Навігація
Зараз на сайті
Гостей: 2

Користувачів: 0

Всього користувачів: 17
Новий користувач: amaksimova
Останні статті
Преимущества и недостатки компрессора с прямым ...
3). Моделювання продуктивності соняшнику в умов...
2). Вплив змін клімату на агрокліматичні умови ...
1). Вплив змін клімату на агрокліматичні умови ...
Методи прогнозів запасів продуктивної вологи на...
Останні завантаження
Приклад розрахунку т...
Куртенер Д. А. Усков...
Підказки на деякі за...
Презентация на тему ...
Підручник "Мікроклім...
Останнi огляди:
Не дадим съесть урож...
Can you buy likes fo...
Перші кроки для конс...
Необходимо купить се...
Как выбрать оборудов...
Выбираем обувь для о...
Зачем нужна карта са...
Наш сад
Структура статей
Усі статті » 17). Научні публікації » 1). Вплив змін клімату на агрокліматичні умови вирощування та врожайність цукрового буряку в Вінницькій області.
1). Вплив змін клімату на агрокліматичні умови вирощування та врожайність цукрового буряку в Вінницькій області.

Вольвач О.В.
Одеський державний екологічний університет

ВПЛИВ ЗМІІН КЛІМАТУ НА АГРОКЛІМАТИЧНІ УМОВИ ВИРОЩУВАННЯ ТА ВРОЖАЙНІСТЬ ЦУКРОВОГО БУРЯКУ В ВІННИЦЬКІЙ ОБЛАСТІ

Ключові слова: цукровий буряк, зміна клімату, температура повітря, опади, площа листя, фотосинтез, урожайність.

Постановка проблеми. В зв"язку з очікуваним підвищенням температури повітря Північної півкулі продовольча безпека України значною мірою буде залежати від того, наскільки ефективно адаптується сільське господарство до майбутніх змін клімату. Враховуючи, що ефективність сільського господарства суттєво залежить від погодних умов, уже зараз необхідно прийняття своєчасних та адекватних рішень щодо складних проблем, зумовлених змінами клімату.

Традиційно, українським лідером з виробництва цукру в регіональному аспекті є Вінницька область. Досвід багатьох господарств Вінницької області свідчить, що при постійному підвищенні культури землеробства можна стабільно одержувати урожаї цукрових буряків не менше 400 – 450 ц/га. Аналіз впливу майбутніх змін клімату на продуктивність посівів дозволить найбільш ефективно використовувати природні ресурси області в нових кліматичних умовах, добитися стійкого зростання величини і якості урожаю цукрового буряку, підвищити віддачу сировинних, енергетичних і трудових ресурсів.

Матеріали та методи досліджень. В Одеському державному екологічному університеті на кафедрі агрометеорології та агрометпрогнозів вже багато років розвивається школа динамічного моделювання продукційного процесу сільськогосподарських культур, започаткована професором А.М. Польовим.

Вперше для України базову модель формування врожайності сільськогосподарських культур А.М. Польового [1, 2] було застосовано для розробки методу оцінки умов формування врожаю цукрового буряку і прогнозування його середньої по області врожайності у роботі О.В. Вольвач [3].

Як теоретична основа для виконання розрахунків та порівняння результатів у даному дослідженні були використані розроблені А.М. Польовим моделі продуційного процесу сільськогосподарських культур:

– модель формування продуктивності агроекосистеми [4];

– результати розробки моделі фотосинтезу зеленого листа рослин при зміні концентрації СО 2 в атмосфері [5].

Інтенсивність фотосинтезу листя описується формулою Монсі і Саекі:

  (1.1)

Де:

– інтенсивність фотосинтезу при оптимальних умовах тепло- і вологозабезпеченості в реальних умовах освітленості, мг СО2 /(дм2 ×год);

Ф мах – інтенсивність фотосинтезу при світловому насиченні і нормальній концентрації СО2 , мг СО2 /(дм 2 ×год);

aФ – початковий нахил світлової кривої фотосинтезу, мг СО 2 /(дм-2 ×год-1 )/(кал×см-2 * хв-1 );I ФАР – інтенсивність фотосинтетично активної радіації (ФАР) всередині посіву, кал/(см 2 × хв.); j – номер кроку розрахункового періоду.

Для кількісного опису залежності фотосинтезу не тільки від щільності потоку ФАР, але і від вмісту СО2 в атмосфері розглядають величину Фмах як функцію концентрації СО2 :

(1.2) 

Де:

tС – початковий нахил вуглецевої кривої фотосинтезу;

Со – концентрація СО2 в атмосфері.

