Влияние дождевых червей на структуру и плодородие почвы

    Введение

Почва верхний вид суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата у материнских горных пород, на которых он находится. Это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими его частями. В нормальных естественных условиях все процессы, происходящие в почве, находятся в равновесии. Но не редко в нарушении равновесного состоянии почвы повинен человек. В результате хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение почвы, и даже её уничтожение. В настоящее время на каждого жителя нашей планеты приходит менее одного гектара пахотной земли. И эти незначительные площади продолжают сокращаться из – за неумелой хозяйственной деятельности человека.

Громадные площади плодородных земель погибают при горнопромышленных работах, при строительстве предприятий и городов. Уничтожение лесов и естественного травянистого покрова, распашка земли без соблюдения правил агротехники приводит к возникновению эрозии почвы – разрушению и смыву плодородного слоя водой и ветром. Эрозия в настоящее время стала всемирным злом. Подсчитано, что только за последнее столетие в результате водной и ветровой эрозий на планете потеряно два миллиарда гектара плодородных земель активного сельскохозяйственного пользования. Влияние микроорганизмов и других живых организмов на улучшение почвы очень велико, например дождевые черви принимают участие в образовании перегноя, который повышает плодородие почвы.

Мы заинтересовались этим вопросом и решили провести исследование. В ходе нашего эксперимента мы поставили перед собой следующие цель.

Цель нашей работы заключается в том, чтобы, используя различные варианты опыта выяснить роль дождевых червей в почвообразовательном процессе. Для достижения поставленной цели, мы должны решить следующие задачи:

1. За какой промежуток времени дождевые черви могут образовать слой перегноя?

2. Какова толщина плодородного слоя?

3. Смогли ли дождевые черви создать плодородный слой в чистом песке?

4. Провести наблюдение и попытаться ответить на вопрос как дождевые черви влияют на структуру почвы?

5. Дать практические рекомендации по содержанию дождевых червей в осеннее – зимний период в домашних условиях для рыболов любителей и аквариумистов.

Основная часть.

1). Первым ученым, обратившим внимание на обилие дождевых червей в почвах, занявшимся изучением образа жизни пришедших к выводу об очень большой их роли в процессе почвообразования, был Ч. Дарвин. Он подробно описал результаты своих многолетних исследований над ними в отдельной книге.

«Дождевые черви в истории образования земной коры играли гораздо более важную роль, - писал Дарвин, - нежели это может казаться большинству с первого взгляда. Почти во всех влажных местностях они необыкновенно многочисленны и сравнительно их величиной обладают весьма значительной мускульной силой. Во многих местностях Англии на площадь 1акр. (0,4гектара) сухой земли, прошедший через их тело, так что весь поверхностный слой земли в течении нескольких лет проходит через их тело. вследствие опадении стенок старых норок червей, растительный слой находится хотя и в медленном, но постоянном движении, причём составные части перетираются друг о друга. В силу этих явлений свежие поверхностные слои постоянно подвергаются действию углекислоты, содержащийся в почве, и гумусовых кислот, роль которых в разрушении горных пород является ещё более значительной.

Образование гумусовых кислот обуславливается, вероятно, перевариванием полуразложившихся листьев, заглатываемых дождевыми червями. Таким образом, частицы земли, составляющие верхний растительный слой, находится при таких условиях, которые вполне благоприятствуют их разрушению и распадению.

…Черви наилучшим образом приготавливают почву для производства растений с мочковатыми корнями и для всякого рода семенных растений. Они периодически подвергают землю действию воздуха, просеивают её так, что в ней не остаётся не одного комочка крупнее тех, что они могут заглотить. Они равномерно перемешивают всё, подобно садовнику, готовящему мелкозернистую землю для своих избранных растений. В таком виде она становится одинаково хорошо приспособленной как к сохранению влажности и поглощению растворимых веществ, так и для процессов нитрификации. Листья, сталкиваемые в норки червей на пищу, после того как они разорваны на мельчайшие кусочки, отчасти переваренные, отчасти смоченные жидкими выделениями кишечного канала и мочевыми выделениями, перемешиваются с большими количествами земли. Эта земля образует тогда то тёмный плодородный гумус, который почти сплошь покрывает поверхность стороны хорошо обособленный слоем…»

