Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

АГРОКЛИМАТИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЮЖНО-МИНУСИНСКОЙ КОТЛОВИНЫ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "АГРОКЛИМАТИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЮЖНО-МИНУСИНСКОЙ КОТЛОВИНЫ"



На правах рукописи

Николаева Зоя Николаевна

АГРОКЛИМАТИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЮЖНО-МИНУСИНСКОЙ котловины

03.00.16 — экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Красноярск-2005

Работа выполнена на кафедре земледелия аграрного факультета в ФГОУ ВПО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Ката нова»

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор Чулрова Валентина Владимировна

Оф иииал ьн ые оп пон е мты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Едимеичев Юрий Федорович; кандидат биологических наук Жкрнова Дина Федоровна

Ведущая организация Государственный комитет по охране окружающей среды и природопользования Республики Хакасия

Защита диссертации состоится Имс&ф* 2005 года в_ /Г* часов на заседании диссертационного совета Д 220, 037. 01 при ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск-49, проспект Мира, 88. Факс: (3912) 27-97-52

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан 7 005 г

Учёный секретарь диссертационного совета

Актуальность исследований определяется важнейшей (планетарной) ролью агроклиматических ресурсов в продукционном процессе на Земле и непосредственно связана с проблемой глобального потепления климата.. Средняя годовая температура воздуха увеличилась за прошедшее столетне примерно на 0,6°С (Яншин, Булыко, Израэль, 200))..В течение нескольких десятилетий текущего столетия прогнозируется повышение средней температуры на 1-3,5°С (Second Assessment. Climate Change, 1995), Потепление климата окажет значительное воздействие на условия среды обитания, обеспечивающие и лимитирующие функционирование естественных н антропогенных систем. Потепление приведет к изменению про-, дуктивиости растений, в т. ч. и сельскохозяйственных, и осложнит режим природопользования. Поэтому проблеме глобального потепления климата с его. негативными последствиями уделяется большое внимание, что провело к созданию Рамочной конвенции ООН об изменении климата {1992 г.). ...

Для уточнения реальных оценок современных тенденций изменения климата необходимы региональные исследования. К настоящему времени выявлены некоторые пространственно-временные теаденции динамики климата, указывающие на повышение средних годовых температур в ряде регионов России (Кабанов, 1997). Пространственно-временные изменения климатических показателей юга Средней Сибири, в пределах Южно-Минусинской котловины, изучены недостаточно. Получение региональных,оценок этих показателей будет способствовать увеличению базы данных для характеристики климатоэкологнческого состояния среди обита; ния (Буфал, Густокашина, Трофимова, 2003) и для прогнозов изменений локального климата территории лод влиянием естественных и антропогенных факторов, . . .

. Земледельческая территория Южно-Минусинской котловины в границах Республики Хакасия занимает, важное место в агропромышленном производстве. Изменение продуктивности основных сельскохозяйственных культур с, учетом возможных региональных изменений климата, в разных ландшафтное климатических зонах должно быть изучено на выявленных за прошлые годы связях между урожай!юстью н агроклиматическими показателями. Цель - анализ пространственно-временных изменений агроклиматических показателей на территории Южно-Минусинской котловины в границах Хакасии. Основные задачи; , f - .,.>■,..■ . , ■1 1 .

1. Сформировать банк данных как основу для ведения агроклиматического мониторинга. ... ... . ... ... ■ ,.

2. Получить количественные оценки изменений термических условий,. Определить количественные оценки изменений среднегодовых, среднесезон-

ных и за вегетационный период сумм осадков. ... - " ;

4, Оценить скорость изменений основных агроклиматических показателей.

5. Выявить, основные, агроклиматические^ переменные; влияющие на .изменчивость продуктивности сельскохозяйственных культур (на примере зерновых). Научная новизна - На основе овобщения большого массива данных (1941-2000 гт.) представлена оценка состояния, динамики и прогноза изменений агроклиматических ресурсов на территории Южно-Минусинской.котловины.в границах Хакасии. Показано устойчивое повышение среднегодовой температуры воздух а со скоростью 0,020С/год в степи и лесостепи и 0,04оС/год в сухой степи.'Обнаружены тенденции увеличения осадков в третьем 20-летии (1981-2000 гг.) периода исследований. Получены новые материалы,, выявившие влияние, агрокл и матичен

3 \ Ц -?5 МСУ-А \

скнх показателей (сумма осадков основной части вегетационного периода, средняя температура всего и основной части вегетационного периода) на урожайность зерновых культур в условиях региона.

Практическая значимость работы состоит в возможности использования созданного банка данных в качестве основы для ведения агроклиматического мониторинга, для моделирования пространственно-временной динамики агроклиматических показателей и их отклика на антропогенные воздействия. Результаты исследований могут учитываться при организации и планировании сельскохозяйственных мероприятий: подбор сортов полевых культур, агротехника и т.п. Созданная модель зависимости урожайности зерновых культур от основных агроклиматических показателей может использоваться для прогнозных целей. Материалы исследований применяются в учебном процессе Хакасского государственного университета им. Н.Ф. Катанова по курсам «Агрометеорология», «Агроэкология» и «Охрана окружающей н природной среды». Защищаемые положения:

К На территории Южно-Минусинской котловины за период 1941-2000 гг. наблюдается устойчивое повышение среднегодовой температуры воздуха за счет зимня х сезонов со скоростью0,06"Огод. ■

2. Тенденции увеличения осадков осенью, зимой и весной отмечаются в лесостепной, степной и сухосгепной зонах, летом - в степи и лесостепи ЮжноМинусинской котловины.

