Влияние климата на урожайность
При оценке агроклиматических и агрометеорологических факторов, оказывающих существенное влияние на сельскохозяйственное производство, учитываются требования сельскохозяйственных культур на различных фазах их развития к климату и погоде. Учет этих условий позволяет установить степень угрозы вредных для сельского хозяйства явлений погоды (засух, суховеев, заморозков, пыльных бурь и др.), определить, насколько климат конкретного района соответствует требованиям производства (Руднев, 1978).
Изменения климатического режима, вызванные как естественными факторами, так и деятельностью человека, способны оказывать заметное воздействие на различные не метеорологические процессы, происходящие на земной поверхности. Наиболее чувствительными к климатическим факторам являются биологические явления. Очень часто климат является главным фактором, лимитирующим продуктивность видов и сообществ во многих районах земного шара (Ваганов и др., 1996).
Изменения климата могут влиять как на норму продуктивности, так и на характеристики ее временной изменчивости, например, межгодовое колебание урожайности. Изменчивость величины урожая во времени и в пространстве определяется характером варьирования элементов структуры урожая. При неустойчивом водном режиме урожайность варьирует по годам на 25-47%, достигая у некоторых сортов до 56% (Жирнова, 2005). Многолетние опытные данные убеждают в том, что потенциальная урожайность многих современных селекционных сортов яровой пшеницы находится на уровне 60-70 ц/га, но в отдельные годы реализуется только на 15-25% (Биоэкологические основы..., 1997). Наибольший вклад в колебание урожайности вносят вариации температуры и осадков. Другие факторы - солнечная радиация, бонитет почвы, уровень СО2 –являются менее изменчивыми величинами (по среднегодовым значениям) и в короткопериодные колебания урожайности существенного вклада не вносят (Костюков, Черникова, 1997).
В большинстве работ величина урожая сравнивается с погодой вегетационного периода. В некоторых работах частично рассматриваются погодные условия допосевного периода. Урожайные годы, как правило, характеризуются более засушливым предшествующим годом, большим количеством осадков за зимний период, повышенным весенним увлажнением почвы и достаточной влагообеспеченностью вегетационного сезона, относительно большей густотой стояния и высотой растений. Неурожайные годы в подавляющем большинстве случаев характеризуются пониженным количеством осадков, сопровождающимся интенсивными засушливыми процессами и, как следствие этого, слабым развитием растений.
Имеются сообщения о том, что рост или уменьшение относительных показателей урожайности определяют следующие, наиболее сильно изменяющиеся параметы окружающей среды, – концентрация в атмосфере углекислого газа и осадки. Параллельное увеличение концентрации углекислого газа и осадков приводит к значительному росту урожайности, очень сильное уменьшение осадков, несмотря на увеличение концентрации углекислого газа, приводит к значительному уменьшению потенциальной урожайности. Характер влияния изменения этих показателей на урожай разный. Так, если рост концентрации углекислого газа на 20% приводит к значительному увеличению урожайности во многих регионах, то увеличение осадков заметнее всего сказывается в засушливых районах. Количество воды, потребляемой растением, в сильной степени зависит от метеоусловий, солнечного освещения, насыщения воздуха водяными парами, почвенных факторов и состояния растения. При водном дефиците урожай снижается прямо пропорционально разнице между максимально наблюдаемым и лимитируемым водным дефицитом. Недостаток влаги приводит, например, с одной стороны, к уменьшению количества колосков в колосе, а с другой - к снижению продуктивной кустистости. Летняя засуха, кроме того, может вызывать стерильность пыльцы и уменьшение озерненности (Ведров, 1984). В конечном счете, продуктивность сельскохозяйственных культур при достаточном количестве тепла и благоприятности других факторов в основном определяется обеспеченностью их влагой.
На интенсивность и направленность физиологических и биологических процессов, рост и, в конечном счете, продуктивность растений существенное влияние оказывает тепловой режим среды обитания. В растительных организмах фотосинтез, дыхание, транспирация и другие физиологические процессы осуществляются лишь в определенном диапазоне температур (Шматько и др., 1989). Неблагоприятное сочетание температуры, влажности почвы и воздуха в отдельные годы приводит к ухудшению пищевого режима в весенний период: всходы медленно растут, посевы изреживаются, сильно поражаются грибными болезнями и резко снижают урожай. Большое влияние на развитие корневой системы, на активность почвенных микроорганизмов и усвоение растениями фосфатов и нитратов оказывает температура почвы. Высокая температура почвы и воздуха (выше 20°С) в период формирования цветков в колосе яровой пшеницы при недостатке почвенной влаги снижает урожай на 30-40%. С повышением температуры скорость развития растений увеличивается пропорционально возрастанию температуры, но только до определенных значений. При дальнейшем ее повышении скорость развития растений замедляется, а затем наступает их угнетение и гибель (Жирнова, 2005).
Из неблагоприятных явлений погоды на территории Восточной Сибири в теплый период наибольший ущерб урожаю наносят сильный ветер (15 м/с), пыльные бури, суховеи, поздние весенние и ранние осенние заморозки (Ведров, 1984). Наибольший ущерб сельскому хозяйству наносят заморозки, опасность которых для растений связана с тем, что они приходятся на период активной вегетации культур. Ранние осенние заморозки очень сокращают период активной вегетации и приводят к значительному недобору урожая сельскохозяйственных культур и даже к полной его гибели.
Для успешного выращивания культуры необходима обеспеченность ее теплом на 80-90%, т.е. 8-9 лет из 10 должны быть обеспечены достаточной суммой температур для возделывания основных культур. При такой обеспеченности теплом условия вегетационного периода считаются хорошими. В пределах земледельческой территории Красноярского края в 80-95% лет обеспечены теплом ранне- и среднеспелые сорта яровой пшеницы, ячменя, овса, гречихи, картофеля, гороха. Фактическая влагообеспеченность сельскохозяйственных культур по территории края составляет 60-80 % от оптимальной, наиболее низкая - 35-45 % -наблюдается в степной части Минусинской котловины (Агроклиматические ресурсы..., 1974). В зоне Красноярской лесостепи в избыточно увлажненные годы с недобором тепла, которые бывают раз в 6-8 лет, урожайность пшеницы снижается до 21-13 ц/га, т.е. в 2 раза. В благоприятные годы с периодичностью 4-7 лет, когда осадков за период посев-колошение выпадает на 10-40 % больше нормы, а температура находится в пределах среднемноголетней, урожайность пшеницы достигает 32-37 ц/га за счет высокого продуктивного стеблестоя и озерненности колоса.
В конечном счете, всякая сельскохозяйственная культура может быть рассмотрена в зависимости от климата, почвы и хозяйственно-экономических условий, но именно климат определяет видовой состав возделываемых культурных растений в тех или иных природно-географических зонах (Жирнова, 2005).