Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Агроклиматические, технологические и экологические факторы продукционного процесса основных сельскохозяйственных культур на ЕТР 13
1.1. Основные факторы, влияющие на продукционный процесс сельскохозяйственных культур в последние десятилетия 13
1.2. Составляющие временных рядов агроклиматических показателей 16
1.3. Агроклиматические требования основных сельскохозяйственных культур ЕТР к условиям роста и развития 22
1.4. Агрометеорологические модели и их особенности в современных условиях 51
1.5. Методы анализа временных рядов 74
Глава 2. Характеристика объектов и методов исследования 80
2.1. Географические пункты проведения исследования 80
2.2. Изученные культуры и сорта 82
2.3. Математические и статистические методы анализа данных 88
Глава 3. Тенденции изменений хозяйственно ценных признаков основных сельскохозяйственных культур ЕТР и агроклиматических показателей в 1980– 2014 гг 102
3.1. Тенденции изменений хозяйственно ценных признаков основных сельскохозяйственных культур ЕТР в 1980-2014 гг. 102
3.2. Тенденции изменения агроклиматических характеристик ЕТР в 1980-2014 гг. 123
Глава 4. Комплекс агрометеорологических регрессионных моделей продукционного процесса основных сельскохозяйственных культур ЕТР 134
4.1. Модели продолжительности вегетации основных сельскохозяйственных культур ЕТР 135
4.2. Модели урожайности и показателей качества урожая основных с/х культур ЕТР 156
4.3. Климатически обусловленные прогнозы хозяйственно ценных признаков сельскохозяйственных культур 171
Глава 5. Адаптивность основных сельскохозяйственных культур ЕТР к повышению температуры 178
5.1. Зависимость продолжительности межфазного периода растений от температуры воздуха 178
5.2. Стабильность сумм температур за межфазные периоды в условиях климатически изменений 190
5.3. Роль температурных минимумов фенофаз в регуляции динамики продукционного процесса 197
5.4. Регуляция весеннего развития растений низкими температурами 215
Глава 6. Динамическая модель сезонного развития винограда 220
6.1. Положения модели 220
6.2. Программная реализация модели 223
6.3. Параметризация модели 228
6.4. Валидация модели 231
6.5. Применение модели SEASONS к цветению сои 237
Глава 7. Меры по адаптации растениеводства к текущим и ожидаемым изменениям климата в условиях ЕТР 240
7.1. Продвижение культур и сортов на север 240
7.2. Повышение засухоустойчивости сортов в южных регионах 248
7.3. Адаптация агротехнических приемов 250
7.4. Хранение гетерогенных коллекций генетических ресурсов растений в условиях изменений климата 251
7.5. Создание новых моделей сортов для селекции 252
7.6. Интенсификация сельскохозяйственного производства 254
Выводы 257
Практические рекомендации 260
Список сокращений и условных обозначений 262
Список литературы 265
Приложения 315
- Составляющие временных рядов агроклиматических показателей
- Тенденции изменений хозяйственно ценных признаков основных сельскохозяйственных культур ЕТР в 1980-2014 гг.
- Роль температурных минимумов фенофаз в регуляции динамики продукционного процесса
- Интенсификация сельскохозяйственного производства
Составляющие временных рядов агроклиматических показателей
Временной ряд – совокупность значений какого-либо показателя за несколько последовательных моментов (периодов) времени (Елисеева и др., 2007, С. 296). Каждый уровень временного ряда формируется под влиянием большого числа факторов, которые можно разделить на три группы: факторы, формирующие тенденцию ряда; факторы, формирующие циклические колебания ряда; случайные факторы. Чаще всего реальные данные содержат компоненты, обусловленные действием факторов всех указанных выше групп. Фактический уровень временного ряда в каждый момент можно представить как сумму или произведение трех перечисленных компонент; чаще используется аддитивная модель. Временные ряды агроклиматических показателей и хозяйственно ценных признаков растений содержат все перечисленные компоненты.
