Профессор Вронских М.Д.
Институт полевых культур «Селекция», Республика Молдова
Последствия феномена глобального изменения климата в последнее десятилетие являются одной из наиболее актуальных тем для дискуссий не только в научных, но и в политических и деловых кругах, а также и в масс-медия. В целом, динамика развития свекловодства Молдовы на протяжении последних 65-70 лет является отражением большого количества явлений (как антропогенного, так и климатического характера).
Значительное укрепление материально-технической базы отраслей сельского хозяйства, в т.ч. и свекловодства, совпало с очередным циклом похолодания климата страны (1955-1985 гг). Последовавшее затем повышение уровня температур в течение последних 30 лет: среднегодовых (+1,4ºС), так и сезонных, особенно зимних (+1,76ºС) сопровождались серьезными последствиями для урожайности этой культуры. В среднем же тренд повышения среднегодовых температур для северной зоны Молдовы (специализированной на производстве сахарной свеклы) за последние 65 лет составил +1,55ºС, в том числе +0,79ºС – за последние 34 года (1976-2010 гг). См. рис.1 и рис.2. Широко известная обратно пропорциональная связь между температурами и атмосферными осадками сопровождалась сокращением их объемов (рис.2). Так, в последние годы (1998-2010 гг.) этот феномен для среднегодовых объемов оценивается в минус 52 мм, а весенних осадков – минус 37 мм (за 1980-2010 гг.).
Таким образом, существующая свеклосеющая зона Молдовы характеризуется недостаточно стабильными климатическими параметрами, поэтому оценка их влияния на уровень продуктивности этой культуры представляет несомненный интерес.
Для анализа были привлечены статистические данные по урожайности сахарной свеклы за последние 68 лет (1945- 2013 гг) и отдельно за последний цикл солнечной активности (2001-2011 гг), а также основные метеоданные: температура воздуха, осадки, ГТК и др. за этот же период. Весь имеющиеся массив данных был классифицирован по 4 группам лет от экстремально холодных (+8,08ºС) до экстремально жарких (+10,87ºС), а по уровню увлажнения – от экстремально засушливых (до 403,7 мм в год) до экстремально влажных (свыше 681,0 мм). Аналогичным образом были классифицированы и отдельные сезоны года (каждый сезон по своим параметрам).
Кроме того, были использованы данные многолетних опытов института полевых культур «Селекция» и показатели агрохозяйств в сырьевой зоне фирмы „Sudzucker- Moldova”, а также, данные мониторинга фитосанитарной ситуации в агроценозах сахарной свеклы (1978-2007 гг) по 8 видам вредителей и 3 возбудителями основным видам болезней. а) влияние температуры воздуха
Данные анализов показали, что лишь умеренные отклонения от среднего уровня урожайности сахарной свеклы были отмечены в прохладные годы – повышение урожая составило +6,2 ц/га (+3,0%), а в экстремально жаркие годы, наоборот — заметное снижение: -34,7 ц/га (-15,0%). См. табл.1.1. Надо отметить, что колебания уровня урожайности под влиянием индикатора «среднегодовые температуры» были несколько выше, чем вследствие колебаний температур осеннего сезона.
Оказалось, что уровень урожайности сахарной свеклы находился в определенной (но опосредованной) связи и с температурами зимнего периода. Так, в годы (10 лет) с экстремально низкими температурами этого сезона (-6,15ºС) средняя урожайность сахарной свеклы снижалась на 33,0 ц/га (-14,3%). См. табл.1.2.
Характерно, что экстремальные отклонения от средних температур весеннего сезона, в сторону снижения (-1,98ºС или -21,2% от среднемноголетних значений), сопровождались снижением урожайности культуры на -27,0 ц/га (-11,7%), в то время как при повышении сезонных температур (+1,78°С, или +18,6%), наоборот — отмечено умеренное увеличение уровня продуктивности: +6,6 ц/га, или +2,8% к среднему показателю.
