Изменения сроков сезонных явлений у древесных видов в г. Томске за последние полвека Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 630*181.8+635.054

ИЗМЕНЕНИЯ СРОКОВ СЕЗОННЫХ ЯВЛЕНИЙ У ДРЕВЕСНЫХ ВИДОВ В Г. ТОМСКЕ ЗА ПОСЛЕДНИЕ ПОЛВЕКА

Светлана Александровна Николаева

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, 634055, Россия, г. Томск, пр. Академический, 10/3, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории динамики и устойчивости экосистем, тел. (3822)49-27-43, e-mail: sanikol1@rambler.ru

Валентин Григорьевич Рудский

Институт повышения квалификации работников образования, 634034, Россия, г. Томск, ул. Пирогова, 10, председатель фенологической комиссии Русского географического общества, тел. (3822)49-12-08, e-mail: ritm@mail.tomsknet.ru

Проведен анализ данных наблюдений за фенологическими явлениями вегетационного сезона древесных видов растений в г. Томске, расположенном на юго-востоке ЗападноСибирской равнины. Установлено, что даты начала фенологических явлений у древесных видов (березы бородавчатой, черемухи обыкновенной, рябины обыкновенной, калины обыкновенной, шиповников коричного и иглистого, липы мелколистной) сдвинулись на более ранние сроки, а окончания - на более поздние, увеличился период их вегетации.

Ключевые слова: фенология, климат, городские насаждения, Томск.

SEASONAL DATE CHANGES IN TREES AND SHRUBS IN TOMSK FOR THE LAST 50 YEARS

Svetlana A. Nikolaeva

Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS, 634055, Russia, Tomsk, 10/3 Academichesky prospekt, Ph. D., senior research scientists, laboratory of ecosystems dynamics and sustainability, tel. (3822)49-27-43, e-mail: sanikol1@rambler.ru

Valentin G. Rudsky

Institute for Teacher Retraining, 634034, Russia, Tomsk, 10 Pirogova str., chairman of phenological commission of Russian Geographical Society, tel. (3822)49-12-08, e-mail: ritm@mail.tomsknet.ru

The dates of the phonological phenomena for the vegetation period in trees and shrub species in Tomsk located in southeastern West Siberian Plain, Russia were analyzed. The beginning dates of the phenological phenomena in trees and shrubs (Betulapendula, Padus avium, Sorbus sibirica, Viburnum opulus, Rosa acicularis, R. majalis, and Tilia cordata) became earlier and the end dates did later. The vegetation period became longer.

Key words: phenology, climate, city forests, Tomsk.

Фенологические индикаторы, т.е. легко и точно регистрируемые сезонные явления природы, указывают на наступление или приближение практически важных, но трудно фиксируемых моментов годичного цикла природы. Они используются в отраслях народного хозяйства (сельское, лесное, охотничье,

охрана природы), ведущих свою деятельность под открытым небом для научно обоснованного прогнозирования оптимальных сроков работ и мероприятий [6]. Повышенный интерес к фенологии растений в последние десятилетия связан

с исследованиями в области глобальных изменений климата. Анализ трендов в периодических событиях растительного мира может выступать и как биоиндикатор климатических изменений, и как количественный показатель воздействия потепления на биосистемы [4].

Наша работа посвящена выявлению изменений сроков наступления фенологических явлений у древесных растений в г. Томске за последние полвека.

Томск находится на юго-востоке Западно-Сибирской равнины на стыке южной тайги и подтайги. Фенологические наблюдения на территории г. Томска и его окрестностей проводятся с конца XIX в. по настоящее время [2]. Для данной работы использовались непрерывные ряды (1969-2013 гг.) наблюдений за аборигенными древесными растениями в жилой части застройки Академгородка, расположенном в восточной части города, и данные метеостанции Томск. Рассмотрено начало сокодвижения и облиствления, появление первых желтых деревьев и окончание листопада у березы бородавчатой, и начало цветения древесных видов (ивы козьей, черемухи обыкновенной, рябины обыкновенной, калины обыкновенной, шиповников майского и иглистого, липы мелколистной). Кроме того, нами рассчитана продолжительность двух периодов: между (1) началом сокодвижения и окончанием листопада и (2) началом облиствления и появлением первых желтых крон у деревьев березы. Первый период характеризует границы вегетации большинства древесных и травянистых растений умеренных широт, второй - границы их активной вегетации, когда большинство растений фотосинтезирует и возможно накопление органического вещества.

Непрерывные метеорологические ряды наблюдений в г. Томске имеются с 90-х годов XIX в. Среднегодовая температура воздуха составляет минус 0,6°С, июля - 18,1°С, января - минус 19,2°С. Годовое количество осадков - 517 мм, большая часть которых выпадает в теплую половину года.

