Cif Laurențiu Florin Lucrare de diplomă [303794]

CAPITOLUL I. INTRODUCERE. SCOPUL ȘI OBIECTIVELE PROIECTULUI

1.1 [anonimizat] 1 cvadrilion de indivizi. [anonimizat], [anonimizat]. Se estimează că există aproximativ 22,000 specii de furnici (figura 1.1) (Ward 2007). [anonimizat]. [anonimizat] „lucrătoare” și masculi sterili numiți „soldați”. [anonimizat] „trântori” și una sau mai multe femele fertile numite „regine” (Oster și Wilson 1978).

Figura 1.1. [anonimizat] a [anonimizat] a beneficia de resurse și de a se apăra (în special împroșcând acid formic din abdomen). [anonimizat] (abilitatea de a se identifica cu mediul înconjurător sau cu alte specii), mutualism (interacție între două specii în cadrul căreia ambele specii au de câștigat), parazitism ([anonimizat]) și comensalism ([anonimizat], nici de dezavantaje din partea celeilalte specii) (Hölldobler și Wilson 1990).

[anonimizat], [anonimizat], capabile să se hrănească cu o [anonimizat]-se astfel la tipuri diverse de habitat. [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat] (Schultz 2000).

[anonimizat]-[anonimizat], majoritatea își construiesc mușuroaie complexe. [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat], fosfor și carbon. [anonimizat] a plantelor (Hölldobler și Wilson 1990).

[anonimizat]. Denumirea de Formica rufa a fost propusă pentru prima dată de Linnaeus în anul 1758. (Gösswald 1989) [anonimizat], precum și păduri dense de pin și chiar și zone mlăștinoase. [anonimizat], Formica lugubris, Formica polyctena si Formica rufa, la care se pot adăuga Formica integra în America de Nord și Formica sanguinea în Asia. (Bourke și Franks 1995)

Una din principalele caracteristici ale furnicilor din grupul Formica rufa este construirea de mușuroaie de dimensiuni considerabile, din frunze, bucăți de ramuri și scoarță (Figura 1.2). Aceste mușuroaie pot fi izolate sau pot face parte din grupuri.

(Figura 1.2.) Mușuroi de dimeniuni considerabile în zona studiată (foto T. Stăncioiu)

Aceste furnici depun efort și energie considerabilă în construirea mușuroaielor lor, de aceea ele de obicei inhabitează același mușuroi timp de ani de zile (Hölldobler și Wilson 1990). Furnicile Formica rufa sunt dependente de temperatură, în special în sezonul eclozării. Depunerea ouălelor este favorizată de temperaturi de 20-30oC în interiorul mușuroiului. Eclozările consecutive sunt o caracteristică a furnicilor Formica rufa, iar pregătirile pentru iarnă sunt finalizate încă din septembrie. Temperatura din mușuroi poate crește de la 7-10oC până la 20-25oC în numai 12 ore. Acest lucru este posibil datorită căldurii emise de corpul furnicilor, folosind rezerve de zaharuri pentru această activitate (Kipyatkov și Shenderova 1986). Totuși, auto-termoreglarea este posibilă numai în cazul mușuroaielor de peste 0.6 m diametru și cu o populație de peste 100 000 de indivizi. Pentru cele ce nu îndeplinesc aceste criterii, radiația solară este necesară pentru menținerea temperaturii propice pentru depunerea de ouă și eclozare (Zakharov 1978). Pe lângă căldura metabolică emisă de furnicile Formica rufa, proprietățile fizice ale mușuroiului au de asemenea rol in termoreglarea acestuia, facilitând captarea căldurii solare la început de primăvară. Acest lucru le permite dezvoltarea indivizilor de la stadiul de ou la maturitate în numai câteva săptămâni, evitând astfel existența indivizilor nedezvoltați pe timpul iernii în mușuroi (Hölldobler și Wilson 1990).

Specia Formica rufa prezintă fenomenul de polidomie sezonieră. Studiile efectuate asupra unor colonii din Kiev, Ucraina între 2013-2015 (Stukalyuk 2017) au arătat că, pe timpul primăverii, coloniile folosesc un mușuroi principal, având câteva mușuroaie satelit, formând un sistem complex. Acestea se vor muta în alte mușuroaie în funcție de temperatură și resursele de hrană pentru a facilita depunerea si eclozarea de ouă. O activitate neașteptată pentru speciile temperate a fost construirea de mușuroaie în scorburile copacilor. Pe timpul verii s-a observat formarea de mușuroaie în scorburi de stejar și păr. Acestea au fost utilizate până în august sau septembrie, iar toamna s-a observat migrația către alte mușuroaie (Stukalyuk 2017). Furnicile Formica rufa își împart mușuroaiele cu un număr de alte viețuitoare, precum râme și numeroase alte specii artropode numite mirmecofile (Sorvari și Hakkarainen 2004). Mușuroaiele au, de regulă, interiorul uscat și un strat exterior umed, ce ajută la izolarea lor împotriva vânturilor reci. S-a observat că mușuroaiele au volumul mai mare în zonele împădurite decât în cele cu grad de acoperire scăzut (Sorvari et al. 2016).

În ceea ce privește amplasarea mușuroaielor furnicilor de padure (Formica spp.) s-a dovedit că aceasta este condiționată de diverse caracteristici ale ecosistemului forestier cum sunt: coronamentul arboretului (Chen and Robinson, 2015), liziera pădurii (Procter et al., 2015), speciile de arbori și caracteristicile acestora (Sudd et al., 1977; Gibb et al. 2016), vârsta arboretului (Punttila et al., 1996), gradul de insolație (Kadochová and Frouz, 2014), fragmentarea pădurii (Punttila and Kilpeläinen, 2009), altitudinea (Chérix et al., 2006), tipul de gospodărire al pădurii (Sorvari and Hakkarainen, 2007) și chiar prezența crăpăturilor în scoarța terestră (falii tectonice) pe unde acestea primesc gaze de adâncime (radon, heliu, metan etc.) (Schreiber et al. 2009; Berberich et Schreiber 2013; Berberich et al. 2014; Berberich et al. 2017; Berberich et al. 2019) care le ajută la termoreglare și hrănire.

