Фенология: прошлое и ее настоящее в системе биологических знаний

Фенология: прошлое  и ее настоящее в системе биологических знаний.

В кратком определении фенология  – наука о сезонном развитии  живой  природы, обусловленном сменой времен года. Слово «фенология» в  буквальном переводе с греческого  - наука о явлениях. Хотя этот термин не полностью отражает существо предмета, но более ста лет употребляется в научном обиходе. Фенология как наука определилась сравнительно недавно, то наблюдения людей над явлениями природы восходят к отдалённым временам. Имеются сведения, что еще древнейшие народы в своей земледельческой практике умели следить за сезонным развитием природы. Наблюдения и описание сезонных явлений имеются в трудах древних философов.

В средние века в русских и  зарубежных летописях и хрониках иногда велись записи о сроках наступления важнейших сезонных явлений. Однако эти материалы оставались без систематизации и научной обработки.

Значение наблюдений над сезонными  явлениями природы хорошо понималось в России ещё в начале XVIII века. Так, в 1721 г. Пётр I, дав указание о выборе наиболее благоприятных участков для разбивки парков в окрестностях новой столицы – Петербурга, предложил Меньшикову присылать ему еженедельно засушенные «дубовые, рябинные и берёзовые сучки и цветы, а также и травные листочки с написанием чисел, дабы узнать, где раньше началась весна». Петр 1 писал: «Когда деревья станут раскидываться, тогда велите присылать вам листочки оных понедельно наклеивши на бумагу, с подписанием чисел, дабы узнать, где ранее началась весна». Это было за 27 лет до того, как в Упсальском саду Карл Линней приступил к наблюдению одновременно за развитием растений и ходом погоды.

В XVIII в. зародилась научная фенология, хотя она в то время так ещё не называлась. Основоположниками её можно считать французского учёного Р. Реомюра (1683-1757) и великого шведского естествоиспытателя К. Линнея (1707-1778). В 1735г. Р. Реомюр проводил наблюдения и отметил зависимость сезонных явлений природы от температурного режима. В дальнейшем Р.Реомюр зафиксировал ход созревания зерновых культур в зависимости от температуры окружающей среды, опубликовал свои наблюдения о сезонном развитии насекомых. К. Линней создал на территории скандинавских стран первую фенологическую сеть с чёткой задачей: охарактеризовать климатические особенности различных географических районов с помощью постоянных фенологических наблюдений. Фенологическая сеть существовала из добровольных помощников, которые в разных местах страны отмечали сроки распускания почек, период цветения растений, созревания плодов и опадение листвы растений. Несмотря на то, что фенологическая сеть  просуществовала недолго, но инициатива К. Линнея не была оставлена без внимания. В странах Западной Европы со второй половины XVIII в. многие исследователи начали вести систематические записи фенологических наблюдений.

Фенологические наблюдения не остались без внимания и в России. Родоначальником  отечественной фенологии признан  энциклопедически образованный агроном  XVIII в. А.Т.Болотов. За свою жизнь он написал огромное число трудов, посвящённых земледелию и плодоводству. В своих работах он делился наблюдениями над сменой времён года и их влиянием на развитие живой природы. Проживая в тульской деревне, А.Т.Болотов, свои наблюдения изложил в толстых рукописях. В этих трудах мы находим информацию и о прилете грачей, и о деревьях, первыми распускающие свои цветки, напоминающими о приходе весны. Мы можем познакомиться с записками о снеготаянии, половодье, оживлении рыб, птиц и других животных; встречаем натуралистические очерки записки о красоте природы родного края. Кроме А.Т.Болотова, регулярное изучение сезонной ритмики вели его современники – директор петербургского Аптекарского огорода И. П. Фальк и академик П. С. Паллас, организовавшие регулярное изучение сезонных явлений.

Призыв к широкому изучению фенологических изменений позволил издаваемому в 18 веке «Журналу садоводства» составить календарь природы для садоводов. Систематические наблюдения отечественных ученых и любителей природы, создали прочную основу для развития науки.

В 1841 г. бельгийский статистик и фенолог А. Кетле опубликовал первую интернациональную программу наблюдений за сезонными явлениями природы, рассчитанную для стран Центральной и Западной Европы. В 1848 году А.Кетле опубликовал подробную инструкцию по сбору фенологических сведений. В инструкции четко прописывалась необходимость единых способов фиксирования изучаемого явления и характер изменения. Когда сведения собираются по одной схеме, в дальнейшем они возможны для сравнения и определения фенологических закономерностей. В 1850 г. программа А. Кетле была опубликована в российском академическом издании А. Я. Купфером.

К середине XIX в. в России местными научными работниками и любителями было собрано столько фенологических наблюдений, что А. Ф. Миддендорф в 1855 г. смог написать работу о ходе весеннего перелёта птиц по территории России от западных её границ до Тихого океана.