3. Количество осадков основной части вегетационного периода оказывает влияние на пр0дуктив(юсть зерновых культур в сухосгеп и, термические условия - в степи и лесостепи. Статистическая модель описывает экспоненциальную зависимость урожайности зерновых культур от основных агроклиматических показателей в сухостепной зоне Южно-Минусинской котловины. " Апробаиня работы. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ: 1 cra-тья. 6 материалов научных конференций и школ, 1 тезисы научной конференции. Основные материалы исследований доложены и обсуждены на Международной конференции по фундаментальным наукам « Л омоносов-2003» (Москва, МГУ, 2003); IV Съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004); Третьей Научной Школе «Болота и биос<£ера» (Томск, Томский государственный педагогический университет, 2004); Международной научно-практической конференции «Современные исследования в физико-математических науках» (Петропавловск, Се веро-Казахстанский университет им. М: Козыбаева, 2004); Международной научной-практической школы-конференции «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан,' Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Ката нова, 2004), Ш Всероссийской научной конференции «Современные проблемы почвоведения' Сибири и оценки земель Сибири» (Томск, Том1 скнй государственный университет, 2005), научных семинарах кафедры земледе--лия Хакасского государственного университета им, Н.Ф. Катанова (п. Зеленое^ 2002-2005) и кафедры почвоведения и агрохимии Красноярского государственного аграрного университета (Красноярск, 2005).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 145 страницах компьютерного набора, состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка н приложения. Содержит 2t таблицу и 22 рисунка Библиографический список включает 171 источник, из них 10 на'иностратшх языках.

Личный. вклад. Систематизация натурных агроклиматических показателей и урожайности зерновых культур, их обработка и интерпретация полученных результатов выполнены лично автором.

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность, начальнику ГУ ХЦГМС Гусейнову B.A. за оказанную поддержку в работе с архивными документами, кандидату биологи чес к их наук Александровой С. В. за помощь в по* строении статистической модели зависимости урожайности зерновых культур от агроклиматических показателей.

Глава Г

Некоторые характеристики современного климата (обзор литературы)

11а основе анализа научных публикаций приводятся современные исследования изменений климата в различных регионах мира, России и сопредельных государствах. Наиболее часто в литературе изменения климата связывают с долговременным изменением шлей температуры, которые достаточно широко изучены отечественными и зарубежными авторами: М.И. Будыко (1972, 1974), Е.С. Рубинштейном (1973), Г.В. Груза, Э.Е Раньковой <1980, 1989), К.Я. Винниковым (1985), МИ. Будыко, Ю.А. Израолем, М.С. Маккракена (1991), К.Я. Кондратьевым (1992), N. Tsuyoshi, Y. Ian (1993), R. von Hans (1993), D. Parker, P. Jones, C. Fottang(l994), Е.С. Петровым (1994) и др. В последние гады интерес представляет изучение пространственно временной изменчивости поля атмосферных осадков (Волкова, Кужевская, 2003). При этом необходимым звеном исследования глобальных изменений климата является региональный и локальный мониторинг (Кабанов, 1997).

Глава 2

Объекты и методы исследований 2.1,Объекты » экологические условии региона исследований

Объектом наших исследований явились агроклиматические показатели метеостанций, типичных для сухостепной (ст. Хакасская), степной (ст. Бея) и лесостепной (ст. Таштып) ланзшафтно-климэтнческих зон. Выделение ландшафтно-климатической зоны сухосгепи определено значением индекса сухости (2,3). Совпадение максимума осадков и высоких температур обусловливает здесь интенсивное испарение с поверхности почвы, что позволяет охарактеризовать данную территорию как слабо-увлажненную, периодически подвергающуюся засухе (Лысанова, 2001). В степи и лесостепи значение индекса сухости составляет 1,6 и 1,4, соответственно. Геоморфологическая область расположения этих зон - Южно-Минусинская котловина, которая является южной частью межгорной Минусинской впадины.

В данной главе на основании литературных материалов (Сукачев, 1938; Ре-ведатто, t940; Соболевская, 1946; Петров, 1952: Градобоев, 1954; Кр к штофов ич, 1958; Ерохииа, 196h Михайлов, 1961; Черепнин, 1961; Справочник..., 1967, 1968, 1969, 1970; Затькова, Раковец, 1969; Коляго, 1969; Рашба, 1973; Калсп,1975; Ку-минова, 1976; Танзыбаев, 1975; Опасные..., 1987; Создание..., 1994) рассматриваются особенности тектонического строения территории и рельефа, характеристика растительности, климата, гидрографии, почвообразуюших пород, почвенного покрова.

2.2. Общая характеристика метеостанций

Рассмотрены сведения о метеостанциях (Хакасская, Бея, Таштып), на которых нами были отобраны агрометеорологические показатели. Даны их краткая историческая справка, физико-географическое расположение, программа наблюдений.

■ 23. Методы исследований ■.-»■

• В качество агроклкматкческихпоказателей' для каждой ' ланлшафтко-климатической зоны использовали среднегодовые температуры воздуха, °С (СГТВ), среднемесячные температуры воздуха вегетационного периода, ,"С (ТВП - [V-IX месяцы ), среднемесячные температур и. воздуха основной части вегетационного периода, ®С (ТОВП - V-V11 месяцы), суммы активных температур, °С (САТ), суммы осадков за год. мм (СОГ)> суммы осадков за вегетационный период, мм (СОВП-1У-1Хмесяиы), суммы осадков за основную часть вегетационного периода, мм (СООВП - V-VII месяцы) но метеостанциям Хакасская (сухостепь). Бея (степь), Таштып (лесостепь). На выбранных метеостанциях измерения осадков производилисьдва раза в сутки по осадкомеру Третьякова для получения их количества за дневную и ночную половины суток в сроки, ближайшие к 8 и 20 часам поясного декретного (зимнего) времени (Наставление..., 1985). Измерение температуры производилось в психрометрической будке на.высоте2 м от подстилающей поверхности при помощи стационарного психрометра S раз в сутки в стандартные сроки: 00,03, 06,09,12, 15, 18,21 час среднего гринвичского времени (СГВ), что соответствует 03, 06, 09, (2, 15, 18, 21,24 часам московского зимнего времени (Наставление..., 1985). . ,.= .■ _ , . ,

. Выборку ежемесячных данных по осадкам и температуре сделали из архивных материалов Хакасского республиканского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за 60-летний период (1941-2000гг.). Данные, 60-летнего периода разбили на три 20-летия и статистически обработали в программе Microsoft Excel ХР. Для уточнения термического режима и распределения осадков обработали среднемесячную информацию температуры воздуха н суммы осадков за 60 лет по сезонам года. Для характеристики изменчивости СГТВ, ТВП, ТОВП,' СОГ, СОВП, СООВП,' а также сред иессзо иной температуры н среднесе-зониых сумм осадков применили трендовый анализ и метод скользящих средних (10-летнее сглаживание).'Опенку параметров линейного тренда выполнили по методу наименьших квадратов (Пустыльиик, 1968; Жуков, Полевой, Витченко, 1989) в программе Microsoft Excel ХР. Получили уравнения линейных трендов!