Дарвин показал, что черви, поселившиеся под отдельными камнями, перекапывают под ними землю и, пропустив её через кишечник, выбрасывают, причем стенки прорытых ими ходов с течением времени опадают, в результате сами камни постепенно как бы тонут, погружаясь, всё глубже в землю. Свою замечательную книгу Ч. Дарвин заканчивает словами:

«Нельзя не удивиться, когда подумаешь о том, что весь растительный слой уже прошел через тело дождевых червей и через несколько лет снова пройдёт через них. Плуг принадлежит к числу древнейших и имеющих наибольшее значение изобретений человека; но ещё задолго до его изобретений почва правильно обрабатывалась червями и, всегда будет обрабатываться ими. Весьма сомнительно, чтобы нашлись ещё другие животные, которые в истории земной коры заняли бы столь видное место…»

2). Биология и среда обитания. Дождевые черви не везде многочисленны. Для дождевых червей наиболее благоприятны почвенно-климатические условия в зоне смешанных и широколиственных лесов. На севере, в тундре и таёжных лесах, численность их обычно не велика. В сухих степях, где почва летом сильно пересыхает, дождевые черви встречаются редко, а в пустынях вообще отсутствуют. Иногда и в этих регионах в результате хозяйственной деятельности человека, например в районах нового орошения, создаются условия, подходящие для некоторых видов люмбрицид.

Многощетинковые ведут пресноводный или наземный образ жизни, лишь крайне редко встречаясь в морях. Пресноводные формы либо ползают по дну, либо сидят в вырытых в иле норках, высовывая из них лишь заднюю половину тела, которой они производят быстрые колебательные движения, служащие для усиления дыхания (Tubifex и др.). Наземные формы, как правило, ведут роющий образ жизни, выползая из своих нор лишь ночью или очень сырую погоду, ибо их нежная, покрытая слизистыми железами кожа, не выносит пересыхания.

Как Polychaeta, так и Oligochaeta в высокой степени способны к регенерации.

3).Строение и физиология. Тело олигохет сильно вытянуто, более или менее цилиндрическое. Мелкие формы малощетинковых едва достигают 0,5 мм, наиболее крупный представитель - земельный червь (Megascolides australis) длинной до 3 метра. На переднем конце находится небольшая подвижная лопасть, лишенная глаз, антенн и пальп. Сегменты туловища внешне одинаковы, число их обычно велико (30 – 40 до 600), в редких случаях сегментов мало (7 – 9). Каждый сегмент, кроме самого переднего, несущего ротовое отверстие, снабжен маленькими щетинками, торчащими непосредственно из стенки тела. Это последние остатки исчезнувших параподий, обычно расположенные четырьмя пучками - парой боковых и парой брюшных. Число щетинок в пучке варьируется. На конце тела находится небольшая анальная полость с порошицей.

Каждый эпителий, образующий на поверхности тонкую эластичную кутикулу, богат слизистыми железистыми клетками. Особенно многочисленны слизистые и белковые одноклеточные железы, а области пояска, который в период размножения червей ясно виден. Под эпителием лежат хорошо развитые слои кожно-мускульного мешка – наружный кольцевой и более мощный внутренний продольный. Обширный целом поделён хорошо развитыми диссепиментами и брюшным мезентерием, спинной мезентерий отсутствует.

Пищеварительная система состоит из ряда хорошо дифференцированных отделов – глотки, пищевода (иногда также зоба) и мускульного желудка, средней и задней кишки. У дождевых червей в пищевод впадают три пары особых известковых желез. Они густо пронизаны кровеносными сосудами и служат для удаления карбонатов, накапливающихся в крови. Излишки извести поступают из желез в пищевод и служат для нейтрализации гуминовых кислот, содержащихся в поедаемых червями гниющих листьях. Спинная стенка средней кишки образует продольное желобовидное впячивание внутрь просветы кишечника, или тифлозоль; развитие тифлозоля увеличивает всасывающую поверхность кишки.

