CC BY
83
tion of the territory were assessed by the hydrothermal coefficient (GTC) of G. T. Selyaninov. When processing digital material, we used generally accepted methods of statistical analysis. As a result of research, a stable trend of increasing aridity and reducing the climate's favorability for the formation of highly productive agrocenoses of winter wheat has been identified. The necessity of scientific search for innovative technological methods of effective use of hydrothermal resources is proved. It is concluded that in the traditional natural-climatic zones of the Orenburg region for growing winter crops, the effective use of modern climate resources is most likely when implementing natural-like techniques in landscape-adaptive farming systems. Among them, it is necessary to highlight soil-protecting and water-saving techniques of minimal tillage with the formation of a mulching layer, direct seeding (No-till) in untreated soil, the use of adaptive drought-resistant varieties, the introduction of organic and mineral fertilizers and the introduction of other agricultural practices that have a moisture-saving orientation.
Key words: the steppe zone, climatic resources, nature-similar technologies.
DOI 10.37670/2073-0853-2020-84-4-9-15
-♦-
УДК 633/635 (470.55/57)
Испаряемость и испарение воды на Южном Урале, их влияние на агрономию
Ю.М. Нестеренко, д-р геогр. наук; Н.В. Соломатин, канд. с.-х. наук;
А.В. Халин, канд. с.-х. наук
ФГБУН Оренбургский ФИЦ УрО РАН
Рассмотрена атмосферная влага в континентальных условиях Южного Урала. Сделан анализ испаряемости, испарения и атмосферных осадков, и показано их распределение по территории региона. Составлен график зависимости испаряемости воды от дефицита влажности воздуха по месяцам вегетационного периода. Показано, что значительное превышение испаряемости над атмосферными осадками сформировало аридный климат, характеризуемый распределением коэффициента увлажнения по Южному Уралу, и обусловливает применение соответствующих систем агрономии. Превышение годовой испаряемости воды в атмосфере Южного Урала над годовым количеством атмосферных осадков увеличивает долю испарения в его водном балансе до 60 - 80 %, уменьшая речной сток. Выявлены величины испаряемости по месяцам вегетационного периода, что позволяет определять оптимальную потребность сельскохозяйственных культур во влаге и рассчитывать оросительную и поливные нормы в орошаемом земледелии.
Ключевые слова: атмосферная влага, испаряемость, испарение, дефицит влажности, аридная зона, агрономия.
Испаряемость - условная величина, характеризующая потенциально возможное (не лимитируемое запасами воды) испарение в данной местности при существующих в ней атмосферных условиях [1]. Испаряемость - процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в парообразное или газообразное, происходящий на поверхности вещества. На земной поверхности под испаряемостью подразумевается максимально возможное испарение воды при данных метеорологических условиях с достаточно увлажнённой подстилающей поверхности, т.е. в условиях неограниченного запаса влаги. Она равна слою испарившейся воды с поверхности испарителя, размещённого на поверхности водоёма, или с поверхности пресноводного бассейна, не имеющего инфильтрационных потерь, или с избыточно увлажнённой почвы. Величина испаряемости зависит в основном от дефицита влажности в приземном слое воздуха и от его конвенции. Испаряемость формирует физическое испарение воды с земной поверхности и транспирацию растениями.
Материал и методы исследования. Для определения испаряемости предложено много
способов. С.И. Харченко предлагает метод теплового баланса по формуле [2]:
Ео = (До - Ро) /Ь, где Е0 - испаряемость;
Д0 - радиационный баланс, разность между поглощённой солнечной радиации водной поверхностью и эффективным её излучением в данной местности;
Р0 - теплообмен между верхним и нижележащими слоями воды; Ь - затраты тепла на испарение.
А.Р. Константинов для расчёта испаряемости предложил использовать среднемесячные дефициты влажности воздуха, основываясь на формуле Дальтона (1803), описывающей зависимость скорости испарения и испаряемости от факторов окружающей среды [3]:
Е — р V = к-/ (V),
P
где V - скорость испарения, мм;
к - коэффициент пропорциональности; — - упругость водяного пара при температуре испаряющей поверхности;
ИЗВЕСТИЯ ОРЕНБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
2020 • № 4 (84)
е - фактическая упругость водяного пара;
Р - атмосферное давление;
/(у) - функция ветра.
Испарение широко распространено в природе, и это также процесс перехода воды из жидкого состояния в парообразное, происходящий на земной поверхности, с её почвы, каких-то предметов и транспирацию растительностью, но с возможным ограничением её доступности. Доступность воды часто становится ограничительным фактором испаряемости, определяемой атмосферными условиями. Расчёты испарения, так же как и испаряемости, основаны на формуле Дальтона с использованием теплового баланса и дефицита влажности воздуха.