■ Определение активных температур (СAT) производилось графически в* программе Microsoft Excel ХР по среднемесячном значениям 20-летий (Лекции..., 1966; Гулинова, 1974).' Активные температуры служат показателем обеспеченно-' сти теплом периода активной вегетации сельскохозяйственных культур..По графику среднемесячных температур" вегетационного периода для каждого 20-летие установили даты перехода температуры воздуха через10°С весной и осенью,'

Зависимость урожайности зерновых культур от метеорологических условий оценена нами по данным 30-летних (1971-2000 гг.) наблюдений в каждой ланд-шафтно-климатической зоне: урожайность зерновых (у),'годовая сумма осадков (Х|), сумма осадков за вегетационный период, апрель-сентябрь (х}),'сумма осадков 3ai май-июль (х}), среднегодовая температура (хд),'средняя температура за апрель-сентябрь (Xj), средняя температура за май-июль' (х^). Выборка данных урожайности зерновых культур сделана из архивных документов Министерства сельского хозяйства Республики Хакасия. Динамику урожайности в каждой зоне исследовали по линейным трендам (результат 5-летнего сглаживания). Для статистической оценки рядов наблюдений использовали методы вариационного* корреляционного и регрессионного анализа по программе Statistics. . -

..Глава 3 .....■•'

Региональны« тменени« термических условий - . ' 3.1.Изменение средних сезонной и годовой температур воздуха " Нами выявлено, что фактический рядередиегодоаых температур воздуха изменя-. ется достаточно синхронно во всех зонах, хотя в начале исследуемого периода (до кошш 40-х-годов) обосабливается степь.. За пределы среднекеалратнч^кого отклонения от средней многолетней годовой -температуры-вышли 22 случая. В рассмотренных 20-летиях выявили среднегодовое повышение температуры воздуха в сухостепи от 0,1 "С в период с 1941-1960 гг. до 1,7°С в период с 1981-2000 гг. (табл.1). Однако наибольший прирост среднегодовой температуры (на 0,8 °С) отмечается во втором 20-летни. Наибо-" лее холодным был период 1941-1960 гг., отрицательные значения среанегодовьк тем' перэтур наблюдались здесь 8 раз, в это же время было зафиксировано самое низкое ■ значение среднегодовой температурызабО лег(-1,6°С,ст. Хакасская, 1947г.). С 1981 по 2000 гг. отрицательное значение среднегодовой' температуры наблкщалось один раз (-0,1 »С, ст. Хакасская, 1984 г.). В течение этого времени было отмечено самое высокое положительное значение среднегодовой температуры за 60 лет (3,0'С, сг, Хакасская, 1997г.). Самая высокая среднегодовая температура воздуха за исследуемый 60-летний период, равная 1,7°С, наблюдается в степи (ст. Бея), в то время как в лесостепи ее значение составляет только 0,б°С. Изменение среднегодовых значений температур воздуха по 20-летиям в степи подобно изменению их в сухостепи: самое высокое среднегодовое значение температуры воздуха - в третьем 20-летни (22 еС), самое низкое - в первом 20-летии (U°C). Тенденция роста среднегодовой температуры воздуха в лесостепной зоне несколько меньшё,чем в сухостепной и степной зонах^, .

Выявлено, что наиболее ровный ход среднесезонных температур воздуха наблюдается в лесостепи г сред неквадратичес кие отклонения имекгг наименьшие значения по сравнению с сухостепью и степью. Самые Низкие сред несезонные зимние температуры воздуха были в сухой степи (-13,9вС). Здесь же и наибольшее квадра-' тическое отклонение. Среднесеэонная температура летом во всех зонах изменяется в достаточно широких пределах, хотя квадратичные отклонения имеют'довольно ровный ход,характерныйтаюке и для квадратичных отклонений среднесезонной температуры осенью. Наименьшее варьирование срелнесезонной температуры воздуха проявляется -в осенний период. Амплитуда ■ средней сезонной температуры -воздуха зимой отмечена наибольшей в сухой степи.' Она составляет 11,0"С. В лесостепи и степи наблюдаются одинаковые значения срелнесезонной амплитуды, равные 9,2°С.. Весной и летом обнаружили сглаживание срелнесезонной амплитуды температуры воздуха во всех ландшафтно-климатических зонах, осенью амплитуда увеличивается и изменяется от 4,S°C в лесостепи до 5,4°С в степи.'

Установлено, что в среднегодовой температуре за период е ¡941 по 2000 гг.:. в ландшафтно-кл им аттических зонах Южно-Минусинской котловины наблюдает-: ся устойчивый,положительный тренд,(рис.)). Самый высокий положительный тренд (0,04°С/год) отмечается в сухой степи. В .степной и лесостепной зонах он

одинаков и ранен 0,02°С/год. .....■■■■ - - — .-■ - ■ , . ; ; : ; — - ■: ■

: . Наиболее динамична тенденция потепления в периоде 1981 по 2000 гг.^ что -> не только не противоречит^ но-и подтверждает основные показатели увеличения: среднегодовой глобальной температуры воздуха, отмеченные -в работах ведущих' ' российский ученых (Кабанов, 1997; Яншин,-Будыко.ИзраЭль, 2001), - —- : - :

Таблица 1. Средняя многолетняя (1941-2000 гг.) температура воздуха за гол и ее статистические параметры, "С

Ландшафте о* климатические эонм Периоды X±iS, s' S гпах mm Амплитуда

ч IM t-1960 гг. O.ltO.Ji 0,37 0,75 L1 -1,6 М

Б 1961-1980 гг. 0,»К>,41 0,89 1.0 -0,7 1.7

и <J 1981.2000 гг. 1,7±0.4Э 0,83 0,91 3.0 3.1

1941-2000 гг. 1,12 1,0« - 3,0 -M 4,6.

