مقاله تخصصی تأثیر جهت گیری ورودی کندو بر فعالیت کلنی زنبور عسل

خلاصه تحقیق تأثیر جهت گیری ورودی کندو بر فعالیت کلنی زنبور عسل !
در تلاشی برای تعیین اثرات جهت ورودی کندو بر فعالیت کلنی زنبور عسل و دما، کندوها در جهت‌های اصلی مختلف (3 تا 5 کندو در هر جهت) قرار گرفتند. وزن کندو هر 5 دقیقه و دما هر 30 دقیقه از آوریل 2019 تا ژوئن 2020 ثبت شد. داده های وزن روزانه با استفاده از رگرسیون قطعه ای تجزیه و تحلیل شد.

در جنوب آریزونا از دسامبر تا مارس، کندوهای رو به شرق فعالیت پرواز روزانه خود را 50 دقیقه زودتر از کندوهای رو به غرب آغاز کردند و فعالیت پرواز خود را 57 دقیقه زودتر از کندوهای رو به جنوب به پایان رساندند. در آن دوره کندوهای رو به شرق کمترین کاهش وزن روزانه کندو را داشتند، 62 گرم در روز در مقایسه با 100 گرم در روز برای کندوهای رو به شمال. کندوهای رو به شرق نیز به طور متوسط ​​حدود 7 درجه سانتیگراد خنک تر از کندوهای رو به غرب بودند، که نشان می دهد کاهش وزن کمتر کندو به دلیل مصرف کمتر غذا است که مستقیماً با دمای پایین خوشه کلنی مرتبط است.

از دسامبر تا مارس، کندوهای رو به شرق نیز کاهش وزن صبحگاهی قابل توجهی به دلیل خروج زنبورهای چراگر نسبت به کندوهای رو به شمال داشتند ، اما از آوریل تا ژوئن 2020 کاهش وزن بیشتری داشتند. بیشتر تاثیرات احتمالاً به دلیل محدودیت ساعات نور روز و دمای محیط پایین تر از دسامبر تا مارس مشاهده شد. هیچ تأثیر قابل‌توجهی با توجه به تعداد زنبورهای بالغ (قاب‌های زنبورهای عسل) یا نواحی سطح لاروهای سرپوش شده مشاهده نشد. ما توصیه می کنیم جهت گیری کندو در طراحی آزمایش های مزرعه ای که شامل نظارت بر فعالیت کلنی است در نظر گرفته شود.

استفاده از حسگرها برای نظارت بر رشد و فعالیت کلنی زنبور عسل در حال رایج شدن هست و اکنون سنسورهایی در دسترس هستند که به طور خاص برای کلنی‌های زنبور عسل طراحی شده‌ و تحمل شرایط بیرون را دارند و توان مصرفی کافی برای حفظ عملکرد برای مدت طولانی داشته و دقت کافی برای استنتاج در مورد رفتار کلنی دارند .

همانطور که این ابزارها برای تحقیقات زنبور عسل بیشتر مورد توجه قرار می گیرند، درک اینکه چگونه شرایط محیطی می تواند بر رفتار کلنی زنبور عسل تأثیر بگذارد، به منظور کنترل این اثرات در طرح های آزمایشی اهمیت فزاینده ای پیدا می کند. به عنوان محقق، ما علاقه مند بودیم که آیا یک عامل خاص، جهت گیری ورودی کندو (جهت ورودی کندو)، نقش مهمی در رفتار کلنی ایفا می کند یا خیر.

کتاب‌های مربوط به زنبورداری عمومی توصیه‌هایی در مورد بهترین راه برای جهت‌دهی کندوهای زنبور عسل ارائه کرده‌اند و توصیه می‌کنند که کندوها رو به سمت شرق باشند یا جنوب یا اینکه جهت گیری کندو هیچ نتیجه مهمی ندارد .با این حال مطالعات میدانی دستکاری کمی برای بررسی اثر جهت گیری ورودی کندو بر رفتار کلنی انجام شده است. شرایط دما و نور در ورودی کندو می‌تواند تحت‌تاثیر جهت‌گیری کندو قرار گیرد، و کلنی‌های زنبور عسل دارای چرخه‌های روزانه دما و سرعت متابولیکی هستند که توسط شرایط محیطی هدایت می‌شود.

