визначається гідротермічним режимом і суттєво розрізняється у місцеіснуваннях різних типів. На прикладі екосистем лучних степів Курської області Росії (дослідження проводились 1966 року) встановлено, що максимальну масу підстилки спостерігали восени (74 ц/га), мінімальну – навесні (36 ц/га). Навесні відбувається накопичення дрантя за рахунок відмирання частин рослин, що перезимували. У цей період спостерігали й найбільш інтенсивні процеси розкладення відмерлих частин рослин (розкладається від 35% до 54% від початкової їхньої маси). Впродовж літнього періоду процеси розкладення рослинних решток поступово уповільнюються, в цей час участі різних груп сапрофільних організмів розкладається до 80% цієї мертвої органіки. Але восени за рахунок інтенсивного відмирання зелених частин рослин, маса дрантя та підстилки зростає. Активність сапротрофних організмів у степових екосистемах залежить від вологості ґрунту: вона зростає у вологі періоди. Висохлі дрантя та підстилка розкладаються сапротрофами досить повільно. Основними компонентами залишків судинних рослин і мохів є целюлоза і комплекс геміцелюлоз, які становлять собою енергетичні ресурси для організмів-сапротрофів. У деревині, листяному та хвойному опаді велике значення відіграє також лігнін. Лігнін (від лат. лігнум – деревина) – складна полімерна сполука. У тканинах рослин лігнін 56 знаходиться у складному сполученні з целюлозою і різними включеннями клітинних стінок. Вона разом з целюлозою забезпечують міцність здерев’янілих частин рослин. Найбільш високий вміст лігніну спостерігають у деревині хвойних рослин (до 35%), тоді як в деревині листяних порід він нижчий (до 25%). Лігно-целюлозний комплекс руйнується під впливом складного комплексу живих організмів та зазнає комплексної ферментативної обробки у кишківнику тварин, а також у ґрунті. Лігно-целюлозний комплекс надзвичайно стійкий. Зокрема молекули целюлози руйнуються у декілька етапів за рахунок впливу цілого комплексу ферментів-целюлаз. Лігнін, який є компонентом стінок рослинних клітин, у ґрунті розкладається надзвичайно повільно, його розщеплюють лише деякі групи базидіальних грибів, у багатьох ґрунтових тварин відповідні ферменти відсутні. Тому високий вміст лігніну гальмує розкладення інших їхніх структурних компонентів рослинних тканин. У хвойних лісах вміст лігніну у ферментативному шарі підстилки (A0F) вищий, аніж у власне опаду (A0L). Продукти окиснення лігніну беруть участь у формуванні гумусових речовин. Інший полісахарид – пектин – розкладається у декілька етапів під впливом комплексу інших ферментів – пектиназ. Багато ґрунтових сапротрофів мають повний набір пектиназ і тому ця сполука складає суттєву частину їхнього кормового раціону. З інших включень клітинних стінок рослин слід відзначити дубильні речовини, які за своєю природою близькі до фенолокислот. Вони тваринами не споживаються, а навпаки, справляють на них репелентний вплив. Чим інтенсивніше відбувається вилуджування дубильних речовин з рослинних решток, тим привабливішими останні стають для безхребетних тваринсапротрофів. У підстилці з цих речовин найпоширеніші таніни, які мають антисептичні властивості. З деяких видів опаду таніни зникають повністю, але у буковому опаді вони залишаються у значній кількості. Це зумовлює те, що буковий опад неїстівний для більшості ґрунтових тварин- 57 сапротрофів. Розкладення букового опаду в лісі здійснюють переважно мікроорганізми і ґрунтові гриби, тому у широколистяних лісах опад буку розкладається повільніше, ніж опад інших рослин – впродовж 4–8 років. Нітрогенумісні сполуки містяться у рослинних залишках у досить обмеженій кількості, особливо, у деревині. Їхній вміст в основному визначає кормову цінність органічних решток для тварин-сапротрофів: чим більшій вміст Нітрогену, тим привабливіші вони для первинних руйнівників. Таким чином, нітрогенумісні сполуки в рослинних рештках утилізуються тваринами-сапротрофами в першу чергу. Тварини-сапротрофи виявляють вибірковість по відношенню не тільки до виду рослинних решток, але й до ступеню їхнього попереднього руйнування. На перших етапах розкладення рослинних решток суттєву роль відіграють процеси вилуджування легкорозчинних сполук атмосферними опадами і ґрунтовою вологою. Ці процеси починаються ще у живих тканинах рослин. Тварини, що споживають рослинні рештки і мікроорганізми, які на них розвиваються, сприяють вивільненню поживних елементів, зокрема Нітрогену та Фосфору. Тварини-сапротрофи починають живитись рослинними рештками лише після вилуджування з них поліфенольних сполук, тобто через кілька тижнів або, навіть, місяців після їхнього надходження на поверхню ґрунту. У процесі мацерації рослинних тканин і часткового перетравлення комплексів геміцелюлоз і целюлози у кишечнику тварин, такий матеріал стає доступнішим для вторинних руйнівників. Під час активного живлення тварин-сапротрофів у підстилці посилюється й активність ґрунтових мікроорганізмів, внаслідок чого стають інтенсивнішими процеси мінералізації органічних сполук. Частина продуктів мінералізації включається у процеси ресинтезу та гуміфікації. На цій стадії розкладення у рослинних рештках зникає більша частина сполук, 64 акумуляцію різних сполук тощо. Механізми розкладення мінералів, що входять до складу ґрунту, різноманітні. Вони пов’язані з впливом окислювально-відновних ферментів мікроорганізмів та продуктів їхньої життєдіяльності. Зокрема, це стосується впливу на мінерали нітратної та сульфатної кислот, які утворюються внаслідок біохімічних процесів нітрифікації та сульфофікації. Організми, які беруть участь у процесах гуміфікації (утворенні гумусових речовин), при розкладенні органічних решток утворюють компоненти для синтезу гумусових речовин та беруть участь в їх трансформації, ресинтезі цих компонентів з простіших сполук. А під час процесів торфоутворення, за умов перезволоженості й недостатньої аерації ґрунтів, відбувається консервація напіврозкладених органічних решток. 3.2. Ґрунтові мікроорганізми Ґрунт є сприятливим середовищем для розвитку мікроорганізмів, завдяки:  наявності поживних речовин;  достатній кількості вологи;  наявності ділянок з різним значенням pH середовища, температури, складу солей. Завдяки мікрозональності ґрунту виникають умови для розвитку різних фізіологічних груп мікроорганізмів, зокрема: У ґрунті виникає велика кількість мікрозон, розділених у просторі та часі. Це пов’язано з неоднорідністю самого ґрунту. 65  аеробів, факультативних та облігатних анаеробів;  автотрофів та гетеротрофів;  кріо-, мезота термофілів, тощо. Щільність мікроорганізмів у ґрунті залежить від:  типу ґрунту (найбільше їх у чорноземах);  горизонту ґрунту (найбільше у верхніх шарах завглибшки 5–15 см);  присутності рослин (найбільше мікроорганізмів в ризосфері, де їхня щільність може бути у 10–100 разів більше, ніж у інших ділянках ґрунту; це явище називають ризосферним ефектом). Інтенсивне розмноження мікроорганізмів у ризосфері зумовлене великою кількістю доступних джерел вуглецю, наприклад, виділення підземних частин рослин, відмерлі корені, наявність багатьох інших мешканців цієї зони. У ґрунті мікроорганізми утворюють з рослинами різні симбіотичні угруповання:  як епібіонти заселяють поверхню рослин (наприклад, деякі представники азотфіксуючих бактерій);  як ендосимбіонти, проникають у корені здебільшого бобових рослин, утворюючи бульбочки (азотфіксуючі бульбочкові бактерії з родів Rhizobium та Bradyrhizobium). Важко переоцінити роль тих мікроорганізмів, які розкладають такі органічні сполуки, як целюлоза, лігнін, хітин тощо. Зокрема цю функцію вони можуть здійснювати, вступаючи у симбіоз з іншими організмам, наприклад, тваринами. Щодо ролі ґрунтових мікроорганізмів у процесах гумусоутворення (гуміфікації), то:  певні представники мікроорганізмів ґрунту синтезують структурні компоненти молекул гумусових речовин; 66  продукують ферменти фенолоксидази, що беруть участь в окисненні різних біополімерів з подальшим утворенням компонентів гумусу;  збагачують ґрунт сполуками Нітрогену, переводять сполуки Фосфору у доступну для рослин форму;  покращують структуру ґрунту;  розщеплюють токсичні сполуки, зокрема пестициди. Деструкцію гумусу у ґрунті здійснюють специфічні представники мікроорганізмів, які здатні розщеплювати гетероциклічні сполуки (наприклад, види родів Nocardia, Bactoderma, Micromonospora, Arthrobacter). Деструкція гумусу має позитивне значення для родючості ґрунту тільки якщо її швидкість не перевищує швидкість гумусоутворення. У природних екосистемах різні представники прокаріотів виконують разом з грибами функцію редуцентів: вони розкладають органічні рештки і повертають різні хімічні елементи у ґрунт, у формі, доступній для споживання рослинами. Таким чином, вони забезпечують стабільність колообігу речовин в екосистемах. Розміри ґрунтових прокаріотів вимірюються у мікрометрах. Майже 40% ґрунтових бактерій мають розміри, які лежать за межами роздільної здатності світлового мікроскопу і тому досліджувати їх можна лише за допомогою електронного. Це, зокрема, створює проблеми при вивченні ґрунтових прокаріотів. Разом з тим, при малих розмірах клітини, збільшується співвідношення площі її поверхні до об’єму, що зумовлює високу інтенсивність процесів метаболізму і, відповідно, посилює вплив прокаріотів на процеси ґрунтоутворення. Серед прокаріотів виділяють два домени (рис. 3.1): 67 Рис. 3.1. Система прокаріотичних організмів Якщо археї здебільшого мешканці різних типів водойм, то багато представників бактерій є звичними компонентами ґрунтової біоти. Серед ґрунтових прокаріотів є продуценти, які мають власний фотосинтетичний апарат (наприклад, ціанобактерії). Ціанобактерії стійкі до несприятливих умов довкілля, тому вони часто здатні виступати у ролі піонерних організмів при заселенні місцеіснувань з екстремальними умовами. Ціанобактерії у складі лишайників беруть участь у процесах вивітрювання материнської породи та утворення первинних ґрунтів. Деякі з ціанобактерій, наприклад, Nostoc, здатні утворювати на поверхні ґрунту слизові колонії у вигляді оливково-зелених плівок. Ціанобактерії, як фототрофи, разом з ґрунтовими водоростями збагачують ґрунтове повітря киснем. Крім того, деякі види ціанобактерій здатні до фіксації атмосферного азоту. Ця здатність пов’язується з утворенням гетероцист, в яких чутливий до впливу кисню апарат азотофіксації захищений від кисню, який виділяється під час фотосинтезу. Для фіксації атмосферного азоту ціанобактерії задіють фермент нітрогеназу. Оскільки цей фермент інактивується під дією кисню, гетероцисти оточені зовні трьома додатковими клітинними оболонками. Відповідно гетероцисти позбавлені фотосинтетичного апарату: так в Гетероцисти – видозмінені клітини деяких нитчастих ціанобактерій, спеціалізовані на фіксації атмосферного азоту. Прокаріоти Домен Археї Домен Бактерії 68 герероцистах створюється анаеробне середовище, необхідне для азотфіксації. З іншими клітинами гетероцисти контактують через чисельні плазмодесми в оболонках клітин. Крім ціанобактерій існують й інші представники азотфіксуючих мікроорганізмів. Серед них є такі, що вільно мешкають у ґрунті (наприклад, види роду Azotobacter), й такі, що вступають у мутуалістичні відносини з рослинами, наприклад, з коренями бобових (як-от рід Rhizobium) (рис. 3.2). Їхню роль у процесах ґрунтоутворення важко переоцінити, оскільки вони збагачують ґрунт сполуками Нітрогену, необхідними для живлення рослин. Бульбочкові бактерії зустрічаються у ґрунті у вільному стані, але здатні фіксувати атмосферний азот лише після того, як проникають через кореневі волоски в корені бобових та деяких інших рослин (наприклад, шовковиці). Розмножуючись у клітинах коренів рослини-хазяїна вони перетворюються на викривлені палички. Під впливом цих бактерій тканини кореня розростаються і формують бульбочки. Сприятливе середовище для розвитку та активної діяльності бульбочкових бактерій – ґрунти з доброю аерацією та нейтральною реакцією, зокрема, окультурені. Щоб збільшити щільність бульбочкових бактерій в ґрунті, туди вносять бактеріальний препарати, які містять активні штами бульбочкових бактерій. При цьому, для формування бульбочок необхідна наявність у ґрунті іонів Кобальту. Мікроорганізми, які здатні засвоювати атмосферний азот і переводити його у форму, зручну для споживання іншими організмами, називають діазотрофами. 