ocherki_po_istorii_agronomii

460 »• МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД

8.7. Адаптация систем земледелия и агротехнологий к условиям изменяющегося климата

Проблема изменения климата на планете, а именно глобальное по­ тепление, вызывает огромный интерес и обеспокоенность мировой обще­ ственности. В 1995 г. на межправительственной конференции в Мадриде Ор­ ганизация объединенных наций провозгласила глобальное потепление науч­ но доказанным фактом.

В начале 2007 г. в Париже Межправительственная комиссия по про­ блеме климатических изменений объявила, что потепление климата за по­ следние 50 лет шло гораздо интенсивнее, чем за предыдущие 13 столетий.

По мнению Межправительственной комиссии по изменению климата, увеличение концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижних слоев атмосферы и поверхности земли. Изменение способности Земли отра­ жать и поглощать тепло в результате увеличения содержания в атмосфере парниковых газов и аэрозолей приведет к изменению температуры не только поверхности планеты, но и мирового океана и нарушит устойчивые погодные циклы.

Наблюдения за температурным режимом мирового океана, производимые с 1961 г., показывают увеличивающееся его прогревание на глубину до 3 км. Повышение темпе­ ратуры мирового океана приведет к усилению процесса таяния льдов полярных шапок.

По прогнозам специалистов количество ежегодных выбросов парниковых газов в атмосферу Земли на уровне 2000 г. приведет к повышению температуры на 0,6°С. Другие проработанные в моделях сценарии показали повышение на 1,8-4,0°С. Рост температуры более чем на 4,5-5,0°С может оказаться катастрофическим, так как такое потепление вызовет таяние горных ледников и полярных льдов, достаточное для поднятия уровня мирового океана на 1,5 м. Это приведет к затоплению обширных прибрежных зон, боль­ шей подверженности суши действию ураганов.

Изменение количества выпадающих осадков в результате глобального потепления окажет огромное воздействие на сельское хозяйство. Разница температур на полюсах и экваторе - основная движущая сила циркуляции атмосферы. Сильное потепление на полюсах приведет к ослаблению цирку­ ляции, изменению и перераспределению осадков.

По некоторым прогнозам глобальное потепление климата может при­ нести позитивные результаты. Ожидается, что первоначально повышение температуры в целом будет положительно влиять на урожайность культур и, таким образом, на производство сельхозпродукции. Однако степень реакции на повышение температуры варьирует в зависимости от вида культуры и мо­ жет измениться с позитивной на негативную, если температура возрастет выше оптимальной.

Одновременно с изменением температуры и осадков меняется состав атмосферы. По последним сведениям концентрация двуокиси углерода в ат­ мосфере возросла на 30 % от уровня доиндустриальной эпохи. Увеличение содержания двуокиси углерода в воздухе должно повлиять на продуктив­ ность растений. Однако в ряде работ показано, что это влияние не столь ве­ лико. Удвоение концентрации С0г повышает продуктивность СЗ-растений

8. МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД 461

(зерновые культуры, картофель, свекла и др.) на 20-30 %, тогда как для С4растений (кукуруза, просо, сорго, амарант и др.) - незначительно. К тому же положительный эффект увеличения содержания СОг, как показали опыты ученых, проявляется при условии достаточного увлажнения и минерального питания.

Таблица 44 - Реакция урожайности сельскохозяйственных культур на возможные изменения климата и рост содержания СО2 в атмосфере, в % от со­

временного уровня урожайности (по данным Министерства природных ресурсов РФ)

По официальным данным в целом для России изменение климата и рост содержания СОг со скоростью 4 % за 10 лет приводят к повышению среднего урожая зерновых до 11 и 14% и кормовых культур на 13 и 21%. Од­ нако в отдельных регионах, например, в Сибири и на Северном Кавказе, воз­ можно падение урожайности зерновых за счет роста засушливости климата. При дальнейшем развитии потепления падение урожайности может превы­ сить 20% и стать критическим для экономики этих регионов (табл. 44).

Ученые Россельхозакадемии разрабатывают комплекс мер, направлен­ ных на обеспечение устойчивого развития агропроизводства в условиях техногенеза и меняющегося климата, совершенствования правовой базы охраны агросферы и особенно ценных агроландшафтов, оценку риска и компенса­ цию ущерба сельскому хозяйству в результате загрязнения атмосферы.

