Новосибирские ученые проанализировали фенологию (сезонные изменения в развитии растений) 78 видов многолетников в условиях меняющегося климата Западной Сибири. Наблюдения проводились на протяжении 20 лет, с 1996-го по 2015 год. Используя методику регулярных наблюдений и статистической обработки данных, исследователи зафиксировали два основных тренда изменений: задержку начала вегетации (сроков весеннего отрастания) и раннее начало цветения. Исследование опубликовано в «Сибирском экологическом журнале».
Корреляции метеоявлений с началом цветения многолетников в Новосибирске. Группы по срокам начала цветения РВ — ранневесенняя, ПВ — поздневесенняя, РЛ — раннелетняя, Л — летняя, ПЛ — позднелетняя
Фенология растений — один из надежных биоиндикаторов глобального изменения климата. Это связано с тем, что сроки и продолжительность фенологических событий (вегетации, цветения, плодоношения) существенно зависят от внешних условий, в первую очередь от температуры и влажности. Смещения в сезонном цикле развития отражают изменения, которые происходят с растениями, как в естественной среде, так и при интродукции (это эффективный метод сохранения растений, который включает введение видов из их естественных ареалов в культуру, выращивание ex situ в коллекциях ботанических садов).
«Наблюдения за интродуцентами в одних и тех же условиях позволяют построить фенологические тренды, сопоставить их с трендами температуры и осадков региона, оценить направление и масштаб происходящих изменений. Это помогает понять, действительно ли меняется фенология растений, насколько выявленные смещения обусловлены изменением климата и какие могут быть последствия. Большинство подобных исследований касаются древесных растений. Их чувствительность к перепадам температур выше из-за расположения многолетних осей в воздушной среде. Мы же исследовали реакции травянистых растений на изменение климата», — рассказала старший научный сотрудник Центрального сибирского ботанического сада СО РАН кандидат биологических наук Татьяна Ивановна Фомина.
Ученые проводили наблюдения в Биоресурсной научной коллекции Центрального сибирского ботанического сада СО РАН по классической методике. Они отмечали даты наступления или окончания фенофаз три раза в неделю в течение теплого сезона (с апреля по октябрь). Объекты исследования были распределены по фенологическим признакам, при этом анализ проводился на уровне отдельных видов, экологических групп и биоморф. Для статистического анализа массива климатических и фенологических данных использовали стандартные статистические подходы, а также собственные программы, написанные на языке C++ старшим научным сотрудником ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» кандидатом физико-математических наук Эдуардом Станиславовичем Фоминым. Для характеристики климатических показателей применяли данные метеостанции «Огурцово», находящейся под Новосибирском.
Изменения климатических показателей теплого сезона Новосибирска оказались незначительными: средняя температура воздуха повысилась на 0,16 °C, а количество осадков практически не изменилось (-0,01 мм). Однако выявлены существенные внутрисезонные изменения в распределении тепла и осадков. Апрель заметно потеплел, а май стал более холодным и влажным; в первой половине лета возросла вероятность жаркой и сухой погоды, начало осени стало теплее и cуше. Количество осадков значительно увеличилось во второй половине лета и октябре. Продолжительность вегетационного периода стала больше на 12 дней при более позднем сходе снежного покрова (из-за роста его высоты зимой).
«В итоге мы выявили доминирующие тренды фенологии многолетников. В их числе — запаздывание начала вегетации весной из-за более длительного сохранения снежного покрова, он стал лежать дольше на четыре дня. Кроме того, снежный покров увеличился на 8 см и достиг 43 см. Более позднее снеготаяние и оказалось основным фактором, который повлиял на весеннюю фенологию многолетников. Помимо этого, сократился период от начала вегетации до цветения, уменьшилась длительность вегетации, что в целом отражает ускорение сезонного развития. Когда повышаются сезонные температуры, усиливается поглощение углерода листьями, растет продуктивность. Однако из-за физиологических ограничений этот процесс вызывает более раннее старение листьев и сокращение продолжительности вегетации. При этом установлено, что многолетники неодинаково реагируют на климатические изменения. Например, среди экологических групп более пластичными оказались ксерофиты — виды сухих лугов и степей, а среди биоморф — хамефиты и гемикриптофиты, виды растений, у которых почки расположены близко к поверхности почвы», — прокомментировала Татьяна Фомина.
Результаты исследования подтверждают изменение фенологии травянистых многолетников в Западной Сибири в связи с потеплением климата. Они сопоставимы с данными других регионов, прежде всего по тренду опережающего начала цветения. Вычисленные тренды описывают до 26 % изменчивости фенологических событий, бόльшая часть смещений происходит из-за высокой вариабельности климатических показателей и инерционности сезонных ритмов у многолетников (даже если климатические условия изменяются, растения могут продолжать следовать своим привычным циклам развития). Эти факторы могут значительно варьироваться от года к году, и их колебания оказывают сильное влияние на сроки цветения и другие фенофазы растений. Помимо этого, на результаты могло значительно повлиять то, что бόльшая часть периода исследования совпала с паузой в потеплении, зафиксированном в разных частях Северного полушария с конца 1990-х годов. Для прогнозирования реакции конкретных видов требуется продолжение фенологических исследований, в том числе при интродукции.
Полина Щербакова
Изображения предоставлены исследователями и из открытых источников
