Агроэкологический потенциал пастбищных экосистем Северо-Западного Прикаспия в условиях меняющегося климата (05.10.2009)

Автор: Воронина Валентина Павловна

Агроклиматические аномалии аридизации характеризуются нарастанием лимитирующих показателей от окраины ареала к центру; гумидизации - уменьшением лимитирующих факторов от центра к границам ареала. Соответственно условия роста и развития растений в первом случае ухудшаются по сравнению с маргинальными областями, во втором - улучшаются.

Критериями для выделения аномалий служат лимити-рующие факторы, ограничивающие продуктивность фито- и агроценозов на 70 и более %: количество выпадающих осадков (холодный и теплый период, год), коэффициент увлажненности

- сумма среднемесячных температур за 4-10 месяцы (0С).

На топооснову региона (масштаб 1:2000000) наносятся показатели за определенный период (оптимально 30 лет) осреднения. Неполные ряды наблюдений восстанавливаются методом отношений (С.И. Костин, 1953). Картографирование осуществляется ручным или компьютерным методом (Surfer-32, метод Кригинга).

Натурные и экспериментальные показатели обрабатывались статистическими и математическими методами (Г.Н. Зайцев, 1984), расчет теоретических кривых уравнений проводился с использованием стандартных и оригинальных (Е.А. Гаршинев, 1986) компьютерных программ.

4. Биоклиматические ресурсы Северо-Западного Прикаспия

4.1. Солнечная активность и её влияние на климатические ресурсы. Выявление долгосрочных изменений климатических параметров региона, лимитирующих продуктивность экосистем, возможно при использовании солнечной активности, управляющей биосферно-планетарными явлениями.

колебания солнечной активности (с 1745- ?2050 гг.) представлены 2 малыми циклами из 7 периодов (77-78 лет) и большого цикла из 14 периодов (1902-?2050 гг. - 148±3 лет), хорошо коррелируя с дендрохронологическими показаниями, определениями изотопа кислорода, концентрацией 14С (Е.А. Ваганов, С.Г. Шиятов, 2003; Р.Е. Дикинсон, 1989 и др.). А ближайшие 24 и 25 периоды солнечной активности подтверждены неза-

висимыми исследованиями (Х. Абдусаматов, 2007; Национальн. океанографический центр, 2005; В.И. Найденов, 2005; New Scientist, 2006; Hathaway NASA, 2007).

установлена прямая зависимость влияния солнечной активности (х- число Вольфа, средняя за 1 период) на глобальную температуру (Т) воздуха Т= 0,0056х-0,4515 (R2=0,7; Kk=0,84), свидетельствующая, что рост активности солнца приводит к повышению температуры воздуха.

Рис. 4. Прогноз изменения солнечной активности, осадков за год и холодный период (по г. Волгограду) со смещением на 3 солнечных периода

Адекватная реакция в гидросфере проявляется с опозданием на 18 лет: уровень океана повышается из-за термического расширения и пополнения бюджета от таяния ледников и увеличения стока рек, также происходит уменьшение депонирования СО2 (Р.К. Клиге, 1982; В.В. Клименко, 2005 и др.). Колебания уровня (Н) Каспийского моря происходят почти синхронно с колебанием солнечной активности (в периоде) и глобальной температурой воздуха (Н= -(0,0139х+24,12); R2=0,7; Kk=0,8) и могут служить в качестве диагностического признака изменения климата на территории СЗ Прикаспия.

Анализируя количество выпадающих осадков в длинных рядах метеонаблюдений (100 лет и более) в границах СЗ Прикаспия, выявлены высокие корреляционные отношения (0,6-0,83) между показателями г. Волгограда (1890-2007 гг.) и другими пунктами, что позволяет судить об общих тенденциях и закономерностях. А именно, установлена линейная зависимость (Oc = a · Хt-to + b), указывающая, что вслед за нарастанием солнечной активности увеличивается доля атмосферных осадков (Ос) с запозданием на 3 солнечных периода (?33 года). Параметры линейной регрессии а, b определены методом наименьших квадратов, а время запаздывания (t0 =33 года) с учетом минимальной дисперсии между рядами осадков и солнечной активностью, рис. 4.