Более значимыми оказались отклонения урожая корней (от среднемноголетних значений) под влиянием температур летнего сезона (табл.1.4). Так, в годы со сниженными летними температурами: на -1,52ºС (-7,5%) и на -0,98ºС (-4,8%) по сравнению со средними значениями, урожайность сахарной свеклы возрастала на 24,8 ц/га (+10,7%) и на +25,4 ц/га (+11,0%) – соответственно. Еще более чувствительной оказалась эта культура к повышающимся температурам летнего сезона. Так, в годы характеризующиеся повышенными значениями летних температур (на +0,85ºС, или +4,2% и +1,68ºС (+8,3%) по сравнению с многолетними показателями, уровень средней урожайности сахарной свеклы (средние данные за 36 и 17 лет) заметно снижались: на -22,1 ц/га (-9,5%) и на -53,9 ц/га (-23,3%) – соответственно (табл.1.4). Снижение объемов производства корней сахарной свеклы в годы с жарким и экстремально жарким летом определялось не только замедленными темпами формирования биомассы растений, но и являлось следствием развития на уже сформировавшихся корнях растений физиологических (увядание тканей) и/или патологических процессов, которые сопровождались развитием болезней грибного и бактериального происхождения (хвостовые гнили, бактериозы и др.). Вследствие этого, резко снижались технологические качества заготовленных корней (2003, 2007, 2009 и 2011 гг.) См. табл.1.3.
Более детальные исследования показали, что при этом доминирующим было отрицательное влияние температур июля и августа. См. рис.3.1. б) атмосферные осадки
Необходимо отметить, что колебания температур воздуха (как среднемноголетних, так и сезонных) сопровождались обратно направленными изменениями объемов выпадающих атмосферных осадков. Наиболее четко это демонстрировалось расчетами коэффициентов корреляции («r»), которые наиболее высокими оказались для летнего сезона (r = –0,53), и несколько ниже (r = –0,3…–0,38) – для остальных сезонов, а также для среднемноголетних значений параметров.
Зависимость уровня урожайности сахарной свеклы от объемов выпадающих осадков была не менее акцентированной, чем от особенностей температурного режима. При этом изменения годовых параметров режима увлажнения (с 403,1 до 684,0 мм) сопровождались существенными колебаниями уровня продуктивности сахарной свеклы. Так в условиях экстремально засушливых 12-ти лет было зарегистрировано снижение урожайности на -36,2 ц/га (-16,5%). С другой стороны, группа лет с повышенными объемами атмосферных осадков (684,0 мм) характеризовалась более высокой урожайностью (+14,9 ц/ га или +6,9%). См. табл. 2.1.
Характерно, что режим увлажнения осеннего сезона имел своеобразное влияние на уровень урожайности сахарной свеклы. Так, в течение 34 лет с умерено засушливой осенью урожайность сахарной свеклы оказалась выше (+20,1 ц/га или +8,9%), чем в годы со среднемноголетними показателями, а в годы (34 года) с увлажненной осенью (+49 мм или +41,2%), наоборот – ниже на -18,3 ц/га (-8,1%). Еще предстоит внимательно изучить глубинные причины этого феномена, однако первоначально он может быть объяснен (правда, лишь частично) в т.ч. и повышенными потерями при уборке урожая.
Колебания уровня урожая корней сахарной свеклы в зависимости от режима увлажнения зимнего сезона оказались менее акцентированными. Отмечено лишь небольшое снижение продуктивности культуры в годы (12 лет) с экстремально засушливой зимой (-14,5 ц/га или -6,4%) и небольшое превышение (+9,1 ц/га или +4,0%) – в условиях экстремально увлажненных зимних сезонов (13 лет). Возможно, что одним из возможных объяснений этого феномена является подавление уровня минерализации органического азота в почве при недостаточном увлажнении почвы в этом сезоне. Изменения уровня продуктивности сахарной свеклы под влиянием колебаний режима увлажнения в весенний период оказались более существенным. Так, в условиях экстремально засушливой погоды весеннего сезона (снижение объемов осадков на -65,4 мм, или более чем в 2 раза) сопровождалось падением уровня урожайности на -41,2 ц/га (-18,2%). В то же время, увеличение сезонных объемов осадков (на +68,2 мм), наоборот – характеризовалось повышением продуктивности культуры на +23,6 ц/га (+10,4%). Умеренное повышение уровня увлажнения в весенний период (группа в 32 года) на +44,1 мм (+35,0%) спровоцировало повышение урожая корней сахарной свеклы лишь на +13,2 ц/га (+5,8%).
