Фенологія – наука, що вивчає закономірності сезонної ритміки життєдіяльності живих організмів у залежності від умов середовища. Назва «фенологія» походить від грецьких слів, що означають «явище» та «наука». Тобто, дослівно фенологія – наука про явища, сукупність знань про зовнішні прояви річних змін в природі, строках їх настання та причинах, які визначають ці строки.
У системі біологічних наук фенологія визначається як розділ популяційної екології, що розглядає сезонні аспекти виду, річні цикли розвитку рослин і тварин, строки їх настання та тривалість у залежності від сезонних змін погодних та інших умов довкілля у різних кліматичних зонах.
Фіксування строків настання сезонних фаз розвитку живих організмів входить до змісту польових екологічних досліджень. Основним інформаційним елементом фенологічного вивчення природи є фенологічна дата (фенодата) – календарна дата настання сезонного явища у році, що триває. Фенологічні спостереження - необхідна постійна ланка у вивченні екології як окремих видів тварин, рослин, так і їх угрупувань. Сенс фенологічних спостережень полягає в точному визначенні фактичних дат настання сезонних явищ протягом значного періоду досліджень для одержання статистично достовірних та придатних для порівняння у часі та у просторі даних.
Знання особливостей річних циклів розвитку різних видів тварин і рослин необхідні для планування сезонних робіт у сільському та лісовому господарстві, в організації рекреації та туризму, у справі охорони здоров’я. Промислові та біотехнічні роботи у мисливських господарствах також спираються на знання строків настання періодичних явищ у житті промислових звірів та птахів. Для проведення ефективних заходів з профілактики різних захворювань та зниження чисельності масових шкідників лісового та сільського господарства необхідно знати строки та швидкість проходження різних фаз розвитку тих чи інших видів організмів. Застосування у лісовому господарстві біологічних методів боротьби, наприклад, з сосновим п’ядуном, передбачає знання строків проходження фази яйця для використання паразитів яйцеїдів, а для застосування авіа хімічних способів необхідно знати строки масового виходу гусені першого віку.
Матеріали фенологічного моніторингу мають значення для організації біоіндикації стану біоти. Фенологічний моніторинг забезпечує вихідну інформаційну основу оперативної організації популяційних досліджень. Постійні довготривалі фенологічні спостереження дозволяють виявляти просторову та часову динаміку прояву в регіоні глобальних кліматичних тенденцій через зміни у хронології сезонних циклів життєдіяльності місцевих популяцій тварин та рослин. На початку 21 століття фенологічні дані набули особливої актуальності в зв’язку з помітною тенденцією очевидного зміщення строків настання сезонних явищ і з’ясування особливостей реакцій-відповідей тварин і рослин на кліматичні зміни. Фенологічний моніторинг дозволяє виявляти можливі відхилення часових параметрів життєдіяльності окремих видів. Наприклад, репродуктивних циклів, синхронності настання фенофаз екологічно взаємозалежних організмів, зокрема, між окремими видами рослин та їх запилювачами, між консументами різних порядків. Тому особливу наукову цінність мають дані по строкам настання сезонної ритміки не джмелів, мух, гусей, качок, летючих мишей, верб взагалі, а конкретних видів тварин і рослин. Екологізація фенологічних спостережень передбачає обов’язкове встановлення видової приналежності біологічних об’єктів спостереження.
Фенологічний моніторинг може здійснюватися тільки за наявності чітко налагодженої регіональної системи, яка включає постійно діючу мережу спостерігачів у репрезентативних за кліматичними факторами географічних пунктах регіону, регіональний науково-аналітичний центр, співробітники якого організують діяльність фенологічної мережі, накопичують, узагальнюють та аналізують інформацію, що поступає, джерело фінансування в особі зацікавленого відомства.
Об’єктами загальних фенологічних спостережень є поширені, чітко виявлені явища, які легко і точно визначаються візуально, мають протягом року чіткі циклічні зміни.
В атмосфері – перші та останні весняні приморозки, що пошкодили теплолюбні рослини, перші та останні снігопади, поява перших та останніх клубових хмар, перші та останні грози.
