Научная статья на тему 'Оценка агроклиматических ресурсов территории Пермского края'

Оценка агроклиматических ресурсов территории Пермского края Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
3372
558
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БИОКЛИМАТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ / ФЕНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАЗЫ ВЫХОД В ТРУБКУ И КОЛОШЕНИЕ / БАЗИСНЫЕ СУММЫ ТЕМПЕРАТУР / КОЭФФИЦИЕНТ РОСТА / БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Ермакова Людмила Николаевна, Толмачева Наталья Игоревна, Безматерных Елена Анатольевна

Дается обоснование применяемых методов оценки агроклиматических ресурсов. В частности, с помощью биоклиматического потенциала и метода дискриминантной функции проводится оценка ресурсов тепла и влаги территории Пермского края для конкретного межфазового периода

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Ермакова Людмила Николаевна, Толмачева Наталья Игоревна, Безматерных Елена Анатольевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

There are basis of applicable methods are given of evaluation the agro-climatic resources. Particularly, with assistance of bio-climatic potential and the method of function, it helps to evaluate the resources of heat and moisture of the territories of Perm region, for the concrete period between the phases

Текст научной работы на тему «Оценка агроклиматических ресурсов территории Пермского края»

Метеорология и климатология

УДК 633:551.5

Л.Н. Ермакова, Н.И. Толмачева, Е.А. Безматерных ОЦЕНКА АГРОКЛИМАТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ ТЕРРИТОРИИ ПЕРМСКОГО КРАЯ *

Пермский государственный университет, г.Пермь, ул.Букирева,15, е-таП:1пегтак@р8и.ги

Дается обоснование применяемых методов оценки агроклиматических ресурсов.

В частности, с помощью биоклиматического потенциала и метода дискриминантной функции проводится оценка ресурсов тепла и влаги территории Пермского края для конкретного межфазового периода.

К л ю ч е в ы е с л о в а: биоклиматический потенциал; фенологические фазы выход в трубку и колошение; базисные суммы температур; коэффициент роста; биологическая продуктивность.

Основной целью определения агроклиматических показателей является проведение районирования территории, т.е. выделение районов, близких по степени сходства климатических условий или близких по степени влияния климата на развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур [6]. Районирование территории должно осуществляться с учетом тенденций изменения климата.

Исследованию влияния колебаний и изменений климата на сельскохозяйственное производство, оценке агроклиматических ресурсов и вопросам их рационального использования посвящено много отечественных, в том числе советских и российских, а также зарубежных работ. Теоретические положения агроклиматологии, методы и приемы исследований изложены в трудах Е.К. Зоидзе [3-5; 14], В.А. Жукова [1; 2; 19; 20], Ф.Ф. Давитая [16,17], В.М. Пасова [7-10], Д.И. Шашко [15]. Большой вклад в развитие методик оценки внесли работники лаборатории математических методов оценки агроклиматических ресурсов и агрометеорологических прогнозов ВНИИСХМ.

Для объективизации оценки агроклиматических ресурсов целесообразно использовать комплекс методов. В данном исследовании применялись два метода оценки: расчет биоклиматического потенциала (БКП) и дискриминантной функции.

Влияние ресурсов тепла и соотношения тепла и влаги на биологическую продуктивность учитывает комплексный показатель Д.И. Шашко — биоклиматический потенциал (БКП), который рассчитывается по формуле

БКП = Кр(ку) №>10С / Ъафз)], (1)

где Кр(ку) — коэффициент роста по годовому показателю атмосферного увлажнения; ^>10°С — сумма температур воздуха выше 10°С, отражающая уровень теплообеспеченности растений в данном месте, °С; ^афа)) — базисная сумма средних суточных значений температуры воздуха за период активной вегетации, т.е. величина, относительно которой осуществляется сравнительная оценка, °С.

В качестве базисных могут быть взяты разные суммы значений температуры: 1000°С — для сравнения с продуктивностью на границе возможного массового полевого земледелия; 1900°С — для сравнения со средней по стране продуктивностью, свойственной южно-таежно-лесной зоне; 3100°С — для сравнения с продуктивностью в оптимальных условиях роста, характерных для предгорных лесостепных районов Краснодарского края.

В приведенной формуле коэффициент роста (коэффициент биологической продуктивности) Кр(ку) представляет собой отношение урожайности в данных условиях влагообеспеченности к максимальной урожайности в условиях оптимального увлажнения и рассчитывается по формуле

Кр(ку) = к (20 Кувл), (2)

где Кувл = Р / — коэффициент годового атмосферного увлажнения, равный отношению количества

осадков к сумме средних суточных значений дефицита влажности воздуха. При значении Кувл = 0,5 создаются оптимальные условия для влагообеспеченности растений. В этих условиях Кр(ку) = 1.

