Особенности изменений климата на территории Орловской области за последние 100 лет и их влияние на развитие растениеводства в регионе

Вестник ОрелГАУ 2-3'06

Защита растений

УДК 633/635:551.5

Особенности изменений климата на территории Орловской области за последние 100 лет и их влияние на развитие растениеводства в регионе

A.B. Амелин, д.с.-х.н.

С.Н. Петрова, к.с.-х.н.

Исследованы изменения основных агроклиматических факторов за последние 100 лет и их влияние на формирование урожайности зерна у основных сельскохозяйственных культур в Центрально-Черноземном регионе России. Подтверждена глобальная тенденция потепления и увлажнения климата на планете за счет осенне-зимних и зимне-весенних месяцев (январь-апрель). Основными дестабилизирующими факторами растениеводства в регионе все чаще выступают: поздние весенние заморозки, дефицит влаги в мае и начале июня, высокая влажность в конце июля, а также периодически проявляющиеся сильные морозы в декабре - январе. Складывающиеся метеоусловия во второй половине июня и в первых двух декадах июля наиболее благоприятны для реализации продукционного потенциала растений у большинства возделываемых культур.

В настоящее время никто, наверное, не станет отрицать, что отрасль растениеводства за свое многовековое развитие из трудоемкой малопроизводительной сферы деятельности превратилась в высоко организованное эффективное производство. В развитых странах мира она достигла такого уровня, что по многим видам продукции отмечается перепроизводство. Однако, зависимость от факторов окружающей среды, по-прежнему, осталась значимой и по оценкам специалистов составляет в России 70% [6]. Особенно высокий рост индекса неустойчивости урожайности зерновых культур выявлен в областях Центрально-Черноземного региона России, который даже не относится к регионам с экстремальным климатом и обладает генетически наиболее богатыми почвами [5]. Еще в 1913 году Д.Н. Иванцовым было показано [7], что в центральных губерниях России вариабельность сборов зерна пшеницы превосходит все страны Европы и США, уступая лишь Австралии. В результате воздействия экстремальных факторов погоды урожайность сельскохозяйственных культур здесь может снижаться до критического уровня [5, 6].

Данное обстоятельство заслуживает в настоящее время особого внимания потому, что в последние десятилетия отмечаются выраженные тенденции на глобальную перемену климата, имеющие направленность к потеплению [4]. По прогнозам климатологов, к концу XXI в. приземная температура может увеличиться на 1,4-5,8 0С. В результате на севере и северо-западе России предполагается удлинение вегетационного периода на 1,5 месяца и увеличение годовой суммы эффективных температур на 600-650 оС, что обеспечит перемещение границы земледелия к северу на 250-400 км [2, 8].

Подобное изменение климата, несомненно, требует перестройки ведения зернового хозяйства, перехода на влагосберегающие и почвозащитные технологии, разработки и реализации альтернативных вариантов адаптивного размещения зерновых культур.

С учетом вышеизложенного, нами были проведены исследования по изучению изменений основ-

ных агроклиматических факторов и их влияния на формирование урожайности и качества зерна у основных сельскохозяйственных культур в Центрально-Черноземном регионе России. В данной статье приведены основные результаты и их обсуждение.

Материал и методика исследований

Проведен ретроспективный анализ многолетних наблюдений, предоставленных гидрометеорологическим центром города Орла. Объектами исследований служили наиболее значимые для сельскохозяйственного производства параметры климата: температура воздуха и сумма активных температур; запасы продуктивной влаги, количество и распределение осадков; толщина снежного покрова, сход снега и последние заморозки по природно-экономическим зонам Орловской области за последние 50 - 100 лет.

Кроме того, использовались результаты собственных научных экспериментов и наблюдений. Полевые опыты проводились по методике Б.А. Доспе-хова [3] с учетом целей и задач, а также биологических особенностей и хозяйственного назначения культур. Урожайность учитывалась с единицы площади (т/га) и единичного растения (г/растение).

Результаты и их обсуждение

Полученные результаты проведенного ретроспективного анализа многолетних статистических данных [1,11,12,13] показывают, что установившийся более 100 лет назад климат на территории Орловской области в целом сохраняет свои особенности, которые заключаются в периодическом проявлении: снежных зим, сильных морозов и оттепелей; весенних заморозков и засух; жаркого лета с обильным увлажнением в июле месяце и, как правило, дождливой осени. Однако, степень проявления этих агроклиматических факторов среды стала иной - одни из них сохраняют достаточно выраженную стабильность, другие же имеют тенденцию к существенному изменению. К примеру, весеннее время схода снега и вскрытие рек, как раньше, так и сейчас, преимущественно приходится на 3 декаду марта и первую половину апреля. Поэтому неслучайно агротехнические

сроки пахоты и сева ранних зерновых (овес, ячмень) и зернобобовых (горох) культур в целом остались прежними и в каждом случае определяются погодными условиями конкретного года (табл.).

