CC BY
81
УДК 551.85
Ю.П. Переведенцев, Ю.Г. Хабутдинов, Р.Д. Гизатуллин, А.В. Алтухова
Казанский (Приволжский) федеральный университет, [email protected]
АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРИВОЛЖСКОГО
ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА
Приведена оценка агроклиматических условий и ресурсов на территории Приволжского федерального округа. С использованием данных метеорологических наблюдений в период 1966-2009 гг. рассчитаны суммы активных и эффективных температур, атмосферных осадков, продолжительность вегетационного периода и повторяемость атмосферных засух по гидротермическому коэффициенту Селянинова. Рассмотрена зависимость урожайности от агроклиматических условий и составлен перечень сельскохозяйственных культур, способных произрастать в регионе исследования.
Ключевые слова: период вегетации; сумма активных и эффективных температур; условия засушливости и увлажнения; агроклиматические ресурсы; урожайность сельскохозяйственных культур; Приволжский федеральный округ.
Введение
Цель настоящей работы - дать анализ изменений агроклиматических условий и ресурсов на территории Приволжского федерального округа в условиях глобального потепления климата. Как известно, климат существенно влияет на формирование урожая сельскохозяйственных культур, определяя его средний уровень и межгодовую изменчивость (Методы оценки..., 2012). При анализе системы климат - сельское хозяйство выделяют два аспекта: климат как природный ресурс и климат как риск для производителей продукции (Болин и др., 1989). В соответствии с этим сформировались два направления исследований: одно из них связано с оценкой влияния медленных изменений средних значений климатических параметров, второе - с оценкой влияния изменений повторяемости климатических экстремумов -существенного источника рисков для сельского хозяйства (Методы оценки., 2012).
В агрометеорологии к агрометеорологическим ресурсам принято относить ресурсы света, тепла и влаги. В связи с потеплением климата происходит их заметное изменение. Для оценки влияния изменений климата на термические (тепловые) ресурсы используется ряд климатических индексов (Сиротенко и др., 2007):
- суммы среднесуточных значений температуры воздуха за период календарного года со среднесуточной температурой, превышающей 0, 5 и 10°С;
- даты устойчивого перехода среднесуточной температуры воздуха через 0, 5 и 10°С весной и осенью;
- продолжительность периодов календарного
года со среднесуточной температурой, превышающей 0, 5 и 10°С, а также периодов со среднесуточной температурой от 5 до 15°С (климатическая весна) и от 15 до 5°С (климатическая осень);
- средняя температура самого холодного и самого теплого месяцев календарного года.
Для характеристики увлажненности территории наиболее часто в отечественной практике используются индекс сухости Будыко (ИС), гидротермический коэффициент Селянинова (ГТК) и коэффициент увлажнения Сапожниковой (КУ) (Методы оценки., 2012).
В качестве нового показателя общих засух (ат-мосферно-почвенных) авторами (Чуб, Страшная, 2012) предложен агрометеорологический коэффициент увлажнения (АКУ), хорошо коррелирующий с урожайностью зерновых культур. За рубежом для слежения за изменением условий засушливости на длительных временных интервалах наиболее широко используется индекс Палмера, в основе которого лежит уравнение «водного баланса». В 2012 г. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) рекомендовала использовать для мониторинга засух на любых временных интервалах стандартизированный индекс осадков 8Р1, представляющий преобразованную величину количества осадков, имеющего нормальное распределение, который быстро стал популярным (Уткузова и др., 2015).
В Казанском университете многие десятилетия проводятся исследования в области изменения климата и агрометеорологии на территории Республики Татарстан и Поволжского региона. К числу наиболее заметных работ можно отнести следующие (Колобов, 1968; Колобов, Муракаева,
Рис. 1. Распределение по территории ПФО сумм активных температур, °С
В таблице 1 приводятся сведения о продолжительности периода активной вегетации с указанием для каждого субъекта ПФО станции с минимальной и максимальной продолжительностью (в днях). Как видно из таблицы продолжительность активного вегетационного периода на территории ПФО изменяется в широком диапазоне от 92 дней (ст. Вая), до 167 дней (ст. Новоузенск), что обусловлено разнообразием природных физико-географических условий и значительной протяженностью территории с севера на юг.