Тренд. Особенностью современной агроклиматологии является тренд в динамике агроклиматических факторов. По результатам наблюдений 1860–1990 гг. за 130 лет климат Земли потеплел на 0,5-0,6С, в высоких широтах потепление достигло 2,0-2,5С. В низких широтах количество осадков уменьшилось, а в высоких – увеличилось (Сверлова, 2008; Alexandersson et al., 2018). 2016-й год стал самым теплым годом за всю историю мировых метеорологических наблюдений (120 лет), превысив предыдущий рекорд - 2015-й год (РИА Новости, 12.01.2017). Потепление в целом по России за период 1885–2005 гг. составило 1,29С, за период 1976–2006 гг. 1,33С (Оценочный доклад об изменениях климата, 2008). Совершенствование агротехники, появление новых сортов, трансгенных растений способствуют росту урожайности, внося в ряды ее динамики неклиматический тренд. Разделение эффектов агроклиматического и агротехнического трендов является особой задачей при выявлении климатических зависимостей (Руководство по агрометеорологическим прогнозам, Т.1,2, 1984; Николаев, 1994). Агротехнический тренд тесно связан с экономическими изменениями в стране; в годы перестройки уровень агротехники снизился и тренд имел сложный нелинейный характер.
Тренды агроклиматических характеристик на территории России локальны и меняются со временем. Например, в 1975–2004 гг. на европейской части России наблюдался рост сумм активных температур (со скоростью 30-80С/10 лет), а на Дальнем Востоке отмечалось уменьшение (Сиротенко, Павлова, 2009). На территории земледельческой зоны России уменьшалась степень континентальности климата (Сиротенко, Павлова, 2009), оцениваемая по разности температур наиболее холодного и теплого месяцев. При увеличении продолжительности периода с температурами выше 5С во многих районах не наблюдалось уменьшения периода без заморозков. Осадки росли в одних регионах и уменьшались в других. В последние 10 лет тенденция к увеличению осадков усилилась и превышает прогнозируемые значения (Мищенко, 2009), что подтвердили и наши исследования.
Мировым сообществом разработан ансамбль моделей изменения климата, и прогнозы климатических изменений делаются по нескольким моделям, в том числе и в зависимости от сценария глобального социально-экономического развития (Гордеев и др., 2008; Gosling, Arnell,2016; Quenol et al, 2014). Прогнозируется, что потепление в первой четверти XXI века более заметно проявится в северных широтах, чем в южных, причем в холодное время будет более выражено, чем в теплое; количество осадков в умеренных широтах возрастет (Кокорин, 2014). Ансамбль моделей показывает большую неопределенность прогнозов влагообеспеченности, с ростом температур возможен рост засушливости климата (Gosling, Arnell,2016). Потепление климата может способствовать повышению урожайности сои и кукурузы в США, но при дальнейшем росте температур урожаи выровняются или снизятся (Бутсма, 2010а). Климатические изменения к 2050 году могут в два раза сократить количество земель, пригодных для выращивания фасоли в результате чрезмерно тёплых условий (Паймакова, 2015). Прогнозируется резкое снижение площадей под виноградниками в ближайшие 40 лет, вызванное потеплением (Hannah et al., 2013). Во многих регионах виноградарства увеличилась частота экстремальных явлений: аномально низких зимних температур в некоторых регионах, частоты заморозков весной и осенью, высоких температур летом, аномально высоких осадков, засух и града. Прогнозируется дальнейшее увеличение частоты экстремальных явлений в 20 из 27 виноградарских районов мира (Jones, 2012).
Прогнозы дальнейших изменений агроклиматических характеристик и продуктивности сельского хозяйства при реализации климатического сценария аридного типа HadCM3 (A1F1) к 2030 г. показывают рост температур, сумм осадков за год, уменьшение ГТК на ЕТР (Сиротенко, Павлова, 2009). По модели ГГО предсказан более гумидный тип изменения климата, меньший рост температур и более благоприятные прогнозы для зерновых. Однако во второй половине ХХI в. в Центральном, Центрально-Черноземном, Северо - Кавказском регионах рост температур вызовет отрицательные тенденции климатообусловленной урожайности, несмотря на возрастание вегетационного периода (Сиротенко, Павлова, 2009).
