4. Сезонные явления в живой природе (фенологические наблюдения)

Прекрасна и разнообразна природа нашей Родины. На ее просторах одновременно можно наблюдать не только различные периоды какого-либо сезона, но и разные сезоны года. Весна и лето, осень и зима неизменно дают знать о себе специфическим комплексом сезонных явлений, которые следуют друг за другом в определенной последовательности и через определенные промежутки времени. К сезонным явлениям относятся и весенний прилет птиц, и отлет их осенью, кладка яиц и вывод птенцов, появление и исчезновение насекомых, развертывание листьев у деревьев и кустарников. Весь этот комплекс сезонных явлений изучает фенология (от греч. fenomen – явление и logos – учение) – наука о явлениях, учитывающая, систематизирующая закономерности порядка и сроков наступления сезонных явлений, т.е. изучающая закономерности сезонного развития природы.

Фактическую основу фенологических знаний составляют фенологические наблюдения, содержащие сведения о сроках (календарных датах) наступления конкретных сезонных явлений. Развитие фенологии как отрасли знаний было вызвано запросами практики, а истоки фенологических знаний лежат на заре человеческой культуры. Как только человек обрел способность отмечать в своей памяти явления окружающей его природы, он стал собирателем фенологических наблюдений. Увязывая их с производственным опытом, человек получал представление о лучших сроках проведения полевых работ и учился определять их. Однако прийти к этому он мог лишь путем сопоставления наблюдений за широким кругом сезонных явлений природы.

Вопросы организации натуралистической работы с учащимися нелегко решать на теоретических занятиях. Трудность заключается в том, что этот раздел тесно связан с наблюдениями и опытами непосредственно в природе, со сбором натуральных объектов и изготовлением учебно-наглядных пособий. Кроме того, ему необходимы навыки организации проведения опытно-практической работы на школьном учебно-опытном участке. Наряду с теоретическим курсом и лабораторными занятиями полевая практика дает возможность наиболее полно показать широкий диапазон знаний, умений и навыков, которые необходимы будущему учителю биологии. Различные методы и методические приемы работы с учащимися в природе могут освоить лишь под руководством педагога во время учебно-полевой практики по биологии.

Задачи фенологии

Сейчас детальное изучение конкретных объектов природы составляет задачу частной фенологии. Получение информации, дающей представление об особенностях сезонного развития природы в различных природных зонах и районах, составляет предмет общей фенологии.

Мера времени в фенологии становится предметом специального изучения. То есть фенологию интересует время, требуемое для развития того или иного природного объекта, в его точной привязке к календарным датам.

Во всех случаях фенология имеет дело с годичными циклами развития. Если это касается растений, то у однолетних берется весь период их жизненного цикла – ежегодно повторяющийся, от прорастания семени и до момента отмирания. В равной мере это относится и к животным, среди которых есть и "однолетние", и долгоживущие. Относится это и к целым природным комплексам – ландшафтам, которые в своем годичном цикле также претерпевают последовательные сезонные изменения.

Процессы развития в фенологии описываются датами наступления определенных стадий и фаз, устанавливаемых по внешнему их проявлению. Так, на фенологическом языке развитие пшеницы будет характеризоваться датами появления всходов, начала колошения, цветения и созревания, а зимующая во взрослом состоянии бабочка – датами весеннего пробуждения, началом откладывания яиц, появлением гусениц, окукливанием и вылетом взрослых бабочек.

Главное в фенологическом освещении развития природных объектов – это точная привязка как развития в целом, так и каждого из его этапов к определенной календарной дате (календарному времени). Сведения о поэтапном календаре развития растений и животных составляют существенную часть их общей характеристики. Так, каждый биологический вид отличается присущей только ему привязкой развития к календарному времени. Занимаясь календарем развития биологических видов, фенология исследует, таким образом, одну из присущих всему живому форму их адаптации к среде обитания.