Наиболее заметными оказались колебания урожайности этой культуры под влиянием режима увлажнения летнего сезона (табл.2.2).
Характерно, что в годы (29 лет) с повышенными объемами выпадающих осадков (+50,7 мм, или +25,2%) отмечена повышенная продуктивность сахарной свеклы: +31,6 ц/га (+18,7%), а в годы с экстремальной увлажненностью (+101,0 мм, или +50,2%) превышение урожая составило только: +6,5 ц/га (+2,8%). Таким образом, оптимальный уровень увлажнения летнего сезона для сахарной свеклы находится на уровне 250-255 мм осадков, а дальнейшее увеличение их объемов, практически не оказывало положительного влияния на рост продуктивности этой культуры.
Растения сахарной свеклы оказались наиболее чувствительными к дефициту осадков этого сезона. Так, в группе из 16 экстремально засушливых летних сезонов (133,2 мм или 66,2% к среднемноголетнему индикатору), урожайность корней сахарной свеклы снизилась на -39,3 ц/ га (-17,0%). Даже в умерено засушливые сезоны (-37,6 мм или -18,7%) снижение уровня продуктивности культуры составило -23,6 ц/га (-10,2%).
в) другие метеофакторы
Для более детального определения степени влияния среднемесячных значений метеофакторов на уровень урожайности сахарной свеклы был проведен подробный анализ этих показателей и за последние 11 лет (начиная с пика солнечной активности последнего цикла).Данные анализа показали, что неблагоприятные годы по уровню урожая были зафиксированы, как на «нисходящем» (2003 год), так и на «восходящем» отрезке (2011 год) кривой графика солнечной активности, в том числе: 2007 и 2009 гг. соответствовали минимуму солнечной активности. При этом, наибольшим отрицательным влиянием на формирование уровня урожайности обладали повышенные среднемесячные температуры (по убывающей): июня, августа и, затем – июля (рис.3). При этом, расчеты показали, что тренд снижения уровня урожайности сахарной свеклы оценивался для июня в –31,5 ц/га, июля: в –17,7 ц/га и августа: в –22,4 ц/га за каждый +1,0°Сградус повышения среднемесячной температуры (в интервале значений от +18,0 до +23,5оС). В среднем за весь летний период этот показатель составлял: -30,24 ц/га за +1,0оС (в интервале от +18,25оС до +21,2оС). С другой стороны, отрицательное значение дефицита осадков летних месяцев в снижении темпов формирования продуктивности сахарной свеклы может быть проиллюстрировано данными рис.4.1 и 4.2.
Причем, наиболее чувствительной эта культура оказалась к колебаниям объемов атмосферных осадков июня, июля и августа. Так, в июне прирост урожая корней составлял +9,27 ц/га за каждые 10 мм увеличения объемов осадков, в июле: +18,1 ц/га (в интервале от 25 до 60 мм) и в августе: +8,0 ц/га за каждые 10 ммпревышения объемов осадков (в интервале от 20 до 107,5 мм). Следует отметить, что в июле отмечено и некоторое снижение урожайности (-2,78 ц/га за каждые 10 мм прироста объемов осадков в интервале от 60,0 мм до 150,1 мм), и в августе – резкое снижение (-31,0 ц/га за каждые 10 мм) в интервале от 107,5 до 120 мм осадков (эффект переувлажнения).
Данные, представленные, на рис.5 показали:
– динамика уровня урожайности корней сахарной свеклы за последние 11 лет (2001-2011 г.г.) особенно в многолетних экспериментах института «Селекция» (в контрольных вариантах опытов) демонстрируют положительную корреляцию с динамикой солнечной активности и объемами среднегодовых осадков и обратно пропорциональную – с эволюцией среднегодовых температур;
— аналогичная закономерность была отмечена и по индикатору «расчетный сбор сахара с 1 га»;
— содержание сахара в корнях демонстрировало положительный тренд последовательного роста по годам с положительной динамикой среднемесячных температур августа.
