Nature of Botanc Gardens

pdf-version

Woody plants and dynamics of late spring and early autumn frosts at Saint-Petersburg

Под заморозком понимается кратковременное понижение температуры воздуха ниже 0 ^оС при преобладании положительных температур (Швер и др., 1982). Заморозки – это явление, когда при положительной среднесуточной температуре воздуха наблюдается понижение её, обычно утром или ночью, до отрицательных значений (Мелешко и др., 2010). "Заморозки относятся к числу опасных явлений погоды, если они наступают весной в период вегетации. Они возникают в результате вторжения волн холода с севера и северо-востока. К тому же резкое похолодание усиливается ночью вследствие значительных теплопотерь излучением при ясном небе и слабых ветрах или полном затишье" (Швер и др., 1982, с. 81). При этом различают заморозки в воздухе и на поверхности почвы. Большой вред, наносимый поздневесенними и раннеосенними заморозками (особенно сельскому, лесному и садово-парковому хозяйству) хорошо известен. Например, от заморозка до -3 ^оC, наблюдавшегося в Санкт-Петербурге в ночь на 3-е июня 1975 г. и до -5…-6 ^оC за городом, погибли молодые побеги рано и даже поздно распускающихся форм ели, берёзы и осины. Обмёрз весенний прирост побегов таких деревьев местной флоры, как Acer platanoides L., Alnus glutinosa (L.) Gaertn., Fraxinus excelsior L., Quercus robur L. В дендрарии Лесотехнического университета (ЛТУ) от этого заморозка погибли молодые побеги у нескольких сотен видов древесных интродуцентов, в том числе у Larix decidua Mill., Larix kaempferi (Lamb.) Carr., Larix sibirica Ledeb., Pseudotsuga menziesii (Mirbel) Franco. От этого же заморозка в том же году в массе вымерзли молодые побеги и цветки у различных видов и сортов яблони, груши, сливы, смородины и крыжовника во многих районах Ленинградской области. А от заморозка на почве 8 июня 1975 г. на интродукционном питомнике ботанического сада ЛТУ погибли всходы и молодые растения десятков видов древесных экзотов - пихты, сосны, лжетсуги, багрянника, дуба, бука, рододендронов (по наблюдениям Н. Е. Булыгина). Ещё ранее неблагоприятное воздействие заморозка 25 мая 1925 г., когда температура опустилась до -2,5 ^оC на хвойные растения отметил П. Л. Богданов (1927), проводивший исследования о результатах акклиматизации иноземных пород в бывшем Помологическом саду Регеля и Кессельринга на Выборгской стороне. В этой работе он делает важный и не потерявший до сих пор своего значения вывод (с. 440): "Для дальнейшего более глубокого и детального изучения иноземных пород необходимо прежде всего организовать над ними систематические фенологические наблюдения, которые дадут возможность точно выяснить, в какое время вегетационного периода начинается и заканчивается рост различных пород, как влияют различные климатические факторы на их рост и т.п. Но это должно сопровождаться специально организованными микроклиматическими наблюдениями". При этом воздействие заморозков заметно возрастает в загородной среде. Как, например, это показывает опыт культуры экзотов в научно-опытной станции "Отрадное" Ботанического института имени В. Л. Комарова РАН в Приозерском районе Ленинградской области (Cвязева и др., 2011).

Очевидно, что в прошлом заморозки причиняли растениям ещё больший вред чем сейчас, в условиях потепления климата. Самой суровой зиме XX века в Санкт-Петербурге, 1941/42 г., предшествовало очень короткое лето. В рекордно ранние сроки (11 октября) начался переход среднесуточной температуры воздуха через 0 ^оC: по существу, за резко оборвавшимся вторым феноэтапом «Золотой осени» сразу началась зима. В XVIII-XIX веках наблюдались не менее сильные аномалии. В сентябре 1763 г. Юхан Фальк добирался до России морем из Стокгольма и чуть не погиб во время шторма. Вспоминая об этом, он писал в своих письмах Карлу Линнею: «После того, как мы от 19 сентября и до 1 Октября испытали все неприятности, какие может заключать в себе осенняя поездка по Балтийскому морю, в форме непостоянного ветра, сильных бурь, снега, града, дождя и мороза вперемежку, мы уже полагали, что теперь находимся в безопасности от этого, когда бросили якорь в Нарвском рейде... но свирепый шторм с тьмой бросил нас на песчаные рифы, где судно разбилось, дало течь... Каждое мгновение здесь в глаза глядели ужас, отчаяние и смерть....Моя шляпа и шпага, которые я купил в день отъезда из Стокгольма, также были унесены волной, перекатившейся через лодку, когда мы вытаскивали вещи, лежавшие в каюте. Таким образом и мне попало; но благодарение богу, я вышел живым из такой ужасной опасности! Никогда в жизни я больше не поеду по морю» (Липский, 1913, с. 168). Из этого письма видно, что вегетационный сезон северо-западного региона Российской Империи тогда был заметно короче. В сентябре Фальком отмечается снег, град и мороз.