Având în vedere toți acești factori care influențează distribuția mușuroaielor de furnici, ne așteptăm ca modul lor de aranjare în spațiul pădurii să nu fie unul randomizat. De asemenea este greu de crezut că toți acești factori ar putea fi uniform distribuiți în arboret (ca să favorizeze o distribuire uniformă pe suprafață a mușuroaielor). Ca atare, distribuția spațială a mușuroaielor ar trebui să fie grupată în funcție de existența în anumite părți ale arboretului a unor condiții mai favorabile existenței și dezvoltării lor. Este de asemenea interesant de studiat dacă modul lor de aranjare în spațiul pădurii este cumva asemănător arborilor (i.e. din cauza spațiului de creștere necesar dezvoltării, cei mari sunt mai depărtați unul de celălalt pe când cei mici pot fi mulți pe o suprafață redusă – deci grupați; deci nu vom găsi aglomerări de arbori mari, ci doar de arbori mici)

1.2 Scopul

Determinarea modului de aranjare în spațiu (distribuția spațială) a mușuroaielor de furnici de pădure din UP I Codrii Pașcanilor – Sturdza.

1.3 Obiectiv

Analiza distribuției spațiale a mușuroaileor de furnici precum și a corelației dintre distribuția acestora și volumul mușuroiului. Au fost explorate următoarele ipoteze/întrebări:

– este distribuția spațială a mușuroaielor de furnici de pădure randomizată, uniformă sau grupată?

– este distribuția spațială influențată de dimensiunea (volumul) mușuroiului?

CAPITOLUL II. LOCUL CERCETĂRILOR, MATERIALUL ȘI METODA DE LUCRU

2.1. Locul cercetărilor. Elemente privind cadrul natural.

Informațiile referitoare la locul cercetărilor și elementele privind cadrul natural au fost preluate din amenajamentul silvic în vigoare (U.P. I Codrii Pașcanilor – Sturdza).

2.1.1. Locul cercetărilor

Studiul de față a fost realizat în unitatea de producție I Codrii Pașcanilor – Sturdza. Din punct de vedere geografic, pădurile sunt situate în partea vestică a Platformei Moldovenești, în jurul orașului Pașcani. Din punct de vedere fitoclimatic teritoriul analizat se află încadrat în etajul Deluros de gorunete, făgete și goruneto – făgete (FD3).

2.1.2. Geologie – Litologie

Din punct de vedere geologic, teritoriul studiat este constituit din formatiuni aparținând Neogenului. Formatiunile pe care s-au format solurile sunt: marne argiloase, alternanțe de marne argile și nisipuri. Pe cuprinsul unității de producție substratul litologic este alcătuit din: marne argiloase (96%), alternanțe de marne, argile și nisipuri (2%).

Pe aluviuni de-a lungul văilor s-au format solurile aluviale. Pe alternanțe de marne, argile și nisipuri s-au format solurile brune argiloiluviale sau pe terenuri degradate, erodisolurile. Pe marne argiloase s-au format solurile brune eumezobazice, brune luvice dar și brune argiloiluviale.

Toate aceste categorii de substrat litologic, cu solurile specifice lor sunt favorabile dezvoltării vegetației forestiere din Unitatea de Producție I Codrii Pașcanilor – Sturdza.

2.1.3 Soluri

2.1.3.1. Evidența tipurilor de sol

Suprafațele în care au fost efectuate lucrările sunt caracterizate sub raport edafic de următorul tip de sol :

Tabel 2.1-Tip sol

2.1.3.2. Descrierea tipului de sol

Luvosolul tipic (solul brun luvic)

În cadrul unității de producție analizate predomină solurile din clasa luvisoluri care ocupă 92% din suprafață. Clasa luvisoluri este reprezentată de două tipuri de sol, și anume: Preluvosol care ocupă 54% din suprafața unității de producție și Luvosol ocupând o suprafață de 8%.

Luvosolul tipic s-a format pe materiale parentale reprezentate prin luturi, nisipuri, argile, depozite loessoide, conglomerate, gresii, diferite roci metamorfice și magmatice mai sărace în minerale calcice și feromagneziene decât cele pe care s-au format brunele argiloiluviale. Relieful este asemănător cu cel al brunelor argiloiluviale – podișuri, dealuri, piemonturi, câmpii umede. Spre deosebire de solurile brune argiloiluviale, solurile brune luvice s-au format pe terenurile mai slab drenate aflate sub influența unei cantități mai mari de apă. Climatul și vegetația sunt asemănătoare cu cele ale regiunilor de formare a solurilor brune argiloiluviale. Vegetația sub care s-au format aceste soluri este alcătuită din păduri de gorun sau fag, cu floră mai acidifilă sau din amestecuri de fag cu rășinoase.

Proprietăți. Pentru speciile forestiere, troficitatea azotată este de asemenea satisfăcătoare. In ce privește regimul de umiditate, luvosolurile pot diferi mult între ele în raport cu relieful, expoziția, conținutul de schelet și volumul edafic util etc. Solurile brune luvice situate pe coame sau în partea superioară a versanților însoriți, se usucă până la starea de uscat reavăn mai ales în arboretele rărite. Apa din orizontul B nu poate urca în orizonturile superioare și puieții speciilor forestiere pot suferi din cauza uscăciunii. Versanții umbriți au soluri mai umede și fără variații. De aceea, pe acești versanți, arboretele de gorun, gorun cu fag și făgetele pure sunt de clase mai ridicate de producție decât cele de pe versanții însoriți

2.1.4. Geomorfologie

După raionarea geomorfologică din „Monografia geografică" a țării, teritoriul studiat este situat în cadrul Provinciei platformei est-europene, Ținutul Podișului Moldovei, Subținutul podișurilor stucturale, Districtul Podișul Sucevei U.P. I Codrii Pașcanilor – Sturdza se află pe interfluviu dintre Siret și Moldova.

Formele de relief sunt reprezentate sub forma de culmi monoclinale, cu fragmentare deluroasă, cu văi largi însorite de terase și versanți. Unitățile de relief întâlnite în fondul forestier sunt versantul (superior, mijlociu, inferior), platoul și lunca înaltă. Formele de relief din zonă au influență hotărâtoare asupra factorilor climatici (căldură, umiditate, etc.) creând topoclimate specifice, determinând în același timp și profunzimea solului, grosimea orizontului de humus, etc

Înclinarea terenului este foarte variată și se caracterizează în funcție de zona de relief în care se încadrează. Panta medie a U.P. I Codrii Pașcanilor – Sturdza este sub 160, existând versanți cu pantă redusă sub 160 (1672,5 ha) dar și versanții cu pante moderate între 16-300 (667,7 ha). Uneori pe terenurile cu pante mai mari de 250, apar fenomene de alunecare, ducând la formarea de soluri erodate-erodisoluri. Aceste terenuri fiind degradate au fost împădurite cu salcâm, pin negru, și cătină.

