Оценка теплого периода для определения оптимальных условий ведения сельского хозяйства на территории юга Западной Сибири

Повышенная относительная влажность воздуха более 80% обуславливает крупноклеточное строение механических тканей растений, снижающее устойчивость к полеганию наземных побегов зерновых, препятствует эффективному опылению растений в период их цветения. Кроме того, избыточная влажность воздуха создает благоприятные условия для развития грибковых болезней на примере фитофторы, белая гниль, ржавчина и другие [1]. Пониженный дефицит насыщения замедляет созревание пшеницы и просыхание зерна и соломы в скошенных валках. При дефиците насыщения более 8 гПа складываются благоприятные условия для работы уборочных работ, при дефиците менее 3 гПа условия плохие, так как влажная масса соломы забивает рабочие органы агрегатов, а зерно плохо отделяется от колоса.

Учет влажности воздуха имеет большое значение при проведении многих хозяйственных мероприятий: уборке и закладке кормов на хранение, сушке зерна. Влажность учитывается также при стойловом содержании сельскохозяйственных животных [1]. На европейской территории России испаряемость увеличивается в направлении с северо-запада на юго-восток, так как в этом направлении возрастают ресурсы тепла и сухость воздуха [2].

Суммарное испарение с сельскохозяйственных полей зависит от характера погодных условий, от биологических свойств растений и фазы их развития, от мощности растительного покрова, от степени развитости его корневых систем и от применяемой агротехники возделывания культур [1].

В начале вегетации, когда испаряющая поверхность растений еще незначительна, испарение с поверхности почвы больше, чем с поверхности растений. Это сложный физический и физиологический процесс, зависящий от условий окружающей среды: освещенности, температуры и влажности воздуха, силы ветра, а так же от биологических особенностей называется транспирацией. Внутри органов растения вода испаряется с поверхности клеток.

Корневая система всасывает влагу из почвы и по проводящим сосудам снабжает все органы растения водой и элементами минерального питания, растворенными в ней. Транспирация происходит также и через покровные ткани стеблей и плодов. Расходы воды на транспирацию обычно выражают через показатель, называемый коэффициентом транспирации. Это отношение массы воды, расходуемой растением путем транспирации, к массе сухого вещества. Этот коэффициент очень различен, так например, для пшеницы он составляет 500 грамм воды [1].

Большую роль в формировании вегетации растений является выпадения осадков из атмосферы, а также их образование на подстилающей поверхности. Наземные осадки образуются в результате конденсации или сублимации водяного пара непосредственно на подстилающей поверхности. Роса – это мельчайшие капли воды, образовавшиеся на поверхности земли, растительного покрова в теплое время года. Образование происходит в результате радиационного охлаждения, когда температура поверхности и прилегающий к ней воздух опускается до точки росы выше 0 0С, и сконденсировавшийся пар выделяется на поверхности в виде мелких капель воды [2]. Роса имеет немалое значение для жизнедеятельности растений, особенно в засушливых регионах, где за теплый период ее суммарное выделение из воздуха достигает 10-30 мм [1].

В заморозкоопасных районах ночные росы оказывают полезные влияние, поскольку их образование связано с выделением скрытой теплоты парообразования, замедляющая процесс выхолаживания, благодаря которому возможно предотвращение слабого заморозка или снижение его интенсивности. Однако росы затрудняют работу комбайнов, так как пшеница влажная Изморозь – это рыхлое снегообразование, ледяные кристаллы, образующиеся в любое время суток. Изморозь практически не опасна для растений, так как не бывает большой интенсивности, но является небольшим дополнительным источником увлажнения поверхности почвы [1].

2. Опасные для сельскохозяйственного производства гидрометеорлогические явления в теплый период

Продуктивность сельскохозяйственных культур и качество продукции широко варьирует от года к году под влиянием складывающихся агрометеорологических условий, зависят от степени их благоприятности для возделываемых культур, особенно в критические периоды жизни растений. Неблагоприятные для сельского хозяйства гидрометеорологические явления приводят к неурожайным годам. В России теперь называют опасными природными явлениями (ОПЯ).

В агрометеорологии ОПЯ считаются такие, которые по своей интенсивности, продолжительности воздействия, площади распространения или времени возникновения могут нанести значительный ущерб сельскохозяйственным посевам. ОПЯ для сельскохозяйственного производства в теплый период относят: заморозки, засухи, суховеи, град, сильные ливни. В холодный период зимующие культуры подвергаются различными неблагоприятными воздействиями, которые могут вызвать частичную или полную гибель посевов, садов и виноградников. Степень повреждения зимующих культур бывает различной в разные годы и в разные периоды зимы. ОПЯ в холодный период относят: выдувание посевов или почвы, вымерзание посевов, вымокание растений и гололед [1].