69 Рис. 3.2. Мутуалістичні відносини між бобовою рослиною та бульбочковими бактеріями В ґрунті мешкають і денітрифікатори, які здійснюють відновлення нітратів до нітритів, і, врешті решт – до молекулярного Нітрогену, який повертається в атмосферу. Ці бактерії належать до факультативних анаеробів (наприклад, Paracoccus denitrificans, представники псевдомонад). Зрідка серед денітрифікаторів зустрічаються й автотрофи (як-от Thiobacillus denitrificans). Серед прокаріотів – мешканців ґрунту – переважають сапробіонти. Зокрема, у ґрунті зустрічаються представники ентеробактерій, найчисельніші вони у скупченнях гною та у ґрунтах, удобрених гноєм. Вони Цікавим представником псевдомонад є Pseudomonas putida. Цей сапротроф мешкає у ґрунті і здатний розщеплювати такі сполуки, як толуол та нафтален, а полістирол перетворювати на розчинні сполуки. Припускають, що ці бактерії, які беруть участь у процесах самоочищення ґрунтів, можуть виявитись перспективними для біодеградації пластикових відходів. Бобова рослина: постачає продукти фотосинтезу Бульбочкові бактерії: постачають сполуки, синтезовані з використанням атмосферного Нітрогену 70 беруть активну участь у процесах гниття, розкладаючи білки тваринного походження. Також вони здатні гідролізувати сечовину. Міксобактерії населяють ґрунти, ростуть на гної травоїдних тварин, корі дерев. Відіграють важливу роль у розкладенні целюлози. Деякі види (наприклад, з роду Myxococcus) здатні живитись за рахунок ферментативного лізису клітин інших бактерій. Зокрема, такі цитофаги здатні здійснювати ферментативний лізис клітинних оболонок ціанобактерій. Цитофаги розкладають в аеробних умовах у ґрунті не тільки целюлозу, вони здатні гідролізувати й інші полісахариди, зокрема, хітин. Стебельцеві бактерії (рід Caulobacter), клітини яких мають характерну ознаку – виріст у вигляді стебельця, зустрічаються у ґрунті, торфі та мулі. У місцях скупчення решток тваринного і рослинного походження зустрічаються спірили, серед яких є і сапротрофи. На коренях деяких трав’янистих рослин, головним чином, злаків, живуть спірили з високою азотфіксуючою активністю. Цікавим представником спірил є Renobacter vacuolatum, що зустрічається у перезволожених ґрунтах. Його клітини мають рідкісні для прокаріотів органели – газові вакуолі (від 40 до 60). Змінюючи об’єм газів у цих вакуолях, за незначних витрат енергії, клітини можуть пересуватися по ґрунтовим капілярам, заповнених ґрунтовим розчином (джгутиків клітини Renobacter vacuolatum не мають). Спірохети у ґрунтах зустрічаються лише зрідка. Ці грамнегативні бактерії мають особливу форму клітини – спіральну. Така форма клітини визначається тим, що під клітинною оболонкою навколо протопласту обвивається опорна (аксіальна) нитка, яка складається з мікрофібрил, гомологічних бактеріальним джгутикам. Хоча клітина спірохет має джгутики, але їй притаманний особливий спосіб руху: вона гвинтоподібно пересуватися у рідкому середовищі, завдяки скоротливій діяльності осьової нитки. 71 Серед ґрунтових мікроорганізмів зустрічається багато грампозитивних бактерій, здатних формувати ендогенні спори. Здебільшого вони хемогетеротрофи, які використовують органічні субстрати у процесах аеробного чи анаеробного дихання. Ці органотрофи здатні викликати процеси бродіння. У ґрунтах різних типів поширені бацили – аеробні вільноживучі, зрідка – облігатно-патогенні форми. Вони беруть участь у різноманітних процесах, пов’язаних з розкладенням органічної речовини, зокрема, спричиняють амоніфікацію білків, сечовини, сечової кислоти, розкладення фосфорорганічних сполук. У ґрунтах можуть зустрічатись й анаеробні спороутворюючі бактерії. Вони здатні зброджувати прості вуглеводи, крохмаль, пектин, целюлозу, спричиняти процеси гниття тощо. Багато представників коринеподібних бактерій (від грец. корине – булава) є мешканцями ґрунтів, підстилки, мертвих рослинних субстратів. Наприклад, артробактерії – гетеротрофи, які беруть участь у процесах мінералізації органічних речовин в аеробних умовах. Їхня частка серед мікроорганізмів зростає у ґрунтах, збіднених на свіжу органіку та в екстремальних умовах. Вони складають основну масу мікробіального населення ґрунтів тундри, високогірських районів та пустель. Актиноміцети (отримали свою назву через те, що зовні нагадують міцелій грибів) беруть участь в мінералізації органічної речовини в ґрунтах на пізніх етапах сукцесії. Зокрема вони здатні розкладати складні сполуки, у тому числі – й молекули гумінових кислот, целюлозу, лігнін, перегній. Актиноміцети здатні виділяти позаклітинні хітинази, здатні розщеплювати хітин, що входить до складу клітинних оболонок грибів. Частка актиноміцетів зростає в ґрунтах, які знаходяться під паром, а також у ґрунтах з нейтральною та слабколужною реакцією, багатих на органічну речовину. Як джерела Карбону вони використовують різноманітні органічні сполуки. Актиноміцети беруть участь в утворенні 72 гумусу. Представники актиноміцетів виконують в екосистемах роль редуцентів, зокрема вони можуть розкладати такі складні біополімери, як лігнін, целюлоза, хітин, гумусові сполуки, копроліти безхребетних тварин, беруть активну участь в біогеохімічних циклах Нітрогену. Актиноміцети можуть бути симбіонтами безхребетних тварин – мешканців ґрунту. У ґрунті зустрічаються й мікоплазми, які характеризуються відсутністю пружної клітинної стінки. Зокрема у ґрунті в асоціації з грибами живуть Metallogenium symbioticum, які беруть участь в окисненні Мангану та Феруму. На прикладі лісових та степових екосистем простежуються сукцесії різних представників прокаріотів. При переробці відмерлої рослинної органіки у підстилці та верхніх шарах ґрунту зустрічаються представники грамнегативних аеробних і факультативних анаеробних бактерій. Вони починають процеси руйнування мертвої рослинної органіки і для свого живлення використовують водорозчинні мономери різних біополімерів. У шарах ґрунту, розташованих глибше, зростає частка сапробіонтів, представлених бацилами, міксобактеріями, актиноміцетами, здатних здійснювати гідроліз біополімерів (напр., целюлозу та хітин). У верхньому шарі підстилки (A0L) та поверхневому шарі ґрунту часто домінують протеобактерії. У підстилку ці бактерії потрапляють з рослинним опадом. Там вони починають процеси руйнування рослинної органіки. У шарах підстилки, розташованих глибше (ферментативному та гумусовому) зустрічаються бактерії роду Вacillus, міксобактерії, зростає частка стрептоміцетів та целюломонад. Загалом підстилка характеризується високим видовим різноманіттям та щільністю прокаріотів. При переході від підстилки до глибоких горизонтів ґрунту ці показники поступово знижуються. Типовими мешканцями ґрунту є види з родів Pedomicrobium, Metallogenium тощо. Зокрема вони збагачують ґрунти сполуками Феруму та Мангану. 73 У ґрунті можуть зустрічатися і патогенні бактерії, такі як збудники правцю, газової гангрени, бруцельозу, сибірської виразки, ботулізму, шлунково-кишкових хвороб людини і тварин. Ці мікроорганізми потрапляють в ґрунт з органічними відходами, стічними водами тощо. Вони, як правило, у ґрунті постійно не живуть, але здатні тривалий час зберігати життєздатність. 3.3. Ґрунтові гриби Ґрунтові гриби – одна з найчисельніших груп організмів, які населяють це середовище мешкання. Ці організми беруть активну участь як у процесах мінералізації органічних решток, так і в утворенні ґрунтового гумусу. При цьому в процесі розкладення органічної речовини спостерігають певні етапи сукцесії: послідовні зміни одних комплексів видів грибів іншими. Гриби поширені скрізь, де є хоча б залишки органічних сполук. Вони виділяють у зовнішнє середовище різноманітні гідролітичні ферменти, здатні розщеплювати різні органічні сполуки, навіть такі, як хітин та лігнін. За добу гриби розщеплюють органічної речовини у 2–7 разів більше, ніж споживають самі. Багато видів грибів утворюють темнозабарвлений міцелій за рахунок синтезу і накопичення у гіфах меланіноподібних пігментів. Після відмирання та лізису міцелія ці речовини накопичуються у ґрунті в складі ґрунтового гумусу. Особливо багато цих грибів на рослинних рештках, що розкладаються, і у верхніх шарах ґрунту. Темні пігменти, виконуючи захисну функцію, сприяють процвітанню цих грибів в екстремальних умовах. Агрегація частинок ґрунту навколо міцелію забезпечує роль грибів у процесах формування структури ґрунтів. 80 максимальну щільність населення спостерігають на ґрунтах, що не мають суцільного покриву з вищих рослин, наприклад, поля під паром. Річна продукція ґрунтових водоростей у ґрунтах різних типів коливається від 50 тис. до 1500 кг/га. Біомаса ґрунтових водоростей може швидко накопичуватись за сприятливих умов і згодом легко мінералізуватись. Водорості впливають на кислотність ґрунтів, накопичення в них сполук Нітрогену, а також на їхню структуру. Ґрунтові водорості беруть участь у закріпленні ґрунтів, особливо в посушливих умовах. Виділяючи різні сполуки у вигляді слизу, ґрунтові водорості беруть участь у формуванні ґрунтових агрегатів, тобто разом з іншими групами організмів сприяють структурованості ґрунтів. Ґрунтові водорості використовують в якості біоіндикаторів процесів, що відбуваються в ґрунтах, їхнього газового та сольового режимів, ступеня забрудненості тощо. Розвиток водоростей у ґрунті рано навесні або піздо восени після збирання врожаю може сприяти тимчасовому закріпленню розчинених сполук Нітрогену, запобігаючи їх вимиванню. Для свого розвитку водорості потребують доступних форм Фосфору: їх нестача обмежує ріст і розвиток цих організмів. Ґрунтові водорості представлені зеленими (понад 500 видів), діатомовими (приблизно 300 видів), жовто-зеленими (понад 150 видів). Представники інших груп водоростей в ґрунтах зустрічаються зрідка. Зелені водорості найбільш поширені у верхньому шарі ґрунтів. Вони представлені одноклітинними нерухомими та рухомими видами, а також нитчастими формами. Жовто-зелені водорості можуть у разі масового розмноження викликати явище цвітіння на торфах, вони звичайні також у ґрунтах лісів та орних ґрунтах. Представлені одноклітинними та нитчастими формами. Панцири діатомових водоростей, просочені кремнеземом, тривалий час зберігаються у ґрунті. 