Необходимы серьезные исследования, чтобы наиболее точно опре­ делить роль кратковременной акклиматизации и долговременной адаптации процессов, происходящих в растениях при стабильном повышении t° и уров­ ня СОг в атмосфере. Важно определить в связи с этим следующие вопросы:

462 8- МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НЛУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД

-реакция растений, главным образом сельскохозяйственных культур, на высокие температуры;

-распределение углерода и питательных веществ внутри растения;

- процессы, происходящие в почве при климатических измене­ ниях (корневые системы и почва);

-влияние удлинения вегетативного периода вследствие глобального потепления на фазы развития растений;

-реакция на изменение гидрологических режимов;

вариабельность эффектов вследствие изменчивости максимальных

иминимальных температур и др.

Сэтим же связана и интенсивная деятельность в области интродукции новых видов и сортов сельскохозяйственных культур в зонах так называемо­ го рискованного земледелия. Значительно на север продвинулось возделыва­ ние овощей и картофеля. Более чем на 300 км к северу продвинулся ареал возделывания такой ценной кормовой культуры как люцерна (не только ку­ курузу продвигали на север).

Агросфера России более подвержена различного рода воздействиям, в отличие от постиндустриальных стран так называемого «золотого миллиар­ да», где продуктивность сельского хозяйства гарантируется освоением высо­ ких агротехнологий (в формировании которых есть интеллектуальный вклад русской агрономической мысли), исключительно высоким уровнем матери­ ально-технического обеспечения, создающих устойчивость системы порядка 70%, в отличие от наших 20 %. Понятно, что изменения агроклимата изме­ няют потенциал агроэкосистем, приводят к изменению площади и структуры земельных угодий, влияют на тенденции специализации и социально эконо­ мического развития целых регионов.

Важным следствием глобального изменения климата являются сущест­ венные изменения физико-географической зональности России. По прогно­ зам академика Ю.А. Израэля резко сократится площадь полярно-тундровой зоны, таежная зона сместится к северу и также сократится по площади. Зона широколиственных лесов продвинется на север и восток и получит макси­ мальное приращение, степная и лесостепная зоны также расширятся и рас­ пространятся к северу. Можно предполагать, что сухие степи и полупустыни в Калмыкии и Астраханской области сменит настоящая пустыня. В общем, площадь земледельческой зоны России в результате смещения физикогеографических зон России возрастет в 1,5 раза. Увеличится также продол­ жительность вегетационного периода, ожидаемая скорость этого процесса составит 3,5 дня за каждые 10 лет.

Увеличение количества СО2 в атмосфере и рост температуры влияют на пул и сукцессии сельскохозяйственных вредителей. Среди неблагоприят­ ных влияний глобального потепления климата следует отметить вероятность повышения агрессивности, вирулентности и ареалов некоторых вредных ви­ дов флоры и фауны. Распространение и быстрое размножение сорняков, грибковых организмов и насекомых в большой степени определяются клима­ тическими условиями. Большая часть проведенных исследований касается

8. МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД 463

потенциальных изменений в росте, развитии и распространении сорняков, в отношении сельскохозяйственных вредителей и болезней данных накоплено меньше. Если изменение климата и уровня СО2 окажет прямое влияние на ареал распространения сорной растительности, то воздействие на насекомых и микроорганизмы, вызывающие болезни сельскохозяйственных культур, можно назвать косвенным, опосредованным, возникающим а результате из­ менения метаболизма и морфологии растения-хозяина.

Новые, еще не исследованные сочетания потепления климата, атмосферных со­ ставляющих и почвенных условий могут привести к еще неизвестным угрозам различных вредителей. В последние десять лет как в Скандинавии, так и в нечернозёмной зоне Рос­ сии наблюдается рост численности насекомых-вредителей, их активизация и быстрое распространение на большие расстояния при усиливающейся миграции некоторых видов в северном направлении.

Так, на северо-западе России отмечен факт миграции колорадского картофельно­ го жука (Leptinotarsa decemlineata) в более северные районы и частичной его акклимати­ зации вследствие исключительно мягких зим. По последним данным, жук проник не толь­ ко в Карелию, но и встречается в южных районах Архангельской области и Республики Коми. Почти повсеместно отмечается увеличение популяций вредителей зерновых зла­ ков, особенно тлей. Наблюдения за вредителями плодовых культур в Псковской области показали, что по сравнению с 1986-89 гг. популяция плодожорки яблоневой (Cydea pomonella) к концу 90-х возросла в 2,4 раза. Такому резкому увеличению численности этого ви­ да способствовали тёплые погодные условия 1997-99 гг., которые вызвали его вторичную генерацию.

