Фенологический анализ древесных растений садов и парков санкт-петербурга




старонка2/3
Дата канвертавання25.04.2016
Памер374.41 Kb.
1   2   3

Расчеты сумм среднесуточных температур за последние 60 лет показали, что к категории аномально-холодных относятся зимы 1955-56, 1962-63, 1965-66, 1967-68, 1968-69 и 1978-79, 1884-85, 1986-87 гг. С 1987 г. минимальная температура воздуха в Санкт-Петербурге не опускалась ниже -28,80 С (11 января 2003 г.).




ГЛАВА 3. Объекты и методы исследований
Объектами исследований являлись модельные растения-дендрофеноиндикаторы территориально-феноиндикационной системы Ладого-Ильменского флористического района (календаря природы), произрастающие в парках и дендрариях ботанического сада СПбГЛТУ и Ботанического института РАН им. В. Л. Комарова (БИН РАН). С 2000 по 2012 гг. регистрировалось наступление 20 фенологических этапов календаря природы феностационара СПбГЛТУ. Для установления амплитуды в сроках наступления фенологических фаз в парках и ботанических садах города использовались как основные виды-феноиндикаторы (перечень приведен в главе 4.1.), так и дополнительные виды: Aesculus hippocastanum; Ulmus laevis; Ulmus glabra, Acer platanoides Betula pubescens, Betula pendula, Salix fragilis, Berberis vulgaris, Populus balsamifera, Ulmus glabra, Ulmus laevis, Sorbus aucuparia, Quercus robur, Rosa rugosa, Tilia platyphyllos, Larix sibirica, Acer platanoides, Fraxinus pennsylvanica, Caragana arborescens, Rosa rugosa, Lonicera tatarica, Swida sericea, Sorbus aucuparia. У дополнительных видов-феноиндикаторов регистрировались сроки появления в кроне около 5 % и более 50 % листьев; начала цветения, появления в кроне около 5 % созревших плодов. Проведено сравнение сроков наступления фенофаз у 32 видов в шести модельных парках и 2 ботанических садах, расположенных в различных частях города.

Модельные особи выбирались средневозрастные, половозрелые. сравнительно рано распускающихся форм или биотипов. Возраст модельных деревьев – старше 30 лет (4 класс возраста), а кустарников – старше 20 лет (3 класс возраста), 1 или 2 категории состояния.

Продолжительность покоя изучалась у вида местной флоры Tilia cordata и интродуцированного вида T. рlatyphyllos на 20-28 модельных особях соответственно.

Методы исследований. Анализ изменений сезонной динамики древесных растений осуществлялся в трех направлениях:

1. Рассмотрены общие тенденции сезонной динамики древесных растений на фоне глобальных изменений климата, и произведено сравнение двух последних тридцатилетий 1950-1979 и 1980-2009 гг.

2. Рассмотрена циклическая реакция растений, связанная с колебаниями климата на общем фоне его потепления.

3. Выявлены различия в сроках прохождения фенофаз у древесных растений, связанные с изменениями в теплообеспеченности отдельных районов города.

Наблюдения осуществлялись по программе биологически, экологически и математически аргументированного календаря природы (Булыгин, 1980, 1982 б). Фенологические наблюдения, ранжировка зим по степени выхолаживания и выявление феноаномалий проводились по методике Н. Е. Булыгина (1979 в, 1982 в). При анализе температуры воздуха и количества осадков использованы сведения Санкт-Петербургского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями по метеостанции Санкт-Петербург.

Методика выделения ранне-теплых и поздне-холодных биоклиматических циклов (БКЦ) основана на отклонениях дат пыления Alnus incana от среднемноголетних значений с 1955 по 2009 г. Оценка зимостойкости растений проводилась по шкале П. И. Лапина (Лапин, Сиднева, 1973). Санитарное состояние оценивалось по стандартной методике (Мозолевская и др., 1984).

Для выявления различий в теплообеспеченности парков города сравнивались сроки наступления весенне-летних фенофаз у широко распространенных видов интегральным методом. Отмечалось начало фенофазы у более чем 20 модельных растений в парке по каждому виду-индикатору.

Для изучения продолжительности глубокого покоя модельных растений использовалась методика выгонки ветвей в лаборатории (Фадеева, Егоров, 2008). Опыт проводился в 2000-02 г. и 2006-08 гг.