در این مطالعه کندوهایی را با ورودی هایی رو به یکی از چهار جهت اصلی قرار دادیم و وزن و دمای داخلی کندو را طی 14 ماه کنترل کردیم. ما فرض کردیم که جهت ورودی کندو حداقل برای بخشی از سال با توجه به دوره‌های فعالیت روزانه کلنی مهم خواهد بود.

مواد و روش ها
در 1 آوریل 2019 بیست کلنی از زنبورهای بالغ (حداقل یک ساله) از زنبورستانی در شمال توسان ​​ایالات متحده انتخاب شدند ،زنبورستان توسط کهورهای بومی ( Prosopis spp )، کاکتوس ها به عنوان مثال  Opuntia spp ))، کرئوزوت ( Larrea tridentata ) و سایر گل های وحشی احاطه شده بود، و محل آزمایش در فاصله 500 متری مزارع پنبه، راپینی و یونجه قرار داشت.همه کلنی ها دارای ملکه بودند و هیچ نشانه ای از بیماری قابل مشاهده نبود. هر کندو حاوی حداقل 1 کیلوگرم زنبور عسل در 1 تا 2 جعبه چوبی لانگستروت رنگ شده با 10 قاب (ظرفیت 43.7 لیتر) با درب چوبی جدا شونده بودند.

کندوها بر روی ترازوهای الکترونیکی فولاد ضد زنگ (Tekfa مدل B-2418 و Avery Weigh-Tronix مدل BSAO1824-200) قرار گرفتند. (حداکثر ظرفیت: 100 کیلوگرم، دقت: ± 20 گرم) و به دیتالاگرهای 16 بیتی (دیتالاگر کانال خارجی Hobo UX120-006M، شرکت کامپیوتری Onset، Bourne، MA) با وزن ثبت شده در هر 5 دقیقه متصل می شود.

یک سنسور دما (iButton Thermochron، دقت ± 0.06 °C) محصور در کاست های جاسازی بافت پلاستیکی (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA) در زیر مرکز میله بالایی در قاب پنجم در جعبه پایین هر کندو منگنه شده و تنظیم شده است. برای ضبط هر 30 دقیقه کندوها به شکل مربع در اطراف یک جعبه مرکزی که حاوی باتری ها و تجهیزات الکترونیکی بود، چیده شده بودند. کندوهای موجود در چنین گروهی 0.5-1 اینچ و گروه ها بیش از 3 متر از هم فاصله داشتند.

قبل از شروع آزمایش، قاب های زنبورها Frames Of Bees (FOB)  به صورت بصری تخمین زده شد (دلاپلان و همکاران، Citation2013). کندوها به طور تصادفی به یک گروه درمانی اختصاص داده شدند که کندوها در یک گروه معین دارای ورودی به همان جهت اصلی (شمال، جنوب، شرق یا غرب) بودند. از آنجایی که انتظار می رود اندازه کلنی زنبور عسل بر داده ها بر وزن و دمای کندو تأثیر بگذارد، و به دلیل اینکه توزیع دسته ای از اندازه کلنی زنبورها ممکن است حتی در گروه های درمانی به طور تصادفی رخ دهد (Hurlbert, Citation1984) برای تنظیم جهت ورودی کندو به جهت جدید، کندوها به آرامی جابجا شدند و در یک دوره 2 تا 10 روزه، بسته به اینکه کندو باید چقدر جابجا شود، به آرامی در موقعیت خود چرخانده شد و همچنین مراقبت شد تا جابجایی کندوها به نحوی انجام شود تا چراگرهای بازگشتی سردرگم نشود.

کندوها در 21 ژوئن، 18 جولای، 14 آگوست، 12 سپتامبر و 10 اکتبر 2019 و در 27 فوریه و 19 ژوئن 2020 بازرسی شدند. در طی هر بازرسی، FOB به صورت بصری تخمین زده شد، از تمام قاب های حاوی لاروهای مهر و موم شده عکسبرداری شد، و وضعیت ملکه کندو مشخص شد. و ملکه های از بین رفته جایگزین شدند. همه ملکه ها به جز دو ملکه حداقل یک بار بین آوریل و دسامبر 2019 تعویض شدند.

