Россия
Россия
УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
ГРНТИ 68.29 Земледелие
Цель исследований – обосновать применение на территории Ульяновской области засухоустойчивых, пригодных к местным условиям, сортов и технологий их возделывания. Актуальность исследования обусловлена проблемой агрометеорологического мониторинга засухи и состояния сельскохозяйственных культур, поскольку для Ульяновской области весьма высока вероятность сильных и очень сильных засух, вызывающих в ряде случаев, катастрофическое снижение продуктивности сельскохозяйственных культур. В связи с чем исследования в работе направлены на выявление закономерностей формирования засушливых явлений и адаптации характера земледелия к конкретным условиям засушливости с учетом набора сельскохозяйственных культур, специализации сельскохозяйственного производства. Ведущим методом к исследованию проблемы являются методы сравнения, анализа и обобщения исходных данных. Оценки региональных изменений климата составлены с использованием апробированных статистических методов, корреляционного и тренданализа, достоверность которых оценивалась с помощью критериев Фишера и Стьюдента, позволяющие комплексно рассмотреть агрометеорологические показатели атмосферных засух и урожайности зерновых культур в изменяющихся условиях регионального климата, а также выдать рекомендации по корректировке технологии их возделывания. Представленные материалы для анализа по изменению климата за 1961-2018 гг. позволили выявить увеличение средней годовой температуры за годы исследований на 2,3°С и повышение осадков на 131 мм и раскрыть повторяемость атмосферной засухи в регионе через каждые три года. Интенсивная устойчивая засуха, вызывающая существенное снижение продуктивности сельскохозяйственных культур бывает в среднем один раз в девять лет. Материалы статьи представляют практическую ценность для специалистов сельского хозяйства при составлении рекомендации, справочников и обобщения микроклиматической информации в условиях интенсивной системы земледелия.
засуха, температура, осадки, коэффициент, климат
После сильной засухи в южной половине Приволжского Федерального округа в 2009 году и жестокой продолжительной засухи, охватившей обширную территорию всей европейской части России в 2010 году, проблема агрометеорологического мониторинга засухи и состояния сельскохозяйственных культур становится одной из наиболее актуальных в агрометеорологии, поскольку весьма высока вероятность сильных и очень сильных засух, вызывающих в ряде случаев катастрофическое снижение продуктивности сельскохозяйственных культур. Для Ульяновской области возможную угрозу в этом плане может представлять увеличение повторяемости засух – важнейшего природного фактора, влияющего на продуктивность экосистем и производство продовольствия, в последние годы побуждающего существенно корректировать традиционные системы земледелия [1, 2, 3, 4].
Наукой и практикой выработано немало способов борьбы с засушливыми явлениями.
В частности к таковым можно отнести орошение, снегозадержание, кулисы, лесные полосы, пары и т.д. Однако агротехнические мероприятия решают в основном тактические задачи борьбы против этих явлений, а со стратегической, следовательно, с агрономической точки зрения наиболее предпочтительнее адаптация характера земледелия к конкретным условиям засушливости с учетом набора сельскохозяйственных культур, специализации сельскохозяйственного производства и т. д. Для решения этой задачи совершенно необходимо знание закономерностей формирования засушливых явлений – где, когда, в какой форме, с какой интенсивностью и вероятностью они наблюдаются [5, 6, 7, 8, 9, 10].
Цель исследований – обосновать применение на территории Ульяновской области засухоустойчивых, пригодных к местным условиям, сортов и технологий их возделывания.
Задачи исследований – провести анализ изменения климатических условий, оценить агрометеорологические показатели атмосферных засух и урожайности зерновых культур в изменяющихся условиях регионального климата, выдать рекомендации по корректировке технологии их возделывания.
Материалы и методы исследований. Материалом для анализа послужили данные по изменению климата за 1961-2018 гг. в Ульяновской области. Сведения о температуре воздуха и атмосферных осадках использовались из архива отдела агрометеорологических прогнозов Ульяновского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. В качестве информационной основы использованы статистические материалы и результаты исследований развития агропромышленного производства региона, а также Департамента сельского хозяйства Ульяновской области [11, 12].