Календарь природы составлен для периода в 30 лет с 1980 по 2009 гг. Для феноэтапов, которые отражают цикличность климата, использован метод вычисления скользящих средних 5-летий, 10- и 30-летий с шагом 1. Для сравнения выборок рассчитан критерий Стьюдента (t) (Зайцев, 1984). Для выявления линейных связей вычислен ранговый коэффициент корреляции Спирмена и коэффициент корреляции Пирсона. Для расчетов использовались компьютерные программы «Microsoft Excel» и «SPSS». Список таксонов древесных растений составлен на основании авторских данных и публикаций последних двух десятилетий (Булыгин, Фирсов, Тогерсен, 2000; Ignatjeva, Konechnaya, 2004; Цвелёв, 2007; и др.).

4. динамика сезонного развития

и зимостойкость древесных растений в условиях изменений климата Санкт-Петербурга
4.1. Календарь природы феностационара

Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С.М. Кирова
В таблице 1 приводятся среднемноголетние фенологические даты наступления 23 феноэтапов 12 субсезонов 4 сезонов года календаря природы, составленного по данным наблюдений на феностационаре парка и дендрария СПбГЛТУ.

В сравнении с календарем за предыдущее 30-летие (Булыгин, 1980) феноэтапы начиная со «снеготаяния» по первый феноэтап подсезона (субсезона) «глубокая осень» стали наступать в достоверно более ранние сроки. Исключение составляют: второй этап субсезона «начало лета», первый этап «полного лета» и второй этап «спада лета». В сторону достоверно более поздних сместились осенние феноэтапы с «начало осени» по первый феноэтап подсезона «глубокая осень», определяемые по пожелтению листьев. Продолжительность сезонов года в условиях современного климата следующая: весна длится 84 дня (23 % года), лето – 86 дней (24 % года), осень – 79 дней (22 % года), а зима – 116 дней (32 % года). В настоящее время, по сравнению с 1950-1979 гг., на 10 дней сократилась продолжительность фенологической зимы и на 11 дней увеличилась продолжительность фенологического лета. Сокодвижение у Acer platanoides происходит не только весной, при устойчивом переходе среднесуточной температуры через 0 0С, но и в зимние оттепели, поэтому за индикатор начала весеннего снеготаяния в таблице принята дата устойчивого перехода среднесуточной температуры через 0 0С.

В последнее 30-летие даты последнего заморозка на почве наступали в очень разные сроки и на разных феноэтапах года: от первого феноэтапа субсезона «оживление весны» (28.04.1996) до второго феноэтапа субсезона «начало лета» (12.06.1984). В первое десятилетие ХХI века происходит сдвиг дат весенних заморозков на более ранние сроки, и они оканчиваются значительно раньше наступления фенологического лета.

По погодичной изменчивости, показателем которой служит значение стандартного отклонения фенодат (δ) наиболее стабилизировано лето и отдельные феноэтапы осени, наименее – зима, начало весны и конец осени (предзимье). По сравнению с предшествующим 30-летием, погодичная изменчивость, определяемая по значению стандартного отклонения (δ), ещё более возросла.

Таблица 1.

Календари природы феностационара СПбГЛТУ за 1980-2009 гг. и

ранне-теплых (n=16) и поздне-холодных (n=20) биоклиматических циклов (БКЦ) периода 1955-2009 гг.


СЕЗОН

Субсезон


Фено-этап

1980-2009 гг.