ст.

1941-1 «60 гг. t,2±0,3l 0,43 0.65 2,2 -ОД ■ 2.4

1961-1980 гг. ■ 1.6*0.43 о.м 0.92 3,9 -0.2 3.1

i 1981-1000 гг. 1,2±0,41 0,76 0.87 3,6 0,6 3.0

1441-1000 гг. 1,71±в,24 0.S4 «,92 3,6 •0,2 зд .

CT» Топтмп

1441-1960 гг. 0,1 ±0,24 0,27 0,51 1.3 -0,7 t.9

л с 1961-Э9&0 гг. 0,5*0.42 0,8 t 0,90 1.8 -1,6 - 3,4

, С 1981-2000 гг I.U0.3S 0.J6 0.75 2.4 -0,1 2.5

1 »41-2000 гг. 0,i»±0,22 »,71 0,84 2,4 -1,6 4,0

Примечание:Здесь и дал«: X - среднее арифметическое./,^ -доверительный интервал,

S1 ~ дисперсия, S - среднее квадратическое отклонение, так- максимальное значение показателя, min — минимальное значение показателя. '

3.2. Динамика термических ресурсов вегетационного периода -Среднемесячные значения температуры воздуха за апрель-сентябрь (ТВП) с 1941 по 2000 годы следующие: самые высокие (13,1 °С) - а сухой степи, самые низкие (П,5вС) в лесостепи. Значения ТВП в сухостепной зоне менялись.от. ll,5eC(l9$8r„ ст. Хакасская) до 15,0еС (1945г., ст. Хакасская). Изменения средних значений ТВП потрем 20-летиям невелики; от 12,9 до 13,2°С. При анализе статистически» данных ТВП в сухой степи и стели оказалось, что значения стандартного отклонения близки, максимальная амплитуда совпадает и составляет 3,5 "С, котя трека в степной зоне имеет отрицательный знак (-0,004° С/год) (табл.2):

■ . В лесостепной и сухостепной зонах наблюдаются положительные тренды. Однако скорость трендов очень небольшая, что позволяет говорить онезкачи-тельном повышении температуры воздуха за вегетационные периоды 1941-2000 гг. Таким образом, выявленное повышение годовой температуры приземного слоя воздуха происходит не за счет повышения ее в вегетационный период, а за счет обшего потепления зимних сезонов.

Таблица 2. Уравнения трендов среднемесячной температуры воздуха (1941 -2000 гг.) за вегетационный период (апрель-сентябрь), "С

Ландшафтно-климатические зоны Уравнение тренда ■■

Сухостепь у-»,00(х+)3.0

Стень у™^0,004х+12,3

Лесостепь у-0,004к+11,4

1-е

1941- 1М5. 195Э- 1б«1* 19&9- 196»* 1973- 1977- 1901* 199«.

1«вО Ю54 1»Эв 19« • 19вв *.1970 1»74 1»ГВ 19В2 1дв6 1«90 19М 1*99

ССАТВ

ко..................... ............. I I I I | I ........ ■ ■ ,- I. ■■■ ■

«4&Г- 1М1. ЧИ1. 1Н4.

1 11М Чр*аа 1Ма 19И ^МО 1

Рис, I. Скользящие Ш-летние средние годовые и сезонные тсмлсратуры воздуха: ССГТВ - оглаженные среднегодовые, ССЭТВ - сглаженные средние зимние, ССЛТВ - сглаженные средние летние (—«♦ — ♦. сухостгиь;-*"- степь; ' лесостепь)

3.3. Изменения температуры воздуха за основную часть вегетационного периода

Поскольку главной причиной низких урожаев сельскохозяйственных культур в регионе является засухз в весенне-летний период, мы рассмотрели не только температуру воздуха за апрель-сентябрь, но и значения среднемесячных температур воздуха за май-июль (табл.3). .

Таблица 3. Средняя многолетняя (1941-2000 гг.) температура воздуха (°С) за основную часть вегетационного периода (май-июль) . ■ . * и ее статистические параметры

Ландшафтно- клкмзтичсские зоны Периоды X±iS, S1 S шах min Амплитуда

СТ. XtKMCKU

1941-1960 гг. 16,1 ±0,48 . 1,07 1,03 18.2 14,4 3,8

Б 1961-1980 гг. 16,0±0,45 0,92 0,96 18,6 14,7 3,9

g ■ 1981-2000 гг. 16,3±0,52 из 1,11 18.6 14,4 4.2

Q м • б- 1941*2000 гг. 1,05 1.0J 18,6 14,4 4,2

«т. Бм

1941-1960 гг. 15.2iO.iJ 1.28 1,13 17,5 11.0 4,5

196Ы980 гг. IS.0i0.44 0,88 0,94 18,0 13.8 4,2

л S 1981-2000 гг. 15,1 ±0,48 1,07 1,03 17,3 13,6 3,7

с 1941-2000 гг. 15,1*0,26 1,04 1,02 18,0 13,0 5,0

ст. Тяштып

1941-1960 гг I4,2±0,4S 0,94 0,97 15.9 12,3 3.6

л а 1961-1980 гг 14,3 ±0,4 J 0,84 0.92 17,0 13,1 3.9

и 1981-2000 гг. 14,3*0,46 0,95 0,97 16.2 13,0 зд

V w 1941-2004 гг. 144±0^4 0,89 0,94 17,0 12,3 4,7

Среднемесячные значения ТОВП за 1941 -2000гг. возрастают от лесостепной к сухостепной зоне. Средние кьадратическне отклонения колеблются в пределах 0,9-1,1. Значительных изменений среднемесячных температур воздуха в основной части вегетационного периода за 60-летний ряд наблюдений в каждой природной зоне, также как и колебаний в значениях их трендов не выявлено. Значение тренда ТОВП в сухой степи и лесостепи соответствует тренду ТВП, а степной же зоне происходит увеличение его отрицательного значения до -0,006° С.

