CC BY
21УДК 631.95
АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КЛИМАТИЧЕСКОЙ
ОПТИМИЗАЦИИ АГРОТЕХНОЛОГИЙ ОСНОВНЫХ КУЛЬТУР НА ТЕРРИТОРИИ ДОНЕЦКО-ДОНСКОГО СЕВЕРО-СТЕПНОГО КРАЯ
AGROMETEOROLOGY GROUND OF THE CLIMATIC OPTIMIZED AGRICULTURE IS IN DONETSK-DON NORTHERN STEPPE REGION
Коковихин С.В., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ГБОУ ВО "Херсонский аграрный университет".
Исследования показывают, что в связи с изменениями климата на территории Донецко-Донского северо-степ-ного края прогнозируется снижение урожайности основных с.-х культур на 5,3-53,3 %, что обуславливает необходимость применения климатически оптимизированного сельского хозяйства.
Ключевые слова: сельское хозяйство, климат, погодные условия, орошение, моделирование.
Kokovikhin S.V., Doctor of Agricultural Sciences, Professor,
SBEI HE "Kherson agrarian university".
Researches show that in connection with the changes of climate on territory of the Donetsk-Don northern steppe region the decline of the productivity of basic cultures is forecast on 5,3-53,3%, that stipulates the necessity of application of the climatic optimized agriculture.
Key words: agriculture, climate, weather terms, irrigation, modeling
Введение. Современное агропромышленное производство должно базироваться на научно обоснованных подходах, которые учитывают влияния комплекса факторов и, в первую очередь, климатических. При этом с учетом влияния последствий глобального изменения климата на сельское хозяйство необходимо определить потребности в адаптации для конкретных регионов с учётом их специализации [1]. Основные направления адаптации сельского хозяйства конкретного региона могут быть сгруппированы исходя из уровней специализации и концентрации производства, хозяйственно-экономического потенциала, ресурсного обеспечения и др. [2, 3].
Исследования, проведенные в разных почвенно-климатических условиях, показывают, что продуктивность сельского хозяйства будет зависеть от характера изменения климата. Климатические модели прогнозируют дальнейшее повышение температуры, более неравномерное выпадение осадков и возмож-
88
ное увеличение интенсивности и частоты экстремальных погодных явлений. Потепление наблюдается на всей территории России, скорость роста среднегодовой температуры составила 0,47 °C в десять лет, что в 2,5 раза больше скорости роста глобальной температуры [5].
В настоящее время и на перспективу необходимо четко определить цели адаптации сельского хозяйства к последствиям глобальных климатических изменений, повышения устойчивости отрасли к изменению климата, а также в сокращении выбросов парниковых газов. Известные концепции климатически оптимизированного сельского хозяйства позволяют определить основу стратегии и тактики адаптации сельского хозяйства к глобальным изменениям климата на основе комплексной оценки изменений погодных факторов за прошедший период и моделирования на перспективу [6, 7].
Материал и методы исследований. Целью наших исследований было провести оценку метеорологических показателей на территории Донецко-Дон-ского северо-степного края, осуществить моделирования климатических данных, а также установить влияние природных факторов на продуктивность с.-х. культур на неполивных землях для обоснования необходимости создания климатически оптимизированного сельского хозяйства.
Для оценки изменения климатических условий до 2040 года были использованы методологические подходы и данные, полученные по ансамблям региональных климатических моделей (РКМ), которые были рассчитаны в рамках проекта FP-6 ENSEMBLES и проверенные по данным наблюдений метеорологических станций [8]. Для моделирования продуктивности с.-х. культур в разных районах Донецко-Донского северо-степного края (Троицкое, Сватово, Новопсков, Беловодск) использовали компьютерную модель LPJ-GUESS, которая прогнозирует параметры структуры и функции агроэкосистем на основе учета изменений факторов окружающей среды, таких как температура, осадки, солнечный свет и концентрации CO2 в атмосфере [9].
Для моделирования урожайности использован корреляционно-регрессионный анализ в растениеводстве [10].
Результаты и обсуждение. Установлено, что средняя годовая температура воздуха, которая является основным параметром для изучения изменения Таблица 1. Температура и количество осадков в разных районах
Донецко-Донского северо-степного края (среднее за 1991-2020 гг.)