У онтогенезі фотосинтетична активність листя визначається його фізіологічним віком і напруженістю водно-теплового режиму.

Для розрахунку фотосинтезу в онтогенезі в польових умовах середовища, відмінних від біологічно оптимальних, використовується вираз:

(1.3)

Де:

Фt – інтенсивність фотосинтезу в реальних умовах середовища, мг СО 2 /(дм 2 ×г од);

aФ – онтогенетична крива фотосинтезу;

FTW2 – узагальнена функція впливу факторів зовнішнього середовища.

Сумарний фотосинтез посіву за світлий час доби розраховується за формулою:

(1.4)

 Де:

Ф – денний фотосинтез посіву на одиницю площі, г/(м2 * доба);

L – площа листкової поверхні, м22 ;

tдн – тривалість світлого часу доби.

Кліматичні зміни на майбутнє розраховуються з використанням кліматичних моделей. Глобальні кліматичні моделі є основними інструментами, які використовуються для проектування тривалості та інтенсивності змін клімату в майбутньому.

Ці моделі розраховують майбутні кліматичні режими на основі низки сценаріїв зміни антропогенних факторів. Для нових кліматичних розрахунків використовується набір сценаріїв, а саме Репрезентативні траєкторії концентрацій (Representative Concentration Pathways – RCP). Репрезентативні траєкторії концентрацій – це чотири сценарії, які включають часові ряди викидів і концентрацій всього набору парникових газів, аерозолів і хімічно активних газів [6, 7].

Найбільш дослідженими сценаріями клімату майбутнього вважаються два з них [8]: RCP 4,5 та RCP 8,5. Найпесимістичним є сценарій – RCP 8,5, який передбачає експоненціальне збільшення кількості вуглецю в атмосфері до кінця XXI ст. приблизно в 2,5 рази відносно сучасного [9]. В рамках цього сценарію проводилося дане дослідження.

Аналіз впливу змін клімату на агрокліматичні умови вирощування та показники фотосинтетичної продуктивності посівів цукрового буряку проведено шляхом порівняння середніх багаторічних величин (за період 1986 – 2005 рр.) і величин, розрахованих за кліматичним сценарієм RCP 8,5 на період з 2015 до 2050 рр.

Результати дослідження.

У представленомудослідженнінадаються результати динамічного моделювання продукційного процесу цукрового буряку забазовийперіод з 1986 по 2005 рр. у відповідності з агрокліматичнимдовідникомУкраїни [10]. Також представлені результати сценарних розрахунків за умов збільшення СО2 в атмосфері з 380 до 455 ppm.

Розглянемо як під впливом змін клімату будуть змінюватись дати настання фаз розвитку цукрового буряку, показники розвитку його по міжфазних періодах, показники фотосинтетичної продуктивності та урожай.

Як видно із табл. 1 середній багаторічний термін сівби цукрового буряку в Вінницькій області за умов реалізації сценарію змін клімату RCP 8,5 з 20квітня зсувається на більшпізній термін, а саме на 24 квітня (пізніше на 4 дні). Відповідно зміститься і строк появи сходів. Сходи цукрового буряку за середніми багаторічними даними базового періоду спостерігалися в Вінницькій області 6 травня. За сценарним варіантом сходи очікуються 10 травня, тобто також на 4 дні пізніше.

Наступні за сходами фази розвитку цукрового буряку початок росту коренеплоду та пожовтіння нижнього листя за сценарієм RCP 8,5 також наставатимуть пізніше, ніж в базовий період на 5 та 10 днів відповідно. Таким чином, можна зробити висновок, що за умов реалізації сценарію зміни клімату період активної фотосинтетичної діяльності листового апарату цукрового буряку подовжиться якнайменше на 10 днів. Цілком можливо, що це позитивно впливатиме на очікувану величину його врожайності.

Таблиця 1 – Фази розвитку цукрового буряку за середніми багаторічними даними (1986-2005 рр.) та сценарієм зміни клімату RCP 8, 5

 

Під впливом змін клімату зміняться агрокліматичні умови вирощування цукрового буряку (табл. 2). Тривалість першогоміжфазного періоду цукрового буряку (сівба – початок росту коренеплоду) та середня температура за цей період зміняться несуттєво. Натомість кількість опадів від сходів до початку росту коренеплоду за сценарієм RCP 8,5 збільшиться більш ніж на половину: з 50 мм за базових до 77 мм за сценарних умов.

