Зміна агрокліматичних умов у періоди вегетаційного циклу вирощування озимої пшениці та її вплив на біопродуктивність культури в Україні

417

Балабух В. О., к. геогр. н., ст. н. сп.,

УкрГМІ ДСНС України та НАН України

Сталий розвиток сільськогосподарського виробництва значною мірою залежить від властивостей і тенденцій зміни агрокліматичних ресурсів території. Це зумовлено тим, що зміни та коливання клімату найінтенсивніше впливають на особливості функціонування галузей землеробства, їх спеціалізацію, склад, структуру, агротехнології, а також на врожайність сільськогосподарських культур. Зміна термічного режиму та режиму зволоження зумовлює суттєві зміни агрокліматичних умов розвитку рослин у кожний міжфазний період вегетаційного циклу, внаслідок чого змінюється їхній внесок у врожай польових культур.

Пом’якшення негативних наслідків, зумовлених зміною агрокліматичних умов, вимагає розробки заходів щодо адаптації сільськогосподарського виробництва до зміни клімату. Такі роботи потребують детальної інформації про особливості цих змін у різні періоди вегетаційного циклу та їхній вплив  на продуктивність культур, зокрема й озимої пшениці.

Дослідження особливостей агрокліматичних умов вирощування озимої пшениці в  Україні на межі ХХ та ХХІ століття (1981–2010 рр.) проводили за щоденними даними мережі гідрометеорологічних спостережень країни за середньою за добу температурою повітря та кількістю опадів. На жаль, із квітня 2014 року ДСНС України не має даних про погоду з мережі спостережень АР Крим та окремих регіонів Донецької і Луганської областей. За відсутності цих даних отримати інформацію про значення кліматичних показників з 2014 року для усієї території України неможливо, тому аналіз проведено лише для материкової території країни. Зокрема, для кожної фази вегетаційного циклу озимої пшениці (передпосівний період, сівба – сходи, кущіння, припинення вегетації, відновлення вегетації, колосіння – цвітіння, молочна стиглість – воскова стиглість) встановлено швидкість, значимість і достовірність зміни середньої за період температури повітря, кількості опадів, коефіцієнтів продуктивності температури й опадів; сумісного коефіцієнта продуктивності температури повітря та опадів. Вплив агрометеорологічних чинників та їхньої зміни на розвиток, продуктивність і врожайність озимої пшениці  досліджували за моделлю Дмитренко В. П. «Погода-урожай» УкрГМІ [1].

Протягом останніх десятиліть агрокліматичні умови вирощування польових культур в Україні суттєво змінювалися. Ці зміни значною мірою були обумовлені зростанням приземної температури повітря, що спостерігаємо вже майже пів століття (рис.1) і яке становить у середньому 0,37 ˚С/10 р. Упродовж останніх тридцяти років спостерігаємо найвищі темпи зміни температури – 0,64 ˚С/10 р. Вони майже втричі перевищують темпи зміни середньої за рік глобальної температури (0,20 ˚С/10 р.) у цей період. Як наслідок, за оцінкою NOAA [2] Україна потрапила до регіонів нашої планети, за винятком полярних широт, де зростання температури відбувалося найвищими темпами.

а) Середня за рік температура повітря та її аномалії б) Рейтинг 5-и найтепліших років із 1961 року

Рис. 1. Середня за рік температура повітря та  її аномалія відносно кліматичної норми (1961–1990 рр.) (а) та рейтинг 5-и найтепліших років із 1961 року (б) на материковій частині України

