Прогнозы воздействия изменения климата на сельское хозяйство в Нижнем Поволжье

АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

УДК 63:551.58

ПРОГНОЗЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА НА СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ

Д.А. Якунин, аспирант С.М. Мусаелян, доктор технических наук, профессор

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

В этой статье рассматривается прогноз воздействия глобального изменения климата на сельское хозяйство. Оценивается положительные и отрицательные последствия климатических изменений при этом прогнозе.

Ключевые слова: глобальное потепление, прогнозирование, изменение климата, урожайность, плодородие земель.

В Нижнем Поволжье сельское хозяйство в значительной степени зависит от климатических условий и их колебаний. На протяжении XX и начала XXI века возросла засушливость климата, чаще всего сильные засухи наблюдались в Волгоградской области.

Прогнозировать качественные последствия для России в результате глобального изменения климата очень сложно в силу неопределенности многих природных изменений. В экономике России сельскохозяйственное производство в наибольшей степени зависит от возможных изменений климата. На основании анализа различных источников можно отметить, что глобальное потепление воздействие на сельское хозяйство будет неоднозначным, негативные последствия могут сочетаться с позитивными. При этом во многих климатических сценариях и прогнозах подчеркивается, что изменение климатических условий будет связано с изменением частоты неблагоприятных для сельского хозяйства явлений. Опасным может стать рост вероятности низких урожаев в результате увеличения частоты и повторяемости засух и повышения засушливости на территориях ряда регионов, в том числе и в Нижнем Поволжье

По оценкам анализа различных источников по проблемам изменения климата для сельского хозяйства страны в целом можно оценить как положительный. Среди положительных результатов глобального потепления климата для сельского хозяйства последствий можно выделить следующие факторы [2]:

-увеличение площади земель, пригодных для земледелия;

-рост продолжительности вегетационного периода;

-увеличение теплообеспеченности сельскохозяйственных культур; -улучшение условий перезимования полевых и садовых культур. По прогнозу С. А. Пегова и Д.М. Хомякова, итоги климатической перестройки приведут в России к резкому улучшению агроэкологических условий. На Центральное Нечерноземье, Верхнее

Поволжье, Средний Урал, юг Западной Сибири распространятся климатические условия черноземных степей, и можно ожидать увеличения урожаев в этих регионах в 1,5-2 раза. Могут появиться новые районы, потенциально пригодные для земледелия, в Сибири и Якутии [3, 4].

В соответствии с имеющимися прогнозами изменения климата в целом по стране наибольшего прироста урожайности следует ожидать в ближайшие 30-70 лет, причем пик роста урожайности будет через 60-70 лет. Через 90-100 лет урожайность может снизиться. По зерновым культурам урожайность в России в среднем возрастет (к современному уровню): через 30-40 лет на 11%, через 60-70 лет - на 14% и через 90-100 лет она может понизиться. Аналогичные тенденции будут наблюдаться и для кормовых культур (табл. 1).

Таблица 1 - Изменение урожайности сельскохозяйственных культур на возможные изменения климата и рост содержания ССЬ в атмосфере, %

Регион Кормовые культуры Зерновые культуры

Срок реализации сценария, лет (годы) срок

30-40 60-70 90-100 30-40 60-70 90-100

Северный 22 32 31 26 24 13

Северо-Западный 21 24 30 22 12 22

Калининградский 22 22 20 34 25 29

Центральный 19 24 17 27 25 13

Волго-Вятский 21 30 19 20 26 11

ЦЧО 20 24 7 15 15 -7

Поволжье, Сев. 24 30 8 16 19 -10

Поволжье, Юг 5 14 1 7 30 20

Северо-Кавказский 2 3 -7 -6 -7 -13

Уральский 14 28 17 11 16 -7

Западно-Сибирский 6 19 1 -7 -1 -23

Восточно- Сибирский 0 0 -4 -12 -18 -24

Дальневосточный 6 13 7 10 12 5

Россия 13 21 11 11 14 -1

Позитивные последствия изменения климата для увеличения урожайности России предсказываются и некоторыми зарубежными экспертами. Согласно оценкам специалистов из Министерства метеорологии Великобритании в среднем урожайность в России может возрасти на 10%, тогда как во многих странах, расположенных вблизи экватора и в Южном полушарии, она может существенно уменьшиться -на 20-40% [5].

