Агроклиматический потенциал эффективности земледелия (на примере зерновых культур Удмуртии)

Физико-географические исследования

УДК 332.37

П.Б. Акмаров, О.П. Князева, И.И. Рысин

АГРОКЛИМАТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Показаны тенденции изменения климата в мире и в России, сложившиеся за последние годы, и ожидаемые прогнозы на ближайшие десятилетия. Сделан анализ влияния этих изменений на эффективность аграрного производства и благосостояние людей. Показана ведущая роль России в производстве сельскохозяйственной продукции с учетом ее ресурсного потенциала. Рассматриваются региональные особенности использования земель сельскохозяйственного назначения в России и вопросы повышения эффективности использования ресурсов сельского хозяйства при производстве растениеводческой продукции. Выделены роль климатических условий и влияние факторов погоды на урожайность зерновых культур в динамике за период с 1913 по 2013 гг. Доказана цикличность изменений климата и ее влияние на эффективность аграрного производства в целом, а также на примере зерновой отрасли. Построена математическая модель урожайности зерновых на основе уравнений тренда и регрессии. Разработаны рекомендации по снижению влияния рисков природного характера на эффективность земледелия. Приведен расчет потенциальной возможности производства зерна в Удмуртской Республике.

Ключевые слова: природно-климатические факторы, гидрометеорологические явления, климатические изменения, стабилизация земледелия, эффективность растениеводства, урожайность зерновых, коррелограмма, прогнозирование, потенциальная урожайность.

Одна из основных особенностей сельского хозяйства связана с влиянием природно-климатических факторов на эффективность производства. В последние годы амплитуда климатических изменений существенно возросла, и это негативно отражается на сельскохозяйственном производстве во всем мире и в России. Прогнозы международной организации по исследованию экологии и климата на перспективу до 2050 г. и дальше дают крайне настораживающие результаты - климат в России будет меняться значительно сильнее и быстрее, чем это было в последние 100-150 лет [1-3]. Это скажется не только на росте температуры поверхности земли, но и на изменении режима осадков, увеличении частоты опасных гидрометеорологических явлений - наводнений, засух, тепловых «волн», волн холода, нетипичных заморозков в вегетационный период и т. д.

Сельское хозяйство России остро ощутило первые проявления климатических изменений в последние годы. В 2010 и 2012 гг. засухи привели к резкому сокращению производства зерна в стране, росту цен на зерновые культуры. Суммарный ущерб только от падения урожайности составил более 300 миллиардов рублей в эти годы. При этом большая часть ущерба была компенсирована населением за счет роста цен на хлеб, а основной удар пришелся на малообеспеченные слои населения. Риски для производителей и потребителей сельскохозяйственной продукции высоки и будут только возрастать по мере ухудшения погодно-климатических условий. Сегодня отрасль не готова в полной мере противостоять климатическим изменениям и адаптироваться к ним.

Ущерб для экономики в целом включает потери не только от снижения урожая, но и от резких скачков цен на агропродукцию. Ущерб несут не только производители, но и конечные потребители продукции, а именно население России. В этой связи необходима реализация комплексных программ, в том числе региональных, по снижению рисков и ущербов от климатических изменений, адаптации сельского хозяйства к меняющимся погодно-климатическим условиям.

Климатические изменения не признают границ. Во время засух пострадали практически все ведущие регионы-производители зерна в России. Но ущерб понесли не только отечественные агропромыш-ленники. В 2010 г. производство зерна сократилось в Европе, США, Канаде, Австралии и других странах, в результате запасы зерна в мире снизились на 25 %. Это привело к росту цен и на мировом рынке.

Готовы ли сельскохозяйственные предприятия страны к вызовам, связанным с изменением климата? Исследование показало, что обеспеченность техническими, энергетическими, финансовыми ресурсами явно недостаточна для устойчивого развития сельского хозяйства в России в условиях меняющегося климата. Кредиторская задолженность предприятий отрасли растет, финансовое положение более 30 % крупных и средних предприятий неустойчиво, техническая база сокращается, социальное по-

ложение на селе ухудшается. В таких условиях сложно рассчитывать, что предприятия смогут самостоятельно эффективно противостоять неблагоприятным воздействиям климатических изменений.