مساحت لاروهای مهر و موم شده در هر قاب از روی عکس ها با استفاده از نرم افزار ImageJ نسخه 1.47 (W. Rasband، مؤسسه ملی بهداشت، ایالات متحده آمریکا) یا CombCount (Colin et al., Citation2018) برآورد شد. در طول دوره آزمایش تعداد کندوها در هر گروه درمانی با مرگ کندوها تغییر کرد و جایگزین شد، و هر گروه حداقل سه کندو را بصورت ثابت در طول آزمایش داشت.کندوهای جایگزین دارای ملکه بودند و حداقل چهار قاب زنبور عسل و حداقل دو قاب بچه درپوش داشتند.

تحلیل آماری
داده های وزن پیوسته کندو با توجه به میانگین وزن روزانه و تغییرات درون روز پس از درمان در نظر گرفته شد.تغییرات وزن در روز با استفاده از تابع (segmented) در R (تیم هسته توسعه R) مدل‌سازی شد. Citation2020 برای برازش یک خط رگرسیون تکه‌ای با چهار نقطه شکست.

رگرسیون های تکه ای با داده ها مطابقت داشتند که تخمین هایی را برای 10 پارامتر به دست آورد: چهار مقدار نقطه شکست، پنج مقدار شیب و r2 تنظیم شده. یک MANOVA اندازه گیری مکرر بر روی این مقادیر پارامتر روزانه مورد علاقه به دست آمده از داده های وزن کندو انجام شد:
•  نقطه استراحت صبحگاهی (شروع فعالیت روزانه کندو)؛
•  نقطه استراحت عصر (پایان فعالیت روزانه کندو)؛
•  تخمین توده علوفه صبحگاهی؛
•  تغییر وزن روزانه کندو (نیمه شب تا نیمه شب).

برای تخمین گروه زنبورهای چراگر صبحگاهی، از سه پارامتر از رگرسیون تکه ای استفاده شد:
1 »  شیب بخش از نیمه شب تا سپیده دم، SN (تغییر وزن کندو به دلیل از دست دادن رطوبت در شب).
2 » نقطه شکست سپیده دم tD (شروع فعالیت علوفه جویی روزانه).
3 » شیب بخش 1 بعد از طلوع فجر،

SM (میزان تغییر وزن کندو صبحگاهی). گروه زنبورهای چراگر صبحگاهی پس از کسر تغییر وزن ناشی از کاهش رطوبت به این صورت محاسبه شد:

ΔF = SM(tD 1– tD) – SN(tD 1– tD)

(1) با ΔF تغییر وزن کندو به دلیل خروج علوفه، و t D 1 زمان نقطه شکست پس از نقطه شکست طلوع tD است . اگر اولین نقطه شکست قبل از ساعت 4 صبح رخ دهد، از نقطه شکست دوم به عنوان حرکت جوینده صبحگاهی استفاده می شود (بدون هیچ محدودیتی در تخمین دوم) و شیب بخش سوم، به جای 2، به عنوان نرخ کاهش وزن استفاده می شود. به دلیل خروج چراگرها به همین ترتیب، اگر نقطه شکست چهارم بعد از ساعت 8 بعد از ظهر اتفاق بیفتد، سومین نقطه استراحت به عنوان بازگشت علوفه گیر عصر در نظر گرفته می شود (بدون هیچ محدودیتی برای تخمین دوم).

داده های وزن کندو برای چند روز به دلیل بارش، دستکاری کندو یا نقص در تجهیزات حذف شد. FOB و ناحیه مولد مهر و موم شده از بازرسی کندو به عنوان متغیرهای پاسخ در MANOVA با اندازه گیری های مکرر با استفاده از Proc Glimmix (SAS Institute Inc, Citation 2013 ) در تمام تاریخ های بازرسی با جهت کندو، تاریخ بازرسی و تعامل آنها به عنوان اثرات ثابت، تعداد کندو به عنوان یک مورد استفاده شد. اثر تصادفی، و یک مدل واریانس خودرگرسیون (ar(1) یا arma(1،1)). سطح معنی داری 05/0< α در نظر گرفته شد. نتایج با استفاده از تابع geom_boxplot () در R (تیم هسته توسعه R، نمودار شد، نقل قول 2020 ).