Наиболее заметный эффект роста температур – ускорение фенодат распускания листьев, цветения, созревания плодов диких и культурных растений в различных регионах мира (Menzel, Sparks, 2006; Cleland et al., 2007; Miller-Rushing et al., 2008; Rai, 2015). Наблюдения за 616 рядами дат облиствления деревьев в Европе (Menzel, Sparks, 2006) показали ускорение на 6 сут. за 30 лет. В Англии повышение температуры февраля-апреля на 1С вызывает более раннее зацветание растений на 5 сут. (Amano et al., 2010). С середины ХХ по начало ХХI в потепление сопровождалось ускорением весенней фенологии на 2-3 сут./10 лет, задержкой осенней на 0,3-1,6 сут./10 лет (Sherry et al., 2007). Даты цветения пшеницы наблюдаются в Европе до трех недель раньше по сравнению с 50-ми годами ХХ века (Estrella et al, 2007; Cleland et al, 2007; Amano et al, 2010, Keilwagen et al., 2014). Дата устойчивого перехода температур через 5С весной наступает раньше на 2–3 сут./10 лет. В Финляндии после 1980 посев яровых зерновых производится в более ранние сроки на 1-3 сут./10 лет (Kaukoranta, Hakala, 2008). В Германии дикие растения и плодовые деревья показывают более раннее прохождение фенологических фаз на 5–7 сут./10 лет (1951 – 2004 гг.), в то время как посев и сбор урожая культурных растений меняются медленнее, на 2 сут./10 лет. Агротехнологии не успевают адаптироваться к изменениям климата (Menzel et al., 2006).
Окончание вегетации - запестрение листьев осенью в Европе, - наоборот, показало тенденцию к задержке на 5 сут./30 лет. Фенология культурных растений отличается «ложными» фенодатами (посева, уборки), зависящими от особенностей агротехники и экономических причин (Menzel, Sparks, 2006).
Метод агроклиматических аналогов по модели HadCM3 также предсказывает рост урожайности на территории Нечерноземной зоны ЕТР на 23% в 2020–2030 гг. Максимальный рост на 36% прогнозируется в Ленинградской обл. при реализации там современного климата Иваново-Франковской обл., минимальный на 10% - в Тамбовской, при реализации там современного климата Черкасской обл. Украины (Сиротенко, Павлова, 2009).
Рост температур уменьшает урожайность в основных сельскохозяйственных регионах мира, при росте температуры на 1С прогнозируется падение глобального производства пшеницы на 6% (Dreccer et al., 2018).
Периодическая составляющая. Изменения климата Земли характеризуются колебаниями различного масштаба, с интервалами в тысячелетия, столетия, десятилетия (11, 22, 35, 90 лет), что сопровождается изменениями растительности. Природные фитоценозы, многолетние растения приспособлены к колебаниям климата с периодом сравнимым с продолжительностью их жизни, т.е. 11, 22, возможно, 35 и 90 лет (Турманина, 1970). Наблюдаются циклы фенодат с периодами от 2 до 13 лет, несколько десятков лет (Шульц, 1981). При увеличении периода наблюдений больше 25-30 лет «возникает опасность перехода в иную фазу многолетних климатических циклов, не типичную для эпохи наблюдений» (Шульц, 1981, С. 71).
Сезонные ритмы. Периодичность развития растений связана с сезонностью основных факторов жизни: температуры, света, осадков. «Вегетационный ритм видов обычно соответствует климатическому ритму области происхождения видов» - писал Н.И. Вавилов (Вавилов, 1967). Важнейшим сортовым экологическим свойством является вегетационный период. «Вегетационный период определяется не только количеством безморозных дней, но также временем наступления летней засухи в засушливых районах, или, наоборот, в условиях муссонного климата временем наступления губительных летних ливней, обусловливающих поражение паразитическими грибами, полегание, прорастание семян на корню и снижение качества зерна» (Вавилов, 1957, С. 32). В зависимости от сезонного хода жизненных факторов растения имеют разные стратегии развития и реакцию на одни и те же уровни факторов. В то же время имеется ряд общих закономерностей, а именно общность в последовательности фаз развития (Медведев, Шарова, 2014): прорастание семени происходит при благоприятных условиях увлажнения и температуры; цветение является критическим периодом у многих растений. Для растительных организмов очень важно сформировать семена при наиболее благоприятных для этого погодных условиях, поэтому большинство растений способны переходить от вегетативного роста к цветению только в определенное время года, ориентируясь на условия внешней среды. Время перехода от вегетативного роста к генеративному является ключевым моментом в жизненном цикле растения. Внешними факторами, индуцирующими переход к цветению, являются фотопериод и температура. Развитие плодов сопровождается резким замедлением вегетативного роста, а у однолетних растений старением всего организма (Медведев, Шарова, 2014).
