PHENOLOGICAL FEATURES OF "FLOWERING" AND RIPENING OF COMMON PINE CONES IN THE ORENBURG DISTRICT OF ORENBURG OBLAST
PHENOLOGICAL FEATURES OF "FLOWERING" AND RIPENING OF COMMON PINE CONES IN THE ORENBURG DISTRICT OF ORENBURG OBLAST
Abstract
Phenological observations make it possible to determine the reaction of woody plants to changes in natural and climatic conditions. The article presents an analysis of the occurrence of phenological phases of the common pine in the Orenburg district of Orenburg Oblast. The dependence of phenodates onset on some natural-climatic factors for a 42-year period was studied. In the process of research, it was identified that the flowering dates were influenced not only by the temperature regime of the current vegetation period, but also by the water regime of the previous (period of reproductive buds setting) and current vegetation periods. The rate of accumulation of positive temperatures of the current year also influenced the terms of mass formation and ripening of seeds. The amount of precipitation did not affect the timing of phenological phases. Cyclicity in the dynamics of the occurrence of phenological dates, especially mass flowering and mass formation, can be traced.
1. Введение
Одной из важных задач фенологии является изучение закономерностей в периодическом развитии, определение зависимостей от окружающей среды, а также определение влияния почвенно-грунтовых и климатических показателей на периодические явления жизни растений . Фенологические наблюдения используются для установления географических закономерностей сезонного развития природы, что особенно актуально в условиях современного изменения климата Земли. Сезонные ритмы и темпы роста и развития любых растений в первую очередь зависят от климатических условий. Начиная со времен Петра I, многие исследователи в разные годы занимались изучением фенологических явлений в связи с решением задач по учету, сбору и хранению урожая в сельском, лесном, охотничьем и многих других хозяйствах . В текущем столетии при меняющемся климате многие ученые продолжают изучать взаимосвязи и закономерности феноявлений. Например, при сопоставлении проведенной фенологической и метеорологической периодизации Савченко Г.О. c соавторами на территории степных и луговых биотопов Харьковской области выявили определенные тенденции, а также составили перечень феноявлений, характерных для растительных сообществ исследуемого региона . Бухарова Е.В., Куркина И.И. проводили фитофенологические наблюдения в Баргузинском заповеднике. Связь погодных условий с вегетацией растений определялась ими через индекс засушливости, так как он является одним из параметров, которые отражают обеспеченность биотопов влагой. В ходе проведённых исследований авторы установили, что показатели индекса засушливости могут служить объективным инструментом для оценки биотопов и прогнозирования семенной продуктивности растений . Ананина Т.Л. изучала фенологические показатели в Северном Прибайкалье в период с 1955 по 2019 годы. Ею были отмечены определенные климатические сдвиги, заключающиеся в увеличении температур воздуха в конце зимы и начале весны, а также в повышении среднегодовых температур воздуха за исследуемый 65-летний период .
Научных исследований в области фенологии хвойных древесных пород искусственного происхождения и, в частности сосны обыкновенной, гораздо меньше. Есть работа по кедру сибирскому и кедру корейскому, проведенная в дендрариях и парках города Уфа (Путенихина К.В., Путенихин В.П. ), где авторы делают вывод, что за исследуемый ими 50-летний период намечается сдвиг начальных фаз генеративного развития представителей рода Pinus в сторону более раннего их протекания, а заключительных фаз – более позднего . Шестопаловой В.В. в результате 30 лет исследований интродуцированных видов сосны выявлена зависимость прохождения фенологических фаз от генетических характеристик растений, скорости накопления суммы эффективных температур и ряда других факторов . Автономов А.Н. изучал сроки наступления фенофаз у сосны обыкновенной в зависимости от экспозиции склонов . В связи с тем, что на современном этапе научных работ по фенологическим исследованиям искусственных древостоев сосны обыкновенной в Оренбуржье нет, данная тема является актуальной.
2. Методы и принципы исследования
Естественный ареал сосны обыкновенной охватывает большую часть Евразии, включая Дальний Восток (в т.ч. Северо-Восточный Китай, Северная Монголия) и Западную Европу. Такие ее биологические свойства как нетребовательность к климату и почве, засухоустойчивость, а также высокая адаптивность позволяют интродуцировать данный вид практически во все регионы нашей страны .
Объектом нашего исследования являются насаждения сосны обыкновенной, произрастающие на территории ГКУ Оренбургское лесничество (Оренбургский район Оренбургской области).
Данные о сроках наступления фенологических фаз взяты из Журналов записи фенологических наблюдений по Оренбургскому управлению лесного хозяйства, хранящихся в архиве ФБУ «Российский центр защиты леса» – «Центр защиты леса Оренбургской области». В журналах приведен результаты фенологических наблюдений за семеношением с 1968 по 2010 гг., проведенных согласно Указаниям по лесному семеноводству , . Данные климатических показателей получены из базы данных Автоматизированной Информационной Системы Обработки Режимной Информации (АИСОРИ) . В процессе нашего исследования фенодаты были переведены в числовые значения, причем за начало отсчета были взяты даты, соответствующие переходу температурного режима через 0°С. Вычисление матрицы коэффициентов парной корреляции проведены в программе MS Excel.