Для оценки термических ресурсов, характеризующих потребности растений в тепле, рассчитывались суммы среднесуточных значений температуры воздуха, превышающей 10°С. На рисунке 1 представлено распределение сумм активных температур £ Г>10Т по территории ПФО. Распределение термических ресурсов по территории округа в целом имеет зональный характер, что связано с распределением приходящей солнечной радиации в теплый период. В то же время, отмечается определенная возмущенность изолиний равных значений на востоке округа в районе
Уральских гор, обусловленных орографией и другими физико-географическими особенностями.
Рис. 2. Распределение на территории ПФО сумм атмосферных осадков (мм), выпадающих в период активной вегетации
Естественно, что тепловые ресурсы минимальны на северо-востоке (~1400°С) и максимальны на юге и юго-востоке региона (~2600°С).
Помимо теплообеспеченности, в вегетационный период растения нуждаются во влаге, основным источником которой являются атмосферные осадки. На рисунке 2 представлено распределение сумм выпадающих осадков по территории ПФО, осредненных за период 1966-2009 гг. На юго-востоке региона (Оренбургская область) отмечается минимальная сумма осадков 130 мм, что явно недостаточно в условиях значительной испаряемости, в то же время в Пермском крае на северо-востоке в условиях достаточно слабой испаряемости отмечается их максимум (280 мм). В месячном распределении меньше всего их выпадает в мае, а наибольшее количество за счет ливневых дождей выпадет в июне-июле. Так, в мае их количество возрастает от 26 мм на юго-востоке до 57 мм на северо-востоке, в июне от 33 до 75 мм, в июле от 40 до 83 мм и в августе от 25 до 78 мм, соответственно.
В Российской Федерации около 60% посевных площадей основных сельскохозяйственных культур сосредоточены в районах недостаточного и
Рис. 3. Повторяемость атмосферных засух (%) на территории ПФО в период 1966-2009 гг.
Рис. 4. Повторяемость случаев с избыточным увлажнением (%) на территории ПФО в период 1966-2009 гг.
неустойчивого увлажнения, сильные и обширные засухи вызывают значительные колебания валовых сборов зерна (Чуб, 2012). Поэтому представляет практический интерес оценка повторяемости атмосферных засух на территории ПФО с использование ГТК Селянинова. На рисунках 3 и 4 представлены данные о повторяемости атмосферных засух (%) в категории «очень засушливо», когда значения ГТК<0.5, и в категории «избыточное увлажнение» при ГТК>1.
Оценка засушливых и переувлажненных условий по индексу ГТК показала, что наибольшая повторяемость засух (48%) наблюдается в южной части округа (Саратовская и Оренбургская области), в то же время на северо-востоке Пермского края, севере Кировской области их повторяемость минимальна (~12%). Естественно, что переувлажненные условия чаще формируются на севере территории (~70%) и редко возникают на юге (~10%).
В результате выполненных расчетов ряда агрометеорологических показателей возникла возможность их сведения в единую таблицу по всем субъектам Приволжского федерального округа.