Tabel 2.2- Înclinarea versanților

Din punct de vedere altitudinal, pădurile sunt situate între 200 m (u.a 60 A) și 470 m (u.a. 218 A). Altitudinea medie este cuprinsă între 201-400 m. În ceea ce privește expoziția versanților s-a făcut o cartare prezentată în tabelul 1, în care se observă ponderea cea mai mare a expoziției parțial însorite și anume 54% din totalul suprafeței, urmată de expoziția însorită pe 35% din suprafață și cea umbrită pe 11% din suprafața unității de producție.

Tabel 2.3-Repartitia suprafetelor pe expoziții

2.1.5. Hidrologie

Alimentarea apelor din rețeaua hidrologică este mixtă pluvio-nivală, regimul hidrologic având caracter de regim hidrologic continental. U.P. I Codrii Pașcanilor – Sturdza este străbătută de următoarele pâraie: Pârâul lui Puiu, Irmoles, Cărpiniș, Mateoaiu, Corbului, Ruja, Leordaș și Tigulea. Pâraiele care provin din fosta U.P.I Pașcani: Pârâul lui Puiu, Irmoles, Cărpiniș se varsă spre râul Siret. Aceste pâraie se caracterizează prin ape mari de

primavară (martie) și cu un debit mic, dar permanent în timpul sezonului cald. Scurgerea de vară este mai mare decât cea de iarna, ceea ce se datorează atât timpului de alimentare, cât și iernilor continentale reci, cu lipsă de lungă durată a scurgerii superficiale. Lunile de scurgere medie deosebit de redusă sunt lunile de iarna (ianuarie și februarie).

2.1.6. Climatologie

Conform amenajamentului silvic în vigoare, în U.P. I Codrii Pașcanilor – Sturdza climatul se încadrează în tipul II.B.p.s. ceea ce are semnificația de climat continental de dealuri acoperite cu paduri din districtul „Podișul Sucevei" ce se caracterizează prin ierni cu mase reci de aer și veri calde și uscate.

După clasificarea Koppen teritoriul se încadrează în provincia climatică D.f.b.x. în care semnificația este următoarea:

D – climat boreal, ploios cu ierni reci;

f – precipitații cad în tot timpul anului;

b – temperatura în luna cea mai caldă sub 22°C;

x – maximul de precipitații cad la sfarșitul primăverii spre începutul verii, iar minimul spre sfârșitul iernii

2.1.6.1. Regimul termic

Regimul termic este prezentat în tabelul 2.4, după cum urmează:

Tabel 2.4 Temperatura medie a aerului

-amplitudinea temperaturii medii anuale; 23,2°C;

-temperatura minimă absolută: – 30,0°C (02.01.1909 și 24.01.1950);

-temperatura maximă absolută: +37,0°C (16.08.1905);

-temperatura medie pe anotimpuri și perioada de vegetație: – primavara: + 7,8°C;

– vara: +18,1°C;

– toamna + 9,2°C;

– sezonul de vegetație (lunile: IV-IX), iar temperatura: +15,1°C.

Începutul, sfârșitul, durata medie și suma temperaturilor medii diurne > 0°C (perioada bioactivă): care e dif fata de perioada de vegetatie? de stiut ca poate se intreaba!):

– începutul perioadei bioactive: 7 martie;

– sfarșitul perioadei bioactive: 2 decembrie;

– durata medie a perioadei bioactive: 271 zile

– suma temperaturilor medii diume > 0°C: 3167°C

Începutul, sfârșitul, durata medie și suma temperaturilor medii diune > 10°C (perioada de vegetație):

– începutul perioadei de vegetație: 24 aprilie;

– sfârșitul perioadei de vegetație: 9 octombrie;

– durata medie a perioadei de vegetație: 169 zile.

Data medie a primului îngheț: 1 octombrie;

Data medie a ultimului îngheț: 15 aprilie;

Durata medie a intervalului de zile fără înghet: 168 zile.

2.1.6.2. Regimul pluviometric

Regimul pluviometric (conform amenajamentului silvic în vigoare) este caracterizat prin precipitații (mm), cantități lunare și anuale medii și evapotranspirație. Date referitoare la precipitațiile medii atmosferice lunare și anuale sunt prezentate în tabelul 2.5 de mai jos:

Tabel 2.5-Regimul pluviometric

Precipitații atmosferice medii anotimpuale și în perioada de vegetație sunt prezentate în tabelul de mai jos:

Tabel 2.6-Precipitatiile pe sezon

Informații referitoare la evapotranspirație (conform amenajamentului silvic în vigoare) sunt prezentate în tabelul numărul 2.7:

Tabel 2.7 – Evapotranspirația potențială

Repartizarea precipitațiilor în cursul anului este neuniformă. Cea mai mare cantitate se înregistrează în timpul sezonului de vegetație. Vara ploile cad sub formă de averse, iar când sunt însoțite de grindină produc pagube vegetației forestiere prin distrugerea lujerilor și a frunzelor ce se află în plină creștere. Toamna ploile sunt reduse cantitativ, dar de mai lungă durată fiind însoțite și de scăderi de temperatură. La finele sezonului estival (august) se înregistrează și unele perioade de secetă.

2.1.6.3. Regimul eolian

Conform amenajamentului silvic în vigoare, regimul eolian se resimte în valorile temperaturii, umidității atmosferice, evapo-transpirației etc., ca urmare a transportului de mase de aer și a amestecului produs în acestea. Prezența moderată a vântului este favorabilă vegetației.Cele mai puternice și mai frecvente vânturi sunt cele din directia NV și nu produc calamități.

Se observă că frecvența vânturilor este mai mare pe direcția NV și mai ales în (lunile februarie, martie, când cantitatea de precipitații este redusă, riscul unor doboraturi de vânt fiind minim

2.1.6.4. Indici sintetici ai datelor climatice

Acești indicatori ne arată ca relieful variat al U.P. I Codrii Pașcanilor – Sturdza, plecând de la lunci la versanți și culmi face sa se diferențieze o serie de topoclimate locale specifice unităților geomorfologice.