Ранне-тёплые БКЦ

Поздне-холодные БКЦ

R

͞x  m

δ

͞x  m

δ

͞x  m

δ

ВЕСНА

Снего-

таяние


СТ1

15.03.±3,0

16,6

03.03.±4,4

17,4

30.03.±2,1

9,6

0,8**

СТ2

29.03.±2,2

11,8

19.03 ±2,5

10,2

12.04.±1,5

6,8

0,8**

Оживление весны

ОВ1

07.04.±2,1

11,6

28.03±2,1

8,3

22.04.±1,1

5,1

0,9**

ОВ2

23.04.±1,5

8,4

18.04.±1,7

6,9

04.05.±1,4

6,2

0,8**

Разгар весны

РВ1

03.05.±1,3

7,3

30.04.±1,8

7,2

13.05.±1,4

6,1

0,7**

РВ2

14.05.±1,4

7,8

12.05.±1,8

7,2

25.05.±1,5

6,9

0,7**

РВ3

27.05.±1,3

7,3

23.05.±1,4

5,5

05.06.±1,3

6,0

0,8**

ЛЕТО

Начало

лета


НЛ1

07.06.±1,0

5,7

03.06.±1,3

5,2

15.06.±1,4

6,2

0,8**

НЛ2

20.06.±1,3

6,9

15.06.±1,1

4,6

29.06.±1,9

8,7

0,7**

Полное

лето


ПЛ1

02.07.±1,2

6,7

27.06.±1,3

5,2

10.07.±1,6

7,1

0,7**

ПЛ2

10.07.±1,4

7,7

05.07.±1,5

6,1

19.07.±1,5

6,9

0,7**

ПЛ3

18.07.±1,4

7,6

13.07.±1,5

5,8

27.07.±1,5

6,9

0,8**

Спад

лета


СЛ1

02.08.±1,5

8,1

28.07.±1,5

5,9

14.08.±1,8

8,2

0,8**

СЛ2

14.08.±1,3

7,1

10.08.±1,4

5.5

24.08.±1,8

8,0

0,7**

ОСЕНЬ

Начало осени

НО1-л

01.09.±0,8

4,7

01.09.±1,2

5.0

26.08.±1,6

7,1

-0,5*

НО2-л

14.09.±1,0

5,4

13.09.±1,3

5.2

07.09.±1,6

7,3

-0,4*

Золотая осень

ЗО1-л

25.09.±1,0

5,9

23.09.±1,3

5.2

19.09.±1,7

7,6

-0,4*

ЗО2-л

05.10.±1,1

5,8

04.10±1,1

4.6

02.10.±1,2

5,5

-0,2

Глубокая осень

ГО1-л

17.10.±0,9

5,4

19.10.±1,3

5.3

14.10.±1,0

4,5

-0,4*

ГО2

23.10.±1,0

5,7

26.10.±1,6

6.4

22.10.±1,1

4,9

-0,3*

Предзимье

ПЗ

09.11.±2,9

16,0

05.11.±3,4

13.5

11.11.±3,1

13,8

0,1

ЗИМА

Первозимье

Прз

19.11.±3,5

19,1

14.11.±3,7

14.9

23.11.±4,2

18,7

0,3

Предвесенье

ПВ

03.03.±4,0

21,9

16.02.±5,7

22.6

19.03.±2,3

10,5

0,7**


Условные обозначения:

Курсивом отмечены сроки наступления этапов календаря природы, не имеющие достоверных отличий при сравнении двух тридцатилетий (1950-1979 и 1980-2009 гг.) и ранне-теплых циклов с поздне-холодными;

R – коэффициент корреляции Спирмена между показателями в БКЦ РТ и ПХ (n=36); R** – при уровне значимости p < 0,001; и R* при p < 0,05;

͞Х  m – среднее арифметическое значение показателя с его стандартной ошибкой;

δ – среднее квадратическое отклонение;

t0 – температура воздуха.
Индикаторы феноэтапов:

СТ1 – Дата устойчивого перехода среднесуточной t0 через 0 0C в сторону повышения.

СТ2 – Сокодвижение у Betula pendula.

ОВ1 – Зацветание Alnus incana.

ОВ2 – Зацветание Salix caprea.

РВ1 – Появление листьев и зацветание Betula pendula.

РВ2 – Зацветание Padus avium.

РВ3 – Зацветание Syringa vulgaris.

НЛ1 – Зацветание Syringa josikaea.

НЛ2 – Зацветание Spiraea salicifolia.

ПЛ1 – Зацветание Tilia platyphyllos.

ПЛ2 – Зацветание Tilia cordata.

ПЛ3 – Созревание плодов у Padus avium.

СЛ1 – Созревание плодов у Ribes alpinum.

СЛ2 – Созревание плодов у Sorbus aucuparia.

НО1-л – Начало пожелтения листьев у Betula pendula.

НО2-л – Начало пожелтения листьев у Acer platanoides.

ЗО1-л – Начало пожелтения листьев у Salix caprea.