В 80-х гг. XIX в. обозначился новый подъём фенологических исследований. Значительную роль в этом сыграла деятельность Г. Гофмана и его учеников в Германии. Все важнейшие страны Европы, Япония и несколько позже США организовали сети фенологических наблюдений.  В России в системе Географического общества такую сеть в 1885 г. организовал крупнейший климатолог А. И. Воейков. Подлинным вдохновителем новой добровольной массовой русской фенологической сети явился Д. Н. Кайгородов. Со всех уголков обширного государства стекались к учёному сведения о годовом ходе сезонных явлений. Кроме исследовательской деятельности, Д. Н. Кайгородов проводил и просветительскую и образовательную работу. Д.Н.Кайгородов писал статьи, очерки из жизни растений и животных, пишет рассказы о русском лесе.  Подготовил большое число последователей, исследователей в области фенологии,  добивался, чтобы фенология была предметом изучения в школе. Уже в 1924 году на Московской конференции по краеведению была выдвинута программа фенологических наблюдений в пределах всей страны. Фенология как биологическая дисциплина внедряется во все смежные науки - ботанику, географию, агрометеорологию. Одновременно, фенология как учение широко стала использовать достижения ботаники, земледелия, сельского хозяйства.

В начале  ХХ в. возникла тесная связь  фенологии с биологической наукой, результатом которой явилось  развитие биоценологии, изучающей жизнедеятельность  растительных и животных сообществ. Ведущими фенологами были составлены программы наблюдений.  Большой вклад в развитие фенологии внесли отечественные ученые,  как В. Н. Сукачёв, А.П.Щенников и др. В своих программах ученые определяли фенологические прогнозы на основе хода развития растительного сообщества, отдельного вида биоклиматического расчета эффективных температур для начала и дальнейшего развития растений. Эти работы помогали полеводам и агрономам выбирать нужные сорта высеваемых растений по их зависимости развития от обеспеченности теплом, использовались садоводами для защиты садов и огородов от заморозков.

С 1924 по 1930 гг. в нашей стране руководство  фенологией осуществляло Общество любителей  мироведения. В 30-х гг. руководство  перешло к Центральному бюро краеведения. В настоящее время добровольной фенологической сетью в масштабе страны занимается Географическое общество, фенологический центр которого находится в г. Санкт-Петербурге.

Собранный сетями корреспондентов-фенологов  материал, а также проведенные  специальные исследования, позволили  к настоящему времени выявить в общих чертах основные закономерности сезонной динамики природы умеренного пояса.

Фенологи делят год на сезоны и подсезоны. Сезонов четыре: весна, лето, осень, зима. А подсезонов –  характерных периодов, ограниченных рубежными явлениями живой природы, - четырнадцать. Продолжительность тех и других в значительной степени зависит от географического положения местности и от ландшафта.

Весна  в европейской части России делится на четыре периода: снеготаяние, оживление весны, разгар весны и период предлетья. Общая черта сезона – нарастание солнечного тепла, заметное прогревание земной поверхности и воздуха. Снеготаяние продолжается от первых проталин  до зацветания серой ольхи и орешника-лещины. Начало оживления весны совпадает с зацветанием мать-и-мачехи,  а конец – с появлением листочек на берёзе и пылением вяза. В этом периоде тепло ещё неустойчиво, положительные температуры сменяются частыми заморозками на почве. Окончательно освобождаются ото льда водоёмы, исчезает распутица. Птицы приступают к устройству гнёзд, к кладке и насиживанию яиц. Нарастает разгар весны. Этот подсезон меньше предыдущих подвержен температурным колебаниям. На Русской равнине он обыкновенно продолжается около 22 суток: от зеленения берёз до начала цветения рябины.  В эту период происходит полное покрытие листвой деревьев и кустарников, зацветают фруктовые сады, на яровых полях открывается посевная. Запевает соловей, отмечают первый крик иволги, коростеля – дергача и бой перепела. На полях начинается работа по посадке  картофеля. Последний подсезон весны – предлетье. На европейской части России период перехода от весны к лету продолжается от 20 до 22 суток. Начало его знаменуется обильным цветением рябины и сирени, конец – зацветанием местных видов шиповника.

Лето распадается на три периода: начало лета, полное лето и спад лета. Это сезон наибольшего прогрева земной поверхности, самых длинных дней в году, пора максимальной жизнедеятельности растений. Начало лета отсчитывают с зацветания шиповника, малины, татарского клёна (это совпадает и с созреванием крылаток вяза). Самые светлые в году сутки. В полях зацветает рожь, а вместе с ней – василёк и льнянка. В мире животных начало лета – период размножения. С созревания черники садовой земляники, красной и чёрной смородины приходит полное лето. Это наиболее тёплое и благодатное время. В самом начале периода зацветает мелколистная липа. У большинства птиц оперяются и вылетают птенцы. В садах снимают первые плоды вишни. Когда озимая рожь приобретает восковую спелость, подсезон завершается. Дата наступления этой фенологической фазы и явится преддверием спада лета. Последний летний период наступает в пору полного созревания озимой ржи и начала её уборки. Среди дикой растительности  показателем  спада лета является зрелая брусника. Отлетают на юг стрижи и кукушки. В саду снимают раннеспелые сорта яблок. Всё больше желтеющих и сжатых нив, пора страды горячей. Разворачивается сев озимых хлебов.

