Сегодня проблему глобального изменения климата изучают на мировом уровне, специалисты и ученые пытаются вести мониторинг, давать прогнозы и разрабатывать стратегии адаптации экономики и жизнедеятельности людей к меняющейся ситуации. Наиболее зависимая от климата отрасль экономики – сельское хозяйство. Его развитие в условиях северных территорий требует детального анализа и оценки имеющихся агроклиматических ресурсов, что позволяет выявлять наиболее подходящие для выращивания виды сельскохозяйственных культур. От состояния растениеводства, определяющегося климатическими условиями, зависит животноводство [1].
Росгидромет на регулярной основе готовит официальные доклады об особенностях климата на территории Российской Федерации. В последнем таком документе сообщается, что на территории России в целом за год и во все сезоны продолжается потепление, темпы которого за 1976–2018 гг. составили 0,47 °C /10 лет, что в 2,5 раза больше скорости роста глобальной температуры [2]. Отечественные ученые приходят к выводу, что наибольшего потепления следует ожидать на Севере России [3]. Это указывает на актуальность изучения влияния изменения климата на сельское хозяйство Севера.
Изменения климата необходимо рассматривать как серьезный риск в обеспечении глобальной продовольственной безопасности населения [4, 5, 6]. При этом большинство работ российских ученых посвящены изучению влияния происходящих изменений только на урожайность зерновых культур [7, 8], а аналогичные исследования в региональном аспекте пока единичны [9, 10].
При этом в странах Европейского Союза (ЕС) уже не просто изучают влияние климата на те или иные отрасли экономики, но и прогнозируют и исследуют их возможные экономические последствия [11, 12, 13]. Межправительственная группа экспертов, созданная при Организации Объединенных Наций, предоставляет регулярные отчеты об изменении климата, его последствиях и потенциальных рисках, а также предлагает варианты адаптации по смягчению последствий для 195 стран-членов [14]. Например, рассчитано, что при повышении среднегодовой температуры воздуха на 1 °C прибыль фермеров снизится на 8…13 % [15].
При этом в зависимости от местоположения региона эффективность ведения сельского хозяйства определяют разные климатические факторы. Для северных и влажных регионов к
основным из них можно отнести вторжение холодных воздушных масс с севера, избыточное увлажнение и заморозки [16]. Поэтому необходимо исследовать микроклиматический потенциал каждой территории или региона.
Цель исследований – оценить изменения агроклиматических показателей в условиях Республике Коми и проанализировать их влияние на урожайность сельскохозяйственных культур региона.
Условия, материалы и методы. Республика Коми расположена на северо-востоке Европейской части России. Ее протяженность с юго-запада на северо-восток составляет 1275 км, с юга на север – 785 км и с запада на восток – 695 км. По всей территории региона происходит закономерная смена почвенно-климатических условий. Выделяют четыре условных агроклиматических района республики [17, 18]. Каждый из них имеет свои особенности ведения и специализации сельского хозяйства.
I агроклиматический район (города Воркута, Инта, Усинск, Усть-Цилемский и Ижемский районы) расположен в северной части региона и характеризуется как холодный. Лето короткое, прохладное, зима продолжительная, суровая; повторяемость заморозков в летний период 7…8 лет из 10-и. Главная отрасль сельского хозяйства – молочно-мясное животноводство, оленеводство. Земледелие практически отсутствует.
II агроклиматический район (Печора, Вуктыл, Сосногорск, Ухта, Удорский район) умеренный и холодный, характеризуется прохладным летом, суровой и продолжительной зимой. Снежный покров сходит в начале мая, полевые работы начинаются в 3-й декаде этого месяца. Развивается молочно-мясная отрасль. Условия более благоприятны для земледелия (кормовые культуры, картофель, овощи), чем в I агроклиматическом районе.
В III агроклиматическом районе (Троицко-Печорский, Княжпогостский, Усть-Вымский, Корткеросский, Усть-Куломский районы) за период вегетации сумма активных температур составляет 1200…1400 °С и выпадает 200…230 мм осадков. Заморозки весной прекращаются в начале июня с вероятностью 45…55 %. Зимний период – 175…185 дней. Влагообеспеченность района хорошая, но иногда бывает переувлажнение почвы, хотя в 1…3 года из 10 лет ощущается недостаток влаги. В приоритете молочно-мясное животноводство, выращивание кормовых культур, картофеля, овощей.
IV агроклиматический район (г. Сыктывкар, Сыктывдинский, Сысольский, Койгородский, Прилузский районы) умеренно прохладный. К нему относится южная территория региона. Заморозки в летнее время возможны в 3…4-х из 10 лет. Продолжительность залегания снежного покрова 160…170 дней. Почва практически готова к обработке во 2 декаде мая. За вегетационный период выпадает в среднем 230…240 мм осадков, однако в 30 % случаев отмечается дефицит влаги. В этих условиях развиваются молочное скотоводство и земледелие.