ЗО2-л – Полное пожелтение листьев у Betula pendula.

ГО1-л – Опадение листьев у Betula pendula.

ГО2 – Опадение листьев у Alnus incana и Swida alba, Salix caprea.

ПЗ – Дата устойчивого перехода минимальной t 0 через 0 0С в сторону понижения.

Прз – Дата устойчивого перехода среднесуточной t0 через 0 0С в сторону понижения.

ПВ – Дата устойчивого перехода максимальной t0 через 0 0С в сторону понижения




4.2. Анализ дендрофенологического ряда зацветания

Alnus incana и его индикационное значение
Ежегодное зацветание (пыление) мужских сережек Alnus incana на феностационаре СПбГЛТУ фиксируется с 1830 г. Линия тренда на графике (рис. 3) свидетельствует о смещении зацветания на frame1более ранние сроки. Регрессионный анализ, выполненный по скользящим средним значениям 30-летий с 1841 по 2009 гг., показал, что зависимость продолжительности вегетационного периода в геосистеме от средней годовой температуры воздуха в Санкт-Петербурге описывается формулой (1):

у = 113.6 + 11.7х (± 1 день), R2 = 0.954, p<0.0001 (1), где:

x – среднегодовая температура приземного слоя атмосферы

по скользящим 30-летиям (0С); у – фенолаг между зацветанием Alnus incana и полным пожелтением листьев Betula pendula по скользящим 30-летиям (сутки). Таким образом, возрастание средней многолетней температуры 30-летия на 1 0С в Санкт-Петербурге приводит к увеличению фенологического периода вегетации на 11.7 ±1 день, что согласуется с имеющимися в литературе сведениями (Борисенков, 1982, Myneni et al., 1997). Математический анализ данных за 1950-2009 гг. (n=60) подтвердил наличие достоверной корреляции между датами зацветания Alnus incana и: средней температурой воздуха за год (Rp=-0.79, p<0.001, где Rp – коэффициент корреляции Пирсона, p - уровень значимости); температурой воздуха предшествующего холодного периода с ноября по март включительно (Rp = - 0.71, p<0.001); средней температурой воздуха в теплую часть года с апреля по октябрь и абсолютной минимальной температурой воздуха предшествующей зимы (Rp = - 0.53, p<0.001).



4.3. Проявление биоклиматической цикличности

в период с 1955 по 2009 гг.
За период 1955-2009 гг. к ранне-теплым биоклиматическим циклам (БКЦ) относятся годы со сроками зацветания Alnus incana Х < 06.04.; к поздне-холодным: Х > 16.04 при среднем значении 11.04. ± 1,6 сут. Отдельные годы со среднестатистическими сроками цветения Alnus incana, приравнены к ранне-теплым или поздне-холодным в зависимости от суммы выхолаживания в холодную часть года и сроков наступления последующих феноэтапов.

Ранне-тёплые БКЦ включают: 1961, 1967, 1972-1974, 1975, 1983-1984, 1988-1993, 1995, 1999-2002, 2007-2008 гг. В ранне-тёплые циклы начала XXI века наблюдались аномальные зимы с продолжительными оттепелями (2000/01, 2001/02, 2006/07, 2007/08 гг.). В эти зимы наблюдалось набухание почек, а затем обмерзание у широко используемых в озеленении видов (Ulmus laevis, U. glabra, Alnus glutinosa и др), в т. ч. у Tilia cordata и T. platyphyllos, которые раньше повреждались лишь поздневесенними или раннеосенними заморозками. У многих растений началась преждевременная вегетация (виды родов Syringa, Spiraea и др.). В зимы 2006/07 и 2007/08 гг. вегетация наблюдалась у Abelia coreana, Daphne mezereum, Lonicera praeflorens, Lonicera caerulea, Hamamelis virginiana, Lonicera caprifolium, Prinsepia sinensis и др. Их повреждения носили массовый характер. У многих деревьев снизилась декоративность и категория состояния, тогда как кустарники уже в последующий год восстановились. Зима 2006/07 гг. была рекордно короткой (всего 41 день) с 20 января по 2 марта, а осень 2006 г. продолжалась почти 5 месяцев. Минимальная температура воздуха не опускалась ниже -23 0С (8 февраля). Список погибших растений парка и дендрария БИН РАН после теплой зимы 2007 г. включает 20 экземпляров, относящихся к 19 видам. Из них погибло от выпревания 6 экземпляров, относящихся к 5 видам, и вымерзло 14 видов. Список наиболее сильно пострадавших растений на дендропитомнике БИН РАН составил 26 видов и форм. Сильно обмёрзли растения, которые раньше, в среднестатистические зимы, не обмерзали или обмерзали слабо, в том числе виды местной флоры (Daphne mezereum). В то же время на питомнике БИН РАН совсем не обмёрзли такие виды, как Gymnocladus dioicus, Liriodendron tulipifera, Magnolia officinalis, M. sieboldii, Staphylea trifolia, ранее считавшиеся недостаточно зимостойкими для условий Санкт-Петербурга. Очень слабым (2 балла) было обмерзание Persica vulgaris ‘Plena’, который цвёл, достигнув высоты 1,54 м.