Astfel, în lunci și în terenurile plane, datorită insilațiilor caracteristice suprafețelor plane, oscilațiile termice dintre zi și noapte sunt destul de mari. Cea mai mare diversitate de topoclimate locale se întâlnesc pe versanții care prezintă aspecte variate determinate de raporturile ce au loc între expoziție, înclinare, profilul pantei, altitudine etc. Versanții cu expoziție estică se caracterizează printr- un plus de lumină și căldură dimineața, iar cei vestici printr-un plus de umezeală datorită poziției lor în calea maselor de aer încărcate cu vapori de apă și precipitații. Pentru expozițiile estice și vestice înclinarea joacă un rol important în ceea ce privește cantitatea de lumina și căldură primită.

În raport cu altitudinea, partea superioară a versanților și culmilor este mai caldă primavara și toamna deoarece este însorită o mai mare parte din zi decat zonele mijlocii și inferioare ale versanților. Partea inferioară a versanților se caracterizează printr-un plus de căldură vara, îndeosebi când aerul cald stagnează și un minus de căldură iarna, ca urmare a coborârii aerului rece în timpul nopții.

Perioadele îndelungate cu temperaturi ridicate însoțite și de lipsa precipitațiilor, contribuie în mare măsură la distrugerea echilibrului hidric al arborilor, favorizând apariția fenomenului de uscare la stejar și gorun. Vânturile predominante sunt cele din direcția NV fără pericol de doborâturi în masă.

Capacitatea de aprovizionare cu apă a solurilor este mezohidrică la euhidrică, favorabilă dezvoltării speciilor forestiere.

Favorabilitatea factorilor și determinanților climatici pentru principalele specii forestiere ne reda faptul ca factorii ecologici și clasele de favorabilitate pentru speciile fag, gorun și stejar si constatam urmatoarele:

– indicatorii climatici (regim pluviometric, regim termic, durata perioadei de vegetație) indică favorabilitate mijlocie spre ridicată pentru specia fag, respectiv ridicată și foarte ridicată pentru speciile: gorun și stejar;

– expoziția terenului este în proporție foarte ridicată 89%, însorită și parțial însorită, ceea ce indică o favorabilitate mijlocie pentru specia fag, respectiv ridicată și foarte ridicată pentru speciile: gorun și stejar;

– din punct de vedere altitudinal: între 201 – 400m se găsesc 89 % din arborete, iar 19 % din arborete au altitudinea între 401 – 600 m, astfel că favoarabilitatea din acest punct de vedere este mijlocie pentru speciile: fag și gorun, respectiv ridicată și foarte ridicată pentru stejar.

În concluzie stațiunile de pe cuprinsul U.P.I Codrii Pașcanilor – Sturdza, sunt favorabile celor trei specii, acestea putând realiza productivități mijlocii spre superioare. În ceea ce privește coloniile de furnici de pădure, prezența arboretelor de cvercinee și amestec oferă un microclimat foarte favorabil (coronament care permite pătrunderea radiației solare peste minimul necesar, însă suficient pentru a proteja împotriva insolației puternice – factor limitativ).

2.1.7. Tipuri de stațiune

2.1.7.1. Evidența tipurilor de stațiune

Tipul de stațiune prezent în suprafețele de probă,conform descrierilor parcelare din amenajamentul în vigoare,este prezentat sub formă tabelară după cum urmează:

Tabel 2.8-Tipul de stațiune

2.1.7.2. Descrierea tipului de stațiune

Conform lucrării de sinteză ,,Stațiuni forestiere” ( Chiriță et al 1977), tipul de stațiune 5.1.5.3 se întâlnește frecvent în întreaga țară pe suprafețe de mărimi variate, de regulă pe versanții mijlocii și inferiori,predominant însoriți și semiînsoriți,cu înclinare slabă și depozite joase.Se întâlnesc substraturi groase de suprafață,formate din roci sedimentare,eruptive și metamorfice,bazice. Solurile sunt brune eubazice tipice, morfologic și fiziologic profunde, bogate în humus și fără schelet. . În orizontul humifer sunt bine structurate, având un drenaj bun.

În suprafață sunt prezente depozite provenite din materiale diferite, din punct de vedere al raportului litologic (roci sedimentare, eruptive și metamorfice). Solurile sunt brune cu mull și mull-moder, mijlociu profunde, luto-nisipoase și structurate grăunțuos în orizontul humifer. Climatul regional al etajului ofera un plus de căldură și un minus de umiditate, ceea ce conferă un avantaj pentru furnicile de pădure în vederea stabilirii de noi populații.

2.1.8. Tipuri de pădure

2.1.8.1. Evidența tipurilor de pădure

În următorul tabel este reprezentat tipul de pădure întâlnit în zonele de studiu:

Tabelul 2.9. Tipurile de pădure

2.1.8.2. Descrierea tipului de pădure

În subparcelele folosite ca zonă de studiu pentru identificarea mușuroaielor de furnici s-a identificat tipul de pădure Șleau de gorun și fag, de productivitate superioară, conform lucrării de sinteză ”Tipuri de Pădure din Republica Populară Romînă” (Pașcovschi și Leandru 1958). Acest tip de pădure este cel mai tipic șleau de deal din toată țara, întălnit pe platouri și pe versanți cu orice expoziții, variind altitudinal între 200-700 m. Solurile sunt în general reprezentate de podzoluri profunde, luto-argiloase pe substraturi de argile.

Compoziția arboretelor de acest tip este formată din gorun, fag și carpen, la care se mai pot adauga în proporție mai mare, teiul, ulmul și paltinul de munte, precum și frasinul. Subarboretul este slab dezvoltat, predominant format din alun, salbă moale, salbă râioasă, soc comun și mai rar arțar tătărăsc.

Consistența naturală a acestor arborete este curpinsă între 0,8-0,9. Au o creștere foarte activă, fapt din care reiese productivitatea superioară și forma bună a arborilor (trunchiuri drepte, cilindrice și bine elagate). Regenerarea naturală este destul de activă, mai ales la fag și carpen, care în defavoarea gorunului, al cărui semințis este copleșit. Evoluția naturală a arboretelor tinde spre un făget amestecat.