З кінця 90-х рр. ХХ століття в Україні відбувся перехід аномалії середньої за рік температури повітря через 0°С (рис. 1). З того часу вже 22 роки поспіль – додатні аномалії середньої за рік температури повітря. З 2007 року вони перевищили 1,5°С, за винятком 2011 року, а в окремі роки сягали вище 2,0 ˚С (2007 – 2,2 ˚С, 2015 – 2,3 ˚С  та 2019 – 2,7 ˚С). Останнє десятиріччя та, особливо, період з 2015 по 2019 рр. виявилися на материковій частині України, як і загалом на планеті та в північній півкулі [3], найтеплішими за останні 60 років і, ймовірно, за весь період інструментальних спостережень за погодою (рис. 1). П’ять найтепліших років за шестидесятиріччя спостерігали в ХХІ столітті, до того ж, чотири з них – упродовж останньої п’ятирічки (рис. 1). 2019 рік був найтеплішим за останні п’ятдесят років і, ймовірно, за сторіччя, а 2020 рік в Україні також, дуже ймовірно, стане аномально теплим. Такі зміни свідчать про прискорення росту приземної температури в Україні.

Дані досліджень багаторічної мінливості температури повітря у сучасний кліматичний період свідчать, що протягом усього вегетаційного циклу вирощування озимої пшениці є підвищення температури повітря, проте на різних фазах її розвитку ці зміни мають неоднакову величину та значущість і свої особливості в агрокліматичних зонах країни [4].

Полісся

У сучасний кліматичний період на Поліссі спостерігаємо підвищення температури повітря протягом усього вегетаційного циклу вирощування озимої пшениці, проте на різних фазах циклу ці зміни мають неоднакову величину та значущість [4]. Найінтенсивніші зміни характерні для фази молочної-воскової стиглості – 1,0-1,1°С/10 років, кущіння – 0,9-1,1°С/10 років, та передпосівного періоду – 0,8-1,0 °С/10 років. Імовірність цих змін вище 90%, а в липні-серпні може сягати  майже 100%. Імовірно підвищення температури повітря за 10 років  на 0,5-0,6°С  і під час колосіння – цвітіння та на 0,3-0,5°С під час відновлення вегетації. У період припинення вегетації температура повітря підвищувалася на 0,3-0,4°С/10 років, проте ймовірність цих змін становила  40-60%. Під час сівби та сходів озимої пшениці  зміна температури дуже малоймовірна в сучасний кліматичний період на всій території Полісся, за винятком Чернігівського Полісся [4].

Зростання температури було несприятливим для вирощування озимої пшениці у передпосівний період та, особливо, у період молочної і воскової стиглості, про що свідчить зменшення коефіцієнта продуктивності температури до 7% за 10 років. Підвищення температури повітря протягом інших фаз, особливо в період її кущіння, колосіння та цвітіння, сприяло збільшенню коефіцієнта продуктивності температури та, відповідно до цього, зростанню урожайності культури [4].

Кількість опадів також збільшувалася майже впродовж усього вегетаційного циклу, за винятком періоду цвітіння – колосіння (червень) на всій території та передпосівного періоду й періоду молочно-воскової стиглості на Житомирському та Чернігівському Поліссі, де спостерігали зростання дефіциту опадів за 10 років на 3-8%, а у червні  навіть до 15%. Сприятливим для зростання продуктивності озимої пшениці було зменшення кількості опадів у період колосіння – цвітіння та їх збільшення протягом інших фаз вегетаційного циклу. Проте, зростання кількості опадів у передпосівний період і в період молочної – воскової стиглості пшениці спричинило, як свідчить коефіцієнт продуктивності опадів, зменшення її урожайності.

Аналіз міжрічної мінливості сумісного коефіцієнта продуктивності температури та опадів свідчить [3], що такі зміни температури й опадів зумовили зміну внеску окремих фаз вегетації озимої культури у її кінцевий урожай. Практично не викликає сумнівів (імовірність 99%) зменшення коефіцієнта продуктивності в передпосівний період і ймовірне його збільшення в періоди сівба – сходи, кущіння, а у Житомирському та Чернігівському Поліссі ще й під час цвітіння, колосіння, молочної і воскової стиглості. В період припинення вегетації (грудень-лютий) спостерігаємо найбільше підвищення сумісного коефіцієнту продуктивності на Поліссі (0,6-0,8% за 10 років), проте ймовірність цих змін коливається в межах 55-64%.

