УДК 551.583;631.559

DOI: 10.24412/cl-36359-2021-854-859

УРОЖАЙНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И РЕЖИМ УВЛАЖНЕНИЯ В ВЕГЕТАЦИОННЫЙ ПЕРИОД В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА В АЛТАЙСКОМ КРАЕ

YIELD OF GRAIN CROPS AND HUMIDIFICATION REGIME DURING THE VEGETATION PERIOD UNDER CLIMATE CHANGE IN ALTAI KRAI

Е.О. Чернова, Т.Г. Плуталова

Е.О. Chernova, T.G. Plutalova

Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, Россия

Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, Russia

E-mail: garms123@mail.ru

Аннотация. Для исследования зависимости урожайности зерновых культур от режима увлажнения в условиях изменения климата использованы данные за период 1966-2018 гг. Проанализированы тренды изменения температуры воздуха и количества осадков по метеостанциям Алтайского края. Рассчитан гидротермический коэффициент (ГТК) Г.Т. Селянинова. С графиками изменения ГТК сопоставлена динамика урожайности зерновых культур.

Ключевые слова: урожайность, изменение климата, гидротермический коэффициент.

Abstract. To study the dependence of the yield of grain crops on the moisture regime under conditions of climate change, data for the period 1966-2018 were used. Trends in the change in air temperature and the amount of precipitation were analyzed for meteorological stations in the Altai Territory The hydrothermal coefficient (HTC) of G.T. Selyaninov. The dynamics of the yield of grain crops is compared with the graphs of changes in the hydrothermal coefficient.

Keywords: yield, climate change, hydrothermal coefficient.

Сельское хозяйство находится в тесной связи с климатическими условиями. Урожайность сельскохозяйственных культур в значительной мере зависят от солнечного света, влаги и тепла, особенностей климата территории, изменений условий погоды. Большое влияние на развитие сельского хозяйства оказывают неблагоприятные условия увлажнения, которые могут привести к неурожайным годам.

Целью данного исследования является анализ изменения климатических параметров за последнее пятидесятилетие, исследование режима увлажнения в вегетационный период, его изменчивости и влияния на урожайность зерновых культур в Алтайском крае.

Прослежена динамика изменения количества осадков и температуры за период 1966-2018 гг. для восьми метеостанций Алтайского края: Камень-на-Оби, Славгород, Барнаул, Ребриха, Рубцовск, Бийск, Солонешное, Змеиногорск (рисунок 1). Динамика климатических изменений изучалась на основе использования многолетней метеорологической информации (53-летний период). Для анализа были использованы данные, размещенные на официальном сайте ВНИИГМИ МЦД [1].

На всех без исключения изученных метеостанциях наблюдается повышение среднегодовой температуры воздуха. Максимальное повышение зафиксировано на метеостанциях Барнаул, Бийск, Славгород, Рубцовск, Камень-на-Оби. Меняется средняя температура воздуха и по сезонам года, особенно «теплеют» зима и весна.

Вместе с тем, согласно линейным трендам, сумма осадков увеличивается только на метеостанциях Барнаул и Солонешное и незначительно на МС Камень-на-Оби. В основном же наблюдается уменьшение годовой суммы осадков, что на фоне повышения температуры говорит об аридизации климата. По сезонам года количество осадков особенно изменчиво зимой и летом. Осенью на семи из восьми метеостанций средняя сумма осадков остается неизменной.

В таблице 1 приведены данные, полученные в результате анализа по всем изученным метеостанциям.

Таблица 1. Тенденции изменения климатических параметров метеостанций Алтайского края за период 1966-2018 гг.

Рассмотрим подробнее климатические тенденции пяти метеостанций, для которых в дальнейшем будет анализироваться взаимосвязь с урожайностью зерновых.

МС Славгород

Согласно линейному тренду, годовое количество осадков за 53-летний период уменьшилось на 32 мм. В основном за счёт лета – сокращение на 11 мм и зимы – на 14 мм. Количество осадков за весенний период уменьшилось на 8 мм. А осенью увеличилось на 2 мм, однако данное значение статистически незначимо.

В вегетационный период наибольший вклад в сумму осадков происходит в июле и июне.

За период 1966-2018 гг. наблюдается рост доли майских осадков и снижение доли осадков августа в среднегодовой сумме.

