Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

В условиях современной волны глобального потепления климата анализ региональных его проявлений и воздействия на сельское хозяйство с целью приспособления к ним агросферы приобретает все большее значение. Многие исследователи отмечают, что глобальное потепление климата практически повсеместно сопровождается снижением его устойчивости и одновременным ростом повторяемости различных неблагоприятных гидрометеорологических явлений [1–3].

Особую актуальность проблема учета климатических изменений для своевременной адаптации сельского хозяйства к новым условиям имеет в районах неустойчивого и недостаточного увлажнения, где климат всегда отличался частой повторяемостью засух и суховеев, дестабилизирующих устойчивое развитие зернового хозяйства в регионе. Поэтому изучение пространственно-временных особенностей формирования засух и выявление тенденций их изменения с целью разработки мероприятий по снижению негативного влияния засух на сельскохозяйственное производство находятся в центре внимания ученых и специалистов [4, 5].

Цель исследования: определение количественных показателей изменения агроклиматических ресурсов Саратовской области с целью осуществления информационной поддержки при разработке мер адаптации сельского хозяйства к этим изменениям.

Задача исследований включала расчет и оценку изменения показателей тепло- и влагообеспеченности различных почвенно-климатических зон области, а также вероятности засух сильной интенсивности в отдельные периоды вегетации зерновых культур, обусловливающих наибольшие потери урожая.

Материалы и методы исследования

Материалом для исследований послужили данные наблюдений за 1971–2018 гг. по 20 метеорологическим станциям, расположенным в различных почвенно-климатических зонах области, взятые из агрометеорологических бюллетеней по Саратовской области.

Современное состояние агроклиматических ресурсов сравнивалось с данными Научно-прикладного справочника по климату СССР, в котором обобщены материалы наблюдений за 1891–1980 г. [6]. Кроме того, были учтены рекомендации ВМО по использованию для характеристики современного климата в качестве «стандартного» 30-летия данных за 1971–2000 гг. Климатические нормы за этот период по температуре воздуха и осадкам были рассчитаны по всем 20 метеостанциям области. Чтобы оценить тенденции и скорость изменения агроклиматических ресурсов на современном этапе, с этими климатическими нормами сравнивались средние показатели тепло и влагообеспеченности вегетационного периода за 2001–2018 гг.

Средние многолетние температуры воздуха и суммы осадков за анализируемые периоды определялись с помощью статистического метода.

Интенсивность засух оценивалась по гидротермическому коэффициенту Селянинова (ГТК) в соответствии со следующими критериями этого показателя: ГТК ? 0,3 – очень сильная засуха; ГТК = 0,4 – 0,5 – сильная засуха и ГТК = 0,6 – 0,7 – средняя засуха.

Результаты исследования и их обсуждение

Проведенный анализ показал, что среднегодовая температура воздуха во всех природных зонах Саратовской области за 1981–2018 гг. увеличилась по сравнению с климатической нормой за 1891–1980 гг. на 1,5–1,6 °С (табл. 1). Так по данным климатического справочника среднегодовая температура воздуха изменялась от 4,2 ° в лесостепи до 5,8 ° в полупустынных районах области, а в период с 1981 по 2018 г. она стала составлять от 5,7 ° до 7,4 ° соответственно При этом основной вклад в рост годовой температуры воздуха внесли зимние месяцы, средние температуры которых увеличились на 2,7–4,9 °С. В период с мая по сентябрь рост температуры воздуха в основном составил 0,4–0,8 °С.

Тенденции устойчивого роста температуры воздуха прослеживаются и при сравнении средних многолетних показателей за 2001–2018 гг. со стандартной климатической нормой за 1971–2000 гг. Средняя годовая температура воздуха за 1971–2000 гг. изменялась по природным зонам от 5,1 ° до 6,8 °, а за последний 18-летний период ее значения составляли от 6,2 ° до 7,8 °, т.е. увеличились на 1,0–1,1 °С. Однако основной вклад в рост годовой температуры воздуха вносят уже не зимние месяцы, а март, июль, август, сентябрь и ноябрь, причем наибольшее увеличение (на 2,0–2,2 °С) температуры воздуха на современном этапе наблюдается в августе.

Отмеченные выше изменения температурного режима приводят к дальнейшему временному сдвигу в датах устойчивого перехода температуры воздуха через 0; 5 и 10 °. Так весной переход температуры через 0 ° в среднем стал происходить на 6, а через 5 и 10 ° – на 2–3 дня раньше прежних сроков. Осенью переходы температур через эти пределы происходят наоборот позже в среднем на 8 дней по сравнению с прежними сроками. В итоге продолжительность вегетационного периода в регионе увеличилась на 8–10 дней. Эти тенденции следует отнести к положительным последствиям наблюдаемых изменений климата, поскольку в регионе создаются условия для внедрения культур с более длительным периодом вегетации.