81 3.5. Вищі рослини Вищі рослини – основні первинні продуценти в наземних екосистемах. Елементи мінерального живлення вони засвоюють з ґрунту, виділяючи туди різні біологічно активні сполуки. Крім того, на поверхню ґрунтів надходять відмерлі надземні частини рослин, а в його товщу – підземних органів. Саме завдяки цьому ґрунт збагачується органічною речовиною. Біомаса вищих рослин наземних екосистем впливає на інтенсивність колообігу речовин. З особливостями формування надземної та підземної біомаси рослин пов’язані і процеси ґрунтоутворення. У лісах основні процеси розкладення органічних решток і утворення гумусу сконцентровані у підстилці і верхньому шарі ґрунту. У степовій зоні, де рослини мають добре розвинену кореневу систему, а надземні частини живуть здебільшого нетривалий час, процеси розкладення відмерлої рослинної органіки відбуваються у товщі ґрунтового профіля, що призводить до формування значного гумусового горизонту. Кореневі системи рослин впливають на фізичні і хімічні властивості ґрунту, його біологічну активність. Вони змінюють його структуру, впливають на процеси аерації, впливають на активність і розвиток ґрунтових мікроорганізмів та інших важливих біохімічних процесів, беруть участь у біогенній акумуляції певних сполук. Саме у ризосфері сконцентровані мікроорганізми, які здійснюють процеси азотфіксації і денітрифікації і безпосередньо впливають на азотне живлення рослин та загальний баланс Нітрогену у ґрунті. Коренями рослин живляться деякі ґрунтові кліщі, комахи, нематоди, на коренях розвиваються гриби, які утворюють мікоризу, з клітинами коренів вступають у симбіоз бульбочкові бактерії тощо. Корені рослин закріплюють ґрунти, враховуючи те, що в деяких випадках вони можуть проникати на значну глибину (напр., корені 82 пастухового дерева (Boscia albitrunca), що зростає у Центральному Калахарі – до 68 м). Кореневі системи, насамперед, коли вони добре розвинені, покращують утримання вологи у ґрунті. Слід враховувати і явище алелопатії – здатність рослин (а також бактерій, грибів) виділяти у ґрунт біологічно активні сполуки, здатні справляти вплив на ґрунтових тварин. Кількість біологічно активних речовин, які виділяють у ґрунт кореневі системи рослин, впливають на видовий склад та активність ґрунтових мікроорганізмів. Рослинний покрив знижує амплітуду температурних коливань на поверхні ґрунту, що позитивно впливає на мешканців підстилки та поверхневих шарів ґрунту. Він також здатний запобігати процесам вітрової та водної ерозії. Отже, головна роль вищих рослин у наземних екосистемах – забезпечення колообігу речовин, вплив на структуру та родючість ґрунтів. Характер участі вищих рослин у процесах ґрунтоутворення залежить від типу рослинності та інтенсивності колообігу речовин. 3.6. Ґрунтові протозої та тварини Тварини – виключно гетеротрофи. Вони – споживачі первинної продукції (консументи І-го порядку), а також продукції, створеної на більш високих трофічних рівнях (консументи ІІ-го та вищих трофічних рівнів). Кормові режими ґрунтових тварин різноманітні: серед них є фітофаги, хижаки, сапротрофи, паразитичні види тощо. Проте більшість з них є сапротрофами – споживачами відмерлої органіки; цю функцію вони здійснюють разом з ґрунтовими бактеріями та грибами. Проте серед тварин не існує редуцентів. Ґрунтові тварини справляють суттєвий вплив на 83 фізико-хімічні та механічні властивості ґрунтів, певні представники – беруть участь в утворенні гумусу. Тваринне населення ґрунтів надзвичайно різноманітне: в цьому середовищі існування зустрічаються представники багатьох типів тварин: від коловерток до хордових. Крім того, в ґрунтах зустрічаються і різноманітні протозої – одноклітинні евкаріоти, яких раніше вважали одноклітинними тваринами (сьогодні – це представники таких мегагруп евкаріотів, як Амебозої (Amoebozoa), САР, або Хароза (SAR, або Harosa), Екскавати (Excavata)). В умовах Центральної Європи, на 1 м2 ґрунту та підстилки, яка над ним розташована, припадає до 1,5 млн клітин протозоїв, до 20 млн екземплярів нематод, сотні тисяч особин колембол, енхітреїд, кліщів, тисячі особин великих комах та багатоніжок, сотні екземплярів дощових червів та черевоногих молюсків. Біомаса ґрунтових тварин може становити понад 3 т/га. Тварини, що населяють ґрунт і підстилку, мають різні розміри і тому справляють різний вплив на властивості ґрунту. Наприклад, ґрунтові протозої та коловертки фактично є гідробіонтами, які населяють ґрунтові шпарини, заповнені водою. Підвищеної вологості ґрунту вимагають нематоди, тихоходи тощо. Вчені давно розробляють класифікації груп ґрунтових тварин за їх розмірами. Але, на жаль, одними й тими ж термінами (мікро-, мезо-, макрофауна тощо) різні вчені позначають різні розмірні групи тварин. Наприклад, ґрунтових протозоїв можуть позначатись або терміном «еумікрофауна» або «нанофауна». А терміном «мікрофауна» могли позначати як мікроартропод (дрібних членистоногих), так і протозоїв, коловерток та нематод. Натомість німецькі дослідники кліщів та колембол позначали терміном «мезофауна», а англійські – терміном «мейофана». Це ж стосується великих ґрунтових безхребетних тварин, яких німецькі 84 дослідники можуть позначати терміном «макрофауна», а у країнах колишнього СРСР під цим терміном розуміли ґрунтових хребетних тварин. З іншого боку, розмірну групу ґрунтових хребетних тварин іноді позначають терміном «мегафауна». Щоб уникнути цієї термінологічної плутанини, ми будемо спиратись на найбільш оптимальний варіант такої класифікації, заснований на працях М. Гілярова, Е. Рапопорта та М. Чапека [3] (рис. 3.4). При цьому ряд груп безхребетних тварин (коловертки, нематоди, енхітреїди) погано вкладаються у цю класифікацію. Рис. 3.4. Розмірні групи ґрунтових тварин Слід зазначити, що будь-яка класифікація розмірних груп ґрунтових тварин умовна, зокрема тому, що представники однієї систематичної групи можуть бути віднесені до різних розмірних груп. Наприклад, ґрунтові олігохети зустрічаються серед представників мікрофауни (дрібні енхітреїди), мезофауни (великі енхітреїди, дощові черви), макрофауни (якот Megascolides australis). Розмірні групи протозоїв та ґрунтових тварин нанофауна -протозої та найдрібніші представники тварин (коловертки, найдрібніші нематоди тощо) мікрофауна -дрібні безхребетні тварини (великі представники нематод, мікроартроподи, тихоходи тощо) мезофауна -великі безхребетні тварини (великі представники членистоногих, олігохет, черевоногих молюсків тощо) макрофауна -деякі представники великих безхребетних тварин (як-от Megascolides australis (велетенський австралійський дощовий черв'як)), грунтові хребетні тварини 85 Інша екологічна класифікація тварин, пов’язаних з ґрунтом, базується на тому, наскільки тісно вони пов’язані з цим середовищем життя. Залежно від того, наскільки тісно ґрунтові тварини пов’язані з ґрунтовим середовищем, їх поділяють на наступні екологічні групи (рис. 3.5). Рис. 3.5. Екологічні групи ґрунтових тварин Всі тварини – мешканці ґрунтів – мають певні адаптації до мешкання, як у ґрунті взагалі, так і у певних його шарах, що відрізняються за своїми умовами. Ці адаптації можуть бути пов'язані із:  особливостями реалізації життєвого циклу тварин;  особливостями біології, зокрема термінами розмноження, вертикальними та горизонтальними міграціями;  особливостями будови та процесів життєдіяльності. Так, на різних групах колембол можна простежити, як із зростанням глибини ґрунту, на якій існують ці мікроартроподи, змінюються розміри тіла, відносна довжина кінцівок (по відношенню до довжини тіла), ступінь пігментації покривів, розвитку очей тощо. Ми вже згадували, що серед ґрунтових тварин переважають споживачі мертвої органіки – сапротрофи. Сапротрофи, пропускаючи крізь Екологічні групи грунтових тварин геобіонти -постійні мешканців ґрунтів (дощові черви, певні групи кліщів тощо) геофіли -тварини, що мешкають у ґрунті протягом більшої частини їх життєвого циклу (личинки хрущів, жуків коваликів тощо) геоксени -тварини, які лише тимчасово перебувають у ґрунті, наприклад, під час несприятливих умов надземного середовища (гризуни, плазуни, клоп - шкідлива черепашка тощо) 86 свій кишечник рослинні рештки, здійснюють їхнє механічне руйнування, біохімічне розщеплення і перемішування з мінеральною масою. Остання функція ґрунтових тварин не дублюється жодними іншими організмами. Тому не буде перебільшенням стверджувати, що діяльність ґрунтових тварин – один із провідних факторів ґрунтоутворення. Дослідження характеру живлення ґрунтових тварин мають важливе значення і для загальної екології. Зокрема це стосується оцінки продуктивності наземних екосистем, потоків енергії, колообігу речовин, насамперед, тих, що спрямовуються по детритним трофічним ланцюгам, зосередженими, в основному, у підстилці та ґрунті. У високопродуктивних наземних екосистемах (широколистяні ліси, луки помірної зони) тварини, що споживають живі тканини рослин, утилізують не більше 10% первинної продукції. Інша її частина надходить у ґрунт у вигляді рослинних решток і є джерелом енергії для ґрунтових тварин, грибів та мікроорганізмів. Як правило, біомаса ґрунтових тварин набагато перевищує біомасу наземних тварин. Так, у широколистяних лісах Європи це співвідношення може сягати до 120 : 1. Вивчення функціонування комплексів ґрунтових сапротрофів (їхня біомаса може сягати до 80% від біомаси усіх тварин), взаємозв'язків ґрунтових організмів між собою та з наземними організмами, відкриває перспективи для регуляції процесів ґрунтоутворення, підвищення продуктивності наземних екосистем, агроценозів тощо. В літературі можна зустріти такі терміни, як сапрофаги, сапрофіти та сапротрофи (рис. 3.6). Сапрофагія – харчування тварин твердими рештками організмів (напр., дощові черви, панцирні кліщі). Сапрофіти – організми, які живляться рідкою мертвою органікою (напр., багато нематод). 87 Сапротрофи – організми, які отримують необхідні для життєдіяльності речовини, руйнуючи залишки мертвих рослин і тварин, абсорбуючи розчинні органічні сполуки. Рис. 3.6. Екологічні групи сапротрофів Живлення мертвою органікою часто розглядають як вихідний спосіб живлення для тварин під час їхнього переходу до існування на суходолі. Припускають, що першими наземними безхребетними були водні детритофаги, що переживали тимчасову посуху у прибережній смузі, наприклад, у скупченнях водоростей, що розкладаються, які до того ж слугували і кормовим субстратом. Серед тварин-сапротрофів можна виділити наступні трофічні групи (рис. 3.7): Сапротрофи: загальна назва для організмів, які споживають мертву органіку Сапрофаги: організми, які споживають тверду мертву органіку (напр., дощові черви) Сапрофіти: організми, які споживають рідку мертву органіку (напр., нематоди) 88 Рис. 3.7. Екологічні групи тварин-сапротрофів У свою чергу, серед зоосапротрофів виділяють наступні трофічні групи (рис. 3.8): Рис. 3.8. Екологічні групи зоосапротрофів Слід зазначити, що серед некрофагів існує більш-менш чітка вибірковість до стадії розкладання решток тварин. Таким чином, під час розкладання трупів відбувається процес сукцесії: комплекси одних видів закономірно замінюються іншими. Це має практичне значення, наприклад, для судової медицини: визначивши видовий склад некрофагів на трупі людини можна встановити приблизний час її смерті. Комахи-некрофаги відіграють важливу роль санітарів, так само, як і комахи-копрофаги, які переробляють екскременти хребетних тварин та закопують їх у ґрунт. Тварини-сапротрофи Зоосапротрофи: споживічі решток тварин та продуктів їхнього метаболізму Фітосапротрофи: споживачі рослинних решток Детритофаги: споживачі детриту Зоосапротрофи Копрофаги: споживачі екскрементів Некрофаги: споживачі трупів 89 Спеціалізованими копрофагами є личинки жуків-гнойовиків (родина Scarabaeidae), деякі енхітреїди, кліщі та колемболи. До копрофагів також належать безхребетні, що споживають неперетравлені рослинні рештки, частики детриту, спори та клітини грибів тощо, які знаходяться в екскрементах тварин. Нематоди споживають в екскрементах тварин також клітини бактерій та рідкі продукти розкладення екскрементів. Фітосапрофаги утилізують первинну продукцію, споживаючи поживні елементи та енергію, накопичені продуцентами. Саме рослинні рештки становлять основу детритних трофічних ланцюгів. Активність фітосапротрофів визначає темпи і характер трансформації відмерлої рослинної органічної речовини, а це, у свою чергу, впливає на швидкість колообігу речовин у наземних екосистемах. Серед фітосапротрофів, які вибірково харчуються відмерлими тканинами тих чи інших частин рослин, що зберегли свою структуру, виділяють такі групи (рис. 3.9): Рис. 3.9. Екологічні групи фітосапротрофів Найбільш активними руйнівниками листяного опаду (сапрофілофагами) є диплоподи, мокриці, наземні черевоногі молюски, дощові черви, личинки типулід та бібіонід. До найбільш типових Фітосапротрофи Сапрофілофаги Сапроксилофаги Сапроризофаги 96 Слід пригадати й механічний вплив тварин на ґрунти, який насамперед справляють дощові черви та ссавці (насамперед гризуни та комахоїдні). Риюча діяльність ссавців насамперед помітна в степових екосистемах та екосистемах напівпустель, пустель, у яких відсутня або слабко розвинена деревна рослинність. Наприклад, на 1 га поверхні ґрунту в екосистемах тундри, широколистяних лісів може припадати близько 1000, пустельних степів – близько 2000, типових степів – 5000, лугових степів – до 7500. Риюча діяльність тварин справляє вплив на рослини: як прямий (напр., ушкодження підземних частин рослин, переміщення спор та насінин по ґрунтовому профілю), так і опосередкований (через вплив на ґрунтові умови). У свою чергу, розпушення ґрунту тваринами покращує дихання підземних частин рослин, надходження до їх поверхні розчинів поживних речовин, полегшує ріст коренів углиб ґрунту, надходження розчинів у глибші шари ґрунту та забезпечуючи надходження відмерлої органіки у глибші горизонти. Різноманіття різних груп організмів, що населяють ґрунти, взаємопов’язане. Видове багатство різних груп мешканців ґрунтів залежить від неоднорідності умов проживання. Ця неоднорідність проявляється як у просторі (горизонтальна та вертикальна неоднорідність), так і у часі (періодична зміна умов, напр., сезонна). 