Среднегодовая температура воздуха для МС Славгород за период 1966-2018 гг. увеличилась на 1,9 ^оС . Самое значительное потепление наблюдается в зимний период – на 3^оС. Весенний – 2^оС, летний – 1^оС, осенний – 1,2^оС.

МС Рубцовск

Проведенные расчеты годовой температуры воздуха в календарных рамках для метеостанции Рубцовск позволили установить значительный положительный линейный тренд. Величина повышения среднегодовой температуры воздуха за 53 года (1966-2018 гг.) на основе линейных трендов составила 1,7 ^оС. Но гораздо показательней цифры по сезонам: средняя температура зимы увеличилась на 3,1 ^оС, лета – на 0,8^оС.

Анализ изменения годового количества осадков за период с 1966 по 2018 г. показал значительную межгодовую изменчивость: от 185 мм в 2008 году до 527 мм в 2016. Но в целом годовое количество осадков на МС Рубцовск значительно не изменилось. А при рассмотрении сезонной специфики на основе линейных трендов выявились некоторые отличия. Так, величина повышения сумм осадков за теплый период составила 17 мм. За холодный период сумма осадков, наоборот, уменьшилась на 25 мм.

Анализ динамики изменения температуры воздуха и осадков МС Рубцовск показал устойчивую тенденцию к потеплению и аридизации.

МС Ребриха

Согласно линейному тренду, среднегодовое количество осадков МС Ребриха за 53-летний период уменьшилось на 28 мм. В основном за счёт зимы – сокращение на 50 мм. Летом количество осадков увеличилось на 24 мм. За весенний и осенний период изменения статистически незначимы.

Среднегодовая температура воздуха для МС Ребриха за период 1966-2018 гг. увеличилась на 1,4^оС. Самое значительное потепление наблюдается в зимний период – на 2^оС. Весенний – 1,7^оС.

МС Камень-на-Оби

Согласно линейному тренду, годовое количество осадков за 53-летний период увеличилось на 40 мм. В основном за счёт осени (14 мм), весны и зимы (по 10 мм).

Среднегодовая температура воздуха для МС Камень-на-Оби за период 1966-2018 гг. увеличилась на 1,7^оС. Самое значительное потепление наблюдается в зимний период и весенний – на 2,2 и 2^оС, соответственно. Летний и осенний – на 1^оС.

МС Бийск

Согласно линейному тренду, годовое количество осадков за 53-летний период уменьшилось на 40 мм. В основном за счёт зимы (30 мм) и лета (17 мм). Количество осадков за весенний период увеличилось на 10 мм. Среднегодовая температура воздуха для МС Бийск за период 1966-2018 гг. увеличилась на 1,9 ^оС. Самое значительное потепление наблюдается в зимний период – на 3^оС. В весенний – 2^оС, летний – 1^оС, осенний – 1,2^оС.

Для урожайности зерновых культур важны не просто показатели температуры и влажности, а их сочетание. Для оценки гидротермических условий за каждый месяц
вегетационного периода был использован гидротермический коэффициент (ГТК) Г.Т. Селянинова:

ГТК = ΣR / 0,1·ΣТ, где ΣR – сумма осадков за период с температурой выше 10°С, мм; ΣТ – сумма температур воздуха за период с температурой выше 10°С. Обеспеченность растений влагой определяется в зависимости от значений ГТК: <0,4 – сухая зона; 0,41-0,7 – очень засушливая; 0,71-1,0 – засушливая; 1,1-1,3 – слабо засушливая; 1,31-1,6 – влажная зона; >1,6 – избыточно влажная зона.

Наиболее распаханными ландшафтами в Алтайском крае являются территории степной и лесостепной зональных областей. Далее в работе рассматриваем и анализируем полученные значения ГТК четырех метеостанций (Славгород, Рубцовск, Камень-на-Оби и Ребриха), находящихся на территории этих областей. При этом в зависимости от среднемноголетнего значения ГТК МС Славгород и Камень-на-Оби относятся к очень засушливым территория (0,6), а МС Ребриха и Рубцовск – засушливым (0,73 и 0,8).

Были построены графики отклонений величины от среднего многолетнего значения (100%) за каждый месяц. Для определения периода «нормы» в распределении ряда было использовано стандартное отклонение σ: Хi±0,5σ. На рисунке 2 пример метеостанции Славгород.