3. Основные результаты и обсуждение
Особенностью засушливого климата Оренбуржья является, как правило, низкое количество осадков в летние месяцы в сочетании с характером их выпадения, который проявляется, например, в том, что выпавшие осадки в виде ливня, дающие 30-50% всей нормы вегетационного периода, не успевают впитаться в почву. Этому способствует расчленённость рельефа, жаркий и сухой воздух, приводящий к быстрому испарению влаги. Засушливый период может продолжаться в течение 20–25 дней с повторяемостью в 3–4 года . Особенно сильный засушливый период на территории исследования отмечался в 2010 г. В таблице 1 приведены коэффициенты корреляции сроков наступления фенологических фаз сосны обыкновенной на территории Оренбургского района, количества осадков, суммы положительных температур. Сроки зацветания, массового образования и созревания семян сосны обыкновенной слабо зависели от суммы положительных температур текущего года. Количество осадков практически не влияло на сроки наступления фенологических фаз. О незначительности связей также свидетельствует слабая корреляция между гидротермическим коэффициентом Селянинова и сроками наступления фенологических фаз.
Таблица 1 - Зависимость сроков наступления фенологических фаз сосны обыкновенной на территории Оренбургского района от некоторых природно-климатических показателей (коэффициенты корреляции)
Природно-климатические показатели | Фенологическая фаза | ||||
начало цветения | массовое цветение | конец цветения | массовое образование | массовое созревание | |
Количество осадков, мм | -0,03 | 0,02 | 0,00 | -0,08 | -0,01 |
Сумма положительных температур, °С | -0,22 | -0,16 | -0,10 | -0,20 | -0,20 |
ГТК Селянинова текущего года | 0,14 | 0,10 | 0,07 | 0,07 | -0,11 |
Минимальное значение стока в бассейне р. Урал за текущий год, м3/с | 0,08 | 0,13 | 0,25 | 0,03 | -0,15 |
Минимальное значение стока в бассейне р. Урал за предыдущий год, м3/с | 0,20 | 0,23 | 0,33* | 0,07 | -0,21 |
В условиях Оренбургского района основным источником влаги для сосны обыкновенной являются грунтовые воды. Для данной породы в условиях южных черноземов характерна стержневая корневая система, которая дает возможность успешно пережить засушливые периоды без значительных потерь для водного режима. Особенно важно поддержание водообмена для развития генеративных органов сосны, ввиду длительности их репродуктивного процесса, генеративные этапы которого длятся в течение трех вегетационных периодов и в каждом из них должно осуществляться нормальное питание.
Об уровне грунтовых вод можно судить по величине стока на территории произрастания данной породы. Значение коэффициента корреляции между минимальным значением стока в бассейне р. Урал в предыдущий год и датой цветения достигало 0,33 (положительная умеренная связь), в текущий год – 0,25. Данный факт свидетельствует, что развитие женских шишек зависит не только от условий в период оплодотворения, но и условий в период закладки генеративных почек (табл. 1).
Прослеживается цикличность в динамике наступления фенологических дат, особенно массового зацветания и массового формирования, что согласуется с данными Г.Е. Комина, И.С. Мелехова, С.Н. Санникова, Н.С. Санниковой , , . На рисунке 1 представлены отклонения фенологических дат от средней за рассматриваемый период. Четко выделяется период с 1983 по 1993 гг., в котором фенологические явления наступают позже. До и после этого периода отмечен сдвиг наступления фенодат на более ранний срок. Для определения более точной величины цикла требуется больший объем данных. Вероятно, цикл длится более двадцати лет (два цикла солнечной активности).
Рисунок 1 - Отклонение фенологических дат (дней) от средней даты
Рисунок 2 - График наступления генеративных фенофаз сосны обыкновенной на территории Оренбургского района
4. Заключение
В условиях сурового резко континентального климата сосна обыкновенная является перспективной древесной породой ввиду её устойчивости к засухе и перепадам температур. Сдвиги и изменение продолжительности фенологических фаз развития генеративных органов свидетельствует об экологической пластичности данной породы. Сокращение сроков образования и созревания семян в шишках с запасом компенсирует сокращение срока вегетационного периода. Наличие зависимости сроков плодоношения от показателей гидрологического режима свидетельствует о том, что для успешного восстановления данной породы необходим не только мониторинг насаждений, но и мониторинг уровня грунтовых вод. Данные об изменении гидрологического режима также должны учитываться при составлении прогнозов урожайности сосны обыкновенной.