Известия Русского географического общества, 2022, T. 154, № 1, стр. 37-47

ВВЕДЕНИЕ

Теплообеспеченность сельскохозяйственных культур – это количественная характеристика соответствия термических ресурсов потребности сельскохозяйственных растений в тепле. Термические ресурсы климата и потребность растений в тепле обычно выражаются средней многолетней суммой среднесуточных температур воздуха, имеющих значение больше +10°С (∑t > 10°С) – то есть суммой активных температур за период от посева до созревания сельскохозяйственной культуры. От продолжительности этого периода и обеспеченности его теплом зависят качество, рост и развитие выращиваемых культур, степень их вызревания и урожайность [13]. Поэтому знание тенденций территориального распределения теплообеспеченности выступает важным основанием для оценки реакции сельскохозяйственных культур на изменение климатических условий, а также для разработки и совершенствования климатически адаптированных систем земледелия.

Растениеводство в Араратской котловине вносит весьма весомый вклад в общий объем производимой сельскохозяйственной продукции Армении. Изучаемая территория, по всей видимости, обладает потенциалом термических ресурсов для широкого круга сельскохозяйственных культур: субтропических (гранат, инжир, маслина, миндаль), плодовых (персик, абрикос, яблоко, груша), технических (хлопчатник), зерновых и др. [12, 21].

Цель исследования – оценка теплообеспеченности сельскохозяйственных культур на территории Араратской долины, а также в ее предгорной зоне, в условиях изменяющегося климата. В работе поставлены следующие задачи: проанализировать территориальные изменения теплообеспеченности; выяснить требования различных культур к сумме активных температур на территории Араратской долины и предгорной зоны и оценить закономерности межгодового изменения теплообеспеченности.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для решения поставленных задач в качестве теоретической основы послужили работы российских ученых [2, 3, 6]. Изучаемая территория расположена преимущественно в равнинной части Араратской котловины. Высота над уровнем моря составляет от 800–1000 до 1400–1600 м (рис. 1). Климат резко континентальный с большими годовыми и суточными колебаниями температуры воздуха [11, 21].

Рис. 1.

Сеть метеорологических станций на территории Араратской долины и предгорий. Цифрами обозначены станции: 1 – Талин, 2 – Егвард, 3 – Аштарак, 4 – Ереван “арабкир”, 5 – Ереван “агро”, 6 – Армавир, 7 – Арташат, 8 – Урцадзор, 9 – Арарат.

Fig. 1. The network of meteorological stations on the territory of the Ararat valley and foothills. The numbers on the map indicate the stations: 1 – Talin, 2 – Yeghvard, 3 – Ashtarak, 4 – Yerevan “arabkir”, 5 – Yerevan “agro”, 6 – Armavir, 7 – Artashat, 8 – Urtsadzor, 9 – Ararat.

В качестве исходного материала в работе использованы данные Центра гидрометеорологии и мониторинга Министерства окружающей среды Республики Армения и данные агроклиматических справочников и ежегодников [1, 18]. В настоящее время на изучаемой территории действуют более 10 метеорологических станций, где проводятся срочные наблюдения за температурой приземного слоя воздуха. В работе использованы данные девяти метеорологических станций, имеющих наиболее продолжительные ряды наблюдений (рис. 1). Кроме этого, учтены наблюдения на высокогорных станциях Амберд и Арагац, расположенных вне Араратской котловины.

За период вегетации (с марта по октябрь) вычислены суммы среднесуточных значений температуры воздуха, превышающих 0, 5 и 10°С за последние 27 лет (1993–2019 гг.). Обработка данных проводилась стандартными методами статистической обработки рядов наблюдений.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБCУЖДЕНИЕ

На изучаемой территории, согласно фактическим наблюдениям, средние значения сумм температур выше 10°C за период 1993–2019 гг. варьируют от 2971°С (м/ст. Талин) до 4468°С (м/ст. Арарат) (табл. 1). Другой характеристикой условий произрастания сельскохозяйственных культур во время начала сева и окончания уборочных работ полевых культур является сумма температур выше 5°C. Этот показатель изменяется от 3295°С в предгорной зоне до 4644°С и более на равнине в пределах изучаемой территории.

Сопоставляя необходимые для сельскохозяйственных культур суммы температур выше 10°C со средними значениями этой суммы для рассматриваемой территории, можно определить, какую культуру выращивать целесообразнее. Исследования показывают, что в Араратской долине и предгорной зоне сумма температур выше 10°C больше, чем необходимая сумма температур для выращивания обычных для данной территории культур (табл. 2). Это означает, что термические условия региона достаточно благоприятны для выращивания перечисленных в табл. 2 видов культур, но следует учитывать опасность поздних весенних и ранних осенних заморозков.