Среднесуточные температуры воздуха переходят через 0° в начале апреля, через 5° - в начале мая. Устойчивый снежный покров устанавливается 30-31 октября, разрушается 18-22 апреля [1 и др.]. С 1970-х гг. наблюдается тенденция увеличения среднегодовых температур воздуха в основном за счет зимних температур, и с 1950-х гг. - увеличения годовых сумм осадков. Последовательно проходящие фенофазы определенных древесных видов являются индикаторами начала фенологических сезонов и субсезонов года [5]. Например, начало сокодвижения у березы диагностирует начало второго субсезона весны (голая весна, когда оживает вся природа), а окончание листопада

у березы - начало второго субсезона осени (предзимье). За 45 лет наблюдений субсезоны весны и раннего лета стали наступать раньше, а позднего лета и осени - практически не изменились или стали приходить позже (табл. 1).

Наибольшие изменения сроков наступления фенофаз отмечаются для начала сокодвижения березы и цветения деревьев и кустарников, наименьшие - для фенофаз, связанных с фотосинтетическим аппаратом древесных растений (облиствение, первые желтые кроны и конец листопада). Величина трендов сроков наступления фенофаз растений составила 2,5-4 дней/10 лет для первых и 0,3-1,3 дней для вторых (табл. 2). А в целом за 45 лет сроки фенофаз сдвинулись на 11-16 дней и 1,5-6 дней соответственно.

Таблица 1

Сроки начала сезонов и субсезонов в 1969-2013 гг.

Сезоны и субсезоны Даты начала по [5] Индикаторы периода Даты начала в

19691978 гг. 20042013 гг.

Весна

1. снеготаяние 24.03 начало интенсивного снеготаяния - -

2. голая весна 16.04 начало сокодвижения у березы 24.04 13.04

3. зеленая весна 16.05 начало облиствления березы 17.05 13.05

4. предлетье 21.05 зацветание черемухи 29.05 18.05

Лето

1. начало лета 13.06 зацветание шиповника 19.06 -

2. жаркое лето 07.07 созревание красной смородины - -

3.07 зацветание липы 13.07 2.05

3. спад лета 14.08 появление желтых прядей в кроне берез - 21.08

Осень

1. начало осени 10.09 первые полностью окрашенные кроны берез 11.09 11.09

2. золотая осень 20.09 полное окрашивание всех берез - -

3. предзимье 11.10 конец листопада 8.10 11.10

Границы периода вегетации растений и их активной вегетации определялись по четырем фенофазам у березы (табл. 1, рис. 1), которые наступают сопряжено с развитием травяного яруса в березово-сосновых ценозах [3]. Сроки ее первой фенофазы (начало сокодвижения) близки к срокам схода снега в поле (рис. 1, 1 и 1а). В это время в лесу появляются проростки трав. С наступлением второй фенофазы (начало облиствления, т.е. молодые листочки развернулись) травы переходят к интенсивному росту. С началом третьей фенофазы (первые полностью окрашенные кроны) покрытие и высота травяного яруса снижаются в 1,5-3 раза по сравнению с серединой лета, а к началу четвертой фенофазы (конец листопада) травяной покров практически полностью засыхает.

Продолжительность вегетации растений за 45 лет увеличилась на 19,6 дня (с 166 до 186, среднее - 176 дней), а активной вегетации - на 7,2 дня (с 116 до 123, среднее - около 120 дней). Их тренд составил +4,5 и +1,6 дня/10 лет соответственно. Ее увеличение происходило в основном за счет более раннего наступления весенних фенофаз. Полученная продолжительность активной вегетации (около 120 дней) растений близка к продолжительности безморозного периода (114 дней, размах - 89-139) на юге Томской области.

Для определения момента начала вегетации растений достаточно часто предлагается использовать метод накопленных положительных температур. Исследования [4] показали, что большие дисперсии средних значений накопленных температур не позволяют принять гипотезу о существовании констант тепла, определяющих момент начала вегетации древесных видов. Но сумма положительных среднесуточных температур на определенную дату может характеризовать погодную ситуацию сезона.

16.10 -

16.09-

о

к 17.03 ф

19.05 -

19.04-

20.03

гС

л' н

о о х л с; ф

I*

с; о гС

О

п.

200

150

100

о!

-1-1-Г"

■А:

1965

1975 1935

1995 2005

Рис. 1.

Динамика фенологических явлений у березы бородавчатой (А) и продолжительности вегетации растений (Б) в г. Томске.

Фенофазы

березы:

1 - начало сокодвижения, 2 -начало облиствления, 3 - первые желтые деревья, 4 - конец листопада.