В связи с потеплением, отмечается распространение патогенов и болезней сель­ скохозяйственных культур, ранее не характерных для условий Северо-Запада России. Среди последних - риноспоридиоз озимой ржи и пиренофороз озимой пшеницы. Распро­ странились болезни листьев: септориоз, гельминтоспориоз и южные формы пятнисто­ сти. За последние пять лет в Новгородской области степень поражения растений ячме­ ня гельминтоспориозом возросла почти в 3,5 раза. Кроме того, чаще наблюдается алътернариоз картофеля, коккомикоз вишни и мучнистая роса томата, происходит измене­ ние видового состава сорных растений. Общее значение таких изменений пока неясно, но потери урожаев из-за сорняков, насекомых и болезней, скорее всего, увеличатся.

Другим возможным следствием изменения динамики атмосферы и ан­ тропогенного воздействия на нее является трансформация стратосферного озонового слоя, приводящая к глобальному увеличению приземных уровней биологически активной ультрафиолетовой радиации (УФ-В радиация). Гло­ бальное снижение содержания озона идет со скоростью 0,4% в год, на фоне которого возникают так называемые «озоновые дыры». В отдельные годы дефицит озона, в основном, регистрировался над центральными районами Сибири и Якутии, а также над Уралом, Поволжьем, над центром и северозападом Европейской части РФ, югом России и Дальним Востоком. Это при­ вело к высоким уровням (значительно больше климатической нормы) ульт­ рафиолетовой радиации: в Центральном регионе УФ-облученность превыша­ ла норму на 20-25% и регистрировалась в течение 3-х месяцев.

Актуальным в этой связи является проведенное Институтом радиологии и агро­ экологии Росселъхозакадемии (г. Обнинск) многолетнее экспериментальное изучение влияния повышенных уровней УФ-В радиации на агроэкосистемы. Установлено прямое и опосредованное влияние УФ-В радиации на компоненты агроценоза - растения, фитопатогены, микробоценоз почвы. Показано, что на продуктивность сельскохозяйственных

культур в условиях УФ-В стресса оказывают влияние абиотические (микроклиматиче­ ские) и биотические (фитопатогены) факторы.

Картофель устойчив к УФ-В радиации, более того, из-за поражающего действия радиации на фитофтороз, в отдельные годы возможна стимуляция формирования клуб­ ней. Потери урожая кормовой свёклы и ячменя в среднем (в зависимости от условий го­ да) могут составить до 40 и 60%, соответственно, а у ячменя за счёт индуцированных УФ-В радиацией вспышек фитоинфекций этот уровень ущерба может возрасти на 10% (табл. 45).

Влияние УФ-В радиации на микробоценоз почвы негативное: активность азотфиксации падает в 1,5-2,6 раза, нарушается структура микробоценоза, усиливается ми­ нерализации гумуса и, следовательно, рост эмиссии С02 из почвы. Снижение же потен­ циального плодородия почвы может привести к дополнительной потере урожая сельско­ хозяйственных растений. Уменьшение продуктивности отдельных культур, обусловлен­ ное прогнозируемым повышением уровней УФ-В радиации, может быть усилено почвен­ ной засухой и повышенной температурой. Результаты полевого опыта обнаружили, что увеличение концентрации тропосферного озона на 30-50% может снизить или даже полностью снять положительный эффект роста концентрации двуокиси углерода.

Значительное воздействие на метаболизм растений окажет увеличение в атмосфере сернистого ангидрида (SO2). Наиболее чувствительны к этому компоненту низшие растения, в частности, водоросли и лишайники, которые под его воздействием гибнут. У высших растений возрастание SO2 в воздухе вызывает некроз листьев, у древесных растений - снижение прироста древе­ сины, нарушаются физиологические процессы: изменяется клеточная прони­ цаемость, ионный баланс, происходит потеря несвязанной воды. Под дейст­ вием сернистого ангидрида понижается устойчивость растений к внешним условиям (мороз, засуха) и болезням.

Таблица 45 - Влияние повышенных уровней УФ-В радиации на продуктив­ ность сельскохозяйственных культур в натурных экспериментах

(отклонение от контроля, %)

* - различия достоверны при р <( ,05

466 8- МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД

Наблюдения, проведенные на черноземах Поволжья, показали, что за 23 года (1973-1995 гг.) наступление маловодного цикла по стоку талых вод объясняется увеличе­ нием повторяемости устойчивых засух, обусловивших уменьшение величины осенней вла­ гозарядки почв, и значительным ростом температуры воздуха в холодный период, а также увеличением снежности зим, что привело к снижению глубины промерзания поч­ вы, способствовавшему увеличению водопроницаемости почвы в весенний период и боль­ шему поглощению почвой талых вод. В результате уменьшения весеннего стока резко снизились потери почвы от эрозии в весенний период, с 4,3 т/га в год в период 1973-1985 гг. до 0,13 т/га в год - в 1986-1995 гг.

Таким образом, засушливые места обитания могут стать еще суше, а на береговых территориях будут выпадать постоянные ливневые дожди. Изме­ няющийся гидрологический режим окажет огромное влияние на спрос и предложение воды для орошения и на сельское хозяйство в целом. Вероятнее всего увеличится общая площадь орошаемых сельскохозяйственных земель, что обострит уже существующее истощение водных горизонтов на многих мировых территориях (в частности в США, в некоторых областях Европы, Азии, Африке, Австралии) и ухудшит качество подземных вод. Наоборот, в других регионах, возможно, придется приспосабливаться к затоплению.

Сокращение количества осадков на 10 %, по заключению экспертов, вызовет сокращение среднегодового стока на 40-70 %, что в свою очередь повлияет на сельское хозяйство, водоснабжение и гидроэнергетику. Хотя ожидается увеличение стока за счет таяния снега от 15 до 85%, уменьшится летний сток (на 30-70%) и понизится влажность почвы (на 15-35 %).

Возникает вопрос: будут ли глобальные изменения климата отличаться в разные сезоны года и в различных регионах планеты? В последние 10-15 лет вопросы глобального потепления применительно к возможным сценари­ ям их влияния на агросферу анализировались достаточно много. Причем оценка этого влияния выявила наличие крайне полярных точек зрения: от «исторического шанса для России» до «абсолютного зла». Создан ряд иммитационных моделей, концептуальных обобщений, предприняты попытки соз­ дания долгосрочных программ.

Есть общее в интерпретации результатов моделирования: потепление будет выше с удалением от экватора. Поэтому на средних широтах будет те­ плее, чем в среднем на планете. Хотя повышение температуры будет ощути­ мее зимой, в целом оно коснется всех сезонов. Ночные температуры будут скорее всего возрастать значительнее дневных.

В Европе, в условиях более теплого климата, сельское хозяйство может кардинально измениться. На большей части континента возрастет угроза на­ воднений. Ледники Альп и значительные области вечной мерзлоты начнут таять. Можно было бы ожидать, что изменение климата положительно ска­ жется на урожаях в Северной Европе. Но по прогнозам ученых, северную часть континента ожидают сильные осадки, что вместе с теплом может при­ вести к росту количества вредных насекомых и болезней сельскохозяйствен­ ных культур. Это, в свою очередь, отрицательно скажется на урожаях куль­ тур.

В южной же части Европы после потепления будет слишком сухо и жарко, в результате чего можно ожидать уменьшения пахотных площадей, сокращения лесных массивов Средиземноморья, снижения плодородия почв и увеличения числа бассейнов рек с нехваткой воды. Это приведет к потерям биологического разнообразия. В условиях засухи, усугубляемой частыми лесными пожарами, урожаи могут резко уменьшиться, еще более осложняя работу фермеров. Повышение уровня моря и более сильные тропические ци­ клоны вынудят миллионы людей покинуть обжитые места и переселиться от берегов моря.

Не лучшее положение сложится и в Африке. Урожаи зерновых зна­ чительно снизятся, уменьшится количество доступной питьевой воды. Осад­ ки будут выпадать все реже, особенно на юге, севере и западе континента, что приведет к появлению новых пустынных районов. Населенные пункты в Нигерии, Сенегале, Гамбии, Египте и вдоль юго-восточного побережья Аф­ рики пострадают от повышения уровня моря и эрозии береговой линии. Уча­ стятся эпидемии инфекционных заболеваний, разносимых насекомыми.

Северная Америка также будет в проигрыше. Центральная часть Се­ верной Америки - один из самых важнейших сельскохозяйственных регионов мира, производящий огромные количества кукурузы и пшеницы. Осадки здесь, уже сейчас минимальные для этих культур, вероятно, сильно сократят­ ся. Орошением вряд ли удастся исправить положение, так как уровень грун­ товых вод уже понижается на большей части этой территории из-за их расхо­ дования на нужды сельского хозяйства. Возможно, сельское хозяйство суме­ ет приспособиться к иному климату, например, за счет смещения посевных площадей на север. Однако основная трудность в незнании того, чего следует ожидать. Фермеры уже сейчас теряют в среднем один урожай из пяти из-за неблагоприятной погоды. Восточное побережье США подвергнется воздей­ ствию все более сильных штормов и эрозии побережья.

Врезультате возрастания уровня засушливости в южных районах европейской территории России можно ожидать снижения продуктивности сельскохозяйственных культур на 5-20 %. В Центральных районах ETC этот процесс скажется в меньшей ме­ ре, а в северной части Центрального района и в зоне Севера улучшение теплового режи­ ма при сравнительно незначительном снижении уровня атмосферного увлажнения, яв­ ляющегося здесь достаточным, можно ожидать даже повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий (при прочих равных условиях) на 5-10%. Однако при этом необходимо учесть, что эта прибавка в сборе продукции составит лишь незначительную компенсацию большим потерям ее на юге страны.

ВСибири потепление климата (примерно на 200°С активных температур) соз­ даст более благоприятные условия для роста и развития растений, но возрастание уров­ ня засушливости климата, особенно если это будет относиться и к весеннему периоду, не позволит обеспечить рост их урожайности. Продуктивность даже черноземов мо­ жет снизиться на 5-10 %, реже до 20 %.

На Дальнем Востоке улучшение теплового режима в период вегетации растений при сохранении необходимого уровня атмосферного увлажнения повлечет за собой по­ вышение продуктивности сельскохозяйственных культур на 5-10 %, а по отдельным ви­ дам их (плодовые, ягодные, овощные) - на 20-25 %.

В целом по стране в результате изменения климата (без разработки и привлече­ ния дополнительных превентивных мер) не следует ожидать существенного изменения

8. МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД 469

несущей способности фундаментов, но так как нагрузки от сооружений остаются прежними, то объекты деформируются.

Изменение климата окажет значительное влияние на жизнь коренного населения Севера России, чья деятельность традиционно связана с окружающей средой Арктики и ее природой. Многим регионам, которые особенно уязвимы к климатическим изменениям, угрожает бедность и уничтожение необходимых для их выживания природных ресурсов.

Учитывая все негативные последствия глобального потепления, возни­ кает вопрос: смогут ли страны приспособить свое сельское хозяйство к изме­ нению климатических условий? Если климат будет изменяться довольно бы­ стро, то, скорее всего, и фермеры, и научно-исследовательские организации, и в целом аграрная политика не смогут адекватно отреагировать на переме­ ны. Если же процесс пойдет медленно, то есть все шансы адаптировать сель­ ское хозяйство и предпринять необходимые меры для подготовки его к стрессовой ситуации.

Вероятно, степень адаптации сельского хозяйства в значительной мере будет зависеть от экономического развития стран. Индустриально развитые страны имеют больше финансовых и технологических возможностей для своевременного реагирования на изменения климата, тогда как слаборазви­ тые страны (главным образом, страны Африки, Азии) окажутся в гораздо бо­ лее тяжелом положении по сравнению с первой категорией.

Подчеркнем при этом, что понятие «экстремальные проявления клима­ та» применительно к агросфере значительно шире таковой, трактовки обще­ принятой в классической климатологии. Здесь всякое изменение климата связано с необходимостью изменения структуры, специализации ведения производства, требует корректировки локальной и региональной стратегий, что в условиях чрезвычайно ограниченного технологического маневра, пре­ имущественно экстенсивно-ориентированного хозяйствования, всегда экс­ тремально по своей сути, остро отражается на эффективности производства и состоянии сельского социума.

Адаптация к изменяющемуся климату одновременно должна удовле­ творять требованиям ведения устойчивого сельского хозяйства, а значит, способствовать развитию производства и совершенствования хозяйственной практики. Это предусматривает увеличение разнообразия сортов и видов культур, пород животных, рациональное размещение растениеводства и жи­ вотноводства в связи с экономическими и экологическими рисками при из­ менении климата.

По мнению авторов совместного германо-российского исследования ожидаемый более тёплый и влажный климат в целом будет позитивно влиять на продуктивность растениеводства и даже приведёт к небольшому повыше­ нию производства зерновых культур к 2020 году. Тем не менее, анализ по­ вторяемости экстремальных климатических явлений, таких как засухи, при­ водит к менее оптимистическим заключениям: основные зернопроизводящие районы юга России могут ощутить возрастание частоты недородов. Их коли­ чество может возрасти вдвое к 2020 году и втрое к 2070 году. Возможности адаптации могут состоять в увеличении доли орошаемых площадей под по­ севами в южных районах, а также в диверсификации ассортимента культур.