Метеорологические показатели Метеостанции
Троицкое Беловодск Новопсков Сватово Станица Луганская
Температура, °С
Среднегодовая 8,1 8,4 8,4 8,7 9,5
Январь -5,4 -4,9 -4,9 -4,9 -3,5
89
Продолжение таблицы 1
Июль 21,6 21,9 22,2 22,1 23,0
Абсолютный минимум -36,5 -38,3 -35,5 -34,9 -41,9
Абсолютный максимум 40,1 41,2 40,8 40.3 42,0
Осадки, мм
Количество за год 539 520 466 530 517
Количество за условный вегетационный период (1У-Х) 349 312 293 328 335
Примечание: для расчетов использованы данные Украинского гидрометеорологического центра [8].
Средняя температура января (самый холодный месяц) изменяется от минус 3,5 °С (Станица Луганская) до минус 5,4 °С (Троицкое), средняя температура июля (самый теплый месяц) - от плюс 21,9 °С (Беловодск) до плюс 23,0 °С (Станица Луганская). Абсолютный минимум температуры воздуха достигает минус 41,9 °С (Станицы Луганская), а абсолютный максимум - плюс 42 °С, также зафиксирована на этой метеостанции.
Анализ полученных результатов моделирования изменения средних сезонных значений температуры на территории Донецко-Донского северо-степного края на среднесрочную перспективу (до 2040 г.) показывает, что наименьшие изменения температуры прогнозируются в весенние месяцы - повышение на 0,6-0,9 °С. Максимальное повышение ожидается зимой (в декабре, январе, феврале - на 1,1-2,4 °С ) и летом (июнь, июль, август - на 1,4-1,7 °С). По линиям тренда, которые были установлены в результате исследований, значительное повышение температуры воздуха вероятно и осенью (сентябрь, октябрь, ноябрь - на 1,4-1,7 °С), чего до настоящего времени не наблюдалось.
Для анализа возможного изменения количества осадков на период до 2040 г. были использованы 4 региональные климатические модели [9], которые достоверно отображают пространственно-временное распределение влагообе-спеченности за прошедшие десятилетия и их интерполяцию в будущем.
По результатам моделирования в программе LPJ-GUESS были сформированные параметры агроэкосистем четырех исследуемых районов Донецко-Дон-ского северо-степного края - Троицкого, Сватовского, Новопсковского, Беловод-ского. После этого были отобраны показатели количества атмосферных осадков за период с 2022 до 2040 гг. за условный период "апрель-сентябрь", который имеет наибольшее влияние на урожайность и экономическую эффективность выращивания с.-х. культур (рис. 1). При прогнозируемом уменьшении количества осадков в период «апрель-сентябрь» установлено, что в первую очередь требуют
90
применения орошения Беловодский, Сватовский и Новопсковский районы, а также в меньшей степени - Троицкий район. Также следует отметить значительную неравномерность количества осадков в разные годы прогнозирования, которое, безусловно, будет крайне негативно влиять на урожайность, качество продукции и экономическую эффективность растениеводческой отрасли Донец-ко-Донского северо-степного края, если не использовать орошения.
Рисунок 1. Смоделированные с использованием данных программы LPJ-GUESS показатели количества атмосферных осадков за период «апрель-сентябрь» для разных районов Донецко-Донского северо-степного края, мм
91
Дефицит осадков обусловит резкое снижение продуктивности с.-х. культур, особенно яровой группы - кукуруза, подсолнечник, соя и т.п. На озимые культуры изменения климата также влияет, хотя в значительно меньшей мере. При выращивании озимой группы изменения климата создают две проблемы: дефицит влаги в почве в предпосевной период осенью - необходимо смещать срок сева на более поздний период, что будет снижать урожайность; недостаток влаги в весенний период - растения не смогу нормально вегетировать, формировать большую надземную массу и площадь листовой поверхности. При этом будет ухудшаться фотосинтетическая деятельность посевов, снизится урожайность и ухудшиться качество растениеводческой продукции.
Проведенный корреляционно-регрессионный анализ свидетельствует про существенные отличия в реакции разных по биологическим особенностям культур на обеспеченность атмосферными осадками (рис. 2).
о Й
а> н i
о
100 1 60 200 260 300 350
Количество атмосферных осадков, мм
Рисунок 2. Корреляционно-регрессионные модели теоретической урожайности пшеницы озимой, кукурузы на зерно и подсолнечника в зависимости от количества атмосферных осадков для неорошаемых условий на территории Донецко-Донского северо-степного края:
1 - пшеница озимая (y = -0,0001x2 + 0,0524x - 1,9727; R2 = 0,8427)
2 - кукуруза (y = -0,000005x2 + 0,0383x - 2,9173; R2 = 0,9687) 3 - подсолнечник (y = -0,000003x2 + 0,0187x - 0,8272; R2 = 0,7537)
Максимально позитивную реакцию на увеличение количества осадков имеет кукуруза на зерно, которая обеспечивает рост урожайности более 4,4 т/га при количестве осадков 300-320 мм. Подсолнечник характеризуется стабильным ростом урожайности с максимумом более 2 т/га при количестве осадков на уровне 210220 мм. Пшеница озимая имеет волнообразную форму полиномиального тренда -существенное нарастание урожайности до 3,9 т/га при количестве атмосферных осадков на уровне 220-230 мм с последующим её снижением, что свидетельствует про её толерантность к дефициту влаги в конце вегетационного периода.
