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 » 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 · 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