97 Контрольні завдання до теми 3. Тестові завдання вимагають вибору однієї правильної відповіді. 1. Визначити розмірну групу, до якої належать коловертки ґрунтів: А) нанофауна; Б) мікрофауна; В) мезофауна; Г) макрофауна 2. Указати розмірні характеристики енхітреїд: А) займають проміжне положення між нанофауною та мікрофауною; Б) займають проміжне положення між мікрофауною та мезофауною; В) займають проміжне положення між мезофауною та макрофауною; Г) належать до мікроартропод 3. Зазначити структури, з якими пов’язана здатність ґрунтових ціанобактерій фіксувати атмосферний азот: А) гетероцисти; Б) екзогенні спори; В) ендогенні спори; Г) вегетативні цисти 4. Назвати представника прокаріотів, який має газові вакуолі, що допомагають йому пересуватись по ґрунтовим капілярам, заповненим вологою: А) рід Myxococcus; Б) Azotbacter chroococcum; В) Renobacter vacuolatum; Г) Anabaena azollae 5. Указати групу водоростей, представники якої лише зрідка зустрічаються у ґрунтах: А) Зелені; Б) Жовто-зелені; В) Діатомові; Г) Червоні 98 Тема 4. Методи досліджень у ґрунтовій біології Світ тварин ґрунту надзвичайно різноманітний. В умовах Центральної Європи, на 1 м2 ґрунту та підстилки, яка над ним розташована, припадає до 1,5 млн клітин протозоїв, до 20 млн екз. нематод, сотні тисяч особин колембол, енхітреїд, кліщів, тисячі особин великих комах та багатоніжок, сотні екз. дощових червів та черевоногих молюсків. Біомаса ґрунтових тварин може складати понад 3 т/га. Ми вже згадували, що тварини, які населяють ґрунт і підстилку, мають різні розміри і справляють різний вплив на властивості ґрунту. Тому при обранні тієї чи іншої методики досліджень враховують: розміри об’єкту досліджень, щільність його оселення у ґрунтах тощо. Саме це визначає, зокрема, розміри та кількість проб, необхідних для визначення якісного складу та кількісних показників тих чи інших груп ґрунтових тварин. Зрозуміло, що при вивченні дрібніших тварин відбирають проби меншого об’єму, порівняно з тваринами, що мають більші розміри. Але при вивченні дрібніших тварин та протозоїв методики, як правило, більш складні та працемісткі. При оцінці щільності оселення ґрунтових тварин, які у тому чи іншому ступені здатні до вертикальних міграцій (нематоди, дощові черви, панцирні кліщі тощо) проводять перерахунок отриманих результатів на одиницю поверхні (напр., 1 м2). У цих випадках проби відбирають або до тієї максимальної глибини, до якої ці тварини зустрічаються, або беруть проби з різних горизонтів ґрунту, які населяють досліджувані групи (по профілю ґрунтового розрізу), а потім проводять перерахунок на одиницю площі, з урахуванням заселеності окремих горизонтів. Визначення активності різних груп ґрунтових тварин проводять також із урахуванням їх розмірних особливостей та біології. Основним етапом будь-якого комплексного ґрунтово-зоологічного дослідження є визначення видового складу та щільності оселення 99 ґрунтових тварин, які вивчаються, із точністю, яка дозволяє порівняти результати досліджень, проведених на різних ділянках. Результати комплексних ґрунтово-зоологічних досліджень необхідні для оцінки ролі певних груп ґрунтових тварин у процесах ґрунтоутворення. 4.1. Прямі та непрямі методи досліджень Методи обліку тварин, що зустрічаються у ґрунті, схематично поділяють на прямі та непрямі. Прямі методи дозволяють дослідникам отримувати результати, які показують кількість об’єктів обліку, що припадають або на одиницю площі поверхні ґрунту, або на одиницю його об’єму. Непрямі методи, хоча й не дають статистично достовірних результатів щодо щільності населення досліджуваних організмів, але дозволяють порівняти з більшим або меншим ступенем наближення заселеність різних ділянок. Як приклад непрямих методів досліджень можна навести облік великих комах (тобто, помітних неозброєним оком: личинок коваликів, хрущів) у шарі ґрунту, що відвалюється плугом. Цей метод потребує введення певних коефіцієнтів перерахунку, які визначаються для певної ґрунтово-кліматичної зони, сезону року, групи тварин тощо на підставі порівняння з точними даними, отриманими методами прямого обліку. Підрахунок личинок ґрунтових комах, які концентруються на приманах, також належить до непрямих методів досліджень. Результати, отриманні таким методом, можуть значно варіювати оскільки залежать від ґрунтових та погодних умов, рослинного покриву тощо. Ще один приклад непрямих методів досліджень у ґрунтовій зоології. В службах захисту рослин для обліку гусені підгризаючих совок та жуків- 100 чорнотілок на полях просапних культур рекомендують залишати купи бур’яну або скошених трав – так звані притіняючи або концентруючи примани. Під ними на ділянках з високою щільністю оселення цих шкідників накопичуються десятки особин. Перевірку та підрахунок рекомендують проводити у ранішні години на наступний ранок після розкладання приманок. 4.2. Методи обліку нанофауни Спостереження над ґрунтовими протозоями безпосередньо на частинках ґрунту і у ґрунтових капілярах, а також дослідження шляхом мікроскопіювання ґрунтової суспензії дозволяють виявляти активних амеб, джгутикових та інфузорій. Проте прямі спостереження працемісткі, оскільки кількість протозоїв незначна, вони адсорбуються частинками ґрунту, що ускладнює їх виявлення. Існують методики, які дозволяють вивчати протозоїв, виготовляючи та мікроскопіюючи препарати і мазки ґрунтової суспензії. Але ці методики важко застосовувати на практиці, оскільки частинки органіки, які забарвлюються одночасно з клітинами, ускладнюють пошук цих організмів. Крім того, на препаратах та мазках клітини протозоїв часто деформуються або руйнуються. Б. Перфільєв та Д. Габе (1961 рік) сконструювали прилад – педоскоп. Він становить собою тримач зі системою капілярів. Його розміщають у ґрунті на термін від кількох днів до декількох тижнів. Під впливом капілярних сил у капіляри педоскопу проникають ґрунтові мікроорганізми, у тому числі – й протозої. Капіляри заповнюють 1% розчином агару з Непрямі методи можуть доповнювати й уточнювати результати інших методик, але не можуть їх заміняти. 101 приваблюючими або поживними речовинами, наприклад, органомінеральними комплексами гумусових речовин, притаманних тому типу ґрунту, який вивчається. Таким чином, у цьому приладі імітуються природні умови, які сприяють швидкому розвитку мікроорганізмів. Більш поширеним є метод ведення культур. Він базується на внесенні досліджуваного ґрунту у штучне поживне середовище. Тип поживного середовища обирають залежно від характеру руху досліджуваних протозоїв та особливостей їх живлення. Так, у рідкому середовищі, в основному, розвиваються здатні до активного руху інфузорії та джгутикові форми, тоді як на щільних агаризованих середовищах – амеби. Деякі дослідники радять використовувати поживні середовища, збіднені на поживні речовини, які позбавлені вибіркових властивостей. Протозої у ґрунті розподіляються нерівномірно. Тому при їх дослідженні, як і при дослідженнях у ґрунтовій мікробіології, відбирають «середню пробу». Ґрунт відбирають ножем, який для очищення попередньо декілька разів занурюють у ґрунт поруч з тим місцем, де буде відбиратись проба. Матеріал розміщують у пакет із пергаменту. В лабораторії ґрунт ретельно перемішують за допомогою шпателя, розтирають у порцеляновій ступці і за допомогою пінцету вибирають корінці рослин. Потім пробу просіюють через сито, діаметр комірок якого становить 0,25 мм2. При відборі проб ґрунту при вивченні протозоїв та інших представників нанофауни, для запобігання контамінації проб сторонніми мікроорганізмами, інструмент доцільно обробити розчином етилового чи метилового спирту. Для виділення й підрахунку інфузорій та джгутикових форм широко застосовують й інші мікробіологічні методики, наприклад, метод граничних розведень ґрунту рідким поживним середовищем (сінний настій із ґрунтовою витяжкою у співвідношенні 1 : 1). Проба ґрунту масою 10 г зволожується і розтирається до пастоподібного стану з рідким 102 поживним середовищем. Потім проводять 6 розведень: від 1 : 10 до 1 : 1 000 000. Пробу розміщують у стерильну колбу з поживним середовищем. Пробірки з культурами підписують і розміщують у термостат при температурі +22…24 0С або тримають при кімнатній температурі. Мікроскопічний контроль проводять починаючи з 3-ї доби інкубації і по 30ту включно, оскільки інцистування і ексцистування різних видів відбуваються у різні періоди. При роботі з ґрунтовими одноклітинними важливо визначити не лише їх загальну кількість, але й співвідношення активних та інцистованих клітин. Чисельність протозоїв (по таксономічним групам або окремим видам) визначають за таблицею Мак-Креді, яку використовують для підрахунку мікроорганізмів. Для вивчення ґрунтових голих амеб Л. Сєверцова (1924 рік) запропонувала хрестоподібно висівати на агаризованому середовищі у чашці Петрі 15 колоній кишкової палички. У центр кожного хрестика вносилася краплина ґрунтової суспензії певного розведення, в який розвивалися амеби. Але слід враховувати те, що амеби можуть пересуватись з однієї колонії в іншу. Зараз цей метод застосовується у модифікації Сінга (1946 рік). Для вивчення черепашкових амеб на край накривного скельця, покладеного на предметне, розміщують невелику кількість досліджуваного ґрунту. На нього наносять декілька краплин стерильного водного ґрунтового екстракту. Простір між предметним і накривним скельцями діє як капіляр і затягує рідину всередину. З цією рідиною проникають черепашкові амеби та інші дрібні організми. Застосовують і культуральний метод (В. Николюк, 1956 рік). Він полягає в тому, що невелику пробу ґрунту або підстилки (масою 1 г) додають до стерильного середовища, в якому і розвивається культура 103 протозоїв. Для черепашкових амеб необхідно враховувати їх повільний ріст протягом кількох тижнів. Для підрахунку кількості і характеру мікророзподілу черепашкових амеб у ґрунті А. Берджес та Д. Ніколас (1961 рік) запропонували метод ґрунтових зрізів. Зрізи завтовшки приблизно 50 мкм визначають за допомогою оптичного пристрою до мікроскопу. Ця методика дає можливість визначати кількість черепашкових амеб в 1 г ґрунту. Л. Боне та Р. Тома (1958 рік) розробили флотаційний метод вивчення черепашкових амеб. Ґрунтову суспензію вони продували повітрям або вуглекислим газом, а черепашки з потоком газу виносяться у поверхневий шар рідини, який в подальшому досліджують у чашках Петрі. Методи обліку щільності неінцистованих клітин протозоїв. Підрахунок проводять на агаризованому середовищі (для підрахунку голих амеб). В іншому випадку 1 г ґрунту із середньої проби переносять на МПА. Підрахунок протозоїв, здатних до активного руху, можна проводити у ґрунтовому розчині певного об’єму. Підрахунок клітин протозоїв проводять за допомогою фазово-контрастної мікроскопії. Для забарвлення препаратів та мазків ґрунтової суспензії використовують такі барвники: розчин віоламінблау у фенолі, нейтральний червоний (у розведенні від 1 : 1 000 до 1 : 10 000) тощо. 4.3. Методи обліку мікрофауни 4.3.1. Методи обліку мікроартропод З моменту, коли Антоніо Берлезе у 1905 році запропонував свою методику виявлення мікроартропод у ґрунті та скупченнях мертвої рослинної органіки, запропоновано багато різноманітних методик, 104 спрямованих на виявлення ґрунтових мікроартропод. Більшість з них – непрямі методи. Прямі спостереження та збирання представників окремих груп мікроартропод у природних місцеіснуваннях проводити складно і такі методики працемісткі. При цьому для ручного збирання ґрунтових мікроартропод використовують або невеликі ексгаустери (мал. 4.1), або китиці, зволожені спиртом. Пряме видобування тварин із ґрунтових проб під стереомікроскопом працемістке і потребує багато часу. Так, японський дослідник Х. Такеда у своїй праці наводить дані, що для камерального оброблення ґрунтової проби масою 5 г він витрачав від 8 до 14 годин [4]. Тому ці методи застосовують лише у виключних випадках, найчастіше – для перевірки ефективності інших методів. Рис. 4.1. Різні конструкції ексгаустерів. Джерело: [2] При фауністичних дослідженнях або дослідженні щільності популяцій ґрунтових мікроартропод, проби, як правило, спочатку Під мікроартроподами розуміють дрібних членистоногих, таких як кліщі, ентогнати, симфіли, пауроподи, які населяють порожнини ґрунту. Розміри їх тіла коливаються від 0,2 до 2 мм завдовжки. До мікроартропод можна віднести і дрібних личинок багатоніжок, мокриць та комах (зокрема, жуків). 