В этих условиях крайне важное значение придается научному планированию развития земледелия с учетом развития техники и технологий, способствующих процессу стабилизации продовольственного обеспечения и снижению рисков от неблагоприятных погодных условий.

Материалы и методы исследования

Для России с ее огромными земельными ресурсами и крайне низкой эффективностью использования потенциала аграрного производства задача повышения плодородия земель и снижения рисков от природно-климатических факторов имеет решающее значение не только для развития производства, но и для обеспечения продовольственной безопасности страны. Россия занимает первое место в мире по площади всех земель и третье место в мире после Австралии и Канады по обеспеченности пахотными землями на душу населения (табл. 1).

Таблица 1

Размер и структура земельных ресурсов России и основных стран мира

Всего С.-х. угодья В т.ч. пашня

Страна земель, в % от в % от на 100 че-

млн га млн га всех земель млн га всех земель ловек, га

Мир в целом 14894,0 1489,4 10,0 23,0

Россия 1707,5 166,0 9,7 102,1 6,0 72,0

Беларусь 20,8 8,9 42,8 5,5 26,4 56,0

Украина 60,4 37,0 61,3 30,8 51,0 66,0

Великобритания 24,2 17,0 70,2 5,7 23,6 10,0

Германия 34,9 17,0 48,7 11,9 34,1 14,0

Австрия 8,2 3,3 40,2 1,4 17,1 17,0

Италия 29,4 14,7 50,0 7,7 26,2 13,0

Франция 55,0 29,6 53,8 18,5 33,6 30,0

Швейцария 4,0 1,5 37,5 0,4 10,0 5,0

Швеция 41,0 3,2 7,8 2,7 6,6 30,0

Канада 909,4 67,5 7,4 45,7 5,0 141,0

США 916,2 414,8 45,3 174,4 19,0 59,0

Китай 932,7 556,3 59,6 143,3 15,4 11,0

Австралия 768,2 445,1 57,9 49,4 6,4 242,0

Для Приволжского федерального округа, в том числе и для Удмуртии, характерной особенностью является то, что основная часть сельхозугодий отведена под пашню. Причем в регионах с наиболее развитым сельским хозяйством эта доля намного выше. Так, Удмуртия занимает второе место после Республики Татарстан по доле пашни в структуре сельхозугодий и входит в число лучших территорий России по развитию аграрного производства (табл. 2).

Природно-климатические и экономические условия в Удмуртской Республике наиболее благоприятны для развития скотоводства, которое занимает более половины в структуре аграрного производства. Поэтому в растениеводстве республики основную долю занимают кормовые культуры и зерновые, которые выращиваются в основном на фуражные цели (табл. 3). При этом за последние 30 лет посевы зерновых культур во всех категориях хозяйств Удмуртии сократились с 739 тыс. га до 406 тыс. га [4]. Главной причиной такого сокращения является экономическая ситуация, которая привела к снижению эффективности производства зерновых. К тому же урожайность зерновых культур сильно подвержены влиянию факторов климатической среды, чего нельзя сказать о кормовых культурах.

Посевные площади в стране сократились с 1990 г. примерно на треть. При этом площадь зерновых культур уменьшилась на 29 % и составляет 57 % от общей посевной площади. Площадь кормовых культур снизилась более чем вдвое, а площадь технических культур возросла почти в два раза. В последние годы посевные площади изменялись незначительно. Можно отметить, что значительная часть бывших (ныне неиспользуемых) посевных площадей подверглась ветровой и водной эрозии, деградировала, заросла, доступ к ним затруднен из-за разрушенной инфраструктуры и т. д. Восста-

новление сельскохозяйственного производства на этих землях затруднено и потребует больших капиталовложений. Это около 33,3 млн га бывших посевных площадей по всей стране.