Зима 2007/08 гг. была самой теплой за весь период наблюдений. В 2008 г. в парке БИН РАН впервые отмечено значительное обмерзание однолетних побегов Larix x czekanowskii., которая в природе растет в очень суровых климатических условиях Восточной Сибири. В 2008 г. погибло лишь 3 древесных растения. От выпревания погибли Kolkwitzia amabilis и Salix schwerinii, вымерз Platycladus orientalis. Таким образом, на фоне увеличения количества осадков 7 видов погибло после аномально-теплых 2006/07 и 2007/08 гг. в результате развития корневых и стволовых гнилей у корневой шейки или на уровне снежного покрова.

Поздне-холодные БКЦ включают: 1955-1958, 1962-1966, 1968-1971, 1976-1982, 1985-1987, 1998, 2003, 2006 гг. После холодных зим 2002/03 и 2005/06 гг. список погибших коллекционных растений в парке и дендрарии БИН РАН составил 28 экземпляров, относящихся к 23 видам и формам. Следовательно, как в аномально теплые, так и в холодные зимы XXI века наблюдается приблизительно равный отпад древесных растений из-за обмерзаний.

В условиях потепления климата и адекватной ему фенологической тенденции, у большинства видов, ранее сильно обмерзающих и вымерзающих, снизилась повреждаемость морозами. Возросло общее число плодоносящих видов. В ботаническом саду БИН РАН с 2000 г. начали плодоносить Pterocarya pterocarpa, Abies semenovii; в дендрарии СПбГЛТУ в 2007 г. было первое в истории плодоношение Асеr japonicum. Впервые за 200 лет в ботанических садах БИН РАН и СПбГЛТУ зарегистрирован самосев Acer saccharinum (Фирсов, Фадеева, Волчанская, 2008).

По биоклиматическим показателям ранне-тёплые и поздне-холодные БКЦ благоприятны для более теплолюбивых видов. Абсолютный минимум температуры воздуха в ранне-теплые циклы -27,7 0С, а в поздне-холодные – на 6,6 0С ниже, что резко сказывается на обмерзании растений. По классификации зон зимней устойчивости древесных растений (Krussmann, 1995, The U. S. Department if Agriculture’s Plant Hardiness Zone Map), основанной на средней из минимальных температур, в ранне-тёплые биоклиматические циклы относится к 6 зоне (Т мин. от -23 0С до -17 0С), а в поздне-холодные БКЦ к 5 зоне. Циклические колебания термических условий отражаются на динамике сезонного развития в ранне-тёплые и поздне-холодные БКЦ (таблица 1) следующим образом. Фенологический вегетационный период в ранне-тёплые БКЦ удлиняется за счет более раннего его начала (на 25 суток раньше наступает подсезон «оживление весны») и более позднего его окончания (на 5 суток смещается наступление феноэтапа «глубокая осень»). В ранне-тёплые БКЦ все весеннее-летние феноэтапы наступают в статистически более ранние сроки (в среднем от 27- 25 суток до 17-12 суток). По статистически ранним и поздним срокам зацветания Alnus incana наиболее точно (от 69 до 80%) можно прогнозировать наступление феноэтапов года до начала осени.

1   2   3


База данных защищена авторским правом ©shkola.of.by 2016
звярнуцца да адміністрацыі

    Галоўная старонка