Загалом, зміни термічного режиму та режиму зволоження на Поліссі у сучасний кліматичний період дуже ймовірно та ймовірно сприяли збільшенню плодотворності клімату для вирощування озимої пшениці на 1,5% за 10 років та, як наслідок, зменшенню недобору врожаю в регіоні.

Лісостеп

Підвищення температури повітря протягом усього вегетаційного циклу вирощування озимої пшениці спостерігаємо й у лісостеповій зоні, що посилюється зі заходу на схід, досягаючи максимальних значень у східному Лісостепу [4]. На відміну від Полісся, у Лісостепу найінтенсивнішим зростання температури повітря є в період кущіння – від 1,1°С/10 років у західному Лісостепі до 1,4°С/10 років у східному. З імовірністю 99% можна стверджувати про підвищення температура на 0,9-1,2°С/10 років у період молочної та воскової стиглості (найінтенсивніше у центральному Лісостепу) та на 0,8-1,0°С/10 років – у передпосівний період. Дуже ймовірно та ймовірно зростає температура повітря на 0,4-0,7°С/10 років у період відновлення вегетації, цвітіння та колосіння. Збільшення температури на 0,3-0,4°С/10 років у період припинення вегетації для Лісостепу є несуттєвим (імовірність менше 60%). Малоймовірними є зміни температури повітря на значній території Лісостепу й під час сівби та сходів озимої пшениці. Винятком є лише східний Лісостеп де підвищення температури повітря на 0,3-0,4°С/10років є ймовірним.

Такі зміни температури повітря дуже ймовірно та ймовірно сприяли збільшенню швидкості розвитку озимої пшениці та зростанню її продуктивності у періоди сівба, сходи, кущіння на всій території Лісостепу та їхньому зменшенню у західному Лісостепу в передпосівний період, про що свідчить коефіцієнт продуктивності температури.

В інші фази вегетаційного циклу вплив зростання температури повітря на біопродуктивність озимої пшениці в Лісостепу був незначним і малоймовірним.

Суттєвої зміни опадів у Лісостепу протягом майже всього вегетаційного циклу вирощування озимої пшениці не спостерігаємо. Винятком є лише період сівба – сходи, упродовж якого у західному Лісостепу кількість опадів дуже ймовірно зростала на 15-20%/10 років і на 10-15%/10 років імовірно збільшувалася на решті території. Дуже ймовірно зростала кількість опадів у західному Лісостепу й у передпосівний період. Ці зміни у середньому по області становили  майже 20-30%/10 років. Проте в центральному Лісостепу під час колосіння та цвітіння пшениці кількість опадів імовірно зменшувалася майже на 10% за 10 років.

Значне збільшення кількості опадів у період сівба – сходи і, навіть незначне в період кущіння, сприяли зростанню урожайності пшениці, про що свідчить збільшення на 3-7%/10 років коефіцієнта продуктивності опадів. Збільшенню продуктивності озимої пшениці сприяло і зменшення кількості опадів у період цвітіння – колосіння в центральному Лісостепу. Проте дуже велике збільшення опадів у передпосівний період було несприятливим для озимої пшениці у західному Лісостепу.

Аналіз даних зміни сумісного коефіцієнта продуктивності температури й опадів свідчить, що з імовірністю 99% можна стверджувати, що зміни температури й опадів у передпосівний період були несприятливими для вирощування озимої пшениці у Лісостепу. Ймовірно ці зміни в періоди сівба, сходи та кущіння  призводили до збільшення урожайності пшениці. Сприяли зростанню біопродуктивності пшениці на всій території Лісостепу і зміни температури й опадів у період припинення вегетації. Проте ймовірність цих змін коливалася в межах 30-64%. У період відновлення вегетації, цвітіння, колосіння та дозрівання озимої пшениці зміна сумісного коефіцієнта продуктивності температури й опадів була малоймовірною на значній території Лісостепу.

Такі зміни температури повітря та кількості опадів сприяли збільшенню плодотворності клімату для вирощування озимої пшениці та зменшенню недобору врожаю в Лісостепу, особливо центральному. Проте їхня імовірність становила 30-66%.