Тенденции изменений хозяйственно ценных признаков основных сельскохозяйственных культур ЕТР в 1980-2014 гг.
Для сортов-стандартов ВИР, перечисленных в таблице 2.3, были рассчитаны тенденции сдвигов дат начала фенофаз. Тренды рассчитаны с 1980 г., когда во всех исследованных пунктах началось повышение температуры, по 2014 г. Вариабельность дат основных фенофаз оценена в таблице 3.1. У зерновых, льна, сои, бобов, картофеля наиболее варьировала дата созревания; у картофеля на Полярной ОС – дата цветения.
Зерновые и лен. Даты посева для зерновых известны только для опытов в Пушкинских лаб. Даты посева смещались на более ранние сроки, со скоростью 2– 5 сут./10 лет (рисунок 3.1). В Пушкинских лаб. у зерновых и льна наиболее варьировала дата созревания, наименее – дата цветения (таблица 3.1). Все исследованные даты фенофаз сдвигались за период исследования на более ранние сроки. Самый длинный ряд наблюдений – за льном сорта Светоч. В период 1954 – 1979 гг. желтая спелость наступала у него в среднем 12 августа, в 1980-1999гг. – 6 августа, в 2000 - 2012 гг. – 31 июля; скорости изменения даты посева с 1980 г. составили -4,2 сут./10 лет, всходов -3,5 сут./10 лет, цветения -4,1 сут./10 лет, желтой спелости -4,4 сут./10 лет. Сорт Краснодарский 73 исследовался на Кубанской ОС после 1980 г. всего 8 лет, его фенофазы недостоверно смещались на более поздние даты. Сорта Оттер и Валдин 765 характеризовались смещением фенофаз на более ранние сроки, дата цветения сорта Валдин 765 - достоверно (-5,9 сут./10 лет).
У 9 образцов сои со слабой фотопериодической чувствительностью в условиях Пушкинских лаб. в 1999–2013 гг. при осуществлении посева в более ранние сроки (на 3 сут./10 лет) наблюдались более ранние всходы (в среднем на 6 сут./10 лет), более раннее цветение (в среднем на 4 сут./10 лет). Наиболее ускоряли цветение более ранние образцы.
Картофель. Картофель Хибинский ранний, являющийся стандартом на Полярной ОС ВИР, интересен в качестве сорта, возделываемого при крайнем дефиците тепла за Полярным кругом. Посадка производилась примерно в одни и те же даты с 1968 г. В 1980-2012 гг. даты бутонизации, цветения и, в меньшей степени, уборки показали тенденцию к смещению на более ранние сроки. Наиболее варьирующей была дата цветения, достоверно смещающаяся на более ранние сроки (со скоростью -3,8 сут./10 лет). У сорта Невский в Пушкинских лаб. при практически постоянной дате посева в 1984–2004 гг. фенофазы также смещались на более поздние сроки: всходов (2,2 сут./10 лет), бутонизации (3,4 сут./10 лет), цветения (на 1,9 сут./10 лет), но позднее проводилась уборка (на 3,0 сут./10 лет). Сорта Елизавета и Петербургский, исследованные в отличной от Невского серии опытов, высаживались на 1-2 сут/10 лет раньше, и всходы и уборка у них были раньше (уборка сорта Елизавета достоверно на 13,5 сут./10 лет). На Майкопской ОС рост температур вызвал у сорта Невский более ранние всходы, цветение, убирался урожай в более ранние сроки. Межгодовая изменчивость дат фенофаз картофеля на Полярной и Майкопской ОС оказалась выше, чем в Пушкинских лаб. Это связано с большим влиянием температуры на вегетацию в условиях недостатка и избытка тепла (Ацци, 1959; Новикова и др., 2017в).