داده‌های روزانه مستمر، از جمله نقاط استراحت صبح و عصر و تخمین‌های جمعیت علوفه‌جو از رگرسیون تکه‌ای داده‌های وزن، و تغییر وزن روزانه کندو و میانگین دمای روزانه، ابتدا در چهار دوره تقریباً 3 ماهه هر کدام (آوریل تا ژوئن 2019، جولای تا سپتامبر 2019، دسامبر 2019 تا مارس 2020 و آوریل تا ژوئن 2020) برای سازگاری با تغییرات فصلی در الگوهای نور محیط و دما در طول سال ثبت و بررسی شد.

در هر دوره این مقادیر به عنوان متغیرهای پاسخ در MANOVA با اندازه گیری مکرر با جهت کندو، روز نمونه و تعامل آنها به عنوان اثرات ثابت، تعداد کندو به عنوان یک اثر تصادفی، و یک مدل واریانس خودرگرسیون استفاده شد. برای جمعیت چراگر، تغییر وزن روزانه کندو و میانگین دمای روزانه تخمین زده شده FOB از مربوط‌ترین تاریخ بازرسی کندو به عنوان متغیر کمکی برای کنترل تفاوت‌های از قبل موجود استفاده شد.تمام متغیرهای پاسخ برای بررسی نرمال بودن داده ها استفاده شد.تجزیه و تحلیل داده‌ها محدود به روزهایی بود که داده‌های معتبری برای حداقل یک کندو در هر گروه درمانی داشتند.

نتایج
شکل 1 نشان می دهد که به نظر نمی رسد جهت کندو بر جمعیت زنبورهای بالغ یا مولدین تأثیر بگذارد. این نتیجه همچنین تأیید کرد که گروه‌های تیمار با توجه به اندازه کلنی دسته‌بندی نشده‌اند، بنابراین هرگونه تفاوت معنی‌دار مشاهده‌شده با توجه به متغیرهای روزانه، مانند فعالیت علوفه‌گیر و تغییر وزن روزانه کندو، احتمالاً به دلیل اندازه جمعیت کلنی نیست. نتایج MANOVA برای متغیرهای پاسخ روزانه (نقاط استراحت صبح و عصر، تغییر وزن روزانه کندو، جرم تخمینی علوفه و دمای متوسط ​​کندو) نشان داده شده است.در دسامبر 2019 تا مارس 2020 همه متغیرهای پاسخ، تأثیرات معنی‌داری از جهت گیری کندو را نشان دادند و حداقل یک متغیر پاسخ در هر یک از سه دوره دیگر تأثیر معنی‌داری را نشان داد.

شکل 1. مساحت سطح نوزادان مهر و موم شده از ژوئن تا اکتبر 2019. (الف) مساحت سطح نوزادان مهر و موم شده. (ب) قاب زنبورها (تخمین دیداری). جعبه ها به صورت 1.58 * IQR /n تعریف می شوند 0 .5 ، که در آن IQR محدوده بین چارکی وn  تعداد نقاط داده است. نقاط سیاه نشان دهنده نقاط پرت است. در دسامبر 2019 تا مارس 2020 همه متغیرهای پاسخ، تأثیرات معنی‌داری از جهت گیری کندو را نشان دادند و حداقل یک متغیر پاسخ در هر یک از سه دوره دیگر تأثیر معنی‌داری را نشان داد.

شکل 1. مساحت سطح نوزادان مهر و موم شده از ژوئن تا اکتبر 2019. (الف) مساحت سطح نوزادان مهر و موم شده. (ب) قاب زنبورها (تخمین دیداری)
 

جدول 1. نتایج MANOVA اندازه گیری های مکرر برای جهت کندو عامل ثابت.