105 відбирають у природних умовах, а потім проводять їхню камеральну обробку вже у лабораторних умовах. Перевірити ефективність тієї чи іншої методики можна таким способом. У стерилізовану зволожену пробу ґрунту вносять певну кількість живих мікроартропод, а потім визначають відсоток тварин, екстрагованих із цієї проби. Слід пам’ятати, що точність визначення щільності населення мікроартропод певного біотопу у різні сезони може варіювати. Це пов’язано зокрема із змінами співвідношення чисельності різних фаз розвитку в популяції впродовж року. Наприклад, дослідження колембол з ґрунту хвойного лісу, проведені Х. Такедою впродовж 1979 р., показали, що ефективність застосування градієнтного екстрактора (принцип його функціонування ми розглянемо далі) у червні складала 27%, тоді як у грудні – 97% [4]. Відбір ґрунтових проб при обліку мікроартропод. Об’єм проби не повинен бути дуже малим, адже у цьому випадку вона може пересохнути при транспортуванні. Проби слід зберігати у прохолодному місці у пакетах або судинах з достатньою кількістю повітря. За температури +5 OС вони можуть зберігатись до 1 тижня без значної шкоди для життєздатності мікроартропод. Для кількісних обліків (напр., при визначенні щільності населення мікроартропод) слід відбирати проби лише певного об’єму. В особливих випадках (напр., при дослідженні перезволожених болотяних ґрунтів) Ефективність методів екстракції залежить від способу відбирання проб, їхнього транспортування, властивостей досліджуваного субстрату, особливостей біології ґрунтових тварин, наявного лабораторного устаткування. Тому для кожного випадку слід обирати найбільш ефективну методику, відповідно до мети роботи та особливостей досліджуваного біотопу тощо. 112 заповнюють дистильованою водою. Переваги цієї методики полягають у створенні максимального градієнту температур на верхній та нижній поверхнях проб. Кліматизований екстрактор МакФед’єна. Ця методика дозволяє додатково регулювати вологість повітря, в якому перебувають проби. Нагрівальна частина сконструювана так само, як і у попередньому приладі. Але дана методика дозволяє обробляти проби більшого розміру (близько 10 см у діаметрі та 5 см завтовшки). Принцип роботи такого приладу полягає у створенні повітряного потоку у ділянці приймача. У перші 5–7 днів екстракції умови залишаються константними: приблизно 85% відносної вологості повітря і температура +45 ОС у верхній частині проби. Лише в останні дні екстракції зволоження повітря у нижній частині екстрактора припиняють. Для створення току повітря використовують вентилятор, а вологість повітря забезпечується розпилювачем. Охолодження здійснюють за допомогою холодильника з проточною водою. Переваги цієї методики полягають у запобіганні пересихання проби знизу, що створює ризик того, що мікроартроподи можуть залишитись всередині проби. Загальним недоліком динамічних методів екстракції є те, що деякі великі мікроартроподи (колемболи з родини Entomobryidae, Diplura, Symphila тощо) обліковуються ними неповністю, оскільки тварини травмуються при обробці проби. Крім того, деякі з цих груп не виявляють типової реакції при нагріванні чи підсиханні проби: для них характерні горизонтальні міграції, а не вертикальні. Тому для таких форм ефективним може бути лише ручне розбирання проб. Неповністю враховуються і дуже дрібні мікроартроподи, які існують виключно у порожнинах ґрунту і не здійснюють вертикальні міграції до його поверхні (колемболи з родини Onychiuridae, Pauropoda, Protura тощо). Загалом, при застосуванні динамічних методів екстракції мікроартропод 113 рекомендують застосовувати повільне нагрівання ґрунтових проб і тривалу процедуру екстракції. Для вивчення багатьох представників колембол та кліщів рекомендують використання високоградієнтних екстракторів. Найбільш ефективною методикою вважають кліматизований екстрактор Макфед’єна, хоча, разом з тим, це найскладніший прилад для екстракції мікроартропод. Механічні методи екстракції мікроартропод точніші порівняно з динамічними. Разом з тим, цим методам притаманна і низка недоліків. Вони потребують значних витрат часу, працемісткі і непридатні для обробки великої кількості проб. Крім того, вони вимагають громіздкого устаткування і тому малопридатні для застосування при польових дослідженнях чи експедиційних умовах. При механічній чи хімічній обробці покриви тварин часто пошкоджуються, що ускладнює їхнє визначення. Механічні методи засновані на фізичних властивостях мікроартропод, що дозволяє відокремлювати їх від ґрунту, зокрема враховують їхню питому масу і проникність покривів. У поодиноких випадках достатньо лише занурити пробу у воду та струсити її (наприклад, для відокремлення колембол, що живуть у піщаних дюнах). Методи промивання ґрунтових проб застосовують у випадку тих ґрунтів, які містять мало органічного матеріалу. Ґрунтова проба струшується у насиченому розчині NaCl до моменту руйнування усіх грудочок. Після осадження мінеральних часток мікроартроподи спливають разом з частинками органіки. Мікроартроподи можуть бути декантовані на тонкому ситі. Для надійності цю процедуру декілька разів повторюють. На сито можна покласти фільтрувальний папір і пропустити воду крізь вакуумний фільтр. Потім мікроартропод збирають з фільтрувального 114 паперу під стереомікроскопом. Тварин очищують від солі, промиваючи невеликими порціями води у хімічних колбах ємністю 500 мл. Використовують і ксилол, струшуючи матеріал у закритих колбах. Потім їхній вміст виливають у чашки Бехера (ємністю 1 л). Тварини концентруються на межі між водою та ксилолом, звідки їх вибирають тонкою металевою петлею. Але у ґрунтах інших типів (не піщаних) цими методами не завжди вдається відокремити мікроартропод від ґрунтових часток. Рекомендують застосовувати і центрифугу. Ґрунтові проби невеликого об’єму розміщують у центрифужні пробірки ємністю 40 мл, їх заливають концентрованим розчином NaCl і ставлять на 15 хв. у качалку. Потім проби центрифугують протягом 3 хв. при 1 500 обертах/хв. Безхребетних тварин обережно декантують. Ґрунтовий матеріал, який залишається у пробірці знову декілька разів піддають такий само процедурі. Перед фіксацією матеріал слід відмити від NaCl. Більш точні результати забезпечує метод флотації. Досить простий спосіб був описаний О. Башел’є (1978 рік) [7]. Ґрунтову пробу об’ємом 200 см3 заливають дистильованою водою до загального об'єму 400 см3 і змішують зі 100 мл гексаметафосфату натрію (2,5 % розчин). Судину закривають і протягом 24 год. декілька разів струшують для руйнування ґрунтових агрегатів. Потім розчин наливають у екстракційну лійку. Одночасно відкривають водяний кран і просочують пробу водою знизу. За допомогою 2-х водозливних шлангів воду з верхнього шару разом з мікроартроподами перекачують на сито діаметром 25 см з тонкої проволоки і дрібним діаметром комірок (40–80 мкм). На верхню частину сита спрямовують струмінь води. Процес промивання триває 5–10 хв. Потім вміст сита за допомогою розчину броміду калію чи барію з питомою масою 1,35 зливають у відстійник. Тут дрібні частинки, що залишилися на ситі, 115 осаджуються на фільтри, покриті фільтрувальним папером, вмонтовані у вакуумні насоси. Змочуваність покривів деяких груп мікроартропод (насамперед, колембол) можна підвищити за допомогою декількох краплин оцтового етеру. Наприкінці процедури матеріал на фільтрувальному папері проглядають під стереомікроскопом. К. Едвардс, А. Уайтинг та Дж. Хіс (1971 р.) запропонували повністю автоматизований метод промивання. Якщо після відокремлення мінеральних часток від тварин залишається багато органіки, то їх розділяють базуючись на різній проникності для води покривів мікроартропод та рослинних решток: рослинні рештки просякаються водою швидше і тонуть, а мікроартропод, покриви яких більш або менш непроникні для води, залишаються на поверхні. Протилежний ефект забезпечує просякання кутикули за допомогою легких олій. При цьому мікроартроподи концентруються на межі води та ксилолу. Наприклад, при відокремленні тварин від рослинних решток флотаційним методом субстрат струшують у водно-бензольній суміші. Рослинні частки просякаються водою і залишаються у ній, тоді як кутикула мікроартропод, що містить ліпіди, змочується бензолом (вона проникна для нього). Якщо рослинні рештки мають пухирці повітря і тому не тонуть, то суспензію у водному розчині спочатку нагрівають та/або тримають в умовах низького тиску. Розділення відбувається краще у розчинах з питомою масою 1,2–1,3. Більшість мікроартропод міцно прилипають до маслянистої поверхні плівки. На цьому заснований метод масляного екстрактора Дж. Аукампа та П. Райка (1964 р.). При цьому проморожені ґрунтові проби спочатку заливають 5-кратним об’ємом води у кубічних судинах з плексигласу. Ці судини розташовані по обидва боки від рухомої подвійної стінки з плексигласу, вкритою з обох боків тонким ланоліновим шаром (або іншими оліями чи силіконовим покриттям). Ці судини з плексигласу надійно 116 закривають та центрифугують від 10 до 50 хв. у вертикальному положенні при 16 обертах/хв. Після цієї процедури стінку з двобічним олійним покриттям виймають, водою змивають детрит (про всяк випадок цю воду потім проглядають під стереомікроскопом), а мікроартропод знімають з олійної плівки. Тварин поміщають у чотирихлористий вуглець для видалення залишків ланоліну, а потім фіксують. Існують і методи хімічної екстракції мікроартропод. Наприклад, ґрунтову пробу посипають парадихлорбензолом (при використанні простих екстракційних лійок). Цей метод використовують і у польових умовах, але його не рекомендують застосовувати для порівняльно-кількісних та контрольних обліків. Використовують і методи збирання мікроартропод за допомогою пасток, детальніше їх ми розглянемо згодом. Для того, щоб мікроартроподи потрапили у ґрунтові пастки (наприклад, ловильні ємності), останні повинні бути розміщені у ґрунті таким чином, щоби їх верхній край був у поверхні ґрунту, а перехід між пасткою і ґрунтом був згладжений (рис. 4.2). Рідина у пастці повинна мати високі фіксуючі властивості (напр., 2–4% розчин формаліну). Часто пастки використовують разом з приманками або ловчими канавками. Зокрема, застосовують пастки Барбера або порожні банки з невеликою кількістю пухкого ґрунту на дні. Слід пам’ятати, що ґрунтові пастки, в основному, придатні лише для фауністичних досліджень або визначення динамічної щільності. Динамічна щільність населення – та кількість особин, які перетинають за одиницю часу лінію певної довжини (поперечник банки, довжина ловчої канавки). 