Данные по урожайности, валовым сборам сельскохозяйственных культур и их посевным площадям за 1913–2018 гг. брали из статистических сборников советского периода и последних лет [19, 20, 21] с последующим приведением к одинаковым единицам измерения. Метеорологические показатели, собранные на 10 метеорологических станциях (Усть-Уса, Усть-Цильма, Ижма, Троицко-Печорск, Вендинга, Усть-Вымь, Лунь, Помоздино, Усть-Кулом, Сыктывкар, Пустошь, Койгородок и Объячево) Республики Коми, брали из базы данных Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Web Аисори [22] за период 1960–2018 гг. По каждой станции региона изучали следующие параметры: сумма осадков, сумма среднесуточных температур ниже 0 оС, выше 0 оС, 5 оС и 10 оС. На их основе рассчитывали продолжительность вегетационного периода с устойчивой температурой выше 5 оС, сумму осадков, среднюю температуру и сумму среднесуточных температур. Для сравнения были сопоставлены средние значения за периоды 1960–1979 гг. и 1999–2018 гг.
Среднюю температуру за вегетационный период, отклонение средней температуры от нормы, сумму осадков за вегетационный период и сумму осадков в процентах от нормы за 1989 по 2018 гг., для определения их влияния на урожайность картофеля в г. Сыктывкар рассчитывали сотрудники ФГБУ Северное УГМС «Коми ЦГМС». Для анализа изменения урожайности зерновых, овощных культур и картофеля в целом по республике все показатели рассчитывали на основе имеющейся базы данных по 10 метеостанциям Республики Коми как средние значения.
В ходе исследования использовали парный регрессионный анализ. При интерпретации его результатов учитывали обоснованность, свидетельствующую о влиянии агроклиматических показателей на урожайность сельскохозяйственных культур, значимость уравнения и оценку меры связи. Адекватность рассчитанных и построенных математических моделей оценивали по соответствующим критериям: коэффициент Пирсона (R ≥0,7), t-критерий Стьюдента, вероятность ошибки, коэффициент детерминации (R2 ≥ 0,5). Значимость полученного уравнения проверяли посредством F-критерия Фишера, при p < 0,05.
Анализ и обсуждение результатов. За период исследований в I агроклиматическом районе, большая часть которого находится в арктической зоне, произошло увеличение продолжительности вегетационного периода на 14,5 дня, в результате чего в 1999–2018 гг. она составила 124,3 дня. При этом средняя температура воздуха практически не изменилась, сумма среднесуточных температур выросла с 1249,3 градусо-дней до 1458,3 градусо-дней, сумма осадков – с 204,3 до 236,0 мм.
Во II агроклиматическом районе средняя сумма активных температур за последние 60 лет составила 1456 °С. Средняя температура воздуха за вегетационный период осталась на уровне 12,1 °С, а его продолжительность увеличилась на 13 %. Сумма среднесуточных температур варьирует от 1445,2 градусо-дней до 1632,9 градусо-дней. Сумма осадков за последние 20 лет выросла, по сравнению с 1960–1979 гг., на 56,1 мм.
В III агроклиматическом районе теплообеспеченность выше, чем в I и II районах, при этом сумма осадков выросла с 271,3 мм в 1960–1979 гг. до 329,5 мм в 1999–2018 гг. Вегетационный период увеличился на 12,56 дня. Сумма среднесуточных температур составила 1817,1 грудусо-дней.
В IV агроклиматическом районе за исследуемый период продолжительность вегетационного периода увеличилась меньше, чем на остальной территории республики, на 9,2 дня до 155,2 дней. Однако в его условиях отмечена тенденция роста среднесуточной температуры воздуха вегетационного периода, которая достигла 13,2 °С. Аналогичная ситуация и по сумме осадков, которая в IV агроклиматическом районе возросла на 80,8 мм. Сумма среднесуточных температур увеличилась на 10,2 %.
Отмеченное увеличение продолжительности вегетационного периода указывает на возможность расширения ассортимент выращиваемых сельскохозяйственных культур.
Норма сумм активных температур на основе сумм среднесуточных температур воздуха выше 10 °С нарастающим итогом на последний день декады в течение одного вегетационного периода для I агроклиматического района может достигать 1053 °С, для II – 1228 °С,
для III – 1381°С, для IV – 1533 °С.
Основные сельскохозяйственные культуры в Республике Коми – зерновые, картофель и овощи открытого грунта. Уравнения для графиков линий тренда урожайности этих культур имеют следующий вид:
для зерновых – y=0,0001x+0,9435;
для овощей – y=1,5054x-0,3054;
для картофеля – y=0,2364x+9,7524.
Результаты их анализа с использованием данных за 1913–2018 гг. свидетельствуют о тенденции к росту урожайности картофеля, а сбор овощей открытого грунта с единицы площади увеличился с 3,6 до 31,4 т/га. Прежде всего это связано с выращиванием более адаптированных к агроклиматическим условиям региона сортов (рис. 1). Можно предположить, что при размещении районированных сортов картофеля в соответствии с особенностями агроклиматических районов урожайность культуры, а, следовательно, и прибыль сельскохозяйственных организаций, повысится еще больше.