Н. Е. Булыгин (1987, с. 7) выделил отдельный балл обмерзания в своей восьмибалльной шкале повреждаемости древесных растений отрицательной температурой, учитывающий не только зимние морозы, но и заморозки: "...II - растения зимуют без повреждений морозами, но в вегетирующем состоянии могут повреждаться поздневесенними, летними и раннеосенними заморозками (необходимо отмечать, какие органы и в какие периоды повреждены)". Устойчивость растений разная в периоды вегетации и покоя. Когда начинаются ростовые процессы, растения становятся очень чувствительными даже к небольшим морозам при возврате холодов. Ещё Э. Л. Вольф (1915, с. 451) писал: «В садоводственной и лесоводственной литературе нет недостатка в указаниях на то, что весной после ряда теплых, в особенности солнечных дней способность растений противостоять действию мороза чрезвычайно быстро падает, и, если после такой оттепели вновь возвращаются хотя бы и не особенно сильные морозы, то они производят несравненно более жестокие опустошения, чем самые суровые зимние морозы». Тем не менее, влияние заморозков на древесные растения до сих пор изучено ещё слабо и в литературе мало отражено. Имеющиеся сведения о времени наступления последних весенних и первых осенних заморозков, как правило, не отражают современных изменений климата. Они нуждаются в обработке и обобщении. Это и послужило основанием для подготовки данного сообщения. Его фактическую основу составляют данные дендробиологического мониторинга в Ботаническом саду Петра Великого в Санкт-Петербурге с 1980 г. по 2021 гг.

Принятые сокращения:

БИН - Ботанический сад Петра Великого Ботанического института имени В. Л. Комарова РАН;

ЛТУ - Ботанический сад Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета.

Материалом для исследования служили древесно-кустарниковые растения коллекции Ботанического сада Петра Великого Ботанического института имени В. Л. Комарова РАН (БИН) на Аптекарском острове в Санкт-Петербурге. Оценка обмерзания проводилась по шкале П. И. Лапина (1967). Фенологические наблюдения проводились по методике Н. Е. Булыгина (1979). Фенологическая периодизация года принята по Н. Е. Булыгину (1982). Использованы данные метеостанции "Санкт-Петербург" Федерального государственного бюджетного учреждения "Северо-Западное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды" (ФБГУ "Северо-Западное УГМС"). Дендробиологический мониторинг заключается в наблюдениях по программе территориально-феноиндикационной системы (ТФС) календаря природы Ладого-Ильменского дендрофлористического района. Наблюдения ведутся с 1980 г. и состоят в ежегодном учёте дат наступления определённых фенофаз у древесных растений-феноиндикаторов наступления сезонов, подсезонов и феноэтапов года. Каждому из этих подразделений года свойственно специфическое состояние объектов живой и неживой природы и особое их взаимодействие.

Обсуждение результатов

В таблице 1 приводятся даты последних весенних и первых осенних заморозков в воздухе по данным метеостанции "Санкт-Петербург" за 42-летний период 1980-2021 гг. Приводятся календарная дата и фенологический этап года, на котором отмечается это явление, а также минимальная температура воздуха в этот день. В графе 8 показан фенолаг, временной интервал между датой последнего весеннего заморозка и первого осеннего заморозка. Обозначения феноэтапов года: СТ2 - второй этап подсезона "Снеготаяние", ОВ1 - первый этап подсезона "Оживление весны", ОВ2 - второй этап "Оживления весны", РВ1 - первый этап подсезона "Разгар весны", ЗО1 - первый этап подсезона "Золотая осень", ЗО2 - второй этап "Золотой осени", ГО1 - первый этап подсезона "Глубокая осень", ГО2 - второй этап "Глубокой осени", ПЗ - "Предзимье".

