Пространственно-временные особенности вегетации берёзы на территории Российской Федерации за период с 1948 по 2016 гг

Цель. Изучить географические различия и оценить тренды продолжительности вегетации берёзы пушистой и повислой в границах её ареала в природных зонах России (лесотундра, тайга, смешанные и широколиственные, муссонные смешанные леса, лесостепи, степи).

Процедура и методы. Произведены расчёты и оценены средние многолетние сроки начала развёртывания листьев (зеленения) и полного изменения окраски листьев (полного пожелтения) берёзы (Bеtula pubеscens, Betula Pendula Roth.) для 290 пунктов за период 1948–2016 гг., продолжительности жизни листвы за 1964–1995 гг. с использованием результатов полевых наблюдений, проведённых классическим (первичным) методом (регистрируется дата наступления явления на определённой территории). В работе использованы данные, собранные по программам Уральского общества любителей естествознания (УОЛЕ), фенологической комиссии Всесоюзного географического общества, Русского географического общества и сети ООПТ России – материалы фенологического раздела Летописей природы Воронежского, Центрально-Лесного, Жигули, Волжско-Камского, Денежкин камень, Басеги, Печоро-Илычского, Вишерского, Башкирского, Висимского, Ильменского, Южно-Уральского, Шульган-Таш, Шайтан-Тау и Оренбургского (Буртинский и Айтуарский участки), Малая Сосьва, Олекминского, Кедровая падь, Алтайского, Баргузинского, Зейского, Сихотэ-Алиньского заповедников. При статистической обработке материалов оценены средняя многолетняя дата наступления явления (Х ср.), дисперсия (σ²), стандартное отклонение (ошибка) среднего значения (σ) и крайние даты регистрации явления. Скорость продвижения сезонного явления рассчитана количеством километров, которое оно преодолевает за 1 сутки. Широтный фенологический градиент – это время (число суток), в течение которого фронт сезонного явления перемещается на 1° широты (111 км). Для проведения интерполяции и визуализации пространственного изменения фенологических процессов использована кроссплатформенная геоинформационная система (ГИС) QGis Desktop версии 3.14.16.

Результаты. Рассчитаны, закартографированы и проанализированы сроки и скорость начала зеленения и полного пожелтения, широтный фенологический градиент, продолжительность жизни листвы берёзы и тренды в её динамике. За период с 1948 по 2016 гг. скорость продвижения волны зеленения на Европейской территории России (ЕТР) составляет 30–56 км/сут, в азиатской части, на Дальнем Востоке – 30–57 км/сут. Скорость продвижения пожелтения соответственно 43–60 и 56–230 км/сут. за этот же временной промежуток. Продолжительность жизни листвы берёзы составляет от 170 дней в степной зоне до 100 дней на северной границе ареала. Продвижение «волн» зеленения и пожелтения берёзы с 1948 по 2016 г. через ЕТР составляет 63 и 42 дня, в азиатской части – 53 и 21 день соответственно. Влияние на прохождение «волн» оказывают региональные особенности климата и крупные горные массивы.

Теоретическая и/или практическая значимость. Изучение пространственно-временных особенностей вегетации индикаторных видов позволит лучше понять закономерности развития биоты и её реакцию на климатические изменения. Полученные результаты можно применять для разработки стратегий управления лесами, планирования лесохозяйственных мероприятий и мониторинга лесов.

1. Белова Т. А., Бабкина Л. А. Изменение содержания хлорофиллов и каротиноидов в листьях древесных растений средней полосы России // Auditorium. 2017. № 2. С. 34–38.

2. Беручашвили Н. Л. Четыре измерения ландшафта. Москва: Мысль, 1986. 180 с.

3. Ветчинникова Л. В. Берёза: вопросы изменчивости (морфофизиологические и биохимические аспекты). М.: Наука, 2004. 183 c.