В таблице 2 приводятся диапазоны изменений по территории субъекта ПФО каждого из параметров. Как правило, это изменения идут в направлении от севера к югу. Несколько сложнее обстоит дело в Республике Башкортостан, где на востоке сказывается влияние Уральских гор. Сумма активных температур на севере ПФО невелика и составляет на северо-востоке Пермского края 1360°С, а на его юге 1950°С. Распределение этого параметра имеет зональный характер и на юге округа в Саратовской области достигается максимум суммы эффективных температур 3100°С. Аналогично ведет себя продолжительность периода активной вегетации, возрастая с севера на юг от 92 суток (Пермский край) до 165 суток (юг Саратовской области). Количество выпадающих осадков изменяется в обратной последовательности - суммы нарастают с юга на север. Меньше всего осадков выпадает в Саратовской области 135 мм и больше всего на севере Пермского края 359 мм. В связи с этим повторяемость случаев с избыточным увлажнением наиболее велика на севере (до 65%) и низка на юге 6% (юг Саратовской области). Повторяемость засух распределяется в
№ Субъект ПФО ^ 'йо г Продолжительность периода активной вегетации, сутки Сумма осадков, мм Повторяемость избыт. увлажн. (%) Повторяемость засух (%)
1 Пермский край 1360-1950 92-136 227-359 50-60 11-25
2 Кировская область 1520-1970 106-138 229-292 39-65 9-23
3 Удмуртская Республика 1710-1970 120-137 232-258 38-53 13-28
4 Нижегородская область 1800-2060 126-151 240-280 34-57 12-35
5 Республика Марий-Эл 1890-2060 133-146 222-234 33-44 20-26
6 Республика Татарстан 1960-2080 138-145 201-236 27-44 19-30
7 Чувашская Республика 2010-2050 142-145 198-231 30-41 19-26
8 Республика Мордовия 2200-2350 147-150 215-220 34-38 20-22
9 Ульяновская область 2250-2520 148-158 175-215 18-34 26-36
10 Пензенская область 2400-2500 149-153 215-220 34-38 20-22
11 Республика Башкортостан 1950-2400 133-150 170-245 18-54 22-36
12 Самарская область 2300-2700 145-159 200-215 34-38 28-36
13 Оренбургская область 2330-2920 145-160 130-215 6-38 30-62
14 Саратовская область 2550-3100 150-165 135-190 6-34 28-64
Таблица 2. Агроклиматические показатели на территории ПФО
6
российский журннл ииой экологии
ПФО противоположно относительно случаев переувлажненности. На севере она минимальна -11%, на юге повторяемость засух достигает 64%. В Башкортостане в районе Уральских гор отмечаются наименьшие суммы активных температур ~1950°С, сумма осадков 255 мм и период вегетации 120 дней.
Выполненные оценки по распределению агрометеорологических показателей по территории ПФО позволяют выделить 3 зоны: в первую входят северные субъекты, где сумма активных температур не превышает 2000°С, в центральную зону входит территория, где сумма активных температур изменяется в пределах 2001-2500°С, в южную зону входят области с суммой активных температур выше 2501°С. Поскольку каждая из сельскохозяйственных культур имеет индивидуальную потребность в тепле и влаге для своего произрастания, то можно составить рекомендации для культивирования тех или иных культур в соответствующих зонах. Так, в северной зоне можно высаживать картофель, ячмень, овес, озимую пшеницу и т.д., в центральной зоне к ним добавятся помидоры, подсолнечник и др., а в южной зоне можно культивировать более теплолюбивые бахчевые культуры - дыни и арбузы.
Как известно, урожайность сельскохозяйственных культур зависит от многих факторов, в том числе агрометеорологических. Так, повышение суммы активных температур на 100°С приводит к увеличению урожая зерновых культур на 1,4 ц/га. Губительными для урожайности являются засухи. Данные статистики урожайности показывают, что в 2010 г., засушливым на всей территории Поволжья, урожай яровой пшеницы в центральном районе ПФО уменьшился на 8 ц/га относительно предыдущего к другим культурам. В работе (Фролов, Страшная, 2011) приводятся данные об урожайности для всей территории России, согласно которым в 2010 г. урожайность зерновых и зернобобовых культур была на 16-25% ниже урожайности по тренду, учитывающему культуру земледелия.
Заключение
В заключение сформулируем ряд выводов, характеризующих состояние агрометеорологических условий в ПФО в период 1966-2009 гг.
1. Продолжительность периода активной вегетации на территории ПФО изменяется в пределах от 92 суток на севере до 167 на юге.
2. Ресурсы тепла (сумма активных температур) возрастают от 1360°С (север Пермского края) до 3100°С (юг Саратовской области), что позволяет выращивать в ПФО разнообразные культуры.
3. По влагозапасам также наблюдается большое разнообразие: в северных районах часто возникают ситуации с избыточным увлажнением, в южных засушливые.
