Аннотация:Организованная и неорганизованная деятельность человеческого общества весьма заметно влияет на природу, и как указывал А. В. Шнитников важно не терять времени в изучении проблем ритмики природных явлений. Ритмичность природных явлений и ее строгие или нестрогие, но раскрытые закономерности представляют собой единственный реальный и конкретный путь научного предвидения естественных тенденций развития природных явлений в будущем (Шнитников, 1973).
Изучение закономерностей хода сезонного развития природы было и остается исторически первой не утратившей своей актуальности задачей фенологии. Решается эта задача путем многолетних наблюдений за сроками наступления широкого круга последующих явлений, характеризующих определенные этапы годичного цикла развития природы и создающих в своей совокупности биоклиматический или фенологический календарь. Осуществляются эти наблюдения прежде всего в заповедниках, одной из основных задач которых является эталонирование естественного хода природных процессов (Рашек, 1976). Охраняемые сообщества животных и растений, а также природные объекты являются эталонными, позволяющими путем сопоставления учитывать изменения в природе региона, вносимые хозяйственной деятельностью.
Из двух основных способов представления фенологических материалов (Сезонная жизнь…, 1969) в заповедниках в настоящее время развит второй, а именно – публикации Календаря природы, когда различные метеорологические и биотические явления, независимо от их природы располагаются в календарном порядке. В то же время, для биосферных заповедников, имеющих один или несколько эталонных объектов, важны публикации, призванная освещать их сезонную ритмику.
При характеристике года, ежегодно проводимой в рамках «Летописи природы» в сис-теме за¬поведников России приводятся фенологические явления в жизни сообществ на-земных растений и животных. Водным объектам уделяется значительно меньше внимания. Специфика водных экосистем заставляет искать подходы к периодизации года на основании лимнологических показателей. Особенно актуально это становится в последнее время в связи с изменениями климата, влекущими за собой нарушения гидрологического режима водоемов.
Имея многолетний опыт проведения комплексного гидромониторинга р. Керженец, мы попытались на основе спектра его гидрологических и гидрохимических показателей разработать схему сезонной периодизации года.
Река Керженец – левосторонний приток р. Волги, типичная малая лесная река Нижего-родского Заволжья. Согласно классификации рек по водному режиму Б. Д. Зайкова (1944) р. Керженец относится к первой группе (реки с весенним половодьем) третьего (восточно-европейского) типа, характеризуется высоким половодьем, низкой летней и зимней меже-нью и повышенным стоком осенью. Гидрологический и гидрохимический режим этой реки в многолетнем аспекте освещен нами ранее (Манкиш, Баянов, 2001).
Материал и методы. В течение восьми лет в период с 1996 по 2003 гг. проводились ежедневные наблюдения за следующими показателями - уровень, электропроводность, температура воды, величина рН, цвет¬ность. Уровень определялся по уровнемеру с точностью до одного см. В качестве уровнемера использовалась свая железнодорожного моста. Температура воды замерялась портативным электронным термометром Checktemp с точностью до 0.1 ºС, электропроводность – кондуктометрами КП-001 и Dist-3 с точностью до одного микро-сименса. Цветность воды определялась на фотоэлектроколориметре по платиново-кобальтовой шкале с точностью до градуса, величина рН – портативным рН-метром рНep 2 с точностью до 0.1 ед. На основании полученных данных представилось возможным выделить этапы годового цикла, характеризующиеся определенным сочетанием гидролого-гидрохимических характеристик. Динамика каждого гидролого-гидрохимического показате-ля приведена в виде графиков (рис. 1–5).
При анализе были выделены критические точки графиков – даты максимума и миниму¬ма каждого из показателей. Затем определены временные интервалы наиболее заметных их изменений, а также сроки стабилизации. В результате выявлены периоды, черты которых могут позволить полнее характеризовать сезон или год и более ясно представлять их особенности.