2.2. Materialul de cercetare

Materialul de studiu îl constituie două zone distincte cu aglomerări de mușuroaie de furnici: 1) subparcelele silvice 53A, 53B și 55A: arborete, cu o vârstă între 50 și 70 de ani, dominate de cvercinee, dar găsim diseminat și carpen, fag și exemplare rare de cireș. Suprafața totală este de 36,5 ha. În aceste arborete au fost identificate 120 mușuroaie (Figura 2.1)

Figura 2.1-Vedere de ansamblu a parcelelor 53-55 cu localizarea mușuroaielor

2) subparcelele silvice 75A, 75B, 75C și 76B, 76E: arborete cu vârste cuprinse între 30 și 55 de ani, cu o compoziție reprezentată de amestecuri de fag cu cvercinee și carpen (diseminat paltin, plop și alte diverse tari). Suprafața totală este de 48,2 ha și cuprinde 103 mușuroaie (Figura 2.2 )

Figura 2.2-Vedere de ansamblu a parcelelor 75-76 cu localizarea mușuroaielor

2.3. Metoda de lucru

2.3.1. Identificarea și numerotarea mușuroaielor

Într-o primă fază au fost identificate mușuroaiele din zonele de studiu prin parcurgerea în zig-zag pe itinerar a terenului. Toate au fost numerotate și însemnate cu un steguleț roșu amplasat în mijlocul mușuroiului (fig 2.3.). Numărul de pe steag a fost înscris cu vopsea roșie și pe cel mai apropiat arbore (care, pentru vizibilitate ridicată, a fost însemnat cu un cerc de vopsea roșie în jurul tulpinii – fig 2.4.).

Figura 2.3 Inventarierea cu steag

2.3.2. Înregistrarea locației cu GPS

După ce s-a finalizat inventarierea și marcarea mușuroaielor, poziția acestora a fost înregistrată (deasupra fiecărui steag) cu aparatul Garmin GPSmap 62stc (fig.2.5.) prin utilizarea funcției „Mark”. Înregistrarea s-a făcut în ordinea crescătoare a numărului de inventariere. La final a rezultat un set de puncte cu coordonate geografice care pot fi descărcate ca fișier „.gpx” și astfel pot fi ulterior procesate și analizate în programele GIS existente (în cazul de față Quantum GIS sau Qgis) și în cele de analiză spațială (în cazul de față „R”).

2.3.3. Măsurarea mușuroaielor în vederea stabilirii volumului

Pentru determinarea volumului fiecărui mușuroi s-au efectuat următoarele măsurători (cu o ruletă de precizie milimetrică):

– diametrul la bază (în metri). Dacă proiecția la sol a mușuroiului nu era de formă circulară ci eliptică s-au măsurat două diametre, pe direcții perpendiculare.

– diametrul la vârf (în metri), doar dacă mușuroiul avea vărf turtit (și deci semăna cu un trunchi de con). Și în acest caz, dacă proiecția la sol a vârfului nu era de formă circulară ci eliptică s-au măsurat două diametre, pe direcții perpendiculare.

– înălțimea față de suprafața solului (în metri)

CAPITOLUL III. PROCESAREA ȘI ANALIZA DATELOR

3.1. Calculul volumului fiecărui mușuroi

Pentru determinarea volumului, forma mușuroaielor a fost asimilată unei calote sferice, conform litaraturii de specialitate existente (Larsson 2015). Ca atare, calculul s-a făcut cu ajutorul următoarei formule:

unde:

„vol” – reprezintă volumul calculat (în m3)

„r” = ½ din diametrul măsurat;

„h” = înălțimea mușuroiului

3.2 Determinarea coordonatelor mușuroaielor inventariate

Pentru aputea realiza analize spațiale asupra distribuției mușuroaielor inventariate este necesară determinarea coordonatelor fiecărui mușuroi. Pentur obținerea acestei informații în format tabelar s-a recurs la următorii pași:

1) S-au descărcat datele din GPS și au fost importate în QGis

2) S-au marcat colțurile unui dreptunghi (în interiorul căruia să fie ulterior analizată distribuția spațială a mușuroaielor). În acest sens au fost parcurse următoarele etape:

a) cu funcția „New Vector Layer”, se alege opțiunea „Point” și proiecția dorită și se salvează („OK”) în locația dorită (Figura 3.1 )

b) Vectorul nou format se selectează și se activează opțiunea „Edit” (cercul roșu din ( figura 3.2) și apoi se alege funcția „Add feature”.

c) Apoi se marchează pe ecran, pe rând cele patru colțuri (e.g. colțul stânga-jos, cercul roz de pe figura 3.3)

d) Pentru a fi siguri că cele patru puncte sunt colțurile unui dreptunghi (i.e. sunt pe laturi perpendiculare și egale), au fost verificate coordonatele. Dacă au apărut diferențe, punctul (colțul) respectiv a fost selectat cu funcția „Select features” (figura 3.4.)

e) Ulterior, cu funcția „Move feature (s)” (figura 3.5 ….) punctul a fost mutat până când în bara de jos coordonatele (fie latitudinea fie longitudinea) au corespuns cu cele ale colțului de referință luat.

f) În final se obțin cele patru puncte care reprezintă colțurile dreptunghiului în care este cuprins norul de puncte (steluțele roșii de pe figura 3.6)

3) S-au înregistrat în tabela de atribute coordonatele fiecarui colt al dreptunghiului si cele ale fiecărui punct (mușuroi) astfel:

a) In tabela de atribute a vectorului (cu colțurile dreptunghiului sau cel cu mușuroaiele înregistrate) s-au creat doua coloane noi („X” și „Y”) cu funcția „New column” (figura 3.7).

b) s-au calculat coordonatele utilizand fereastra „Field calculator”. Alegem „Update existing field” și selectăm „X” (coloana cu longitudinea). Din meniul „Function list” alegem din categoria „Geometry” funcția „$X” (pentru coloana X = longitudine) (figura 3.8)

c) aceeași pași au fost urmați și pentru latitudine („Y”)

d) Se obține în final o tabelă de atribute cu coordonatele dorite (în sistemul în care este realizat vectorul) (figura 3.9)

4. Coordonatele au fost apoi salvate într-un fișier Excel pentru calculele ulterioare.

3.3 Prelucrarea coordonatelor mușuroaielor inventariate

Pentru a putea fi prelucrate, punctele care reprezintă mușuroaiele au fost aduse într-un sistem cu originea având coodonatele 0,0. Astfel , colțul stânga-jos (punctul 1 în cazul de față) al dreptunghiului determinat anterior a fost transformat în origine (deci cu coordonate 0,0). Ulterior coordonatele tuturor celorlalte colțuri au fost ajustate corespunzător (prin scădere – figura 3.10). La fel s-a procedat și în cazul coordonatelor mușuroaielor (pentru a aduce norul de puncte în interiorul dreptunghiului cu coordonate ajustate).