117 Рис. 4.2. Збирання мікроартропод за допомогою пасток: 1 – судина з фіксатором; 2 – кришка; 3 – ніжки, на яких тримається кришка. Джерело: [1] Застосовуючи метод пасток, слід враховувати, що не всі тварини, які опинилися у гирла банки, потрапляють у неї. З іншого боку, банка може приваблювати деякі види як схованка. Можна використовувати й атрактанти: проростаюче насіння буряка, ячменю для деяких колембол (наприклад, рід Onychiurus), СО2 (для форм, які активно пересуваються). В останньому випадку шматочки сухого льоду (масою до 500 г) закопують на площі 1,5 м2 у гумусовому шарі. Для забезпечення концентрації СО2 ділянку накривають тканиною з вовни. Через 15 хвилин тварин, які концентруються між підстилкою та тканиною, можна збирати за допомогою ексгаустера. Через 1–2 год. тварин збирають з поверхні підстилки. Але дія цієї приманки видоспецифічна. Використовують і технічні модифікації цієї методики: застосовують газоподібну СО2 або сухий лід у пластикових контейнерах з отворами для виходу газу. Слід пам’ятати, що цей метод не застосовують при низьких температурах і для вологих ґрунтів. 1 2 3 118 4.3.2. Облік енхітреїд та нематод за допомогою водяних лійок. Вибирання нематод та енхітреїд з ґрунтових проб вручну – процес дуже працемісткий. А в еклекторах, які застосовують для обліку мікроартропод, більшість нематод і енхітреїд просто гинуть. Отже, методики обліку цих безхребетних, насамперед, мають враховувати особливості їх біології. Кількісні обліки нематод та енхітреїд, щільність популяцій яких може бути значною (напр., щільність населення енхітреїд може сягати до 100–150 тис. екз./м2 і вище), найчастіше проводять за допомогою водяних лійок. Вперше ця методика була запропонована Г. Берманом для екстракції нематод ще у 1917 році. Згодом вона була модифікована Ф. О’Коннором для обліку енхітреїд, які за своїми розмірними особливостями займають проміжне положення між представниками мікрота мезофауни. Методи обліку енхітреїд. Для обліку щільності населення енхітреїд найчастіше застосовують методи Нільсена (1952–1953) та О’Коннора (1967). Метод Нільсена заснований на створенні в екстракторі температурного градієнта. Окремі проби завтовшки 5 см розміщують у циліндричних судинах із продірявленим дном, діаметром 10 см та заввишки 20 см. У цій якості можуть бути використані, наприклад, високі консервні банки. На дно судини насипають шар гравію завтовшки близько 3 см. Понад ним, вище на 1–2 см, вставляють сито, виготовлене із дроту, щільно підігнане до стінок циліндру. На цьому ситі розміщують пробу ґрунту, яку зверху присипають вологим піском. Такі судини вставляють у прилад з водою, яку повільно нагрівають до температури +60…65 ОС. Рівень води у цьому приладі має сягати рівня гравію у судинах з пробами. Воду у приладі нагрівають впродовж 2 год. За цей час черви виповзають з більш гарячого субстрату у пісок, звідки їх і вибирають. У товщу піску закладають поперечну охолоджуючу трубку (на глибину 0,5 см), через яку пропускають холодну воду для створення температурного градієнту. Пісок, куди 119 виповзають енхітреїди, попередньо слід ретельно відмити від органічних часток і мулу. Більш простим є метод О’Коннора. На носик великої лійки з поліетилену одягають гумову трубку із затиском, під яку підставляють судину. У лійку наливають воду, а у її верхню частину вставляють сито. Пробу на ситі розміщують таким чином, щоби вона повністю знаходилася під водою. Лійку нагрівають електролампою потужністю 60 Вт. Під час нагрівання проби енхітреїди мігрують донизу, проповзаючи через комірки сита. Далі вони накопичуються у носику лійки та у гумовій трубці. Після 3 год. експозиції затиск на гумовій трубці відкривають і черви разом з водою виливаються у підставлену судину. Методи Нільсена і О’Коннора забезпечують приблизно однакові результати при дослідженні мінеральних ґрунтів, але при вивченні підстилки чи торфу метод О’Коннора ефективніший приблизно у 1,5 рази. Як правило, лійки монтують на металевому стелажі по 12 штук. В авторському варіанті проби мали діаметр 6,3 см та були 6 см завтовшки. Нагрівання проб має проводитись поступово. Бажано, щоб через 15 хвилин після початку екстракції температура поверхні проби не перевищувала +17,5 ОС, а через 3 год. – + 44 ОС. У цей час температура в глибині проби має становити +33,5 ОС). Методи обліку вільноживучих нематод базуються, в основному, на тих само принципах, що і методи Нільсена та О’Коннора для обліку енхітреїд. Традиційно для цього використовують прилад Бермана, що складається з лійки, носик якої вставляють у пробірку (рис. 4.3). На носик лійки одягають гумову трубку із затиском Мора. Лійку вставляють у штатив і наливають у неї воду. Лійку вставляють у судину, що має приблизно таку ж саму висоту. У судину наливають воду таким чином, щоб вона майже повністю її заповнювала. На лійку вставляють капронову сітку, на який 120 розміщують пробу, бажано певного об’єму (1 см3) або маси (1 г). На ситі пробу обережно розминають таким чином, щоб уся проба була занурена у воду. Бажано пробу відразу після того, як вона відібрана, переносити у лійку, для того, щоб вона не пересохла. Нематоди проповзають крізь комірки сита і опиняються у лійці. Після закінчення екстракції під гумову трубку підставляють пробірку і обережно відкриваючи затиск зливають нижню порцію води з нематодами. Підрахунок тварин проводять через 1 добу на годинниковому склі або у камері Богорова (рис. 4.4). Метод Бермана був модифікований К. Нільсеном у 1947–1948 рр. Лійки він монтував у ящику. У кришках, розташованих на значній висоті, він вмонтовував лампи розжарювання, потужністю у 16 Вт. Лійки заливали холодною водою (температура – +13 ОС), через 1 годину воду нагрівали до +30 ОС (при цій температурі, песимальній для нематод, вони стають рухливими). Через 12 годин нематоди накопичуються на дні гумової трубки. Підрахунок тварин проводять у камері Богорова, на годинниковому скельці або у чашці Петрі, дно якої поділене на квадрати. Цю методику також застосовують для обліку коловерток та тихоходів. Лійки радять виготовляти з пластика, скла або парафінованого картону. Для того, щоб нематод легше було виявляти, у воду додають метилен-блау, у концентрації 2 мг/л. 121 Рис. 4.3. Прилад Бермана для обліку нематод. Джерело: [3] Рис. 4.4. Застосування камери Богорова полегшує підрахунок тварин у пробі. Джерело: [4] Проба Млиновий газ Сітка з дроту Вода Гумова трубка Затискач Судина Штатив 128  відсутність оновлення складу популяції у період контрольного обліку, тобто не повинно відбуватись інтенсивного народження або смертності, міграцій особин, активізації тієї частини популяції, що знаходилася у стані спокою. Тобто, дослідник має попередньо знати особливості біології й екологічний стан об’єктів дослідження у даній місцевості. Метод вичерпування, який застосовують для обліку надґрунтових безхребетних, включає ряд послідовних відловів на ізольованій площі. Він був запропонований у 1971 році О. Кудріним. При цьому, реальну кількість особин на досліджуваній ділянці визначають по зменшенню чисельності у порівнянні з неізольованою ділянкою, де вичерпування популяції не відбувається. В оригінальних дослідах О. Кудріна на дослідженій ділянці відгороджували низку площ, кожна – по 5 м2. На кожній з цих площ розташовували по 4 пастки: по 2 з зовнішнього і по 2 з внутрішнього боку від обмежувальної стінки. Запас особин на відгороджених площах визначали за формулою: M = MO(1 – e-KT) + aT, де: M – вилов у внутрішні пастки, MO – запас об’єкта досліджень у відгородженій ділянці, e – основа натуральних логарифмів, K – константа вичерпування, яка внаслідок ряду припущень прирівнюється до 1/MO, T – вилов у зовнішні пастки, а – константа проникності стінки. Якщо стінка огорожі практично непроникна, формула набуває такого вигляду: M = MO[1 – e(MO/T)], або у диференціальній формі: M = (1M/MO)T 129 Метод мічення дозволяє визначати запас особин на обмеженій ділянці за допомогою індекса Лінкольна. На певній ділянці, на якій рівномірно розміщені пастки (близько 30), відловлюють, мітять і випускають певну кількість тварин. Після цього проводять контрольні обліки і чисельність особин визначають за формулою: N = nM/mS, де N – чисельність особин на ділянці; n – кількість особин, відловлених у ході контрольних обліків; M – загальна кількість мічених особин; m – кількість відловлених мічених особин; S – площа дослідної ділянки. Для мічення об’єктів (великі представники жуків: стафілінід, турунів тощо) Дж. ван дер Дріфт (1951 рік) застосовував спиртовий розчин шелаку або ампутацію частин надкрил, що, на думку автора, не повинно негативно впливати на життєдіяльність комах. Жуків також мітять нітролаками та нітрофарбами за допомогою скляного капіляру і проколюванням надкрил. Такі мітки надійно тримаються впродовж 2–3 тижнів. Найшвидше мітки сходять з неопушених надкрил, тому краще застосовувати їх ампутацію або проколювання, варіюючи кількість і положення міток. Метод мічення дещо менш працемісткий, ніж метод вичерпування. Як пастки зручно використовувати банки об’ємом 0,6, 0,8 та 1,0 л. З дрібніших судин тварини легко тікають, а з судин більшого об’єму незручно вибирати матеріал. Краще використовувати скляні банки, з жерстяних консервних банок або з поліетиленових тварини вилазять легше. Пастки треба захищати від дощу, оскільки вода розбавляє фіксатор, а у пастках без фіксатора – викликає загибель та мацерацію тканин, частково сприяє втечі з пасток, адже вони з водою підіймаються до гирла судини. Угорський акаролог Я. Балог рекомендував таку конструкцію кришки: прямокутний шматок жерсті з відрізаними до половини і загнутими під 130 прямим кутом вузькими смугами по краям, які втикаються у ґрунт таким чином, щоб між кришкою і пасткою відстань складала 3–4 см. Встановлено, що у пастки з фіксатором потрапляє більша кількість особин, порівняно з порожніми пастками, оскільки з останніх тварини легше тікають. Крім того, у порожніх пастках та пастках із фіксатором, може розрізнятись склад життєвих форм. Тому у фауністичних дослідженнях краще сполучати порожні пастки й пастки з фіксатором. Як фіксатор у пастках можна застосовувати 2–4 % формалін, етиленгліколь, рідину Барбера (її склад: 5 частин NaCl, 1 частина селітри, 1 частина хлоралгідрату, 100 частин H2O). Цю рідину рекомендують використовувати у суміші з етиленгліколем або гліцерином. Фіксуючі властивості цієї рідини зберігаються упродовж 6 місяців. При використанні приманок слід враховувати, що їх запах по-різному впливає на різні групи тварин. Тому ті чи інші приманки краще використовувати для виявлення ти інших видів тварин. Банки у ґрунт слід закопувати таким чином, щоби верхні краї їхнього отвору були на одному рівні з поверхнею ґрунту. Пухку підстилку слід відгрібати в боки, щоб водою її не заливало в банки. У кожному біотопі встановлюють не менш ніж 10 пасток (а при спробі підрахувати абсолютну чисельність – не менш ніж 30–40). Банки з пахучою рідиною слід встановлювати одну від іншої на відстані не меншій, ніж 20 м. Влаштування ловчих канавок описано Я. Балогом (1958 рік). Він рекомендує викопувати глибокі траншеї. Їх стінки мають бути нахилені всередину і звужуватися до ширини розміщеної на дні канавки банки (щоби тварини не могли обійти її з боків). Тварини, які потрапили до канавки, рухаються уздовж її стінки, обходячи траншею по периметру і нарешті потрапляють у пастку. Довжина канавок не повинна перевищувати 3–4 м, стінки й дно мають бути максимально гладенькими без порожнин. Канавки слід постійно поновлювати, очищувати від сміття. Найзручніше робити 131 хрестоподібні канавки, завдовжки 1 м, з банкою-пасткою у центрі. Щоб найменше пошкодити стінки канавок під час вибирання матеріалу, слід закопувати подвійні банки. При цьому виймають внутрішню банку з матеріалом, а зовнішня залишається у ґрунті. При цьому у