3.4. Продолжительность периода активной вегетации к сумма активных температур

Полученные результаты показали, что максимальные значения.сумм среднесуточных температур выше- 10°С (СЛТ) в сухостепной зоне наблюдаются в период 1981 -2000 гг, Они составляют 2125°С. Среднее же значение CAT за 60 лет равняется 2062°С (табл.4). Увеличение сумм активных температур в сухой стели связано с явно проявившейся тенденцией более раннего перехода температуры воздуха через 10°С в весенний период. Продолжительность периода со среднесуточной температурой воздуха выше МУС близка к фактической периода вегетации растений в самой активной

фазе. Его величина за рассматриваемый 60-летний период в сухосгепной зоне наибольшая и составляет 130 дней. Средние даты перехода температуры воздуха через |0°С: 11 мая - весной и 18 сентября - осенью. 1

В'Степи CAT за рассмотренный период изменилась от 1810"С до 1900°С, среднее же ее значение составляет 1860°С. Даты перехода среднесуточной температуры воздуха через 10°С: 11 мая весной и 10 сентября осенью. Период со среднесуточной температурой выше 10°С а степи составляет 122 дня.

Таблииа'4, Суммы среднесуточных температур (CAT) и продолжительность . периода со среднесуточной температурой воздуха выше 10°С с 1941 по 2000гг,

Ландщафтно- климатические зоны . Периоды . . CAT, Переход (воздуха через *.., . 10"С Продолжит, периода с t более )0"С, (дни)

весной' осенью

ст. Хакасская

л . 1 ' ■ т ¿Г 1941-1960 гг. 2063 II V ' 18 IX 150

1961-1980 гг. 1997 14 V 17IX ■ 126

1981-2000 гг. 2125 6V 17 IX 134

1941-1000 гт. ' 1062 .: I0V . 17 IX 130

' *4 ' .....- ...... ст. Бея- - * - - «

■щ ' f Л" • е г ■ :: . с ; 1941-1960 гг. I860 < 13 V И IX 121

1961-1980 гг. 1810 15 V 10 IX 118

1981-2000 гг. 1900 • 7 V 10IX 126

1941-2000 гг. _ I860 *'' • ."У. 10IX 122

ст. Таштыл

л , ► с. ы • Л'. ^ -• • • -"1 ^ 1. I94J-1960 гг. •1700 - 14 V 7 IX 116

1961-1980 гг. 1680 IS V 7 IX 115

(981-2000 гг 1735 ■ ■ 12 V 8 IX 119

1941-2000 гг. .; 170S ! I4V ... 7 IX 117

Продолжительность периода со среднесуточной температурой воздуха выше ■ 10°G в лесостепи снизилась до 117дней,- :

- ■ Во всех зонах с первого по третье 20-летие наблюдается постепенное увеличение CAT и временного периода со среднесуточной температурой воздуха выше )0°С.

. Глава 4 __ . ....-,

Региональные изменения атмосферных осадков . ''" ' '4.1, Динамика среднегодовых и срелнесезонных сумм осадков .

. По , многолетним данным, в , ландшафтно-климатических зонах ЮжноМинусинской котловины количество осадков колеблется весьма значительно как по отдельным годам,.так и.по периодам, что сказывается на урожайности сель-' скохозяйственных культур. Минимальные годовые суммы осадков (СОГ) отме-' чаются в сухой степи (табл. 5):.303 мм за 60-летний период, В разные годы их количество варьирует от 149 мм (ст. Хакасская, 1945г.) до 453 мм (ст. Хакасская, 1967 г.), характер выпааення часто ливневый.От первого ко второму 20-летию происходило уменьшение СОР на 4,4 мм, от второго к третьему 20-летию - уве-

л мнение СОГ на 9,2 мм. Средние многолетние суммы осадков в зоне степи равняются 397 мм. Выявили постеленное увеличение годовых сумм осадков от первого ко второму 20-летию на 12,5 мм, а от второго к третьему 20-летию - на 44,2 мм. Их средняя сумма в степи с 1981 по 2000 гг. достигает 431 мм, что составляет 108.5% от среднегодовой суммы осадков за 60 лет. Среднеквадрэтическое отклонение за все 20-летия остается достаточно высоким, от 79 до 84 мм. Лесостепная зона более увлажнена по сравнению с сухостелной и степной- Здесь СОГ за рассматриваемый 60-летний период равна 433 мм. Тенденция распределения их количества такая же, как степи: увеличение от первого ко второму 20-летию на 8,2 мм, от второго к третьему 20-летию - на 36,8 мм. Наибольшее варьирование осадков везде наблюдается с 1961.no 1980 гг.

Таблица 5, Среднегодовые суммы осадков (1941-2000 гг.) и их статистические параметры, мм

Ланашафшо-климэтические тоны Периоды J±iSt S1 S Мах Min

ст. Хакасская

1941-1960 (т. 502,4*18,4 3698,6 60,8 381 149

с • 1961-1980 гг. 298.4±35.1 5634,2 75. t 433 205

С 1981-2000 гг. 307,6*23,3 2476,1 49,8 ' 408 224

5 к ■ о 1941-2000 гг. 302,8416,0 3817,4 -61,8, ' - 453 149

ст. Бее -

1941-1960 гг. 374,2*39,0 6957,2 83,4 516 - 277

1961-1980 гг. 386,7*39,1 6996.8 83.6 598 265

л с 1981-2000 гг. 430.9*37,0 6268.0 79,2 624 327

¿3 1941-1000 гг. 3973*21,8 7113,1 84,3 614 265

СТ.Т1ШГЫЛ

1941-1960 гг. 425,2*33,6 5163.9 71,9 510 223

л В ' 1961-1980 гг. 433,4*45,6 9508,6 97,5 703 218

ь к 1981-2000 гг. 470,2*27,7 3524,3 59,4 565 341

■ ъ 1941-2000 гг. 443,0*20,4 6250,0 7»,1 703 218'

.СОГна всей исследуемой территории в 1967 году превышает двойное сред-неквадратическое отклонение. Этот год был самым мокрым для сухостели и лесостепи. Здесь наблюдали максимальные годовые значения суммы осадков за исследуемый период (453 мм й 703 мм. соответственно). В степи максимальное годовое значение суммы осадков зафиксировали в 1996 году - 624 мм.