Во многих прогнозах выделяются и негативные последствия глобальных изменений для сельского хозяйства. Отмечается значительное изменение погодных условий для сельскохозяйственного производства в традиционных аграрных районах, что будет связано не только с тем, что климат будет более теплым, но он станет и более сухим.

Для позитивного воздействия изменения климата на сельское хозяйство России, в том числе по Волгоградской области, можно выделить, по крайней мере, два препятствия: 1) нарастание

экологических проблем; 2) негативные социальные процессы на селе.

Одной из проблем ближайшего будущего следует выделить качество почв. В настоящее время отсутствуют регулярные оценки состояния почв, которые можно было бы использовать в качестве экологических индикаторов сельского хозяйства. Между тем значимость таких процессов как эрозия почв для сельского хозяйства чрезвычайно велика. Негативные экологические процессы становятся одной из основных причин сокращения площадей сельскохозяйственных угодий. Происходит полная деградация угодий в результате нерационального использования и влияния негативных процессов, получивших широкое развитие в связи с резким сокращением мероприятий по защите ценных земель от водной и ветровой эрозии, подтопления, заболачивания и других процессов.

Таким образом, улучшение климатических условий в сельском хозяйстве страны, увеличение потенциально пригодных для сельского хозяйства площадей неизбежно столкнется с общим ухудшением экологической ситуации на селе в виде массовой деградации сельскохозяйственных угодий, ухудшением качества почв, снижением естественного плодородия. Тем самым для реализации появившихся благоприятных возможностей потребуются значительные усилия и огромные инвестиции для восстановления качества земель и их охраны.

Принимаемая гипотеза о росте среднегодовой температуры на 2-3°С и увеличении годовых осадков на 10-20% по сравнению с современными средними значениями. Одним из главных последствий этих воздействий может оказаться изменение в регионе зон возделывания различных богарных и орошаемых культур. В дальнейшем предполагается, что рост средней глобальной температуры на 0,5-1°С и 2-3°С соответствуют двум периодам: 2005-2010 гг. и 2011-2026 гг. Различные тренды экономического развития сопоставлены двум типам сценариев климата: А - изменений климата не происходит, В - климат меняется. Сценарии А] и А2 характеризуются современными нормами осадков и температур.

В сценариях В предполагается, что в период 2005-2010 гг. количество осадков сократится на 5% {В\) и на 10% (В\). а в период 2011-2026 гг. аналогичные показатели составят - 10% (В^) и 20% (В:). По оценкам климатических данных Волгоградской области в настоящее время в повторяемость благоприятных, средних и сухих лет составляет примерно 0,35, 0,35, и 0,3 соответственно. В перспективе повторяемость засушливых лет может удвоиться. Исходя из этих предположений

приняты вероятности исходов увлажнения в разных сценариях представлены в табл. 2.

Таблица 2 - Гипотетические показатели разных сценариев климата для Волгоградской области