Классификация по основным метеофакторам (табл.5) показывает, что группа неблагоприятных лет (2003, 2007, 2009 и 2011) характеризовалась, кроме повышенных летних температур (особенно июня и еще июля),и четко выраженным дефицитом атмосферных осадков (-17,8…-44,0%) по сравнению со средними показателями за последние 11 лет). Вследствие этого, были отмечены существенные различия и по другому индикатор – гидротермическому коэффициенту (ГТК, по Т.Г.Селяникову). Наиболее существенным снижение значений оказалось в июле (-0,397, т.е с 1,02 до 0,623), затем в июне (-0,154) и в августе (-0,17), а в целом за весь летний сезон: на -0,38 6ед. ГТК.
Остальные годы этого цикла (2001, 2002, 2004, 2005, 2006, 2008, 2010), наоборот характеризовались повышенными объемами среднемесячных осадков (от +10,25% до +25,1%) и, в целом, за весь летний сезон – на +38,4 мм (+19,1%). Значения ГТК при этом, превышали среднемноголетние показатели на +0,267 (с 1,036 до 1,303) в июне, на +0,369 – в июле и на +0,224 – в августе.
Столь существенные различия в режиме увлажнения сопровождались снижением уровня урожайности сахарной свеклы в неблагоприятные годы на 67,0 ц/га (–21,7%), по сбору сахара – на –20,5%. При этом в годы с дефицитом осадков отмечен более высокий уровень пораженности корневыми гнилями (увеличение с 12,8 до 17,7%), что повышало уровень потерь в процессе послеуборочного хранения корней в кагатах (в поле или на площадках фабрик).
Необходимо подчеркнуть, что уровень потерь урожая сахарной свеклы в экстремальных условиях (впрочем, как и других с/х культур) в определенной степени может быть компенсирован факторами антропогенного характера (использование адаптивных сортов (гибриды), рациональных технологий и т.п.). Так, в среднем за весь период (1945-2007 гг.) уровень снижения урожая сахарной свеклы под влиянием засухи (-169,2 мм, или -31,4%) составил: –7,1% (–14,2 ц/га) в годы (31 год), характеризующиеся низким уровнем материально-технической базы отрасли. В то же время в другой группе лет (31 год) с высоким уровнем научно-технического прогресса, различия в уровне продуктивности под влиянием засухи оказалась математически недостоверными (+1,8%) (табл.4). Надо отметить, что колебания урожайности сахарной свеклы в этой ситуации оказались меньшими, чем у других полевых культур, (кроме подсолнечника), что демонстрирует достаточно консервативную реакцию растений этой культуры на колебания параметров факторов внешней среды.
г) динамика фитосанитарной ситуации
Еще одной серьезной проблемой отрасли свекловодства являются прогнозирование изменений структуры вредных видов (вредителей и болезней) – членов агроценоза свекловичного поля. Это условие оказалось основным для процесса оптимизации системы защиты этой культуры в условиях изменения климата. В связи с этим, были изучены многолетние данные (1968-2007 г.г.) по уровню распространенности (заселенности) поля, плотности популяции вредителей и степени пораженности (поврежденности) растений для 8 видов вредителей и 3 основных видов заболеваний сахарной свеклы.
Так, изучение массива многолетних данных по этому комплексу основных видов вредителей и болезней позволило выявить следующие закономерности (рис.6 и рис.7):
а) по индикатору «уровень распространенности болезни» отмечено:
- под влиянием повышения значенийв интервале: от +8,43оС до +10,3оС среднегодовых температур отмечено снижение уровня распространения церкоспороза (Cercospora beticola Sacc.) и, наоборот – повышение для мучнистой росы (Erysiphe Betae Welt.);
- под влиянием возрастающих осенних температур – увеличение этого показателя и по церкоспорозу и по мучнистой росе;
- снижение индексов с 94,2 до 85,8% — для церкоспороза и, наоборот – повышение для мучнистой росы под влиянием повышающихся зимних температур (с –5,02 до +0,31оС);
- умеренное повышение уровня распространенности по церкоспорозу и существенное увеличение – для мучнистой росы под влиянием весенних температур;
- снижение уровня этого показателя по церкоспорозу и по мучнистой росе под влиянием повышающихся (с +19,16 до +21,02оС) температур летнего сезона и, наоборот повышение – по фузариознымгнилям корней.
