Навігація
Зараз на сайті
Гостей: 1

Користувачів: 0

Всього користувачів: 17
Новий користувач: amaksimova
Останні статті
Моделювання врожайності ярого ячменю в україни ...
Семенова І.Г. Просторово-часовий розподіл посух...
Преимущества и недостатки компрессора с прямым ...
3). Моделювання продуктивності соняшнику в умов...
2). Вплив змін клімату на агрокліматичні умови ...
Останні завантаження
Приклад розрахунку т...
Куртенер Д. А. Усков...
Підказки на деякі за...
Презентация на тему ...
Підручник "Мікроклім...
Останнi огляди:
Шуруповерты и гайков...
М'який гарнітур у ві...
ХолодМастер - ремонт...
Прицепные культивато...
Спандбонд или агрово...
История футбольной э...
На карпа с хорошими ...
Наш сад
Структура статей
Усі статті » 17). Научні публікації » 3). Моделювання продуктивності соняшнику в умовах майбутніх змін клімату в Україні за сценаріями антропогенного впливу RCP
3). Моделювання продуктивності соняшнику в умовах майбутніх змін клімату в Україні за сценаріями антропогенного впливу RCP

О. Л. Жигайло1, канд. геогр. наук, доц.

Т. С. Жигайло2, канд. с.-г. наук, наук. співроб.

1Одеський державний екологічний університет,

вул. Львівська, 15, 65016, Одеса, Україна, elenajigaylo@gmail.com

2ННЦ «Інститут виноградарства і виноробства ім. В. Є. Таїрова»,

вул. 40-річчя Перемоги, 27, 65496, смт. Таїрове, Одеса, Україна, fanenger@gmail.com

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ СОНЯШНИКУ В УМОВАХ МАЙБУТНІХ ЗМІН КЛІМАТУ В УКРАЇНІ ЗА СЦЕНАРІЯМИ АНТРОПОГЕННОГО ВПЛИВУ RCP

ВСТУП

Зміни клімату – одна з основних глобальних проблем. Згідно сучасних уявлень ключові зміни клімату в ХХ ст. пов’язані з антропогенним впливом на Земну кліматичну систему. В рази більші кліматичні зміни прогнозуються в ХХІ ст. за умов зростаючого антропогенного наванта-ження [1, 2].

При зміні клімату відбувається зміна природних ресурсів. Врахуванню кліматично зумовлених природних ресурсів завжди надавалося велике значення в тих галузях економіки, які тісно пов"язані із станом погоди і клімату. Передусім, це агропромисловий комплекс, в якому витрати на виробництво сільськогосподарської продукції визначаються відповідним набором кліматично зумовлених природних ресурсів. Клімат – чи не найсуттєвіший чинник, який визначає середній рівень урожайності, а також міжрічну мінливість і просторову структуру останньої [3, 4].

Сільське господарство в усьому Світі має пристосуватися до нових умов глобального потепління з метою забезпечення продовольчої безпеки людства, що є абсолютно неможливим без прогнозування майбутніх чинників. Тому як ніколи актуальним стає питання визначення впливу очікуваних змін клімату на агрокліматичні умови вирощування, продуктивність та вало-вий збір урожаю.

Україна займає лідируючі позиції в рейтингу світових виробників і експортерів насіння соняшнику. Питома вага країни у виробництві олійної становить 50%.

В даний час посівні площі під соняшником в Україні вже досягли максимальних розмірів. Тому потенціал збільшення виробництва олійної закладений в інтенсифікації виробництва, тобто в підвищенні рівня агротехнологій, в першу чергу зусилля повинні бути спрямовані на підвищення врожайності олійної [5].

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

В даній роботі для моделювання й оцінки змін агрокліматичних ресурсів при можливих змінах клімату було використано сучасні сценарії сімейства RCP (Representative Concentration Pathways/Репрезентативні траєкторії концентрацій) – RCP4.5 і RCP8.5, які належать до сцена-ріїв середнього та високого рівнів викидів парникових газів [6].