Таблица 1

Изменение показателей термических ресурсов за различные временные периоды по природным зонам Саратовской области

Активное потепление в весенне-летний и осенний периоды сказывается на увеличении теплообеспеченности вегетационного сезона. За период интенсивного потепления (1981–2018 гг.) сумма температур воздуха выше +10 ° увеличилась по сравнению с климатической нормой за 1891–1980 гг. на 240–280 ° в черноземностепных и лесостепных районах и на 190–210 ° в полупустынных и сухостепных районах Заволжья. Теплообеспеченность вегетационного сезона в этот период превышала климатическую норму в 84 % лет. Максимальные положительные аномалии по суммам температур (600–800 °) наблюдались в 1991, 1995, 2010 и 2012 гг. В период с 2001 по 2018 гг. по сравнению с нормой за 1971–2000 гг. показатель теплообеспеченности вегетационного периода увеличился в этих районах соответственно на 150–190 ° и 120–130 °С, а повторяемость положительных аномалий сумм температур составила78 %.

В целом рост теплообеспеченности вегетационного периода является благоприятным фактором, так как позволяет отдавать предпочтение в выращивании позднеспелых сортов и гибридов, отличающихся, как известно, большей продуктивностью.

К благоприятным последствиям потепления климата следует отнести и увеличение повторяемости теплых зим. В период с 1981 по 2018 гг. в 84 % лет зимы на всей территории области отличались экстремально теплым или аномально теплым температурным режимом, а последняя экстремально холодная зима, когда средняя за декабрь – февраль температура воздуха была на 3,5 ° ниже климатической нормы, наблюдалась в 1969 г. Сумма отрицательных температур воздуха за период с 2001 по 2018 г. уменьшилась, по сравнению с нормой «стандартного» 30-летия, на 165–265 °, что также указывает на существенное потепление зим.

Наблюдаемая тенденция благоприятна для зимовки озимых культур, поскольку до 1980-х гг. преобладающей причиной повреждения и гибели озимых культур в период зимовки, по исследованиям П.Г. Кабанова, было вымерзание посевов осенью до установления устойчивого снежного покрова или в начале весны после раннего его схода с полей. Среди наблюдаемых изменений климата необходимо отметить, что в последние годы в области увеличивается вероятность зим с аномально высоким снежным покровом, неглубоким промерзанием почвы и высокой температурой почвы на глубине узла кущения озимых в течение всей зимовки. По данным В.А. Моиссейчик, при сохранении на полях мощного снежного покрова высотой более 30–40 см в течение более 5 декад, глубине промерзания почвы менее 50 см и температуре почвы на глубине узла кущения озимых равной –0…–1 ° создаются благоприятные условия для развития процессов выпревания растений. Примером такой зимы в Саратовской области стала зима 2018–2019 гг. Аномально высокий снежный покров в большинстве районов области установился в третьей декаде декабря и сохранялся в течение 9–10 декад подряд при температуре почвы на глубине 3 см равной –0–1 ° и глубине промерзания почвы около 30 см. В таких условиях гибель озимых от выпревания в отдельных районах превысила 20–30 % площадей. Исследованиями установлено, что за период с 1981 по 2018 г. условия для выпревания озимых в северных и северо-западных районах Правобережья Саратовской области складывались в 20 % лет.

С учетом выявленной тенденции изменения климатических условий зимнего периода возникает необходимость селекции и подбора сортов озимых культур, обладающих высокой толерантностью к изменениям температурного режима и устойчивых к выпреванию с оптимальным размещением их по почвенно-климатическим зонам региона.

Анализ текущих изменений показателей увлажнения, в качестве которых рассматривались суммы осадков и значения ГТК, характеризующего соотношение изменений температуры воздуха и количества осадков, показал, что в исследуемый период наблюдается увеличение межгодовой и межсезонной изменчивости сумм атмосферных осадков, что нивелирует положительную динамику термических показателей, неблагоприятно сказываясь на сельском хозяйстве.

Исследованиями установлено, что средняя годовая сумма осадков за период наиболее интенсивного потепления климата (с 1981 по 2018 г.) изменялась от 521 мм в лесостепи до 331 мм в полупустыне, тогда как по данным климатического справочника значения годовых сумм осадков изменялись от 489 до 310 мм. То есть в среднем по всем природным зонам региона годовое количество осадков увеличилось на 7–8 %. При этом основной вклад в увеличение количества годовых осадков внесли осадки холодного периода, сумма которых выросла за 1981–2018 гг., по сравнению с климатической нормой, на 40–70 % (табл. 2). Сумма осадков теплого периода также увеличилась в основном на 6–15 % за счет роста осадков в апреле, июне и сентябре. В то время как в мае и августе отмечалась устойчивая тенденция уменьшения количества выпадающих осадков.

На современном этапе, по сравнению с нормой «стандартного» 30-летия, наблюдается несколько иная картина изменчивости атмосферных осадков. Так суммы осадков в целом за год, теплый и холодный периоды в большинстве районов области остаются близкими к климатической норме за 1970–2000 гг., составляющей от 520 до 334 мм. Однако сохраняется внутрисезонная изменчивость осадков, выражающаяся в наибольшем росте осадков (на 20–50 %) в марте и октябре, а также их увеличении на 10–20 % в январе, феврале, апреле и мае. При этом устойчиво уменьшается количество осадков во всех природных зонах в июле, августе и сентябре. В сухостепных и полупустынных районах эта тенденция сохраняется еще и в июне, ноябре и декабре.

