УДК 581.543(470.5)

 

Применение метода комплексных характеристик при организации феномониторинга на территории заповедника «Денежкин Камень»

О.В. Янцер¹, А.Е. Квашнина²

¹Уральский государственный педагогический университет

Россия, Екатеринбург

²Государственный природный заповедник

«Денежкин Камень», Россия, г. Североуральск

Представлены результаты феномониторинга по маршруту на северном склоне Шарпинской сопки в горно-таежном, подгольцовом и горно-тундровом поясах среднегорий Северного Урала. При использовании метода комплексных фенологических характеристик выявлены различия в сроках наступления и скорости протекания вегетативного и генеративного процесса, установлены границы сезонов. Методом наименьших квадратов в горно-таежном поясе для первой декады июня рассчитана скорость многолетних изменений температуры приземного воздуха – 3°/15 лет.

Ключевые слова: феномониторинг, высотные пояса, заповедник Денежкин камень, комплексные фенологические характеристики.

 

Using The methid of Complex Phenological Characteristics in Phenological Monitoring In «DENEZHKIN KAMEN» NATURE PRESERVE, RUSSIA

O.V. Yantcer¹, A.E. Kvashnina²

¹Ural State Pedagogical University (USPU), Russia, Ekaterinburg

«Denezhkin Kamen» Federal Nature Preserve, Russia, g. Severouralsk

This article represents the results of phenology monitoring in three vertical vegetative zones – mountainous taiga, subglacial, and mountainous tundra of Northern Urals.  We revealed differences in the rates of vegetative and generative plant processes and detected the seasons turning points.  We have in addition calculated the rates of perennial temperature changes in the vegetation layer in the mountainous taiga during the first decade of June using the minimal quadrat method.

Key words: phenology monitoring, vegetative zone, «Denezhkin Kamen» Nature Preserve, complex phenology characteristics.

 

Фенологические наблюдения служат одним из основных способов изучения изменений климатических характеристик ландшафтов. Они позволяют отслеживать изменения фитокомпонента, развитие которого индицирует сезонные изменения всего природного комплекса [1, 2]. Организация и проведение фенологического мониторинга необходимы для понимания реакции и выявления тенденций фенологии отдельных видов растений и их сообществ на изменения характеристик абиотических факторов окружающей среды. Проведение феномониторинга в среднегорьях на больших площадях во многом сопряжено с труднодоступностью. Однако, необходимость его осуществления определяется тем, что существуют довольно серьезные различия в физико-географических условиях высотных поясов горных массивов, и, как следствие, в сезонной динамике растений природных комплексов.

Территория государственного природного заповедника «Денежкин Камень» относится к типичному слабоизмененному   горному   району   среднетаежного Урала. Территория, площадью в 80,6 тыс. га, вытянута в меридиональном направлении и находится примерно в 40 км к северо-западу от г. Североуральска Свердловской области. В современные границы заповедника входят массив Денежкин Камень, восточные склоны Главного Уральского хребта, долина р. Сольва и южная часть хребта Хоза-Тумп. Параллельно Главному Уральскому хребту тянется гряда островных гор и хребтов, отделенных друг от друга широкими речными долинами. Максимальная абсолютная высота – вершина г. Денежкин Камень (1492 м), наименьшая – 225 м – находится в месте пересечения восточной границы заповедника рекой Шегультан. Горно-таежный пояс занимает склоны массивов до высоты 750-760 м над уровнем моря. Пояс характеризуется избыточным увлажнением, но заболоченность незначительна из-за достаточно большого испарения (400-440 мм) и горного рельефа, способствующего усиленному стоку. Среднетаежные леса, являющиеся индикатором зонального положения района, занимают дренированные слабовыпуклые вершины отрогов среднегорных массивов, их пологие привершинные склоны и площадки нагорных террас с суглинистыми почвами на высоте 400-450 м. Для каждого высотного пояса характерен свой диапазон абсолютных высот, формы морфоскульптурного рельефа, почвенный покров, температурные показатели, режим увлажнения и освещенность.

