ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА НА УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ

НАУЧНЫЕ СТАТЬИ

Гидрометеорология и экология № 1 2013

УДК 630:551.56

Канд. геогр. наук С. С. Байшоланов * Д.К. Байбазаров

ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА НА УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ

СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО, ТЕМПЕРАТУРА, АГРОКЛИМАТИЧЕСКАЯ ЗОНА, КОЛОШЕНИЕ, ВОСКОВАЯ СПЕЛОСТЬ, КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Рассмотрено вероятное изменение урожайности яровой пшеницы в северной части Казахстана в условиях потепления климата. Предполагается, что до 2050 года значительно ухудшаться агроклиматические условия произрастания зерновых культур и их урожайность снизится на 37...49 %.

Сельское хозяйство является одной из ключевых отраслей экономики Казахстана, основу которого составляет растениеводство и животноводство. Данные сектора сельского хозяйства, являясь приоритетными направлениями развития экономики республики, располагают потенциалом для развития. Дальнейшее развитие сельского хозяйства республики зависит от применяемых технологий и природных ресурсов, в том числе и от климатических изменений.

В Казахстане главной зерновой культурой является пшеница, которая занимает 82 % площадей под зерновые культуры, т.е. 13,4 млн. га из 16,2 млн. га. Поэтому для исследования зависимости продуктивности зерновых культур от ожидаемого изменения климата нами была выбрана яровая пшеница, а территориально - Северо-Казахстанская, Костанайская и Акмолинская области, где возделываются 76 % всех зерновых и зернобобовых культур.

Казахстанскими климатологами [2] с использованием ансамбля из 15 моделей общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО) для каждого месяца и года были получены поля изменений приземной температуры воздуха (°С) и количества осадков (%) для всей территории Казахстана. Рассматриваемый период включает три тридцатилетних интервала с сере-

* АО «КазНИИСА», г. Астана

Казгидромет, г. Алматы 16

диной в 2030 г., 2050 г. и 2085 г. (относительно периода 1961...1990 гг.) для трех сценариев выбросов парниковых газов А1В, А2, В1 [4].

Для исследования влияния прогнозируемого изменения климата на сельское хозяйство Казахстана нами были выбраны результаты расчетов изменения приземной температуры воздуха и количества осадков к 2030 и 2050 годам в соответствии с двумя сценариями выбросов парниковых газов А2 и А1В, предполагающими быстрый и медленный экономический рост соответственно.

Для прогноза агроклиматических условий возделывания и прогноза урожайности яровой пшеницы использовалась динамическая модель формирования урожая сельскохозяйственных культур проф. А.Н. Полевого (Украина), адаптированная для условий Казахстана в 2010 г. в департаменте агрометеорологии РГП «Казгидромет». Данная модель позволяет оценивать агрометеорологические условия произрастания сельскохозяйственных культур и прогнозировать их урожайность [3].

Расчеты проводились по 6.7 административным районам указанных выше трех областей для условий современного климата, для условий 2016.2045 гг. (2030 г.) и 2036.2065 гг. (2050 г.).

Так как в пределах территории рассматриваемых областей располагаются по несколько агроклиматических зон, расчеты обобщались и по зонам. В табл. 1 представлены характеристики агроклиматических зон северного земледельческого региона по гидротермическому коэффициенту (ГТК) и сумме температур воздуха выше 10 оС (ХТ) согласно агроклиматическому районированию департамента агрометеорологии РГП «Казгид-ромет».

Таблица 1

Характеристики агроклиматических зон северного земледельческого региона согласно районированию по тепло- и влагообеспеченности

№ зоны Агроклиматические зоны Средние характеристики зоны

I Слабо влажная умеренно-теплая ГТК = >1,0. ХТ = 1800

II Засушливая умеренно-теплая ГТК = 0,8.1,0. ХТ = 2000

III Засушливая теплая ГТК = 0,7.0,8. ХТ = 2200

IV Очень засушливая теплая ГТК = 0,5.0,7. ХТ = 2300

V Сухая теплая ГТК = 0,4.0,5. ХТ = 2500

VI Сухая умеренно-жаркая ГТК = 0,3.0,4. хт = 3000

Оценка благоприятности климатических условий роста и развития яровой пшеницы осуществляется сравнением значений показателей усло-

17

вий вегетационного периода, рассчитанных по современным и ожидаемым климатическим нормам.

Сравнивались современные и прогнозные к 2030 году значения ГТК двух последовательных межфазных периодов: от выхода в трубку до колошения (ГТК]) и от колошения до восковой спелости (ГТК2), а также значения оценочного коэффициента всего периода вегетации яровой пшеницы (Овег). Оценочный коэффициент формируется из оценок по ГТК1 и ГТК2, оценок потери за счет засухи и суховеев, за счет полегания, за счет стекания зерна, и является безразмерной величиной.

