doi: 10.15389/agrobiology.2024.3.473rus
УДК 633.1:632.112:911.6(1-924.8)
ВЫЯВЛЕНИЕ УЯЗВИМЫХ ДЛЯ ДЕФИЦИТА ВЛАГИ ЗЕРНОПРОИЗВОДЯЩИХ ТЕРРИТОРИЙ НА ОСНОВЕ МЕЗОРАЙОНИРОВАНИЯ ЗОНЫ НЕУСТОЙЧИВОГО УВЛАЖНЕНИЯ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ КЛИМАТА
В ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ
М.В. НИКОЛАЕВ ✉
Как известно, длительные дефициты атмосферной влаги вызывают засухи, которые в случае крупномасштабного охвата и исключительной суровости попадают в разряд стихийных бедствий. Установлению причин возникновения засушливости и движущих механизмов ее распространения, а также оценке засух по времени их наступления, продолжительности, интенсивности и повторяемости в условиях нарастающих климатических изменений посвящены исследования во всем мире. Их актуальность обусловлена тем, что вклад засушливых регионов в мировое производство высококачественного зерна очень велик. К одному из таких регионов относится зона неустойчивого увлажнения, расположенная в средней части европейской территории России и включающая Центральное Черноземье, Среднее Поволжье и юг Урала, где выращиваются ценные сорта яровых колосовых злаков. В настоящем исследовании оконтуривание границ уязвимых зернопроизводящих территорий впервые осуществлялось по совокупности количественных критериев и качественных показателей. При получении комплексной оценки первостепенное значение имели агроклиматические индикаторы проявлений экстремальной засушливости. Впервые количественно показано, что в изменяющемся климате по чувствительности к проявлению экстремального недостатка влаги более северные и увлажненные зернопроизводящие территории становятся сопоставимы с более южными и сухими зернопроизводящими территориями и, кроме того, наибольшее снижение абсолютного минимума осадков при возрастающей повторяемости лет с резкими их дефицитами отмечается для пониженных участков рельефа. Цель работы заключалась в разработке мезорайонирования зоны неустойчивого увлажнения, расположенной в европейской части России, которое направлено на выявление территорий, уязвимых при дефиците атмосферной влаги при изменении климата, для эффективного управления рисками, возникающими при формировании конечной продуктивности ранних яровых культур. В зоне неустойчивого увлажнения на территории европейской части России были выбраны 32 агрометеорологические станции, для которых получены длительные однородные ряды данных с 1945 по 2021 год. Местоположение каждой станции охарактеризовано географическими координатами и высотой над уровнем моря. Критерии определения границ зоны неустойчивого увлажнения основывались на характеристиках агроклиматических условий и данных о размещении и концентрации посевов, а также показателях погодно-климатической вариабельности урожаев. Временные интервалы выбирали как по периодам, содержащим длительную последовательность лет, так и по срокам в течение вегетации культур. Исходя из особенностей проявления аномалий глобально осредненной приземной температуры воздуха с 1880 по 2021 годы, выделили два временных отрезка — 1945-1980 годы и 1981-2021 годы. Интервал посев—колошение был выбран в качестве периода вегетации, от погодных условий которого напрямую зависела величина конечного урожая яровых зерновых культур. Для всех станций продолжительность этого отрезка тесно совпадала с периодом, охватывающим май и июнь. Почвенные критерии включали качественные характеристики и количественные показатели. К ландшафтным критериям относились учет широтной поясности, определяющей смену типов ландшафта; учет долготной составляющей, влияющей на некоторое смещение к северу степных ландшафтов по мере продвижение вглубь континента; учет высотной ярусности ландшафтов. Мезорайонирование основывается на переходе от зональных схем районирования к уровню подрегионов, исходя из их агроклиматических, почвенных и ландшафтных особенностей. Изначально это позволило разделить зону неустойчивого увлажнения на две части, характеризующиеся противоположными тенденциями в изменении засушливости вследствие вклада атмосферных циркуляционных процессов разного типа — западную часть (менее уязвимую) и восточную часть (более уязвимую). В 1946 и 1981 годах экстремальный дефицит осадков наблюдался в областях к западу от среднего течения Волги, находящихся под влиянием зонального типа атмосферной циркуляции. В 1975, 1998 и 2010 годах им была охвачена очень обширная территория, включая области к востоку от среднего течения Волги, где проявлялось влияние меридионального типа атмосферной циркуляции. Поскольку 1975 год относится к первому периоду, а 1998 и 2010 годы — ко второму, то соотношение таких лет по периодам составляло 1:2. Это свидетельствует о том, что в будущем нельзя исключать учащение крупномасштабных резких дефицитов атмосферной влаги, приводящих к катастрофическим засухам и потребуется разработка эффективных мер для смягчения их последствий. Также из полученных результатов можно заключить, что смещения границ уязвимых к дефициту влаги зернопроизводящих территорий в пределах зоны неустойчивого увлажнения на европейской части России осуществляется в северном направлении с вовлечением более увлажненных областей. В условиях нарастающих изменений глобального климата это согласуется с общей тенденцией распространения суровых засух по направлению к полюсам. Поскольку в Предуралье, Заволжье и на юге Урала весенне-летние засухи становятся более суровыми и частыми, внимание следует фокусировать на эффективном управлении влагообеспеченностью и продуктивностью посевов, которое может быть достигнуто выбором оптимальных приемов агротехнических, лесомелиоративных, противоэрозионных и обводнительных мероприятий или их комплексного применения. Эффективное управление продуктивностью тесно связано с внедрением селекционных достижений и планированием размещения сортов и культур. Дифференциацию методов и стратегий для адаптации удобно осуществлять, исходя из степени засушливости, почвенных характеристик и типа ландшафта уязвимых зернопроизводящих территорий.