На годовом графике уровня (рис. 1) хорошо выделяются ;
- зимняя межень, характеризующаяся стабильным уровнем воды и длящаяся до второй поло¬вины января;
- позднезимний подъем, наблюдающийся со второй половины января и продолжаю-щийся по середину апреля. Уровень воды при этом поднимается за два месяца на 25-30 см;
- начало весеннего (снежного) половодья, отмечающееся обычно с середины апреля до первых чисел мая. В этот период происходит быстрый рост уровня, за две недели вода поднимается на несколько метров;
- спад половодья, продолжающийся весь май до первых чисел июня. Окончание этого периода фиксируется по снижению скорости падения уровня в реке;
- летний послепаводковый спад, наступающий сразу по окончании половодья и для-щийся до пика летней межени – минимального уровня воды в безледный период;
- период позднелетнего-раннеосеннего подъема, наступающий сразу после летней межени с началом осенних дождей;
- период «бабьего лета», характеризующийся стабилизацией и некоторым падением уровня воды в реке во время снижения интенсивности выпадения осадков;
- позднеосенний подъем, отмечающийся с начала октября и длящийся до конца фено-логиче¬ского года.
На основании электропроводности (рис. 2) выделяются следующие периоды:
- подледный период пониженной электропроводности, регистрируемый с начала календарной зимы по конец января - первую половину февраля;
- подледный период повышенной проводимости, длящийся до начала марта;
- период плавного понижения рассматриваемого показателя, длящийся с начала марта, когда наблюдается постепенное таяние снега с наступлением весеннего потепления до конца марта - начала апреля;
- начало весеннего половодья, когда наблюдается быстрое понижение электропроводности воды до минимального уровня (пик половодья);
- период окончания половодья, в течение которого происходит быстрый рост электропроводности после прекращения поступления талых вод;
- начало лета, с наступлением которого наблюдается плавный рост проводимости речных вод, обусловленный увеличением роли грунтовых вод в питании реки;
- период летней межени, в течение которого электропроводность речных вод относительно по¬стоянна и приближена к максимальным показателям;
- раннеосеннее понижение концентрации солей в речных водах, наблюдающееся с началом выпадения дождей в конце лета;
- стабилизация электропроводности и ее некоторое повышение во время непродолжи-тельного прекращения выпаде¬ния позднелетних - раннеосенних дождей (период «бабьего лета»);
- период осеннего понижения электропроводности воды в реке, наблюдающийся в те-чение всей осени до середины ноября, т. е. до установления ледового покрова и прекращения поступле¬ния в р. Керженец поверхностных вод;
- период позднеосеннего роста показателя проводимости, наступающий вслед за уста-новлением ледового покрова.
На основании хода температур (рис. 3) четко выделяются два периода - подледный и период открытой воды.
Подледный период заканчивается в конце марта - начале апреля, практически одновременно с наступлением паводка, а начинается в последних числах ноября, с началом ледовых явлений. Период открытой воды можно подразделить на два больших подпериода: накопления тепла или прогрева и подпериод охлаждения вод.
На основании водородного показателя (рис. 4) можно выделить следующие периоды:
- среднезимний, характеризующийся относительно стабильными значениями рН. В это время практически отсутствует приток по¬верхностных вод и не заметна роль биологических процессов в формировании качества вод;
- ранневесенний подледный период - время роста величины рН, наблюдающегося в конце подледного периода ранней весной. Возможно, рост водородного показателя обуслов-лен началом вегетации водорослей в связи с улучшением светового режима в результате таяния снега на льду реки;
- начало весеннего половодья, отмечающееся по резкому снижению рН обусловленному поступле¬нием подкисленных талых вод в реку. Длится до достижения минимума этого показателя - пика «кислотного толчка», совпадающий по времени с пиком половодья;
- спад половодья, регистрируемый по быстрому росту водородного показателя;
- первая половина лета, характеризующаяся плавным увеличением рН, наблюдающимся по¬сле окончания паводка и до достижения годового максимума водородного показателя, обусловленного пиком фотосинтетической активности водорослей;
- вторая половина лета. В это время происходит медленное понижение рН, изредка преры¬ваемое кратковременной стабилизацией и даже поднятием (например, рост рН в сере-дине августа);
- период осеннего паводка, совпадающий со временем выпадения осенних дождей, ко-гда значения рН находятся вблизи таковых в весеннее половодье;
- время «бабьего лета» когда с прекращением дождей и установлением ясной погоды наблю¬дается подъем рН, длящийся около полумесяца;
- средняя осень – период осеннего спада рН, обусловленного ростом доли грунтовых вод в питании реки. Этот период продолжается до установления ледового покрова, после чего качество речных вод полностью определяется таковым грунтовых, и воды характеризуются самыми низки¬ми значениями рН.