В зависимости от изменений условий существования календарь развития биологических видов может существенно изменяться. При этом очень часто влияние среды становится доминирующим. Внешне это проявляется в том, что одно и то же сезонное явление наступает по годам в несовпадающие сроки. Причем это присуще всем сезонным явлениям. Изменчивость сроков наступления сезонных явлений, ее закономерности составляют главный предмет изучения фенологии, а каждое из сезонных явлений может считаться изученным в фенологическом плане, если известно, в каких пределах изменяются сроки его наступления по годам и чем обусловлена изменчивость этих сроков. Для получения таких сведений необходимы многолетние наблюдения, поэтому многолетняя повторяемость наблюдений и составляет основу метода фенологических наблюдений. Однако сроки наступления сезонных явлений изменчивы не только во времени (по годам в одном пункте), но и в пространстве. Вот почему для того, чтобы получить ясную картину сезонного развития природы в широком географическом плане, требуется проведение многолетних параллельных наблюдений в большом числе пунктов.

Центральной и в известной степени самостоятельной частью фенологической характеристики является ее фенологический календарь. Это разделение года на качественно различающиеся фенологические периоды – сезоны и под сезоны, каждому из которых свойственно специфическое состояние объектов живой и неживой природы и их особое взаимодействие. Фенологическую периодизацию называют естественной, поскольку в фенологическом календаре для каждой конкретной территории даются не условные, а реальные сроки перехода природы из одного сезонного состояния в другое. Естественная фенологическая периодизация исходит из того, что каждому времени года присущ строго определенный специфический набор сезонных явлений. Эта определенность позволяет использовать сезонные явления в качестве индикаторов времен года и строить на этой основе естественный календарь природы конкретных территорий.

Система фенологической периодизации как часть комплексной фенологической характеристики территории имеет важное значение в связи с другой важной задачей фенологии, заключающейся в определении и прогнозировании оптимальных сроков проведения сезонных работ. Поскольку сроки сезонного развития природы изменчивы, оптимальное планирование производственных календарей становится в зависимость от возможностей своевременного определения и прогнозирования хода сезонного развития природы. Эти возможности заложены в индикационной фенологии – учении о временной сопряженности сезонных явлений. Принципы ее довольно просты. Если путем наблюдения мы устанавливаем, что какая-то группа сезонных явлений ежегодно наступает практически одновременно (синхронно), мы можем говорить об общности условий, определяющих срок наступления явлений этой группы, а в ряде случаев и о причинно-следственных связях между отдельными явлениями. В данном случае важен не характер связей, а сам факт синхронности. Если он установлен, то очевидно, что срок наступления одного из явлений синхронной группы может служить индикатором, сигнализирующим о наступлении прочих явлений этой группы.

Сезонные явления, служащие индикаторами естественных фенологических периодов, вместе с тем приобретают значение синхронизаторов наступления времени проведения связанных с тем или иным периодом сезонных работ. Уже известно много сезонных явлений, используемых в качестве указателей оптимальных сроков проведения работ и мероприятий в сельском хозяйстве, в области защиты растений, в лесном хозяйстве. Однако возможности фенологической индикации на основе синхронности явлений далеко еще не исчерпаны. Дальнейшие поиски надежных систем фенологической сигнализации остаются одной из важнейших задач фенологии.

Сопоставляя наблюдение, установили, что между сроками наступления сезонных явлений существует определенная очередность и что временной промежуток между двумя интересующими нас явлениями довольно постоянен. Поэтому по сроку наступления одного явления можно предсказать вероятный срок наступления другого.

Это простейшая форма фенологического прогноза, основанная на относительной устойчивости временных интервалов между сроками наступления сезонных явлений. Довольно часто, когда не требуется высокой точности прогноза, такая форма предсказания вполне себя оправдывает. Более надежные способы фенологического прогнозирования дает изучение прямой зависимости хода развития растений и животных от экологических факторов: температуры окружающей среды, влажности, солнечной радиации.

Многочисленными исследованиями доказано, что развитие растений и холоднокровных животных во многом определяется температурным режимом. Активные процессы их развития начинаются лишь при достижении определенного порога положительных температур. В зависимости от того, как распределяется тепло во времени, развитие может ускоряться или замедляться. На этой зависимости основано фенопрогнозирование по данным о потребности организма в тепле на разных стадиях его развития. Зная потребности организма в тепле и то, как будет складываться температурный режим согласно метеорологическому прогнозу, можно предсказать сроки наступления интересующих нас фаз и связанных с ними работ.

Температурные условия – очень важный, но не единственный среди факторов среды определяющий сроки сезонного развития живых организмов. Из метеофакторов большое значение имеют влажность и освещенность, а из биологических – условия питания. Фенологический прогноз будет тем точнее, чем полнее учитывается влияние этих факторов в их взаимодействии.

