Тепловий режим і енергетика бджолиних сімей

бджолиТепловий режим бджолиних сімей цікавить бджолярів з часів переходу до стаціонарного бджільництва і аж до сьогоднішнього дня. Родоначальником досліджень температурного режиму сімей по праву вважається R.A.F.Reamur (1734). Використовуючи винайдений ним термометр, вчений спостерігав в зимовому клубі бджіл температуру 12 ... 19oС.

Однак перші ж дослідники зіткнулися з великим розкидом отриманих даних в гнізді як влітку, так і взимку. Вони відзначали показник температури від 10 ... 12 до 35oЗ і більше. І лише до кінця XIX століття стало цілком очевидно, що температура зимового і літнього гнізда неоднорідна як в часі, так і за обсягом.

З впровадженням в практику вимірювань термопар та інших малогабаритних датчиків з`явилася можливість проводити безперервні спостереження за показниками температури в багатьох точках гнізда. E.F.Phillips і G.S.Demuth (1914), використовуючи 19 датчиків, встановили, що як тільки температура досягне 13,9oЗ - утворюється клуб. Якщо зовнішня температура продовжує знижуватися, клуб стає все більш і більш стислим, а при потеплінні розпадається.

Надалі вивчати температурний режим сімей почали вітчизняні та зарубіжні дослідники (A.Budel, 1949 Т.С.Жданова, 1963- С.D.Owens, 1971). Вони встановили, що температурне поле сім`ї неоднорідне, побудовані ними ізотерми показують наявність порівняно невеликій області з температурою 30oЗ і більше. У напрямку до поверхні вона поступово знижується приблизно до 10oС, а за межами клубу завжди близька до температури зовнішнього повітря.

Відео: 7 секретів жіночого здоров`я. Сатья дас. Ярославль 15.12.2014

Поряд з топографією температурного поля великий інтерес представляє механізм, за допомогою якого сім`ї забезпечують гомеостаз свого гнізда. На думку E.F.Phillips і G.S.Demuth (1914), клуб представляє собою агрегацію у вигляді кулі, покритого зовні щільним шаром бджіл, що утворюють шкаралупу. Як вважали дослідники, вона запобігає втраті тепла, виробленого в центральній частині, де бджоли знаходяться в активному стані.

Ця гіпотеза була прийнята пчеловодной громадськістю, увійшла в підручники і має загальне поширення. Відповідно до неї основним механізмом регулювання температурного режиму зимового клубу вважається розширення-стиснення. При ущільненні зменшується його пористість, що мінімізує конвективні потоки в ньому, а скорочення зовнішньої поверхні зменшує розсіювання тепла в навколишнє середовище (C.L.Corkins, 1932- P.Lavie, 1954- і ін.).

Відео: Тепловий режим на території СРСР. 0 - 05 мін.1971г.Школфільм

Однак, як показали О.С.Львов (1967), V.Hallund (1956), В.С.Коптев (1979), в сім`ях середньої сили при -5oЗ бджоли всередині клубу займають майже весь вільний простір і їх стиснення стає практично неможливим. Здатність трудівниць вулика розрізняти різницю температур в 0,25oЗ продемонстрована H.Heran (1952), але механізми на рівні сім`ї, які інтегрують поведінку окремих індивідуумів, досі незрозумілі.

Гіпотези, що намагаються пояснити механізм терморегуляції, M.L.Winston (1987) поділяє на дві групи: концепція «суперорганізму» і концепція «окремої бджоли». Відповідно до першої гіпотезою бджоли підпорядковують свої дії реакції сім`ї в цілому, але немає єдиної думки, хто її виробляє. За E.F.Phillips, ця роль відводиться матці і розплоду. Однак неспроможність таких уявлень цілком очевидна. Температурний режим стійко підтримується як в безрасплодних, так і в безматочних сім`ях.

R.F.A.Moritz, E.E.Southwick (1992) описують досвід, коли в штучних експериментальних умовах невелика кількість розплоду розташовувалося в одному секторі стільника, де збиралися бджоли, а їжа перебувала на деякій відстані. Особин було недостатньо, щоб одночасно забезпечити обидві зони. При низькій температурі бджоли були змушені вибирати між кормом і розплодом. Вони незмінно переходили в зону, де розташовувалася їжа, і допускали застигання розплоду. Так само бджоли надходили, коли слід було робити вибір між зафіксованою на соте маткою і кормом. В умовах стресу, що є наслідком низької температури, трудівниці вулика просувалися до меду. Автори прийшли до висновку, що матка не контролює поведінку бджіл, пов`язане з обігрівом гнізда, а лише слід за клубом і просувається до обігрівається ядру. Бджоли клубу не йдуть за маткою, дозволяючи їй, однак, розташовуватися в центрі. Піддаючи сім`ю теплою чи холодною камери, дії феромонів або звуків іншої сім`ї, яка перебуває в камері з протилежними умовами, зміни терморегуляції також не були помічені.