Используя полученные корреляционно-регрессионные модели теоретической урожайности исследуемых культур, были рассчитаны прогностические
92
зависимости на период до 2040 г. для неорошаемых условий Донецко-Дон-ского северо-степного края (рис. 3). По пшенице озимой наблюдается тренд на снижение урожайности за исследуемый период прогнозирования с 3,3 до 2,9 т/га (на 13,8 %). При этом в отдельные годы (2023, 2029, 2033 гг.) возможно снижение урожайности до 2,1-2,3 т/га.
По кукурузе на зерно установлен тренд снижения урожайности с 4,0 до 3,8 т/га (на 5,3 %). Также в отдельные засушливые годы прогнозируется снижение урожайности до 3,0-3,2 т/га.
Подсолнечник характеризовался более стабильными прогностическими величинами урожайности. Однако и по этой культуре проявился негативный тренд - падение урожайности с 2,3 до 1,5 т/га (на 53,3%).
Таким образом, полученные результаты исследований свидетельствуют про необходимость применения орошения при выращивании основных с.-х культур на территории Донецко-Донского северо-степного края для преодоления дефицита осадков, существенного повышения и стабилизации урожайности. При использовании климатически обоснованных подходов необходимо на орошаемых полях в полной мере обеспечивать потребности растений по влагообеспеченности.
5,0 4,5 4,0 3.5 3,0 2.5 2,0 ! 1,5
а 4,5
то й
о 4,0 &
Я 3,5
Пп 1енп цаоз ИМЯ]
ж £ \ А
'— X 7 г— Л , У 4 V
V V ж
2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040
3,0
8 2,5
Е
о
а,
С 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0
■к укур гаа га зе 1Н11
Л к—* 1 л V Д
4 V д VI А
2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040
10ДС олнс чнин
✓ _ —. Л" _ л
V V V
¥
2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040
Годы
Рисунок 3. Прогнозируемая урожайность (т/га) пшеницы озимой, кукурузы на зерно и подсолнечника в неполивных условиях Донецко-Донского северо-степного края на период до 2040 г.
93
Выводы. Проекции изменения суммы осадков на среднюю перспективу (до 2040 года) показывают, что их ожидается нарастание их неравномерности. Для с.-х. культур важное значение имеет вариативность атмосферных осадков по месяцам и основным фазам роста и развития. Невзирая на то, что прогнозируется увеличение общего количества осадков на территории Донецко-Донского северо-степного края, эффективность их на фоне повышения температуры будет низкой. Уменьшение или нарушение равномерности выпадения осадков в весенне-летний период будут иметь негативное влияние на получение стабильных урожаев в результате ухудшения увлажнения почвы и температурных стрессов. Для преодоления негативного влияния засухи необходимо применение орошения, особенно в Беловодском, Сватовском и Новопсковском районах Донецко-Донского северо-степного края. Наибольший потенциал урожайности зерна на уровне 4,4 т/га при количестве осадков 300-320 мм имеет кукуруза. Также и подсолнечник характеризуется стабильным ростом продуктивности при количестве осадков более 210 мм. Пшеница озимая имеет волнообразную форму полиномиального тренда, что объясняется её биологическими особенностями. Корреляционно-регрессионные модели урожайности исследуемых культур и линии трендов имеют негативную направленность, что свидетельствует о возможном падение урожайности на пшенице озимой на 13,8 %, кукурузе на зерно - на 5,3 %, подсолнечнике - 53,3 %. При таких климатических условиях необходимо организовать трансформацию сельского хозяйства Донецко-Донского северо-степного края в направлении климатической оптимизации - применения орошения, нормирования ресурсов, минимизация обработки почв, интегрированная защита растений и т.д.
Список использованных источников:
1. Галкин Д.Г. Стратегия и тактика адаптации сельского хозяйства к последствиям изменения климата: региональный аспект // Наука и образование Большого Алтая. - 2021. -Вып. 1(14). - С. 31-35.