Самым сухим годом в Южно-Минусинской котловине оказался 1945 год.' Недобор осадков превышает двойное среднеквадратическое отклонение. Их количество варьировало от 149 мм в сухостели до 223 мм в лесостепи, хотя самый засушливый гад в лесостепи наблюдали в 1962 году с годовой суммой осадков 218 мм,- <

Далее рассмотрели СОГ по сезонам года и выявили самые влажные и сухие годы в каждой зоне котловины. Аномально влажным для всех зон бьш летний сезон 1967 г. В сухостепи за лето количество осадков составляло 193%, в степи - 208%, в лесостепи — 247% от нормы. Летнее количество осадков на всей исследуемой терри-

тории лревьгшало тройное среднсквадратическое отклонение. К аномально сухим летним сезонам в сухостепи относится лето 1945 года, когда количество осадков составляло 86 мм. Самый сухой летний сезон в степи наблюдается в 1975 г. с количеством осадков 74 мм; в лесостепи - 1962 г. с количеством осадков 86 мм. За исследуемый период отмечается значительное варьирование летних осадков. Наметившееся увеличение их количества прослеживается в степи и лесостепи. В осенние сезоны исследуемого периода также отметили увеличение количества осадков.

Атмосферные осадки - один из наиболее изменчивых климатических параметров. Рассматривая тренд среднегодового количества осадков, отметим, что в сухо-степной зоне наблюдается самый малый положительный тренд, всего 0,08 мм/год (рис.2). Наибольший положительный тренд, равный 1,79 мм, прослеживается в степной зоне. Осенью за исследуемый период во всех зонах котловины наблюдается самый большой положительный тренд осадков: от 0,196 мм в сухостепи до 0,642 мм в степи {табл.6). За леший сезон отмечается значительное варьирование значений трендов от положительного (0,587 мм) в степи до отрицательного (-0,219 мм) в сухостепи, В достаточно широких пределах Изменяются значения трендов зимой и весной. Весной их значения в сухостепи и лесостепи близки (0,072 мм и 0,081 мм, соответственно), в степи положительный трена достиг 0,298 мм. Зимой в степной и лесостепной зоне среднее значение тренда около 0.25 мм, зато в сухой степи он оказался на порядок ниже и составляет 0,021 мм. Во всех ландшафтно-климатических зонах наблюдается рост количества осадков в среднем на 5,4% за послезнсс исследуемое 20-летие по сравнению со средним значением за 60-летний период наблюдений. Для сравнения скажем, что на Нижнем Амуре их увеличение за период с 1981 по 2000 гг. составило 11,5% по сравнению со средним значением за (00-летний период наблюдений (Ново-роцкий, 2004); для южных и центральных районов Предбайкалья также выявлена тенденция увеличения осадков с 1960 по 1994 гг.; тренд 0,1 мм/год (Густокашинз, Латышева, Мордвинов, 2004).

4.2. Динамика осадков за вегетационный период Основная часть осадков на исследуемой территории выпадает во время вегетационного периода, что объясняется условиями циркуляции атмосферы. В результате усиления циклонической деятельности максимум осадков приходится на вегетационный период (в зоне сухостепи - 83%, в степи - 82%, в лесостепи -80% от годовой нормы). Максимальное количество осадков везде выпадает в июле-августе месяцах. Они в основном выпадают либо на холодных фронтах, либо в неустойчиво стратифицированном воздухе в области размытых малоподвижных депрессий и носят ливневый хараетер. Летом в котловины часто проникают северные ветры. С вхождением воздуха с севера связано выпадение осадков. Количество осадков за апрель-сентябрь возрастает (ю мере увеличения высоты местности от сухостепной зоны (253 мм) к лесостепной (353 мм). В исследуемые первое и второе 20-летия (1941-1961,1961-1980 гг.) среднее количество осадков за вегетационный период во всех зонах мало изменялось. В последнем исследуемом 20-летии (1981-2000 гт.) наметилось небольшое увеличение СОВП на 2% в сухостепи, на 13% в степи и на 12% в лесостепи по сравнению с их средними значениями за весь исследуемый период. По линейным трендам сумм осадков за вегетационный период (рис. 3) видим, что самое большое значение тренда СОВП наблюдается в степи - 1Д7 мм, в лесостепи его величина уменьшается до 0,89 мм, а в сухостепи приобретает отрицательное значение — 0,05 мм. В многолетнем ходе сумм осадков за вегетационный период наблюдается изменчивость их распределения по всем зонам, хотя на большей ее части прослеживается тенденция к их увеличению,

1*Ф«' )••»< Ц|«> <*>*■ )•»»> 1*И-

• мв • »»»Г 1»М 1 чм

I МЛ ■ >»»■ Ч»

■ Рис 2 Одальэяцше КМешне среанелыовые н гасичыс сумны осааков:. - • ССГО -сглаженные срсднсгоповые суммы, ССЗО- зимние,ССЛО- летний . ( ——** сухостепь; - - ---- степь;- лесостепь)

Таблица 6. Уравнения трендов среднегодового и среднесеэонного количества ОсадковзабО лет (1941-2000 гг.), мм

Ландшафт^ но-хяичатй-~ чеекке зоны Уравнениетренда

Год Зима ■ Весна Лето Осень

Су1««М1ь у-0,031)1+33,5 у-0.075х<-».0 у—0,119**1 «8,0 у-0,196*+45,8

Сгна у-0,298х+5»,3 у «0,587** 199 „г у-0.642х+5],8

Лесостепь у=0,0Ш+?6,2 у-0.4ЭЗ**21М у-0,411хт65,6

' мы

1Л1- 1Э47- 1550- 19И- 191»- 1X2' 19«- 1971- 1974. 1577- 19К>- 1001- »»ев- 1969-

19» 195Э 1966 1959 1962 1965 196> 19Г1 »»М 1»ГТ 1960 19М 1988 1989 199) 1995 199МЛЫ

Рис.3. Многолетний ход месячных сумм осадков вегетационного периода (апрель-сентябрь) " тренд гри 10-легней фазе скольжения осреднения

( —-----сухостепь; _ _ _.-.степь;- лесостепь)