Капуста. У белокочанной капусты при постоянных датах посева (26 апреля), всходов (01 мая), высадки в открытый грунт (03 июня) в Пушкинских лаб. даты начала и полной хозяйственной годности сдвинулись на более ранние сроки, достоверно у сорта Амагер 611 со скоростью - 6,8 сут./10 лет и -7,6 сут./10 лет соответственно, у сорта Номер первый грибовский -4,9 сут./10 лет и -5,1 сут./10 лет.
Виноград. Средние многолетние даты начала фенофаз 71 сорта представлены в приложении Б. Среднемноголетние даты начала распускания почек исследованных сортов варьировали от 24 апреля до 2 мая; начала цветения – от 30 мая до 9 июня; начала созревания ягод – от 12 июля до 16 августа; полной зрелости ягод – от 6 августа до 29 сентября. Дата начала распускания почек не имела достоверных тенденций к изменению. Остальные даты смещались на более ранние сроки, все достоверные тенденции отрицательные. В среднем по 71 сорту дата начала цветения наступает раньше на 3,5 сут./10 лет; начало созревания на 3,3 сут./10 лет, полная зрелость ягод на 6,2 сут./10 лет.
Наиболее заметной реакцией культур на изменение климата было ускорение вегетации сортов вблизи северной границы зоны возделывания культуры (Новикова, 2017б). Продолжительности межфазных периодов исследованных сортов ранних зерновых, зернобобовых и льна были более стабильны, чем фенодаты.
Зерновые и лен. В Пушкинских лаб. все исследованные сорта зерновых и льна показали тенденцию к сокращению вегетации (таблица 3.2; рисунок 3.2), достоверно - овес сорта Боррус (-4,0 сут./10 лет) и ячмень сорта Потра (-6,6 сут./10 лет). Ускорение вегетации происходило за счет сокращения продолжительности периода цветение (колошение, выметывание) - созревание, при этом период от всходов до цветения слабо удлинялся.
Достоверно сокращались период цветение–созревание у овса сорта Боррус (-4,6 сут./10 лет), ячменя сортов Белогорский (-2,6 сут./10 лет) и Потра (-4,6 сут./10 лет).
Сокращение генеративной фазы происходило из-за роста температур июля – августа, а очень незначительное увеличение вегетативной фазы – за счет более раннего посева и увеличения продолжительности периода с температурами от 10 до 15С.
В Московском отд. продолжительность вегетационного периода сортов овса и межфазных и вегетационного пшеницы увеличивалась. У пшеницы сорта Московская 35 продолжительность вегетации росла достоверно (5,1 сут./10 лет), что, как далее будет показано, объяснялось не климатическими, а предположительно агротехническими, изменениями.
В условиях роста осадков на Екатерининской ОС у овса сорта Горизонт увеличивалась продолжительность всех исследуемых межфазных периодов; у пшеницы сорта Кутулукская периода цветение – созревание. Периоды всходы – цветение и всходы – созревание у Кутулукской сокращались.
На Кубанской ОС у овса сорта Краснодарский 73 наблюдалось слабое увеличение продолжительности вегетационного периода, но наблюдения над ним пришлись на годы похолодания (1974–1988 гг.), у сорта Оттер в 1987–1998 гг. наблюдалось слабое удлинение вегетации за счет более ранних всходов и более позднего созревания, вероятно, связанное с удлинением весеннего периода с благоприятными для вегетативного овса температурами 5-15С.
Горох. Все сорта гороха показали слабое сокращение вегетации, периодов всходы – цветение, цветение – созревание. Вариабельность вегетационного периода, периода цветение-созревание у гороха и бобов были наибольшими из исследованных культур.
Бобы. У бобов сорта Русские черные наблюдалась достоверное сокращение периода всходы – цветение (-6,1 сут./10 лет), увеличение периода цветение – созревание (7,1 сут./10 лет), период всходы – созревание недостоверно увеличивался (0,9 сут./10 лет). Бобы сортов Кузьминские и Ленкоранские исследовались в 1962–1979 гг., достоверных тенденций в динамике агроклиматических характеристик и хозяйственно ценных признаков бобов не было.