В среднегорьях в условиях мозаичности рельефа задачей феномониторинга служит сравнение сезонного развития различных по видовому составу природных комплексов высотных поясов. Такую возможность дает применение точных количественных фенологических методов, среди которых метод комплексных фенологических показателей [3], характеризующий фенологическое состояние растений всех жизненных форм. При наблюдении методом на территории феноплощади (ФП) определяется состояние каждого вида сообщества путем оценки его учетных единиц соответственно стандартам. Учетной единицей вида является особь. Результатом проведенных наблюдений является балльная информация о фенологическом состоянии природного комплекса. Обработка по вегетативному и генеративному процессам ведется независимо. Полученные показатели переводятся в относительные – рассчитывается процент видов растений, находящихся в конкретной фенологической фазе на день обследования, и определяется их соотношение (суммированная фенологическая характеристика растительности – СФХ). Для каждой площадки также вычисляется средний коэффициент ее фенологического состояния (Кг – генеративного развития, Кв – вегетативного развития) с ошибкой (±m). Совокупность СФХ и среднего коэффициента является комплексным фенологическим показателем развития участка (рис.1). Получив средние баллы развития растительности природных комплексов в определенные даты и промежуток времени между посещениями ФП, высчитывается скорость развития процесса.

Рисунок 1. Средние многолетние комплексные фенологические показатели генеративного процесса развития растительности высотных поясов Шарпинской сопки 17 июня.

 

Феномониторинг проводится с 2001 года по постоянному маршруту длиной около 7 км, включающему 12 пробных площадей, расположенных на высотах от 280 до 900 м (9 – в горно-таежном, 2 – в подгольцовом, 1 в горно-тундровом поясе) на северном склоне Шарпинской сопки – отрога массива Денежкин камень. Каждая феноплощадь расположена в пределах одной фации. Постоянные метеорологические исследования проводились на 4 площадках горно-таежного пояса, на остальных ФП сведения о показателях представлены в общей сложности, за 9 лет. Влажность почв определялась лабораторно, высушиванием и взвешиванием проб. Посещение феноплощадок осуществлялось через 7-10 дней с начала до окончания вегетационного периода. Источником метеорологических данных и Календаря природы послужили материалы Летописей заповедника, собранные сотрудниками Возьмителем К.А., Квашниной А.Е., Неустроевой Г.М. [4], а также результаты экспедиционных метеорологических и фенологических исследований сотрудников и студентов УрГПУ.

Весной амплитуда наступления феноявлений между отдельными природными комплексами по маршруту максимальна. При этом фенологические различия между ними увеличиваются от начала весны к лету, а от начала осени к ее концу они уменьшаются. Первая половина весны еще находится под значительным влиянием зимнего сезона и его последствий (возврата холодов, снежного покрова, мерзлоты почвы). О количестве тепла, поступающем в фацию в начале весны можно судить по особенностям схода снега.  В фациях подгольцового и верхней части горно-таежного поясов снег стаивает медленнее, чем в нижней и средней части пояса, т.к. на прогревание здесь требуется большее количество тепла. Вторая половина весны характеризуется увеличением солнечной радиации, быстрым прогреванием почвы и припочвенного слоя воздуха, а также началом вегетации растительности. Коэффициент корреляции между наступлением фенологических явлений и термическим режимом весной самый высокий – 0,8-0,9. Это связано с тем, что прохождение фенофаз у растений зависит от температуры предшествующего периода [5]. Фенологические изменения в органической природе весной проходят бурно и в сжатые сроки.

По нашим наблюдениям в условиях Северного Урала ежегодно момент начала вегетации растений характеризовался следующими природными явлениями: значительное потепление, минимальные температуры воздуха устойчиво поднимались выше 0°С, а среднесуточные – выше +5°С; почва освобождалась от снежного покрова на 100%; появлялись проростки первых видов травянистых, набухали почки деревьев и кустарников. С повышением температуры сразу появлялись первые явные признаки вегетации, которые проявлялись ежегодно, что доказывает устойчивую связь температурного и фитофенологического критериев. К моменту перехода среднесуточных температур выше +5°С растительность уже начинает развиваться (в среднем, в горно-таежном поясе в =2,2; г=0,6, в подгольцовом  поясе в =1,1; г=0,5). Очевидно, что в развитии растительности более важны максимальные, и особенно, минимальные температуры. Поэтому индикатором наступления вегетационного периода мы считаем рубеж минимальных температур воздуха выше +0°С, но ниже +5°С. По данным наблюдений это происходит в горно-таежном поясе 16 мая, в подгольцовом поясе – 24 мая. Для весеннего вегетационного периода характерны среднесуточные температуры  от +5°С  до +10°С; в = 0 – 3,5; г = 0,1 – 1,8.