На основании цветности воды (рис. 5) в р. Керженец выделяются следующие периоды:
- зимний – период наименьших значений цветности, длящийся до се¬редины февраля;
- позднезимний-ранневесенний – временной интервал, характеризующийся ростом интен¬сивности окраски речных вод. В этот период наиболее велика в питании реки роль болотных вод, когда торфяные залежи отдают образовавшийся за счет таяния снега избыток влаги. Заканчивается он в средних числах мая.
- период раннелетнего осветления, длящийся до последних чисел июня;
- летний рост цветности, приходящийся на середину лета - с конца июня по середину июля;
- период позднелетнего осветления вод. В течение его происходит быстрое снижение цвет¬ности, наблюдающееся до середины августа;
- раннеосенний подъем цветности, длящийся со второй декады августа по вторую де-каду сентября. Выпадающие в это время дожди, как правило, приводят к появлению избытка влаги в болотах и отдачи его рекам;
- период осеннего осветления вод, начало которого приходится на третью неделю сентября.
Естественный сезон года – это относительно обособленный этап развития географического комплекса с однотипными взаимосвязями и взаимодействиями между компонентами (Галахов, 1959), в то же время гидрологический сезон – часть годового цикла, в пределах которого водный или ледовый режим характеризуется общими чертами его формирования и проявления (Чеботарев, 1970). Поэтому представляет интерес сопоставить и рассмотреть по сезонам сочетание гидролого-гидрохимических показателей между собой, а также их связь по срокам с метеорологическими и биотическими явлениями, наблюдающимися в природ-ном комплексе Керженского заповедника. Даты явлений приведены И. А. Авериной (2001).
Зима. С началом зимы в середине ноября, наряду с переходом максимальных температур воздуха ниже 0С наблюдается образование постоянного снежного покрова, окончание осеннего спада электропроводности и рН, а также стабилизация цветности. Первый зимний период – мягкая зима.
С наступлением глубокой зимы, регистрируемому по переходу максимальных температур воздуха ниже -5С, отмечаемому в последних числах ноября, заканчивается и позднео-сенний подъем уровня воды. В эти же дни вблизи нуля градусов стабилизируется и ее температура.
В течение первой недели января начинаются: зимняя оттепель, рост цветности и позд-незимний подъем уровня воды в р. Керженец. В середине зимы происходит уве¬личение электропроводности вод, в конце зимнего периода, сменяющееся, понижением. Во второй половине зимы регистрируется подъем уровня воды и рост цветности. В середине февраля наряду с переходом максимальных температур воздуха выше -5С и наступлением предвесенья – последнего зимнего периода, регистрируется окончание зимнего роста электропроводности и второй зимний минимум цветности. С окончанием этого периода (с началом паводка) происходит еще более быстрый рост уровня и в то же время понижение цветности.
Весна. На первой неделе марта, переход максимальных температур воздуха выше нуля градусов знаменует собой начало весны, а именно ее первый период – раннюю весну. В эти сроки регистрируются начало позднезимнего роста рН и понижения электропроводности. Дата перехода максимальных температур воздуха выше 5С (а суточных выше 0С) – начало пестрой весны практически совпадает с началом паводка, отмечаемому по всем рассматри-ваемым показателям. Несколькими днями позже фенологами фиксируются полный сход сне-га на открытом месте и первая встреча комаров-толкунцов. В начале двадцатых чисел апреля наблюдается полный сход снега в лесу начало распускания почек у березы, начало цветения сон-травы (Аверина, 2001) и переход температуры воды выше 5С.
В последних числах апреля наблюдаются: пик паводка, начало облиствения березы и переход минимальных температур воздуха выше 5С, что указывает на наступление зеленой весны. В начале мая вместе с переходом температуры воды выше 10С регистрируется первая встреча комаров-кусак.
За начало спада половодья свидетельствуют: снижение уровня, наблюдающееся одно-временно увеличение проводимости и рН речных вод. Как указывал А. Н. Важнов обычно довольно сложно определить окончание половодья, особенно для рек с высокой естествен-ной зарегулированностью или при частых дождевых паводках. Правильнее всего он считает за конец снегового половодья принимать момент времени, когда через замыкающий створ пройдет остаток талой воды с наиболее удаленной части бассейна (Важнов, 1976). Обычно этот вывод делается на основе данных о сходе снега в верховьях рек, а также наблюдений за исчезновением ручьев в балках и оврагах, что не всегда выполнимо. Поэтому мы предлагаем ориентироваться на гидрохимический состав паводковых вод, в первую очередь на электропроводность, так как талые снеговые воды имеют крайне низкую ее величину.