Таблица 2

Площади сельскохозяйственных угодий и пашни в Приволжском федеральном округе по всем категориям хозяйств

Субъект РФ Площадь сельхозугодий, тыс. га Площадь пашни, тыс. га Доля пашни, %

Российская Федерация, млн га 166,0 102,1 61,5

Приволжский федеральный округ, млн га 46,8 31,1 66,4

Республика Башкортостан 5991,3 3465,6 57,8

Республика Марий Эл 639,2 458,3 71,7

Республика Мордовия 1410,7 925,6 65,6

Республика Татарстан 4152,3 3412,5 82,2

Удмуртская Республика 1632,1 1261,6 77,3

Чувашская Республика 927,0 641,0 69,1

Пермский край 1742,2 1269,2 72,8

Кировская область 2657,4 1486,6 55,9

Нижегородская область 2618,0 1582,9 60,5

Оренбургская область 9159,8 5530,4 60,4

Пензенская область 2489,3 1641,9 66,0

Самарская область 3575,5 2708,7 75,8

Саратовская область 7735,6 5215,1 67,4

Ульяновская область 2100,0 1464,5 69,7

В Удмуртской Республике под зерновыми культурами занято 42,5 % посевных площадей, из них озимые культуры занимают 18 %. В последние годы наметилась тенденция сокращения посевов зерновых культур. При этом возрастает доля кормовых посевов. Эти изменения напрямую связаны с последствиями неблагоприятных природно-климатических условий. Для сохранения поголовья скота сельские товаропроизводители вынуждены менять структуру кормового рациона, сокращая в нем долю фуражных кормов и увеличивая долю сочных и грубых кормов. При этом объемы производства зерна в целом по республике существенно не сократились, что было обусловлено ростом урожайности в долгосрочной динамике, хотя этот показатель в последние годы имел крайне нестабильный характер.

Таблица 3

Динамика посевных площадей сельскохозяйственных культур

Показатель 1990 г. 1995 г. 2000 г. 2005 г. 2010 г. 2010 г. в % к 1990 г.

Российская Федерация

Вся посевная площадь 117705 102540 84670 75837 77805 66,10

в том числе: зерновые и зернобобовые культуры 63068 54705 45585 43593 47553 75,40

технические культуры 6111 6476 6458 7615 8962 146,65

картофель и овощи 3966 4303 3728 3019 3002 75,69

кормовые культуры 44560 37056 28899 21610 18288 41,04

Удмуртская Республика

Вся посевная площадь 1401 1272 1152 1168 1072 76,52

в том числе: зерновые и зернобобовые культуры 739 677 538 468 456 61,7

технические культуры 18 8 9 15 9 50,00

картофель и овощи 50 60 59 56 44 88,00

кормовые культуры 594 527 546 629 613 103,20

Урожайность сельскохозяйственных культур как результирующий показатель земледелия и растениеводства представляет большой интерес для исследований агроклиматического потенциала конкретных территорий. На процесс формирования урожая, как известно, влияет множество факторов. Основными из них являются приток солнечной радиации и степень ее поглощения посевом, влага, тепло, почвенное плодородие, уровень агротехники, сортовые особенности растений, фотосинтетический потенциал посева [5]. Познание специфики действия этих факторов, выбор наиболее существенных из них, количественное выражение и описание их связи с урожаем - все это сделает успешным и практически значимым анализ сложнейших процессов, протекающих в агроценозах.

Мероприятия по повышению эффективности растениеводства должны быть направлены на обеспечение максимально возможного урожая в существующих почвенных, климатических и экономических условиях. Значительный разрыв между потенциальным урожаем и фактическим вызван в значительной степени отклонением динамики факторов внешней среды от оптимальных для продукционного процесса фитоценоза в течение вегетационного периода. Стремление к согласованию потребностей растений с условиями внешней среды является основным экологическим принципом повышения продуктивности [6]. При этом слагаемые урожайности, зависящие от человека, - сортовой состав, уровень агротехники, энерговооруженность и другие - могут лишь ослабить или усилить воздействие природно-климатических составляющих.