На поверхні ґрунту – встановлення та руйнування снігового покриву, окремо – на відкритих місцях, у лісі, в ярах; приморозки перед встановленням снігового покриву та після сходу снігу; перший та останній іній.
У гідросфері – озера та ставки: замерзання восени та скресання криги навесні, річки: перший рух криги навесні, початок та кінець суцільного льодоходу; льодостав: можливість переходу чи переїзду по льоду на конях, автомобілях через річку, озеро чи болото, руйнування зимових шляхів через водойми.
У живій природі – різноманітні сезонні прояви життєдіяльності окремих видів організмів та їх угрупувань.
Сезонні явища у світі тварин
Сезонні цикли тварин досить різноманітні та специфічні для представників різних класів. Через власну рухливість та досить потайний спосіб життя тварини менш доступні для спостережень, ніж рослини. Відносно легко проводити спостереження за масовими (фоновими) видами – птахами під час перельоту, рибами при їх масовому відлові, жабами, комахами, наприклад комарами, бджолами, різними видами метеликів, жуків та ін.
Основні сезонні явища у ссавців – весняні та осінні линьки, парування, поява молодняка, початок і кінець сезонних міграцій (кочівель), у видів з періодом зимового сну чи зимової сплячки (гібернації) – залягання восени та пробудження навесні, у лосей, козуль, оленів – зміна рогів.
У житті птахів можна спостерігати наступні явища:
- Відліт зимуючих птахів навесні (останні зустрічі снігурів, омелюхів);
- Початок весняного прольоту – відмічають перші та останні зграї пролітних (у північному напрямку) гусей, качок, журавлів;
- Приліт гніздових птахів – окремо фіксують поява перших птахів, а потім їх масовий приліт на місця гніздування (граки, шпаки, ластівки, серпок рильці);
- Перша весняна пісня та крик: у польового жайворонка, зозулі, соловейка, деркача, перепілки);
- Початок токування: вальдшнепа, баранця, глухаря, тетерука;
- Початок та завершення кладки яєць, вилуплювання пташенят, початок вигодовування пташенят батьками, початок самостійного польоту у пташенят, виліт молоді з гнізд, осінній збір у зграї (грак, шпак, ластівки, серпокрильці);
- Осінній відліт - фіксується зникнення особин певного виду, який до цих пір зустрічався у місцях спостереження;
- Осінній відліт – фіксуються всі зграї, що летять на південь, потім визначаються початок прольоту, масовий проліт, кінець прольоту;
- Поява зимуючих птахів (чижів, снігурів, пуночок).
Для плазунів (змій, ящірок) характерне зимове заціпеніння, розмножуються вони шляхом відкладання яєць (виключенням є живородна ящірка). Спосіб життя плазунів доволі потайний, тому вони досить рідко використовуються в якості фенологічних об’єктів для характеристики сезонної динаміки екосистем. Для південних районів (через їхню більшу видову різноманітність та значнішу чисельність) вони мають більше значення для фенологічних спостережень. Зимове заціпеніння характерне також для земноводних (жаб, ропух, тритонів). У їхньому житті фіксують: першу появу тварин, початок шлюбної активності, початок ікрометання.
У житті комах та представників інших класів безхребетних для характеристики сезонної динаміки екосистем використовують 3 групи явищ:
1. Індикаційні явища, що свідчать про настання певних етапів річного циклу природи: першу появу навесні мух, мурашок, цикад, кобилок, метеликів (траурниці, лимонниці, білана капустяного тощо), великих жуків (травневого хруща, жука-оленя), виліт бабок (із родини libellulidae наприкінці травня, Aeshna grandis в середині червня), початок стрекотання коників, виліт метеликів осінньої генерації (осіннього та зимового п’ядуна), початок льоту павутини восени. Індикатором відтавання та прогрівання ґрунту є поява на поверхні дощових черв’яків. Це явище фіксують за купками екскрементів на ділянках оголеного ґрунту.
2. Поява в масовій кількості паразитів (кровососів) людини та домашніх тварин: перші укуси, масовий виплід та помітне зменшення чисельності гнусу: комарів, мошок, мокреців, ґедзів, мух (жигалки осінньої).
