Агроклиматические условия развития древесных растений на территории города Нижневартовска

По усредненным данным Нижневартовского и Мегионского лесхозов по породному составу древесные растения в Нижневартовском районе в основном распределены следующим образом: 53% -сосна, 26% - кедр, 14% - береза, 6% - осина и 1% другие породы. В настоящей работе использованы результаты фенологических и метеорологических наблюдений на территории г. Нижневартовска и Нижневартовского района среднетаежной зоны Ханты-Мансийского автономного округа-Югры за 20022013 гг. В качестве объектов исследования выбраны деревья береза, черемуха, осина и рябина. Фенологические наблюдения за древесными породами проводили по методикам Гордеева Ю.И., Никольской А.Н. Стрельниковой О.Г. и Федоровой А.И. [5, 7, 8, 10].

Фенологические данные дают весьма ценные для экологии сведения о средней продолжительности вегетации, периоде облиствения отдельных видов в данном районе, о местных и обусловленных погодой различиях в сроках прохождения фенологических этапов, являются основой всех экологических прогнозов. Ведущими фенологами было составлено несколько программ наблюдений. Получили известность принципы графического построения хода развития растительного сообщества или отдельного вида: фенологические - В.Н. Сукачева и А.П. Шенникова; биоклиматического картирования - фенологические карты Н.П. Смирнова и В.А. Бат-манова; методика расчета суммы эффективных температур, необходимой для начала того или иного порога развития растений - работы А.А. Шиголе-ва и А.Н. Бабушкина; оценка термического режима растительного покрова – М.И. Будыко, Л.С. Гандин, З.А. Мищенко и др. [10, 11, 12].

Результаты фенологических наблюдений необходимы для научных исследований, для проведения сельскохозяйственных и агротехнических работ, для лесников, охотников, для планирования и прогнозирования мероприятий на территориях. Фенология как наука, широко использует достижения биологии, климатологии, ботаники, земледелия

и других наук и до сегодняшнего дня основывается на наблюдении внешних, видимых изменений в состоянии растений (фенофаз). Систематическое наблюдение над одним и тем же объектом в различных географических пунктах позволяет установить скорость прохождения этих явлений в широтном и долготном направлениях и определить величину фенологических градиентов. Отклонения фактических сроков наступления сезонных явлений от среднего многолетнего (от нормы) называются феноаномалией. Феноаномалии могут быть отрицательными (когда явление опережает нормальные сроки) и положительными (когда запаздывает) [3].

В исследованиях В.П. Кузнецовой и Г.Н. Гребенюк (2015) выявлены особенности реакции фенологических явлений на метеорологический компонент в окрестностях города Нижневартовска, что проявляется в смешении сроков наступления фенофаз в субсезонах и особенно хорошо прослеживается в осенние и весенние периоды года. Среднемноголетняя продолжительность фенологических сезонов в г. Нижневартовске за 2007-2014 гг. составляют: весна 110 дней, лето 63 дня, осень 67 дней и зима 122 дня. На сроки фенологических явлений оказывает значительное влияние погодные условия аномального характера, не соответствующие установленным нормам. Также наблюдается тенденция повышения средней температуры воздуха в многолетнем плане на территории г. Нижневартовска [6]. Характерной чертой микроклимата г. Нижневартовска является разнообразие и быстрая смена погоды во все сезоны года, особенно в переходные периоды — от осени к зиме и от весны к лету, а также значительные суточные и сезонные колебания температуры воздуха. Климат города характеризуется продолжительной суровой зимой и коротким летом. Как показали расчеты, температура воздуха в городе Нижневартовске выше на 1-3°С, чем в его окрестностях [5].