Дослідження формування продуктивності соняшнику проводилося за допомогою математичної моделі водно-теплового режиму та продуктивності соняшнику (рис. 1). В основі моделі [7, 8] лежить система рівнянь радіаційного, теп-лового та водного балансів і балансу біомаси у рослинному покриві. Моделюється радіаційний, тепловий і водний режим системи «ґрунт – рослина – атмосфера»; розглядається, що ріст та розвиток рослин визначається генотипом і чин-никами зовнішнього середовища; моделюється ріст рослин (накопичення сухої біомаси) шляхом розподілу продуктів фотосинтезу з врахуванням необхідності в асимілятах для росту надземної та підземної частин рослин; моделюється старіння рослин при стресових умовах та перетік асимілятів з листя, стебел, коренів у репродуктивні органи; моделюється вплив агрометеорологічних умов на формування врожаю в основні міжфазні періоди соняшнику.

Рис. 1 – Блок-схема математичної моделі водно-теплового режиму та продуктивності соняшнику.

З математичною моделлю було проведено чисельні експерименти за кліматичні періоди: з 1986 до 2005 рр. [9], що є базовим; з 2021 по 2050 рр. за сценаріями RCP 4.5 і RCP 8.5

Розрахунки виконувались для природно-кліматичних зон України: Східний Лісостеп, Північний Степ і Південний Степ.

Вплив агрокліматичних умов на вирощування соняшнику досліджувався за двома міжфазними періодами: сходи-цвітіння та цвітіння-збиральна стиглість. Для оцінки температурного ре-жиму та режиму зволоження використовувались показники середньої температури повітря та суми опадів. Оцінка тепло- та вологозабезпеченості здійснювалась за показниками сум активних та ефективних температур і вологопотреби та вологоспоживання.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ

Модель водно-теплового режиму та продуктивності соняшнику в цілому реалістично відтворює агрокліматичні зміни в періоди вегетації соняшнику від сходів до цвітіння та від цвітіння до збиральної стиглості. Зокрема в період від сходів до цвітіння на всій досліджуваній території очікується зниження середньої температури повітря (табл. 1). Найнижчою вона очікується в Південному Степу, при сценарії RCP 4.5 на -2,6°С, а при сценарії RCP 8.5 на -2,4°С.

Кількість опадів, яка очікується в період від сходів до цвітіння, має бути меншою в Східному Лісостепу та Південному Степу, а в Північному Степу зросте. За сценарієм зміни клімату RCP 4.5 – відповідно на 23%, 14% і 15%, а за сценарієм RCP 8.5 – на 15%, 9% і 15% відповідно.

Волого-тепловий режим, який очікується за сценаріями RCP 4.5 і RCP 8.5 буде передумо-вою для доброї вологозабезпеченості в Східному Лісостепу (0,84 і 0,83 від. од.), а в Північному Степу та Південному Степу вологозабезпеченість в період від сходів до цвітіння залишиться задовільною (табл. 1).

Температурний режим в період від цвітіння до збиральної стиглості навпаки від першого міжфазного періоду буде вищим за базовий. Найбільші відхилення (+1,8°С ) за сценарієм RCP 4.5 очікуватиметься в Східному Лісостепу, за сценарієм RCP 8.5 в Північному Степу (+1,2°С).

Режиму опадів, який очікується в період від сходів до цвітіння, буде характерно значне зменшення. Зокрема за сценарієм RCP 4.5 в Східному Лісостепу цей період буде майже без опадів (-92%), в Північному Степу опади зменшуватимуться на 60%, в Південному Степу – практично в два рази (на 48%). За сценарієм RCP 8.5 значніше зменшення також буде в Східному Лісо-степу (-65%), але в порівнянні зі сценарієм RCP 4.5 кількість опадів буде більшою. В Степовій зоні в Північному Степу опадів має бути 44% від базових, а в Південному Степу – 46%.

Очікувані спекотні умови мають бути наслідком дуже низької вологозабезпеченості соняшнику в цей період вегетації. Слід зазначити, що для Південного Степу вологозабезпеченість за обома сценаріями не значно зменшуватиметься (на -9 і -4% відповідно), але в Північному Степу забезпечення вологою соняшнику зменшиться відповідно на 25 і 28%, а в Східному Лісостепу становитиме 60 і 62 % від базової.

Таблиця 1 - Агрокліматичні умови вирощування соняшнику (Helianthus annuus L.) в Україні за середньо багаторічними даними (1986-2005 рр.) та сценаріями зміни клімату RCP 4.5 і RCP 8.5

 

В цілому за вегетацію від сходів до збиральної стиглості вологозабезпеченість за сценарієм RCP 4.5 очікується незначною, але більшою за базову. За сценарієм RCP 8.5 в Східному Лісостепу та Південному Степу також спостерігатиметься зростання, а в Північному Степу вологозабезпеченість буде зменшуватися (-20%). Найкращою за обома сценаріями вона буде в Східному Лісостепу.