В табл. 2 представлены рассчитанные по модели А.Н. Полевого современные и прогнозные значения ГТКЬ ГТК2 и Овег. По их значениям можно установить следующие закономерности:

• ГТК1 меньше ГТК2, т.е. межфазный период от выхода в трубку до колошения менее увлажнен, чем период от колошения до восковой спелости;

• к 2030 году ожидается ухудшение агроклиматических условий возделывания зерновых культур;

• реализация обеих сценариев А1В и А2 приведет к почти одинаковым отрицательным изменениям;

• большему изменению будут подвержены северные более увлажненные территории.

Таблица 2

Современные и прогнозируемые к 2030 году значения ГТК межфазных

периодов (ГТК1 - выход в трубку - колошение, ГТК2 - колошение -восковая спелость) и оценочного коэффициента периода вегетации яровой

пшеницы

Современный климат 2030 год, А1В 2030 год, А2

Область Н Г н Г г е м О Н Г н Г г е м О Н Г н Г г е м О

Акмолинская 0,79 0,95 84 0,71 0,88 80 0,71 0,87 80

Костанайская 0,60 0,67 76 0,56 0,63 73 0,56 0,63 73

Северо-Казахстанская 0,88 1,13 92 0,81 1,05 88 0,81 1,04 88

Осредненные по агроклиматическим зонам значения Овег показали, что к 2030 году большему изменению подвергаются более увлажненные зоны (I и II), нежели менее увлажненные (III и IV), наименьшие изменения ожидаются в сухих V и VI зонах (табл. 3).

18

Таблица 3

Современные и прогнозируемые к 2030 году значения оценочного коэффициента полного периода вегетации яровой пшеницы (Овег), в разрезе агроклиматических зон

№ зоны Овег

Современный климат 2030 г. - А1В 2030 г. - А2

I 96 92 92

II 90 86 86

III 78 75 74

IV 80 77 77

57 56 56

Для определения степени влияния изменения климата на уровень урожайности с помощью модели А. Н. Полевого была рассчитана урожайность яровой пшеницы при современных и ожидаемых в будущем климатических условиях, в разрезе административных районов трех основных зерносеющих областей. Разница их значений является показателем уязвимости зерновых культур к изменению климата. Расчеты показали, что в условиях ожидаемого к 2030 году климата урожайность яровой пшеницы в среднем по областям составит 66. 77 % от современного уровня (табл. 4). Это означает, что при сохранении установленного на современном этапе уровня земледелия и технологии возделывания яровой пшеницы под влиянием климатических изменений к 2030 году урожайность зерновых культур понизится на 23.34 %. Соответственно для предотвращения данной угрозы необходимо разработать и внедрить адаптационные меры и технологии возделывания.

Таблица 4

Прогнозируемая к 2030 г. относительная урожайность яровой пшеницы (У, в процентах от современного уровня) согласно сценариям А1 В и А2

Область У, %

А1В А2

Северо-Казахстанская 75 76

Костанайская 76 77

Акмолинская 66 67

По значениям относительной урожайности, осредненным по агроклиматическим зонам, можно заметить, что чем ниже благоприятность (увлажненность) зоны, тем более значительное снижение урожайности ожидается. Но при этом наименьшие изменения ожидаются в самой увлажненной (I) и сухой (^.Ш) зонах (табл. 5). Например, в I -слабовлажной умеренно-теплой зоне урожайность пшеницы к 2030 г. бу-

19

дет составлять 75.77 % от современного уровня, а в IV - очень засушливой и теплой зоне - 64 %.

Таблица 5

Прогнозируемая к 2030 г. средняя по агроклиматическим зонам урожайность яровой пшеницы (У, в процентах от современного уровня), согласно сценариям А1В и А2

№ зоны У, %

А1В А2

I 75 77

II 74 76

III 65 66

IV 64 64

V.VI 89 90

Результаты расчетов, проведенные для 2050 года, подтверждают закономерности, полученные для 2030 года. В ожидаемых условиях к 2050 году ГТК по обоим климатическим сценариям значительно уменьшается (табл. 6).

Таблица 6

Современные и прогнозируемые для 2050 года значения ГТК межфазных

периодов (ГТК1 - выход в трубку - колошение, ГТК2 - колошение -восковая спелость) и оценочного коэффициента периода вегетации яровой

пшеницы

Современный климат 2050 год, А1В 2050 год, А2

Область Н 1-4 (N Ы Н 1-4 г и м О Ы Н 1-н (N Ы Н 1-н г и м О Ы Н 1-н (N Ы Н 1-н г и м О

Акмолинская 0,78 0,96 84 0,69 0,85 76 0,67 0,83 76

Костанайская 0,60 0,67 75 0,54 0,61 71 0,53 0,59 71

Северо-Казахстанская 0,88 1,13 92 0,78 1,00 85 0,76 0,98 85

Осредненный по агроклиматическим зонам оценочный коэффициент вегетации (Овег) к 2050 году уменьшится по сравнению с современными условиями в I агроклиматической зоне на 8.9 ед., во II, III и IV зонах - на 6.7 ед., а в V.VI зонах - на 2.3 ед. (табл.7). Чем ниже увлажненность территории, тем меньше изменение оценочного коэффициента вегетационного периода [1].