В связи с этим возникает агрометеорологическая проблема определения степени влияния климатически обусловленных изменений факторов окружающей среды на жизнедеятельность растений и урожайность сельскохозяйственных культур. Оценка такого влияния является необходимым условием оптимального размещения сельскохозяйственных культур и планирования производства.

Результаты и их обсуждение

Анализ урожайности зерновых культур в Удмуртии за столетний период, с 1913 по 2013 гг., показал, что плодородие наших земель зависит от внутренних и внешних факторов, которые формируют урожай растений. Во-первых, это долговременная тенденция (тренд), обусловленная развитием науки и технологий, совершенствованием севооборотов и техники. Этот тренд, безусловно, положительный. Так, за исследуемый период средняя урожайность зерновых повысилась с 6,9 до 13,5 центнеров с гектара, увеличиваясь на 0,7 центнера в среднем за каждое десятилетие.

Второй основной составляющей урожайности является циклическая компонента, которая обусловлена главным образом действием внешней среды, климатических условий. Анализ динамики урожаев зерновых культур Удмуртии показал, что эта циклическая компонента имеет периодичность 8 лет. Такой вывод сделан на основе коррелограммы, которая показана на рис. 1.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Временной лаг

Рис. 1. Коррелограмма урожайности зерновых культур Удмуртии за 1913-2013 годы

Как видим из рисунка, наиболее значимым в динамике статистических показателей урожайности зерновых является коэффициент автокорреляции 7-го уровня, который показывает, что низкие урожайности повторяются через каждые 7 лет на восьмой год.

Совершенно очевидно, что это обусловлено природно-климатическими факторами. Проверив влияние таких показателей, как количество осадков и среднемесячных температур, на урожайность, нами было выявлено, что наиболее существенное значение в условиях Удмуртии на формирование урожая оказывает сумма осадков в мае-июне и среднемесячная температура в апреле-мае. Графики

зависимости урожайности от этих факторов отражены на рис. 2 и 3. В совокупности эти факторы объясняют 57 % изменения урожайности зерновых за исследуемый период.

у = 0,043х + 5,413 D = 0,223

20

40

60

140

160

180

80 100 120 Сумма осадков, мм

Рис. 2. Влияние суммы осадков в мае-июне на урожайность зерновых культур в УР

200

Коэффициент детерминации D показывает, что осадки оказывают более сильное влияние на урожайность, нежели среднесуточные температуры.

га

ь_

jf

í5

ra S о

20 1S 10

s o

4,0

♦ ж i у = * 0,275t+ 7,994 0 = 0,017

♦ ♦ -Ф-Ф-ф

_Vtt-А... ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

♦

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

Среднесуточная температура, град, С Рис. 3. Влияние среднесуточных температур в апреле-мае на урожайность зерновых культур

Примечательно, что в результате обработки материалов метеонаблюдений по 8 метеостанциям Удмуртии подтверждается вывод о том, что климатические условия имеют такую же периодичность циклов, что и урожайность, - 8 лет. Подтверждением этому является коррелограмма количества осадков в июне месяце на территории Удмуртии, показанная на рис. 4.

0,4

з

-

е:

о Ё о

4

-0,2

Временной лаг оси Рис. 4. Коррелограмма количества осадков за июнь месяц

Так же, как и при анализе урожайности, наиболее высоким является коэффициент автокорреляции осадков 7-го уровня в июне месяце.

Зависимость урожайности от природно-климатических условий существенно влияет на производственно-экономические показатели не только растениеводства, но и животноводства, так как зна-

чительная доля зерновых используется на фуражные цели. Поэтому очень важно оценить риски потери урожая при неблагоприятных погодных условиях и планировать деятельность с учетом прогнозов, хотя бы ориентировочных.

Для решения этой задачи нами построена корреляционно-регрессионная модель следующего

вида.

Y = В + 0,016X1 + 0,066X2 + 0,425X3,

где Y - прогнозируемая урожайность, ц/га,

В - средняя базовая урожайность, ц/га,

Х1 - сумма осадков в мае, мм,

Х2 - сумма осадков в июне, мм,

Х3 - среднемесячная температура в апреле, °С.