Кровеносная система устроена по тому же типу, что и у многощетинковых червей. Помимо пульсации спинного кровеносного сосуда кровообращение поддерживается сокращением некоторых кольцевых сердец. Так как жабры отсутствуют и дыхание совершается всей поверхностью тела, то в коже развивается обычно густая сеть капиллярных сосудов.

Органы выделения представленные многочисленными сегментарно-расположенными метанефридиями. Хлорагогенные клетки, также участвующие в выделении, покрывают поверхность средней кишки и многие кровеносные сосуды. Продукты распада хлорагогенных клеток нередко склеиваются и сливаются друг с другом в более или менее крупные «бурые тела», которые накапливаются в полости тела, а затем выводятся наружу через особые непарные спинные поры, имеющиеся у многих олигохет.

Нервная система имеет типичное для кольчецов строение и слагается из пары надглоточных ганглиев, окологлоточных коннективов и брюшной нервной цепочки. Лишь у самых примитивных представителей брюшные нервные стволы широко расставлены.

Органы чувств, так хорошо представлены у бродячих полихет, у малощетинковых развиты крайне слабо. Глаза почти всегда отсутствуют. Интересно, что дождевые черви обнаруживают чувствительность к свету, несмотря на то, что настоящих зрительных органов у них нет; их роль играют отдельные светочувствительные клетки, в большом числе разбросанные в коже. Они представляют интерес в том отношении, что носят характер вторичного приобретения Oligoshaeta явно обнаруживают множественную закладку, свойственную ново приобретаемым органам.

Половая система олигохет гермофродитна, гонады локализованы в небольшом числе половых сегментов. расположение гонад может сильно варьировать, мы ограничимся описанием их у дождевого червя. В 10-м и 11-м сегментах тела червя замечают две пары семенников, лежащих в семенных капсулах, семенники прикрыты тремя парами особых семенных мешков, последние развиваются как выпячивания диссепиментов. семенные мешки половые клетки попадают из семенных капсул, после того как они отделились от семенников. В семенных мешках живчики созревают, а зрелые спермии поступают обратно в семенные капсулы. Для вывода живчиков служат специальные протоки. В семенной капсуле имеется по паре мерцательных воронок, от каждой из них отходит назад выводной канал. Оба канала каждой стороны сливается в один продольный семяпровод, открывающийся на брюшной стороне 15-го сегмента. Половые воронки вместе с выводными протоками представляют настоящие целомодукты, т. е. образования мезодермальной природы.

Женская половая система образованна одной парой очень мелких яичников в 13-м сегменте и парой коротких ворончатых яйцеводов, открывающихся на 14-м сегменте. Задний диссепимент женского образует яйцевые мешки, сходные с семенными мешками, кроме того, к женской системе относятся ещё две пары глубоких кожных впячиваний, семяприёмников на брюшной стороне 9-го и 10-го сегментов. Эти мешочки, не имеющие никакого сообщения с полостью тела, служат в качестве семяприёмников при перекрёстном оплодотворении.

Наконец, косвенные отношения к половой системе имеют ещё многочисленные одноклеточные железки, образующие на поверхности тела на протяжении 32 – 37-го сегментов кольцевидное утолщение поясок. Они выделяют слизь, служащую для образования яйцевого кокона, и белковую жидкость, идущую на питание развивающего зародыша.

Оплодотворение дождевых червей перекрёстные. Два животных прикладываются брюшными сторонами, головы обращены друг к другу навстречу. Поясками обоих червей выделяется слизь, одевающая их в виде двух муфт, поясок одного червя располагается против отверстий семяприёмников другого. Из мужских отверстий обоих червей выделяется сперма, которая сокращением брюшной мускулатуры проводится по его поверхности к пояску, где и попадает в упомянутую ранее слизистую муфту. Семяприёмники партнёра производят при этом как бы глотательное движения и воспринимают поступающее в муфту семя. Таким образом, семяприёмники обоих особей заполняются чужим семенем. Так происходит копуляция, после чего черви расходятся. Откладка яиц и их оплодотворение происходит значительно позже. Червь выделяет вокруг тела, в области пояска, слизистую муфту, в которую и откладываются яйца. Затем муфта сползает через головной конец червя. Во время прохождения муфты мимо 9-го и 10-го сегментов семяприёмники выдавливают в муфту находящееся в них чужое семя, которым яйца и оплодотворяются. Муфта после этого смыкается на концах, уплотняется и превращается в яйцевой кокон, под защитой которого и происходит развитие яиц. Кроме полового размножения у олигохет наблюдается и бесполое размножение, которое протекает путём архитомии (Lumbriculus variegatus, Enchytracus). Тело олигохеты делится на две части: у передней регенерирует задний конец тела, а у задней – головной. При архитомии деление предшествует регенерационным процессам.