Для г. Волгограда определены параметры уравнения: Ос год=1,6671·хt-33+297,73; Ос хол=1,0607·Хt-33+97,69 (Kk за год = 0,83; Kk холодный период = 0,89).

В долгосрочной перспективе (33-35 лет) прогнозируются наиболее благоприятные по увлажнению годы с небольшим (?10 %) приростом по сравнению с 1997-2008 гг., затем прогнозируется уменьшение осадков, рис 4.

4.2. Агроклиматические аномалии и флуктуации современного климата на территории Северо-Западного Прикаспия. Регион находится под влиянием воздушных масс Атлантики, Арктики, Казахстана, Средней Азии, Черного и Каспийского морей. Поэтому создается достаточно пестрая картина массопереноса, осложненная мезорельефной мозаичностью и пестротой растительного покрова, которая может служить причиной возникновения аномалий, вызывая неустойчивый гидротермический режим.

По сумме годовых осадков (рис. 5) на базисный период (1881-1940 гг.) зафиксировано 12 аномалий аридизации, составляющих 7,4 % площади (1,4-17,3 %) и 13 аномалий гумидизации на площади 5,7 % (3,4-7,4 %). Наиболее крупные очаги опустынивания приурочены к зонам аридизации, где количество осадков на 40-100 мм меньше, чем на прилегающей территории. Зоны гумидизации часто располагаются в пойменных районах и возвышенностях, покрытых лесом.

В целом увеличение аридности СЗ Прикаспия отмечается с северо-запада на юго-восток. Однако четкой зональной изменчивости аридности (NIA) не отмечается из-за влияния Каспийского моря, крупных водных артерий, мезорельфных особенностей и трансграничной циркуляции воздушных масс.

Наиболее тяжелая агроклиматическая обстановка отмечается в зонах аридизации. В южной части региона (Астраханская область, Р. Калмыкия) агроклиматическая аномалия аридизации ограничивается изолинией NIA=0,76, а внутри неё располагаются очаги с NIA=0,79-0,84. В северной и северо-восточной части региона границы аномалий проходят через 0,5-0,58, возрастая к центру очага до 0,56-0,69. Здесь, в пустынной и полупустынной зонах, аборигенные фитоценозы имеют потенциальную урожайность менее 6-8 ц/га, в степной зоне до 15 ц/га.

Агроклиматические аномалии гумидизации имеют улучшенный режим увлажнения и более высокую продуктивность травостоя – 9,1-24, 0 ц/га.

Уменьшение количества метеопостов к 1961-1981 гг. позволило достоверно судить о реальных аномалиях и потенциальных, выявленных по косвенным признакам.

За вековую историю (1881-1981 гг.) интенсивного земледелия и трансформации природных ландшафтов установлено, что 90 % территории имеет несбалансированный режим увлажнения. Из них около 30 % предрасположено к аридизации, 25 % - к гумидизации, 45 % - характеризуются флуктуационным режимом, то есть здесь попеременно (через 10-30 лет) проявляются противоположные тенденции.

На территориях (10%), где хорошо сохранились коренные аборигенные фитоценозы и природные ландшафты (Волгоградское Заволжье, Р. Калмыкия около п. Нарын-Худук), сохраняется климатическая стабильность, где необходимо проводить мониторинг, так как они являются индикаторами естественных климатических флуктуаций.

Сложившийся режим увлажнения хорошо объясняется глобальной циркуляцией атмосферы и антропогенной деятельностью, направленной на трансформацию ландшафтов. Выявленные региональные особенности (по 3 периодам) изменения годового количества осадков свидетельствуют о тенденции нивелировки увлажнения территории за счет выравнивания подстилающей поверхности и сходности современных агроландшафтов.

Рис. 5. Агроклиматические аномалии в СЗ Прикаспии

1- базисный период (1881-1940 гг.); 2, 3, 4 – изменение годового количества осадков к

базисному периоду (2- 1881-1915 гг., 3- 1940-1964 гг., 4- 1961-1981 гг.)

В добазисный период (1881-1915 гг.) отмечается дискретное уменьшение осадков в основном в широтном направлении, наиболее значительное в южной и юго-восточной части региона в зонах аридизации, способствуя зарождению «древних» очагов опустынивания.