Для обработки анализа исходных данных использовались такие методы как сравнение, анализ и обобщение данных. Оценки региональных изменений климата получены с использованием апробированных статистических методов, корреляционного и тренд-анализа. Достоверность результатов оценивалась с помощью критериев Фишера и Стьюдента [13].
Подготовлен подробный обзор, и проведен анализ агрометеорологических данных за последние 58 лет (1961-2019 гг.) на территории Ульяновского НИИСХ. Расчеты выполнялись на основании среднемесячных значений температуры воздуха и месячных сумм осадков. Для поставленной задачи рассчитывался также гидротермический коэффициент Селянинова (ГТК). Помимо метеорологических данных для анализа привлекались временные ряды урожайности зерновых культур Ульяновской области УНИИСХ.
Результаты исследований. Климат за последние десятилетия заметно изменился как на глобальном, так и на региональном уровне, при этом в последние десятилетия наблюдется наиболее активная фаза потепления. Благодаря парниковому эффекту средняя глобальная температура воздуха у поверхности Земли повысилась за последнее столетие на 0,74°С [7, 14].
Аналогичная ситуация сложилась и на территории Ульяновской области. Как видно на рисунке 1, наклон тренда положительный и величина R2 показывает, что вклад линейного тренда в общую изменчивость температуры довольно значительный и составляет 0,2896. В пределах района среднегодовая температура воздуха составляет за 1961-2018 гг. 4,6°С (максимальная 6,6°С – 2008, 2016 гг., минимальная 0,4°С –1969 г.). Повышение температуры за 1961-2018 гг. составляет 2,3°С.
Рис. 1. Динамика средней годовой температуры воздуха за 1961-2018 гг.
Учитывая тот факт, что для всех возделываемых культур влага является фактором, определяющим размер урожая, по данным анализа на территории региона за год выпадает в среднем
455 мм осадков, из них 241 мм за апрель-октябрь. Это те нормативные данные влаги, при которых создаются оптимальные условия для получения высоких урожаев в сочетании с благоприятным температурным режимом. Увеличение количества осадков за период исследований составляет
131 мм (рис. 2).
Рис. 2. Межгодовая изменчивость сумм осадков за период 1961-2018 гг.
Однако, они неравномерны и во времени, и по территории и в отдельные годы варьируют от 224 мм (1975 г.) до 654 (1990 г.) мм, также за один месяц, как например в июле 1979 года выпадало 175 мм осадков – это 44% годовой нормы, и, наоборот, случается, как показал 2010 год, что осадков не выпадает в течение 2-3 месяцев, и создаются условия для содействия развитию устойчивой засухи (табл. 1).