Таблица 1. Даты последнего весеннего и первого осеннего заморозков в воздухе в Санкт-Петербурге (1980-2021 гг.)

Table 1. Dates of late spring and early autumn frosts at Saint-Petersburg (1980-2021)

В условиях климата второй половины XX в., который тогда считался «нормой современного климата», устойчивый тёплый период с положительными температурами начинался обычно в мае. «В Ленинграде он продолжается в среднем 156 дней, от последнего заморозка 5 мая … до первого заморозка 9 октября…» (Швер и др., 1982, с. 78—79). При этом колебания безморозного периода составляли от всего лишь 113 дней в 1968 г. до 191 дня в 1964 г. Таким образом, в настоящее время продолжительность безморозного периода по сравнению с данными "Климата Ленинграда" (Швер и др., 1982) увеличилась на 18 суток и составила 174 дня.

По сравнению с данными, приводимыми В. П. Мелешко и др. (2010) безморозный период за период, анализируемый в настоящей статье, увеличился на 14 суток. В. П. Мелешко с соавторами (2010, с. 66—67) отмечают: «За период с 1881 по 2010 г. осенние заморозки в Санкт-Петербурге наступают в среднем в конце сентября – начале октября, а весенние прекращаются в центральной застроенной части города в конце апреля – начале мая. Безморозный период в среднем продолжается 160 дней – с 3 мая по 10 октября. Однако колебания дат прекращения заморозков в отдельные годы велики. Например, в 1989 г. безморозный период наступил уже 6 апреля, а в 1918 г. последний заморозок наблюдался ночью 28 мая. В больших пределах также колеблются и даты наступления осенних заморозков. Так, в 1944 г. первый заморозок отмечен 15 сентября, а в 1917 г., когда осень была теплая и поздняя, - только 17 ноября». За тот период времени, 1881-2010 гг., самый поздний весенний заморозок зарегистрирован в городе 28 мая 1918 г., а самый ранний осенний – 15 сентября 1944 г.

По данным таблицы 1, за период 1980-2021 гг. из весенних заморозков самое раннее их окончание отмечалось 6 апреля 1989 г. - год, когда началось заметное потепление климата Санкт-Петербурга (Фирсов, 2014; Фирсов, Волчанская, 2021). А самое позднее - дважды, 22 мая 1980 и 1985 г. Большинство случаев приходится на апрель - 32, на май - 10 таких случаев. В июне заморозков уже нет - хотя раньше в этом месяце они случались. Так, в Ботаническом саду БИН в 1970-х гг. по инструкции горшки с рассадой не выносились из оранжереи в открытый грунт раньше 7 июня (устное сообщение В. И. Корженевского).

Самый ранний осенний заморозок за этот период времени зафиксирован 20 сентября 1993 г., а самый поздний осенний – 7 ноября 2008 г. Самый короткий безморозный период – 144 дня в 1990 г. (продолжительность увеличилась более чем на месяц по сравнению с прежним рекордным значением в 1968 г.) А самый длительный рекорд 1989 г. также был позже превзойдён – 201 день в 2008 г. В октябре бывает подавляющее большинство таких случаев - 37, в сентябре - 2 случая, и в ноябре - три.