Наибольший валовой сбор зерновых культур в Республике Коми за 1913–2018 гг. отмечен в 1936 г., когда он составил 80,1 т, в 1981–1990 гг. величина этого показателя не превышала 0,5 т (рис. 2). Максимальный валовой сбор картофеля за тот же период зафиксирован в 1973 г. (299,1 т), минимальный – в 1922 г. (10,1 т). За 1998–2018 гг. он уменьшился с 284,7 т до 54,4 т, а посевная площадь культуры сократилась с 15,3 до 3,8 тыс. га. Это дает возможность утверждать, что основная причина сокращения валового сбора картофеля это уменьшение посевных площадей, а не климатические изменения в регионе. Площадь, занимаемая овощными культурами, в среднем за 1913–2018 гг. составляла 1,3 тыс. га, а их валовой сбор – 21,8 т в год, при этом с 2004 г. он относительно устойчив и не опускается ниже 16 т. Посевы кормовыми культур в 1913–1989 гг. устойчиво расширялись с 0,3 до 88 тыс. га, после 1989 г. их площадь начала снижаться и в 2018 г. составила 32,8 тыс. га.
Влияние климатических изменений на урожайность изучали на примере основной сельскохозяйственной культуры региона – картофеля. Для расчетов использовали данные по его урожайности (X), которая варьировала от 6,9 до 18,2 т/га, в г. Сыктывкар, а также по влияющим на ее величину показателям средней температуры за вегетационный период (y1); отклонения средней температуры от нормы (y2); суммы осадков за вегетационный период (y3); суммы осадков в процентах от нормы (y4). В результате определения силы связи между показателями за 1989–2016 гг. (Rxy) с использованием регрессионного анализа установлена прямая средняя зависимость по шкале Чеддока только между xy1 и xy2, которая в обоих случаях была равна 0,40. Уравнение имеет вид y=11,68+0,1x. Указанные зависимости с вероятностью ошибки <0,04 % при значениях критерия Стьюдента 2,05 и коэффициента Пирсона 0,37 статистически значимы.
По результатам анализа корреляций между агроклиматическими показателями и урожайностью зерновых, картофеля и овощей в целом по Республике Коми за 1960–2018 гг. выявлена средняя прямая связь урожайности овощей с продолжительностью вегетационного периода и суммой среднесуточных температур с вероятностью ошибки 0…0,1 % при коэффициенте Пирсона – 0,42 и 0,56, критерии Стьюдента – 3,5 и 5,1 соответственно; уравнения имеют вид y=116,82+0,09·x и y=1275,71+1,88·x, зависимости статистически значимы. Между остальными показателями взаимосвязи не установлены.
Происходящие климатические изменения создают потенциально более благоприятные условия как для выращивания имеющихся сельскохозяйственных культур, так и для интродукции новых, что будет способствовать повышению уровня обеспеченности жителей северного региона разнообразными свежими продуктами питания. Так, сумма активных температур в I и II агроклиматических районах на сегодняшний день соответствует биологическим требованиям гороха, моркови, капусты, фасоли, томата, огурца, бахчевых культур, кабачка, репы, редиса, укропа, петрушки, лука репчатого и свеклы. В последние годы в Республики Коми проводятся эксперименты по выращиванию новых для региона культур. Получены обнадеживающие результаты при возделывании кукурузы на силос в IV агроклиматическом районе, а попытка выращивания льна-долгунца в Усть-Цилемском районе (I агроклиматический район) окончилась неудачей.
Одновременно в Республике Коми отмечены и отрицательные последствия изменения климата, например, в IV агроклиматическом районе в последние годы начал появляться колорадский жук, которого раньше не наблюдали.
Выводы. Продолжительность вегетационного периода, средняя температура, сумма среднесуточных температур и осадков в четырех агроклиматических районах Республики Коми за 1960–2018 гг. изменились и имеют тенденцию к увеличению. Наиболее значительные изменения отмечены в I агроклиматическом районе, территория которого в основном расположена в арктической и субарктической зоне. В сельском хозяйстве региона создаются более благоприятные условия для развития растениеводства, позволяющие расширять ассортимент сельскохозяйственных культур. При этом по результатам анализа корреляций между агроклиматическими показателями и урожайностью зерновых, картофеля и овощей в целом по Республике Коми за 1960–2018 гг. выявлены только средние прямые связи между урожайностью овощей и продолжительностью вегетационного периода, а также суммой среднесуточных температур.
Cведения об источнике финансирования. Работа выполнена по теме НИР «Устойчивое ресурсопользование северного региона: факторы и модели» (Номер Государственного учета № 121021800128-8)
Автор выражает искреннюю благодарность научному сотруднику ГГИ Е. Л. Жильцовой и сотрудникам ФГБУ Северное УГМС «Коми ЦГМС» за помощь в сборе первичных данных.