2.1 Заморозки

Особенно опасны поздневесенние и ранносенние заморозки, совпадающие с периодами активной вегетации растений. Информация об интенсивности заморозков, о сроках их прекращения весной и возникновения осенью чрезвычайно важна. Эти информации используется также для оценки заморозкоопасности территории, для принятия решений о размещении теплолюбивых культур, выбора сроков сева и уборки культур, для выбора способов защиты с целью снижения возможного ущерба от этого опасного явления природы.

Адвективные заморозки возникают вследствие затока холодных арктических масс воздуха, во время перестройки сезонной циркуляции атмосферы. Этот тип заморозков, характерный обычно для ранней весны или поздней осени. Эти заморозки наименее опасны, поскольку озимые культуры еще не потеряли закалку холодного периода [1].

Радиационные заморозки возникают, в тихие ясные ночи при относительно низких средних суточных температурах воздуха вследствие интенсивного излучения земной поверхности и охлаждения прилегающего слоя воздуха до отрицательных температур. Интенсивность и продолжительность радиационных заморозков зависят от рельефа и характера подстилающей поверхности, влажности почвы и воздуха и других местных условий. Размеры ущерба зависят о интенсивности и продолжительности заморозка. В то же время на возвышенностях и на склонах снижение температуры до уровня заморозка обычно не наблюдается. Радиационные заморозки чрезвычайно опасны для сельскохозяйственных культур. Смешанные заморозки, возникают в результате вторжения холодных масс воздуха на конкретную территорию и последующего ночного выхолаживания приземного слоя воздуха до отрицательных температур вследствие излучения подстилающей поверхности. Такой тип заморозка наблюдается обычно в конце весны и даже в начале лета. Это так называемые скрытые заморозки, которые наблюдаются ночью и имеют малую интенсивность и продолжительность. Обычно наблюдаются на высоте травостоя, и повреждают теплолюбивые растения [1]. На территории России и сопредельных стран время прекращения заморозков весной и осенью от года к году весьма изменчиво. В основной зоне замедления продолжительность беззаморозкового периода изменяется от 90 до 270 дней. Знание продолжительности беззаморозкового периода необходимо при определении возможности выращивания теплолюбивых культур на конкретной территории.

Заморозки заканчиваются и начинаются в различных районах земледельческой зоны при разных уровнях средней суточной температуры воздуха. Для западных районов России заморозки прекращаются обычно до устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 10 ºС. В континентальных районах (Западная Сибирь), заморозки отмечаются после установления средней суточной температуры воздуха выше 12 ºС.

Для защиты сеяных сельскохозяйственных культур от заморозков применяют различные методы, объединяемые понятием борьба с заморозками. Наиболее распространенным методом защиты растений от заморозков является дымление. Она образуется вследствие температурной инверсии в приземном слое воздуха. При адвективных заморозках, а так же в условиях холмистой местности, эффект дымления резко снижается из-за быстрого рассеивания тепловых потоков дыма и разрушения слоя инверсии [1]. Применяют так же полив или дождевой посев, под действием которого увеличивается теплопроводность почвы, приток тепла из более глубоких слоев к ее поверхности. Дождевой имеет ряд преимуществ перед методом поливов. Более выгодным является расположение полей на возвышенных территориях и склонах, где вероятность возникновения заморозков намного меньше. В последние годы учеными предложены методы активного воздействия на заморозки с использованием специальных вентиляционных установок, а так же внесения активных тепловыдающих химических веществ на поверхности почвы (соль гидрида кальция) [1].

2.2 Сильные ливни и град

В результате воздействия сильных ливневых осадков на сельскохозяйственные культуры, может вызвать полегание посевов. У полегающих зерновых культур налив зерна протекает с нарушением физиологических процессов, в результате чего зерно содержит меньше крахмала. Возможно, вызвать истекание зерна – процесс избытка воды в колосьях, возможность развития плесени и грибка.

Сильные ливни вымывают питательные вещества из верхних горизонтов почвы в нижележащие слои. Переувлажненная почва и полегшие растения значительно усложняют механизированную уборку зерновых культур. При наблюдениях используется визуальная оценка, интенсивность определяется в баллах.

