Воронеж, Воронежская область, Россия
В статье представлены результаты исследований влияния температурных изменений весеннего сезона на фенологические ритмы древесных пород на примере березы повислой (Betula pendula Roth.) и липы мелколистной (Tilia cordata Mill.) в условиях урбанизированной среды г. Воронежа. На основе 4-летних (2021–2024 гг.) фенологических наблюдений на восьми модельных площадках выявлена тенденция к смещению сроков наступления ключевых фаз (распускание листьев, начало цветения) на более ранние даты. С применением корреляционного анализа (метод Пирсона) установлена сильная отрицательная связь между среднемесячными и декадными температурами воздуха весенних месяцев и сроками наступления фенофаз. Наиболее значимое влияние на фенологию изучаемых видов оказывают температуры третьей декады марта и первой-третьей декад апреля. Результаты подтверждают высокую индикаторную роль фенологических наблюдений для оценки климатических изменений и могут быть использованы для адаптации стратегий озеленения городских территорий.
фенология, биоиндикация, изменение климата, весенние температуры, Betula pendula, Tilia cordata, городская среда, Воронеж
Введение
Современная эпоха характеризуется беспрецедентными по скорости и масштабу антропогенными изменениями климатической системы планеты. Согласно выводам Шестого оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК, 2023), глобальная приземная температура уже повысилась на 1.1°C по сравнению с доиндустриальным уровнем, причем наиболее интенсивное потепление наблюдается в средних и высоких широтах Северного полушария, особенно в весенний период [1]. Это явление трансформирует фундаментальные биоклиматические ритмы, определяющие функционирование наземных экосистем. В условиях урбанизированных территорий глобальный тренд накладывается на мощный локальный эффект «городского теплового острова» (Urban Heat Island, UHI), который формирует специфический микроклимат с повышенным температурным фоном, измененным режимом влажности и атмосферной циркуляции [2, 3]. Таким образом, городские древесные насаждения оказываются на «передовой» климатических изменений, испытывая кумулятивный стресс от глобальных и локальных факторов.
Фенология растений – наука о сезонных циклах развития – признана одним из наиболее чутких и интегральных биологических индикаторов реакции экосистем на изменение климата [4, 5]. Сдвиги в сроках наступления ключевых фенофаз, таких как распускание почек (фолофаза), начало цветения (антезис) или осеннее окрашивание листьев, являются непосредственным и измеримым откликом на динамику абиотических факторов среды. Многочисленные глобальные и региональные исследования последних лет однозначно свидетельствуют о тенденции к смещению весенних фенофаз на более ранние сроки, что напрямую коррелирует с потеплением весенних месяцев [6, 7]. Этот процесс нарушает сложившиеся эволюционно-стабильные синхронизации внутри экосистем (например, между цветением растений и активностью насекомых-опылителей), что может приводить к явлению «фенологического несоответствия» (phenological mismatch) и снижению устойчивости биоценозов [8].
В контексте устойчивого развития городов и адаптации к изменению климата особую актуальность приобретает изучение фенологического отклика древесных пород-интродуцентов, составляющих основу зеленого каркаса. Такие виды, как береза повислая (Betula pendula Roth.) и липа мелколистная (Tilia cordata Mill.), широко используются в озеленении городов Европейской части России благодаря своей декоративности, относительной устойчивости к техногенному загрязнению и рекреационной нагрузке [9-11]. Однако их долговечность, стабильность и эстетические качества в условиях меняющегося климата напрямую зависят от способности адаптировать свои фенологические ритмы к новым температурным реалиям [12-15]. Раннее распускание листьев повышает риск повреждения нежных тканей возвратными заморозками, а сдвиг сроков цветения может влиять на репродуктивный успех и жизненный цикл связанных с ними организмов [16].
Несмотря на значительный объем работ, посвященных влиянию климата на фенологию в естественных биотопах, существует ряд нерешенных вопросов применительно к урбанизированным территориям. Во-первых, большинство исследований оперирует среднемесячными температурами, тогда как критические для запуска фенофаз пороги суммы эффективных температур могут накапливаться в течение конкретных, часто коротких, периодов потепления внутри месяца [17]. Декадный (10-дневный) анализ температурного режима позволяет выявить эти «критические окна» влияния с большей точностью. Во-вторых, требуется больше данных о видоспецифичности фенологического отклика в условиях одного и того же урбополиса, где разные виды могут демонстрировать различную стратегию адаптации к идентичным климатическим сигналам [18-20]. В-третьих, остается открытым вопрос о том, насколько сильно антропогенный пресс (загрязнение воздуха, уплотнение почв) модулирует температурную реакцию фенологии, потенциально ослабляя или усиливая климатический сигнал [20-22].