Результаты исследования. На Южном Урале водные ресурсы формируются в основном атмосферными осадками (рис. 1). Их количество меньше возможной испаряемости по климатическим условиям, что обусловливает аридность его климата и системы агрономии. Однако во время выпадения атмосферных осадков в жидкой или твёрдой фазе они превышают испаряемость, ограниченную погодными условиями, и неиспа-рившаяся их часть расходуется на формирование снежного покрова, накопление влаги в почве, поверхностный сток и питание подземных вод. Распределение испаряемости по территории Южного Урала, во многом определяющей структуру водного баланса, представлено на рисунке 2. Его анализ показывает, что средняя испаряемость (Е0) на юге региона достигает 1000 мм при 300 мм средней годовой сумме
атмосферных осадков, формируя климат сухой степи. На севере Южного Урала испаряемость уменьшается до 700 мм при 550 мм средней годовой суммы атмосферных осадков, формируя климат лесостепной зоны.
Взаимосвязь испаряемости и атмосферных осадков характеризуется коэффициентом увлажнения Кув, = Е0 / А. Для условий Южного Урала он показан на рисунке 3.
Величину испарения можно определить по водному балансу как разность между атмосферными осадками и речным стоком.
На Южном Урале на поверхностный и подземный водные стоки приходится 20 - 40 % атмосферных осадков, а основная их часть (60 - 80 %) идёт на физическое испарение с почвы и транс-пирацию растениями, объединённые в понятие суммарное испарение. В условиях Южного Урала суммарное испарение значительно меньше испаряемости. В период засух, когда фактическое суммарное испарение близко к нулю вследствие малого количества воды в почве, испаряемость многократно превышает его. Однако после таяния снега и после интенсивных дождей оно в основном равно суммарному испарению и определяется атмосферными условиями.В биоценозах соотношение между физическим испарением и транспирацией определяется интенсивностью развития растительности, долей покрытия ею земной поверхности. На покрытых растительностью участках преобладает транспирация, а на открытых идёт физическое испарение влаги, ухудшающее качество почвы.
Рис. 1 - Карта-схема распределения среднемноголетних атмосферных осадков на Южном Урале, мм (составлена по данным справочников) [4 - 6]
Рис. 2 - Карта-схема распределения среднемноголетней испаряемости на Южном Урале, мм (составлена по дефициту влажности воздуха по данным Росгидромета)
Рис. 3 - Карта-схема распределения коэффициента увлажнения (Кув) на Южном Урале (составлена по материалам Росгидромета)
На Южном Урале, в условиях превышения испаряемости над атмосферными осадками, большое значение имеет дефицит влажности воздуха.
Дефицит влажности (Д) - неполное насыщение воздуха парами воды и определяется разностью между максимально возможной упругостью пара (Е) насыщающей и фактической упругостью водяного пара при данных температуре возду-
ха и атмосферном давлении (е). Максимальная упругость водяного пара (—0) - максимально возможное парциальное давление водяного пара в атмосфере при данной температуре. Воздух с максимальным содержанием водяного пара называется насыщенным. Величина Е0 зависит от температуры воздуха (табл. 1). Чем выше температура воздуха, тем больше паров воды он может содержать.
известия оренбургского государственного аграрного университета
2020 • № 4 (84)
1. Зависимость содержания водяного пара в атмосфере от температуры воздуха [7]
Параметр Величина
Температура воздуха, °С -30 -20 -10 0 10 20 30
Максимальное количество паров воды в 1 м3 воздуха, г 0,38 0,94 2,15 4,57 9,14 17,35 31,51
Максимальное количество паров воды в 1 м3 воздуха, мм ртутного столба 0,48 1,07 2,36 4,85 9,32 17,11 30,03
210 190 170 150 130 110 90 70 50 30 10
---май, июнь, июль
—апрель
- октябрь
—• август .... сентябрь
2 3 4 5
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Дефицит влажности воздуха (О) по месяцам, мб
Рис. 4 - Линии зависимости испаряемости Е0 от дефицита влажности воздуха по месяцам на Южном Урале
Сельскохозяйственные культуры имеют разные сроки вегетации, неодинаковые фазы развития и востребованность в обеспеченности влагой. Поэтому нужна разработка для них соответствующих зависимостей испаряемости от дефицита влажности воздуха. На рисунке 4 представлены графически месячные величины испаряемости тёплого периода года Е0 в зависимости от среднего суточного дефицита влажности воздуха по месяцам в условиях Южного Урала. Используя данные испаряемости по месяцам, можно вычислить оптимальную обеспеченность влагой сельскохозяйственных культур, имеющих разные сроки вегетации, фазы развития и востребованность во влаге.
Выводы. Из изложенного следует, что превышение годовой испаряемости воды в атмосфере Южного Урала над годовым количеством атмосферных осадков увеличивает долю испарения
в его водном балансе до 60 - 80 %, уменьшая речной сток.
Выявленные величины испаряемости по месяцам вегетационного периода позволяют определять оптимальную потребность сельскохозяйственных культур во влаге и рассчитывать оросительную и поливные нормы в орошаемом земледелии.
Литература
1. Большая советская энциклопедия. М.: Изд-во «Советская энциклопедия», 1969 - 1978.