В среднем, для территории заповедника, переход среднесуточных температур воздуха через +10ºС происходит 16 июня в горно-таежном поясе (по данным на кордонах), в подгольцовом поясе – 20 июня, и соответствует началу летней вегетации.  К концу сезона у большинства видов рост листьев заканчивается. Зональным панареальным индикатором окончания сезона является зацветание черемухи. В начале вегетационной весны растительность горно-таежного пояса опережает в генеративном развитии растительность подгольцового и горно-тундрового поясов на 13 суток.  Развитие растений в горно-таежном поясе начинается раньше, чем в поясах, расположенных выше по склону. В период с 17 по 24 мая г изменяются в горно-таежном и подгольцовом поясах со скоростью Vг= 0,015 б/сутки, в горно-тундровом поясе растительность находится под снегом. В конце мая развитие генеративных органов растений в ФП горно-таежного пояса протекает быстрее по сравнению с растительностью подгольцового пояса на 9 суток, по сравнению с растительностью горно-тундрового пояса на 14,8 суток. Запаздывание в развитии генеративных процессов растительности в подгольцовом поясе связано с различиями в термическом режиме высотных поясов, с более мощным снежным покровом зимой, а потому – более поздним его стаиванием весной, и, соответственно, более поздним прогреванием и просыханием почвенного слоя.

Окончательное таяние снега и пробуждение растений наступают в различных ЛГК горно-таежного высотного пояса не одновременно. Быстрее всех освобождаются от снега феноплощади, расположенные в нижней части горно-таежного пояса, их растительность в первой половине весны опережает в развитии вышерасположенные ФП.  Наибольшее опережение в развитии наблюдается в долине р. Шарп. Величина отклонений к 10 июня уменьшается почти на всех исследуемых феноплощадях.

В период с 24 мая по 1 июня Vг увеличиваются в горно-таежном поясе в 4 раза, в подгольцовом – в 8 раз. В горно-тундровом поясе также выявлено возрастание скорости Vг до 0,05 б/сутки. Увеличение Vг обусловлено в горно-тундровом поясе освобождением большей части наблюдаемых природных комплексов от снега и повсеместно – достаточным для развития растительности прогреванием воздуха и почв. Опережение в развитии растительности горно-таежного пояса по сравнению с подгольцовым составляет в начале июня 10 суток, по сравнению с растительностью горно-тундрового пояса – 12,7 суток. Математически доказанное опережение в развитии растительности горно-таежного пояса по сравнению с подгольцовым продолжается до 10 июня и составляет 3 суток, по сравнению с горно-тундровым – 8,6 суток. Комплексные фенологические характеристики подтверждают более быстрое прохождение видами горно-таежного пояса всех наблюдаемых на данный период фенофаз.

В горно-таежном поясе вегетация начинается раньше, чем в подгольцовом поясе на 11суток, и раньше, чем в горно-тундровом поясе на 12 суток. Весеннее развитие растительности в природных комплексах горно-таежного пояса, имеющих различные абсолютные высоты и условия, протекает по-разному. Опережение в развитии вегетативных органов растений в нижней части пояса по сравнению со средним развитием в, в течение всего сезона; максимум опережения выявлен в начале весны и составляет 8 суток. Стабильное запаздывание весной наблюдается в верхней части пояса.

Летом скорости развития процессов примерно выравниваются во всех высотных поясах, а в начале осени растительность горно-тундрового пояса опережает в развитии г растительность горно-таежного на 5 суток и подгольцового пояса на 3,3 суток. К началу сентября Vг в горно-таежном и подгольцовом поясах снижаются на 0,06 балла/сутки, в горно-тундровом поясе Vг, напротив, возрастает до 0,1 баллов/сутки. Это приводит к опережению в генеративном развитии растительности подгольцового на 7,5 суток, горно-тундрового пояса на 8,3 суток, по сравнению с видами горно-таежного пояса. Запаздывание в развитии г растительности подгольцового пояса по сравнению с горно-тундровым составляет 3,3 суток. В конце вегетативной осени (23 сентября) развитие растительности в подгольцовом и в горно-тундровом поясах происходит быстрее, чем в горно-таежном поясе на 5 суток.