4. Виноградова В. В. Районирование России по природным условиям жизни населения с учетом экстремальных климатических событий // Известия РАН. Серия географическая. 2021. Т. 85. № 1. C. 5–13. DOI: 10.31857/S2587556621010167

5. Возможные причины изменений сезонного развития растений в связи с потеплением климата / П. Ю. Жмылев, А. П. Жмылева, Е. А. Карпухина, А. В. Титовец // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия Экология и безопасность жизнедеятельности. Биологические науки. 2001. № 9. С. 98–103.

6. Воскова А. В., Гордеева З. И., Минин А. А. Изменение продолжительности вегетации у берёзы бородавчатой на Восточно-Европейской равнине за последние десятилетия. // Известия РАН. Серия географическая. 2007. № 3. С. 59–61.

7. Высоцкая А. А., Медведков А. А. Информационные ресурсы для оценки экологического потенциала геосистем (на примере территории Енисейского севера) // ИнтерКарто. ИнтерГИС. 2023. Т. 29. Ч. 1. С. 20–33. DOI: 10.35595/2414-9179-2023-1-29-20-33

8. Дроздов С. Н., Холопцева Е. С., Сазонова Т. А. Свето-температурная характеристика сеянцев берёзы пушистой Betula pubescens (Betulaceae) // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2014. № 1. С. 27–36.

9. Елагин И. Н. Сезонное развитие сосновых лесов. Новосибирск: Наука, 1976. 230 с.

10. Ермаков В. И. Механизмы адаптации берёзы к условиям Севера. Л.: Наука, 1986. 144 с.

11. Зайцев Г. Н. Математика в экспериментальной ботанике. М.: Наука, 1990. 296 с.

12. Зануздаева Н. В., Каримова М. Е. Влияние изменений климата на феноявления в лапландском государственном заповеднике (Мурманская область) // Труды Кольского научного центра РАН / гл. ред. С. В. Кривовичев. 2021. № 6. С. 169–174.

13. Иванова Ю. Р., Скок Н. В. Влияние климатических показателей на продолжительность жизни листвы берёзы в г. Екатеринбурге в 2013–2015 гг. // Современное состояние фенологии и перспективы её развития. Т. 1: мат-лы конф. / под ред. О. В. Янцер и др. Екатеринбург: УрГПУ, 2015. С. 88–98.

14. Исаченко А. Г. Теория и методология географической науки. М.: Академия, 2004. 400 с.

15. Исаченко Г. А. Концепции многолетней динамики ландшафтов и вызовы времени // Вопросы географии: сб. 138. Горизонты ландшафтоведения. М.: Кодекс, 2014. С. 215–232.

16. Исаченко А. Г. Ландшафты СССР. М.: Наука, 1985. 320 c.

17. Исследование сезонной динамики ландшафтов Урала в парадигме функционально-динамического подхода: история и современность / О. Ю. Гурьевских, Ю. Р. Иванова, Н. В. Скок, А. М. Юровских, О. В. Янцер // Географический вестник. 2021. № 1 (56). С. 16–30.

18. Летухова В. Ю., Зуев А. В., Потапенко И. Л. Влияние климатических факторов на продолжительность цветения видов в Карадагском природном заповеднике // Вестник Московского университета. Серия 16: Биология. 2022. № 77. C. 258–265. DOI: 10.55959/MSU0137-0952-16-2022-77-4-258-265

19. Мамай И. И. Динамика ландшафтов: методика изучения. М.: МГУ, 1992. 166 с.

20. Методика ведения фенологических наблюдений / Д. Р. Владимиров, А. А. Гладилин, А. Е. Гнеденко, А. И. Глухов, В. А. Грудинская, Н. С. Здравчев, П. А. Лебедев и др. СПб.: РГО, 2023. 208 с.

21. Сезонная жизнь природы Русской равнины. Дневники природы за 1962–1966 гг. Л.: Наука, 1970. 316 с.

22. Скок Н. В. Связь осенних фенофаз берёзы с климатическими показателями среды // Современные исследования природных и социально-экономических систем. Инновационные процессы и проблемы развития естественнонаучного образования. Т. 1: материалы конф. Екатеринбург: УрГПУ, 2014. С. 171–180.