Агрокліматичні умови, які змінюватимуться під впливом змін клімату, спричинять зміну показників фотосинтетичної діяльності посівів соняшнику, що обумовить рівень його врожаю. В даній роботі такими показниками є розміри фотосинтезуючої площі листя, урожай загальної біомаси посівів та урожай біомаси насіння.

Динаміка площі листя та загальної біомаси наводяться на рис. 2.

продовження рис.2

Площа листя в період максимального розвитку (рис. 2А-2В) в середньому за базовий період коливалась від 2,2 м22 в Південному Степу до 2,7 м22 в Північному Степу. У варіанті «клімат» за сценарієм RCP 4.5 відбудеться збільшення площі листя до 4,0  м22 у Східному Лісостепу, до 2,4  м22 у Південному Степу, а в Пів-нічному Степу площа листя дорівнюватиме ба-зовій. За варіантом «клімат + СО2» спостерігатимуться збільшення площі листя в порівнянні із її середнім багаторічним значенням і в порів-нянні з варіантом «клімат», а саме: в Східному Лісостепу до 4,3  м22, в Північному Степу до 2,9  м22, в Південному Степу до 2,6  м22.

За реалізації сценарію RCP 8.5 у варіантах «клімат» і «клімат + СО2» в Східному Лісостепу (рис. 2А)

відбудеться збільшення площі листя в порівнянні із середніми багаторічними значеннями, а в порівнянні зі значеннями першого сценарію максимальні значення майже дорівнюватимуть одне одному (3,9  м22 і 4,2  м22). В Північному Степу (рис. 2Б) відбудеться зменшення площі листя, в порівнянні із середніми багаторічними значеннями та значеннями першого сценарію, до 2,2  м22 і 2,3  м22 відповідно. В Пів-денному Степу (рис. 2В) спостерігатиметься більш значне збільшення площі листя, в порівнянні із середніми багаторічними значеннями базового періоду та значеннями першого сценарію, до 3,2  м22 і 3,5  м22 відповідно.

Середні багаторічні значення сухої маси соняшнику в базовий період (рис. 2Г – 2Е) змінювались від 768 г/м2 в Східному Лісостепу, по-ступово зменшувались на південь і в Південному Степу становили 468 г/м2. За сценаріями RCP 4.5 і RCP 8.5 суха маса збільшуватиметься в усіх варіантах в зонах Східного Лісостепу та Південного Степу і зменшуватиметься в зоні Північного Степу.

В разі реалізації сценарію RCP 4.5 у варіанті «клімат» збільшення буде в Східному Лісостепу (рис. 2Г) на 33%, в Південному Степу (рис. 2Е) на 11%, а в Північному Степу (рис. 2Д) буде зменшення на 6%. За цим же сценарієм у варіанті «клімат + СО2» збільшення сухої маси в Східному Лісостепу та Південному Степу буде вище в порівнянні як із середньою багаторічною, так і в порівнянні зі значеннями варіанту «клімат» і становитиме відповідно 1090 г/м2 та 578 г/м2, що більше середніх багаторічних значень сухої маси на 42 і 19% відповідно, а в Північному Степу майже дорівнюватиме середній багаторічній базового періоду (757 г/м2).

При реалізації сценарію RCP 8.5 розрахунки за варіантом «клімат» теж вказують на збільшення сухої маси рослин у порівнянні із середніми багаторічними у Східному Лісостепу – на 25%, в Південному Степу – більш значне (на 50%). В Північному Степу очікується зменшення сухої біомаси на 24%. У варіанті «клімат + СО2» значне збільшення сухої маси на 61% спостерігатиметься в Південному Степу. В Східному Лісостепу у порівнянні із середніми багаторічними буде збільшення сухої маси на 36%, на 17% зменшуватиметься суха маса в Північному Степу (рис. 2Г-2Е).

В окремі роки погодні умови сприятимуть одержанню врожаю насіння соняшнику до 40-50 ц/га, і навпаки можливі дуже несприятливі умови, які будуть викликати зниження продуктивності посівів соняшнику, тому врожай насіння може знижуватися до 5-10 ц/га.