3.4 Analize spațiale asupra distribuției mușuroaielor inventariate

Datele obținute (coordonatele și volumul fiecărui mușuroi) au fost ulterior prelucrate spațial cu programul R (R Core Team. (2017). R: A language and environment for statistical computing. Vienna, Austria: R Foundation for Statistical Computing.) urmărindu-se cele două ipoteze/întrebări:

– este distribuția spațială randomizată, uniformă sau grupată?

– este distribuția spațială influențată de dimensiunea (volumul) mușuroiului?

3.4.1. Analiza distribuției spațiale a mușuroaielor inventariate

Distribuția spațială a unor elemente în natură (în cazul nostru mușuroaiele de furnici roșii de pădure din genul Formica) poate urma 3 modele diferite (Figura 3.11 )

1. distribuție uniformă (implică o relație de respingere între puncte, tendința de a se depărta unul de altul – e.g. competiție)

2. distribuție randomizată (implică independența punctelor unele de altele)

3. distribuție grupată (implică o atracție între puncte, tendința de a fi împreună)

Figura 3.11 Cele trei moduri de distribuție spațială a unor elemente în natură (stânga = distribuție uniformă; mijloc = distribuție randomizată; dreapta = distribuție grupată) (preluată din Badley et al 2016)

Pentru a analiza modul în care sunt distribuite punctele culese, se pot utiliza mai multe funcții matematice. Cele mai uzuale sunt:

1. Funcția K – care analizează numărul mediu de vecini pe o anumită rază împărțit la densitatea punctelor pe suprafața analizată

2. Funcția F – analiza distanței de la o locație fixă către cel mai apropiat punct (distribuția cumulativă a distanțelor libere) (Figura 3.12)

3. Funcția G – analiza distanței de la unul din puncte către cel mai apropiat punct vecin (distribuția cumulativă a distanțelor la cel mai apropiat vecin) (Figura 3.12)

Figura 3.12 Cele două moduri de analiză a distribuției spațiale a unor elemente în natură: funcția “G” – analiza distanței de la unul din puncte (●) către cel mai apropiat punct vecin (●) (stânga) și funcția “F“ analiza distanței de la o locație fixă (+) către cel mai apropiat punct (●) (preluată din Badley et al 2016).

3.4.1.1. Funcția K

În general, în situațiile în care se impune calculul distanțelor către cel mai apropiat vecin, în afara suprafeței de probă, dar în raza de calcul, există puncte vecine celui luat în analiză (figura 3.13).

Figura 3.13 Existența unor puncte în afara pieței de probă, vecine celor din piața de probă și aflate în raza de calcul (preluată din Badley et al 2016)

În cazul în care nu cunoaștem prezența unor astfel de vecini (i.e. nu îi luăm în calcul) în afara suprafeței de probă (figura 3.14) fără a aplica o corecție, rezultatele pentru punctele situate în apropierea marginii pieței (i.e. pentru care o parte din cercul delimitat de distanța aleasă cade în afara pieței) vor fi eronate.

Figura 3.14 Ignorarea punctelor din afara pieței de probă, vecine celor din piața de probă și aflate în raza de calcul (preluată din Badley et al 2016)

Corectarea efectului de margine este deci foarte importantă în calculul distanțelor către cel mai apropiat vecin (funcția K). Programul „R” folosește implicit 3 moduri de calcul a funcției K (în funcție de metoda de corectare a efectului de margine) și anume: metoda cu corecție de margine (border correction = „bord”), cea cu corecție izotropică („iso”) și cea cu corecție prin translație („trans”). La acestea trei se adaugă și calculul în cazul unei distribuții teoretice, complet randomizate (Possion = „pois”). Rezultatele posibile sunt reprezentate grafic în figura 3.15

Figura 3.15 Cele trei moduri de distribuție spațială a unor elemente în natură și rezultatele posibile în cazul utilizării funcției K (cu linie soilidă = modul de aranjare real, observat; cu linie punctată = cel teoretic, în cazul unei distribuții complet randomizate; stânga = distribuție uniformă; mijloc = distribuție randomizată; dreapta = distribuție grupată) (preluată din Badley et al 2016)

După cum se poate observa din (figura 3.15) în graficul din partea stângă, curba datelor observate este sub cea teoretică arătând că un anumit punct are mai puțini vecini decât sunt așteptați în cazul unei distribuții complet randomizate (adică distribuția este regulată). În panoul din mijloc, așa cum era de așteptat (având în vedere că este cazul unei distribuții complet randomizate a datelor) cele doua curbe coincid. În graficul din partea dreaptă, curba datelor observate este deasupra celei teoretice arătând că un anumit punct are mai mulți vecini decât sunt așteptați în cazul unei distribuții complet randomizate (adică distribuția este grupată).

3.4.1.2. Funcția F

Programul „R” folosește implicit 3 moduri de calcul a funcției F și anume: după metoda Kaplan-Meier („km”), cu corecție de margine (border correction = „bord”) și după metodaChiu-Stoyan („cs”). La acestea trei se adaugă și calculul în cazul unei distribuții teoretice, complet randomizate (Possion = „pois”). Rezultatele posibile sunt reprezentate grafic în figura 3.16

Figura 3.16 Cele trei moduri de distribuție spațială a unor elemente în natură și rezultatele posibile în cazul utilizării funcției F (cu linie soilidă = modul de aranjare real, observat; cu linie punctată = cel teoretic, în cazul unei distribuții complet randomizate; stânga = distribuție uniformă; mijloc = distribuție randomizată; dreapta = distribuție grupată) (preluată din Badley et al 2016)

După cum se poate observa din figura 3.16 în graficul din partea stângă, curba datelor observate este deasupra celei teoretice arătând că distanțele libere sunt mai scurte decât cele așteptate în cazul unei distribuții complet randomizate (adică distribuția este regulată). În panoul din mijloc, așa cum era de așteptat (având în vedere că este cazul unei distribuții complet randomizate a datelor) cele doua curbe coincid. În graficul din partea dreaptă, curba datelor observate este sub cea teoretică arătând că distanțele libere sunt mai mari decât cele așteptate în cazul unei distribuții complet randomizate (adică distribuția este grupată).