В этой связи, проанализированы закономерности изменения сумм температур за периоды со среднесуточной температурой воздуха, превышающей 0, 5 и 10°С в зависимости от абсолютной высоты местности. Для рассматриваемой территории с высотой отмечается уменьшение значений этих сумм (рис. 2). Вертикальный градиент сумм температур за периоды со среднесуточной температурой воздуха, превышающей 0, 5 и 10°C, составляет соответственно 156, 160 м и 174°С/100 м. Чем выше пороговое значение среднесуточной температуры для подсчета сумм температур, тем быстрее с высотой понижается соответствующая сумма температур. Однако, возможны некоторые отклонения от такой закономерности. Так, например, для метеостанции Ереван “арабкир”, которая находится на 23 и 49 м выше, чем метеостанции Аштарак и Урцадзор соответственно, средние значения сумм температур выше 5 и 10°C за период 1993–2019 гг. оказываются больше, чем на двух названных станциях. Это можно объяснить тем, что метеостанция Ереван “арабкир” расположена в пределах урбанизированной территории.

Рис. 2.

Сумма температур воздуха за период со среднесуточной температурой воздуха, превышающей 10°С.

Fig. 2. Sum of air temperatures for period with daily average temperatures exceeding 10°С.

На рис. 3 представлены межгодовые изменения суммы температур выше 10°С за период 1993–2019 гг. для некоторых репрезентативных метеостанций. Как видно из рисунка, наблюдается рост сумм температур выше 10°С, и все положительные тренды значимы на 5% уровне. В качестве характеристики изменения климата за определенный интервал времени используется коэффициент линейного тренда, оцененный методом наименьших квадратов. Он характеризует среднюю скорость изменений изучаемой метеорологической величины на заданном интервале времени и выражен в градусах за десятилетие (°С/10 лет) [9].

Рис. 3.

Изменение сумм температур воздуха, превышающих 10°С, на метеостанциях Талин (а), Арарат (б), Армавир (в) и в целом по территории Араратской долины и ее предгорной зоны (г), за период 1993–2019 гг.

Fig. 3. Сhange in the sums of average daily air temperatures exceeding 10°С at the meteorological stations Talin (а), Ararat (б), Armavir (в) and on the whole territory of the Ararat valley and its foothills (г), for the period 1993–2019.

Скорость изменения сумм среднесуточных температур воздуха, превышающих 10°С, на рассматриваемой территории варьирует от +101.5 до +212.2°С/10 лет, в среднем составляя +140.7°С/10 лет (табл. 3). Начиная с 1993 г., для территории Араратской долины и ее предгорной зоны характерно резкое повышение сумм температур воздуха. Значительный рост (более 495°С) наблюдается особенно на метеостанциях Ереван “арабкир” и Армавир.

На территории Араратской долины и ее предгорной зоны за последние 27 лет произошло увеличение суммы температур выше +10°С в среднем на 380°С. Основной причиной повышения сумм температур воздуха является современное изменение климата. Согласно материалам Четвертого национального совещания по изменению климата в Республике Армения [20], на территории республики за период с 1929 по 1996 гг. среднегодовая температура повысилась на 0.4°C, с 1929 по 2007 гг. – на 0.85°C, с 1929 по 2012 гг. – на 1.03°C, а с 1929 по 2016 гг. – на 1.23°C.

За период 1993–2018 гг. на изучаемой территории наблюдался значительный рост температур воздуха (рис. 4). Имеется тенденция повышения средней температуры во все сезоны: зимой, весной, летом и осенью. При этом, бóльшие значения скорости изменения среднесезонной температуры воздуха отмечаются в теплый период. Максимальное значение коэффициента наклона линейного тренда наблюдается летом и весной (от 0.065°С/лет до 0.080°С/лет). В остальные сезоны эта величина изменяется в пределах 0.032–0.041°С/лет. По данным исследований (табл. 4), за 27-летний период в среднем в межгодовом ходе среднесезонные температуры воздуха приобрели устойчивую тенденцию к повышению – зимой на 1.1°С, весной на 2.1°С, летом на 1.7°С, осенью на 0.8°С.

Рис. 4.

Изменение среднесезонной температуры воздуха (°С) в целом по территории Араратской долины и ее предгорной зоны за 1993–2018 гг.: а – зима, б – весна, в – лето, г – осень.