Таким образом, из всего сказанного выше следует, что задачи фенологической индикации и прогнозирования решают на основе анализа связей и зависимостей между сезонными явлениями. Так как каждое явление по сроку его наступления изменчиво и, выражаясь математическим языком, представляет собой математическую величину, анализ сводится к выяснению характера связей между рядами переменных величин, которые представляют собой многолетние ряды дат наступления сезонных явлений. Чем длиннее эти ряды, тем точнее может быть охарактеризована степень прочности связей между явлениями. Поэтому для решения задач фенологической индикации и прогнозирования требуется создание широкой сети долгодействующих пунктов фенологических наблюдений.

Фенологические наблюдения специального назначения проводятся в государственных учреждениях и службах. Однако в связи с размерами нашей страны сеть государственных пунктов фенологических наблюдений оказывается недостаточной для сколько-нибудь полной характеристики тех или иных территорий. Практический выход был найден в привлечении к фенологической работе добровольных наблюдателей, что открыло реальный путь получения массовой фенологической информации, необходимой для решения научно-практических задач фенологии.

Фенология проводит наблюдения за процессами и явлениями, происходящими как в живой, так и в неживой природе. Все объекты, пригодные для такого рода наблюдений невозможно перечислить даже в самой полной сводке. В этом разделе мы укажем наиболее изученных и удобных для фенологических наблюдений представителей растительного и животного мира и опишем методы работы с ними. Наблюдения за другими биологическими видами осуществляются аналогично. Далее будет приведен расширенный список объектов живой и неживой природы, за которыми целесообразно вести наблюдения.

Фенологические наблюдения необходимо производить ежедневно. Лишь в отдельные периоды, смотря по темпам развития природы и характеру погоды (ненастное время), надобность в ежедневных обходах участков может отпасть.

Наблюдения производятся в первой половине дня—в это время большинство животных наиболее жизнедеятельно. Зацветание растений также чаще происходит в это время. Эффект листопада осенью наиболее заметен в утренние часы (особенно после холодных ночей и заморозков).

В вечерние и ночные часы производят наблюдения над животными, ведущими ночной образ жизни, а также во время весеннего и осеннего пролета птиц.

Фенологические фазы и их стадии

В сезонном развитии растений и животных можно наблюдать ряд моментов, которые довольно отчетливо разделяют весь цикл развития на отдельные периоды или фазы, напр., у растений – фаза распускания почек, фаза цветения; у млекопитающих – линька, щененье или отел; у птиц – миграции, линька и др. Как растения, так и животные не все сразу вступают в ту или иную фазу своего развития. Различают три стадии: начало, разгар и конец фазы. Для получения однородного, сравнимого, материала крайне важно точно руководствоваться определением фазы и правильно отмечать ее стадию. Наиболее точно можно определить (особенно у растений) начало фазы, почему, в первую очередь, и предлагается отмечать начало распускания почек, начало цветения и т. д.

Наступление (начало) какой-либо фазы у растения и животного отмечается тем днем, когда эта фаза развития наблюдается у 3–5 экземпляров или особей вида.

Разгар фазы или массовое ее наступление – большинство особей данного вида вступило в эту фазу развития: валовой пролет птиц, массовое цветение березы, клена и т. п.

Конец фазы – у большинства животных или растений данного вида определенная фаза развития закончилась: кончилась осенняя линька, деревья обнажились от листвы (конец листопада).

Фазы развития растений

Сокодвижение – отмечается днем, когда ив ааранее сделанного в коре дерева небольшого отверстия покажутся капли сока. Отверстие делается на южной стороне дере ва на высоте груди человека.

Распускание почек отмечается днем, когда из-за раздвинувшихся наружных чешуек почки станут видны зеленые кончики листочков, у хвойных – зелень хвои.

Появление бутонов, соцветий – отмечается днем, когда из пазухи листьев или цветочной почки становится заметен выход бутонов, соцветий (верхушки колоса, кисти, метелки, сережки и т. д.