* Статья выполнена при частичной поддержке гранта РФФИ 10-05-96067-р_Урал_а. © Ермакова Л.Н., Толмачева Н.И., Безматерных Е.А., 2010

Метеорология и климатология В России средняя продуктивность культур широкого ареала (зерновых) соответствует значению БКП = 1,9, которое принято за эталон (100 баллов). Пересчет БКП в баллы осуществляется по формуле

Бк = Кр(ку) [(Я>10С)100 /1900] = 55 БКП, (3)

где Бк — климатический индекс биологической продуктивности (относительно средней продуктивности для страны), балл. 55 — коэффициент пропорциональности, определенный по связи средних значений БКП и показателей продуктивности зерновых при уровне агротехники госсортоучастков [2; 12; 14].

Градация биологической продуктивности по БКП и Бк приведена в табл. 1.

Таблица 1

Шкала оценки биологической продуктивности

Биологическая продуктивность БКП Бк

Очень низкая <0,8 <40

Низкая 0,8-1,2 40-60

Пониженная 1,21-1,6 61-85

Средняя 1,61-2,2 86-120

Повышенная 2,21-2,8 121-155

Высокая 2,81-3,4 156-190

Очень высокая >3,4 >190

Физический смысл биоклиматического потенциала заключается в следующем: продуктивность экологических типов сельскохозяйственных культур при достигнутом уровне культуры земледелия определяется доступностью для растений питательных веществ, находящихся в почве. Доступность, в свою очередь, зависит от наличия влаги в почве, с одной стороны, а с другой - от теплового режима, определяющего скорость биохимических реакций в процессе фотосинтеза и подготовку питательных веществ для растений в результате деятельности микроорганизмов. От складывающихся условий тепло- и влагообеспеченности в равной мере зависит продуктивность культур.

Таким образом, под БКП следует подразумевать балловую оценку степени доступности для растений питательных веществ, находящихся в почвенном растворе на конкретной территории. Однако следует подчеркнуть, что с помощью БКП дается общая оценка ресурсов тепла и влаги безотносительно к запросам отдельных культур и их сортов [3; 5].

Дискриминантная функция В рассчитывается на основе агрометеорологических данных по сельскохозяйственным культурам для конкретной территории и определенного периода развития растений. В работах А.Д. Пасечнюка получены дискриминантные функции для оценки агрометеорологических условий произрастания озимой ржи в Нечерноземной зоне РСФСР. Дискриминантные функции определялись раздельно по межфазовым периодам. В частности, для периода выход в трубку-колошение

В = 0,724 - 0,07х + 0,003г, (4)

где х — средняя суточная температура воздуха за период, °С; г — сумма осадков, мм.

Чем больше значения В, тем менее благоприятны условия. При В > 0 агрометеорологические условия классифицируются как неблагоприятные для произрастания сельскохозяйственных культур [2; 11].

Территория Пермского края, согласно исследованиям Д.И. Шашко, относится к ареалу средней биологической продуктивности, следовательно, в целом должна характеризоваться благоприятными условиями увлажнения и достаточной теплообеспеченностью [13; 15].

Расчет БКП и дискриминантной функции проведен для метеостанций Пермского края за период 1974-2003 гг. Исходя из значений БКП и дискриминантной функции проведено районирование территории Пермского края:

1) по уровню биологической продуктивности сельскохозяйственных культур;

2) по закономерностям пространственного изменения биоклиматического потенциала;

Метеорология и климатология

3) по условиям произрастания озимой ржи в межфазовый период выход в трубку-колошение. Распределение климатического индекса биологической продуктивности при естественном увлажнении (Бк, балл.) представлено на рис. 1. Самым высоким агроклиматическим потенциалом обладают районы, отличающиеся наиболее благоприятным для развития растений соотношением ресурсов тепла и влаги. Избыток или недостаток одного из них приводит к снижению продуктивности климата.

продуктивности применительно к территории Пермского края

Рассчитанные значения БКП позволили районировать территорию Пермского края с выделением трех районов:

• район А (БКП = 1,71-2,0; Бк = 96-110 балл.) - хорошие условия;

• район Б (БКП = 1 ,61-1,7; Бк = 86-95 балл.) - удовлетворительные условия;

• район В (БКП = 1,3-1,6; Бк = 70-85 балл.) - неудовлетворительные условия (рис. 2).