Прогностические расчеты по модели Полевого показали, что к 2050 году урожайность яровой пшеницы в среднем по областям будет составлять 51.63 % от её современного уровня, т.е. при сохранении нынешне-

20

го уровня земледелия и технологии возделывания к 2050 г. урожайность зерновых культур понизится на 37.. .49 % (табл. 8).

Таблица 7

Современные и прогнозируемые к 2050 году значения оценочного коэффициента полного периода вегетации яровой пшеницы (Овег) в разрезе агроклиматических зон

№ зоны Овег

Современный климат 2050 г. - А1В 2050 г. - А2

I 96 88 87

II 90 83 83

III 78 72 72

IV 80 74 73

57 54 55

Таблица 8

Прогнозируемая к 2050 г. относительная урожайность яровой пшеницы (У, в процентах от современного уровня) согласно сценариям А1В и А2

Область У, %

А1В А2

Северо-Казахстанская 63 63

Костанайская 62 60

Акмолинская 52 51

По значениям относительной урожайности, осредненным по агроклиматическим зонам, можно заметить, что чем ниже благоприятность (увлажненность) зоны, тем существеннее ожидаемое снижение урожайности (табл. 9). Наименьшее снижение урожайности наблюдается в условиях У...У1 сухих зон. В I - слабовлажной умеренно-теплой зоне к 2050 г. урожайность пшеницы будет составлять 63 % от современного уровня, а в IV - очень засушливой и теплой зоне - 51 %.

Таблица 9

Прогнозируемая к 2050 г. средняя по агроклиматическим зонам урожайность яровой пшеницы (У, в процентах от современного уровня), согласно сценариям А1 В и А2

№ зоны У, %

А1В А2

I 63 63

II 57 58

III 51 52

IV 51 51

74 70

21

Для иллюстрации общей тенденции изменения урожайности на рис. 1 и 2 приведены её прогнозируемые к 2030 и 2050 гг. усредненные значения в разрезе агроклиматических зон и областей. Результаты указывают на устойчивое снижение урожайности яровой пшеницы к 2050 г.

I П Ш IV \-\'1

Агроклиматическая ¡она

Рис. 1. Прогнозируемая к 2030 и 2050 гг. средняя по агроклиматическим зонам урожайность яровой пшеницы (в % от современного уровня).

Рис. 2. Прогнозируемая к 2030 и 2050 гг. средняя по областям урожайность яровой пшеницы (в % от современного уровня).

Обозначения см. рис. 1.

Таким образом, в северных зерносеющих областях республики, при ожидаемых изменениях климатических условий к 2050 г., агроклиматические условия произрастания яровой пшеницы значительно ухудшаться. Такие изменения приведут к значительному снижению урожайности зерновых культур при условии сохранения установленного на современ-

22

ном этапе уровня культуры земледелия и технологии возделывания яровой пшеницы. Соответственно, в секторе зернопроизводства Республики необходимы разработка и внедрение широкого спектра адаптационных мероприятий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Байшоланов С.С. О проблемах агрометеорологического прогнозирования в Казахстане // Вестник КазГУ, Серия географическая. -Вып. 1(11). - 2001 г. - С. 30-33.

2. Ежегодный бюллетень мониторинга изменения климата Казахстана [Электрон. ресурс]. - 2010. - URL: http://www.kazhydromet.kz/nauka/bulleten.php

3. Полевой А.Н. Методические указания по составлению прогнозов среднеобластной урожайности сельскохозяйственных культур на основе динамико-статистических моделей продуктивности (озимая пшеница, яровой ячмень, горох, подсолнечник, кукуруза и сахарная свекла). - Одесса: ОГМИ, - 1998. - 18 с.

4. Nakicenovic, N. Alcamo J., Davis G., de Vries B., Fenhann J., Gaffin S., Gregory K., Grubler A., Jung T.Y., Kram T., La Rovere E. L., Michaelis L., Mori S., Morita T., Pepper W., Pitcher H., Price L., Raihi K., Roehrl A., Rogner H.-H., Sankovski A., Schlesinger M., Shukla P., Smith S., Swart R., van Rooijen S., Victor N., and Dadi Z. Special Report of the Intergovernmental Panel onClimate Change (IPCC). IPCC, 2000a: Emissions Scenarios. Cambridge UniversityPress,Cambridge, 570 pp.

Поступила 27.02.2013

Геогр. гылымд. канд. С.С. Байшоланов Д. К. Байбазаров

климаттьщ езгЕРУшщ дэнд1 дацылдар еншдышнЕ

ЭСЕР1

Казацстанныц солтYстiк аймагында климаттыц жылынуы жагдайында жаздыц бидай внiмдiлiгiнiц взгеру MYMKwdizi царастырылган. Дэндi дацылдардыц агроклиматтык всу жагдайы 2050 жылга дейт нашарлайды жэне олардыц внiмдiлiгi 37...49 %-га KeMudi деп болжанады.

23