Другой способ бесполого размножения – паратомия – свойствен Stilaria lacustris.

Развитие. Развитие у олигохет протекает без стадии личинки трохофоры. Яйца развиваются внутри яйцевого кокона, из которого выходит уже вполне сформировавшийся червячок. У низших малощетинковых развивается несколько зародышей в одном коконе, содержащем водную жидкость. Яйца богаты желтком, дробление происходит по спиральному типу, причем спинной бластомер четко выделяется своими размерами, что связано с резким увеличением его роли в формировании зародыша. За его счет образуется не только мезодермальные телобласты, но также четыре пары эктодермальных телобластов,которые дают начало большей части кожных покровов животного и нервную систему. У высших олигохет (отряд Lumbricomorpha) кокон содержит питательную белковую жидкость, а яйца бедны желтком и, развиваясь, дают зародыш, который активно заглатывает белок и заслуживает, поэтому названия «скрытой личинки». Перед вылуплением зародыш испытывает род метаморфоза, превращаясь в молодого червяка.

4). Практическое значение. Влияние деятельности дождевых червей на особенности почвы многообразно. Прежде всего в результате перекапывания ими земли и прокладывания ходов повышается скважность почвы, она делается более рыхлой, её объем увеличивается на 15 – 30%. Вследствие этого облегчается доступ в глубокие слои почвы воды и атмосферного воздуха, необходимых как для корней травянистых растений и деревьев, так и для деятельности полезных микроорганизмов. На глубину около одного метра почва обычно пронизана ходами червей, а у ряда видов их ходы гораздо глубже – до 4 – 8м. Общая длина ходов на один квадратный метр поверхности земли нередко превышает один километр, в отдельных случаях восемь километров.

Черви постоянно перемешивают поверхностный слой, занося полуразложившиеся листья и другие органические остатки с поверхности вглубь почвы и вынося землю из нижних горизонтов на поверхность, а также откладывая эксперименты внутри своих ходов.

Под влиянием червей изменяются их химические особенности почвы. В переработанной, смешанной с кишечной слизью и выброшенной в виде копролитов земле, повышается содержание кальция, магния, аммиака, нитратов, фосфорной кислоты, многие соединения переводятся в другую более доступную для растений форму.

Благодаря выработке червями в особых известковых железках пищевода сростков кристалликов углекислого кальция происходит нейтрализация вредных почвенных кислот. Наконец, копролиты, высыхая, постепенно распадаются на небольшие микропористые комочки, долго не размываемые водой. Благодаря этому переработанная червями земля приобретает стойкую мелкокомковатую структуру. Кроме того, в копролитах повышается количество полезных почвенных микроорганизмов. Все эти процессы, происходящие в почве под влиянием дождевых червей, заметно изменяют и улучшают её состав, структуру и свойства, повышают её плодородие.

Пресноводные олигохеты играют значительную роль в экономике водоемов, будучи одним из важных объектов питания данных рыб, так как в некоторых местах биомасса бентоса на 50 -60% состоит из олигохет. Также дождевые черви имеют немало важное значение для рыбаков-любителей, тка как на дождевых червей рыба ловится лучше.

О масштабах деятельности дождевых червей можно судить по следующим цифрам. Исследования показали, что количество червей достигает 2 млн./га, в отдельных случаях даже 20 млн./га. Соответственно живая масса (биомасса) измеряется для слабозаселенных ими территорий величинами от нескольких десятков до 100 – 200 кг/га, а для мест где их много, до 2 – 3 т./га. Расчеты, сделанные для различных мест умеренного и тропического поясов, показывают, что количество выбрасываемой червями земли таково, что оно образует за год слой от 1 – 7 см. толщиной.