Даты заморозков приходятся на разные феноэтапы года. Весенние заморозки оканчиваются на этапах СТ2 (очень редкий случай в 1998 г.) – и до второго этапа "Разгара весны" включительно. Абсолютное большинство случаев (33 или 79 %) приходится на подсезон "Оживление весны", от зацветания ольхи серой до начала облиствения берёзы повислой (Betula pendula Roth). При этом 18 случаев имеет место на втором этапе "Оживления весны" (ОВ2), после зацветания Salix caprea L. и 15 таких случаев - до зацветания ивы козьей (ОВ1). Именно этот, первый этап ОВ1, который символизирует зацветание мужских серёжек Alnus incana (L.) Moench, является началом вегетационного сезона в геосистеме (Фирсов, Фадеева, 2013). Наиболее опасны самые поздние заморозки, когда начинается массовое распускание почек, развёртывание листьев и цветение многих видов деревьев и кустарников. Таких случаев, на втором феноэтапе подсезона "Разгар весны", после зацветания черёмухи обыкновенной (Padus avium Mill.), насчитывается 4 случая (10 %). По мнению Н. Е. Булыгина (1980), окончание заморозков в Санкт-Петербурге могло завершаться и в подсезоне "Разгара весны" и в "Перволетье". Сейчас заморозков на третьем феноэтапе "Разгара весны" и первом этапе "Начала лета" не отмечается. Осенние заморозки начинаются с первого этапа "Золотой осени" и до "Предзимья". На подсезон "Глубокой осени" приходится 19 случаев, при этом 14 случаев - на первый её феноэтап, связанный с полным опадением листьев у берёзы, липы мелколистной, ольхи серой и чёрной (Булыгин, 1982). На подсезон "Золотой осени" - 18 случаев, при этом 12 из них случаются на втором этапе этого подсезона. На подсезон "Предзимья" приходится 5 случаев (12 %) - это означает, что осень в текущем году была без заморозков почти до начала зимы. В подсезоне "Начало осени" (по календарным срокам чаще всего это конец августа - первая декада сентября) заморозки в воздухе отсутствуют.

Если мы сравним даты наступления заморозков в XX веке (период в 21 год за 1980-2000 гг.) и за такой же период в XXI веке (2001-2021 гг.), то оказывается, что средняя дата окончания весенних заморозков в XX в. - 29 апреля. И соответственно, в первые два десятилетия XXI в. - 23 апреля. То есть, изменение на 6 сут. в сторону более раннего их окончания. Соответственно, осенью изменение с 15 октября до 19 октября - то есть, удлинение на 4 сут. Общее удлинение безморозного периода за эти две группы лет - на 10 сут.

Мы можем также сравнить за этот же период времени (1980-2021 гг.) даты последней отрицательной среднесуточной температуры воздуха в Санкт-Петербурге весной и первой отрицательной среднесуточной температуры осенью. Большинство таких случаев весной приходится на апрель: 27 случаев из 42 (и ни одного - на май). Самая поздняя дата - 26 апреля 1988 г. Самая ранняя дата - 20 марта 2014 г.: то есть, начиная с 21 марта среднесуточная температура воздуха была только положительной. Осенью самая ранняя дата - 14 октября 2002 г., самая поздняя - 29 ноября 2021 г. (ни одного случая в декабре), при среднем значении 31 октября. Фенолаг между двумя этими датами колеблется от 171 сут. в 1992 г. до 243 сут. в 2020 г. при среднем значении 209 сут. Это означает, что в среднем 57 % года в Санкт-Петербурге - с положительной среднесуточной температурой воздуха. Если мы сравним даты наступления в конце XX в. (1980-2000 гг.) и в первые два десятилетия XXI в. (2001-2021 гг.), то оказывается, что в 1980-2000 гг. дата последней отрицательной температуры была 10 апреля, а сейчас сместилась на 6 сут. раньше, на 4 апреля. И наоборот, осенью эта дата сместилась с 31 октября на 4 ноября, то есть, отодвинулась на 4 сут. А всего за сезон - изменение на такой же период 10 суток. То есть, безморозный и вегетационный сезон увеличиваются.

Сроки наступления заморозков имеют большое значение для представителей интродуцированной и природной дендрофлоры Санкт-Петербурга. Большое число листопадных видов, особенно теплолюбивых и южного происхождения в Санкт-Петербурге оканчивают вегетацию вынужденно - их листья уходят в зиму зелёными и побиваются морозами. Так например, в 2016 г. первые заморозки наступили 19 октября (-0,4 ^оC), вскоре после этого, 2 ноября, отмечено замерзание прудов (индикатор "Предзимья"), при этом среднесуточная температура воздуха перешла к отрицательным значениям, образовался снежный покров (индикаторы "Начала зимы"). В парке БИН не успели закончить ветегацию такие деревья и кустарники, как Acer saccharinum L., Acer longipes Franch. ex Rehd., Quercus castaneifolia C. A. Mey., Robinia pseudoacacia L. и многие другие. Для целого ряда видов это повторяется регулярно.