Лето. Окончание паводка на р. Керженец практически совпадает с началом лета – наступлением перволетья. Наблюдающийся с середины июня рост величины рН речных вод свидетельствует об идущих процессах фотосинтеза, однако говорить о начале вегетационно-го периода в этот момент не стоит. Он начинается значительно раньше, но в формировании качества вод до этого момента роль биологических процессов не велика. Начало цветения кувшинки белоснежной, наблюдающееся в десятых числах июня, практически совпадает с началом полного лета. Во второй половине июля регистрируется максимум фотосинтеза (фиксируемый по рН), начало общего его спада, указывающего на спад интенсивности веге-тации. Кроме этого в те же или близкие сроки наблюдается летний пик цветности. В конце июля, согласно уровня и электропроводности, регистрируется пик летней межени.
Позднелетний подъем уровня и спад электропроводности указывают на наступление последнего периода лета – предосенья. В эти дни начинается раскраска листьев у березы, на-чинает созревать клюква. Тогда же отмечается и летний минимум цветности керженских вод.
Осень. Наступление осени (золотая осень) фиксируется по окончательному переходу минимальных температур воздуха ниже 10С. Средняя его дата обычно приходится на 5 сен-тября (Аверина, 2001). За золотую осень полностью приобретают осеннюю раскраску дере-вья. Начало листопада березы, приходящееся обычно на последние дни первой декады сен-тября, близко к началу осеннего спада электропроводности. Период «бабьего лета», длящий-ся со второй половины августа до середины сентября, можно определить по стабилизации уров¬ня, кратковременному подъему электропроводности и рН на фоне общего осеннего их снижения.
Конец вегетационного периода, регистрируемый по окончанию летнего спада рН, практически совпадает с первым заморозком на почве, полной раскраской листьев на березе и переходу температуры воды ниже 10С. В последнюю декаду сентября наступает глубокая осень. Массовый листопад березы близок по дате к началу позднеосеннего подъема уровня воды. Конец листопада практически совпадает по срокам с началом осеннего спада рН.
Дата выпадения первого снега, приходящаяся на первую декаду октября, близка к тако-вой перехода температуры воды ниже 5С. В последней декаде этого месяца вместе с посто-янным переходом минимальных температур воздуха ниже 0С наступает предзимье.
Таким образом, имея в своем распоряжении данные как по наземным так и по водным экосистемам, мы получаем возможность полнее характеризовать тот или иной сезон, а зна-чит и год в целом. Кроме этого, производится более детальное изучение самих водных объ-ектов в межсезонном и межгодовом аспектах.
Благодарности.
Автор выражает благодарность за помощь лаборантам Керженского заповедника Д.К. Иванову и Г.А. Скобелевой без которых было бы невозможно выполнение данной работы.
Литература
Аверина И. А. Особенности сезонного развития природы Керженского заповедника // Труды ГПЗ «Керженский». Т. 1. Н. Новгород, 2001. С. 347–348.
Важнов А. Н. Гидрология рек. М., 1976. 340 с.
Галахов Н. Н. Изучение структуры климатических сезонов года. АН СССР. М., 1959.
Зайков Б. Д. Средний сток и его распределение в году на территории СССР // Тр. НИУ ГУГМС, сер. IV, 1944, вып. 15.
Манкиш В.Д., Баянов Н.Г. Гидрологический и гидрохимический режим реки Керженец и ее притоков в среднем и нижнем течении // Природные условия Керженского заповедника и некоторые аспекты охраны природы Нижегородской области / Труды Государственного природного заповедника "Керженский". Т. 1. Нижний Новгород, 2001. С. 79-108.
Рашек В. Л. Задачи и место фенологических исследований в работе заповедников // Се-зонное развитие природы. М., 1976. С. 10–12.
Сезонная жизнь природы Русской равнины. Календарь природы центра и юга Европейской территории СССР за 1939–1960 гг. Сост. А. М. Воробьева и Г. Э. Шульц. Л., 1969. 212 с.
Чеботарев А. И. Гидрологический словарь. Л., 1970. 306 с.
Шнитников А. В. Предисловие // Доклады на ежегодных чтениях памяти Л. С. Берга. XV–XIX. 1967–1971. Ритмичность природных явлений. Л., 1973. С. 3–6.