Исследованиями также установлено, что в условиях современной волны потепления климата увеличивается экстремальность выпадающих осадков. Это выражается в увеличении интенсивности ливневых осадков, с одной стороны, и повышении риска засушливых явлений, с другой стороны.

Таблица 2

Изменение количества осадков (в %) за различные временные периоды по природным зонам Саратовской области

Для практического использования информации об изменениях рисков сильных атмосферных засух при корректировке технологий возделывания сельскохозяйственных культур важно оценить эти изменения в отдельные периоды вегетации.

Так, известно, что большой вклад в исход зимовки озимых культур вносят сроки сева и условия осенней вегетации растений, которые определяют их состояние после прекращения вегетации. Для определения рисков поздних летних и осенних засух по всем природным зонам был проведен анализ значений ГТК ≤ 0,5, характеризующих сильную засуху, в августе и сентябре.

Результаты расчетов показали, что вероятность сильных засух в августе во всех природных зонах области значительно превосходит вероятность этого опасного явления в сентябре. При этом наиболее часто сильные засухи наблюдаются в сухостепных и крайних юго-восточных районах Заволжья. Так, в период 1971–2000 гг. их повторяемость в августе в этих районах составила 60-83 %, а после 2000 г. увеличилась до 78–94 % (табл. 3).

Таблица 3

Вероятность ( %) сильных атмосферных засух (ГТК ≤ 0,5) в VIII и IX за период 1971–2000 и 2001–2018 гг.

Необходимо также отметить, что на современном этапе потепления вероятность сильных засух в августе в лесостепных и черноземностепных районах увеличилась в 2 раза. При этом в сентябре рост повторяемости сильных засух (на 23–25 %) отмечается лишь в сухостепных и полупустынных районах Левобережья. Вполне очевидно, что данную информацию об увлажненности периода осенней вегетации озимых в комплексе с информацией о более поздних сроках прекращения их вегетации следует использовать для корректировки оптимальных сроков сева озимых. Наблюдаемые тенденции указывают на целесообразность смещения сроков сева на более поздние даты, т.е. на сентябрь, когда условия увлажнения по сравнению с августом улучшаются.

Чтобы оценить динамику сильных засух в основной период весенне-летней вегетации зерновых культур по всем природным зонам области, была рассчитана вероятность сильных атмосферных засух с ГТК ≤ 0,5 в мае – июне.

Из анализа табл. 4 следует, что наиболее часто сильные засухи во всех природных зонах наблюдаются в мае. В июне риски таких засух уменьшаются в среднем на 16–20 %.

Сравнительный анализ вероятности сильных засух за два этих периода показывает, что на современном этапе потепления риски сильных засух существенно увеличились (на 15–20 %) лишь в крайних юго-восточных районах Левобережья. В сухостепных районах риски сильных засух в мае – июне практически не изменились, а в черноземностепных и лесостепных районах они даже уменьшились на 11–22 %.

Таблица 4

Вероятность ( %) сильных атмосферных засух (ГТК ≤ 0,5) в основной период весенне-летней вегетации за 1971–2000 и 2001–2018 гг.

Проведенные исследования указывают на то, что на современном этапе потепления тенденции изменения вероятности сильных засух в основной период весенне-летней вегетации зерновых культур в разных почвенно-климатических зонах области имеют разнонаправленный характер, что требует более детального учета наблюдаемых изменений климата при корректировке технологий возделывания полевых культур.

Заключение

Представленная выше информация свидетельствует о достаточно существенных изменениях агроклиматических ресурсов региона, которые обязательно должны учитываться при разработке мер своевременной адаптации сельского хозяйства к наблюдаемым изменениям климата. В целом динамику изменения термических показателей территории можно отнести к благоприятным последствиям наблюдаемого потепления климата. Увеличение продолжительности вегетационного периода создает условия для внедрения в регионе культур с более длительным вегетационным периодом, а рост теплообеспеченности вегетационного периода позволяет возделывать в северных районах области не только скороспелые, но и раннеспелые и позднеспелые сорта и гибриды поздних культур, отличающихся большей продуктивностью.

Увеличение рисков сильных атмосферных засух в предпосевной период озимых культур и период весенне-летней вегетации зерновых оказывает негативное влияние на производство зерна. С учетом наблюдаемых тенденций изменения режима увлажненности территории, одной из главных мер приспособления сельского хозяйства к изменениям климата является адаптивная селекция озимых и яровых культур, правильный подбор их сортового состава и оптимальное размещение в различных почвенно-климатических зонах региона.

Технологии возделывания зерновых культур обязательно должны включать влагосберегающие способы обработки почвы, а также восстановление и развитие орошения.

Повышению устойчивости зернового производства будет способствовать соответствие темпов адаптации сельского хозяйства темпам изменения климата. Несоблюдение этого условия может привести к уменьшению среднего уровня урожайности зерновых культур и дестабилизации сельскохозяйственного производства.