4.3.Дннамнкя осадков за основную часть вегетационного периода» . Осадки — основной источник влаги, являющийся в степях лимитирующим фактором развития растений. Они формируют. почвенные влагозапасы, определяющие жизнедеятельность, биоты, особенно структуру и биомассу растительного покрова (Ангипов, Корытный, 1981X В регионе количество осадков за основную часть вегетационного периода изменяется от 133 мм в сухостепи до 210 мм в лесостепи. Распределение по 20-летиям СООВП следующее:, от первого ко второму 20-летию наметилось незначительное уменьшение (от 2 до 5 мм) среднемесячных сумм осадков во всех зонах; от второго к третьему 20-летию в лесостепи и степи произошло некоторое увеличение осадков (от 11 до 16 мм). Основной недобор осадков за ОВП прослеживается и усиливается от второго к.третьему 20-летию в сухостепи. С 1961-1980 гг. в лесостепи отмечено наибольшее среднеквадратическое отклонение: $6,7 мм. В этот же .период здесь зафиксированы максимальная - (520 мм) н минимальная (104 мм) суммы осадков. В степи н сухостепи стандартное отклонение более сглажено по 20-летиям и не превышает 39-63 мм. Действительно, значения трендов показали и\ разнонаправленно еть и неустойчивость. СООВП на исследуемой территории (рис 4). В сухой степи отмечается отрицательный тренд со значением 0,32 мм/год. В степи и лесостепи он положителен и колеблется от 0,10 до 0,45 мм в год.

194«. t»H. 1WT. 19W- 19S3- 19W- 19S2- 196«- 196«. 1971- 1974- 1S77- 1SBCK ш 19№- 1969-

1950 1«J 19K 19S» ISM 196S 1969 ПГ1 1974 197T 1ЭВО 19W 1«Й 1999 1992 V»5 119»

ПМ

Рис.4. Многолетний ход месячных сумм осадков основной части вегетационного периода -(май-июль) тренд при 10-летней фазе скольжения осреднения (------сухостепь;_____. 'степь;_лесостепь) ; ...

Глава 5

Зависимость продуктивности агроиенозов от агроклиматических .

условий

Изменчивость урожайности зерновых культур в регионе за период 19712000 гг. хорошо прослеживается при рассмотрении линейных трендов (рис.5). Согласно полученным уравнениям трендов урожайность зерновых культур в среднем осталась на одном уровне, хотя в'степи отмечается ее небольшой рост. Диапазон колебаний урожайности в регионе обусловлен внутренними различиями природных факторов, действие которых усиливается или ослабляется под влиянием увлажненности.

Полученные данные корреляционной зависим ости'урожайности зерновых культур от агроклиматических показателей показывают, что сильной линейной зависимости урожайности от влажиостных и температурных показателей зачастую не наблюдается. Можно лишь говорить о достоверно значимом влиянии суммы осадков основной части вегетационного периода (хэ) во 2-м и З-м десятилетии на урожайность зерновых культур в сухостепи. Можно также отметить неплохую линейную зависимость урожайности зерновых культур от средней температуры вспггационного периода (xj) и от средней температуры основной части вегетационного периода (х6) в степной и лесостепной зонах региона. Но при этом меняется характер зависимости. На протяжении всех трех десятилетий периода наблюдений все коэффициенты корреляции урожайности имеют отрицательный знак. Следовательно, мы имеем дело с обратной зависимостью этих показателей. Дальнейшее повышение летних температур воздуха на фоне недостаточного увлажнения может привести к заметному снижению уровня урожайности. Зависимость же урожайности от количества осадков прямая. Проанализировав коэффициенты корреляции в целом и отказавшись от построения линейных моделей, мы склонились к разработке многофакторной экспоненциальной зави-

снмости урожайности зерновых культур от агроклиматических показателей для сухостепной зоны.

, Рис.5. Многолетний ход урожайности зерновых культур (т/га) но ландшафтио-климзгнческим зонам Южно-Минусинской котловины ) тренд при 1-летней фазе скольжения осреднения (______еухостепь;______степь;_ лесостепь)

-' ■ Практические рекомендации

1. Созданный банкдаяных среднемесячной, среднегодовой, срсдкесезонной температуры воздуха, температуры воздуха за вегетационный период и основную часть вегетационного периода, а также данных среднемесячных, среднегодовых и срсднесезоккых сумм осадков^ осадков за вегетационный период и основную часть вегетационного периода является базисом или точкой отсчета для дальнейшего ведения агроклиматического мониторинга на территории Южно-Минусинской котловины. ' ' '

2. Статистические характеристики агроклиматических показателей в природных зонах Южно-Минусинской котловины рекомендуются для оиенки вкла-

" да естественной и антропогенной составляющей в региональные изменения 1 климата.'

3. При олределснии эффективности возделывания зерновых культур предлагается учитывать изменения суммы осадков и средних температур воздуха за основную часть вегетационного периода (май-июль).

4. При прогнозировании урожайности'зерновых культур в сухостепной зоне ГОж-ио-Минусинской котловины рекомендуется использовать разработанную модель: у^8,5-12,6ехр(-0,0005х|4<),0003хг-к),0006-х,-0,01 Х4+0,002'Х} -0,02x4), где: у - урожайность зерновых, т/га; х( — годовая сумма осадков, мм; -сумма осадков вегетационного периода, мм; X) - сумма осадков основной части вегетационного периода, мм; х* — среднегодовая температура воздуха,

. 'С; X; - средняя температура воздуха вегетационного периода (IV-!X), °С; Х4 - средняя температура.воздуха основной части вегетационного периода (У-УН), "С.

Выводы

1. Среднегодовая температура воздуха за период 1941-2000 гг. на террито-' рии Южно-Минусинской котловины равняется 0,59 ± 0,22"С в лесостепной зоне, 0,9 ± 0,274: в сухостепной, 1,71 ± в степной. От первого (1941-1960 гг.) к третьему (1981-2000 гг.) 20-летию отмечается устойчивое повышение среднегодовой температуры воздуха. Тренд среднегодовых температур воздуха в сухой степи составляет 0,04'С/год, в степи и лесостепи - 0,02°С/год. Потепление климата происходит в большей степени за счет зимних сезонов (тренд 0,06°С/год), в меньшей степени-весенних (тренд 0,008°С/год).