Цветение: у ветроопыляемых растений (береза, осина, ольха, сосна, ель и др.) устанавливается по началу высыпания желто-зеленой пыльцы из сережек при их легком потряхивании (рис. 6); у злаков (рожь, тимофеевка, тростник), – по началу выпадения пыльцы из тычинок, выдвинувшихся из соцветий; у ив – по времени выдвигания из «барашков» желтых пыльников тычинок (у мужских соцветий) или зеленоватых пестиков (у женских соцветий); у растений с цветами, собранными в соцветия, зацветание определяется днем появления первых вполне раскрывшихся цветков.

Созревание семян плодов определяется днем, когда на растении были замечены первые вполне созревшие плоды. Зрелость плодов с сочным околоплодником (ягоды) определяется наличием у них свойственных им качеств: окраски, мягкости, нормального вкуса (у съедобных). Зрелость сухих плодов условно определяется моментом их опадения: полетел «пух» у ив, осины, тополя и др., опадают орехи, желуди, осыпаются семена у ольхи, березы и т. д.

Начало осенней раскраски листвы отмечается днем появления первых по-осеннему раскрашенных листьев или веточек («прозолоть») у деревьев или кустарников.

Полная осенняя раскраска листвы отмечается днем, когда вся листва растений приняла осеннюю раскраску.

Начало листопада определяется днем опадения первых по-осеннему раскрашенных листьев. У некоторых растений осенняя раскраска бывает слабой и листва опадает почти зеленой (многие ивы, ольха, сирень и др.).

Конец листопада – день обнажения дерева или кустарника от листвы. Незначительное количество листьев, остающихся на вершине, концах веток, во внимание не принимается.

Для изучения полного цикла сезонной жизнедеятельности хвойных необходимы наблюдения и над распусканием почек весной, и над осенним пожелтением хвои и хвоепадом (у ели, кроме того, отмечается сбрасывание колпачков с побегов.

У сосен ежегодно наблюдается пожелтение и опадение старой хвои 3-летнего, у елей – 6-7-летнего возраста. Хвоя у сосен начинает желтеть в конце августа. В фазе массового (полного) пожелтения сосны кажутся как бы подпаленными. К концу сентября после хвоепада деревья вновь становятся полностью зелеными (но хвойный наряд оказывается более «жидким», сквозным). Хвоепад у елей происходит в конце осени – начале зимы. Опавшая хвоя хорошо заметна на снежном покрове.

Гон определяется днем, когда были замечены первые гонные звери или первые следы (особенно заметные на снегу) начавшегося гона. У оленей начало гона определяется по реву, издаваемому самцами.

Линька. Начало весенней линьки отмечается днем, когда были впервые замечены звери, начавшие частично менять зимнюю окраску шкурки на летнюю (зайцы) или сменять зимний мех на летний (более «бедный», напр., у лисицы; начало линьки у нее легче всего отмечать по потерянной ости на снежном покрове). Конец осенней линьки – зверь полностью перелинял и оделся в зимний наряд («вышел на чистую»).

Появление молодых определяется непосредственным наблюдением родившихся зверьков или (чаще) по следам, по писку их в норах или дуплах.

Смена рогов отмечается Днем, когда было замечено это явление у встреченных особей вида. Косвенным образом это феноявление можно заметить по находкам сброшенных рогов. У свежесброшенного рога основание несколько выпуклое, пористое, белого цвета, у старого – плоское, серое.

Залегание в нору (зимняя спячка) и выход из нее весной (пробуждение) отмечается днем последней встречи зверя осенью и первой встречи весной. Косвенным признаком феноявления могут служить следы зверей (появление их весной и исчезновение осенью). Перед залеганием в спячку бурундук усиленно заготавливает на зиму запасы корма, барсуки чистят свои норы.

Фенофазы у птиц

Весенний и осенний пролеты отмечаются днем, когда были замечены первые стаи пролетных птиц. Желательно также отмечать даты массового пролета (птица летит в массе, идет «валом») и последних пролетных стай.

Весенний прилет определяется Днем встречи первых прилетевших птиц данного вида или днем первого крика, первой песни их.

Начало тока, тяги отмечается днем, когда были замечены первые токующие птицы: «бормотанье» тетеревов, первые вальдшнепы, «тянущие» над лесными просеками и полянами.

Первые летные выводки отмечаются днем, когда впервые были замечены молодые птицы, «поднявшиеся на крыло».

Последняя песнь (крик) летом – дата явления устанавливается путем ежедневных записей наблюдений с конца июня – начала июля.