Соя. У сои сорта Комсомолка на Кубанской ОС в 1980-2009 гг. сокращались периоды посев – всходы, всходы – цветение, удлинялись цветение – созревание и всходы – созревание. У образцов сои в Пушкинских лаб. (таблица 3.3), несмотря на то, что все фенодаты смещались на более ранние сроки, только продолжительность периода посев - всходы сократилась у всех сортов в среднем на 2,1 сут./10 лет; у более поздних образцов всходы-цветение и посев-цветение увеличились. В итоге посев - цветение сократился у шести из девяти образцов.
Картофель. У всех сортов, за исключением сорта Невский в Пушкинских лаб., сокращалась вегетация и продолжительность периода посадка – всходы (таблица 3.3, рисунок 3.3).
Роль температурных минимумов фенофаз в регуляции динамики продукционного процесса
Регрессионный анализ выявил, что продолжительность вегетации исследованных культур зависела от характеристик двух температурных интервалов: увеличивалась с удлинением биологической весны (периода с температурами 10-15С) и сокращалась с ростом сумм температур биологического лета (выше 15С, для винограда – выше 20С). Возникла гипотеза, что наблюдаемый эффект вызывается тем, что переход к генеративной фазе не может начаться раньше достижения температурой определенного предела. Среди моделей агрометеорологии имеется модель дат начала фенофаз для винограда Северного Кавказа и Закавказья Ш.И. Церцвадзе и А.Ф. Снопока, связывающая созревание винограда с датой перехода температур выше 15С или 20С (Руководство по агрометеорологическим прогнозам, Т. 2, 1984). Были построены регрессионные модели фенодат исследованных культур. Зависимость дат фенофаз от дат перехода температур через какие-либо пределы выявляет регуляторную роль этих температурных пределов; от предыдущих дат фенофаз показывает, наоборот, высокую степень независимости скорости прохождения межфазного периода от внешних меняющихся условий и определяющую роль эндогенных факторов.
Были исследованы сорта с известными фенодатами из табл. 2.3 (Новикова и др., 2016в; Новикова, 2018б).
Для упрощения вида коэффициентов уравнений регрессии все даты представляют собой номер дня, отсчитанный от 1 апреля.
Зерновые и лен. В ВИРе под вегетационным периодом для зерновых и зернобобовых культур понимается период от всходов, поэтому дата посева фиксируется не всегда. Для исследуемых сортов она известна только в Пушкинских лаб. Посев проводился в среднем 9 мая (от 24 апреля до 31 мая) при температурах 10-12С. Известно, что в более южных регионах с большим градиентом весенних температур посев ранних яровых проводится при более низких температурах. Средняя температура дня всходов была 11-14С, на Кубанской ОС 9-12С, на Екатерининской ОС 16С. Коэффициент корреляции даты всходов и даты посева в Пушкинских лаб. у разных сортов был г=0,87— 0,94, т.е. дата всходов (DВ) определялась датой посева (DП). Общность предикторов позволила создать объединенную в разностях модель скорости изменения даты всходов от года к году (Новикова и др., 2016в):
ADВ =-0,120+ 0,943ДD П R2=0,71 (5.7)
У двух сортов овса на Кубанской ОС дата всходов коррелировала с датой перехода температур через 5С (Краснодарский 73 г=0,58, Оттер г=0,77).
Цветение (колошение, выметывание) в Пушкинских лаб. приходилось на температуру 17-18С, на Кубанской ОС 19-20С, на Екатерининской ОС 22С. Объединенная модель даты цветения (колошения, выметывания) (Бц) зерновых и льна на ЕТР включает зависимость от даты всходов (DB) и средней температуры за период с температурами выше 15 С (Т15):
АD Ц = -0,235 + 0,590D В - 2,409Т15 R2=0,54 (5.8)
Увеличение средней температуры лета на 1 С ускоряло цветение в среднем на 2 сут.
Созревание приходилось в Пушкинских лаб. на температуры 17-18С, на Кубанской ОС 22С, на Екатерининской ОС 23С. Дата созревания определялась Тэф15 (кроме овса сорта Оттер) (таблица 5.5).