حداقل مربع ها به معنای (خروجی GLIMMIX) برای همه متغیرهای پاسخ روزانه با دوره زمانی نشان داده شده است (جدول 2). تضادهای بررسی های ارسالی نشان داد که برای دسامبر تا مارس 2019 کندوهای رو به شرق فعالیت پرواز روزانه خود را 50 دقیقه زودتر از کندوهای رو به غرب (شکل 2) شروع کردند و فعالیت پروازی خود را 57 دقیقه زودتر از کندوهای رو به جنوب به پایان رساندند.کندوهای رو به شرق نیز دارای جمعیت علوفه گیر اولیه 27 درصد کوچکتر و کاهش وزن روزانه کندو 40 درصد کمتر از کندوهای رو به شمال بودند.کندوهای رو به شرق در همان دوره زمانی متوسط دمای کندوها 7 درجه سانتیگراد کمتر از کندوهای رو به غرب بودند.

جدول 2. حداقل مربع ها به معنای ± se برای پاسخ همه متغیرهای است.

آوریل تا ژوئن تنها دوره زمانی بود که در این مطالعه تکرار شد، و اثرات جهت گیری کندو بین مجموعه داده های 2019 و مجموعه داده های 2020 سازگار نبود. در دوره زمانی آوریل تا ژوئن 2020، کندوهای رو به شرق به طور قابل توجهی نقاط شکست صبحگاهی زودتر داشتند، حدود 24 دقیقه، نسبت به کندوهای رو به غرب، اما این تفاوت در آوریل تا ژوئن 2019 مشاهده نشد.

در دوره دسامبر 2019 تا مارس 2020، توده چراگرها برای کندوهای رو به شرق به طور قابل توجهی کمتر از کندوهای رو به شمال بود، اما از آوریل تا ژوئن 2020 به طور قابل توجهی بیشتر بود، و هیچ تاثیری بر توده چراگرها در آوریل تا ژوئن 2019 مشاهده نشد.

بحث
جهت گیری ورودی کندو به ندرت در توصیف طرح های آزمایشی مربوط به کلنی های زنبور عسل ذکر شده است و به ندرت به عنوان یک عامل مؤثر بر رفتار کلنی زنبور عسل در نظر گرفته شده است. با این حال، این نتایج نشان می‌دهد که ممکن است واقعاً عاملی باشد که بر رفتار کلنی به ‌ویژه در زمان‌هایی از سال که هم نور و هم دما فعالیت پرواز را محدود می‌کنند و کندوها کاملاً در معرض نور خورشید هستند ، تأثیر بگذارد.

میکل و همکاران ( Citation 2019 ) دریافتند که جهت گیری کندو و گروه درمان به طور ناخواسته در یک آزمایش مزرعه ای خاص ممکن است نتایج متفاوتی را به همراه داشته باشد و با تفسیر برخی از نتایج تداخل داشت. البته، بسته به طرح آزمایشی و محیط محلی، ورودی‌های کندو ممکن است همه به یک جهت باشند، یا ممکن است در زیر یک پناهگاه یا توسط درختان انبوه محافظت شوند تا طلوع، غروب خورشید و نوسانات دما تأثیر کمی داشته باشند یا اصلاً تأثیری نداشته باشند.

نقاط شکست صبح و عصر، که نشان دهنده شروع و پایان دوره های فعالیت روزانه برای کلنی های زنبور عسل است، و شاید واضح ترین اثر جهت گیری ورودی کندو را نشان دهد. در دسامبر تا مارس 2019 کندوهایی که رو به شرق بودند، به طور قابل توجهی نقاط شکست صبح و عصر را زودتر از کندوهای رو به غرب بودند از خود نشان دادند.

ساده ترین توضیح این است که نور زودتر در ورودی کندوهای رو به شرق در صبح، به ویژه در مقایسه با کندوهای رو به غرب، و البته نور دیرتر در ورودی کندوهای رو به غرب در هنگام عصر نسبت به شرق تاثیرگذار است. این نتیجه تا حدی اعتبار رویکرد مورد استفاده در اینجا را تایید می کند. همین الگو با توجه به نقطه استراحت صبح در دوره زمانی بعدی مشاهده شد، اما این تفاوت از 50 دقیقه در دسامبر 2019 تا مارس کاهش یافت.