Таблица 1 - Особенности проявления климата в Орловской области в конце XIX - XX и начале XXI вв. на примере Мценского и Орловского

Агроклиматические факторы Дата проявления факто] за по годам

1898 1900 1903 1990 2002 2003

Сход снега 05.04 14.04 27.03 27.02 10.03 24.03

Последние заморозки 03.05 23.04 10.05 21.05 21.05 15.05

Вскрытие рек (Ока и Зуша) 06.04 14.04 30.03 26.02 09.03 5.04

Начало весенней пахоты 24.04 15.04 4.04 3.04 5.04 9.05

Первая гроза 10.05 01.05 - 18.04 27.04 08.06

Первый заморозок 6.11 24.10 28.09 28.09 13.09 11.09

Замерзание рек (Ока и Зуша) 21.12 23.11 - 27.12 08.12 03.12

Первый снег 20.11 18.11 18.11 10.11 04.11 19.11

Снежный покров, м 2,5 0,71 - 0,18 0,30 0,35

Начало сева:

озимые рожь и пшеница 25.08 23.08 30.08 31.08 14.09 12.09

овес, ячмень 25.04 30.04 10.04 06.04 11.04 09.05

горох 04.05 11.05 18.04 18.04 12.04 08.05

гречиха 05.05 13.05 28.04 21.05 18.05 21.05

просо 09.05 16.05 03.05 18.05 18.05 20.05

включительно. В отдельные годы (2003) здесь создаются такие благоприятные осенние условия для вегетации озимых растений, что даже октябрьские посевы успевают набрать необходимую степень развития, удовлетворительно перезимовать и сформировать затем хороший урожай зерна.

Анализ метеорологических данных показал, что среднегодовая температура на территории Орловской области выросла за последние 50 лет почти на 2°С - с 4,3 до 6,2 °С и, в основном, за счет потепления в зимне-весенние(январь-апрель- в среднем на 3,60С) и осенние(октябрь-ноябрь - на 1,1 и 0,20С, соответственно) месяцы. В летний же период вегетации ее величина в Центральном и ЦентральноЧерноземном регионах России существенно не изменилась (рис.1).

25 Т 20 -15 -10 -5 -0 -5 -10 -15

1947-1957

1990-2000

*Время проявления агроклиматических факторов дано по современному летоисчислению.

Вместе с тем, нельзя не заметить, что количество осадков в зимний период стало намного больше, но из-за учащающихся оттепелей и повышения среднесуточной температуры снежный покров снизился. При этом последние весенние заморозки начали в области проявляться несколько позже (в зависимости от года на 5-28 дней) и переместились с конца апреля - начало мая на конец мая -начало июня. Это привело к тому, что теплолюбивые культуры (гречиху и просо) сеют сейчас в регионе в среднем на 2 недели позже, по сравнению с концом XIX столетия.

Отмечаются некоторые изменения в агротехнических сроках и осеннего сева озимых. Если в 1898, 1900 и 1903 годах озимую рожь и пшеницу в Орловской губернии сеяли в третей декаде августа, то в последние годы это агротехническое мероприятие в основном осуществляют в первой половине сентября, хотя первые осенние заморозки стали отмечаться даже несколько раньше(см. табл.).

Это обусловлено более поздним наступлением холодов и соответственно удлинением теплого периода вегетации - вплоть до первой декады ноября

Рисунок 1 - Изменение среднемесячной температуры за последние 50 лет

Начиная с мая, среднесуточная температура в регионе неуклонно повышается (с 12,90C ), достигая максимума в июле - 18,90C, а затем снижается в августе до 17,5 0C. При этом сумма активных температур (> 10 0C) для реализации потенциальной продуктивности растений многих сельскохозяйственных культур (горох, ячмень, овес, яровая пшеница и т.д.) достигает необходимой величины для раннеспелых сортов - во II декаде (12620C), среднеспелых - в III декаде июля (14650С), а для позднеспелых - в I декаде августа (16460С).