5). Экспериментальная часть. Экспериментальная часть состоит в том, что проводятся эксперименты по изучению влияния дождевых червей на плодородие почвы.

Методика проведения опыта.

1). 13 октября – закладка опыта. Брали три ёмкости: две опытных, одна контрольная, т. е. одна из ёмкостей наполненная обычной землей, которая наиболее свойственна как среда обитания для дождевых червей.

Одну ёмкость – контрольную наполняем землей 14 см от дна, вторую ёмкость опыт №1 наполняем 10 см от дна землей и 4 см от земли (сверху) песком, третью ёмкость опыт №2 заполняем промытым речным песком 14 см от дна.

2).Заготовка червей. Мы брали обычных дождевых червей обитающих на огородах города. Мы измеряли среднюю длину и ширину, чтобы отобрать примерно одинаковых. Средняя длина составляла от 5 до 7 см, а ширина от 3 до 5 мм. Закладывали в каждую ёмкость по 11 червей и наблюдали, через какой промежуток времени они начнут закапываться. Постоянно проверяли влажность земли. В результате мы наблюдали интересные явления то, что наши питомцы не сразу закапывались в землю, только после изучения своей среды они начали проникать внутрь. Мы заметили такую закономерность – не все черви проникали вглубь, они действовали сообща, т. е. часть будущих жителей зарывалась, а часть оставалась на поверхности, как будто они «ходили на разведку» и по цепной реакции сообщали другим, которые находились на поверхности, можно ли здесь жить. Интересно, не правда ли?

Но нужно заметить, что в ёмкости с землей черви проникли за самое короткое время, по сравнению с их проникновением в ёмкость с песком и в смесь, состоящую из песка и земли. На протяжении трех недель наши питомцы привыкали, осваивали окружающую их среду. Для того чтобы им было легче это делать необходимо придерживаться определенных правил. В течение всего их проживания в ёмкостях нужно поддерживать определенную среду обитания. Во-первых, всегда поддерживать почву влажной, увлажняя один раз в 3 – 4 дня, во-вторых, хранить ёмкость нужно в прохладном полутемном месте, в-третьих, это рацион питания. Кормили мы наших питомцев один раз в 2 -3 дня, так как они не могли быстро переваривать большое количество пищи. Пища, которой питаются черви довольна проста: это вареный или сырой картофель, сухие листья, промытая чайная заварка, несоленый суп. Перед тем как накормить червей картофелем его нужно мелко натереть или нарезать и разложить по всей поверхности, как можно равномернее, но ни в коем случае не в одно место. Объясняю почему, если пронаблюдать, как питаются дождевые черви можно увидеть весь процесс питания. Сам процесс состоит в том, что дождевые черви подкапывают под кусочками норки-ямки, в результате пища проваливается и уже там они начинают свой пищеварительный процесс. Ещё один интересный момент я наблюдала в ходе своей работы. Дело в том, что свежую пищу, они не берут, только когда она начинает разлагаться, они забирают её с поверхности. На примере сырого картофеля, они забирают его только тогда, когда он почернеет, и на поверхности появляется белый налет. После трех недель невооруженным глазом можно увидеть следы от ходов дождевых червей, и самое главное образование экспериментов в виде мелких рыхлых комочков, образовавшихся около норок дождевых червей на поверхности, при этом земля становится рыхлой и объемной.

После 4,5 недель наши питомцы свободно перемещаются по ёмкостям, что доказывает осваиваемость территорий. В ёмкости со смесью песка и земли можно пронаблюдать, что дождевые черви выбрали одно место для обитания, на одной стороне они смешали границы земли и песка, а с другой и не тронули их.

Поставив наш эксперимент, мы хотели доказать, что дождевые черви улучшают структуру почвы, и мы убедились в этом. Даже в чистом речном песке жизнедеятельность дождевых червей продолжается, так как мы создаем искусственно благоприятные условия.