2. Vozhehova R.A., Lavry-nenko Yu.O., Biliaieva I.M., Kokovikhin S.V., Lykhovyd P.V., Drobitko A.V., Nesterchuk V.V., Vozhehov S.H. Sustainable agriculture in conditions of climate changes: Possible problems and ways of their solving in the South Steppe zone of Ukraine // Ukrainian Journal of Ecology. - 2018. -№ 8 (3). - Р. 75-82.
References:
1. Galkin D.G. Strategy and tactic/ pl of adaptation of agriculture to the consequences of change of climate : regional aspect // Science and formation of Large Altai. - 2021. - Vol. 1(14). -P. 31-35.
2. Vozhehova R.A., Lavry-nenko Yu.O., Biliaieva I.M., Kokovikhin S.V., Lykhovyd P.V., Drobitko A.V., Nesterchuk V.V., Vozhehov S.H. Sustainable agriculture in conditions of climate changes: Possible problems and ways of their solving in the South Steppe zone of Ukraine // Ukrainian Journal of Ecology. - 2018. -№ 8 (3). - P. 75-82.
94
3. Краснощеков В.Н., Ольга-ренко Д.Г., Рожкова О.Н. Изменение климата и сельское хозяйство России // Природообустройство. - 2017. -№ 2. - С. 80-88.
4. Harvey C.A., Saborio-Rodriguez M., Martinez-Rodriguez M.R., Viguera B., Chain-Guadarrama A., Vignola R., Alpizar F. Climate change impacts and adaptation among smallholder farmers in Central America // Agriculture & Food Security. - 2018. -Vol. 7(1). - Р. 1-20.
5. Отчет о научно-методических основах разработки стратегии адаптации к изменению климата в Российской Федерации (в компетенции Росгидромета). - Санкт-Петербург; Саратов: Амирит. - 2020. - 120 с.
6. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2019 год. - М., 2020. - 97 с.
7. Папцов А.Г., Шиловская С.А., Колесников А.В. Адаптация сельского хозяйства России к глобальным изменениям климата. - М: ВНИИЭСХ. -2015. - 44 с.
8. Метеорологические показатели Донецко-Донского северо-степного края [electronic resource] URL: http:// uhmi.org.ua/project/rvndr/climate.pdf.
9. Created by GetClim for LPJ-GUESS Education 3.0 [electronic resource] URL: https://web.nateko.lu.se/ lpj-guess/education.
10. Ушкаренко В.А., Лазарев Н.Н., Голобородько С.П., Коковихин С.В. Дисперсионный и корреляционный анализ в растениеводстве и луговодстве: монография - М.: Изд. РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева, 2011. - 336 с.
3. Krasnoshekov V.N., Olgarenko D.G., Rojkova O.N. Change of climate and agriculture of Russia // Nature arrangement. - 2017. - № 2. - P. 80-88.
4. Harvey C.A., Saborio-Rodriguez M., Martinez-Rodriguez M. R., Viguera B., Chain-Guadarrama A., Vignola R., Alpizar F. Climate change impacts and adaptation among smallholder farmers in Central America // Agriculture & Food Security. - 2018. -Vol. 7(1). - P. 1-20.
5. Report on scientifically-methodical bases of development of strategy of adaptation to the change of climate in Russian Federation (in capacity of Roshydromet). - Saint Petersburg; Saratov: Amirit. - 2020. - 120 p.
6. Lecture about the features of climate on territory of Russian Federation for 2019. - M., 2020. - 97 p.
7. Papzzov A.G., Shilovskaya C.A., Kolesnikov A.B. Adaptation of agriculture of Russia to the global changes of climate. - M: VSRIEA. -2015. - 44 p.
8. Meteorological indexes of the Donetsk-Don northern steppe region [electronic resource] URL: http://uhmi. org.ua/project/rvndr/climate.pdf.
9. Created by GetClim for LPJ-GUESS Education 3.0 [electronic resource] URL: https://web.nateko. lu.se/lpj-guess/education
10. Ushkarenko V.A., Lazarev N.N., Holoborodko S.P, Kokovikhib S.V Dispersible and cross-correlation analysis in a plant-grower and grassland: monograph. - M.: Publ. of RSAU -MAA the name of K.A. Timirazev, 2011. - 336 p.
95
Сведения об авторе:
Коковихин Сергей Васильевич -доктор сельскохозяйственных наук, профессор ГБОУ ВО "Херсонский аграрный университет", e-mail: serg. [email protected], 73006, г. Херсон, ул. Сретенская 23.
Information about the author:
Kokovikhin Sergey Vasilevich -Doctor of Agricultural Sciences, Professor of the SBEI HE "Kherson agrarian university", e-mail: serg.ac@ mail.ru, Stetenskaya street., Kherson, 73006.
96