На Екатерининской ОС даты созревания овса сорта Горизонт, как и для продолжительности вегетации, зависела от осадков, выразившейся в зависимости от ГТКі5. Добавление в уравнение даты цветения повышало степень детерминированности уравнения до 65-87%. Однако и без даты цветения 5 из 7 построенных моделей сортов были детерминированы более чем на 50% Тэф15 и ГТК15. При температурах 5-15С растения накапливают вегетативную массу, переход температур выше 15 С дает толчок началу генеративного этапа, созревание ускоряется с ростом температур лета.
Уравнения продолжительности вегетации, построенные в п. 4.1, и даты созревания получились в среднем сравнимого качества. Коэффициенты регрессии при Tэф15 в Пушкинских лаб., где этот предиктор был единственным и в моделях даты созревания, и в модели продолжительности вегетации, были близки с точностью до десятых. Объединенные уравнения продолжительности вегетации (4.18) и даты созревания (таблица 5.5, формула 5.16) различаются коэффициентом детерминации на 1%. При этом прогнозирование даты созревания требует меньше входной информации, т.к. не требуется знания даты посева; на дату созревания не влияет весенний период с температурами до 15С, не ускоряющий созревание, поэтому продолжительность периода с температурами 10-15С в уравнение даты созревания не вошла. Таким образом, рассчитать дату созревания можно, не зная даты посева, всходов и цветения. Все сказанное верно при посевах в обычные сроки, т.е. при температурах 5-10С.
Зернобобовые. Посев бобов сортов Кузьминские и Ленкоранские, исследованных в 1962 - 1979 гг. в условиях Пушкинских лаб. производился в среднем 14-15 мая при температурах 9-11 С. Всходы наблюдались при температуре 14-15С. Дата всходов зависела от даты посева, всходы бобов ускорялись более ранней датой перехода температур через 15С. Объединенная в разностях модель для двух сортов бобов:
МD В = 1,460+ 1,028ДD П+0,152AD15 R2=0,83 (5.17)
Дата цветения у обоих сортов приходилась на 3-5 июля и температуру 17-18С. Она зависела от даты всходов и от средней температуры выше 15С, как и у зерновых:
АD ц =0,338 -3,273ДТ15+0,604ЛDВ R 2 =0,55 (5.18)
Дата созревания приходилась у сорта Кузьминские в среднем на 9 сентября, у сорта Ленкоранские на 31 августа и температуры 13-15С и зависела от суммы эффективных температур выше 15С (коэффициенты корреляции г=0,74 и г=0,82 соответственно), но у сорта Ленкоранские еще и от даты всходов:
Кузьминские: DС =180,224 -0,080 Тэф15 R2=0,54 (5.19)
Ленкоранские: DС =136,227 -0,086jТэф15 +0,630 DВ R2=0,77 (5.20)
Таким образом, у более раннего сорта была слабая зависимость даты созревания от даты всходов, у более позднего она исчезает.
Объединенное в разностях уравнение даты созревания бобов было менее точным, чем построенное в п.4.1.2 уравнение продолжительности периода посев-созревание:
ADc =-0,231-0,073Д2Тэф15 H090AD В R2=0,55 (5.21)
ALПС= 3,947- 0,100 T эф 15 R2=0,75 (5.22)
Прогнозы по модели (4.64) не делались из-за зависимости от даты всходов.
Таким образом, дата всходов бобов ускорялась более ранним переходом температур через 15С. Дата созревания у бобов, как и у зерновых, определялась суммой эффективных температур выше 15С, но, кроме того, и датой всходов. Дата созревания прогнозировалась с меньшей точностью (R2=0,55), чем продолжительность периода посев-созревание. Это говорит о меньшей связи скорости развития бобов с температурными условиями, чем у зерновых.
Интенсификация сельскохозяйственного производства
Интенсификация с/х производства позволяет улучшить адаптационный потенциал сельского хозяйства (Кокорин, Кураев, 2007). Была проанализирована вариабельность урожайности с/х культур в зависимости от уровня интенсификации хозяйств. Материалом для исследования послужили данные Госкомстата (www.gks.ru) по динамике урожайности основных с/х культур в Краснодарском крае в 1995-2015 гг. Рассмотрены данные по двум категориям хозяйств: с/х организациям и фермерским хозяйствам (крестьянским (фермерским) хозяйствам и индивидуальным предпринимателям). Взяли ряды наблюдений с длиной от 12 лет по овсу, ячменю, сое, картофелю и винограду.