Таблица 1
Количественная оценка повторяемости типов засухи в сравнении
с агроклиматическими показателями и урожайностью зерновых культур
|
Год |
ГТК |
Сумма осадков мм |
Характер засухи |
Урожайность зерновых |
Среднесуточная за май-август |
||
|
за год |
апрель-август |
по области |
УНИИСХ |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
1961 |
1,1 |
462 |
268 |
|
8,8 |
17,9 |
18,6 |
|
1962 |
1,9 |
555 |
404 |
|
11,4 |
20,6 |
17,8 |
|
1963 |
1,2 |
436 |
259 |
|
9,0 |
19,4 |
17,0 |
|
1964 |
1,1 |
402 |
249 |
|
10,2 |
18,5 |
16,6 |
|
1965 |
0,9 |
352 |
191 |
|
10,0 |
23,5 |
16,1 |
|
1966 |
1,1 |
474 |
282 |
|
10,7 |
20,9 |
18,7 |
|
1967 |
0,7 |
408 |
191 |
весенне-летняя |
12,5 |
26,3 |
19,8 |
|
1968 |
1,1 |
411 |
237 |
|
14,8 |
30,3 |
16,7 |
|
1969 |
0,9 |
341 |
154 |
|
19,0 |
31,6 |
13,6 |
|
1970 |
0,9 |
410 |
232 |
|
16,7 |
28,6 |
16,4 |
|
1971 |
1,1 |
365 |
207 |
|
14,8 |
25,2 |
16,0 |
|
1972 |
0,2 |
268 |
80 |
устойчивая |
10,3 |
23,4 |
19,7 |
|
1973 |
1,1 |
408 |
228 |
|
24,5 |
36,3 |
16,0 |
|
1974 |
1,0 |
326 |
238 |
|
17,3 |
36,3 |
16,5 |
|
1975 |
0,8 |
231 |
108,1 |
устойчивая |
10,1 |
23,3 |
18,0 |
|
1976 |
1,3 |
373 |
257 |
|
19,5 |
43,6 |
15,8 |
|
1977 |
0,8 |
398 |
203 |
весенняя |
13,9 |
30,9 |
17,9 |
|
1978 |
1,9 |
641 |
365 |
|
19,5 |
39,1 |
14,9 |
|
1979 |
1,0 |
465 |
262 |
|
11,8 |
35,7 |
16,4 |
|
1980 |
1,2 |
484 |
288 |
|
15,1 |
38,1 |
15,8 |
|
1981 |
0,3 |
306 |
86 |
устойчивая |
8,3 |
17,8 |
19,2 |
|
1982 |
1,3 |
525 |
297 |
|
19,9 |
42,3 |
16,3 |
|
1983 |
1,5 |
473 |
317 |
|
19,7 |
34,6 |
14,8 |
|
1984 |
1,0 |
366 |
225 |
|
9,7 |
24,7 |
18,5 |
|
1985 |
1,0 |
531 |
254 |
|
17,1 |
42,2 |
17,2 |
|
1986 |
0,7 |
345 |
149 |
весенне-летняя |
18,3 |
33,4 |
16,8 |
|
1987 |
1,2 |
572 |
294 |
|
17,0 |
34,1 |
17,8 |
|
1988 |
0,9 |
449 |
279 |
|
17,2 |
33,8 |
19,0 |
|
1989 |
1,0 |
614 |
373 |
|
17,5 |
27,1 |
17,8 |
|
1990 |
1,7 |
655 |
349 |
|
21,6 |
40,3 |
15,5 |
|
1991 |
0,9 |
412 |
285 |
|
14,1 |
29,9 |
18,1 |
|
1992 |
0,6 |
356 |
158 |
летняя |
22,8 |
35,4 |
16,0 |
|
1993 |
1,6 |
582 |
303 |
|
18,1 |
38,0 |
16,6 |
|
1994 |
1,1 |
459 |
312 |
|
19,0 |
33,4 |
15,1 |
|
1995 |
0,5 |
339 |
140 |
устойчивая |
8,9 |
15,8 |
18,7 |
|
1996 |
1,1 |
379 |
228 |
|
17,1 |
33,9 |
18,0 |
|
1997 |
1,1 |
511 |
262 |
|
18,5 |
35,4 |
16,2 |
|
1998 |
0,5 |
337 |
153 |
устойчивая |
5,3 |
10,3 |
18,4 |
|
1999 |
1,6 |
595 |
335 |
|
11,6 |
24,5 |
16,8 |
|
2000 |
1,4 |
466 |
266 |
|
14,6 |
29,0 |
17,2 |
|
2001 |
0,7 |
464 |
178 |
летне-осенняя |
17,7 |
27,4 |
17,8 |
|
2002 |
0,5 |
438 |
162 |
летняя |
17,7 |
29,0 |
16,0 |
|
2003 |
1,3 |
382 |
243 |
|
15,8 |
27,5 |
16,9 |
|
2004 |
1,5 |
624 |
316 |
|
14,9 |
24,5 |
18,3 |
|
2005 |
1,0 |
438 |
254 |
весенняя |
14,8 |
27,4 |
17,8 |
|
2006 |
1,1 |
471 |
272 |
|
16,3 |
31,7 |
17,3 |
|
2007 |
1,2 |
535 |
258 |
|
17,0 |
32,5 |
18,9 |