Степень надежности модели по критерию Фишера очень высокая и приближается к 100 %. Коэффициент детерминации составляет 51 %.

Данную модель можно применять для расчета ориентировочной величины урожайности в регионе и в районе, а также для краткосрочного прогнозирования при известных прогнозах температур и осадков.

Так, потенциальную среднюю урожайность зерновых культур в Удмуртии при благоприятных погодных условиях можно рассчитать исходя из оптимальной за наблюдаемый период величины осадков и температур. Самая высокая среднемесячная температура в апреле была -1 °С в 1990 г. Наибольшее количество осадков за исследуемый период наблюдалось в 1965 г., когда за май месяц сумма осадков составила 107 мм, а в 2005 г. на июнь месяц пришлось 136 мм осадков. Учитывая, что средняя базовая урожайность за исследуемый период составляет 6,866 ц/га, потенциальная урожайность зерновых в Удмуртии составит 16,55 ц/га. На эту урожайность следует наложить тренд, и тогда потенциальная урожайность возрастет еще на 7 ц/га и составит 23,55 ц/га. Такую урожайность можно получить в Удмуртии в целом при сложившихся технологических и технических условиях и при удачно сложившихся природно-климатических условиях. Многие хозяйства уже сегодня получают намного более высокие урожаи за счет интенсивного применения достижений науки и современных технологий. Но для таких хозяйств природа и климат также играют немаловажное значение, обеспечивая изменение урожая в сторону увеличения до 10 ц/га при благоприятных условиях или снижения на такую же величину при неблагоприятной погоде.

Заключение

Общая тенденция изменения урожайности сельскохозяйственных культур, амплитуда ее колебания по годам зависят от целого ряда факторов, в число которых входят в основном метеорологические условия и антропогенные факторы, подразумевающие уровень культуры земледелия. Антропогенные факторы лишь определяют общую тенденцию роста или спада урожайности за длительные временные интервалы. Ежегодные колебания продуктивности относительно тренда в основном обусловлены погодой и связаны с климатическими особенностями данной территории [7].

В данной работе на основе таких параметров, как коэффициент чувствительности рядов урожайности к годичным климатическим изменениям, автокорреляции 1-13 порядка, коэффициент линии регрессии и среднемноголетней урожайности зерновых, исследованы закономерности ее изменчивости, исследовано влияние основных климатических переменных на величину урожайности при помощи оценки климатических функций отклика.

В результате анализа динамики урожайности зерновых выявлены тенденции и циклические колебания урожаев. Корреляционный анализ показал, что цикличность обусловлена периодами повторений благоприятных и неблагоприятных природно-климатических условий. В Удмуртии длительность этого периода составляет 8 лет.

На основании полученных результатов проанализирована возможность обобщения данных по степени действия благоприятного сочетания факторов формирования урожая, полученных для зерновых культур.

Данные исследования показали, что сложившиеся за последние годы в Удмуртии климатические условия не способствовали получению устойчивых урожаев зерновых культур. Выявлено, что наибольшее влияние на формирование урожая в Удмуртской Республике оказывает сумма осадков в начале ве-

гетационного периода в мае и особенно в июне месяце, а также температура воздуха в апреле перед началом посевных работ, когда от степени нагрева и готовности почвы к севу зависит судьба урожая.

Для решения вопросов стабилизации развития земледелия в России нужен комплекс мер долгосрочного характера:

- оптимизация соотношения посевов озимых и яровых сельскохозяйственных культур для учета изменений условий осенне-зимнего периода;

- расширение посевных площадей менее теплолюбивых и более урожайных культур, обеспечивающих интенсификацию сельскохозяйственного производства;

- расширение посевных площадей пожнивных (вторых) сельскохозяйственных культур для использования в качестве кормовых и тепловых ресурсов;

- развитие орошаемого земледелия для повышения устойчивости сельскохозяйственного производства и утилизации дополнительных тепловых ресурсов;

- внедрение влагосберегающих технологий, подбор более устойчивых культур (сортов);

- создание страховых запасов продовольствия для снижения потерь от возможной аридизации климата и обеспечения продовольственной безопасности.

