УДК 633.11: 551.5

DOI: 10.24412/cl-36359-2021-223-229

ОЦЕНКА СОВРЕМЕННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ВЫЗОВОВ УСТОЙЧИВОМУ ЗЕМЛЕДЕЛЬЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ СТЕПНОЙ ЗОНЫ РФ

 ASSESSMENT OF CURRENT CLIMATE CHALLENGES TO SUSTAINABLE AGRICULTURAL USE OF AGRICULTURAL LAND IN THE STEPPE ZONE OF THE RUSSIAN FEDERATION

Ю.А. Гулянов

Yu.A. Gulyanov

Институт степи УрО РАН, Оренбург, Россия

Institute of Steppe of Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Orenburg, Russia

Е-mail: iury.gulynov@yandex.ru

Аннотация. В регионах степной зоны европейской России отмечается значительное варьирование урожайности зерна яровой пшеницы. Меняющиеся метеорологические условия, характеризующиеся скудностью и крайней переменчивостью выпадения атмосферных осадков, стали одной из главных причин её нестабильности. Наибольшее усиление рисков устойчивого земледельческого использования сельскохозяйственных угодий отмечается в Оренбургской и Волгоградской области. При общей тенденции в климатических изменениях, территориальной и агроландшафтной близости анализируемых степных регионов, общей «коллективной» корреляции между ними по атмосферным осадкам и урожайности зерна не выявлено. Это указывает на наличие и других региональных особенностей, которые необходимо учитывать при адаптации зональных агротехнологий к условиям меняющегося климата.

Ключевые слова: климатические вызовы, устойчивое землепользование, урожайность зерна, региональные особенности, адаптация агротехнологий.

Abstract. In the regions of the steppe zone of European Russia, there is a significant variation in the yield of spring wheat grain. Changing meteorological conditions, characterized by the scarcity and extreme variability of precipitation, have become one of the main reasons for its instability. The greatest increase in the risks of sustainable agricultural use of agricultural land is noted in the Orenburg and Volgograd regions. Despite the general trend in climatic changes, the territorial and agro-landscape proximity of the analyzed steppe regions, the general «collective» correlation between them in terms of atmospheric precipitation and grain yield was not revealed. This indicates the presence of other regional features that need to be taken into account when adapting zonal agricultural technologies to the changing climate.

Keywords: climate challenges, sustainable land use, grain yield, regional characteristics, adaptation of agricultural technologies.

Введение.  Уже несколько десятилетий в научных статьях на сельскохозяйственную тематику при анализе урожайности сельскохозяйственных культур, особенно аргументации её отрицательной динамики, исследователи указывают на изменение метеорологических условий [3, 6- 8]. Чаще всего речь идёт о повышении среднесуточных и, соответственно, среднегодовых температур, которые на фоне снижающегося количества атмосферных осадков создают напряжённый водный режим [10, 11]. Именно это обстоятельство, в совокупности с неуклонным ухудшением физических и химических свойств почвы, а в конечном счёте её плодородия, в зональных агротехнологиях указывается одной из причин нестабильности урожаев [4, 5].

Для влагодефицитных регионов степной зоны европейской России, являющихся весомыми поставщиками продовольственного зерна на внутренний рынок, наращивание объёмов и стабилизация его производства в условиях меняющегося климата, приобретает особую актуальность.

Проведённый нами анализ статистических данных по урожайности зерна яровой пшеницы в регионах Поволжья и Южного Урала за последние два десятилетия (2000-2020 гг.) подтвердил её значительную пространственную и временную вариацию (рисунок 1).

Цель настоящих исследований заключалась в актуализации современных климатических вызовов успешному аграрному землепользованию, анализе временной и пространственной динамики атмосферных осадков и урожайности яровой пшеницы в степных регионах европейской России (Оренбургская, Самарская, Саратовская и Волгоградская области) за истекший двадцатилетний период (2000-2020 гг.), характеризующийся выраженной климатической нестабильностью.

Для достижения намеченных результатов были поставлены следующие задачи:

провести анализ динамики урожайности яровой пшеницы, определить пределы и размах её варьирования за истекший двадцатилетний период (2000 по 2020 гг.) в четырёх регионах степной зоны европейской России;

провести анализ динамики выпадения среднегодовых атмосферных осадков по пятилетним периодам, выявить степень их вариабельности и «индивидуальные» региональные климатические особенности;

оценить изменения в распределении атмосферных осадков по месяцам года и их межгодовую вариабельность, определить межрегиональную корреляцию осадков и урожайности зерна яровой пшеницы;

оценить полученные результаты и подготовить заключение.

Материалы и методы. В качестве источника статистических данных по урожайности зерна яровой пшеницы и метеорологических показателей Оренбургской, Самарской, Саратовской и Волгоградской областей использовали размещённые в свободном доступе электронные ресурсы «Регионы России. Социально-экономические показатели» [9] и «Атмосферные осадки и температура воздуха» [1]. При обработке цифрового материала применялись стандартные методы корреляционного и регрессионного анализа [2].