در صورتی که رقابت برای منابع بین کندوها وجود داشته باشد، این تفاوت در شروع و پایان دوره فعالیت روزانه ممکن است مهم باشد، ، یا مثلاً اگر یک تیم تحقیقاتی قرار باشد همزمان اندازه گیری فعالیت پرواز را در میان کندوهایی که رو به جهات مختلف هستند انجام دهد. در بخش‌های گرم‌تر سال، با سپیده‌دم زودتر و غروب‌های دیرتر، دوره‌های فعالیت مستعمره‌ها ظاهراً کمتر با نور خورشید و دمای محیط مرتبط بود.

کندوهای رو به شرق نیز 40 درصد کاهش وزن روزانه کندو کمتری نسبت به کندوهای رو به شمال در طول دوره زمستان داشتند. منابع اصلی کاهش وزن کندو عبارتند از (1) تلفات زنبورهای بالغ. (2) مصرف فروشگاه های مواد غذایی. و (3) از دست دادن رطوبت از متابولیسم زنبور عسل و از خشک شدن شهد.

ارزیابی جمعیت زنبورهای بالغ قبل و بعد از زمستان هیچ تفاوتی را بین گروه‌های کندو نشان نداد و در طول زمستان شهد کمی برای خشک کردن وجود دارد یا اصلاً وجود ندارد، بنابراین تفاوت در کاهش وزن کندو احتمالاً به دلیل تفاوت در مصرف غذا بین گروه‌ها است. .

یکی از فعالیت های اصلی زنبورهای بالغ، که بیشتر غذا را در یک کلنی در زمستان مصرف می کنند، تنظیم حرارت است و کندوهای رو به شرق نیز پایین ترین دمای خوشه ای را در بین هر گروهی حفظ کردند (به طور قابل توجهی کمتر از کندوهای رو به غرب). در حالی که دمای کندو نیز با مقدار زنبورهای بالغ و نوزادان مرتبط است

در این مورد، جمعیت زنبورها بین گروه‌ها تفاوتی نداشت، اما مصرف مواد غذایی نشان دهنده کاهش سرمایه‌گذاری انرژی در تنظیم حرارتی بود. اینکه چرا کندوهای رو به شرق دمای پایین تری داشتند، مشخص نیست.کندوهای رو به شرق نیز در همان دوره زمانی دارای جمعیت چراگر کمتر و میانگین دمای کندو نیز کمتر از کندوهای رو به غرب بودند.

جمعیت های اولیه چراگرهای کوچکتر ممکن است به طور کلی به معنای تلاش کمتر برای جستجوی شهد نباشد. تلاش برای جستجوی غذا بعداً در صبح در کندوهای رو به شرق ممکن است تفاوت را ایجاد کرده باشد، و با وجود کمی یا بدون شهد در دسترس، تحریک خارجی کمی در مورد تلاش برای جستجوی غذا وجود داشت. با این حال در مکان‌هایی با الگوهای مختلف در دسترس بودن شهد، این تفاوت در جمعیت جستجوی اولیه ممکن است به تفاوت‌هایی در موفقیت جستجوی شهد تبدیل شود.

پیامدهای زنبورداری روشن نیست، اگرچه فعالیت کلنی تحت تأثیر جهت گیری کندو قرار گرفت، اما جمعیت زنبورهای بالغ و مقدار نوزادان تحت تأثیر قرار نگرفتند. کاهش وزن روزانه کندو و تخمین جمعیت چراگر صبحگاهی در طول زمستان برای کندوهای رو به شمال به طور قابل توجهی بیشتر از کندوهای رو به شرق بود. این آزمایش در جنوب آریزونا انجام شد، جایی که نور خورشید در بیشتر طول سال می تواند شدید باشد. دما می تواند از 5- تا 45 درجه سانتی گراد متغیر باشد و حتی در ماه های زمستان، بیشتر روزها برای انجام برخی فعالیت های پروازی به اندازه کافی گرم خواهند بود. در چنین محیطی جهت گیری کندو ممکن است تأثیر بیشتری بر رفتار کلنی زنبور عسل نسبت به سایر مکان ها داشته باشد. در عرض های جغرافیایی شمالی تر، این اثرات جهت گیری کندو ممکن است در اواخر بهار یا زودتر در پاییز قابل انتظار باشد.

نویسندگان : William G. Meikle ,  ORCID Icon , Milagra Weiss , ORCID Icon & Eli Beren