Средняя урожайность в с/х организациях превышала урожайность в фермерских хозяйствах: овса на 3,9 ц/га, ячменя на 3,5 ц/га, сои на 2.2 ц/га, картофеля на 28,8 ц/га, винограда на 26,3 ц/га, что подтверждает различный уровень интенсификации производства. Наименьший годовой темп роста урожайности был у сои и винограда (102-103%), наибольший у овса и картофеля (106-107%). Средний коэффициент межгодовой вариации урожайности был несколько ниже у с/х организаций 28,4%, чем в фермерских хозяйствах 29,3%. Рассмотрены корреляции хозяйственно-ценных признаков и агрометеорологических показателей на Кубанской ОС, расположенной близко к географическому центру Краснодарского края, в п. Ботаника Гулькевичского р-на. Очевидно, что рост урожайности частично объяснялся сортосменой, изменением структуры посевных площадей, ростом уровня агротехники. Для выявления климатических зависимостей на фоне посторонних трендов были исследованы корреляции урожайности и погодно-климатических показателей в первых разностях, что позволило значительно увеличить силу корреляционных связей. Исследуемые факторы оказывали действие той же направленности, что и в нашем комплексе моделей. Средняя урожайность овса, ячменя, пшеницы, картофеля в Краснодарском крае наиболее коррелировала с продолжительностью весеннего периода с температурами 10-15С, коэффициенты корреляции r=0,61-0,84. Урожайность сои зависела от ГТК15, r=0,77. Урожайность винограда увеличивалась в основном с ростом температуры января, r=0,55. Не выявлены различия в корреляции урожайности предприятий разных категорий с погодно-климатическими показателями. В 1996-2015 гг. продолжительность периода с температурами 10-15С весной сокращалась на 4,3 сут/10 лет, ГТК15 слабо уменьшался на 0,05 единиц за 10 лет, температура января росла на 0,2С/10 лет. Таким образом, климатическое воздействие на урожайность зерновых, картофеля и сои было отрицательным, винограда – положительным. Несмотря на положительный хозяйственный тренд урожайности, для всех культур, кроме винограда, уменьшение продолжительности весеннего периода с температурами 10-15С, ГТК15 в условиях Краснодарского края оказывали климатообусловленное отрицательное воздействие на урожайность. Мелкие с/х производители, имеющие более низкий потенциал адаптации вследствие ограниченности имеющихся у них людских, финансовых, управленческих возможностей наиболее уязвимы для изменений климата. Для адаптации мелких с/х предприятий в условиях систематических изменений и дестабилизации климата необходима интенсификация за счет диверсификация сортимента, поддержки управления финансовыми рисками, повышения уровня агротехники.
Обоснована возможность продвижения ареалов сортов и культур к северу. В частности, переход температур самого теплого месяца выше 20С создал предпосылки возделывания нута в Тамбовской обл., возделывания сортов винограда от ранних до средне – поздних с высоким содержанием сахара в ягодах с температурными потребностями до 3300С в Волгоградской обл., продвижения в Северное Придонье современных более поздних сортов винограда с температурными потребностями до 3600С.
Для устойчивого развития с/х производства требуется адаптация агротехнологий, в частности более ранний посев (посадка) культур, особенно чувствительных к яровизации; создание новых моделей сортов (более скороспелых, с оптимальной динамикой продукционного процесса). В условиях дестабилизации климата в южных регионах актуальны более засухоустойчивые, и возможно, менее урожайные сорта. Для мелких с/х производителей актуальны мероприятия по интенсификации производства, поддержке финансовых рисков.
При многолетнем скрининге коллекций генетических ресурсов можно рекомендовать одновременное использование двух типов стандартов: неизменные на протяжении многих лет сорта-стандарты, обеспечивающие сопоставимость образцов в исторической ретроспективе, и современные районированные сорта для выявления доноров хозяйственно ценных признаков для задач селекции.