В послебазисный период (1940-1964 гг.) фиксируется чередование территорий с повышенным и пониженным количеством осадков в меридиональном направлении, в соответствии с закономерностями переноса воздушных масс в меридиональную южную эпоху. Наибольшему иссушению подвергаются трансформированные ландшафты: зарегулированные пойменные территории, обезлесенные возвышенности. Аридные аномалии, где проведено лесомелиоративное обустройство территорий (Нижне-Днепровские пески, пригородная зона г. Волгограда) улучшают водный режим.

За период 1961-1981 гг. в целом по региону происходит увеличение выпадающих осадков, в том числе и в зонах аридизации. Гумидные аномалии сохраняют противоположную тенденцию. Выявлены большие площади (пограничные районы Ростовской и Волгоградской областей), где продолжает уменьшаться количество выпадающих осадков, и они являются потенциальными очагами экологической нестабильности.

Разработанная серия тематических карт, для периодов с различной антропогенной нагрузкой и климатическими изменениями, позволила по новому оценить природно-ресурсный потенциал на площади около 35 млн. га и выявить наиболее проблематичные территории в отношении опустынивания. Современные агроклиматические ресурсы СЗ Прикаспия оценены по 8 наиболее важным показателям, с учетом особенностей природно-климатических зон. использованы индексы NIA и Ку, через которые определена потенциальная продуктивность пастбищных угодий, что позволяет разрабатывать технологии рационального использования природных ресурсов с учетом экологических принципов и ёмкости экологической среды обитания.

4.3. Оценка биоклиматических параметров в длинных рядах метеонаблюдений. Термические ресурсы (осредненные за период солнечной активности) показывают, что повсеместное потепление отмечается в январе с 1965 г. Современные показатели декабря и февраля близки к значениям конца 19 века. Весна, начиная с 1944-1953 гг., стала запаздывать на 8-10 дней, а температура увеличилась на 1-3,5 0С. В летний период (после 1933-1943 гг.) отмечается тенденция к небольшому понижению температуры. Сейчас осень (октябрь-ноябрь) почти сравнялась по температурному режиму с концом 19 века.

Температура холодного периода с конца 19 века (-2,5-3,0 0С) имеет тренд к почти 2-х кратному увеличению к 1995 г. (-1,5-2,0 0С), а в теплый период отмечается тенденция уменьшения температур, то есть климат стал мягче, понизилась континентальность.

Наиболее высокие среднегодовые температуры фиксируются в конце 19 и 20 веков (соответственно 9,6-10,1 0С), более низкие с 1913-1964 гг., рис.6. Календарный анализ экстремально высоких температур 1972, 1985, 1986 гг. в различных пунктах указывает, что полюсом жары являются Черные земли и Кизлярские пастбища, а за счет крупномасштабной турбулен-

Рис. 6. Динамика среднегодовых температур

воздуха (осредненная по солнечным периодам)

тности и термоэмиссионного переноса прогреваются маргинальные территории.

на территории СЗ Прикаспия количество атмосферных осадков за теплый период составляет 54,1-76,9 % от годовой нормы. Между теплым периодом и годовой суммой осадков коэффициент корреляции равен 0,82-0,91. Высокая вариабельность атмо-

сферных осадков (19,6-46,0 %) отмечена как за теплый, так и за холодный период и возрастает при повышении аридизации биоклимата. Динамика годовой суммы осадков показывает их увеличение с конца 19 века к концу 20 века на 25-30 %, в гг. Астрахани и Элисте на 60-70 мм, в гг. Волгограде и Ростове на 100-120 мм. Закономерность увеличения осадков от пустынной к степной зоне не была нарушена в ходе вековых изменений глобального и регионального климата.

Динамика осадков холодного периода достаточно хорошо описывается синусоидой. В пустынной и полупустынной зонах её периодичность 38-39 лет, в степной около 75 лет. Причем минимум 1940 г. совпадает по всем пунктам, а другие минимумы (пустынной и полупустынной зон) 1904 и 1981 годов приходятся на максимум степной зоны. Количество осадков холодного периода (У) уменьшается при росте средней температуры (х) теплого периода (осредненной за 10 лет) У=-50,059 х+981,13; R2=0,54 (Астрахаь), У=-127,21х+2301,1; R2=0,99 (Комсомольский), обостряет агроэкологическую обстановку и вероятно вызывает периодические колебания.


загрузка...