Fig. 4. Change in the average seasonal air temperature (°С) on the whole territory of the Ararat valley and its foothills for 1993–2018: а – winter, б – spring, в – summer, г – autumn.

Следует отметить, что подобное увеличение суммы температур выше +10°С отмечено также в таких регионах как лесостепная и лесные зоны Европейской России и Западной Сибири [4, 7, 14, 16, 17, 19], Заволжье [5], Южный берег Крыма [9], Алтайский край [10].

При сохранении существующих тенденций, предполагаемые изменения климата могут привести к существенным изменениям в агроклиматических условиях возделывания сельскохозяйственных культур [14]. С одной стороны, по данным источников [2, 16] увеличение сумм активных температур примерно на 200°С может повысить урожайность, например, зерновых культур дополнительно на 3.4–7.0 ц/га. С другой стороны, в условиях прогнозируемого повышения температуры следует ожидать рост аридности и ускорение процессов опустынивания на территории Араратской долины и предгорной зоны [12]. Поэтому следует предусмотреть развитие этих неблагоприятных процессов и принять соответственные превентивные меры.

В связи с этим также рассмотрена динамика гидротермического коэффициента (ГТК) Г.Т. Селянинова, который рассчитывается по формуле: ${\text{ГТК}} = 10\frac{{\sum X}}{{\sum {{t}_{{ > 10}}}}}$ где $\sum {{t}_{{ > 10}}}$ сумма температур выше 10°С (сумма активных температур), $\sum X$ сумма осадков за период с температурой воздуха выше 10°С (мм). Гидротермический коэффициент Селянинова характеризует условия влаго- и теплообеспеченности территории [16]. При ${\text{ГТК}} \leqslant 0.8$ возникает засуха, а при ${\text{ГТК}} < 0.4$ сильная засуха, при ГТК < 0.2 – экстремальная засуха. ГТК Селянинова на территории Араратской долины и предгорной зоны варьирует в пределах от 0.14 до 1.78 (табл. 5).

Как видно на рис. 5, наблюдается понижение значений ГТК за 1993–2019 гг. Это объясняется тем, что прирост суммы активных температур происходит быстрее, чем увеличение количества осадков.

Рис. 5.

Динамика гидротермического коэффициента Селянинова на территории Араратской долины и предгорной зоны в 1993–2019 гг.

Fig. 5. The dynamics of the Selyaninov hydrothermal coefficient in the Ararat valley and its foothills for 1993–2019.

Рост засушливости, подтверждаемый и снижением ГТК, отмечен также и в других регионах [4, 16]. Агроклиматические исследования Г.Т. Селянинова по связи между ГТК и урожайностью на примере яровой пшеницы показали, что максимальному урожаю соответствует ГТК равный 1.2. При ГТК < 1.2 урожаи снижаются из-за развития засушливых явлений, а при ГТК > 1.2 урожаи уменьшаются от переувлажнения [8].

ВЫВОДЫ

Согласно данным о температуре воздуха, наблюдаемой на 9 метеостанциях, расположенных на территории Араратской долины и ее предгорной зоны, теплообеспеченность изменяется в диапазоне от 2971 до 4468°С, среднее значение составляет 4052°С и уменьшается с высотой. С высотой также отмечается уменьшение значений сумм среднесуточных температур воздуха, превышающих 0 и 5°С.

Отмечается положительный тренд теплообеспеченности за период с 1993 по 2019 гг. Скорость изменения показателя превышает 100°С/10 лет за 27-летний период. В среднем для территории теплообеспеченность за этот период повысилась на 380°С. Следует отметить, что положительные эффекты роста теплообеспеченности могут быть в значительной мере нивелированы сохраняющейся опасностью заморозков и негативными агроэкологическими проявлениями в условиях повышения температуры.

Наблюдается понижение значений гидротермического коэффициента Селянинова в период 1993–2019 гг., что обусловлено уменьшением суммарного количества осадков за период с температурой выше 10°С по сравнению с суммой активных температур.

Дальнейшее увеличение рассматриваемой характеристики теплообеспеченности должно быть учтено при планировании развития сельского хозяйства, которое в случае осуществления разумных программ по адаптации может иметь новые перспективы. Например, заметное увеличение теплообеспеченности благоприятно для возделывания и расширения посевных площадей новых для Араратской долины теплолюбивых и засухоустойчивых сортов высокоурожайных сельскохозяйственных культур.