Вывод

Мы поставили перед собой задачи в начале своей работы и по ходу работы нашли на них ответы.

1. По ходу нашего эксперимента мы вывели следующее: слой перегноя начинает образовываться спустя три недели, до этого они осваивали среду обитания.

2. Почвообразовательный процесс мы наблюдали, но не в виде слоя, а в виде рыхлых комочков насыщенного черного цвета и только в некоторых областях ёмкости. В контроле, где условия наиболее благоприятны, мы заметили, что происходит увеличение высоты почвенного слоя на 1 – 2 см. Это говорит о том, что почвообразовательный процесс идет. В песке слой не образовался только потому, что нужно более продолжительное время для его образования в таких условиях, так как условия крайне не благоприятны. В опыте №1 только в некоторых областях увеличение высоты почвы происходит на 0,5 – 1 см.

3. Проводя наблюдения, мы можем отметить, что благодаря ходам, которые прокладывают дождевые черви в почве, происходит обогащение почвы кислородом. Почва становится рыхлой.

4. Наш эксперимент еще раз доказывает, что наиболее благоприятными условиями является наличие почвы и кислорода, а неблагоприятными присутствие рыхлой горной породы в виде песка.

5. Поскольку в таких условиях, в которых проходил наш эксперимент черви могут не только жить, но и размножаться, то мы рыболовам-любителям и аквариумистам можем дать рекомендации по разведению дождевых червей в осенне-зимний период в домашних условиях.

Наши рекомендации следующие:

1. Место хранения ёмкостей выбрать строго, так как это главное условие для жизни дождевых червей. Это должно быть прохладное полутемное место.

2. Кормление должно проводиться по определенным правилам. Рацион кормления должен быть разным. Кормить один раз в 2 – 3 дня, рассыпая по всей поверхности ёмкости. Кормить вареным или сырым картофелем, промытой чайной заваркой, сухими листьями.

3. Увлажнение должно быть в меру, ни в коем случае не переувлажнять. Увлажнение один раз в 3 – 4 дня.

Нужно постоянно проверять сохраняются ли благоприятные условия для выживания дождевых червей.

Заключение

Наш эксперимент 50 дней, за это время нами был изучен большой объём научной литературы, особенно нас заинтересовали труды Ч. Дарвина. Несомненно, это информация расширила наш кругозор. В ходе экспериментальной части работы мы наблюдали за процессами жизнедеятельности дождевых червей в искусственно созданных условиях. Визуально наблюдали, как идет процесс почвообразования и как происходит улучшение структуры почвы, за счет образования ходов. Мы пришли к выводу, что такая среда, как речной песок крайне не благоприятна для жизнедеятельности дождевых червей. Без вмешательства человека они просто погибли бы.

Мы смогли в результате нашего эксперимента, дать рекомендации по разведению дождевых червей в осенне-зимний период в домашних условиях. На протяжении нашего эксперимента интерес к работе не угасал и мы хотели бы продолжить свои наблюдения с целью выяснения увеличения численности дождевых червей. И ещё нам хотелось бы заглянуть ёмкости и увидеть, что происходит внутри.

«В области науки ничего не принимается на веру.

Наука призвана добывать доказательства

для всех своих положений,

но только сами исследователи знают,

на сколько это трудно».

Р.А. Грегори.

Литература

1. Биология: Животные: Учебное пособие для 8 – 9 классов средней школы. Б.Е.Быховский, Е.В. Козлова, А.С. Мончадский. Под ред. М.А. Козлова 19-е издание, просвещение 1989 год, стр. 45 – 49.
2. Зоология беспозвоночных. Догель В.А. Просвещение. стр.268 – 273.
3. Экология: 9 класс: учебник для общеобразовательных учебных заведений/ Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник, А.П. Сидорин. М.: Дрофа, 1995 год, стр. 22,151,170,173.
4. Жизнь животных – гл. ред. В.Е. Соколов. Т.1 Простейшие. Губки. Кишечнополостные. Гребневики. Плоские черви. Круглые черви. Кольчатые черви. Щупальцевые. Просвещение, М.: 1987 год стр. 387 – 394.