2. Вегетационный период (апрель-сентябрь) 1941-2000 гг. региона отличается незначительным повышением среднемесячной температуры воздуха. Хотя в третьем 20-летии (1981-2000 гг.) этого периода уже проявляется более заметная тенденция увеличения среднемесячной температуры воздуха по сравнению с первым (1941-1960 гг.) и вторым (1961-1980 гт.) 20-летиями.

3. Основная часть вегетационного периода (май-июль) характеризуется несущественными изменениями среднемесячной температуры воздуха: небольшой положительный тренд (0,001; 0,00447) наблюдается в сухой степи и лесостепи и" незначительный отрицательный тренд (-0,006®С) - в степи.

4. Во всех ландшафтно-климатических зонах региона отмечается постепенное увеличение суммы активных температур от первого по третье 20-летие исследуемого периода. Одновременно возрастает продолжительность периода со среднесуточной температурой воздуха выше 10°С. ;*

5. Сумма осадков в среднем за год периода наблюдений (1941 по 2000 гг.) составляет 443,0 ± 20,4 мм в лесостепи, 3973 ± 21,8 мм в степи и 302,8 ± 16,0 мм в су хосте пи. Заметный прирост количества осадков, несмотря на довольно большую межгодовую изменчивость, отмечается в третьем 20;летии (1981-2000 гг.) периода исследований.

6. Скользящие 10-лстние суммы осадков свидетельствуют о тенденции увеличения осадков осенью, зимой и весной во всех ландшафтно-климатическнх зонах региона, а летом - только в степи и лесостепи. Максимальные значения головых трендов наблюдаются в осенние сезоны; 0.196 мм - в сухой степи, 0,411 мм в лесостепи и 0,642 мм - в степи. ... . . , '

7. В сухой степи региона прослеживается уменьшение осадков за вегетационный период и основную часть вегетационного периода. В степи и лесостепи обнаруживается увеличение осадков за вегетационный период со скоростью 1,27 мм/год и 0,89 мм/год, за основную часть вегетационного периода - со скоростью 0,45 мм/год и0,10 мм/год, соответственно.' , . , . V, ' , .

8. Урожайность зерновых культур ло уравнениям тренда за период 19712000 гг. остается на одном уровне, в сухостепи и лесостепи,"но увеличивается с очень небольшой скоростью в степной зоне. Флуктуации в многолетней динамике урожайности зерновых культур сохраняются в любой природной зоне региона.

9. Наибольшее влияние на формирование урожайности зерновых культур в условиях сухой степи оказывает сумма осадков основной части вегетационного периода, а в условиях степи и лесостепи — средняя температура воздуха вегетационного периода и основной части вегетационного периода. Созданная многофакторная модель экспоненциальной зависимости урожайности зерновых культур от агроклиматических показателей характеризуется достаточно высоким коэффициентом детерминации (К3 = 0,68),

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Николаева, З.Н. Агроклиматические ресурсы земледельческой территории Хакасии / З.Н.Николаева, О.Л.Донская И Тезисы докладов X международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов^ 003». - М.: МГУ, 2003. - С. 95-96.

2. Чупрова, В.В. Оценка биологической продуктивности современных агроце-нозов Хакасии / В.В,Чупрова, О.Л.Донская, З.Н.Николаева // Вестник Крас-ГАУ. - 2003. - Вып. 2. - С. 84-90.

3. Николаева, З.Н, Оценка состояния изменчивости осадков на земледельческой территории Южно-Минусинской котловины / З.Н.Николаева // Почвы -национальное достояние России: мат-лы IV съезда Докучаевского общества почвоведов: В 2 кн. - Новосибирск; Наука-Центр, 2004. - Кн. 2, - С. 302.

4. Быстрова, Е.С. Изменение агроклиматических показателей в лесостепной, степной и сухостепной зонах Хакасии / Е.С.Быстрова, З.Н.Николаева// Болота н биосфера: сборник мат-лов Третьей научной школы (13-16 сентября 2004 г.).-Томск: Изд-во ЦНТИ, 2004. -С. 158-163.

5. Николаева, З.Н. Оценка состояния изменчивости температуры воздуха на земледельческой территории Южно-Минус и не кой котловины / З.Н.Николаева, В.А.Гусейнов H Современные исследования в астрофизике и физико-математических науках: мат-лы междунар. научн.-прахт. конф. - Петропавловск: СКГУ им, М. Козыбаева, 2004, - С. 256-259.

6. Быстрова, B.C. Региональные изменения термических условий в ЮжноМинусинской котловине / Е.С.Быстрова, З.Н.Николаева, Ю.М.Ярмолгок // Экология Южной Сибири и сопредельных территорий; мат-лы Vïïf Международ. научи, школы-конференции студентов и молодых ученых; В 2 т. -Абакан: Изд-во Хакасского гос. ун-та им. Н,Ф. Катанова, 2004. - T.I. - С. 160-161.

7. Александрова, C.B. Некоторые статистики зависимости урожайности от метеорологических факторов / С.В.Александрова, В,В.Чупрова, З.Н.Николаева // Аграрная наука на рубеже веков: мат-лы Всерос. науч.-практ. конф. - Кра-нояр, гос. агрзр. ун-т. Красноярск, 2005.-С. 118-120.

3. Александрова, C.B. Влияние метеорологических факторов на урожайность зерновых культур: анализ и моделирование / С, В, Александрова, В.В.Чупрова, З.Н.Николаева // Современные проблемы почвоведения Сибири и оценки земель Сибири: мат-лы III Всероссийской научной конференции. "- Томск: ТГУ, 2005. - С.255-257.

Подписано в печать 22.09.2005. Формат 60x84 1/16. Печать - ризограф. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Физнеч.л, 1,25. Усл.печ.л, 1,16. Уч.-нза. л. I. Тираж 100 экз. Заказ № 160. Лицензия ИД 03204 от 10 ноября 2000 г. Издательство Хакасского государственного университета им. П.й>. Катанова Отпечатано в типографии Хакасского государственного университета им. Н.Ф. Катанова 655017, г. Абакан, пр. Ленина, 94