|
2008 |
1,1 |
393 |
183 |
весенняя |
19,9 |
38,7 |
17,6 |
|
2009 |
0,8 |
325 |
198 |
летне-осенняя |
19,9 |
40,1 |
18,0 |
|
2010 |
0,3 |
468 |
77 |
устойчивая |
8,5 |
18,2 |
21,0 |
|
2011 |
0,9 |
609 |
254 |
|
24,8 |
35,3 |
19,1 |
|
2012 |
1,0 |
631 |
346 |
весенняя |
15,0 |
23,7 |
20,4 |
|
Окончание табл. 1 |
|||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
2013 |
0,9 |
530 |
268 |
|
20,9 |
33,3 |
20,2 |
|
2014 |
0,6 |
419 |
180 |
осенняя |
21,4 |
38,2 |
18,9 |
|
2015 |
0,7 |
570 |
244 |
весенне-осенняя |
17,4 |
31,1 |
19,9 |
|
2016 |
0,6 |
604 |
211 |
летняя |
24,5 |
32,1 |
20,7 |
|
2017 |
1,5 |
664 |
376 |
|
29,5 |
35,6 |
17,8 |
|
2018 |
0,4 |
455 |
193 |
весенне-осенняя |
21,3 |
27,3 |
19,6 |
|
2019 |
0,9 |
|
234 |
летняя, осенняя |
20,2 |
22,3 |
19,1 |
|
Среднее |
0,9 |
458 |
240 |
|
15,7 |
31,2 |
18,5 |
За последние 58 лет на территории области наблюдался всего двадцать один засушливый год, из них пять с весенней засухой (1977, 2000, 2005, 2008, 2012 гг.), два – с весенне-летней
(1967, 1986 гг.), 1992, 2002, 2016 годы – с летней засухой, три (2001, 2009, 2019 гг.) – с летне-осенней, два – с весеннее-осенней (2015, 2018 гг.) и шесть (1972, 1975, 1981, 1995, 1998, 2010 гг.) – с разной по интенсивности устойчивой засухой (табл. 1). Анализ указанного промежутка времени показывает, что через каждые 9 лет наблюдается устойчивая засуха. В эти годы за вегетационный период (апрель-август) выпадает от 80 до 150 мм осадков (из них 60-70 мм в августе), ГТК колеблется от 0,3 до 0,5-0,8 и, соответственно, урожайность зерновых по области составляет 5-10 ц/га.
Средняя температура за май-август фиксируется 17,2°С. В засушливые годы данное значение колеблется от 18°С до 20°С, и в 2010 году средняя температура за эти месяцы повышалась
до 21°С.
Средняя урожайность зерновых по области составляет 16,1 ц/га. Максимальное количество урожая по области (29,8 ц/га) собрали в 2017 году. Значительная часть осадков выпала осенью и зимой 2016 года, насытив почву влагой, весной и летом создались благоприятные условия для всходов яровых культур и развития озимых растений. Далее ежемесячные осадки, в количестве
20-30 мм, поддерживали оптимальные условия для налива зерна, а также складывались хорошие условия для их уборки. Температурный режим был умеренно пониженным.
Для оценки степени увлажнения и засушливости вегетационного периода широкое применение получил индекс Г. Т. Селянинова, который вычисляется по формуле:
,
где ∑ Р – сумма осадков, мм; – сумма среднесуточных температур за период с Т≥10ºС, ºС.
Агроклиматические исследования Г. Т. Селянинова по связи между ГТК и урожайностью зерновых культур показали, что максимальному урожаю соответствует ГТК, равный 1,2. При ГТК<1,2 урожаи снижаются из-за развития засушливых явлений, а при ГТК>1,2 урожаи уменьшаются от переувлажнения [1].
