Фенологичекая реакция на изменения погоды

1.4 Суточные колебания температуры воздуха

Суточные колебания температуры могут оказывать существенное влияние на сезонное развитие растений. Считается, что в районах с континентальных климатом растения наиболее хорошо развиваются при перепадах ночных и дневных температур в 10-15°С. Напротив, резкие перепады температуры в течение суток не только замедляют рост и переход к цветению лекарственных растений Нижнего Дона, но обуславливают повышение внутрипопуляционной изменчивости начала раскрывания цветков. У Betula alba и В. pendula ночные заморозки весной затормаживают набухание почек и разворачивание листьев. Для начала распускания почек березы более важны ночные, а не дневные температуры. Это согласуется с результатами экспериментальных исследований длиннодневных злаков. Однако детальный анализ роли суточного температурного градиента в онтогенезе растений свидетельствует о том, что влияние температуры воздуха на развитие растений не однозначно и зависит от фотопериодической реакции. При этом оптимальным показателем является среднесуточная температура воздуха, а не дневная или ночная температура.

1.5 Влияние времени схода снега на сезонное развитие растений

Для растений районов с продолжительным зимним периодом снеговой покров имеет очень большое значение, в частности предохраняя растения от вымерзания. Например, имеется случай гибели генеративных почек пролески на ровных и возвышенных местах, на которых в течение зимы неоднократно сходил снег. Напротив, даже в незначительных понижениях, где снег сохранялся, генеративные почки пострадали значительно меньше, и пролеска успешно цвела.

Поскольку многие растения в конце зимнего периода прибывают в состоянии вынужденного покоя, то начало из развития связано со временем схода снегового покрова. Исследования времени раскрывания почек и зацветания растений альпийского и субальпийского пояса показали, что время схода снега является основным фактором, обуславливающим начало этих фенофаз. Экспериментально установлена прямая связь даты зацветания и времени схода снега для многих раноцветущих растений Crocus albiflorus, Myosotis sylvatica, Taraxacum officinale,

1.6 Влагообеспеченность

Влагообеспеченность растений -  отношение имеющегося в почве запаса продуктивной влаги к запасу ее при наименьшей влагоемкости почвы. Летом, во время засухи, верхние горизонты почвы быстро высыхают, однако глубокие ее слои, иногда до уровня грунтовых вод, накапливают достаточно влаги. Поэтому влагообеспеченность растений в значительной мере зависит от мощности почвенного слоя, глубины проникновения корней, величины испаряющей поверхности (индекса листовой поверхности) и интенсивности транспирации. Маломощные каменистые почвы на возвышенностях и мощные аллювиальные почвы в долинах — очевидный результат процессов эрозии. Важно лишь, чтобы густота насаждений соответствовала запасам влаги в почве.

Улучшения влагообеспеченности растений увеличивает облиственность их вегетативную массу и количество плодов. Вместе некоторые растения негативно реагируют на переувлажнение почвы. В таком случае замедляется доступ воздуха к корневой системе и ухудшается тепловой режим, что также приводит к поражению растений грибковыми болезнями, преждевременной отмирание листьев и снижение плодообразования.

1.7 Влияние направленного изменения климата на фенологию растений

Региональные и местные особенности климата обусловливают характер внутригодовой ритмики состояния популяций тех или иных видов, физиологических, этологических и других адаптаций к условиям среды. История биосферы свидетельствует о неоднократных крупномасштабных сменах флор и фаун в результате глобальных изменений климата. Нее обходимо, однако, иметь в виду, что и современный климат в значительной степени сформировался под влиянием живых организмов. Почвенно-растительный слой на суше играл важнейшую роль в регулировани потоков вещества и энергии между подстилающей поверхностью и атмосферой, регулировании стока, формировании геохимических циклов и т. д.

Немало есть свидетельств того, что локальные и региональные трансформации наземных экосистем приводили к существенным изменениям гидроклиматических характеристик соответствующего масштаба. Более того, есть основания утверждать, что антропогенная трансформация экосистем суши за исторический период стала одной из основных причин современных изменений климата наряду с выбросами парниковых газов и др.