внутрішню банку вставляють лійку, діаметр якої має точно відповідати діаметру зовнішньої банки. Для тварин з великими розмірами та масою цей метод дозволяє вирахувати майже абсолютну їх динамічну щільність. Але більшість безхребетних тварин можуть по ґрунтовим стінкам залишати канавки, а виготовлення таких канавок – процес достатньо працемісткий, особливо у сипучих ґрунтах. Те ж саме стосується й використання ловчих ямок без банок, запропонованих К. Фасулаті. Їхня площа становить 0,25 м2, а глибина – 30 см. 4.5. Методи фіксації та зберігання матеріалу Ґрунтові безхребетні, як правило, можуть бути ідентифіковані лише після їхньої фіксації. Тільки для енхітреїд та деяких груп черевоногих молюсків розроблені методи прижиттєвого визначення родової та видової приналежності. Тому фіксація зібраного матеріалу має виключне значення як для подальшого зберігання, так і його визначення. Фіксацію мікроартропод та мезофауни здійснюють за допомогою 70–80% розчину етилового спирту чи 4% формаліну. Спирт, для виготовлення фіксатора, слід розбавляти дистильованою водою, у крайньому випадку – дощовою чи кілька разів прокип’яченою. У випадку розведення реактивів жорсткою водою часто спостерігають випадання осаду, що псує фіксований матеріал. Не допускається також 132 використовувати воду, забарвлену окислами важких металів, яка може змінити забарвлення і структуру покривів досліджуваних тварин. При тривалому зберіганні у спирті або формаліні, тварини втрачають пружність, їхня форма може змінюватись, вони стають ламкими. Це ускладнює їхнє визначення. Тому розроблені специфічні методи фіксації, які враховують особливості морфології та анатомії досліджуваних тварин, структури їхніх покривів. Проте всі ці фіксуючі суміші, як правило, виготовляють на основі розчинів спирту або формаліну. Личинок комах, які мають сильно склеротизовані покриви (дротяники, псевдодротяники), кістянок (літобіїд) фіксують 70% спиртом із додаванням 2–3% гліцерину, який сприяє збереженню еластичності покривів. Через 2–3 тижні матеріал переносять у чистий 70% спирт, в якому він може зберігатись упродовж років. При фіксації личинок комах з більш м’якими покривами (личинки м’якотілок, турунів, ктирів) для запобігання мацерації покривів у спирт рекомендують додавати деяку кількість формаліну. Для тривалого збереження личинок таких комах через декілька тижнів переносять у 70% спиртовий розчин. Великі личинки комах з непігментованими м’якими покривами (личинки пластинчастовусих, довгоносиків, багатьох двокрилих) у спирті або формаліні темнішають і втрачають свою форму внаслідок мікробіальних або автолітичних процесів. Ці процеси починають розвиватись у кишківнику цих тварин після їхньої фіксації і тривають доти, доки фіксатор не просочить усі внутрішні органи. Тому такий матеріал радять фіксувати окропом, а після того, як ці комахи спливають на поверхню, переносять у спирт. При дії окропу відбувається денатурація білків, що сприяє збереженню форми тіла комах та забарвлення їхніх покривів. Тварин в окропі кип’ятять 2–3 хвилини, при цьому слідкують, щоб поверхня води залишалася спокійною. При бурхливому кипінні, 133 пухирці повітря, що виділяються з тканин тварин, можуть деформувати їхнє тіло. Крім того, при дії окропу у м'яких личинок розправляються їх покриви і на них стають помітними різні структури, які важко помітити на живих або зафіксованих іншим способом тваринах. Після фіксації окропом великих м’яких личинок тримають у спирті з додаванням формаліну, а потім переносять у чистий спирт. Для фіксації личинок комах та багатоніжок зі світлими або напівпрозорими покривами рекомендують суміші, в яких зберігаються забарвлення і структура покривів тварин без попередньої обробки окропом:  спирт (96%) – 6 мл, формалін (40%) – 15 мл, льодяна оцтова кислота – 2 мл, дистильована вода – 30 мл;  спирт (96%) – 750 мл, етер – 250 мл, льодяна оцтова кислота – 30 мл, формалін (40%) – 3 мл. Мікрофауну фіксують 70% спиртом. Для визначення мікроартропод та нематод, як правило, виготовляють постійні або тимчасові мікропрепарати. Для визначення симфіл та простигматичних кліщів рекомендують виготовлення тимчасових мікропрепаратів з лактофенолом, який змішують з полівініловим спиртом у співвідношенні 1 : 1. Цей склад одночасно і просвітлює покриви, що полегшує визначення матеріалу. Для виготовлення постійних мікропрепаратів орибатид, мезостигмат, колембол, як правило, використовують суміш Фора-Берлезе. Її склад наступний: гуміарабік – 30 г, дистильована вода – 50 г, хлоралгідрат – 200 г, гліцерин – 20 г. Послідовність виготовлення суміші така: спочатку гуміарабік заливають водою і витримують у термостаті при температурі +37 ОС до повного розчинення. Потім додають гліцерин та хлоралгідрат. Виготовлену суміш ще 2 доби витримують у темному місці, а потім фільтрують через скляну вату. Слід зазначити, що тварин після попередньої фіксації спиртом можна безпосередньо переносити у суміш Фора-Берлезе, без попереднього 134 проведення через спирти зростаючої концентрації. Суміш Фора-Берлезе розчиняється у воді, що дає можливість перемонтовувати препарати. Постійні мікропрепарати не завжди задовольняють вимогам систематиків. Тому часто застосовують тимчасові мікропрепарати на предметних скельцях з лунками. Лунку не повністю прикривають накривним скельцем і у цей простір вносять піпеткою краплину молочної кислоти або гліцерину. Тварин розміщують у цю краплину поруч із краєм накривного скельця. Це дає можливість змінювати положення тварин під час дослідження під мікроскопом або стереомікроскопом. Після мікроскопіювання тимчасових препаратів, тварин можна повертати у спирт або інший фіксатор, де вони перебували до дослідження. Кліщів рекомендують зберігати у рідині, яка складається з 1 частини гліцерину та 9 частин етилового спирту. Цих тварин зберігають у скляних або поліетиленових мікропробірках, заповнених повністю фіксуючою рідиною та закритих пробкою з вати. Не рекомендують тривалий час зберігати тварин у молочній кислоті, в який вони стають ламкими. Молюсків перед фіксацією переносять у судини, до країв заповнені кип’яченою водою та накривають кришками. При цьому молюски, тканини яких вбирають воду, висуваються з черепашок і у такому стані гинуть від нестачі кисню. Після цього їх фіксують у спирті: спочатку сильно розведеному, потім – все зростаючої концентрації. Тривалий час зафіксованих молюсків зберігають у 70–80% спирті. Це пояснюють тим, що при перенесенні у 70–80% спирт молюсків, у тілі яких високий вміст води, ці тварини зморщуються і стають непридатними для подальшого визначення. Дощових червів фіксують слабким розчином формаліну, в якому тварини спочатку активно рухаються, а потім гинуть у скрученому стані. Тому після того, як тварини припиняють рухатись, їх виймають та розправляють на фільтрувальному папері, ватним тампоном стираючи слиз 135 із поверхні тіла. Через кілька хвилин, коли тварини підсохнуть, їх переносять у хімічні пробірки з 4% розчином формаліну, в якому вони тривалий час зберігають форму тіла і можуть використовуватись для морфологічних досліджень. Енхітреїд перед фіксацію знерухомлюють у воді, в яку додають спирт. Потім їх упродовж 24 години фіксують 4% формаліном у плоских чашках. Через 6 місяців нематод переводять з формаліну у 70% спирт після попереднього промивання. Нематод-мермітид, що мешкають у ґрунті, фіксують у 70% спирті, у 3–4% розчині формаліну, або в суміші Барбагало. Склад цієї суміші такий: 100 мл дистильованої води, 30 мл 40% формаліну, 8 г NaCl (реактив). У цій суміші мермітиди зберігають еластичність покривів і своє забарвлення. Оскільки у ґрунті ці нематоди зустрічаються у сильно скрученому стані, їх розправляють у воді, нагріваючи її до +40 ОС (протягом 1 години). Для того, щоб розслабилися м’язи цих червів до суміші додають 1% хлоралгідрат. Інших ґрунтових нематод також розправляють шляхом нагрівання (до +43 ОС) або шляхом заморожування. Заморожування нематод проводять у рідкому азоті: 5 мл водяної суспензії нематод занурюють у 20 мл рідкого азоту. У такому стані при температурі –35 ОС цих тварин можна зберігати упродовж кількох місяців. Фіксацію нематод здійснюють наступним чином:  у водяну суспензію нематод додають такий само об’єм розчину Люголя (його склад: 0,1 г йоду, 0,2 г калій йодиду, 100 мл дистильованої води);  піпетку з 2 мл 0,5% оцтової кислоти занурюють у воду, що кипить; при нагріванні суміші до +90 ОС з кислоти починають виділятись пухирці, при цьому кислоту виливають з піпетки у краплину суспензії з нематодами. Кращі результати забезпечує формаліново-оцтова суміш (у співвідношенні 4 : 1) або суміш формальдегіду (4 частини), пропіонової 136 кислоти (1 частина) та дистильованої води (95 частин). Фіксують нематод і 2–4% формаліном. Але мурашина кислота, яка утворюється з часом, сприяє мацерації тканин нематод. Тому для кращого зберігання матеріалу використовують наступні суміші:  формаліну з CaCO3;  30% розчин формаліну у фізіологічному розчині;  40% формалін з етаноламіном у воді (у співвідношенні 7 : 2 : 91);  40% формалін (10 мл), льодяна оцтова кислота (0,5-1 мл), дистильована вода (80 або 89 мл);  40% формалін (10 мл), гліцерин (1 мл), дистильована вода (89 мл);  95% спирт (20 мл), 40% формалін (6 мл), льодяна оцтова кислота (1 мл), дистильована вода (40 мл);  70% спирт, нагрітий до стану кипіння;  гаряча суміш 60-70% спирту з 5–10% гліцерином. Ґрунтових протозоїв фіксують парами осмієвої кислоти (1% водний розчин OsO4) упродовж 1–2 хвилин. Застосовують і фіксатор Шаудіна: суміш 2 г насиченого розчину сулеми (розчин 70 г сулеми в 1 л дистильованої води) та 1 г абсолютного спирту, який застосовують у нагрітому (до +50…+60 ОС) стані. Ядра клітин забарвлюють 0,1% розчином метилгрюну у 1% оцтовій кислоті. Війки і джгутики забарвлюють йодом (декілька краплин настоянки йоду на 10 мл води). Для кращого виявлення війчастого апарату інфузорій додають 2–4% розчин соди. Постійні мікропрепарати протозоїв виготовляють у гліцеринжелатині: 7 г желатини упродовж 2 годин розчиняють у 42 мл дистильованої води, потім додають 50 г гліцерину та 0,5 г кристалічної карболової кислоти. Цю суміш нагрівають на водяному огрівнику й у гарячому стані фільтрують. Черепашки тестацид поодинці переносять 137 спочатку у краплини гліцерину, а вже звідти – у гліцерин-желатин. Препарат накривають накривним скельцем, підкладаючи по кутам ніжки з парафіну. Цю ж методику застосовують і при виготовленні мікропрепаратів інших об’ємних об’єктів (наприклад, великих орибатид). Краї скельця вкривають парафіном або асфальтовим лаком (його виготовляють з 2 г розплавленого воску, підігрітого перед застосуванням з 7–9 г каніфолі). При виготовленні постійних препаратів у канадському бальзамі черепашки амеб попередньо промивають у 70% спирті і забарвлюють борним карміном. Потім матеріал проводять через 90% спирт, абсолютний спирт та ксилол. 4.6. Методи утримання та культивування ґрунтових тварин у лабораторних умовах Такі методи розроблені для кожної групи тварин окремо. Вони враховують їх трофічну спеціалізацію та екологічні вимоги. 