Гидротермический коэффициент Селянинова является условным выражением баланса влаги и определяет отношение прихода влаги к ее расходу. ГТК более 1,0 характеризует увлажнение сельскохозяйственных культур, ГТК ниже 1,0 свидетельствует о недостаточной увлажненности вегетационного периода, ГТК ниже 0,5 соответствует резкому недостатку осадков. Сравнивая ГТК, количество выпавших осадков, и урожайность, засушливая погода, аналогичная 2010 году, наблюдалась в 1972 и 1981 годах.
Для оценки влагообеспеченности авторы [8, 14] предлагают использовать ГТК как наиболее оптимальный показатель. Авторы, обобщив многолетний опыт использования показателя ГТК, предложили следующую шкалу классификации уровней влагообеспеченности по значениям ГТК. Приведем эту шкалу в таблице 2 с распределением в ней повторяемости ГТК, рассчитанных за вегетационный период для Ульяновской области по годам в период 1961-2019 гг.
Достаточная влагообеспеченность из всего 58-летнего периода наблюдалась 18 раз (31%), неблагоприятные условия по влагообеспеченности наблюдались большее число лет (табл. 2).
Засушливые условия формировались 13 раз (22%), что согласуется с данными работ [7, 8], по которым в последние десятилетия во внетропических широтах отмечается повышенная вероятность экстремальных антициклонов, что увеличивает риск таких неблагоприятных последствий как засухи летом и экстремальные морозы зимой.
Таблица 2
Повторяемость ГТК по области в период 1961-2019 гг. (согласно классификации авторов [3])
|
ГТК |
Характер влагообеспеченности |
Количество лет |
% |
|
>1,5 |
Избыточная |
5 |
9 |
|
1,5-1,41 |
Повышенная |
4 |
7 |
|
1,40-1,11 |
Достаточная (оптимальная) |
18 |
31 |
|
1,10-0,76 |
Недостаточная |
18 |
31 |
|
0,75-0,61 |
Низкая (слабая засуха) |
7 |
12 |
|
0,60-0,41 |
Очень низкая (средняя засуха) |
3 |
5 |
|
0,40-0,21 |
Исключительно низкая (сильная засуха) |
3 |
5 |
|
<0,20 |
Катастрофически низкая (очень сильная засуха) |
0 |
0 |
На рисунке 3 приведены межгодовые колебания ГТК и его отрицательный линейный тренд.
Рис. 3. Межгодовые изменения ГТК на территории Ульяновской области (1961-2019 гг.)
ГТК более тесно связан с осадками, чем с температурой воздуха. Так, для первой части вегетационного периода (апрель-июнь) коэффициент корреляции между ГТК и температурой воздуха составил -0,36 (отрицательная связь), а с осадками – 0,69. Коэффициент корреляции между урожайностью зерновых культур и ГТК для Ульяновской области составил 0,43 (с достоверностью 0,95%), т.е. погодные условия оказывают заметное влияние на формирование урожайности. Наименьшая урожайность зерновых культур по области 5,3 ц/га, и 10,3 ц/га – в Ульяновском
НИИСХ – наблюдались в 1998 году. В этот год, несмотря на высокий температурный режим и отсутствие эффективных осадков с середины апреля до конца июля, начавшиеся обильные дожди в конце июля и в первой половине августа создавали тяжелейшие условия для уборки. В 2010 году наблюдалась наиболее сильная устойчивая засуха. Максимальная температура воздуха 1 и 2 августа, впервые за весь период инструментальных наблюдений, достигала до 40°С. В течение четырех месяцев не было эффективных осадков. ГТК составил в апреле -0,0, в мае -0,3, в июне -0,0,
в июле -0,4, за первую половину августа -0,0, что привело к гибели значительной части зерновых, зернобобовых и особенно поздних культур. Сравнивая урожайность зерновых культур за последние 58 лет ГНУ УНИИСХ с областными данными, можно отметить, что она в два раза выше не только в благоприятные, но и в засушливые годы, что лишний раз говорит о высокой технологии и достижениях науки, а также об умении приспосабливаться к тяжелым метеорологическим условиям.