Продолжитель ность периода: 5 -активной вегетации растений, 6 - всей вегетации.

Снег: 1а-сход

снега в поле

Для выявления возможных причин фенологических сдвигов были рассчитаны коэффициенты корреляции дат наступления фенофаз у растений с суммами положительных температур, накопленных к середине или концу месяца, которые являлись ближайшими к среднему сроку начала той или иной фенофазы (табл. 2). Получена тесная достоверная (при Р=0,999) связь этих явлений. Чем больше сумма накопленных положительных температур к моменту начала соответствующей фенофазы, тем раньше она начинается. Эта связь сохраняется вплоть до начала цветения липы, т.е. до начала субсезона жаркое лето. Но следует отметить, что тренд суммы положительных температур, накопленных

к определенной дате, за 45 лет наблюдений существенно выше, чем тренд начала соответствующих фенофаз растений (табл. 2).

Таким образом, продолжительность вегетации растений в г. Томске за последние полвека (1969-2013 гг.) увеличилась на 20 дней, а их активной вегетации - на 7 дней. Границы вегетации раздвигались в основном за счет более ранних сроков наступления фенофаз растений в весенний и раннелетний период, в меньшей степени за счет более поздних сроков наступления фенофаз

в позднелетний и осенний период. Начало таких фенофаз как сокодвижение (физический процесс) и цветение (генеративная функция) оказалось более отзывчивым на температурный фактор, а таких как облиствление, пожелтение

и листопад (фотосинтетический аппарат растений) - более консервативным. Накопление биомассы у растений связано с процессом их фотосинтеза, который осуществляется в период активной вегетации. Поскольку последние 45 лет темпы увеличения периода активной вегетации существенно отстают от темпов увеличения периода всей вегетации, то можно предположить, что в современный период потепления климата внутренние возможности древесных растений в формировании фотосинтетического аппарата растений являются одним из ограничивающих условий в накоплении их биомассы.

Таблица 2

Изменение сроков начала фенофаз у древесных видов в 1969-2013 гг.

Древесный вид (фенофаза) Начало фенофазы Тренд начала фенофазы, дней/10 лет г Дата и Тренд С°/10 лет

Береза (н. сок.) 17.04 -3,6 -0,76 15.04 5,3

Черемуха (н. обл.) 29.04 -1,1 -0,79 30.04 7,5

Ива (н. цв.)* 3.05 -2,6 -0,82 30.04 7,5

Береза (н. обл.) 13.05 -1,3 -0,83 15.05 19,6

Черемуха (н. цв.) 22.05 -3,8 -0,78 -0,88 15.05 31.05 19,6 31,8

Рябина (н. цв.) 3.06 -2,6 -0,88 31.05 31,8

Калина (н. цв.) 13.06 -2,5 -0,80 15.06 41,8

Шиповник (н. цв.)* 14.06 -4,2 -0,80 15.06 41,8

Липа (н. цв.)* 5.07 -3,1 -0,84 -0,82 30.06 15.07 37,6 41,1

Береза (жел. кр. ) 10.09 +0,3 0,08 31.08 40,7

Береза (к. лист. ) 10.10 +0,9 - - -

Фенофазы: н.сок. - начало сокодвижения, н. цв. - начало цветения, н. обл. - начало облиствления, жел. кр. - первые желтые кроны, к. лист. - конец листопада. r - коэффициент корреляции начала фенофазы с ZT; ZT- сумма положительных температур, накопленных к определенной дате (середина или конец месяца). * использовался неполный ряд данных.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. География Томской области. - Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1988. - 246 с.

2. Крюкова К. А., Пинаева Н. В. История фенологических наблюдений в Томске и Томской губернии // Вестник Томск. гос. ун-та. Биология. - 2013. - № 1 (21). - С. 191-197.

3. Николаева С. А., Климова Н. В. Сезонная динамика травяного яруса лиственно-сосновых травяных сообществ в пригородных лесах г. Томска // Вестник Томск. гос. унта. Биология. - 2010. - № 1 (9). - С. 78-92.

4. Овчинникова Т. М., Фомина В. А., Андреева Е. Б. и др. Анализ изменений сроков сезонных явлений у древесных растений заповедника Столбы в связи с климатическими факторами // Хвойные бореальной зоны. - 2011. - Т. 28, № 1-2. - С. 54-59.

5. Рудский В. Г. Неделя за неделей. Календарь природы г. Томска. - Томск: Печатная мануфактура, 2004. - 112 с.

6. Шульц Г. Э. Индикационная фенология на современном этапе // Изв. Всесоюз. геогр. общ-ва. - 1972. - № 2. - С. 81-87.

© С. А. Николаева, В. Г. Рудский, 2014