Результаты и обсуждение. В результате проведённых исследований выявлено значительное варьирование урожайности зерна яровой пшеницы по годам во всех анализируемых территориях, составившее в среднем за двадцать лет 22,8-28,5% (таблица 1).

Разница между наименьшими и наибольшими значениями указанного показателя в разрезе лет оказалась значительно выше и составила 0,94-0,96 т/га (120,5-228,0%) в Саратовской и Оренбургской области и 1,05-1,66 т/га (161,5-195,3%) в Волгоградской и Самарской области, характеризующихся самой нестабильной урожайностью. Примечательно, что в анализируемый период времени в последовательно граничащих друг с другом регионах наивысшая урожайность зерна яровой пшеницы была получена в один и тот же (2017) год.  В отличие от этого самыми неурожайными оказались разные годы – 2000 г. (Самарская, Саратовская), 2009 г. (Волгоградская) и 2010 г. (Оренбургская область), что указывает на присутствие в регионах «индивидуальных» особенностей, влияющих на продуктивность полей.

Таблица 1. Пределы и размах варьирования урожайности зерна яровой пшеницы в регионах степной зоны европейской России, средние за 2000-2020 гг.

Разница между наименьшими и наибольшими значениями указанного показателя в разрезе лет оказалась значительно выше и составила 0,94-0,96 т/га (120,5-228,0%) в Саратовской и Оренбургской области и 1,05-1,66 т/га (161,5-195,3%) в Волгоградской и Самарской области, характеризующихся самой нестабильной урожайностью. Примечательно, что в анализируемый период времени в последовательно граничащих друг с другом регионах наивысшая урожайность зерна яровой пшеницы была получена в один и тот же (2017) год.  В отличие от этого самыми неурожайными оказались разные годы – 2000 г. (Самарская, Саратовская), 2009 г. (Волгоградская) и 2010 г. (Оренбургская область), что указывает на присутствие в регионах «индивидуальных» особенностей, влияющих на продуктивность полей.

Прежде всего, следует отметить метеорологические условия анализируемого периода, отличавшиеся крайней переменчивостью, особенно отчётливо прослеживающейся в отношении среднегодовых осадков, ставшие одной из основных причин нестабильности урожайности зерна (рисунок 2).

Наибольшая вариабельность указанного показателя наблюдалась в Оренбургской области, составившая в среднем 22,2%. Разница между максимальным (494 мм, 2004 г) и минимальным (239 мм, 2014 г.) количеством осадков составила 255 мм или 106,7%. В Самарской и Волгоградской области коэффициент вариации осадков по годам оказался ниже и составил 20,2% и 21,1% соответственно. При этом разница между максимальными (784 мм, 2011 г. – 558 мм, 2000 г.) и минимальными (364 мм, 2005 г. – 250 мм, 2008 г.)  значениями оказалась выше и составила 420-308 мм или 115,4-123,2%.

Наибольшей среди анализируемых регионов метеорологической стабильностью характеризовалась Саратовская область, где при среднем коэффициенте вариации 16,0% размах среднегодовых осадков составил 267 мм, от 654 мм в 2000 г. до 387 мм в 2011 г, а разница между максимальными и минимальными значениями составила 69,0%.

Наряду с нестабильностью осадков по годам анализируемого периода следует особо выделить обозначившуюся тенденцию к сокращению их общего количества, что ещё более усугубляет засушливость климата и повышает риски устойчивого земледельческого использования сельскохозяйственных угодий. Снижение среднегодового количества осадков в конце анализируемого периода (2020) по сравнению с его началом (2000) характерно для всех регионов, а наиболее выраженная тенденция проявляется в Оренбургской области. В указанном регионе последовательное уменьшение среднегодового количества осадков отмечено на протяжении всех анализируемых пятилетних периодов, начиная с 2000 г.

Установлено, что на 28 мм в среднем их количество снизилось  за период с 2000-2004 г. по 2005-2009 г., на 43 мм – с 2005-2009 г. по 2010-2015 г. и еще на 13 мм – с 2010-2015 г. по 2016-2020 г., что в совокупности составило 84 мм или 20,7%.