3. Поява масових шкідників сільськогосподарських культур та лісу: метеликів біланів, шовкопряда-недопарки, соснового п’ядуна, травневого хруща.
Наукову та практичну цінність фенологічних даних визначає правильність їх збору. В основі організації фенологічного моніторингу лежать наступні методичні принципи:
· принцип локальності – чітка приуроченість спостережень до конкретної місцевості;
· принцип постійності – щорічна повторюваність спостережень в одній тій самій місцевості за тими самими об’єктами;
· принцип регулярності – достатня для точного визначення дат настання та розвитку сезонних явищ частота спостережень;
· принцип співставності – забезпечується уніфікацією методики визначення строків настання сезонних явищ та єдиним розумінням певних етапів розвитку (початок, розпал, закінчення) фенологічних фаз;
· принцип тезаврації – централізоване накопичення фенологічної інформації за регіоном;
· принцип статистичної достовірності – забезпечується відповідними прийомами перевірки результатів фенологічних спостережень та порядком їх математичної обробки;
· принцип об’єктивності – полягає в дублюванні спостережень в тому самому географічному пункті декількома спостерігачами.
Сезонне (фенологічне) явище –зовнішній прояв певного етапу сезонної динаміки природного об’єкту. Як зафіксований момент сезонного стану об’єкту фенологічне явище відмічається тільки однією календарною датою.
Кожне фенологічне явище характеризує якісний стан об’єкту в певній фенологічній фазі.
Фенологічна фаза (фенофаза) – етап, стадія в процесі розвитку об’єкта, сезонний стан, в якому він знаходиться певний час. На відміну від фенофази сезонне явище той же сезонний стан, але лише в його вираженні в конкретний момент. Якщо сезонне явище фіксується тільки однією датою, то для характеристики фенофази потрібно не менше двох дат, які дають уяву про її тривалість: дата вступу об’єкта в певну фенофазу та дата закінчення його перебування в ній. Фенофаза зазвичай характеризується трьома явищами, які вказують на її початок, кульмінацію та закінчення. Наукову цінність мають повні дані, які фіксують усі ці три явища. З фазами розвитку рослин тісно пов’язана поява різних стадій перетворення комах-фітофагів.
Організація фенологічних спостережень починається з вибору ділянки та маршруту спостережень. При виборі постійних ділянок спостереження чи фенологічних маршрутів керуються наступними критеріями:
· доступність для регулярних відвідувань;
· репрезентативність за набором та оптимальною кількістю об’єктів спостереження;
· відсутність антропогенного впливу факторів на сезонну ритміку явищ, який суттєво викривляє результати.
Постійні об’єкти фенологічних спостережень повинні знаходитися в природних чи близьких до природних умовах. Потрібно враховувати, що під загальні фенологічні спостереження не повинні потрапляти об’єкти, що знаходяться в нетипових для них умовах існування (насипи залізниці та автомобільних доріг, дамби, техногенні водойми). У населених пунктів це стосується також ліній теплотрас, над якими через постійне нагрівання сніг починає танути значно раніше, ніж в природних умовах, і квіти підбілу розпускаються аномально рано. Із загальних фенологічних спостережень потрібно виключати також екстремальні ділянки природних ландшафтів – заплави річок, болота відкриті південні та північні схили.
Дотримуючись принципу співставності фенологічних результатів, необхідно розрізняти показники спостережень у природних умовах з результатами спостережень в умовах міста.
У містах фенологічні дослідження зазвичай проводять на околицях, у парках, скверах, на добре озеленених вулицях. Клімат міста дещо відрізняється від клімату сільської місцевості, тому цей факт впливає на строки початку та швидкість проходження фаз розвитку рослин і тварин, що проживають у ньому. Тому вивчення фенології міста є досить цікавою і потрібною справою. Як правило, у містах бувають представлені найголовніші види деревних та чагарникових рослин, характерні для регіону в цілому, зустрічаються також багато трав’янистих рослин, комах, птахів, ссавців.