Тривалість періоду початок росту коренеплоду – пожовтіння нижнього листя за умов зміни клімату збільшиться на 5 днів. В цей період середня температура повітря за базових умовстановить 19,0°С. За сценарієм зміни клімату RCP 8,5 в цей період очікується середня температура нижче базової на 1,0°С. Також зменшиться і кількість опадів: від 224 мм за базовим до 177 мм за сценарним варіантами, тобто на 21%.

Кількість опадів за вегетаційний період за умов реалізації сценарію зміни клімату зменшиться на 15%, зменшення суми температур за вегетаційний період буде не таким суттєвим – на 170 о С (що становить 7%).

Таблиця 2 -  Агрокліматичні умови вирощування цукрового буряку в Вінницькій області

Вологозабезпеченість посівів за умов реалізації сценарію зміни клімату RCP 8,5 збільшиться з 82 до 86%, таким чином, в цілому слід очікувати покращення агрокліматичних умов вирощування цукрового буряку в Вінницькій області.

Зміни агрокліматичних умов спричиняють зміну показників фотосинтетичної діяльності посівів цукрового буряку, що обумовить рівень його урожайності. Згідно теорії фотосинтетичної продуктивності посівів такими показниками являються розміри фотосинтезуючої площі та фотосинтетичний потенціал посівів, а також кількісні показники приростів рослинної біомаси.

На рисунку 1 представлена динаміка накопичення відносної площі листя посівів цукрового буряку в умовах зміни клімату за сценарним періодом в порівнянні з базовим періодом (1986-2005 рр.) для умов Вінницької області.

Можна бачити, що ріст відносної площі листя найбільш інтенсивно проходить у п’яту - шосту декади вегетації, а у 8 декаду вегетації відносна площа листя досягає свого максимуму, після чого відбувається поступове її зменшення.

Основні показники фотосинтетичної продуктивності посівів за базовими та сценарними умовами суттєво відрізняються (табл. 3).

Рисунок 1 - Динаміка накопичення відносної площі листя посівуцукровогобуряку у Вінницькій області за сценарієм RCP 8,5 за 2015-2050 рр.у порівнянні з базовим періодом (1986-2005 рр.)

За рахунок зміни кліматичних умов сценарного періоду у Вінницькій області відбудеться підвищення максимальної відносної площі листя до 5,30 м22 (проти 4,70 м22 у базовий період). За умов збільшення СО2 максимальна відносна площа листя збільшиться до 5,50 м22. Як видно з даних таблиці 1, зміна кліматичних умов та збільшення вмісту СО 2 у цей період призведе до підвищення відносної площі листя в декаду з її максимальними значеннями на 0,6 та 0,8 м22 , що становить 13-17% відповідно.

Фотосинтетичний потенціал посівів за вегетаційний період при базових умовах складає 440 м22 . Як видно з даних табл. 1, зміна кліматичних умов та збільшення вмісту СО2 призведе до підвищення фотосинтетичного потенціалу посіву до 483 м22 (за сценарієм на 2015-2050 рр.) та 517 м22 (за умови збільшення СО2 ). Тобто різниця складає 43 та 77 м22 або 10-18% відповідно.

Таблиця 3– Порівняння показників фотосинтетичної продуктивності посівів цукрового буряку

 * перше число - різниця між базовим та кліматичним періодами, друге число – різниця між базовим та кліматичним періодами з врахуванням зміни СО2

Динаміка площі асимілюючої поверхні та інтенсивності фотосинтезу обумовлює і відповідний рівень динаміки загальної сухої біомаси посівів цукрового буряку. На рисунку 2 представлена динаміка накопичення сухої загальної маси посівів в умовах зміни для умов Вінницької області.

За базових умов накопичення загальної біомаси до дев’ятої декади вегетації проходить досить швидкими темпами. Найбільш високі прирости загальної біомаси спостерігаються в 8 – 9 декадах вегетації. За рахунок змін кліматичних умов сценарного періоду приріст сухої загальної біомаси у період максимального росту збільшиться з 47,0 до 56,7 г/м2 за день. З врахуванням зміни вмісту СО2 в атмосфері це зростання буде ще більшим - до 61,7 г/м2 за день. Це зростання становить відповідно 9,7 та 14,7 г/м2 , або 20-32%.