Несколько иная картина сложилась в приволжских регионах, где резкое снижение среднегодового количества осадков в период с 2005 по 2009 г., составившее 105 мм (17,7%) в Самарской области, 106 мм (20,3%) в Саратовской области и 115 мм (24,6%)  в Волгоградской области, в последующие периоды сменилось некоторым повышением их количества или  стабилизацией. В итоге к завершению анализируемого периода (2016-2020 г.) по сравнению с его началом (2000-2004 г.) в Самарской области среднегодовое количество осадков снизилось на 39 мм (6,6%) и на 31 мм (5,9%) в Саратовской области. В Волгоградской области отмечено наибольшее снижение – на 100 мм или 21,5%. Ещё более впечатлительной выглядит разница между годовыми количествами осадков в начале (2000 г.) и в конце (2020 г.) анализируемого периода.  Она составила 213 мм (463-259 мм) в Оренбургской области, 185 мм (632-447 мм) в Самарской области, 261 мм (654-393 мм) в Саратовской области и 247 мм (558-311 мм) в Волгоградской области. Примечательно, что во всех регионах количество осадков в 2020 г. оказалось ниже среднего за двадцатилетний период. Разница составила от 72 мм (Волгоградская область) до 109 мм (Оренбургская область). Меньшее, чем в 2020 г., количество осадков в Оренбургской области отмечалось только в один год (2014) из двадцати анализируемых. В Самарской области таких было только три года (2005, 2009, 2014), в Саратовской – один год (2011) и в Волгоградской области – четыре года (2008, 2011, 2012, 2017). Между тем нельзя не отметить метеорологическую особенность Самарской области, где в последние два пятилетия, после провала в 2005-2009 г., среднегодовое количество осадков приблизилось к средней за двадцатилетний период и составило 101,5 (2010-2015 г.) – 101,3% (2016-2020 г.) от её величины. В Саратовской области подобной особенностью характеризуется только последнее пятилетие (104,2%). В Оренбургской области на протяжении двух последних пятилетий среднее количество годовых осадков оставалось ниже средних двадцатилетнего периода на 24-37 мм (6,6-10,3%). В Волгоградской области указанная особенность отмечалась на протяжении трёх истекших пятилетий – разница составила 32-30-17 мм или 8,3-7,8-4,4%.

Обращает на себя внимание крайне неравномерное распределение атмосферных осадков по месяцам года и их межгодовая вариабельность во всех анализируемых регионах (рисунок 2).

Самыми скудными атмосферными осадками наиболее вероятного периода вегетации яровой пшеницы (апрель-июль) характеризуются Волгоградская и Оренбургская область, где в среднем за двадцатилетний период их отмечено только 125-135 мм. Полиномиальные линии тренда указывают на высокую вариабельность данного показателя, составившего в среднем за четыре месяца 67,3-78,9% соответственно. Наиболее непостоянные осадки наблюдаются в июле, их вариация в Оренбургской области достигает 80,0%, а в Волгоградской области – более 100,0%.

Следует отметить также крайнюю засушливость в указанных регионах августа и сентября, где с коэффициентом вариации 87,8-97,3% отмечено 50-51 мм осадков. Из них в августе, совпадающем с периодом посева и формирования всходов озимых культур, выпало в среднем только 16-21 мм, что составило 4,1-5,8% от годового количества и оказалось ниже среднемесячной (31,9-30,0 мм) величины на 30,0-49,8%.

В Саратовской области с атмосферным увлажнением, применительно к сельскохозяйственным культурам, складывается менее напряжённая, хотя в целом недостаточно благоприятная, ситуация. За апрель-июль выпадает 160 мм осадков, август остаётся самым засушливым месяцем года (28 мм), а среднемесячная вариабельность осадков в сентябре превышает 100,0%.

В Самарской области, при близком к условиям Саратовской области увлажнении апреля-июля (164 мм), отмечается лучшая обеспеченность осадками августа и сентября (89 мм). Их вариация по годам оказалась самой низкой по четырём анализируемым территориям и составила 81,1%.

Примечательно, что при общей тенденции сокращения среднегодового количества атмосферных осадков в начале и конце двадцатилетнего периода, их высокой среднемесячной вариабельности, территориальной и агроландшафтной близости анализируемых регионов, общей «коллективной» корреляции между ними по атмосферным осадкам и урожайности зерна не выявлено (таблица 2).

Таблица 2. Межрегиональная корреляция урожайности зерна яровой пшеницы и осадков, 2000-2020 гг.

Наиболее тесно, при существенно различающихся абсолютных величинах, по динамике годового количества осадков коррелируют непосредственно граничащие друг с другом области – Саратовская и Волгоградская (r=0,61), Оренбургская и Самарская (r=0,51), Самарская и Саратовская (r=0,43). В отношении динамики осадков, выпадающих за период вегетации яровой пшеницы (апрель-июль), выявлена средняя связь между Оренбургской и Самарской областью, чего нельзя отметить в отношении Саратовской и Волгоградской областей, где зависимости вообще не оказалось. По динамике урожайности зерна яровой пшеницы анализируемого периода близкая к сильной связь выявлена между Самарской и Саратовской, Саратовской и Волгоградской, Оренбургской и Самарской областью, при других сочетаниях связь оказалась ближе к средней.