4.6.1. Утримання та культивування дощових червів. Дощових червів викопують із ґрунту або збирають із його поверхні, підіймаючи та перевертаючи каміння, дошки, колоди після сильної зливи, коли тварини масово виповзають на поверхню. У нічний час дощові черви також з'являються на поверхні, висовуючи передній кінець тіла з нірки. Для збору дощових червів з ґрунту можна використати слабкий водний розчин кристалів марганцевокислої солі (0,15%) яким поливають певну ділянку. Зібраний матеріал необхідно ретельно промити водою. Заготовлених дощових червів можна утримувати протягом тривалого періоду живими у дерев’яному ящику, розмірами 30х40 см, глибиною 30 см. Дно ящика вкривають шаром сіна і наповнюють землею з городу чи саду. При можливості, найкраще заповнювати ящик перемішаною 144 діаметром комірок, щоб тварини могли вільно через них мігрувати. Сітки закладають у підстилку або на поверхню ґрунту. Через 12–24 години сітки вибирають з ґрунту і під стереомікроскопом визначають склад та чисельність тварин, яких приваблюють певні групи грибів. Визначення кормової вибірковості хижаків має свої особливості. Вивчення вмісту кишківнику та ідентифікація здобичі по її залишкам можлива не для всіх хижаків, а лише для тих, які живляться членистоногими із щільними покривами чи заковтують здобич повністю. У хижаків, які споживають дощових червів або молюсків, а також у сисних форм, вміст кишківника становить собою рідкий гомогенний субстрат. Тому застосовують методи радіоізотопного маркування здобичі, з наступним визначенням вмісту відповідного ізотопу у тілі хижака та методи серологічного аналізу вмісту кишківника. Для визначення трофічних зв’язків хижаків використовують і реакцію преципітації між антигенами залишків здобичі, що вилучена з кишківнику хижака та антитілами крові лабораторних тварин, які виробляються до цих антигенів. При аналізі живлення хижаків виготовляють мазки вмісту кишківника на фільтрувальному папері. Дрібних тварин розчавлюють повністю, а у великих – виділяють кишківник. Кількість здобичі, яку споживає хижак (Q, %) визначають за формулою Демпстера та Ротшильда: Q = ABC/d100, де: А – щільність населення здобичі, В – % особин, які дали позитивну реакцію преципітації, С – кількість здобичі, яка споживається за один прийом їжі, d – тривалість перетравлення їжі. Недоліком серологічного методу є те, що близькі види здобичі можуть давати перехресні реакції з антисироваткою. Також цим методом неможливо встановити кормові преферендуми тих хижаків, які використовують широкий спектр здобичі. 145 Визначення кормового раціону та засвоюваності їжі. Існує міжнародна система найбільш важливих понять, які використовують при вивченні обміну речовин: C (consumption) – кількість їжі, яку споживає тварина; A (assimilation) – засвоєна частина їжі; FU (rejecta) – незасвоєна частина їжі; Ex – (excreta) – кінцеві продукти обміну; R (respiration) – дихання, або енергетичні витрати на забезпечення обміну речовин; P (production) – приріст маси тіла. Ці величини знаходяться у такому співвідношенні: C = A + FU; A = R + P Для розрахунків засвоюваності їжі запропоновані різні методики. Коефіцієнт засвоюваності їжі визначають за формулою, запропонованою Г.Вінбергом: 1/A = (C-FU/C)100 У більшості великих ґрунтових безхребетних тварин, які споживають рослинну їжу, екскременти, в основному, складаються з неперетравлених рослинних решток і мінеральних часток. Продукти кінцевого обміну речовин становлять таку незначну частину маси екскрементів, що нею можна нехтувати. Тому для багатьох груп можливе визначення засвоюваності їжі ваговим методом, коли порівнюється маса спожитого матеріалу та маса екскрементів. 146 Кількість їжі, яка споживається, визначають на підставі засвоюваності і маси екскрементів: C = W100/100-U`, де W – маса екскрементів, а U` – засвоюваність їжі. Масу асимільованої їжі визначають за величиною раціону та її засвоюваності: A = IU`/100, де I – величина раціону. Кормовий раціон визначають в одиницях абсолютної сухої маси. Для характеристики кормових потреб тварин більш інформативним показником є маса засвоєної їжі (А) або її співвідношення з масою тіла. Для порівняння трофічної активності безхребетних, які значно відрізняються за масою тіла, але мають подібні кормові режими, Б. Стригановою (1977 рік) запропонований показник питомої засвоюваності kA: KA = (A/AW)100 Ваговий метод для визначення кормового раціону широко застосовують для різних трофічних груп ґрунтових безхребетних. Масу їжі, що тварини споживають за одиницю часу, оцінюють за різницею між масою кормового матеріалу до початку і після завершення досліду. Величину кормового раціону та засвоюваність їжі визначають у короткострокових дослідах тривалістю від 1 до 7 діб. Тривалість дослідів по визначенню харчової активності повинна перевищувати швидкість перетравлювання однієї порції їжі. Тривалість перебування їжі у кишківнику визначають при 147 годуванні тварин міченою їжею або при годуванні голодних тварин з порожнім кишківником. Калориметричний метод. Оскільки багато безхребетних тварин, які живляться великими рослинними і тваринними об’єктами, виявляють вибірковість до окремих частин і тканин відмерлих або живих організмів, проста реєстрація маси спожитої їжі за одиницю часу недостатня для оцінки їхніх енергетичних потреб. Більш інформативним є метод визначення кормового раціону за калорійністю. Для визначення калорійності органічної речовини існує низка методів, з яких найбільш точним є метод прямої калориметрії. Виміри проводять за допомогою приладу, який називають калориметричною бомбою. Радіоізотопний метод. У лабораторії тварин годують міченим рослинним опадом або детритом, як ізотопи використовують 45Ca, 90Sr або 14C. Вибір ізотопу для проведення експерименту визначається тим, щоби період напіврозпаду був тривалішим, ніж час проведення досліду, щоби він був нетоксичний для тварини, а також можливістю його вимірювання у лабораторних умовах. Радіоізотопний метод, в основному, застосовують при вивченні мікрофауни, оскільки дрібні розміри цих тварин і мікроскопічна кількість спожитої ними їжі, ускладнюють застосування вагового або калориметричного методів. 4.7.4. Методи кількісної оцінки ролі тварин у процесах деструкції органіки. Для визначення швидкості розкладання, мінералізації та гуміфікації рослинних решток розроблені численні методи, в яких використовують різні показники цих процесів: 148  швидкість втрати маси рослинних решток;  швидкість розкладення целюлози;  інтенсивність виділення СО2 з матеріалу, що розкладається;  зміни у співвідношенні C : N у рослинних рештках і екскрементах тварин. Швидкість втрати маси органіки, що розкладається, визначають як абіотичними (вилуговування опадами), так і біотичними (трофічна активність мікроорганізмів і тварин, дія ґрунтових ферментів) процесами. Найпоширенішими є методи визначення втрати маси у пробах рослинного матеріалу, ізольованого нейлоновою сіткою. При цьому дослід проводять на парних ділянках, одна з яких слугує контролем, а на іншій регулюється активність тварин. 4.7.5. Методи визначення термо-, гігрота гідропреферендумів ґрунтових безхребетних. Важлива роль у розподілі ґрунтових безхребетних тварин належить їхній адаптованості до усього комплексу екологічних факторів. Кожен вид тварин обирає з усіх доступних частин біотопу саме ту зону, в якій цей комплекс умов наближується до оптимуму. Сезонні, горизонтальні та вертикальні міграції, добові пересування безхребетних, зміни біотопів стимулюються впливом температури і вологості. Такі переміщення дозволяють тваринам знаходити більш придатні і стабільні умови існування. Вивчення відношення тварин до температури і вологості проводять у двох аспектах. З одного боку, досліджують поведінку особин певного виду тварин у приладах, в яких створюють градієнт температури і вологості і, таким чином, з’ясовують оптимальне значення впливу цих факторів. З іншого боку, перевіряють термота гігрорезистентність різних видів безхребетних до тих або інших значень температури і вологості, при цьому підраховують відсоток загиблих особин при різній експозиції. Зокрема, 149 використовують термоградієнт-прилад для ґрунтових безхребетних, запропонований С. Тихомировим (1972 рік). Прилад для вивчення реакції наземних та ґрунтових тварин на вологість був запропонований ще у 1913 році В. Шелфордом. Пізніше були запропоновані інші типи приладів для вивчення впливу вологості повітря на поведінку тварин. 4.8. Методи вивчення взаємовідносин ґрунтових тварин з мікроорганізмами. Взаємовідносини між ґрунтовими тваринами і мікроорганізмами не обмежується лише трофічними зв’язками. Мікроорганізми кишківнику можуть вступати з тваринами в мутуалістичні або антагоністичні взаємовідносини. Тому для вивчення взаємовідносин ґрунтових тварин та мікроорганізмів порівнюють склад останніх у їжі та екскрементах, а також у кишківнику. Вплив тварин на мікробіологічні процеси у ґрунті здійснюється через їх екскременти та інші виділення з організму. Інтенсивний розвиток мікроорганізмів в екскрементах тварин сприяє подальшому розкладенню неперетравлених органічних решток, які в них містяться. Для дослідження перебігу мікробіологічних процесів у самих екскрементах використовують як ізольовані від ґрунту екскременти, так і ті, що знаходяться у ґрунті. Для того, щоб досліджувати вміст кишківнику тварин, слід створювати стерильні умови. Мікроорганізми, які розкладають органічні форми азоту, вивчають на МПА або м’ясопептонному бульйоні. Крім того, використовують крохмально-амоніачний агар, середовища Бейєринка, Ешбі, Федорова, Омелянського та Гатчинсона. Облік ґрунтових мікроскопічних грибів проводять на сусло-агарі або середовищі Чапека. 150 Контрольні завдання до теми 4. Тестові завдання вимагають вибору однієї правильної відповіді. 1. Визначити основну мету застосування динамічних методів екстракції мікроартропод: А) визначення абсолютної щільності популяції; Б) визначення динамічної щільності популяції; В) обробки великої кількості проб; Г) визначення абсолютної чисельності популяції 2. Назвати показник, який можна визначити за допомогою пасток Барбера: А) абсолютну щільність популяції; Б) динамічну щільність; В) абсолютну кількість особин популяції; Г) відносну кількість особин популяції 3. Назвати суміш, яку використовують для виготовлення постійних мікропрепаратів представників мікрофауни: А) суміш Барбагало; Б) суміш Барбера; В) суміш О’Коннора-Нільсена; Г) суміш Фора-Берлезе 4. Зазначити метод, за допомогою якого досліджують ґрунтових енхітреїд: А) метод Бермана; Б) метод Берлезе-Тульгрена; В) метод Григор’євої; Г) метод О’Коннора 5. Назвати прилад, за допомогою якого вивчають ґрунтових нематод: А) прилад Берлезе-Тульгрена; Б) прилад Макфед’єна; 151 В) прилад Тихомирова; Г) прилад Бермана 152 Використані джерела 1. Качинський, Н. (1965). Фізика ґрунту. Київ: Вища школа. 2. Назаренко, І., Польчина, С., Никольчин, В. (2004). Ґрунтознавство: Підручник. Чернівці: Книги – ХХІ. 3. Rapoport, E., Tschapek M. (1967). Soil water and soil fauna. Rev. Ecol. Biol. Sol., 4, pp. 1–58. 4. Takeda, H. (1979). On the extraction process and efficiency of MacFadyen’s high gradient extractor. Pedobiologia, 19, pp. 106–112. 5. Haarlov, M., Weis-Fogh, T. (1953). A microscopical technique for studying the undisturbed texture of soils. Oikos, 4, ss. 44–57. 6. Seasted, T., Kothari, A., Crossley, D., Jun, A. (1980). A simplified gelatine embedding technique for sectioning litter and soil samples. Pedobiologia, 20, pp. 55–59. 7. Bachelier, G. (1978). La faune des sols, son ecologie et son action. 2me ed. O. R. S. T. M.M., P., Initiation – Documentations Techniques (38). 153 Використані джерела ілюстрацій: 1. Methods of study in quantitative soil ecology: population, production and energy flow; (IBP handbook no. 18). (1971). T. Phillipson, ed. Blackwell Scientific Publications Ltd [for] the International Biological Programme; Illustrated edition (January 1, 1971). 2. The Insects and Arachnids of Canada: Part 1. Collecting, Preparing, and Preserving Insects, Mites, and Spiders. (1978). J. E. H. Martin, ed. Quebec: Agriculture Canada. – 182 p. 3. https://www.google.com.ua/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww .clinmicronow.org%2Fdoi%2F10.1128%2F9781683670438.CMPH.ch11.51&psig=AOvVaw2uZateQ8LCLSbJhduZIXP&ust=1735823807626000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved= 0CBEQjRxqFwoTCJiLp-DN1IoDFQAAAAAdAAAAABAJ 4. https://www.google.com.ua/url?sa=i&url=http%3A%2F%2Fw ww.zoofirma.ru%2Fnasekomye%2Fletnie-shkolnye-praktiki-popresnovodnoj-gidrobiologii%2F1626-podschet-organizmov-vprobah.html&psig=AOvVaw3vRb2A7wzPaJ6MNe9In7HY&ust=17367745 69550000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBQQjRxqGAo TCNCi2s6j8IoDFQAAAAAdAAAAABCXAQ