Відповідно до концепції «окремої бджоли» кожна особина діє у власних інтересах, підтримуючи температуру свого тіла на оптимальному рівні, а терморегуляція на рівні сім`ї є просто вигідним ефектом суми поводжень індивідуумів. Цей же принцип, по суті, підтримує і М.Ліндауер (1960), констатуючи, що кожна особина поводиться згідно з тими локальними умовами гнізда, в яких вона опинилася.

Нами запропонована версія регулювання мікроклімату в гнізді, заснована на теплофізики процесів, що відбуваються. Відповідно до неї сім`я в цілому і зимовий клуб зокрема являють собою обмежений обсяг, всередині якого діють джерела метаболічного тепла, що виділяється особинами. Потужність кожного з них невелика і може залежати від температури і місця, в якому він знаходиться.

Відповідно до закону Фур`є температурне поле такого обсягу формується в результаті балансу всіх виділень тепла і його втрат в зовнішнє середовище і виражається рівнянням



Це рівняння має бути доповнене граничними умовами - температурою теплоотдающей поверхні або інтенсивністю її теплообміну з зовнішнім середовищем.

Якщо клуб представити у вигляді кулі і за умову однозначності прийняти температуру його поверхні, то з рядом спрощують передумов температуру в його центрі можна виразити формулою (Г.Карслоу і Д.Егер, 1964)

Відео: Автономний ЕкоДім в теплиці. Досвід шведської сім`ї зі Стокгольма. (російський переклад)

З цієї формули випливає, що температура у напрямку до центру завжди зростає сама собою і бджолам для створення зазвичай спостерігається в клубі температурного поля немає необхідності вдаватися до будь-яких поведінкових дій. Досить зібратися разом, щоб механізм їх обігріву заробив сам собою. У сформованому клубі, як і в звичайному гнізді, кожна особина поводиться відповідно до локальних умов, які її оточують (М.Ліндауер, 1960). При температурі нижче 20oЗ вони нерухомі, а зону з показниками нижче 13oЗ залишають. Ідуть і із зони з температурою вище 36oС. Тому температура зовнішньої поверхні клубу підтримується на рівні 13oС. З формули (2) також випливає, що температурний режим клубу визначається не тільки його обсягом (у формулі через R2), Але і теплопровідністю шару бджіл λ і інтенсивністю їх тепловиділення qв.

Для визначення енергетичних витрат сім`ї нами розроблений і протягом декількох років застосовується спеціальний градієнтний вулик-калориметр (ж-л «Бджільництво №4, 2007), що дозволяє з високою точністю реєструвати виділяється теплову енергію в умовах, наближених до нормальної життєдіяльності. Ми вивчили енергетичні витрати основних порід бджіл, поширених на території Російської Федерації, протягом річного циклу. Так, заселена в вулик-калориметр сім`я середньо породи дві зими (2002/03 і 2003/04 рр.) Перебувала на відкритій веранді під навісом. Вулик-калориметр обладнали датчиками, що дозволяють визначати температуру і вологість всередині і зовні, для захисту від вітру і механічних пошкоджень його накрили дерев`яним кожухом. Сигнали від датчиків по кабелю надходили в лабораторію, де їх вимірювали і фіксували.

Датчиком температури служили стандартні мідні термометри в вулику з опором 100 Ом, на вулиці - 53 Ом. Датчик вологості у вулику - резистивний, що приводиться в дію від вологочутливість мембрани. В якості вторинного використовували комбінований прилад УППІП-60М, що дозволяє вимірювати як електрорушійну силу (ЕРС), що розвивається батареєю термопар калориметр, так і опір термометрів. Сигнали від датчика вологості фіксували за допомогою неравновесного моста. Вологість зовнішнього повітря визначали аспіраційних психрометром, за допомогою якого був протарірован датчик вологості у вулику.

Щодня вранці і ввечері протягом усього періоду спостережень вимірювали рівень термогенеза, температури і вологості в вулику над гніздом, а також температури і вологості зовнішнього повітря. Вимірювання термогенеза сім`ї і температури зовнішнього повітря в міру необхідності доповнювали безперервної записом за допомогою автоматичного потенціометра КСП-2.

Динаміка тепловиділень сім`ї і температури зовнішнього середовища в осінньо-зимовий період 2002/03 р зображена на малюнку 1. Температура зовнішнього середовища в цей період змінювалася в широкому інтервалі. На початку зимівлі вона піднімалася до 8 ... 11oЗ, термогенез родини становив 3-4 Вт-в кінці грудня - опускалася до -25oС, в нічні години - до -35oЗ, термогенез зріс до 33,6 Вт.