Выводы. В анализируемых регионах степной зоны европейской России отмечается значительное варьирование урожайности зерна яровой пшеницы в различные годы. Разница между наибольшими и наименьшими показателями составляет 0,94-0,96 т/га (120,5-228,0%) в Саратовской и Оренбургской области и 1,05-1,66 т/га (161,5-195,3%) в Волгоградской и Самарской области.

Метеорологические условия анализируемого периода, характеризующиеся крайней переменчивостью выпадения атмосферных осадков, стали одной из главных причин нестабильности урожайности зерна. При общей тенденции повышения засушливости динамика метеорологических факторов в каждом из анализируемых регионов характеризуется рядом особенностей. Наибольшее усиление рисков устойчивого земледельческого использования сельскохозяйственных угодий отмечается в Оренбургской и Волгоградской области. Проявляющееся в нестабильности урожаев по годам и их невысоком уровне, оно связано с устойчивой тенденцией сокращения среднегодового количества осадков, составившего за истекший двадцатилетний период 84 мм (20,7%) – 100 мм (21,5%). В Самарской и Саратовской области, после резкого снижения в период с 2005 по 2009 г., наблюдается повышение среднегодового количества осадков. В результате к завершению анализируемого периода в Самарской области среднегодовое количество осадков снизилось только на 39 мм (6,6%) и на 31 мм (5,9%) в Саратовской области.

Самыми скудными атмосферными осадками наиболее вероятного периода вегетации яровой пшеницы (апрель-июль) характеризуются Волгоградская и Оренбургская область, где в среднем за двадцатилетний период их отмечено только 125-135 мм. Наиболее непостоянные осадки наблюдаются в июле, их вариация в Оренбургской области достигает 80,0%, а в Волгоградской области – более 100,0%.

При общей тенденции в климатических изменениях, территориальной и агроландшафтной близости анализируемых регионов, общей «коллективной» корреляции между ними по атмосферным осадкам и урожайности зерна не выявлено. Это указывает на наличие других региональных особенностей, которые также необходимо учитывать при адаптации зональных агротехнологий к условиям меняющегося климата.

Исследование выполнено в рамках НИР ОФИЦ УрО РАН (ИС УрО РАН) «Проблемы степного природопользования в условиях современных вызовов: оптимизация взаимодействия природных и социально-экономических систем», № ГР АААА-А21-121011190016 -1.

Список литературы

1. Атмосферные осадки.  [Электронный ресурс]. Режим доступа:  http://aisori-m.meteo.ru/waisori/select.xhtml (дата обращения 22.01.2021 г.).

2. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.

3. Гулянов Ю.А. Экологизация степных агротехнологий в условиях природных и антропогенных изменений окружающей среды // Теоретическая и прикладная экология. 2019. № 3. С. 5-11.

4. Гулянов Ю.А. Мониторинг фитометрических параметров с использованием инновационных методов сканирования посевов // Таврический вестник аграрной науки. 2019. № 3 (19). С. 64-76.

5. Гулянов Ю.А. Стратегии новационного землепользования и роль природоподобных агротехнологий в экологической оптимизации степных ландшафтов // Сборник научных трудов Государственного Никитинского ботанического сада. 2019. Т. 148. С. 50-59.

6. Гулянов Ю.А., Чибилёв А.А., Чибилёв А.А (мл). Резервы повышения урожайности и качества зерна озимой пшеницы и их зависимость от гетерогенности посевов в условиях степной зоны Оренбургского Предуралья // Юг России: экология, развитие. 2020. Т. 15. № 1(54). С. 79-88.

7. Куркова С.В., Беребердин Н.А. Изменчивость продуктивности сортов зерновых культур в условиях степной зоны Западной Сибири // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2018. Т. 48. № 3. С. 14-20.

8. Павлова В.Н., Карачёнкова А.А. Оценка изменений климатически обусловленной урожайности яровой пшеницы в земледельческой зоне России // Фундаментальная и прикладная климатология. 2020. Т. 4. С. 68-87.

9. Регионы России. Социально-экономические показатели. 2018: Р32 Стат. сб. /Росстат. М. 1162 с [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gks.ru/wps/wcm /connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/publications/catalog-/doc_1138 623506156  (дата обращения 27.01.2021 г.).

10.Турко С.Ю., Власенко М.В., Трубакова К.Ю. Оценка и прогноз урожайности зерновых культур на территории Волгоградской области в связи с изменениями в хозяйственной деятельности и глобальным изменением климата // Аграрный вестник Урала. 2018. № 9 (176). С. 43-49.

11. Gulyanov Yu.A., Chibilev A.A., Levykin S.V., Silantieva M.M., Kazachkov G.V., Sokolova L.V. Ecological-based adaptation of agriculture to the soil and climatic conditions in Russian steppe // Ukrainian Journal of Ecology. 2019. No. 9 (3). P. 393-398.