б) по показателю «процент пораженных растений» зарегистрировано:
- существенное увеличение этого индекса по церкоспорозу и по мучнистой росе под влиянием повышающихся среднегодовых температур;
- увеличение показателя для обоих заболеваний: в 1,2 раза – по церкоспорозу и в 1,5 раза – по мучнистой росе в интервале низких зимних температур до достижения оптимума температур (–1,5оС) – по церкоспорозу и (–3,83оС) – по мучнистой росе;
- существенное повышение значений этого индикатора: в 1,5 раза по церкоспорозу и в 2,5 раза – по мучнистой росе, под влиянием повышающихся температур весеннего сезона;
- повышение уровня пораженности растений: в 1,35 раза по церкоспорозу и в 1,66 раза – по мучнистой росе, под влиянием повышающихся летних температур.
Колебания объемов осадков также сопровождались изменениями параметров характеризующих развития заболеваний (рис.6): а) по индикатору «уровень распространенности болезни»:
- последовательное увеличение этого показателя: по церкоспорозу и по мучнистой росе на протяжении всего интервала изученных объемов (с 405 до 650 мм) среднегодовых осадков;
- повышение этого показателя по церкоспорозу и по мучнистой росе при увеличении объемов осенних, а также зимних осадков;
- выявлены оптимальные значения объемов весенних осадков (135 мм – для церкоспороза и 160 мм – для мучнистой росы). Сниженные (как и повышенные по сравнению с оптимальными объемами) осадки сопровождались пропорциональным снижением уровня распространения обоих заболеваний;
- отмечено увеличение значений этого показателя: в 1,15 раза по церкоспорозу и, наоборот – снижение (в 1,1 раза) по мучнистой росе под влиянием повышающихся объемов (с 165 до 275 мм) осадков летнего сезона.
б) по показателю «процент пораженных растений» зафиксировано:
- увеличение значений этого индикатора (в 1,17 раза) по церкоспорозу и в 1,5 раза — по мучнистой росе, под влиянием повышающихся среднегодовых объемов осадков; соответственно: в 1,6 раза и 1,35 раза – под влиянием осенних, а также в 1,3 раза и в 1,35 раза – под влиянием осадков зимнего периода;
- определен оптимальный уровень объемов весенних осадков (152 мм), до и после которого значения этого индикатора снижались: как по церкоспорозу, так и по мучнистой росе. Аналогичный показатель летних осадков составил 260 мм осадков.
Еще более разнообразными оказались последствия колебаний температур по отношению к 8 изученным видам вредителей (рис.7):
а) по уровню заселенных площадей отмечено:
- снижение значений этого показателя для свекловичных блошек и свекловичной крошки – в 1,2 раза, свекловичных щитоносок – в 1,5 раза, свекловичной листовой тли–в 1,2 раза и, наоборот – увеличение этого индикатора у свекловичного долгоносика – в 1,65 раза, минирующей моли – в 1,25 раза, свекловичной корневой тли – в 1,37 раза и свекловичной мухи – в 1,37 раза – под влиянием повышающихся среднегодовых температур;
- снижение значений этого показателя для свекловичного долгоносика (с 38,9 до 22,6%), свекловичных щитоносок (с 65,6 до 20,5%), свекловичной листовой тли (с 60,6 до 54,7%) и, наоборот: увеличение – для свекловичных блошек (с 88,9 до 91,8%), минирующей моли (с 56,3 до 63,3%), свекловичной корневой тли (с 23,2 до 29,8%) и свекловичной мухи (с 46,8 до 60,5%) под влиянием повышающихся среднегодовых температур.
б) по индикатору «плотность популяции вредителя» отмечено:
- снижение этого показателя для обыкновенного свекловичного долгоносика (в 1,2 раза), свекловичной крошки (в 2,3 раза), листовой тли (в 1,2 раза), корневой тли (в 1,1 раза), свекловичной мухи (в 1,8 раза) и, наоборот – увеличение: для свекловичных блошек (в 1,2 раза), минирующей моли (в 1,3 раза) – под влиянием повышающихся среднегодовых температур; в) по показателю «процент поврежденных растений» отмечено:
- снижение этого индикатора для свекловичной крошки (в 2,9 раза) и свекловичных щитоносок (в 2,8 раза) и, наоборот – увеличение: для свекловичных блошек (в 1,17 раза) и для минирующей моли (в 2,17 раза) под влиянием повышающихся среднегодовых температур;
- снижение этого показателя для свекловичных блошек (в 1,34 раза), свекловичной крошки (в 2,8 раза) и свекловичных щитоносок (в 3,7 раза) и, наоборот – увеличение: для свекловичной минирующей моли: (в 1,2 раза)под влиянием повышенных летних температур.