4. Продолжительность периода активной вегетации меняется в широком диапазоне: от 92 до 165 суток, что ставит в неравные условия сельскохозяйственное производство отдельных субъектов ПФО.
Статья подготовлена при частичной финансовой поддержке грантов РФФИ (№15-05-06349, 17-45-160693).
Список литературы
1. Биоклиматический потенциал России: методы мониторинга в условиях изменяющегося климата / Под ред. А.В. Гордеева. М: Научное издание, 2007. 236 с.
2. Болин Б., Деес Б.Р., Ягер Д., Уорик Р. Парниковый эффект. Изменение климата и экосистемы. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1989. 357 с.
3. Колобов Н.В. Климат Среднего Поволжья. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1968. 252 с.
4. Колобов Н.В., Муракаева С.А. Засухи на территории Татарской АССР. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1980. 140 с.
5. Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических систем / Под ред. С.М. Семенова. М.: Росгидромет, 2012. 508 с.
6. Педь Д.А. Об определении дат устойчивого перехода температуры воздуха через определенные значения // Метеорология и гидрология. 1951. № 10. С. 38-39.
7. Переведенцев Ю.П., Шерстюков Б.Г., Наумов Э.П., Верещагин М.А., Шанталинский К.М. Климатические условия и ресурсы Республики Татарстан. Казань: Изд-во Казанск. гос. ун-та, 2008. 288 с.
8. Переведенцев Ю.П., Соколов В.В., Наумов Э.П. Климат и окружающая среда Приволжского федерального округа. Казань: Казанск. ун-т, 2013. 274 с.
9. Переведенцев Ю.П., Шарипова Р.Б. Изменение основных климатических показателей на территории Ульяновской области // Вестн. Удм. ун-та. Сер. Биология. Науки о Земле, 2012. Вып. 6-1. С. 136-144.
10. Переведенцев Ю.П., Шарипова Р.Б., Важнова Н.А. Агроклиматические ресурсы Ульяновской области и их влияние на урожайность зерновых культур // Вестн. Удм. Ун-та. Сер. Биология. Науки о Земле, 2012. Вып. 6-2. С. 120-126.
11. Сиротенко О.Д., Груза Г.В., Ранькова Э.Я., Абашина Е.В., Павлова В.Н. Современные климатические изменения теплообеспеченности, увлажненности и продуктивности агросферы России // Метеорология и гидрология. 2007. № 8. С. 90-103.
12. Уткузова Д.Н., Хан В.М., Вильфанд Р.М. Статистический анализ эпизодов экстремальной засушливости и увлажненности на территории РФ // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 28, № 1 (312). С. 66-75.
13. Федеральная служба государственной статистики (электронный ресурс): урожайность сельскохозяйственных культур / Электрон. текстовые данные. Режим доступа: http://222.gks.ru/, свободный.
14. Фролов А.В., Страшная А.И. О засухе 2010 года и ее влиянии на урожайность зерновых культур // Сборник докладов. М.: Триада ЛТД, 2011. С. 22-31.
15. Чуб О.В., Страшная А.И. О возможности использования нового агрометеорологического коэффициента увлажне-
ния для мониторинга атмосферно-почвенных засух // Труды Гидрометцентра России. 2012. Вып. 347. С. 190-206.
Yu.P. Perevedentsev, Yu.G. Khabutdinov, R.D. Gizatullin, A.V. Altukhova. Agrometeorological conditions of the Volga federal district.
The estimation of agroclimatic conditions and resources in the territory of the Volga Federal District is given. The sums of active and effective temperatures, atmospheric precipitation, the duration of vegetation
period and the frequency of atmospheric droughts according to the hydrothermal Selyaninov coefficient were calculated using the data of meteorological observations in the period 1966-2009. The dependence of yields on agroclimatic conditions is considered, and a list of agricultural crops capable of growing in the region of research is compiled.
Keywords: vegetation period; sum of active and effective temperatures; conditions of aridity and hydration; agroclimatic resources; productivity of agricultural crops; Volga Federal District.
8
российский журннл ИМ! экологии