При этом разные виды древесных растений проявляют разную устойчивость к заморозкам. Так, у представителей рода виноград (Vitis) листья повреждаются даже самыми слабыми первыми осенними заморозками (Vitis amurensis Rupr., V. riparia Michx. и др.). В то же время у других видов, как Acer platanoides L., повреждения незаметны и при более сильных значениях отрицательной температуры воздуха. Реакция растений может быть разной. У одних видов после первых морозов листья буреют и сморщиваются, у других засыхают и могут оставаться на дереве большую часть зимы. У высоко адаптировавшихся зимостойких видов формируется отделительный слой листовой пластинки и они быстро опадают целиком. В большинстве случаев это сопровождается изменением осенней окраски листовой пластинки. Но у некоторых видов (Fraxinus excelsior L., Populus balsamifera L. и др.) листья опадают и зелёными или частично побуревшими, без полного пожелтения.

В случае раннего наступления осенних заморозков у древесных растений могут повреждаться длительно растущие побеги, которые не успевают одревеснеть и подготовиться к зиме. И, соответственно, потом повреждаются морозами, что наглядно проявляется весной. Как писал садовник Императорского Лесного института в Санкт-Петербурге Э. Л. Вольф (1915, с. 446) ещё более ста лет тому назад: «Во многих случаях не зимний мороз сам по себе является причиною отмирания нежнаго растения после лютой зимы. Он часто только как последнее звено заканчивает цепь неблагоприятных обстоятельств и наносит смертельный удар ослабленной ими жизни растения».

Весенние заморозки имеют значение для растений в случае возврата холодов, после периода тепла, когда уже начинаются ростовые процессы. Известны такие виды как, например, Picea jezoensis (Siebold et Zucc.) Carr., рано начинающие вегетацию, чувствительные к поздним весенним заморозкам - такая их биологическая особенность указывается в дендрологической литературе, различных справочниках (Вольф, 1929; Фирсов, Орлова, 2019 и др.). Весенние заморозки могут сказываться на репродуктивной сфере растений. Они обуславливают эпизодичность плодоношения некоторых видов, как например, у клёна серебристого (Булыгин, Фирсов, 1985). У некоторых видов, как у рододендронов с длительными и поздними сроками созревания семян, в случае раннего наступления морозов, могут не вызреть семена.

Продолжительность периода от последнего весеннего заморозка до первого осеннего в Санкт-Петербурге за 42-летний период 1980-2021 гг. по сравнению с серединой XX в., увеличилась на 18 дней, со 156 до 174 суток. В начале XXI в., 2000-2021 гг., по сравнению с периодом 1980-2000 г., увеличение безморозного периода составляет 10 суток. Весенние заморозки оканчиваются, начиная со второго феноэтапа подсезона "Снеготаяние" по второй этап "Разгара весны", большинство случаев приходится на подсезон "Оживление весны". Случаев заморозков на третьем этапе "Разгара весны" и первом этапе "Начала лета", как это ранее отмечалось в литературе, не наблюдается.

Осенние заморозки могут начинаться с первого этапа подсезона "Золотая осень" и (в более редких случаях) до "Предзимья", чаще всего - в подсезон "Глубокой осени", особенно на её первом феноэтапе, индикатором которого является опадение листьев берёзы повислой и липы мелколистной.

В середине XX в. были подведены основные итоги интродукции древесных растений, изданы "Деревья и кустарники СССР" (1949-1962), на многие годы вперёд определены возможности их культуры в России и в СССР. Очевидно, что данные об уровнях адаптированности древесных интродуцентов нуждаются в переосмыслении и ревизии.

 В прошлом известны многие примеры негативного воздействия заморозков на растения. В последние годы сроки заморозков отодвигаются, и безморозный период увеличивается. В условиях современного климата заморозки не оказывают такого негативного воздействия на деревья и кустарники, как прежде, однако, их влияния нельзя исключать. Они по-прежнему играют важную роль для древесных растений, хотя и не такую как прежде.

Работа выполнена в рамках госзадания по плановой теме «Коллекции живых растений Ботанического института им. В. Л. Комарова (история, современное состояние, перспективы использования)», номер темы 122011900031-0.