Наиболее информативным суммарным признаком влияния антропогенных или других (абиотических и биотических) факторов среды является длина вегетационного периода. За вегетационный период в метеорологии условно применяется момент, когда среднесуточная температура воздуха превышает +5°С. В Сибири, при сильном промерзании почвы в зимний период, весной, даже при среднесуточной температуре воздуха, превышающей +5°С, вегетация у растений часто не наблюдается. Поэтому за начало вегетации у растений часто принимают первые признаки набухания почек, реже — появление кончиков листьев, или весенние изменения в растениях, при которых обязательно поступление воды. У многих растений таким признаком может считаться наступление набухания почек, т.е. время заметного и почти беспрерывного роста. Метеорологи за начало вегетации принимают начало снеготаяния и размерзание почвы. Дата устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С осенью является последним днем незамерзшего состояния почвы и прекращения полевых работ. Многие исследователи концом вегетации считают опадание листьев у древесных пород, конец вегетации у летнезеленого растения, окончание фазы осеннего расцвечивания листьев, т.е. фактически — разрушение хлорофилла и окончание фотосинтеза [1, 3, 4, 8, 13].

Для определения агроклиматических показателей используют разные методы: метод параллельных, или сопряженных наблюдений за ростом, развитием и урожайности культур и сопутствующими им метеорологическими условиями - основоположник метода П.И. Броунов; метод географических посевов; метод учащенных сроков сева, предложенный Г.Т. Селяниновым; метод обработки статистических материалов по урожайности и сопутствующим им метеорологическим условиям; метод лабораторных исследований; метод микроклиматических посевов и посадок; метод климатического анализа ареалов произрастания сельскохозяйственных культур (географический метод). Основоположником этого метода является А.И. Воейков.

Агроклиматической оценкой территории выявляется степень благоприятствования климата возделыванию различных сельскохозяйственных культур и определяется характер изменений, вносимых в климат поля, луга, пастбища и других сельскохозяйственных угодий агролесомелиоративными и гидромелиоративными мероприятиями [3]. Для агроклиматической оценки термических условий территории представляет интерес дата перехода температуры воздуха через определенные пределы (выше 0ºС, 5ºС, 10ºС и 15°С) весной и осенью. За 2002-2013 годы в Нижневартовске дата устойчивого перехода температуры через 0°С весной в среднем отмечается в конце третьей декады марта (29 марта), а осенью во второй декаде октября (15 октября). В среднем зимний покой древесных растений в городе составляет от 175 до 235 дней, а в районе от 175 до 245 дней. Период от начало зимнего покоя до начало вегетации у древесных растений в городе и районе в среднем составляет 190-200 дней. Число дней за время от перехода через 0°С весной до перехода температуры через 0°С осенью определяет общую продолжительность теплого периода. В городе Нижневартовске летний вегетационный период древесных растений в среднем длится около 130 дней.

Оценка термических ресурсов вегетационного периода по температуре воздуха производится на основе многих климатических характеристик, к которым следует отнести средние многолетние суммы температур воздуха выше 5ºС, 10ºС и 15°С, обеспеченность этих сумм и динамику накопления, уровень средних температур воздуха, длительность безморозного периода, микроклиматические поправки и т.д. [3, 10]. Для оценки агроклиматических условий территории необходимо сравнительная оценка по тепло- и влагообеспеченности. Влаго-обеспеченность характеризуется отношением суммы осадков к возможной сумме испарения (мм). Теплообеспеченность оценивается суммой температур воздуха за активный вегетационный период со средней суточной температурой воздуха выше 10ºС. По условиям теплообеспеченности территория Нижневартовского района относится к умеренному агроклиматическому поясу среднетаежной агроклиматической зоны с достаточным увлажнением. Теплообеспеченнность вегетационного периода древесных растений в г.Нижневартовске, т.е. суммы активных температур воздуха выше 10ºС, в среднем составляет 1433ºС.

По методике А.А. Шиголева вычисляя суммы эффективных температур, можно определить наступление фазы цветения ряда древесных растений [3]. Математически зависимость наступления той или иной фазы развития от накопления определенной суммы эффективных температур выражается уравнением

_A n =--- t - 5 ^, где n – продолжительность периода от начала вегетации данной древесной породы до наступления какой-либо ее фазы развития (например, цветения); A – константа суммы эффективных температур; t – средняя температура за тот же период в анализируемом году. Например, по расчетам А.А. Шиголева, накопление сумм эффективных температур в 125ºС соответствует времени зацветания черемухи, накопление 235ºС – зацветанию рябины [3].