Учет микроклиматических условий при изучении фенологии как отдельных видов, так и целых сообществ, необходим для выявления реакции растительности на климатические изменения в целом. Методом наименьших квадратов на площадках горно-таежного пояса рассчитана скорость многолетних изменений температуры приземного воздуха. В среднем, скорости изменений на период первой декады июня составляют 3°/15 лет. Минимальная скорость изменений температуры (2,7° за 15 лет) за данный период наблюдается на границе высотных поясов, в березняке-кедровнике, максимальная – 3,7°/15 лет – в ельнике высокотравно-папоротниковом, занимающем плакорное положение. На основе полученных результатов можно сделать вывод о том, что влияние изменений климатических и микроклиматических на сезонную динамику в горно-таежном поясе проявляется в запаздывании весенне-летнего развития с увеличением абсолютной высоты.

Сроки наступления и продолжительность фенологических фаз растений являются биоиндикаторами климатических изменений в природной среде [6]. Многолетний фенологический мониторинг, включающий сбор и обобщение первичной информации, формирование базы данных, позволяет дать оценку происходящих изменений в сезонной ритмике растений в слабоизмененной и неизмененной среде территории заповедника.

 

Литература

  1. Янцер О.В. Общая фенология и перспективные направления ее развития // Наука и образование: современные тренды: коллективная монография / гл. ред. О.Н. Широков. – Чебоксары: ЦНС «Интерактив-плюс», 2015. – № IX. – 372 с. – (Серия «Научно-методическая библиотека»). – С. 71-80.
  2. Гребенюк Г.Н., Кузнецова В.П. Анализ сезонной динамики северных территорий методом фенологического мониторинга // Вестник Нижневартовского государственного университета. Серия Естественные науки и науки о Земле. – 2011. – № 3. – С. 11-16.
  3. Янцер О.В., Скок Н.В. Фенологические методы исследований в изучении динамики ландшафтов: общий обзор. Вестник Башкирского государственного университета. – 2016. –Т. 21. – №1. – С.91-100.
  4. Летописи природы заповедника «Денежкин камень» 2003-2018 гг. Североуральск-Всеволодо-Благодатское.
  5. Скок Н.В., Янцер О.В., Иванова Ю.Р. Использование количественных фенологических методов для характеристики горной полосы Среднего Урала. Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. – 2014. – Т. 19, № 5. – С. 1569-1572.
  6. Минин А.А., Воскова А.В. Гомеостатические реакции растений на современные изменения климата: пространственно-фенологические аспекты. Онтогенез. – 2014. – Т. 45. – №3. – С. 1-8.

 

Literatura:

1.Yаncer O.V. Obshchaya fenologiya i perspektivnye napravleniya ee razvitiya // Nauka i obrazovanie: sovremennye trendy: kollektivnaya monografiya / gl. red. O.N. SHirokov. – CHeboksary: CNS «Interaktiv-plyus», 2015. – № IX. – 372 s. – (Seriya «Nauchno-metodicheskaya biblioteka»). S. 71-80.

  1. Grebenyuk G.N., Kuznecova V.P. Analiz sezonnoj dinamiki severnyh territorij metodom fenologicheskogo monitoringa // Vestnik Nizhnevartovskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya Estestvennye nauki i nauki o Zemle. – 2011. – № 3. – S. 11–16.
  2. YAncer O.V., Skok N.V. Fenologicheskie metody issledovanij v izuchenii dinamiki landshaftov: obshchij obzor. Vestnik Bashkirskogo gosudarstvennogo universiteta. – 2016.-T. 21. – №1. – S.91-100.
  3. Letopisi prirody zapovednika «Denezhkin kamen'» 2003-2018 gg. Severoural'sk-Vsevolodo-Blagodatskoe.
  4. Skok N.V., YAncer O.V., Ivanova YU.R. Ispol'zovanie kolichestvennyh fenologicheskih metodov dlya harakteristiki gornoj polosy Srednego Urala. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya: Estestvennye i tekhnicheskie nauki. 2014. T. 19. № 5. S. 1569-1572.
  5. Minin A.A., Voskova A.V. Gomeostaticheskie reakcii rastenij na sovremennye izmeneniya klimata: prostranstvenno-fenologicheskie aspekty. Ontogenez. – 2014. – T. 45. – №3. – S. 1-8.

 

Янцер Оксана Васильевна, к.г.н., доцент, декан географо-биологического факультета, Уральский государственный педагогический университет, 620019, Екатеринбург, пр. Космонавтов, 26.

Квашнина Анна Евгеньевна, директор государственного природного заповедника «Денежкин камень», 624480, Свердловская область, Североуральск, ул. Ленина, дом 6. 


Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!