Винятком є Сумська та Тернопільська області, де значущість і швидкість зростання плодотворності клімату були значно більшими, а умови для вирощування озимої пшениці у сучасний кліматичний період значно покращувалися [4].

Степ

У сучасний кліматичний період у Степу також спостерігаємо підвищення температури повітря протягом усього вегетаційного циклу озимої пшениці [4]. Зміни у південному Степу були інтенсивнішими, ніж у північному, особливо під час відновлення вегетації, колосіння, цвітіння та дозрівання культури. Найінтенсивніше підвищувалася температура повітря у період кущіння озимої пшениці – 1,3-1,4 °С/10 років. Цей процес також був дуже інтенсивним у передпосівний період і під час молочної і воскової стиглості: зміна температури становила 0,8-1,1°С/10 років, а її ймовірність була вище 99%. Удвічі повільніше (05-0,6°С/10 років) підвищувалася температура під час відновлення вегетації, колосіння та цвітіння озимої пшениці, хоча ймовірність цих змін була досить високою – більше 80%. Лише в період припинення вегетації зростання температури було найменшим – 0,2-0,4°С/10 і значущість його коливалася в межах 20–60%.

Аналіз зміни коефіцієнта продуктивності температури в Степу свідчить [4], що  інтенсивне потепління було загалом сприятливим для вирощування озимої пшениці в регіоні майже протягом усього вегетаційного циклу. Несприятливим було лише зростання температури в передпосівний період, особливо в південному Степу, та під час кущіння у деяких районах Одеської і Херсонської областей. Потепління також дещо зменшувало врожайність пшениці під час припинення її вегетації, проте ці зміни були несуттєвими. Найбільш значний вплив на врожайність озимої пшениці в Степу мало зростання температури в період сівба – сходи, що зумовлювало збільшення продуктивності культури до 5-6%/10 років.

Кількість опадів у Степу, як і в Лісостепу, суттєво не змінювалася у сучасний кліматичний період упродовж вегетації озимої пшениці. Лише в період сівба – сходи їхня кількість дуже ймовірно зростала на 10-20% за 10 років, що призводило до збільшення коефіцієнта продуктивності опадів на 4-6% за 10 років. Незначне зменшення кількості опадів спостерігали у передпосівний період і в фазі молочної і воскової стиглості польової культури, проте ці зміни були малоймовірними.

З імовірністю 99% можна стверджувати, що зменшення кількості опадів і підвищення температури в передпосівний період були несприятливими для вирощування озимої пшениці у Степу, як видно з тенденції зміни сумісного коефіцієнта продуктивності температури й опадів.

Під час визрівання пшениці, та особливо її колосіння і цвітіння такі зміни теж зменшували врожайність, хоча ймовірність цих змін була значно меншою. Проте несприятливим було й підвищення кількості опадів, що супроводжувалося зростанням температури у період відновлення вегетації. Лише під час сівби, сходів, кущіння та припинення вегетації інтенсивне потепління та збільшення кількості опадів сприяли зростанню урожайності озимої пшениці.

Такі зміни продуктивності температури й опадів упродовж вегетаційного періоду призводили до зменшення плодотворності клімату в Степу, особливо південному, і збільшення недобору врожаю озимої пшениці.

Посилання:

  1. Дмитренко В. П. Погода, клімат і урожай польових культур: [монографія]. 2010. 620 с.
  2. GlobalClimateReport – Annual 2017. Global Temperature Trends, Updated through 2017 https://www.ncdc.noaa.gov/sotc/global/2017/13/supplemental/page-3.
  3. Глобальный климат в 2015—2019 годах: изменение климата набирает темп. 2019. ВМО https://library.wmo.int/index.php?lvl=notice_display&id=21522#.Xw7fDSgzY2w
  4. Балабух В. О., Однолєток Л. П., Кривошеїн О. Вплив зміни клімату на продуктивність озимої пшениці в Україні у періоди вегетаційного циклу. Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. 2017. №3 (46). С.72–85.

НАПИСАТИ ВІДПОВІДЬ

Please enter your comment!
Please enter your name here