Для оцінки ступеню вразливості території та кліматичного ризику великих неврожаїв соня-шнику в основних районах його вирощування були виконані розрахунки очікуваних ризиків недобору врожаю насіння соняшника в окремі роки (з 2021 по 2050 рр.) за сценаріями RCP 4.5 і RCP 8.5 (рис. 3).

Отже, за сценарієм помірного антропогенного впливу RCP 4.5 низькі ризики 2-4% слід очікувати в Західному та Східному Лісостепу (рис. 3А). В центральній частині Лісостепу, в Північному Степу і в західній частині Донецького регіону відбудуться середні ризики недобору врожаю: а саме в Київській області – 6,1%, в Черкаській та Кіровоградській – 8,5%, Харківській і Донецькій – 10,6% та в Дніпро-петровській – 12,8%. Високі ризики до 17,2% спостерігатимуться в південно-західній частині Степу та в східній частині Донецького регіону. В центральній частині Південного Степу будуть очікуватись значно високі ризики недобору врожаю (на 26%).

В разі реалізації найбільш агресивного сценарію RCP 8.5 значно високих ризиків недобору врожаю не очікується (рис. 3Б). Однак в зоні Південного Степу повсюдно відбудуться високі ризики недобору врожаю (15,5–18,0%). В центрі та на сході Степової та Лісостепової зон спостерігатимуться середні ризики недобору врожаю, що становитиме в Черкаській області 7,5%, в Полтавській і Кіровоградській – 10,3%, в Харківській – 13,2%, в Дніпропетровській – 12,6%.

Слід зазначити, що за сценарієм змін клімату RCP 4.5 ризик недобору врожаю в Полтавській області очікується меншим на 7% (рис. 3А).

Низьких ризиків недобору врожаю можна очікувати в Західному Лісостепу (0,2%) та на півночі Східного Лісостепу (1,8%). В Київській області в порівнянні з ризиками за сценарієм змін клімату RCP 4.5, які складатимуть 6,1%, очікувані ризики за даним сценарієм будуть низькими – 4,2%.

Рис. 3 – Розподіл очікуваних ризиків недобору врожаю насіння соняшника (%) в Україні в період з 2021 по 2050 роки: А) за сценарієм RCP 4.5, Б) за сценарієм RCP 8.5.

ВИСНОВКИ

Аналіз агрокліматичних умов в період вегетації соняшнику показав, що при реалізації обох сценаріїв змін клімату RCP 4.5 і RCP 8.5 очікувані погодні умови будуть більш сприятливими для вирощування соняшнику в Східному Лісостепу України.

Найбільший ризик недобору врожаю насіння соняшнику в окремі роки очікуватиметься в Південному Степу України, найзначніші втрати слід очікувати за умов реалізації сценарію RCP 4.5.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Мохов И. И., Елисеев А. В. Моделирование глобальных климатических изменений в XX_XXIII веках при но-вых сценариях антропогенных воздействий RCP // Доклады академии наук. 2012. Том 443, № 6. С. 732–736.

2. Середа К. Изменение климата (Украина): ожидания, прогнозы, перспективы. http://awsassets.panda.org./downloads/kirill_sereda.pdf.

3. Кліматичні зміни та їх вплив на сфери економіки України / за ред. С. М. Степаненка, А. М. Польового. Одеса: Вид. «ТЕС», 2015. 520 с.

4. Cиротенко О. Д. Будущее сельского хозяйства России в связи с ожидаемыми изменениями климата // в сб.: Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2000. Т. XVII. С. 258-274.

5. Ткалич И. Д., Ткалич Ю. И., Рычик С. Г. Цветок солнца (основы биологии и агротехники подсолнечника): мо-нография // под ред. док-ра с.-х. наук, проф. И. Д. Ткалича. Днепропетровск, 2011. 172 с.

6. IS-ENES climate4impact portal. URL: http://climate4impact.eu

7. Польовий А. М. Моделювання гідрометеорологічного режиму та продуктивності агроекосистем. К.: КНТ, 2007. 344 с.

8. Динамическое моделирование в агрометеорологии / под ред. Ю. А. Хваленского, О. Д. Сиротенко, А. Н. Полевого. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 145 с.

9. Агрокліматичний довідник по території України / за ред. Т. І. Адаменко, М. І. Кульбіди, А. Л. Прокопенко. Кам’янець-Подільськ, 2011. 107 с.



Опубліковано: Admin May 10 2018 · Категорія: 17). Научні публікації · 0 коментарів · 193 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