Таким образом, проведение детальных региональных исследований, сочетающих многолетний фенологический мониторинг с высокоразрешенным (декадным) анализом метеоданных в условиях конкретного города, является необходимым шагом для разработки научно обоснованных адаптационных мер в области городского лесоустройства и озеленения.
Целью данного исследования является количественная оценка влияния температурного режима весеннего сезона (март–май) на динамику наступления ключевых фенофаз у модельных древесных пород (Betula pendula Roth. и Tilia cordata Mill.) в условиях разноуровневой антропогенной нагрузки в г. Воронеже.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- Проанализировать многолетнюю (2021–2024 гг.) динамику среднемесячных и декадных температур воздуха весенних месяцев на территории г. Воронежа.
- На основе оригинальных полевых данных зафиксировать межгодовую и пространственную изменчивость сроков наступления фенофаз распускания листьев и начала цветения у березы повислой и липы мелколистной на восьми модельных площадках, различающихся по характеру антропогенного воздействия.
- Методом корреляционного анализа (Пирсона) установить силу, направленность и статистическую значимость связей между различными температурными параметрами (среднесезонные, среднемесячные, декадные значения) и датами наступления исследуемых фенологических событий для каждой древесной породы.
- На основе выявленных корреляционных закономерностей оценить сравнительную индикаторную значимость Betula pendula и Tilia cordata для биоиндикации весеннего потепления и сформулировать практические рекомендации для мониторинга состояния городских насаждений в условиях изменяющегося климата.
Научная новизна работы заключается в применении подхода декадного анализа температур для выявления наиболее значимых периодов влияния на фенологию в условиях урбоэкосистемы, а также в сравнительной оценке видоспецифичного фенологического отклика двух доминирующих в озеленении пород на трансекте с градиентом антропогенной нагрузки.
1. IPCC. Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Geneva, 2023. – URL: https://www.ipcc.ch/report/ar6/syr/downloads/report/IPCC_AR6_SYR_FullVolume.pdf.
2. Menzel A., Yuan Y., Matiu M., Sparks T., Scheifinger H., Gehrig R., Estrella N. Climate change fingerprints in recent European plant phenology. Global Change Biology. 2020; 26 (4): 2599-2612. – DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.15000.
3. Zhao L., Dai J., Tang Q., Zhang H. Strong contribution of autumn phenology to changes in satellite-derived growing season length estimates across Europe (1982–2016). Scientific Reports. 2021; 11: 17746. – DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-021-97331-2.
4. Vitasse Y., Baumgarten F., Zohner C.M., Fu Y.H., Walde J., Frei E.R., Wohlgemuth T. The great acceleration of plant phenological shifts. Nature Climate Change. 2022; 12: 300–304. – DOI: https://doi.org/10.1038/s41558-022-01283-y.
5. Piao S., Liu Q., Chen A., Janssens I.A., Fu Y., Dai J., Liu L., Lian X., Shen M., Zhu X. Plant phenology and global climate change: Current progresses and challenges. Global Change Biology. 2022; 28 (6): 1922-1940. – DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.16057.
6. Richardson A.D., Hufkens K., Milliman T. Climate change, phenology, and phenological control of vegetation feedbacks to the climate system. Agricultural and Forest Meteorology. 2023; 331: 109315. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109315.
7. Guesmi B. Climate as the Major Factor Controlling Phenology. Agrometeorology. IntechOpen, 2021. – DOI: http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.95893.
8. Meng L., Mao J., Zhou Y., Richardson A.D., Lee X., Thornton P.E., Ricciuto D.M., Li X. Urban warming advances spring phenology but reduces the response of phenology to temperature in the conterminous United States. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2020; 117 (8): 4228-4233. – DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1911117117.
9. Meng L., Zhou Y., Li X., Asrar G.R., Mao J., Wanamaker A.D., Wang Y. Divergent responses of spring phenology to daytime and nighttime warming. Agricultural and Forest Meteorology. 2020; 281: 107832. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2019.107832.
10. Чичагов В.П., Полякова А.В. Реакция фенологии древесных растений на изменение климата в условиях средней полосы России. Лесоведение. – 2021. – № 5. – С. 502–515.