2. Харченко С.И. Гидрогеология орошаемых земель. 2-е изд. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 374 с.
3. Константинов А.Р. Испарение в природе. Л.: Гидрометеоиздат, 1968. 532 с.
4. Агроклиматические ресурсы Оренбургской области. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 120 с.
5. Агроклиматический справочник по Челябинской области. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 112 с.
6. Агроклиматический справочник по Башкирской АССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 116 с.
7. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 752 с.
Нестеренко Юрий Михайлович, доктор географических наук, главный научный сотрудник Соломатин Николай Владиславович, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
Халин Александр Васильевич, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник ФГБУН «Оренбургский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»
Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Набережная, 29, а/я 59 E-mail: geoecol-onc@mail.ru
Water evaporation capacity and its influence on agronomy in the Southern Urals
АгрОнОМИЯ
Nesterenko Yuri Mikhailovich, Doctor of Geographical Sciences, Chief Researcher
Solomatin Nikolay Vladislavovich, Candidate of Agricultum, Senior Researcher
Halin Alexander Vasilievich, Candidate of Agricultum, Senior Researcher
Orenburg Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
59 Box, 29, Naberezhnaya St., Orenburg, 460014, Russia
E-mail: geoecol-onc@mail.ru
Atmospheric moisture in the continental conditions of the southern Urals is considered. The analysis of volatility, evaporation and precipitation is made, and their distribution over the territory of the region is shown. A graph of the dependence of water volatility on the lack of air humidity for the months of the growing season is given. A significant excess of evaporation over precipitation formed an arid climate characterized by the distribution of the moisture coefficient in the Southern Urals, and determines the use of appropriate systems of agronomy. The excess of annual evaporation of water in the atmosphere of the Southern Urals over the annual amount of precipitation increases the proportion of evaporation in its water balance to 60 - 80 %, reducing river flow. The volatility values for the months of the growing season were revealed, which allows us to determine the optimal moisture demand of crops and to calculate irrigation and irrigation rates in irrigated agriculture. Key words: atmospheric moisture, volatility, evaporation, humidity deficit, arid zone, agronomy.
DOI 10.37670/2073-0853-2020-84-4-15-19
-♦-
УДК 633:631.559:551.5:57.045:519.25
Влияние глобальных изменений в климатической системе планеты на погодно-климатические условия Оренбуржья и продуктивность растений*
А.А. Неверов, канд. с.-х. наук
ФБГНУ ФНЦ БСТ РАН
В последнее десятилетие в условиях аридизации климата степного Оренбуржья ранние яровые зерновые культуры: пшеница, ячмень и овёс в наибольшей степени пострадали от проявления неблагоприятных погодных условий. Экстремальные условия в период вегетации растений - высокая температура и сухость воздуха, отсутствие осадков, недостаточные начальные запасы продуктивной влаги в почве в совокупности с низкими ценами на зерновую продукцию определили низкую экономическую эффективность растениеводства в степных районах Оренбуржья. Последние три десятилетия были самыми тёплыми в ряду инструментальных наблюдений за глобальной приповерхностной температурой с середины XIX в. С глобальными изменениями климата связаны региональные, причём в России, и особенно в Оренбургской области, потепление происходит более высокими темпами, чем на Земле в целом. Созданная синоптико-статистическая модель учитывает влияние параметров климатической системы планеты и региона и позволяет прогнозировать урожайность ячменя в центральной зоне Оренбургской области за три месяца до начала полевых работ.
Ключевые слова: прогноз, урожайность, методы прогнозирования, синоптико-статистическое моделирование, временной ряд.
«Климат» в переводе с древнегреческого означает «наклон», т.е. наклон солнечных лучей относительно поверхности Земли. Приоритетная роль Солнца в управлении климатом на Земле бесспорна. Наряду с влиянием на климат солнечной активности в последнее время обнаружена связь климатических изменений с потоком галактических космических лучей (ГКЛ).
«Сегодня наблюдается естественный переход от моделей климата, целью которых является воспроизведение и прогноз чисто термогидродинамических характеристик, к моделям Земной системы. Термин «Земная система» расширяет понятие «климатическая система» как введением в рассмотрение дополнительных геосфер (лито-
сфера, гелиосфера и др.), так и за счёт описания более широкого круга физических, химических, биологических (а также социальных) взаимодействий» [1].
На сегодняшний день причины глобального потепления достоверно не установлены. В одной из версий рассматривается возможный механизм солнечной модуляции ГКЛ, объясняющий причины изменения климата на планете: в периоды усиления солнечной активности ослабевает поток галактичесих космических лучей, и наоборот -ослабление солнечной активности приводит к усилению потока ГКЛ. Известно, что ГКЛ образуются в результате взрыва сверхновых звёзд. По гипотезе датского учёного Хенрика
* Исследование выполнено в соответствии с планом НИР на 2019 -2021 гг. ФГБНУ БСТ РАН по теме № 0761-20190004.