Отмечены также и изменения индикаторов развития вредителей и под влиянием колебаний объемов годовых и сезонных осадков, следствием чего явилась перераспределение индексов доминирования всех 8 видов в агроценозе свекловичного поля.
Резюме
- Последствия изменения основных параметров климата в Молдове за последние 62-67 лет привели к необходимости:
— рассмотреть необходимость «миграции» южной границы ареала свеклосеющей зоны в направлении на север (северо-запад) на 100-120 км при условии размещения плантации этой культуры в зоне с наиболее оптимальными метеопоказателями;
- С целью компенсации отрицательных последствий формирования продуктивности сахарной свеклысоздались предпосылки для внесения серьезных изменений в технологию возделывания этой культуры (обработка почвы, чередование культур в севообороте, использование специальных приемов для снижения испарения влаги из почвы и т.п.), а также изменение состава возделываемых гибридов.
- Сахарная свекла является одной из с/х культур, колебания уровня урожайности которой под влиянием изменения климатических факторов (особенно дефицита выпадающих осадков) оказались относительно меньшими, чем у других полевых культур, по-видимому, из-за 2 факторов:
- реализации компенсирующих свойств повышенного резерва продуктивной влаги, накопленной в почве после ранних предшественников (за 14 месяцев);
- традиционно более интенсивного и рационального использования имеющейся материально-технической базы (семян, с/х техники, удобрений, пестицидов и др.).
- При всем этом, культура сахарной свеклы была наиболее чувствительной к колебаниям температур в весенний и, особенно – в летний сезон и несколько менее к колебаниям среднегодовых показателей.
Еще более четко урожайность культуры зависела от колебаний объемов выпадающих осадков. При этом наиболее акцентированным было влияние летних и в не меньшей степени – весенних осадков и среднегодовых показателей, хотя было зарегистрировано и влияние (хотя и менее значимое) осенне-зимних осадков.
- В многолетних опытах обнаружено влияние солнечной активности, а также температур воздуха, годовых и сезон ных объемов летних осадков и т.п.) на динамику урожаев корней сахарной свеклы в пределах 11-летнего цикла.
- Анализ массива многолетних данных показывает, что для формирования высокой урожайности наиболее оптимальными были следующие метеопараметры:
- среднегодовая температура: +8,8…+9,0ºС;
- среднегодовые объемы осадков: 580-630 мм;
в том числе:
— зимние температуры: не ниже -1,25…-1,5ºС;
— летние температуры: не выше +18,8…+19,5ºС;
— осенне-зимние осадки: не меньше 210-220 мм;
— весенние осадки: не менее 160-170 мм;
— летние осадки: не менее 240-250 мм.
- Под влиянием изменения метеофакторов происходят определенные изменения в иерархической структуре вредных видов – членов агроценоза посевов сахарной свеклы. Так, прогнозируемое дальнейшее потепление климата может сопровождаться:
— уменьшением индикатора «уровень распространенности,но одновременно с увеличением процента пораженных растений – у церкоспороза;
— увеличением значений уровня распространенности мучнистой росы при некотором снижении процента пораженных растений;
— повышение уровня среднегодовых и сезонных температур будет сопровождаться повышением уровня вредоносности свекловичных долгоносиков, свекловичной минирующей моли, свекловичных блошек и свекловичной корневой листовой тли;
— повышение индекса засушливости климата, наоборот — будет способствовать повышению уровня вредоносности свекловичной крошки, свекловичной корневой тли, свекловичных щитоносок, минирующей моли и свекловичной тли. «Рейтинг» остальных изученных видов вредителей будет последовательно снижаться.
- Естественно, что обеспечение необходимости высокоэффективной защиты посевов сахарной свеклы потребует постоянного мониторинга меняющейся фитосанитарной ситуации и модификации существующей схемы интегрированной системы защиты растений в соответствии с эволюцией структуры агроценоза свекловичного поля.