Прогноз сроков наступления цветения садов используется в мероприятиях по уходу за садом, в борьбе с заморозками. Прогноз наступления фаз развития можно рассчитать на основе учета средней многолетней продолжительности межфазных периодов, но лучшую оправдывает себя метод А.А. Шиголева, основанный на вычислении сумм эффективных температур. А также для определения средних многолетних дат наступления фаз развития древесных можно использовать метод, рекомендованный Ф.Ф. Давитая [10].

Как показали исследования средних дат климатических показателей по Нижневартовску все весенние фенофазы древесных растений проходят в более короткие сроки по сравнению с осенними. Например, фазы облиствения и зацветания обычно проходят довольно дружно и завершаются за 9-11

суток и менее, фазы расцвечивания листьев, осеннего их опадания, созревания плодов могут быть растянуты на 1-1,5 месяца. На продолжительность межфазного периода оказывают влияние температура, влажность почвы, продолжительность дня, влажность воздуха и другие факторы внешней среды. Из перечисленных факторов наибольшее значение имеет температура. Длительность вегетационного периода может изменяться в больших пределах, между тем, суммы температур достаточно устойчивы и поэтому являются ценным показателем термического режима [10].

Суммы эффективных температур на территории города Нижневартовска за вегетационный период древесных растений в среднем равно 1112ºС. За начало фазы рекомендуется принимать день, когда в данную фазу вступило 5-10% состава популяции, а за начало массового прохождения фенофазы принято считать момент, когда в фазу вступило не менее 40-50% состава взятой под наблюдение популяции [8, 13].

У древесных пород выделяют следующие фенофазы: зимний покой, начало весеннего сокодвижения — «весенний плач» (у берез), набухание почек, распускание почек, развертывание листьев, рост побегов, летняя вегетация, осеннее расцвечивание листьев, осеннее опадание листьев.

Репродуктивные фазы: бутонизация распознается при появлении первых признаков бутонов (черемуха) или разрыхлении сережек (береза); цветение — признак начала фазы — раскрывание кончиков у первых появившихся цветков или высыпание пыльцы. Созревание плодов начинается со времени достижения плодами размеров, характерных для их зрелого состояния. Признаком вступления растения в фазу рассеивания плодов является опадание зрелых плодов и поедание их животными [8].

При изучении особенностей развития древесных растений на территории г. Нижневартовска и Нижневартовского района был проведен сравнительный анализ этапов прохождения фенофаз у березы, черемухи, осины, рябины в течение летней вегетации. Как показали результаты исследований, повышение температуры воздуха в городе приводит к сдвигу сроков прохождения фенофаз по сравнению с окрестностями. Сроки наступления фенофаз в условиях городской экосистемы проходят быстрее по сравнению с территорией пригородной зоны. Например, начало весеннего сокодвижения у березы в городе в среднем за 2003-2013 гг. отмечается в первой декаде мая (03.05), а в окрестностях города во второй декаде мая (10-11.05), что на 7—8 дней позже. Фенофазы в условиях города сдвигаются не только по срокам, но и по своей длительности: практически все фенофазы у наблюдаемых древесных растений в условиях города длятся меньше, чем за городом. На процесс прохождения фенофаз в городе значительное влияние оказывает тепловой режим и факторы антропогенного воздействия. Разница между городом и окрестностях г.Нижневартовска в сроках прохождения фаз древесных растений были от 7 дней до 22 дня.

Выводы: изучение фенологических особенностей развития древесных растений в условиях города среднетаежной зоны ХМАО-Югры показало, что разница между температурным режимом городской среды и за городом в среднем составляет 2-3°С. В результате повышения температуры воздуха в городе наблюдаются изменения в динамике этапов развития растений, происходит сдвиг фенологических фаз или наложение одной фазы на другую. Фенофазы в условиях города сдвигаются не только по срокам, но и по своей длительности: практически все фенофазы у наблюдаемых древесных растений в условиях города длятся меньше, чем за городом.

Работа выполнена в рамках исполнения инициативного научного проекта № 5.7590.2017 / БЧ Минобрнауки России