Дуже важливо дотримуватися умов постійності об’єктів спостережень, тому що строки настання сезонних явищ визначаються не тільки загальною сезонною динамікою погодно-кліматичного режиму, але й мікрокліматичними, ґрунтовими умовами, впливом рельєфу та інших місцевих абіотичних та антропогенних факторів.
Наукова та практична цінність фенологічних спостережень залежить від того, наскільки точно визначені дати настання сезонних явищ. Величина помилки особливо залежить від інтервалу спостережень. За умови інтервалу в 5 днів 80% зареєстрованих фенодат можна поставити під сумнів, а при інтервалі у 7 днів лише 14,3% одержаних фенодат заслуговує на довіру.
Найбільш точно дати настання сезонних явищ реєструються при щоденному спостереженні. Однак не завжди це можливо. Тому доводиться дотримуватися певної регулярності з урахуванням того, що у різні пори року темп сезонного розвитку природи неоднаковий.
Навесні сезонні явища змінюються швидко, тому спостереження необхідно проводити якомога частіше – не рідше одного разу на 2-3 дні. Влітку допускаються дещо більші перерви. Наприкінці літа та восени, особливо при реєстрації дат дозрівання насіння, плодів та ягід чи відльоту птахів, виникає необхідність у частіших виходах у природу. По можливості постійним має бути і час доби, коли проводяться фенологічні спостереження. Фітофенологічні спостереження краще спостерігати вранці, коли у більшості рослин розкриваються квіти.
До масових фенологічних спостережень ставляться дві головні умови:
а) спостереження, незалежно від того, де і в які роки вони проводилися, повинні бути цілком спів ставні;
б) спостереження повинні відповідати справжньому ходу сезонного розвитку природи.
У відповідності до цих вимог у фенології відпрацьовані методичні прийоми стандартного (уніфікованого) визначення строків настання сезонних явищ. Вони являють собою систему загальних та виняткових правил констатації сезонних явищ, які враховують особливості розвитку конкретних об’єктів, ступінь розпізнання явищ та можливість їхнього зв’язку з певною датою.
Настання біофенологічного явища потрібно реєструвати за станом не одного екземпляру рослини чи тварини, а їх сукупності, тобто за умови загального прояву фенофази у багатьох екземплярів (особин), що знаходяться в однаково оптимальних умовах. Особливо це важливо враховувати за аномальних відхилень погоди (наприклад, у посушливе літо пожовкле листя на окремих деревах може з’явитися навіть у липні, що, зрозуміло, не реєструється як сезонне явище.
Особливо потрібно звертати увагу на обов’язковість реєстрації порогових фенологічних явищ, які знаменують початок певного періоду.
Природні сезони природи лісостепової (лісової) зони
(За Г.Е. Шульцем)
| Сезон | Підсезон | Фенологічні індикатори початку |
| Весна | 1. Схід снігу | Поява перших прогалин на рівних місцях, приліт граків |
| 2. Пожвавлення | Початок дозріваня пилку вільхи сірої та ліщини, початок квітування підбілу | |
| 3. Розпал весни | Початок розпускання листя березі, кінського каштану, клена гостролистого, горобини; початок дозрівання пилку берези | |
| 4. Передліто | Початок квітування горобини звичайної, сосни, бузку звичайного | |
| Літо | 1. Початок літа | Початок квітування шипшини, малини; початок опадання дозрілих плодів в’язу |
| 2. Повне літо | Початок дозрівання чорниці, морошки, ранніх сортів червоної та чорної смородини | |
| 3. Спад літа | Повне дозрівання озимого жита, дозрівання вишні, журавлини | |
| Осінь | 1. Початок осені | Поява першого пожовклого листя у липи дрібнолистої, берези, в’яза |
| 2. Золота осінь | Поява пожовклого на 50% листя у берези, липи, початок пожовтіння листя у модрини сибірської | |
| 3. Глибока осінь | Кінець валового листопада у берези, в’яза, осики | |
| 4. Передзимок | Кінець листопада у бузку, тополі, перший сніговий покрив | |
| Зима | 1. Першозима | Встановлення стійкого зимового покриву |
| 2. Середньозима | ||
| 3. Передвесна |
Правила реєстрації фенологічних спостережень повинні забезпечувати накопичення безпомилкових фенологічних записів, які оформлюються таким чином, щоб пізніше не виникали труднощі при їх використанні. Потрібно уникати як передчасної реєстрації дати настання сезонного явища за поодинокими проявами, так і запізнілої реєстрації, коли фенологічне явище вже давно перейшло у фенологічну фазу (наприклад, зацвітання – у квітування).