Зростання рівня показників фотосинтетичної продуктивності посівів цукрового буряку в Вінницькій області в умовах зміни клімату за рахунок підвищення рівня інтенсивності фотосинтезу та більшої величини фотосинтетичного потенціалу посівів обумовить і збільшення сухої маси коренеплоду, а також кінцевого урожаю коренеплодів при стандартній вологості (рис. 3, табл. 1).

Можна бачити, що ріст маси коренеплоду найбільш інтенсивно проходить протягом 6-12 декад вегетації, наприкінці вегетаційного періоду темп росту дещо зменшується, у коренеплоді активно накопичується цукор. Така ж ситуація спостерігається для всіх варіантів.

За рахунок зміни кліматичних умов сценарного періоду відбудеться підвищення сухої маси коренеплоду до 2450 г/м2 (проти 2370 г/м2 у базовий період). За умов збільшення СО2 суха маса коренеплоду збільшиться до 2665 г/м2.

За умов зміни клімату у 2015-2050 рр. урожай коренеплодів у Вінницькій області зросте порівняно з базовим періодом з 390 до 404 ц/га (на 14 ц/га або 4%). Підвищення концентрації СО2 в атмосфері обумовить відповідне зростання рівня урожаю цукрового буряку до 440 ц/га (на 50 ц/га або 13%).

 

Рисунок 2 - Динаміка накопичення сухої загальної маси посіву цукрового буряку у Вінницькій  області за сценарієм RCP 8,5 за  2015-2050 рр. у порівнянні з базовим періодом  (1986-2005

рр.)

Рисунок 3- Динаміка накопичення сухоїмаси коренеплоду цукрового буряку у Вінницькій  області за сценарієм RCP 8,5 за 2015-2050 рр. у порівнянні з базовим періодом  (1986-2005 рр.)

Висновки

Таким чином, за даними кліматичної моделі згідно зі сценарієм змін клімату Репрезентативної траєкторії концентрацій RCP8,5 встановлено, що за умов зміни клімату у 2021-2050 рр.на території Вінницької області очікуються умови, сприятливі для вирощування цукрового буряку, що призведе до збільшення показників фотосинтетичної продуктивності посівів та підвищення його урожайності.

Список літератури

1. Полевой А.Н. Теория и расчет продуктивности сельскохозяйственных культур/ А.Н. Полевой. – Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 175 с.

2. Полевой А.Н. Прикладное моделирование и прогнозированиепродуктивности посевов / А.Н. Полевой.–Л.: Гидрометеоиздат, 1988. – 319 с. 3.Вольвач О.В. Метод оцінки та прогнозу агрометеорологічних умов формування врожайності цукрового буряку в Україні. - Автореф. дис. к. геогр. н. - Одеса.-1995.-18с.

4. Польовий А.М. Моделюванняпродуктивностіагроекосистем // ВісникОдеського державного екологічногоуніверситету. – 2005. – Вип. 1. – С. 79-86.

5.Полевой А.Н. Моделирование фотосинтеза зеленого листа у растений типа С3 и С4 при изменении концентрации СО 2 в атмосфере //В сб.: Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. – М.: ИГКЭ. – 2010. – Том XXIII – С. 297-315.

6. Оцінкавпливукліматичнихзмін на галузіекономікиУкраїни / За ред. С.М. Степаненка та А.М. Польового. - Одеса: «Екологія», 2011. – 694 с.

7. Кліматичнізміни та їхвплив на сфериекономікиУкраїни / За ред. С.М. Степаненка, А.М. Польового. – Одеса: Вид. “ТЕС”, 2015. – 520 с.

8 .Meinshausen M. et al The RCP greenhouse gas concentrations and their extensions from 1765 to 2300 // Climatic Change.–2011.– v.109, № 1-2.– P.213-241.

9.Башарин Д.В. Вероятные изменения в поле температуры и осадков вЕвропе к концу текущего столетия/Д.В. Башарин, А.Б. Полонский, Г. Станкунавичус// Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. – 2013. - № 27. - С. 174-178.

10. Агрокліматичний довідник по території України / за ред. Т.І. Адаменко, М.І. Кульбіди, А.Л. Прокопенка. - Кам’янець-Подільский: ПП Галагодза Р.С., 2011. – 108 с.

 



Опубліковано: Admin May 09 2018 · Категорія: 17). Научні публікації · 0 коментарів · 136 переглядів · Друк
Коментарі
Коментарі відсутні
Додати коментар
Щоб отримати можливість додавання коментарів, будь ласка, спочатку авторизуйтесь на сайті через власний обліковий запис.
Перекладач
Ми в соціальних мережах:
Лічильники:
Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru