диссертация. Диссертация к защите
 Скачать 1.55 Mb.
|
|
2.3. Влагообеспеченность вегетационного периода В агроклиматических исследованиях для оценки условий увлажнения сельскохозяйственных территорий используются различные показатели, представляющие собой отношение количества влаги, поступающей с осадками, или сформировавшиеся запасы продуктивной влаги в корнеобитаемых горизонтах почвы (приход), к ее расходу (испаряемости) за конкретный период времени (Грингоф, Павлова, 2013). В качестве одного из таких показателей используют гидротермический коэффициент (ГТК) Селянинова.  где: ΣР-сумма осадков за период с температурой выше 10°С ( обычно июнь-август);  -сумма температур выше 10°С за тот же период (Гордеев,2006).ГТК - представляет собой лишь увлажненность летнего периода без учета начальных влагозапасов почвы (Развитие сельскохозяйственной…,2009). Общая оценка увлажнения районируемой территории может быть дана по показателю С.А.Сапожниковой (с использованием ГТК Селянинова) с учетом некоторой корректировки (табл.6) (Грингоф, Павлова, 2013). Таблица 6. Зоны увлажнения по классификации С.А.Сапожниковой и соответствующие им градации ГТК Селянинова (Грингоф, Павлова, 2013).
Согласно Г.Т. Селянинову, суммарное значение ГТК за период июнь-август больше 1,6 соответствует избыточно влажной зоне; 1,6…1,3-лесной влажной зоне; 1,3…1,0-зоне недостаточного увлажнения (лесостепь); 1,0…0,7-засушливой зоне (степи); 0,7…0,4 –очень засушливой зоне (сухой степи); коэффициент 0,4…0,3 характеризует полупустыню, менее 0,2-пустыню. Для упрощенной оценки режима увлажнения «внутри» вегетационного периода автор предложил рассчитывать начало конец засушливых и сухих периодов и их продолжительность. За засушливый период автор принял ГТК, равный менее 1,0, а за сухой - менее 0,5. Начало и конец этих периодов рассчитывают по интерполяционной формуле: (Грингоф, Павлова, 2013).  где: К - пороговое значение ГТК(1,0 или 0,5); b-среднее месячное значение ГТК ниже порогового; a-соответствующее значение ГТК выше порогового; d-число суток в месяце с ГТК=b. Однако ГТК Селянинова не применяют для оценки условий увлажнения весной и осенью, когда средняя суточная температура воздуха ниже 10°С (Грингоф, Павлова, 2013). В районах с вечной мерзлотой и холодным летом, где ГТК не всегда отражает условия обеспеченности влагой, можно использовать показатель увлажнения Шашко (Md). Для районирования и оценки увлажнения территории в целом и различных ее частей могут быть использованы следующие значения Md (Методическое указание,2010):
Следует иметь в виду, что для ранних яровых зерновых культур решающее значение имеют осадки первой половины лета; пропашные культуры более эффективно используют осадки второй половины лета (Методическое указание,2010). 2.4. Биоклиматический потенциал (БКП) Биоклиматический потенциал (БКП) - это агроклиматический показатель биологической продуктивности, выраженный в баллах и характеризующий природное богатство определенных территорий. На основе БКП проводится сравнительная межрегиональная оценка общей биологической продуктивности и продуктивности конкретных сельскохозяйственных культур, почвенного плодородия и др. (Грингоф, Павлова, 2013). . Впервые понятие «биоклиматический потенциал» было введено в науку и практику П.И.Колосковым. Он считал, что этот комплексный показатель характеризует общую потенциальную продуктивность земли и влияние на нее таких важных климатических факторов, как температура, увлажненность и инсоляция. Автор рассматривал разность между соответствующими значениями БКП, т.е. прирост биоклиматического потенциала в условиях, когда увлажненность возрастает от фактической до уровня достаточной (например, вследствие искусственного орошения). Если верхнюю границу достаточной увлажненности, определяемую как отношение осадков к испаряемости {P/(E-e)=32} принять за единицу, то при других значениях показателя увлажненности биологическая продуктивность будет равна величине БКП, деленной на 32 (Грингоф, Павлова, 2013). Согласно П. И. Колоскову, биоклиматический потенциал при естественной (фактической) увлажненности на крайнем севере европейской части России БКП равен менее 1. В западной части России БКП более 2; на северном Кавказе-до 2-3 и более, на черноморском побережье Кавказа в районе г.Сочи БКП достигает 6; в предгорных районах Алтайского края-до 2 и несколько более; в остальной части территории Западной Сибири – около 1,5; в Восточной Сибири БКП менее 1, а в большей части территории Дальнего Востока БКП более 1 (Грингоф, Павлова, 2013). Биоклиматический потенциал при достаточном увлажнении (БКПд), как разность между максимальной его величиной при условии достаточного увлажнения и его фактической величиной, характеризует существующий дефицит увлажнения в единицах БКП. На северо-западе ЕТС прирост БКП составляет менее 1, а местами - менее 0,5, что свидетельствует об отсутствии применения искусственного орошения, а в районе Сочи прирост БКП уменьшается до 0. В Алтайском крае биоклиматический дефицит увеличивается до 2,5, в южной части Барабинской степи он составляет 1,5-2. В Восточной Сибири, в районах земледелия этот дефицит составляет более 1, в отдельных районах Средней Азии биоклиматический дефицит, как правило,7-8, а на самом юге Узбекистана-9 и более (Грингоф, Павлова, 2013). Расчет БКП, предложенный Д.И.Шашко. Относительные значения биоклиматического потенциала (БКП) рассчитываются по формуле:  где:  -коэффициент роста по годовому показателю атмосферного увлажнения;  -сумма средних суточных температур воздуха за период вегетации в исследуемом пункте; - базисная (средняя многолетняя) сумма средних суточных температур воздуха за период вегетации, т.е. сумма, относительно которой проводится сравнительная оценка (Грингоф, Павлова, 2013). В качестве базисных принимаются суммы: 1000°С - для сравнения с продуктивностью на границе возможного полевого земледелия; 1900°С-для сравнения со средней по стране продуктивностью, характерной для южно-таежной зоны; 3100°С - для сравнения с продуктивностью в оптимальных условиях роста и развития посевов культур, возделываемых, например, в предгорных районах Краснодарского края. Коэффициент Кр(ку) представляет собой отношение урожайности в конкретных условиях влагообеспеченности к максимальной урожайности в условиях оптимальной влагообеспеченности. Изменение эмпирических значений коэффициента роста характеризует сложная функция (логарифмическая основная и параболическая вспомогательная). Значение этого расчетного коэффициента аппроксимируют выражением (Грингоф, Павлова, 2013):  где: ку - коэффициент годового атмосферного увлажнения, равный отношению количества осадков (Р) к сумме средних суточных дефицитов воздуха (Σd). При значении ку=50 создаются оптимальные условия для влагообеспеченности растений. Относительно этих условий Кр(ку) принимает значение единицы (Грингоф, Павлова, 2013). Для решения практических задач важна сравнительная межрегиональная оценка биологической продуктивности, определяемая комплексом климатических факторов. Такая оценка, по мнению Д.И.Шашко, может быть выполнена на основе относительных значений биоклиматического потенциала по предложенной им шкале (табл.7). В таблице 7 БКП – это относительное значение биоклиматического потенциала, учитывающее совместное влияние тепла и влаги на продуктивность растений;  =55*БКП - климатический индекс биологической продуктивности, баллы (Гордеев,2006). Таблица 7. Шкала для оценки общей биологической продуктивности (Гордеев,2006).
Шкала построена с учетом теплообеспеченности территории. По этому признаку выделяются зоны со следующими средними многолетними значениями: мало обеспеченные теплом - менее 1200°С; недостаточно обеспеченные - 1200…1600°С; обеспеченные ниже среднего -1600…2200°С; среднеобеспеченные- 2200…2800°С; обеспеченные выше среднего -2800…3400°С; повышенно обеспеченные теплом - более 3400°С. Этим показателям соответствуют значения БКП (менее 1,2; 1,2; 1,6; 2,2; 2,8; 3,4), которые по шкале (табл.7), характеризуют различную биологическую продуктивность (Гордеев,2006). Согласно этой шкале, М.И. Будыко выделены ареалы очень низкой, пониженной, средней, повышенной, высокой и очень высокой биологической продуктивности (Гордеев,2006). Физический смысл биоклиматического потенциала заключается в следующем. Продуктивность экологических типов сельскохозяйственных культур при достигнутом уровне культуры земледелия определяется доступностью для растений питательных веществ, находящихся в почве. Доступность же зависит от наличия влаги в почве, с одной стороны, а с другой - от теплового режима, определяющего скорость биохимических реакций в процессе фотосинтеза и подготовку питательных веществ для растений в результате деятельности микроорганизмов. От складывающихся условий тепло- и влагообеспеченности в равной мере зависит продуктивность культур. Поэтому в северных влажных, но прохладных и в южных засушливых, но лучше обеспеченных теплом, районах доступность питательных веществ может оказаться одинаковой. Это обстоятельство находит отражение в балловых оценках биоклиматического потенциала, следовательно, в широком смысле под биоклиматическим потенциалом следует подразумевать балловую оценку степени доступности для растений питательных веществ, находящихся в почвенном растворе в конкретном районе (Развитие сельскохозяйственной..,2006). 2.5. Опасные агроклиматические явления В агрометеорологии особо опасными явлениями считаются такие, которые по своей интенсивности, продолжительности воздействия, площади распространения или времени возникновения (например, в критический период жизни растений) могут нанести или наносят значительный ущерб сельскохозяйственным посевам и животным. К агрометеорологическим явлениям, опасным для сельскохозяйственного производства в теплый период года, относят: заморозки, засухи, суховеи, пыльные бури, град, сильные ливни (Грингоф, Пасечнюк, 2005). В данной исследовательской работе рассматриваются опасные агроклиматические явления на примере заморозков, характерные для Ленинградской области. Заморозком называют понижение температуры до 0° и ниже на поверхности почвы или в травостое в период вегетации на фоне положительных средних суточных температур воздуха (Синицина, 1973). Однако такое определение заморозка для сельскохозяйственной практики является недостаточным, так как падение температуры ниже 0° редко является опасным для многих даже теплолюбивых культурных растений. Угрозу представляют только такие похолодания, при которых температура опускается ниже определенных критических значений для каждого вида растений и фаз их развития. Поэтому кратковременные похолодания, которые могут причинить вред сельскохозяйственным культурам, называют опасными заморозками, и именно они привлекают особое внимание работников сельского хозяйства (Берлянд,1953). Различают общий заморозок (или заморозок в воздухе), когда отрицательная температура наблюдается на уровне 2м, и заморозок на почве, когда при положительной температуре на уровне 2 м на поверхности почвы наблюдается отрицательная температура (Зверев,1968). Заморозки обычно наблюдаются весной и осенью (в северных регионах и в высокогорьях даже летом) при антициклонической погоде, на гребнях повышенного атмосферного давления, при высоком эффективном излучении подстилающей поверхности и при слабом ветре. Различные по интенсивности заморозки наблюдаются во всех районах сельскохозяйственной зоны страны. В зависимости от времени появления и степени интенсивности заморозки могут частично или существенно повредить сельскохозяйственные культуры, полностью уничтожить или снизить их урожай (Грингоф, Пасечнюк, 2005). Особенно опасны поздневесенние и раннеосенние заморозки, совпадающие с периодом активной вегетации растений. Они ограничивают использование агроклиматических ресурсов вегетационного периода конкретной территории. Поэтому информация об интенсивности заморозков, о сроках их прекращения весной и возникновения осенью чрезвычайно важна. Эта информация используется также для оценки заморозкоопасности территории, для принятия решений о размещении теплолюбивых культур, выбора сроков сева и уборки сельскохозяйственных культур, для выбора способов защиты с целью снижения возможного ущерба от этого опасного явления природы (Грингоф, Пасечнюк, 2005). По интенсивности заморозки делят на слабые, средние и сильные . Слабыми заморозками считаются понижения температуры деятельной поверхности не ниже -2°, когда температура воздуха при этом составляет 0°С и более. При средних заморозках температура поверхности земли опускается до -3…-4°С и заморозок охватывает самые нижние, примыкающие к поверхности слои воздуха. При сильных заморозках температура снижается до -5°С и охватывает приземный слой воздуха до высоты 1,5…2 м. Именно в этом слое находится большинство возделываемых полевых культур (Грингоф, Пасечнюк, 2005). По длительности действия различают заморозки: продолжительные (>12 ч), средней продолжительности (5…12 ч ), кратковременные (<5 ч ) (Грингоф, Пасечнюк, 2005). И.А.Гольцберг были выделены три типа заморозков по их происхождению (Климат России,2001): 1. Адвективные заморозки возникают в результате крупномасштабного вторжения холодного воздуха и длятся в течение нескольких суток подряд. Во время этих заморозков даже дневная температура может быть ниже 0°С. При этом типе заморозков микроклиматические различия нивелированы. 2. Радиационные заморозки возникают в тихие ясные ночи в результате интенсивного ночного выхолаживания, причем они могут наблюдаться при высокой положительной дневной температуре. При этом типе заморозков весьма значительны микроклиматические различия, связанные с формами рельефа. 3. Адвективно-радиационные заморозки возникают в результате адвекции холода и последующего ночного радиационного выхолаживания. Эти заморозки отмечаются при относительно высокой средней суточной температуре воздуха, а их наибольшая повторяемость приходится на позднее весеннее и раннее осеннее время, т.е. они наиболее опасны для сельскохозяйственного производства (Гордеев,2006). Устойчивость растений к заморозкам и степень их повреждения зависят от многих факторов: времени наступления, интенсивности и продолжительности заморозка, вида, сорта и фазы развития растений, условий выращивания, скорости оттаивания тканей растений, поврежденных заморозком и т.п. Все биологическое разнообразие сельскохозяйственных культур условно разделено на 5 групп по степени их естественной устойчивости к заморозкам в различные фазы развития при средней продолжительности заморозков 5…6 ч и в зависимости от микроклиматических условий окружающей среды (табл. 8.) (Грингоф, Клещенко, 2011). Таблица 8. Критические температуры воздуха (°С) для сельскохозяйственных культур в различные фазы их развития. (Грингоф, Клещенко, 2011).
Устойчивость растений по отношению к заморозкам представляет собой развивающееся свойство растений, зависящее от их природы, особенностей каждого типа и сорта, от стадии и фазы развития данного индивидуума, от условий внешней среды (Чудновский, 1949). Прогноз заморозков. Известно, что заморозки наносят значительный ущерб сельскохозяйственному производству. Однако своевременное предупреждение о сроках наступления заморозков способствует снижению ущерба, а в отдельных случаях позволяет избежать их тяжелых последствий для растениеводства. Для предупреждения наступления заморозков разработаны методы их прогноза. Вторжение холодных масс воздуха, обусловливающих адвективные и адвективно-радиационные заморозки на больших территориях, достаточно надежно прогнозируется синоптиками с заблаговременностью 1-3 суток. Так как в зависимости от местных условий интенсивность заморозков может быть различной (рельеф, крупные водные объекты, лесные массивы и т.п.), агрометеоролог, знающий местные условия, должен уточнить синоптический прогноз для своей территории. Например, Михалевский предложил следующие формулы: (Грингоф,2011)   где:  и  – минимальная температура воздуха и почвы соответственно; t и t'-температура по сухому и смоченному термометрам в 13 ч соответственно, °С; С - коэффициент, зависящий от относительной влажности воздуха f в 13 ч, находится по данным таблицы; А-поправка на облачность, которую вводят после наблюдений в 19 ч: при незначительной облачности (0…3 балла) А= -2°С; при средней облачности (4…7 баллов) А=0, т.е поправка не вносится; при облачности 8…10 баллов А=2°С (Грингоф,2011).Таким образом, если рассчитанная минимальная температура оказывается ниже -2°С, то заморозок возможен; при температурах от -2 до 2°С заморозок вероятен, а если температура выше 2°С, то заморозок маловероятен (Грингоф,2011). Простой и весьма надежный графический способ расчета вероятности заморозка в ближайшую ночь предложил П.И. Броунов (Грингоф,2011). Для этого используют результаты наблюдений за температурой воздуха в метеорологической будке в 13 и 21 ч. На горизонтальной оси графика откладывают разность температур за эти сроки, на вертикальной оси - температуру за 21 ч. Точка пересечения наблюденных значений температуры воздуха в поле графика укажет вероятность заморозка. В оперативной практике синоптиков используются методы прогноза, более полно учитывающие физические причины возникновения заморозков (Методы М.Е.Берлянда., А.Ф.Чудновского) (Грингоф,2011). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