Наибольшие отклонения от среднемноголетнего ГТК для всех МС наблюдаются в период май-июль, при этом есть годы как значительного увеличения (в июле 2009 г. для МС Славгород ГТК составил 2,6 при «норме» 0,6-1,0) так и снижения (в мае 1999 г. для МС Рубцовск ГТК составил 0,1 при «норме» 0,4-1,0). Стоит отметить, что для МС Рубцовск и МС Ребриха отклонения от «норм» ГТК наблюдаются весь вегетационный период.

В контексте зависимости урожайности от тенденций ГТК важно рассматривать динамику ГТК по месяцам, а не только среднегодовых значений. Так, для МС Славгород за исследуемый период 1966-2018 гг. ГТК вегетационного периода практически не меняется и остается равен 0,6. Однако если подробнее рассмотреть период с 1991 года, то заметно снижение значений ГТК. Не меняется он в июне и июле, в мае наблюдается рост. В августе и сентябре – снижение. Как раз такие колебания в течение вегетационного периода и определяют будущую урожайность.

В таблице 2 представлены значения ГТК и их изменения на всех исследованных метеостанций края.

Таблица 2. Тенденции изменения гидротермического коэффициента на метеостанциях Алтайского края

Для оценки атмосферных засух используются следующие градации значений ГТК: очень сильные засухи ≤0,3, сильные засухи – 0,31-0,6; средние засухи – 0,61-0,8; слабые засухи ≥0,81. В статье рассчитывались очень сильные и сильные засухи. Было выявлено, что за весь период исследования повторяемость таких засух по территории изменяется. Наибольшее число отмечено для МС Камень-на-Оби и Славгород – 49,1% лет с сильными засухами и 3,8% – с очень сильными. Для МС Ребриха и Рубцовск за исследуемый период очень сильных засух не отмечено, сильных засух – 28,3% и 35,8% соответственно.

Урожайность

По рассчитанным значениям ГТК проводился анализ зависимости урожайности зерновых культур от режима увлажнения. На рисунке 3 представлен временной ход коэффициента ГТК за вегетационный период и урожайности зерновых культур за 1966-2018 гг.

Согласно графикам изменения ГТК согласуются с динамкой урожайности зерновых культур Алтайского края. Урожайность в среднем для всех исследуемых территорий составляет
12 ц/га, за исключение МС Славгород – 7 ц/га, что характерно в большинстве случаев для значений ГТК >0,7, что соответствует засушливым условиям увлажнения. Максимальных значений урожайность достигает при значениях ГТК, находящихся в незначительно выше «нормы». Для МС Славгород и Камень-на-Оби максимальная урожайность – 12 и 20 ц/га – при ГТК 1,2 и 1,0, соответственно, отмечена в 2009 г. При этом для МС Ребриха в 2009 г. также отмечена одна из самых высоких урожайностей – 15 ц/га, максимальная – 17 ц/га в 2018 г. при значениях ГТК 1,0. Для МС Рубцовск максимальная урожайность в 2000 г. – 14 ц/га при ГТК равным 1,0

На значение урожайности зерновых культур Алтайского края оказали влияние погодные условия 1996-1997 и 2012 гг., в которых значения ГТК были 0,2-0,4. Урожайность зерновых культур в эти годы составила 1,5-2,0 ц/га в Рубцовске и Славгороде, 4 ц/га в Ребрихе и 6 ц/га в Камне-на-Оби. Летние периоды 1997, 2010 и 2012 гг. были отмечены большим числом лесных пожаров [2, 3].

В условиях современных климатических изменений на территории Алтайского края главными факторами, определяющими урожайность, являются гидротермические характеристики переходных сезонов, в том числе распределение влаги в период активной вегетации растений. В целом благоприятные агроклиматические условия для возделывания зерновых культур создаются на территории лесостепной зональной ландшафтной области.

Работа выполнена в рамках проекта 0306-2021-0001 «Исследование разнообразия и структурно-функциональной организации водных экосистем для сохранения и рационального использования водных и биологических ресурсов Западной Сибири».

Список литературы

1. База данных ВНИИГМИ МЦД. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: www.meteo.ru.climate.sp_clim.php

2. Парамонов Е.Г., Ишутин Я.Н. Крупные лесные пожары в Алтайском крае. Барнаул, 1999. 194 с.

3. Фроленков И.М., Фроленков О.М. Динамика распространения лесных пожаров в алтайском крае // Мир науки, культуры, образования. 2014. С. 394-397.