Град является стихийным природным гидрометеорологическим явлением. Выпадение града на посевы сельскохозяйственных культур, плантаций плодовых деревьев, виноградников, которые может нанести значительный и даже непоправимый урон, под действием градобития. Ущерб, наносимый сельскохозяйственным посевом и плантациям, зависит не только от размера градин, но и от плотности их выпадения на единицу площади и продолжительности града [1].

В летние жаркие дни возникают мощные восходящие потоки за счет большой неравномерности в нагревании подстилающей поверхности. Основной причиной возникновения града является смещение фронтальных холодных масс. Так, например, в 1874 г. в Гиссарской долине в результате мощного северо-западного вторжения влажного воздуха и его последующей конвекции выпал очень крупный град. В течение нескольких минут градобития были полностью уничтожены хлопковые поля, виноградники и сады. Ежегодно градобитие наносит сельскохозяйственному производству огромный ущерб, около 2 млрд. долл. США. С целью уменьшения потерь, стали применяться активные воздействия на градовые облака. Их суть заключается в искусственном внесении в зону накопления переохлажденных капель в облаке большого количества мельчайших частиц льдообразующих реагентов, обычно твердой углекислоты, йодистого серебра или йодистого свинца [1].

2.3 Засухи, суховеи и засушливые явления

К стихийным явлениям природы, наносящим значительный экономический, экологический и социальный ущерб сельскохозяйственному производству, относятся засухи и суховеи. Общая площадь территории с засушливым климатом составляет около 42 % суши, но эпизодические засухи наблюдаются на большей части суши [1].

Для территории России актуально такое явление, как засуха. Засуха наносит значительный экономический, экологический и социальный ущерб сельскохозяйственному производству. Вероятность засушливых лет в России имеет широкие приделы. На европейской территории страны вероятность засух увеличивается с северо-запада на юго-восток, а в азиатской части России такой закономерности не прослеживается из-за географических особенностей и расположению гидрографической сети. Это одно из самых неблагоприятных явлений наносящее наибольший урон сельскохозяйственному производству. Особенно опасны интенсивные и продолжительные засухи, на больших территориях зернового клина страны.

Наиболее распространенными широкомасштабными последствиями экстремальных метеорологических явлений являются засухи, лесные пожары и экстремальные гидрологические явления наводнения. Они часто приводят к значительному материальному ущербу и в некоторых случаях сопровождаются увеличением заболеваемости и смертности населения [1].

Метеорологические предпосылки засух, это аномальная относительно местных климатических условий и времени года жаркая и засушливая погода. Засуха считается биогидрометеорологическим явлением, заключающимся в резком нарушении соответствия между притоком влаги к растениям и ее расходом. Засуха — явление природы, обусловленное циркуляционными процессами в атмосфере и характеризующееся длительным отсутствием осадков (или значительным их сокращением по сравнению со среднемноголетними нормами), повышенной температурой воздуха и сильными ветрами. Формирование засух на территории России связано с циркуляцией атмосферы, приводящей к установлению длительного периода антициклонической погоды [3].

Существуют три типа засух: атмосферная, почвенная и атмосферно-почвенная (общая). Атмосферно-почвенная засуха представляет наибольшую опасность для сельскохозяйственных культур. Основным признаком атмосферной засухи считают устойчивую антициклоническую погоду с длительными засушливыми периодами, высокой температурой и большой сухостью воздуха. Почвенная засуха возникает как следствие атмосферной засухи, когда при усиленном испарении запасы влаги в почве быстро уменьшаются и становятся недостаточными для нормального роста и развития растений [3].

Атмосферно-почвенная засуха — это сочетание условий, характеризующих атмосферную и почвенную засуху. По интенсивности и охвату территории они делятся на сильные, средние и слабые. По времени наступления засух выделены весенние, летние, осенние и зимние. Весенняя засуха характеризуется невысокой температурой и малой влажностью воздуха, малыми запасами продуктивной влаги в почве, сухими ветрами. Летняя засуха обычно отличается высокой температурой, горячими сухими ветрами (суховеями), вызывающими повышенное испарение воды из почвы и интенсивную транспирацию растений. Осенняя засуха характеризуется невысокой температурой воздуха и малыми запасами продуктивной влаги в корнеобитаемых горизонтах почвы. Зимняя засуха наступает в условиях снежного покрова при недостатке влаги в корнеобитаемых горизонтах почвы и при температуре воздуха выше 0 °С, когда возобновляется транспирация некоторых растений (в частности, озимых культур), усиливающаяся при солнечной и ветреной погоде. Считается, что почвенная засуха является следствием атмосферной. Зависимость возникновения почвенных засух разной интенсивности от атмосферных засух также разной интенсивности с учетом периодов вегетации растений исследована в работе. Программа агрометеорологического мониторинга на станциях наблюдательной сети Росгидромета включает измерения комплекса метеорологических показателей в сочетании с измерением параметров состояния почвы, роста и развития сельскохозяйственных культур, трав и древесной растительности. Эта работа выполняется в соответствии с Наставлением гидрометеорологическим станциям и постам, а также со специальными инструкциями [3].