Главная особенность и отличие современного глобального потепления климата от всех предшествующих аналогичных по масштабам изменений климата заключается в том, что оно происходит в условиях стремительно усиливающегося антропогенного воздействия на природу как отдельных регионов, так и биосферу в целом. Оставляя в стороне вопрос о причинах современного потепления (преобладает мнение, что одной из основных причин является именно деятельность человека), отметим, что наличие антропогенного фактора повышает неоднозначность его последствий для живой природы, и в первую очередь для человека. Очевидно, что растения в большей степени, чем животные связаны в своей жизнедеятельности и распространении с климатом. Поэтому анализ, например, многолетних фитофенологических рядов позволяет прямо изучать реакции растений на климатические флуктуации. Во многих работах в этом направлении отмечается преобладание ярко выраженных фенологических тенденций, подтверждающих современное потепление в мире, во многих регионах мира.

1.8 Фенологическая реакция растений на изменения погоды

Наиболее показательными данными, отражающими реакцию биоты на климат, являются материалы фенологических наблюдений за растениями.

Отсутствие ярко выраженных и статистически достаточно значимых тенденций в наступлении фенофаз растений в летний период, вероятно, является отражением того, что потепление климата затронуло его в гораздо меньшей степени по сравнению с остальными сезонами года. Фенологическая осень начинается с устойчивым переходом средних суточных температур через 15 °С к более низким значениям. За период регистрации сроков ее наступления не обнаружены видимые тенденции к запаздыванию или опережению среднемноголетних дат.

На более поздние сроки (на 7–10 дней) отодвинулись даты окончания листопада березы и осины, начала пожелтения листвы. Вместе с тем листопад березы заканчивается, а у черемухи начинается в обычные сроки.  Даты окончания цветения сосны за исследуемый период сдвинулись в более поздние сроки на 5 дней, хотя это изменение статистически мало значимо.

По результатам фитофенологических наблюдений в Березинском заповеднике сделаны выводы, что в период с 1978 г. потепление климата сказалось преимущественно на установлении весенних и осенних фенофаз растений в более ранние и более поздние сроки соответственно. Оно практически не отразилось на сроках наступления фенофаз в летний период. В целом продолжительность периода вегетации увеличилась на 7–15 дней.

Вместе с тем очевидно, что нет однозначной реакции растений на потепление климата, наступление весенних и осенних фенофаз характеризуется как значимыми трендами, так и отсутствием таковых. Можно утверждать, что примерно так же была бы охарактеризована ситуация во многих регионах страны.

Как правило, растения сезонного климата цветут 1 раз в год, в период, который является оптимальным для успешного опыления и последующего созревания плодов (семян). Однако, в связи с аномально высокими осенними температурами в Республике Беларусь уже второй год для многих видов зарегистрировано вторичное цветение.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Традиционный метод фенологической информации – визуальные наблюдения, т. е. регистрация сроков наступления сезонных явлений. С целью достижения сопоставимости фенологических наблюдений, проводимых разными лицами, издаются программы фенологических наблюдений, методические указания к ним, атласы фенофаз растений и сезонных явлений мира животных.

Обработка наблюдений фенологических сетей даёт возможность устанавливать географо-фенологические закономерности, отражаемые на фенологических картах. Средняя многолетняя скорость продвижения сезонных явлений природы в широтном, долготном и вертикальном (в горах) направлениях различна в разных географических зонах, в разные сезоны и для разных групп явлений.

Факторы и закономерности, определяющие сроки наступления сезонных явлений, изучает экологическая фенология. Эти факторы делятся на эндогенные и экзогенные. Первые обусловливаются наследственностью организмов. Так, подснежники цветут в начале весны, а астры и хризантемы – на спаде лета, грачи прилетают рано весной, а коростели – в начале лета. Экзогенные факторы определяются внешней средой. Сроки весеннего пробуждения растений в основном определяются тепловым режимом, а осенний листопад – в равной степени тепловым и радиационным (длина светового дня) режимами. Одним из методов обработки ботанических фенологических наблюдений служат фенологические спектры. Это моделирование составляет основу фенологического прогнозирования.