Год Сценарии климата Изменение (от А1) Вероятности засушливости климата

осадков,% температуры, °С

влажный средний сухой

2005-2010 А] 0 0 0,35 0,35 0,30

в\ -5 +1,0 0,25 0,30 0,45

в\ +5 +2,0 0,20 0,20 0,60

Вз +5 +2,0 0,40 0,30 0,30

2011-2026 А2 0 0 0,35 0,35 0,30

Вг -10 +2,0 0,25 0,30 0,45

В; +25 +3,0 0,20 0,20 0,60

Оросительные нормы сельскохозяйственных культур для разных зон Волгоградской области рассчитаны на множество реализаций климатических факторов и сгруппированы для разных уровней обеспеченности дефицита влажности почвы. Для сценариев А1 и Аг (климат не метается), а также для сценария Вз, в котором предполагаются благоприятные для сельского хозяйства климатические изменения, используются современные нормы полива, которые будем обозначать qбл, Цср и с/з для благоприятных, средних и засушливых (неблагоприятных) лет соответственно. Для остальных сценариев ожидается повышение засушливости, поэтому для средних и сухих лет оросительные нормы увеличиваются. Соответствующие «сценарии» представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Оросительные нормы сельскохозяйственных культур _____Волгоградской области для разных сценариев климата______

Тип увлажнения Сценарии

• 1; А2 Вз в\ В\ вг в;

Благоприятный Чбл ГОО^бл 1?0 $бл

Средний Яср 1,05^ср 1? 1 С[ср

Сухой Чз 1Л0<7з 1,15 Чз

Для составления модель используем данные урожайности [1], дифференцированы по трем типам естественного увлажнения (табл. 4).

Таблица 4 - Расчетные урожайности основных культур на богаре Волгоградской области, в среднем за 2005-2010 гг., т/га

Культура Тип увлажнения

Влажный Средний Сухой

Зерновые озимые 3,1 2,8 2,2

Кукуруза на зерно 3,2 2,8 2,3

Кормовые (сено) 4,1 3,0 1,8

Для решения данной задач сценариев климата А и В принимаем следующие гипотезы изменения урожайностей. В первых, сценарий А, в котором допускается отсутствие изменений климата, включает варианты А] и А2 соответствующие разным временным уровням. Здесь А] - это период 2005-2010 гг. урожайности богарных посевов при разных условиях увлажнения. Из данных видно, что урожайность богарных посевов изменяется в пределах 30 % для зерновых, 60 % для кормовых культур и 10 % для орошаемых посевов. Экономические показатели капитальных и эксплуатационных затрат, цены на продукцию и т. д. во всех сценариях рассчитываются, исходя из планируемых урожайностей. А2 - более отдаленный период 2011 - 2026 гг. будет характеризоваться 30 % прироста урожайностей основных культур по сравнению, с уровнем 2005 года. Ввиду ненадежности показателей эффективности и затрат для столь отдаленного периода времени экономический анализ вариантов на уровень 2026 г. не проводится.

Во-вторых, сценарии В (В\ В3) соответствуют

гипотезе потепления климата и включают пять разных вариантов. Так, например, В\, В\ - для периода 2005 г. с допущением, что урожайности культур на богарных землях в средние по засушливости годы понижаются на 10 % и 20 % соответственно по сравнению со средним исходом сценария Аь Для худшего случая - В]- это допущение соответствует гипотезе, что уровень засушливого года в А1 становится уровнем среднего года в В\. Во влажные годы в В\ и В\урожайности культур увеличиваются на 5 % и 10 % соответственно, так как благоприятность условий увлажнения усиливается за счет потепления. В засушливые годы урожайности уменьшаются на 15 % и 20 % от уровней сценария А1. При этом урожайности орошаемых культур варьируются в пределах 15 % от среднего.

В целом в сценариях В~ и В; (уровень 2026 г.) урожайности культур превышают соответствующие показатели в В\, В\ на 30 %.

Сценарий Вз (уровень 2005 г.) соответствует гипотезе

благоприятных для сельского хозяйства изменений климата с 20 % увеличением урожайностей культур по сравнению с вариантом А1 (табл.