23. Соловьев А. Н. Климатогенные фенологические тенденции и динамика биоразнообразия // Изменение климата и биоразнообразие России: постановка проблемы. Москва: Акрополь, 2007. С. 23–56.

24. Соловьев А. Н. Биота и климат в XX столетии. М.: Пасьва, 2005. 286 с.

25. Сочава В. Б. Введение в учение о геосистемах. Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1978. 319 с.

26. Титкова Т. Б., Золотокрылин А. Н. Климат зональных ландшафтов равнин России при современном глобальном потеплении в летний период // Известия РАН. Серия географическая. 2023. Т. 87. № 3. С. 391–402. DOI: 10.31857/S2587556623030111

27. Феклистов П. А., Амосова И. Б. Морфолого-физиологические и экологические особенности берёзы повислой (Betula pendula Roth.) в таежной зоне. Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова, 2013. 214 с.

28. Фенологические тренды в природе центральной части Русской равнины в условиях современного потепления / А. А. Минин, Ф. Я. Ранькова, Ю. А. Буйволов, И. И. Сапельникова, Т. Д. Филатова // Жизнь Земли. 2018. Т. 40. № 2. С. 162–174.

29. Феноиндикация изменений климата за период 1976–2015 гг. в центральной части Европейской территории России: берёза бородавчатая (повислая) – Betula verrucosa Ehrh. (B. Pendula Roth.) / А. А. Минин, Э. Я. Ранькова, Е. Г. Рыбина, Ю. А. Буйволов, И. И. Сапельникова, Т. Д. Филатова // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2016. Т. 27. № 2. С. 17–28. DOI: 10.21513/0207-2564-2016-2-17-28.

30. Физико-географическое районирование и ландшафты Свердловской области / О. Ю. Гурьевских, В. Г. Капустин, Н. В. Скок, О. В. Янцер. Екатеринбург: УГПУ, 2016. 280 с.

31. Филонов К. П., Нухимовская Ю. Д. Летопись природы в заповедниках СССР. Москва: Наука, 1990. 160 с.

32. Широкова Н. П., Рябова М. С. Взаимосвязь фенологии и биологии некоторых видов древесных растений средней полосы России // Молодой учёный. 2014. № 21.1. С. 260–263.

33. Chronicles of nature calendar, a long-term and large-scale multitaxon database on phenology / ed. by O. Ovaskainen // Scientific Data. 2020. Vol. 7. P. 1–12. DOI: 10.1038/s41597-020-0376-z

34. Differences in spatial versus temporal reaction norms for spring and autumn phenological events / M. Delgado, T. Roslin, G. Tikhonov, O. Ovaskainen // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2020. Vol. 117. № 49. P. 31249–31258. DOI: 10.1073/PNAS.2002713117

35. Landscape Patterns in a Range of Spatio-Temporal Scales / A. V. Khoroshev, K. N. Dyakonov, eds. Landscape Series 26. Cam: Springer Nature, 2020. 439 p. DOI: 10.1007/978-3-030-31185-8

36. Menzel A., Sparks T. Temperature and plant development: phenology and seasonality // Plant Growth and Climate Change / M. Morecroft, J. Morison, eds. Oxford, 2007. P. 70–95. DOI:10.1002/9780470988695.ch4

37. Phenological responses of temperate and boreal trees to warming depend on ambient spring temperatures, leaf habit, and geographic range / R. A. Montgomery, K. E. Rice, A. Stefanski, R. L. Rich, P. B. Reich // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2020. Vol. 117. № 19. P. 10397–10405. DOI: 10.1073/pnas.1917508117

38. Tansey C. J., Hadfield J. D., Phillimore A. B. Estimating the ability of plants to plastically track temperature-mediated shifts in the spring phenological optimum // Global Change Biology. 2017. Vol. 23. № 8. P. 3321–3334. DOI: 10.1111/gcb.13624