Якщо на початку через невисокий тепловиділення бджіл температура над гніздом становила 9 ... 12oС, то в зв`язку з викликаним похолоданням зростанням термогенеза вона зросла до 18 ... 20oЗ (рис. 2). Відносна вологість повітря протягом зимівлі становила 60-95%.

При аналізі джерел літератури складається думка, згідно з яким бджоли при зниженні зовнішньої температури стискають клуб, а при підвищенні - розширюють, зберігаючи постійність теплоутворення сім`ї. Однак це не відповідає дійсності. Отримані нами величини термогенеза сім`ї зіставили з температурою зовнішнього повітря (рис. 3). Зі зниженням зовнішньої температури, незважаючи на освіту клубу, термогенез родини і, як наслідок, споживання корму зростають. Це, втім, характерно не тільки для середньо, але і для бджіл інших порід (рис. 4).

Нам вдалося простежити за динамікою термогенеза сім`ї не тільки під час зимівлі, умовно відлічуваної з 1 листопада, але і в попередній їй період, починаючи з моменту виходу останнього розплоду. Результати показали, що залежність рівня термогенеза сім`ї від температури має виражений мінімум, відповідний температурі 12,3oЗ (рис. 5). З цієї точки крива монотонно зростає і інших мінімумів, в тому числі в діапазоні рекомендованих для зимівників -2 ... + 4oС, не має.

Здавалося б, якщо при 12,3oЗ термогенез і обмін речовин у бджіл мінімальні, то цю температуру і слід підтримувати в приміщеннях для зимівлі. Однак практика таку передумову відкидає. при 12oЗ бджоли часто вилітають для звільнення кишечника від калових мас, в зимівнику вони цього зробити не можуть, хвилюються і піднімають температуру.

Наші спостереження дозволяють зробити наступні висновки.

1. Після припинення медозбору і виходу останнього розплоду зі зниженням зовнішньої температури термогенез сімей середньо породи поступово скорочується, при 12 ... 10oЗ досягаючи мінімального рівня ~ 5 (6) Вт. При подальшому зниженні температури він неухильно зростає до 30 Вт при -30oС.

2. Мінімальний рівень термогенеза є одним з критеріїв благополучної зимівлі лише при розміщенні на волі в регіонах з позитивною зимовою температурою. При зимівлі в приміщеннях температуру, відповідну мінімального термогенезу, не можна приймати за оптимальну.

3. Слід погодитися з авторами, рекомендується зимівлю в приміщеннях з умовами, що відповідають температурі остаточного освіти клубу, а саме: при утриманні середніх сімей - близько 0oЗ, сильних - 0 ... -2oС. При низькій температурі клуб бджіл більш стійкий, однак термогенез, а значить і витрата кормів зростають.

4. Існують три чітко виражених рівня термогенеза сімей: з третьої декади квітня по першу декаду серпня-з третьої декади квітня і з другої декади серпня до початку вересня-з початку вересня до початку зимівлі.

5. В осінній період зі зниженням зовнішньої температури до 10oЗ термогенез родини падає, а при подальшому його зниженні знову зростає, і сім`я переходить в режим зимівлі.

В.І.ЛЕБЕДЕВ,
зам. директора ДНУ «НДІ бджільництва
Россельхозакадеміі »,
доктор сільськогосподарських наук, професор

А.І.КАСЬЯНОВ,
зав. сектором інформації
і науково-технічного забезпечення,
кандидат сільськогосподарських наук

анотація:
Дана інтерпретація процесів регулювання мікроклімату в бджолиної сім`ї, розроблений і випробуваний вулик-калориметр, за допомогою якого визначені енергетичні витрати родини протягом цілорічного циклу її життєдіяльності.

Ключові слова:
термогенез, зимівля, вулик-калориметр.

ЛІТЕРАТУРА:
1. Жданова Т.С. Температурний режим бджолиного гнізда і його зміни протягом року: автореф. дисс ... канд. біол. наук. - Казань, 1963.
2. Коптєв В.Г. Розведення й утримання бджіл в Сибіру. - Новосибірськ: Західно-Сибірське кн. вид-во, 1979.
3. Львів О.С. Напередодні зимівлі // Бджільництво. - 1967. - №10.
4. Moritz R.F.A., Southwick E.E. Bees as Superorganisms, аn Evolutionary Reality. - Berlin: Springer-Verlag, 1992.
5. Owens C.D. The Termology of Wintering Honey Bee Colonies // U.S. Dep. Agr. - №1429. - одна тисячі дев`ятсот сімдесят одна.
6. Winston M.L. The Biology of the Honey Bee. - London: Harvard University Press, Cambridge, Massachussets, 1987.

Поділися в соц мережах:


Увага, тільки СЬОГОДНІ!
Схожі
» » Тепловий режим і енергетика бджолиних сімей