Помилкова дата прильоту граків може виникнути при реєстрації грака, що зимував у місті, як передового прилітного. Щоб уникнути помилок, не позначати місяці римськими цифрами, а назви місяців писати словами («квітень», а не IV). У щоденнику спостережень після зазначення дати та часу спостереження реєструють: стан погоди та явища в неживій природі; явища в рослинному світі; явища у світі тварин. Результати спостережень відправляють у регіональний феноцентр. Фенологічні показники, які потрапили студи до 1 грудня, вносять у річний огляд сезонних явищ у регіоні. Після завершення перевірки та відновлення пропущених дат для кожного сезонного явища вираховується його середня багаторічна дата шляхом підрахунку середнього арифметичного значення числового ряду зафіксованих дат.
За результатами спостережень тривалістю більше 10 років складається календар природи – основний документ, що характеризує сезонну ритміку місцевої природи.
Достатньо точне уявлення про норму та відхилення фенологічних термінів дає обробка рядів спостережень за 15 років та більше, які гарантують високу вірогідність того, що протягом такого періоду враховуються майже всі можливі варіанти перебігу сезонного розвитку місцевої природи.
Розроблена на основі багаторічного ряду спостережень фенологічна періодизація дозволяє використовувати не тільки сигнальну, але й прогнозуючу функцію календаря сезонних явищ.
На знанні циклічних закономірностей та причинно-наслідкових зв’язків в екосистемах засноване наукове біофенопрогнозування.
Фенологічний (природний рік) починається в середині зими. Весняне пожвавлення організмів починається разом з встановленням середньодобової температури повітря вище 0 ºС, а наступні цикли їх життєдіяльності визначаються поступовим зростанням суми біологічно ефективних температур та збільшенням, а потім зменшенням тривалості світлового дня.
Сукупність сезонних явищ, які приурочені до певного діапазону середньодобових температур, складає термічну групу, що відповідає певному фенологічному періоду. Відрізок часу, який характеризується відносно стійким станом атмосферних процесів та загального аспекту ландшафтів, сукупністю близьких за фазами розвитку сезонних явищ, визначається як фенологічний період (субсезон).
Окремі фенологічні періоди складають природні, або фенологічні, сезони – якісно відмінні етапи річного циклу природи з однотипними взаємозв’язками між його компонентами та характерним переліком сезонних явищ та об’єктів. Позатропічним територіям властива чотири сезонна структура річного циклу розвитку природи, яка охоплює два відносно статичні сезони (зима та літо) та два динамічні перехідні сезони (весну і осінь).
Існують певні температурні межі, пороги переходу природних процесів з одного якісного стану в інший. Термічними межами етапів сезонної ритміки природи, що змінюють один одного є стійкі переходи середньодобових температур повітря вище (в першу половину року) та нижче (в другу половину року) -10º,-5º, 0º, +5, +15º С. Фенологічна структуризація річного кола природи складає основу як наукового пізнання особливостей сезонної циклічності екосистем, так і ужиткового використання цих знань.
Фенологічні сезони та їх періоди, чи субсезони, виокремлюються за загальноприйнятими індикаційними явищами: зима – з встановленням снігового покриву; весна – з початку інтенсивного танення снігу; літо – з початком зацвітання шипшини. За початок фенологічної осені звичайно приймають появу пожовклого листя у більшості лип та берез.
Але точніше настання осені можна визначити за появою «жовтих пасм» у берези, тобто поява жовтого листя на окремих гілках. Фенологічні сезони у певній мірі співпадають з кліматичними, але вони не тотожні.