3.4.1.3. Funcția G

Programul „R” folosește implicit 3 moduri de calcul a funcției G și anume: după metoda Kaplan-Meier („km”), cu corecție de margine (border correction = „bord”) și după Hanisch („han”). La acestea trei se adaugă și calculul în cazul unei distribuții teoretice, complet randomizate (Possion = „pois”). Rezultatele posibile sunt reprezentate grafic în figura 3.17.

Figura 3.17 Cele trei moduri de distribuție spațială a unor elemente în natură și rezultatele posibile în cazul utilizării funcției G (cu linie soilidă = modul de aranjare real, observat; cu linie punctată = cel teoretic, în cazul unei distribuții complet randomizate; stânga = distribuție uniformă; mijloc = distribuție randomizată; dreapta = distribuție grupată) (preluată din Badley et al 2016)

După cum se poate observa din figura 3.17 în graficul din partea stângă, curba datelor observate este sub cea teoretică (a distribuției randomizate) arătând că distanțele către cel mai apropiat vecin sunt mai mari decât cele așteptate în cazul unei distribuții complet randomizate (adică distribuția este regulată). În panoul din mijloc, așa cum era de așteptat (având în vedere că este cazul unei distribuții complet randomizate a datelor) cele doua curbe coincid. În graficul din partea dreaptă, curba datelor observate este deasupra celei teoretice arătând că distanțele către cel mai apropiat vecin sunt mai mici decât cele așteptate în cazul unei distribuții complet randomizate (adică distribuția este grupată).

3.4.2. Analiza corelației dintre distribuția spațială și volumul mușuroaielor de furnici

CAPITOLUL IV. REZULTATELE CERCETĂRILOR

4.1. Distribuția spațială a mușuroaielor de furnici

În urma aplicării tuturor celor trei funcții (K, F și G), în ambele cazuri rezultatele arată că mușuroaiele de furnici din cele două zone sunt grupate (i.e. distribuția lor nu este nici uniform și nici randomizată).

4.4.1. Cazul arboretelor din ua 53A, 53B și 55A

Din figura 4.1 se observă că distribuția mușuroaielor inventariate în ua 53A, 53B și 55A nu pare a fi uniformă ( deci nu putem vorbi de o tendință de evitare reciprocă). Vizual însă este dificil de confirmat dacă distribuția observată este randomizată (relație de independență față de vecini) sau grupată (relație de atracție față de vecini).

Figura 4.1 Distribuția spațială a mușuroaielor de furnici inventariate în arboretele din u.a. 53A, 53B și 55A

Graficele din figura 4.2 confirmă în toate cele trei cazuri (atât în ceea ce privește funcțiile cât și variantele acestora) că distribuția este una grupată (nu randomizată).

Figura 4.2 Graficele funcțiilor K (sus, stânga și dreapta), G (stânga, jos) și F (dreapta, jos) (Funcția K: metoda cu corecție de margine = „bord”; corecție izotropică = „iso”; corecție prin translație = „trans”; distribuția teoretică, complet randomizată – Possion = „pois”; curba valorilor observate = „obs”; curba teoretică = „theo”; limita inferioară a intervalului distribuției simulate = „lo”; limita superioară a intervalului distribuției simulate = „hi”; Funcția G: metoda Kaplan-Meier = „km”; cu corecție de margine = „bord”; metoda Hanisch = „han”; distribuția teoretică, complet randomizată – Possion = „pois”; Funcția F: metoda Kaplan-Meier = „km”; cu corecție de margine = „bord”; metoda Chiu-Stoyan = „cs”; distribuția teoretică, complet randomizată – Possion = „pois”.)

Reprezentarea grafică a densității punctelor (figura 4.3 ) confirmă că punctele sunt grupate și arată zonele de concentrare („hotspots”) cu culoarea galben

Figura 4.3 Reprezentarea grafică a densității mușuroaielor de furnici inventariate în arboretele din u.a. 53A, 53B și 55A.

4.4.2. Cazul arboretelor din ua 75A, 75B, 75C, 76B și 76E

Din figura 4.4 se observă că distribuția mușuroaielor inventariate în 75A, 75B, 75C, 76B și 76E nu pare a fi uniformă ( deci nu putem vorbi de o tendință de evitare reciprocă). Vizual însă este dificil de confirmat dacă distribuția observată este randomizată (relație de independență față de vecini) sau grupată (relație de atracție față de vecini).

Figura 4.4 Distribuția spațială a mușuroaielor de furnici inventariate în arboretele din u.a. 75A, 75B, 75C, 76B și 76E

Graficele din figura 4.5 confirmă în toate cele trei cazuri (atât în ceea ce privește funcțiile cât și variantele acestora) că distribuția este una grupată (nu randomizată).

Figura 4.5 Graficele funcțiilor K (sus, stânga și dreapta), G (stânga, jos) și F (dreapta, jos) (Funcția K: metoda cu corecție de margine = „bord”; corecție izotropică = „iso”; corecție prin translație = „trans”; distribuția teoretică, complet randomizată – Possion = „pois”; curba valorilor observate = „obs”; curba teoretică = „theo”; limita inferioară a intervalului distribuției simulate = „lo”; limita superioară a intervalului distribuției simulate = „hi”; Funcția G: metoda Kaplan-Meier = „km”; cu corecție de margine = „bord”; metoda Hanisch = „han”; distribuția teoretică, complet randomizată – Possion = „pois”; Funcția F: metoda Kaplan-Meier = „km”; cu corecție de margine = „bord”; metoda Chiu-Stoyan = „cs”; distribuția teoretică, complet randomizată – Possion = „pois”.)

Reprezentarea grafică a densității punctelor (figura 4.6) confirmă că punctele sunt grupate și arată zonele de concentrare („hotspots”) cu culoarea galben

Figura 4.6 Reprezentarea grafică a densității mușuroaielor de furnici inventariate în arboretele din u.a. 75A, 75B, 75C, 76B și 76E.