Рис. 2. Агроклиматическое районирование территории Пермского края

Дополнительно проведено районирование территории Пермского края с учетом пространственной изменчивости средних многолетних значений БКП (рис. 2). Часть территории края, ограниченная с севера 59° с.ш., с востока 56,2° в.д. характеризуется зональным уменьшением БКП с юга на север (зона 1). Часть территории края севернее зоны 1 отличается меридиональным уменьшением БКП с востока на запад (зона 2). Территория, ограниченная с запада 56,2° в.д., с севера 59° с.ш., с характерным меридиональным увеличением БКП с востока на запад отнесена к зоне 3, а территория, ограниченная с севера 59° с.ш., с юга 57,7° с.ш. и с запада 56,2° в.д., с малой изменчивостью БКП - к зоне 4.

Наилучшие агроклиматические условия наблюдаются на юге (Чернушка, Барда), показатель Бк здесь имеет максимальные значения: 104 - 108 балл. (БКП =1,9-2,0) (район А, зона 1). Несколько ниже этот показатель на юго-западе, здесь значения Бк составляют 102 балл. (БКП = 1,8) (Оса, Ножовка). Данные агроклиматические ресурсы обеспечивают средний уровень продуктивности (86-120 балл.), свойственный южной таежно-лесной зоне.

Большая часть территории Пермского края относится к району Б, в котором отмечаются удовлетворительные агрометеорологические условия. Наименьшие значения климатического индекса

биологической продуктивности выявлены в западной и северо-западной частях Пермского края, где значения Бк составляют 71 балл (БКП = 1,3) (Кочево) и 77 балл. (БКП = 1,4) (Кудымкар), что соответствует пониженной биологической продуктивности (район В).

По классификации Д.И. Шашко территория с Бк < 1,6 относится к району с пониженной биологической продуктивностью, что соответствует выделенному району В.

Метеорология и климатология

Таким образом, в целом территория Пермского края характеризуется удовлетворительными агрометеорологическими условиями.

Климатический индекс биологической продуктивности к концу исследуемого периода имеет тенденцию к возрастанию в северном (Ныроб, Чердынь, Коса), северо-западном (Кочево), центральном (Добрянка) и западном (Большая Соснова) районах Пермского края. В юго-западной (Чайковский, Ножовка, Оса), южной (Барда и Чернушка), юго-восточной (Кунгур) частях края отмечается тенденция к понижению Бк.

С помощью климатического индекса биологической продуктивности можно провести общую оценку агроклиматических ресурсов по какой-либо территории.

Для оценки условий, наблюдающихся в определенный период развития сельскохозяйственной культуры, например в межфазовый период, применяется расчет дискриминантных функций. В данной работе дискриминантные функции рассчитывались для межфазового периода выход в трубку-колошение.

Выход в трубку - это фенологическая фаза развития, характеризующаяся удлинением стебля. За начало фазы принимается начало удлинения (развития) междоузлий главного стебля. Происходит образование зачаточного колоса с заложением в нем зачатков колосков. Благоприятными условиями для растений в этой фазе являются высокая интенсивность освещения и хорошая обеспеченность влагой. При температуре воздуха ниже 10- 11°С длительность прохождения этой фазы увеличивается, интенсивность роста замедляется. Недостаток влаги и питательных веществ сдерживает ростовые процессы.

Колошение происходит одновременно с усиленным ростом стебля. Это процесс выхода соцветия из влагалища верхнего листа. У ржи появляется колос. На этом этапе растение готово к цветению и оплодотворению.

Период от выхода в трубку до колошения очень важный в развитии зерновых. В это время усиленно растут листья и соломина, формируется колос и поэтому растение испытывает повышенную потребность во влаге, питательных веществах и освещенности. При неблагоприятных условиях колошение запаздывает, что ведет к неравномерности созревания и, в конечном итоге, к потерям урожая [18].

Критерии оценки условий произрастания озимой ржи на территории Пермского края по значениям дискриминантной функции й представлены в табл. 2.

Таблица 2

Оценка условий территории в соответствии со значениями дискриминантной функции й

Условия территории Б

Неблагоприятные 0,1-0,07

Среднеблагоприятные 0,06-(-0,04)

Благоприятные <(-0,04)

Пространственное распределение значений дискриминантной функции по территории Пермского края представлено на рис. 3, из которого следует, что наиболее благоприятные условия для развития озимой ржи наблюдаются в центральной части края, а менее благоприятные - в западной. Это означает, что в целом распределение значений В согласуется с изменением значений Бк.