Фенологические и метеорологические наблюдения проводились на территории Мозырской метеорологической станции в течение трёх месяцев 2001 года (сентябрь, октябрь, ноябрь). Кроме оригинальных данных в работе использованы материалы за 2007 - 20010 гг., любезно предоставленные сотрудниками станции.

Объект исследования. Для изучения фенологической реакции были выбраны 23 вида лесных растений хвойно-широколиственной зоны, отличающихся жизненной формой, феноритмотипом, экологическим и географическим ареалом. Материалом для  исследований послужили следующие виды деревьев и кустарников, прорастающих на территории г. Мозыря:

1.      Ель обыкновенная (Picea abies)

2.      Ель колючая (Picea pungens)

3.      Липа мелколистная, или сердцелистная (Tilia cordata)

4.      Боярышник обыкновенный (Crataegus hippocastanum )                           

5.      Робиния ложноакциевая, или белая акация (Robinia pseudoacacia)

6.      Каштан конский (Aesculus hippocastanum)

7.      Туя западная (Thuja occidentalis)

8.      Береза повислая, или бородавчатая (Betula pendula)

9.      Берёза опущенная (Betula pubescens)

10.    Лиственница европейская (Larix decidua)

11.   Тополь чёрный (Populus nigra)

12.   Клён ясенелистный, или американский (Acer negundo)

13.   Клён остролистный, или платановидный (Acer platnoides)

14.   Вяз шершавый (Ulmus scabra)

15.   Ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior)

16.   Рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia)

17.   Яблоня ягодная (Malus baccata)

18.   Сирень обыкновенная (Syringa vulgaris)

19.   Спирея (Spirea sp.)

20.   Снежноягодник белый (Simphocarpos alba)

21.   Барбарис обыкновенный (Berberis vularis)

22.   Чубушник венечный (Philadelphus coronarius)

23.   Шиповник (Rosa rugosa)

  Исследовались зелёные насаждения общего пользования (парк «Победа»), ограниченного пользования (лесопарк возле горбольницы), специальные насаждения - посадки вдоль дорог по ул. Интернациональной, Пролетарской, б. Дружбы, б. Страконицкий.

Постоянные фенологические площадки были заложены в 4 фитоценозах: еловый кустарничково-зеленомошный лес, елово-березовый вейниково-разнотравный лес, сосновый кустарничково-сфагновый лес и елово-широколиственный разнотравный лес с ярусом кустарников. Для обозначения этих фитоценозов в работе использованы сокращенные названия: ельник, березняк, сосняк, хвойно-широколиственный лес.

Фенологические наблюдения. Изучение сезонного развития растений проводилось по методике И.Г. Серебрякова [18, c. 134] с учетом традиционных методов фенологических исследований. На фенологических площадках для всех кустарничков и травянистых растений было маркировано по 30 генеративных особей, порядковый номер которых нанесен на этикетку. Для деревьев и кустарников в каждом фитоценозе выбрано по 10 особей, номер которых наносился краской на ствол (стволик). Всего было маркировано 25 особей: 5 - в березняке, 5 - в ельнике, 5 - в сосняке и 10 - в хвойно-широколиственном лесу.

Для каждой особи отмечалась дата схода снега, начала вегетации, раскрывания почек и начала цветения. В течение года эти фенологические события регистрировались с момента схода снегового покрова до зацветания последней особи с частотой от 7 (весной и в начале лета) до 2 раз в неделю (во второй половине лета и в начале осени). За начало вегетации вечнозеленых и летне-зимнезеленых растений принималась дата освобождения их особей из-под снега. У летнезеленых растений и эфемероидов эта фенофаза совпадает с началом видимого роста побегов (начало активной вегетации). Для всех видов начало активной вегетации регистрировалось как разворачивание новых листьев (раскрывание почек), удлинение листовых пластинок перезимовавших листьев или появление побегов из-под земли (геофиты и однолетники). За начало цветения принималась дата раскрывания околоцветника или выдвигания тычинок (рылец) у первых цветков соцветия.

В нашей работе мы использовали два основных метода, рекомендуемых для феномониторинга в условиях урбанизированного ландшафта:

- классический метод фенологических наблюдений (регистратор срока). Сущность его в нахождении даты наступления сезонного явления в данном месте.