Заключение. Важнейшей закономерностью наблюдаемых изменений агроклиматических показателей на территории Ульяновской области является повторяемость атмосферной засухи через каждые три года. Интенсивная устойчивая засуха, вызывающая существенное снижение продуктивности сельскохозяйственных культур, бывает в среднем один раз в восемь лет. Для снижения негативного влияния засух необходимо принятие комплекса мер по внедрению научно обоснованных технологий и засухоустойчивых, пригодных к местным условиям, сортов. Необходимо объединить усилия ученых и производственников и при поддержке государства поэтапно и последовательно осуществить технологическую модернизацию АПК. Назрела необходимость вкладывать средства в научные исследования и разработки, что позволит определить адаптационные стратегии, основанные на конкретных данных.
1. Экономический анализ влияния изменения климата на сельское хозяйство России: национальные и региональные аспекты (на примере производства зерна) // Научно-исследовательские отчеты OXFAM. - 2013. - № 4. - С. 37-54.
2. Немцев, С. Н. Тенденции изменений климата и их влияние на продуктивность зерновых культур в Ульяновской области / С. Н. Немцев, Р. Б. Шарипова // Земледелие. - 2012. - № 2. - С. 3-5.
3. Переведенцев, Ю. П. Современные тенденции изменения климата в Приволжском Федеральном окру-ге / Ю. П. Переведенцев, Н. А. Важнова, Э. П. Наумов [и др.] // Георесурсы. - 2012. - №6 (48). - С. 19-34.
4. Шарипова, Р. Б. Агроклиматическая оценка атмосферных засух и урожайности на территории ГНУ Ульяновский НИИСХ / Р. Б. Шарипова, А. Г. Галиакберов, С. Н. Никитин, М. М. Сабитов // Вестник Ульянов-ской ГСХА. - №3. - 2011. - С. 35-40.
5. Кренке, А. Изменения климата и человеческое измерение исследования в России / А. Кренке, М. В. Ананичева // Человеческое измерение и глобальное изменения среды : сборник научных трудов. - 2005. - 303 с.
6. Casey, K. S. Global and regional sea surface temperature trends / K. S. Casey, P. J. Cornillon // Climate. - 2011. - Vol. 14. - Р. 3801-3818.
7. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. - М. : Росгидромет, 2014. - 1008 с.
8. Иванов, А. Л. Глобальные изменения климата и прогноз рисков в сельском хозяйстве России / под ре-дакцией академиков Россельхозакадемии А. Л. Иванова, В. И. Кирюшина - М. : Россельхозакадемия. -
9. - 518 с.
10. Иванов, А. Л. Глобальное изменение климата и его влияние на сельское хозяйство // Земледелие. - 2009. - № 1. - С. 3-5.
11. Семенов, С. М. Парниковые газы и современный климат земли. - М. : Издательский центр «Метеоро-логия и гидрология», - 2004. - 175 с.
12. Сельское хозяйство Ульяновской области. - Ульяновск : Печатный двор. - 2018. - 32 с.
13. Агрометеорологический бюллетень (с 1961 по 2019 гг.). Ульяновск.
14. Уланова, Е. С. Методы корреляционного и регрессионного анализа в агрометеорологии / Е. С. Улано-ва , В. Н. Забелин. - Ленинград : Гидрометеоиздат. - 1990. - 208 с.
15. Сиротенко, О. Д. Современные климатические изменения продуктивности биосферы России и сопре-дельных стран / О. Д. Сиротенко, Е. В. Абашина // Метеорология и гидрология. - 2008. - №4. - С. 101-107.
16. Мустафина, А. Б. Основные особенности влияния погодных условий на урожайность зерновых куль-тур в Республике Татарстан // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. - 2019. - №2(372). - С. 144-153.
