CC BY
566
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
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.