Близкие к этому выявлены изменения и по увлажнению территории Орловской области. Среднегодовая сумма осадков за последние 50 лет выросла здесь на 141 мм и так же за счет осенне-зимнего и, в определенной степени, весеннего (март-апрель месяцы) периодов (рис. 2).

В осенние месяцы количество осадков увеличилось на 32,3%, в зимние - на 85,3, а в весенние - на 40,2%. В тоже время в мае, июне и августе, напротив, отмечается определенная аридизация климата. В последние 10 лет в эти месяцы наблюдается некоторое уменьшение количества выпадающих в области осадков, по сравнению с 1947-1957 годами: в мае - на 45, июне - на 4, в августе - на 11%. Лишь в июле месяце установлено превышение (на 22%) этого показателя над многолетними значениями.

Вестник ОрелГАУ 2-3'06

Агроэкология. Почвоведение

100 л

80 -

з 60 -

я и

^ 40 А

20 -

111111111111

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1990-2000  1947-1957

1—-—I—-—I—-—I—-—г

456789

среднемноголетнее за 1947-1957 гг.

юго-восточная

центральная

западная

фазу выхода в трубку растений, в данном случае, существенного отрицательного воздействия не оказывает на их рост и развитие, поскольку в почве содержится достаточное количество продуктивной влаги, позволяющей формировать относительно высокие и качественные урожаи зерна (рис. 4).

Л

н о о

X

«

<я

Рисунок 2 - Изменение среднемесячного количества осадков на территории Орловской области за последние 50 лет.

В разрезе отдельных регионов области наибольшее снижение увлажнения при повышении температуры установлено в юго-восточной и, в известной степени, центральной природно-экономических зонах. На территории западной же части количество осадков и среднемесячная температура воздуха в весенне-летний период (апрель -август) за последние 10 лет изменились в значительно меньшей степени (рис. 3).

100 -| 90 -80 -

я 70-^ 60 -

и 50 3 40 Н ° 3020 -10 -

0

о £

3,5 3 2,5 2

1

0,5 0

-Г 300«

2501 200 | 150 Ц 100 & 50 1

<я

0 00

сЬ

сЛ

Ч1

Ч1

©

с

урожайность

ЗПВ

Рисунок 4 - Динамика урожайности озимых культур в Орловской области в зависимости от запасов продуктивной влаги в почве

Вместе с тем, учащающиеся и усиливающиеся весенние заморозки и засухи, а также избыточное увлажнение в июле месяце существенно снижают возможности стабильного производства яровых культур в регионе.

так, из-за засушливого периода вегетации лета 1995 и 1998 годов урожайность зерновых в Орловской области была почти на 25% ниже по сравнению с благоприятными по погодным условиям 1990, 1992, 1993, 1996 и 2002 годами (рис. 5).

3

с* 2,5 --

(н

2 --

л н о

§ 1,5 +,

«

<я *

о а

1 --

Рисунок 3 - Среднемесячное количество осадков по природно-экономическим зонам Орловской области

такая динамика параметров климата дает основание заключить, что не для всех сельскохозяйственных культур в Орловской области создаются благоприятные метеоусловия при произрастании растений и реализации ими потенциала продуктивности. В большей степени они соответствуют биологическим требованиям озимых культур: теплая и дождливая осень с проявлением небольших заморозков, отсутствие суровых зим и наличие достаточного тепла, света и влаги во время налива зерна. Увеличение же засушливости мая, приходящейся на

0,5 -0

I I I I I I I I I I I I I I I I I I

# .с^ .С^4 .с^

4е?

V ^ ф

Рисунок 5 - Динамика урожайности зерновых культур в Орловской области за последние 50 лет

Аналогичные данные нами были получены и в специальных полевых опытах с горохом. Показано, что семенная продуктивность в сортовых посевах данной культуры в зависимости от погодных условий может колебаться от 1,30 до 6,0 г/растение или от 1,5 до 4,5 т/га и более. Интервал варьирования продуктивности по годам составлял 37 - 171% от среднего многолетнего значения (рис.6).

0

4

л н о о X (Я

к

! У 3 а а3

« 2

<я X

И 1

<и 1

5!