Дальнейшая модернизация сельскохозяйственной отрасли с переходом на инновационные технологии позволит снизить степень ее зависимости от неблагоприятных погодных условий и увеличить производство продукции.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Влияния изменения климата на сельское хозяйство России: национальные и региональные аспекты (на примере производства зерна). М.: ОКСФАМ, 2013. № 4. С. 37-54.

2. Переведенцев Ю.П., Соколов В.В., Наумов Э.П. Климат и окружающая среда Приволжского федерального округа. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2013. 274 с.

3. Оценка макроэкономических последствий изменений климата на территории Российской Федерации на период до 2030 года и дальнейшую перспективу / под ред. В.М. Катцова, Б.Н. Порфирьева. М.: Д'АРТ: Главная геофизическая обсерватория, 2011. 252 с.

4. Акмаров П.Б. Эффективность использования производственных ресурсов коллективными хозяйствами // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. 2002. № 4. С. 14-15.

5. Пасов В.М., Яцало Б.И. Использование комплекса моделей в агрометеорологическом прогнозировании // Метеорология и гидрология. 1992. № 12. С. 87-94.

6. Тооминг Х.Г. Экологические принципы максимальной продуктивности посевов. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.

7. Рысин И.И. О проявлениях глобального потепления климата на территории Удмуртии // Вестн. Удм. ун-та. Спецвып. Наука о Земле. 2003. С. 51-60.

Поступила в редакцию 05.05.14

P.B. Akmarov, O.P. Kniazeva, I.I. Rysin

AGROCLIMATIC POTENTIAL OF EFFICIENCY OF AGRICULTURE

The article shows the tendencies the climate change in the world and in Russia for the recent years and the expected forecasts for the next decade. We have analyzed the influence of these changes on the efficiency of agrarian production and well-being of people. The leading part of Russia, taking into account its resource potential, in agricultural production is shown. The article also considers the regional features of using agrarian soils in Russia and the questions of the efficient use of agricultural resources. The role of environmental conditions and the influence of weather factors on the productivity of grain crops in dynamics from 1913 for 2013 is allocated. Recurrence of climate changes and its influence on efficiency of agrarian manufacture as a whole, and also on an example of grain branch is proved. We have constructed the mathematical model of productivity of grain on the basis of the trend and regress equations and presented the recommendations on the decrease of the influence of risks of natural character on the efficiency of agriculture. We also show the calculation of potential possibility of grain production in the Udmurt Republic.

Keywords: prirodno-climatic factors, the hydrometeorological phenomena, climatic changes, agriculture stabilisation, efficiency of plant growing, productivity grain, autocorrelation factors, forecasting, potential productivity.

Акмаров Петр Борисович, кандидат экономических наук, профессор кафедры экономической кибернетики и информационных технологий E-mail: akmarov@izhgsha.ru

Князева Ольга Петровна,

кандидат экономических наук, доцент кафедры бухгалтерского учета, финансов и аудита E-mail: izgsha_ur@mail.ru

ФГБОУ ВПО «Ижевская государственная

сельскохозяйственная академия»

426069, Россия, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11

Akmarov P.B.,

Candidate of Economics, Professor of Department of economical cybernetics and IT E-mail: akmarov@izhgsha.ru

Knyazeva O.P.,

Candidate of Economics, Associate Professor of Department of accounting, finance and audit E-mail: izgsha_ur@mail.ru

Izhevsk State Agricultural Academy Studencheskaya st., 11, Izhevsk, Russia, 426069

Рысин Иван Иванович, доктор географических наук, профессор кафедры физической географии и ландшафтной экологии

ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Россия, г. Ижевск. ул. Университетская, 1 (корп. 4) E-mail: rysin@uni.udm.ru

Rysin I.I., Doctor of Geography,

Professor of the department of physical geography

and landscape ecology

Udmurt State University

Universitetskaya st., 1/1, Izhevsk, Russia, 426034 E-mail: rysin@uni.udm.ru