Осень. Неуклонно падает напряжение прямой солнечной энергии, долгота дня убывает, а ночи растут. Охлаждается приземный воздух, режим влаги местами избыточен. Живая природа подготавливается к встрече зимы. Продолжительность осени на европейской территории страны в среднем немногим больше трёх месяцев. Сезон этот распадается на четыре периода: начало осени, золотая осень, глубокая осень и предзимье. Начало  осени настаёт с первых расцвеченных листьев берёзы, липы и вяза (вторая половина августа), с отлёта чёрных стрижей и продолжается до равномерной раскраски  листвы тех же пород, когда количество раскрашенных и зелёных листьев в их кронах примерно одинаково (конец сентября). Золотая осень – пора самой яркой осенней раскраски листвы. Частые  заморозки на почве, по низинам с вечера пенятся туманы. На юг тянутся последние стаи журавлей, отлетают грачи и скворцы, с севера прикочёвывают снегири. К концу октября оголены липы, клёны и осины. Глубокая  осень длится с завершения листопада берёзы, вяза и осины до выпадения первого снега. В этот подсезон заморозки становятся обычными, лужи затягиваются льдом, пролетают на юг последние стаи уток, гусей и лебедей. Залегают на зимовье сурки, барсуки, ежи, медведи. Предзимье начинается с первого выпавшего снега до ледостава и санного пути – переходный период от осени к зиме. Озимые посевы, закончив закалку, подготавливаются к перезимовке. Бодрствующие звери после линьки покрываются густым, тёплым мехом. Морозы чередуются с оттепелями, снег – с дождём. Погода неустойчива до последних чисел ноября.

Зима в центре европейской части России стоит с конца ноября до второй половины марта. Этот сезон низких температур и относительного покоя природы можно разделить на три периода: первозимье, коренную зиму и перелом зимы. Первозимье начинается с выпадения покровного снега, кончается же в декабрьское солнцестояние. В первозимье – самое низкое положение солнца в годовом ходе; пора глубокого покоя живой природы. Коренная  зима  длится с 20-х чисел декабря до начала февраля, до протяжной песни большой синицы. Это период стуж и крутых метелей. С прибавкой света наблюдается и некоторое оживление в растительном и животном царствах. Чёрные вороны затевают брачные игры; в годы с урожаем еловых шишек у клестов средь зимы выводятся птенцы. Перелом  зимы намечается с резким приростом светового дня, когда солнце не только «ходит» выше, но и заметнее греет. На полдневной стороне крыш звенит капель. Веселей поют синицы и овсянки. У волков и лис-гон, период спаривания. Снег оседает, поверх снега образуется плотная корочка - наст.

Естественные сезоны в отличие от сезонов астрономического и гражданского календарей наступают в разных географических районах не одновременно и, как правило, протекают с разной скоростью. Изменчивы также календарные сроки наступления фенологических сезонов в одной и той же географической точке, но в разные по погодным условиям годы.

Фенологические наблюдения над  сезонными явлениями природы  ведутся по принятой в руководствах для метеорологических и гидрологических  наблюдений методике. При этом важное значение имеет методика фенологических наблюдений над растениями и животными, особенно теми, которые служат индикаторами границ естественных сезонов и подсезонов. Эта методика имеет своей целью обеспечить максимально возможную сопоставимость аналогичных фенологических наблюдений, проводимых одними и теми же наблюдателями в разные годы и разными наблюдателями в разных пунктах.

По форме отчёта методы делятся  на 2 класса: первичные и интегральные. Первичные методы регистрируют значение определённого элемента, как правило, без указания меры его типичности, т. е. дают качественную оценку. Интегральные, увеличение числа отчётов при наблюдении, дают возможность точно оценить величину размаха значений определяемого элемента, т. е. получить результат определённой и желаемой точности. (Куприянова, 1985)

Рассмотрим более подробно регистрационные  и описательные методы, а также  сущность и значение интегрального  метода.

Первичный метод группы регистраторов срока (обычный).

Данный метод очень  долгое время среди фенологов  был единственным, поэтому его можно назвать обычным или классическим методом фенологических  наблюдений. Он необыкновенно прост и доступен всем категориям наблюдателей. Наблюдатель отвечает на вопрос, когда наступило данное явление в данном месте. Более или менее регулярно посещая участок, наблюдатель должен зафиксировать две даты: последнюю, когда заданное сезонное явление ещё не наблюдалось – показатель «a», и дату - показатель «б», когда явление было отмечено впервые. Очевидно, истинная дата наступления исследуемого явления лежит в интервале между показанием «а» и «б». Точность проведённого наблюдения будет зависеть от величины промежутка показателей «а» и «б», т.е., от частоты посещения участка.  Чем дольше проводятся наблюдения первичным методом регистраторов срока, тем надёжнее будут выводимые из них даты.