3 0

засушливые

переувлажненные

Годы

Рисунок 6 - Уровень семенной продуктивности растений в сортовых посевах гороха в разные годы по увлажнению

Согласно экспериментальным данным А.Д. Па-сечнюка [9], в центральных областях России в благоприятные по увлажнению годы основными лимитирующими факторами продуктивности сельскохозяйственных культур является недостаток света, а в сухие - низкий запас влаги в почве и сильная пора-жаемость растений болезнями и повреждаемость вредителями. В данном регионе было получено ряд значимых коэффициентов корреляции урожайности с осадками за май-июнь и с суммой среднесуточных температур за период с 1>50С [10].

Следовательно, отмеченные изменения климата, происходящие на территории Орловской области, могут серьезно усугубить ситуацию и привести к снижению урожая у влаголюбивых яровых культур. Очевидно, что это повлечет за собою дестабилизацию всего растениеводства области и прежде всего в юго-восточной и центральной природно-экономических ее зонах. При таких условиях, здесь целесообразно расширять посевы более позднеспелых сортов и теплолюбивых культур, например, проса, гречихи, сои, нута, чечевицы и др. Наряду с выращиванием засухоустойчивых видов и генотипов сельскохозяйственных растений, необходимо и более широкое применение антистрессовых препаратов.

В тоже время, в западной природно-экономической зоне области, где при относительно высокой температуре воздуха существенно возрастает влажность, может появиться опасность полегания посевов, что потребует применения в большей степени физиологически активных веществ ретардантов. При этом более широкое распространение должны получить кормовые культуры (особенно многолетние травы), которые хорошо используют осадки второй половины вегетационного периода. Вполне благоприятные условия создаются и для получения зерна пивоваренного ячменя, поскольку и в мае, и в июне, и в июле здесь наблюдается рост увлажнения по сравнению с другими природно-экономическими зонами (и особенно с юго-восточной зоной).

Таким образом, решение вопросов устойчивого развития растениеводства в Центрально-Черноземном

регионе в целом и Орловской области, в частности, в ближайшей и отдаленной перспективе, по-прежнему, будет зависеть от параметров климата, учет которых при организации сельскохозяйственного производства весьма необходим и должен быть тесно увязан с агротехническими мероприятиями. Прежде всего, важно произвести здесь правильное территориальное размещение культур и сортов по основным природно-экономическим зонам с учетом их биологических особенностей и имеющихся условий. При этом и систему управления продукционным процессом в агроценозах важно направить на снижение зависимости от экстремального проявления погоды.

Литература

1. Агроклиматический справочник по орловской области./ Отв. Ред. И.И. Портнягин. - Л.: Гидроме-теоиздат, 1960. - 92 с.

2. Вермель Д.Ф., Смирнова В.А. Адаптация зернового производства к изменениям климата // Аграрная наука - 1996. - №5. - С.4-6.

3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1979. - 416с.

4. Елдышев Ю.Н. Метеоапокалипсис? // Экология и жизнь. - 2003. - №5. - С. 45-46.

5. Жученко А. А. Проблемы ресурсосбережения в зерновом хозяйстве // Роль современных сортов и технологий в сельскохозяйственном производстве. -Орел, 2004. С. 9-51.

6. краснощеков Н.В. Проектирование технологий производства сельскохозяйственной продукции // Техника в сельском хозяйстве. - 2003. - №1. - С.3-7.

7. Иванцов Д.Н. Об устойчивости русских урожаев // Труды Московского областного сельского хозяйства, 1913.

8. Обаси О.П. Наш будущий климат // Метеоспектр. - 2002. - № 3-4. - С.119-123.

9. Пасечнюк А.Д. Особенности роста растений нижнего яруса посевов ячменя в северных районах Калужской области // Труды. ВНИИСХМ, Л., 1986. -Вып. 16. - С. 77-93.

10. Пасечнюк Л.Е., Михайлова З.И., Хромова Л.И. Об оценке агрометеорологических условий формирования среднерайонной урожайности сельскохозяйственных культур на северо-востоке Европейской части СССР// Труды ВНИИСХ. М., 1986. -Вып. 16. - С. 61-70.

11. Сельскохозяйственный обзор по Орловской губернии за 1898 год. Статистическое Отделение Орловской Губернской Земской Управы. Орел: Типолитография М.П. Гаврилова, 1899.

12. Сельскохозяйственный обзор по Орловской губернии за 1900 год. Выпуск второй. Статистическое Отделение Орловской Губернской Земской Управы. Орел: Типография С. А. Зайцевой, 1901.

13. Сельскохозяйственный обзор по Орловской губернии за 1903 год. Статистическое Отделение Орловской Губернской Земской Управы. Орел: Типография С. А. Зайцевой, 1904.