Таким образом, сравнительная оценка агроклиматических ресурсов территории Пермского края показала идентичность полученных результатов, что указывает на взаимодополняемость используемых

Рис. 3. Распределение значений климатического индекса биологической продуктивности и дискриминантной функции применительно к территории Пермского края

методов и на необходимость проведения комплексной оценки ресурсов. Согласно проведенной оценке Пермский край в целом относится к территории средней биологической продуктивности сельскохозяйственных культур.

Библиографический список

1. Жуков В. А., Даниелов С. А. Агроклиматическое обоснование размещения

сельскохозяйственных культур с учетом влияния неблагоприятных погодных условий // Труды ВНИИСХМ, 1984. Вып. 12. С. 100-110.

2. Жуков В.А., Зоидзе Е.К. Вопросы агроклиматологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 152 с.

3. Зоидзе Е.К. Об одном подходе к исследованию неблагоприятных агроклиматических явлений в условиях изменения климата в РФ // Там же. 2004. №1. С. 96-104.

4. Зоидзе Е.К. Оценка агроклиматических ресурсов продуктивности картофеля в Нечерноземной зоне Европейской территории СССР // Метеорология и гидрология. 1973. №5. С. 84-92.

5. Зоидзе Е.К., Овчаренко Л.И. Сравнительная оценка сельскохозяйственного потенциала климата территории РФ и степени использования ее агроклиматических ресурсов

сельскохозяйственными культурами. СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. 75 с.

6. Методика агрометеорологических наблюдений и агроклиматического районирования: сб. ст. / под ред. М.С. Кулика. М.: Гидрометеоиздат, Моск. отд-ние, 1971. 263 с.

Метеорология и климатология

7. Пасечнюк Л.Е., Пасов В.М. Агроклиматические ресурсы и условия произрастания зерновых и зернобобовых культур в США. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 271 с.

8. Пасов В.М. Изменчивость урожаев и оценка ожидаемой продуктивности зерновых культур. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 1G7 с.

9. Пасов В.М. Изменчивость урожая яровых зерновых культур в различных климатических зонах СССР // Метеорология и гидрология, 1973. № 7. С. 82-86.

1G. Пасов В.М., Аксарина Е.А., Зинченко В.П. Методическое пособие по составлению прогноза урожайности яровой пшеницы до сева в основных районах ее выращивания. М.: Гидрометеоиздат, 1982. 3G с.

11. Полевой А.Н. Теория и расчет продуктивности сельскохозяйственных культур. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 175 с.

12. Тооминг Х.Г., Каринг П.Х. Агроклиматические условия и продуктивность сельскохозяйственных культур. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 1G5 с.

13. Хайруллина К.Ш. Энциклопедия климатических ресурсов Российской Федерации. СПб.: Гидрометеоиздат, 2GG5. 657 с.

14. Хомякова Т.В., Зоидзе Е.К. Агроклиматическая оценка почвенных засух на европейской территории РФ (по наземным данным) // Метеорология и гидрология. 2GG2. №9. С. 75-85.

15. Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 247 с.

16. Давитая Ф.Ф., Гольцберг И.А. Агроклиматические ресурсы природных зон СССР и их использование. Л.: Гидрометеоиздат, 197G. 248 с.

17. Давитая Ф.Ф., Шульгина А.И. Вопросы агроклиматического районирования СССР. М.: Изд-во мин-ва с/х СССР, 1958. 146 с.

18. Ермакова Л.Н., Ермаков В.М. Агрометеорология: учеб. пособие/Перм. ун-т. Пермь, 2GG4.

222с.

19. Жуков В.А. Об основных направлениях исследований агроклиматических ресурсов // Труды ВНИИСХМ, 198G. Вып. 1. С. 5G-57.

2G. Жуков В.А., Горбачев В.А. Вопросы агроклиматологии и автоматизации обработки агрометеорологической информации. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 168 с.

L.N. Ermakova, N.I. Tolmacheva, E.A. Bezmaternyh THE EVALUATION OF AGRO-CLIMATIC RESOURCES WITHIN THE TERRITORY OF

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

PERM REGION

There are basis of applicable methods are given of evaluation the agro-climatic resources. Particularly, with assistance of bio-climatic potential and the method of □arotids^^^ function, it helps to evaluate the resources of heat and moisture of the territories of Perm region, for the concrete period between the phases.

Key words: bio-climatic potential, phonological phases, exit to the tube and the ear formation, the basis amounts of the temperatures, factor of growth, biological efficiency.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.