Таблица 5 - Уровни урожайностей зерновых культур (богара) Волгоградской области в разных сценариях климата

Тип увлажнения Сценарии

А, а2 в\ В1 в\ ВІ В3

Влажный У; 1,37; 1,057; 1,357; 1,1 У; 1,4 У; 1,2 У;

Средний у2 1,ЗУ2 0,972 1,27г 0,8У2 1ДУ2 1,2У2

Сухой Гз 1,ЗГз 0,85У3 1,05 У3 0,8У3 1ДУз 1,2 Уз

Таким образом, совокупность описанных сценариев позволяет с помощью численных экспериментов изучить два аспекта проблемы воздействия климата: в первых, оценить чувствительность орошаемого земледелия к межгодовой изменчивости климатических характеристик и во вторых, проанализировать влияние глобальных изменений климата на планы водопользования сельского хозяйства Волгоградской области.

В то же время структура сельскохозяйственного производства, характеризуется высокой стабильностью. Это иллюстрируется табл. 6, где представлены агрегированные по исходам увлажнения для сценария климата В\ результаты расчетов для двух критериев оптимальности (минимум математического ожидания приведенных затрат - ,

максимум производства зерновых -Тз).

В вариантах с критериями максимизации производства продукция (Бз, Рл), увеличиваются требующиеся площади пахотных угодий. При этом в варианте Р^—>МАХ они выходят на предельную величину. Так как при расчетах рассматривается только общественный сектор сельского хозяйства, то это означает, что будет ограничено развитие частного сектора. Во всех расчетных вариантах многолетние насаждения (сады, виноградники) примерно постоянны по площади и орошаются на 90 %. Потребности животноводства в зеленых и грубых кормах в период вегетации погашаются за счет сенокосов и пастбищ.

Таблица 6 - Структура растениеводства Волгоградской области

при изменениях климата, сценарий В\,%

Сельскохозяйственные культуры Критерии

Зерновые 75,4 84,5

Кормовые (без фуража) 10,5 8,7

Технические 12,2 5,2

Овощи, картофель 1,9 1,6

Пашня всего, % 100 100

в том числе: богарные 90,8 90,6

орошаемые 9,2 9,4

Пашня, тыс. га 2514 4288

Таким образом, в качестве входов в оптимизационные модели использованы результаты моделей, описывающих взаимодействие между климатическими и биофизическими переменными, включая

урожайности культур, а также вероятности повторения определенных условий естественного увлажнения. Анализ воздействий изменений климата на почвенные структуры, процессы эрозии и содержания в почвах азота, фосфора и т. д. приводит к оценке влияния климата на загрязнение почв и природных вод на региональном уровне.

В заключение отметим, что обсуждаемая методология управления водными ресурсами в условии неопределенности климатических и гидрологических факторов не зависит от характера возможных сценариев климата, а ориентирована лишь на возможно более полный учет изменчивости природных процессов, включая температуру, осадки, режим речного стока и увлажнение почв, урожайностей сельскохозяйственных культур. Развитие подобной методологии, безусловно, полезно, так как вооружает специалистов по принятию решений аппаратом, позволяющим учитывать как долговременные изменения климата, так и межгодовые стационарные вариации климатических факторов.

Библиографический список

1. Ахмедов, А. Д. Водосберегающий режим орошения кормовых культур [Текст] / А. Д. Ахмедов / Вестник Саратовского ГАУ. - Саратов, 2006. - №2. - С. 3-5.

2. Влияние глобальных изменений климата на функционирование основных отраслей и здоровье населения России. [Текст] / отв. ред. П.М. Хомяков М.: Эдиториал УРСС, 2001. - 136 с.

3. Глобальные и региональные изменения климата и их природные и социально-экономические последствия [Текст] / отв. ред. В.М. Котляров. М.: ГЕОС, 2000.

4. Хомяков, П.М. Геоэкологическое моделирование для целей управления природопользованием в условиях изменения природной среды и климата [Текст] / П.М. Хомяков, ВД. Иванов и др. - М.: Эдиториал УРСС, 2002.

5. U.K. Meteorological Office. Climate Change and ITS Impacts: A Global Perspective. 1997, Brittanic Crown Copyright.

E-mail: askar-5@mail.ru