4.2. Corelația dintre distribuția spațială și volumul mușuroaielor de furnici

Exemplu  “mark correlation function 1 “

Sursa: Badley A. (2006) Analysing spatial point patterns in R(32.2)

ua 75-76 musuroaie mari

Exemplu 2 mark correlation function 2

Sursa: Badley A. (2006) Analysing spatial point patterns in R(32.3)

Figura 4.7 Graficul funcția K (Funcția K: metoda cu corecție izotropică = „iso”; corecție prin translație = „trans”; distribuția teoretică, cu valori independente și identic distribuite)

ua 75-76 musuroaie mari

ua 53 musuroaie mai mici in general!!

Figura 4.8 Graficul funcția K (Funcția K: metoda cu corecție izotropică = „iso”; corecție prin translație = „trans”; distribuția teoretică, cu valori independente și identic distribuite)

ua 75-76 musuroaie mari

CAPITOLUL V. DISCUȚII ȘI CONCLUZII

5.1. Distribuția spațială a mușuroaielor de furnici

Distribuția grupată a mușuroaielor de furnici din cele două zone (i.e. distribuția lor nu este nici uniform și nici randomizată) poate fi și cauzală (întrucât sunt specii care formează colonii) dar și datorată existenței unor condiții particulare doar în anumite părți ale arboretului (care le forțează să fie răspândite neomogen).

Deși regimul de căldură este unul din factorii limitativi în condiții de arboret (gradul de închidere a coronamentului limitează pătrunderea unei cantități suficiente de căldură ceea ce limitează amplasarea mușuroaielor aproape de liziere sau ochiuri), acesta este puțin probabil cauza distribuției grupate întrucât coronamentul arboretelor în cauză este omogen (figura …). Dominarea speciilor de cvercinee este favorabilă existenței mușuroaielor întrucît coronamentul nu este unul dens. Distribuția altor specii de arbori care produc umbră mai multă (fag, carpen, tei) este destul de uniformă în masivul dominat de stejari ceea ce face ca regimul de căldură să fie intermediar (nici prea rece dar nici prea cald) și deci favorabil coloniilor de furnici pe întreg cuprinsul arboretelor. Deci distribuția grupată în anumite părți ale arboretelor se datorează foarte probabil altor factori și nu regimului de căldură (i.e. coronamentului).

BIBLIOGRAFIE

R Core Team. (2017). R: A language and environment for statistical computing. Vienna, Austria: R Foundation for Statistical Computing

Cărți și lucrări de autor în edituri

Badley A., Rubak E., Turner R. (2016). Spatial Point Patterns – Methodology and Applicatioons with R. CRC Press, Taylor and Francis Group, New York, USA

Bourke, A.F.G., Franks N.R., (1995), Social Evolution in Ants, Princeton University Press, Princeton

Detrain C., Deneubourg J.L., Pasteels J.M. (1999) Information Processing in Social Insects. Birkhäuser

Gheorghe I.F., Țopa Ionescu S., (2016) Fitosociologia și vegetația României. București

Gösswald, K. (1989), Die Waldameise 1. Wiesbaden: Wiesbaden, Aula-Verlag

Hölldobler B., Wilson E. O. (1990): “The Ants” Springer, Berlin

Oster G.F., Wilson E.O. (1978), Caste and ecology in social insects. Princeton University Press, Princeton

Zakharov, A.A. 1978. Muravei, sem’ya, koloniya (Ant, Family, Colony). Moscow: Nauka

Studii și articole în reviste de specialitate sau prezentate la conferințe

Badley A. (2006) Analysing spatial point patterns in R – University of Western Australia 202-204

Collingwood, C. A. (1979). The Formicidae (Hymenoptera) of Fennoscandia and Denmark. Fauna Entomol. Scand. 8: 1-174

D’Ettore P., Heinze J (2001) Sociobiology of slave-making ants. Acta Ethologica 3(2): 67-82

Goss S., Aron S., Deneuburg J.L., Pasteels J.M., (1989) Self-organized shortcuts in the Argentine ant. Naturwissenschaften, 76 (12), 579-81

Haitao W, Donghui W., Xianguo L., Xiaomin Y. (2010) Spatial distribution of ant mounts and effects on soil physical properties in wetlands of the Sanjiang plain, China. Acta Ecologica Sinica 30, 270-75

Jones, A.S. (2008), Fantastic ants – Did you know?, National Geographic Magazine

Kilpeläinen J., Punttila P., Finer L., Niemelä P., Domisch T., Jurgensen M.F., Neuvonen S., Ohashi M., Risch A.C., Sundstrom L., (2008) Distribution of ant species and mounds (Formica) in different-aged managed spruce stands in eastern Finland. Journal of Applied Entomology 132: 315-25

Kipyatkov, V.E. and Shenderova, S.S. (1986). Seasonal changes in the behavior of Formica polyctena ants in an artificial nest with temperature gradient. Zool. Zh. 85(12):1847–1857

Punttila P., Kilpeläinen J., (2009) Distribution of mound-building ant species. Ann. Zool. Fennici 46: 1-15

Risch, A.C., Jurgensen M.F., Schutz, M., Page-Dumroese, D.S., (2005), The contribution of red wood ants to soil C and N pools and CO2 emissions in subalpine forests. Ecology 86(2), 419-30

Schultz, T.R. (2000), In search of ant ancestors, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 97(26): 14028-9

Sorvari J., Hakkarainen H., (2004) Deforestation reduces nest mound size and decreases the production of sexual offspring in the wood ant Formica aquilonia. Ann. Zool. Fennici 42: 259-67

Sorvari J., Elo R.A., Harkonen S.K., (2016) Forest-built nest mounds of red wood ant Formica aquilonia are no good in clear fells. Applied Soil Ecology 101: 101-6

Stukalyuk, S. V. (2017). A case of vertical seasonal polydomy in Formica rufa (Hymenoptera; Formicidae). Russian Journal of Ecology. 48:583-587

Ward, P.S. (2007), Phylogeny, classification, and species-level taxonomy of ants (Hymenoptera: Formicidae), Zootaxa, 1668: 549-563

Resurse în format electronic

http://www.nnrg.org/wp-content/uploads/2016/04/Ecological-Forestry-Gersonde.pdf

https://www.meteoblue.com/en/weather/forecast/modelclimate/45.937N25.473 E659_Europe%2FBucharest

http://m.espacepourlavie.ca/en/ecological-importance-ants

www.antmaps.org

https://www.antweb.org/

https://rdrr.io/cran/spatstat/man/markcorr.html