11. Серебряков О.В., Яковенко Н.В. Влияние современных климатических тенденций на фенологию древесных пород: последствия для устойчивого лесовосстановления в Центральном Черноземье. Научно-агрономический журнал. – 2025. – № 4 (131). – С. 5-17. – DOI: https://doi.org/10.34736/FNC.2025.131.4.001.
12. Емельянова О.Ю., Цой М.Ф., Масалова Л.И. Фенологические наблюдения как основа формирования базы данных феноспектров древесных растений. Овощи России. – 2020. – № 6. – С. 77-84. – DOI: https://doi.org/10.18619/2072-9146-2020-6-77-84.
13. Li Y., Qin Y., Ma L., Pan Z. Climate change: vegetation and phenological phase dynamics. International Journal of Climate Change Strategies and Management. 2020; 12 (4): 495–509. – DOI: https://doi.org/10.1108/IJCCSM-06-2019-0037.
14. Yu H., Mo Z., Tan T., Li X., Wang Y., Zhang Y., Wu C. Earlier spring onset and autumn warming increase the discrepancy between leaf coloration and photosynthetic cessation. Communications Earth & Environment. 2026; 7: 12. – DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-026-03239-y.
15. Liu Q., Fu Y.H., Zhu Z., Liu Y., Liu Z., Huang M., Janssens I.A., Piao S. Species-specific responses of spring phenology to climate change in a temperate forest. Ecological Indicators. 2020; 117: 106704. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.106704.
16. Van der Meersch V., Wolkovich E.M. Summer solstice optimizes the thermal growing season. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2025; 122 (23): e2506796122. – DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2506796122.
17. Meyer B.F., Buras A., Gregor K., Layritz L.S., Principe A., Kreyling J., Rammig A., Zang C.S. Frost matters: incorporating late-spring frost into a dynamic vegetation model regulates regional productivity dynamics in European beech forests. Biogeosciences. 2024; 21: 1355–1370. – DOI: https://doi.org/10.5194/bg-21-1355-2024.
18. Тагирова О.В., Кулагин А.Ю. Сезонная изменчивость листьев березы повислой (Betula pendula Roth) в условиях промышленного загрязнения окружающей среды (Уфимский промышленный центр, Республика Башкортостан). Лесной вестник / Forestry Bulletin. – 2025. – Т. 29. – № 3. – С. 65–91. – DOI: https://doi.org/10.18698/2542-1468-2025-3-65-91.
19. Жуйкова Т.В., Мелинг Э.В., Попова А.С. Групповая изменчивость морфологических признаков листа Betula pendula Roth (Betulaceae, Magnoliópsida) в градиентах погодных условий и техногенной трансформации почв. Поволжский экологический журнал. – 2023. – № 1. – С. 37–57. – DOI: https://doi.org/10.35885/1684-7318-2023-1-37-57.
20. Минин А.А., Буйволов Ю.А., Самохина О.Ф., Бардин М.Ю., Демидов В.Э., Лебедев П.А., Поликарпова Н.В., Прокошева И.В., Рыжков О.В., Сапельникова И.И., Фомин Б.Н., Шуйская Е.А., Яковлева М.В., Янцер О.В. Фенологические тренды в природе России: насколько они следуют за изменениями климата? Фундаментальная и прикладная климатология. – 2024. – Т. 10. – № 3. – С. 378-398. – DOI: https://doi.org/10.21513/2410-8758-2024-3-378-398.
21. Delgado M., Roslin T., Tikhonov G., Ovaskainen O., Soininen J., Vierola A., Ilmonen J., Paasivirta L., Roininen H., Ayres M., Bässler C., Forshage M., Fritze M., Halme P., Heikkala O., Hunter M., Kähkönen K., Kakko M., Komonen A., Koricheva J., Kouki J., Lanta V., Liira J., Lundell J., M. Müller J., Nyman T., Pöyry J., Schmidt N.M., Stone D., Tiusanen M., Várkonyi G., Villforth L., Vrezec A., Yakovlev R., Zverev V. Differences in spatial versus temporal reaction norms for spring and autumn phenological events. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2020; 117 (49): 31249–31258. – DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2002713117.
22. Минин А.А., Ананин А.А., Буйволов Ю.А., Ларин Е.Г., Лебедев П.А., Поликарпова Н.В., Прокошева И.В., Руденко М.И., Сапельникова И.И., Федотова В.Г., Шуйская Е.А., Яковлева М.В., Янцер О.В. Рекомендации по унификации фенологических наблюдений в России. Nature Conservation Research. Заповедная наука. – 2020. – Т. 5. – № 4. – С. 89-110. – DOI: https://doi.org/10.24189/ncr.2020.060.