Ключевые слова: зона неустойчивого увлажнения, мезорайонирование, изменение климата, дефицит осадков, уязвимость, адаптация.
M.V. Nikolaev ✉
Long-term deficits of atmospheric moisture cause droughts, which, in case of their large-scale spread and exceptional severity, are hazardous natural disasters. Therefore, identifying the causes of drought, the driving mechanisms of its spread, and assessing droughts by the time of their onset, duration, intensity and frequency are the focus of attention of researchers around the world in the context of increasing climate change. In such studies, the analysis of spatiotemporal changes in precipitation deficit comes to the fore, and its changes are associated with the manifestation of climate variability and intensified anthropogenic impact on the climate. Their relevance is due to very large contribution of semiarid regions to the world production of high-quality grain, since the world food supply depends on the stability of the final yields. The Dry Farming Cropland (DFC), an agricultural region with an unstable precipitation regime, is located in the middle part of European Russia and covers the Central Black Earth region, the Middle Volga region and the south of the Urals where valuable cultivars of spring small grain cereals are grown. The novelty of our study lies in the fact that the boundaries of vulnerable grain-producing territories in the eastern part of the DFC are delineated based on a set of quantitative criteria and qualitative characteristics of which agro climatic indicators of extreme aridity are of paramount importance. This paper is the first to submit data on the delineation we obtained. For the first time, we have quantitatively shown that in a changing climate, more northern and moist grain-producing territories become comparable to more southern and drier grain-producing territories in terms of susceptibility to extreme moisture deficiency. In addition, the greatest decrease in the precipitation absolute minimum with an increasing frequency of years with sharp deficits is characteristic of low-relief landscapes. Our goal was to develop the DFC meso-zoning for identification of areas vulnerable to atmospheric moisture deficiency under climate change to provide effective management of the risks during final yield formation in early spring crops. Geographic coordinates and altitude above sea level were indicated for 32 agrometeorological stations with homogeneous data series from 1945 to 2021 located in the unstable moisture zone of European Russia. The boundaries of the unstable moisture zone were determined based on the agro climatic conditions, data on crop location and concentration, and on indicators of weather and climatic variability of yields. Time intervals were selected for both a long sequence of years and periods during the growing season. Based on the characterization of anomalies in globally averaged surface air temperature from 1880 to 2021, two periods identified were 1945-1980 and 1981-2021. The sowing—heading dates were chosen as the period during which weather conditions directly affect the final yield of spring grain crops. For all stations, these periods closely coincided, covering May and June. Soil criteria included qualitative characteristics and quantitative indicators. Landscape criteria included latitudinal zonation which determines the change in landscape types, longitudinal component which influences some northward shift of steppe landscapes as we move deeper into the continent, and the altitude layers of landscapes. Mesozonation is based on the transition from zonal schemes to subregional levels based on their agro climatic, soil and landscape features. Initially, this provides dividing the DFC into two parts with the opposite trends in changes of aridity, the less vulnerable western part and the more vulnerable eastern part. In 1946 and 1981, extreme precipitation deficits occurred in areas west of the middle Volga, as influenced by the zonal type of atmospheric circulation. In 1975, 1998 and 2010, it covered a very vast territory, including areas east of the middle Volga, where the influence of the meridional type of atmospheric circulation occurred. Since 1975 belongs to the first period, and 1998 and 2010 belong to the second, the ratio of such years by period was 1:2. This indicates that in the future, we cannot exclude an increase in large-scale sharp deficits of atmospheric moisture, leading to catastrophic droughts, which requires the development of measures to mitigate drought consequences. These results also draw to conclusion that in the unstable moisture zone of European Russia, shifts to a northern direction occur, involving more humid areas of vulnerable grain-producing territories. Globally, this is consistent with the general trend of severe droughts spreading towards the poles. Since spring-summer droughts are becoming more severe and frequent in the Urals, Trans-Volga region and the south of the Urals, attention should be focused on the effective management of moisture supply and crop productivity, which can be achieved by choosing the optimal agro technics, forest reclamation, anti-erosion and watering measures or their combination. Effective productivity management closely depends on use of breeding achievements and zonal growing of varieties and crops. It is convenient to differentiate methods and strategies for adaptation based on the degree of aridity, soil characteristics and landscape type of vulnerable grain-producing areas.
Keywords: Dry Farming Cropland, meso-zoning, climate change, precipitation deficit, vulnerability, adaptation.
ФГБНУ Агрофизический научно-исследовательский |
Поступила в редакцию |