Как метеорологическое явление засуха присуща тем областям России, которые характеризуются превышением испарения над естественным увлажнением. В России в отдельные годы засухи и суховеи охватывают большие площади зернопроизводства и порождали страшные бедствия: голод, нищету и смерть людей [1].

Вследствие засухи происходит снижение урожайности сельскохозяйственных культур. При длительных и интенсивных засухах урожайность культур оказывается очень низкой, а при экстремальных засухах гибель растений может наступать еще до формирования урожая. В отличие от засух суховеи, как правило, непродолжительны (от нескольких часов до нескольких суток). Под действием суховеев происходит интенсивное испарение с поверхности почвы, обезвоживание тканей растений в результате транспирации, вследствие чего нарушается водный баланс растений и весь комплекс физиологических процессов: фотосинтез, дыхание, углеводный и белковый обмен. Снижается функции роста, увеличивается число бесплодных цветков, уменьшение числа колосков и зерен в колосе. Существуют также засушливые явления, они отличаются от засух и суховеев тем, что эти явления обуславливают временное угнетение растений. Например, отсутствие осадков при жаркой ветреной погоде.

Многочисленные исследования происхождения засух и суховеев показали, что их образование на территории России связано с циркуляцией атмосферы, приводящей к установлению длительного периода антициклонической погоды. Примерно в 70 % случаев обширный антициклон, приходящий из Арктики, формируется над Западной Сибирью. Из всех неблагоприятных гидрометеорологических явлений наибольший урон сельскохозяйственному производству наносят интенсивные и длительные засухи, охватывающие значительную часть зернового клина страны.

Система борьбы с засухами и суховеями приводится по трем основным направлениям: селекционно-генетическому, агротехническому и мелиоративному. Селекционно-генетическое направление связано с выведением новых засухоустойчивых сортов растений. К ним относят: способность регулировать транспирацию, сокращать площадь испарения культур. Агротехническое направление работ связано с устранением несоответствия между потребностью растений во влаге в период их развития. Мелиоративное направление борьбы с засухами и суховеями является наиболее дорогостоящим; строительство ирригационных сооружений (каналы, водохранилища) [1].

3. Изменение температурно-влажностного режима на юге Западной Сибири

В последнее десятилетие значительно возросло внимание, как будет изменяться климат Земли. Существует два основных сценария изменения климата - по сценарию увеличения гумидности или по сценарию увеличения аридности климата материков. Таким образом, можно отметить, что гумидный процесс несет за собой увеличения влажности, а аридный сценарий увеличения температурных показателей, т.е. увеличения сухости. Индекс тепловлагообеспеченности ГТК, гидротермический коэффициент Селянинова объективно и доступно оценивает изменение климата. В качестве показателя аридности климата вегетационного сезона удобно использовать гидротермический индекс ГТК. Разумное научное обоснование и простота вычисления ГТК, стали причинами его включения в стандартный перечень индексов климатического изменения. В развитии процесса климатического опустынивания велика роль опасных (катастрофических) засух, как атмосферных, так и почвенных. По последним результатам [7] региональной оценки изменений климата указывают на то, что в весенне - летний период тепло-влагообеспеченность формирует засушливые условия (аридность) на большей территории России. Для определения оптимальных условий ведения сельского хозяйства (определение тепло-влагообеспеченности растений, продуктивности растений, оценка влагообеспеченности, оптимизация площадей земледельческой зоны) актуально и доступно производить оценку изменения климата для регионов России по ГТК. В последнее время уделяется серьезное внимание последствиям экстремальных гидрометеорологических явлений. На территории России отмечается более 30 видов опасных экстремальных гидрометеорологических (метеорологических, агрометеорологических, гидрологических, морских гидрометеорологических) явлений. Опасные гидрометеорологические явления, которые характерны для территории России в теплый период, отмечаются сильные ливни, сопровождаемые грозами, градом и шквалистым усилением ветра. Весенние половодья, дождевые паводки и наводнения сопровождаются затоплением населенных пунктов, сельхозугодий. Для южных районов характерны сильные засухи, приводящие к резкому снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7