CC BY
99
УДК:551.582, 631.422
ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ НА КИСЛОТНОСТЬ ПОЧВ
Р.Б. Шарипова, канд. геогр. наук,
ФГБНУ «Ульяновский научно-исследовательский институт сельского хозяйства», ул. Институтская, 19, пос. Тимирязевский, Ульяновский район, Ульяновская область, Россия, 433315
E-mail: resedasharipova63 @mail. ru
Аннотация.В статье анализируется влияние современных климатических изменений региона на кислотность почв Ульяновской области. Бесспорно, факторы повышения кислотности почвы действуют взаимосвязано, но роль климатических факторов особенна. Они вызывают и непосредственно определяют интенсивность подкисления. Результаты таких исследований необходимы для решения задач адаптации различных сторон деятельности. По данным исследований за 1961-2010 гг., в Ульяновской области многолетние среднемесячные температуры приобрели устойчивую тенденцию к повышению. Скорость изменения среднегодовой температуры положительная и составляет 1,8°С/50 лет. Рассмотрение изменения количества осадков за последние 50 лет по месяцам показало их устойчивое повышение в январе, феврале, марте, мае, июне, сентябре, октябре и декабре.
Сравнение изменения кислотности почв с агрометеорологическими ресурсами показывает, что наиболее тесная связь наблюдается между кислотностью почв и годовой суммой осадков (r=0,76±sr), гидротермическим коэффициентом Селянинова ГТК - (r=0,62±sr),большую роль в подкислении почв играют осадки теплого периода (r=0,67±sr). Что касается параметров средней годовой температуры воздуха, то она незначительна - 0,03, а температура воздуха, осредненная за апрель - октябрь показывает обратную зависимость, т.е. повышение температуры способствует понижению площади кислых почв.
Таким образом, изменение климата региона, особенно увеличение количества годовой суммы осадков, способствует повышению кислотности почв Ульяновской области.
Ключевые слова: изменение климата, осадки, температура, кислотность почв, гидротермический коэффициент, адаптация.
Введение. Подкисление как важная экологическая проблема впервые привлекла серьезное внимание в конце 70-х годов. Тем не менее, ее последствия начали проявляться задолго до этого, и теперь мы знаем, что выбросы окисляющих веществ наносят серьезный ущерб окружающей среде и особенно сельскому хозяйству [1,2].
Причиной повышения кислотности почв является также климат и ее интенсивное изменение, особенно в последние десятилетия [3, 4, 5, 6]. При преобладании осадков над их испарением и недостаточном количестве тепла процесс почвообразования протекает в условиях избыточного увлажнения. Вода содержит углекислоту, которая активно растворяет известняк и многие минералы. Кальций и другие питательные элементы мигрируют с влагой по профилю почвы и при промывном
режиме теряются с грунтовыми водами.
Помимо естественных причин подкисле-ния почв, существуют и причины, обусловленные человеческой деятельностью: вынос из почвы кальция и магния с урожаем, применение физиологически кислых минеральных удобрений и выпадение кислых дождей [7, 8].
Бесспорно, что все факторы повышения кислотности почвы действуют взаимосвязанно, но роль климатических факторов особенна. Они вызывают и непосредственно определяют интенсивность подкисления. Результаты таких исследований необходимы для решения задач адаптации различных сторон деятельности. Поэтому исследование проводилось в рамках изменения регионального климата, позволившего связать ритм климата с динамикой подкисления почв в Ульяновской области.
Методика. Агроклиматические сведения о температуре воздуха и количестве осадков в Ульяновской области за период с 1961 по 2010 год взяты из ежегодных справочников [9]. При обработке данных использован метод арифметического осреднения [12], ма-тематико - статистические методы [10,11].
Результаты. По данным исследований за 1961-2010 гг., в Ульяновской области многолетние среднемесячные температуры приобрели устойчивую тенденцию к повышению (рис.1). Существенное повышение температуры происходит в зимний период (январь -
4,73°/50 лет, март - 2,89°/50 лет, февраль -2,87°/50 лет), [13, 14].
Повышение температуры воздуха отмечается не только в холодное время, но и летом, особенно в июне (1,61°/50 лет), июле (1,40°/50 лет) и августе (1,28°/50 лет), а также весной в апреле (1,03°/50 лет) и осенью в октябре (2,08°С/50 лет). Наименьшее повышение температуры воздуха по области наблюдается в сентябре (0,94°/50 лет) и ноябре (0,40°/50 лет), что, в свою очередь, увеличивает продолжительность вегетационного периода.
Рис.1. Внутригодовое распределение прироста температуры на территории Ульяновской области за 1961-2010 гг.
В то же время, на фоне интенсивного регионального потепления наблюдается некоторое похолодание (-0,23°С/50 лет) в мае: в отдельные годы (1999, 2000 гг.) температура в мае оказывалась почти на 4,5°С ниже средне-многолетних значений.
Многолетняя годовая сумма осадков в среднем по области за 1961-2010 гг. составила 487 мм. В теплый период (апрель-октябрь) выпадает 333 мм, что более чем в два раза
превосходит количество осадков холодного периода (ноябрь-март - 154 мм).
Рассмотрение изменения количества осадков за последние 50 лет по месяцам показало (рис. 2), что более устойчивое повышение количества осадков наблюдалось в январе, феврале, марте, мае, июне, сентябре, октябре и декабре, а заметное их снижение отмечено в июле на 7,55 мм, августе - 6,75 мм, апреле - 3,3 мм и ноябре - 2,05 мм.
Рис. 2. Внутригодовое изменение осадков по территории Ульяновской области за 1961-2010 гг.
Максимальный рост осадков отмечен в июне (9,9 мм), и это имеет особое значение, поскольку переувлажнение почв приводит к повышению их кислотности. А при повышенной кислотности почвы нарушается поступление элементов питания в растения, снижается интенсивность микробиологических процессов, повышается подвижность и
Наукой и передовой практикой также доказано, что кислые почвы являются одним из главных лимитирующих факторов получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур. Ежегодные потери, обусловленные влиянием неблагоприятной кислотности почв, оцениваются по стране в пересчете на зерно в 10-12 млн. тонн, а по области эти потери расцениваются примерно в 330 тыс. тонн [2].
По данным исследований [16], в Ульяновской области площадь всех кислых пахотных почв в среднем за 1965-2010 гг. составила 684,5 тыс.га или 43,5% обследованной площади.
доступность для растений металлов-токсикантов, ухудшается качество сельскохозяйственной продукции, происходит падение плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур. Установлено, что на кислотных почвах минеральные удобрения дают отрицательный эффект, и на 20-40% снижается их эффективность[15].
По результатам I цикла агрохимического обследования площади кислых почв (рН<5,6) составили 597,7 тыс. га, или 32,8% от обследованной площади пашни, близкие к нейтральным 502,9 тыс. га и нейтральные 722,8 тыс. га (табл. 1). Дальнейший анализ значений коэффициентов наклона линейного тренда показывает, что площади кислых почв в исследуемый период (1965-2010 гг.) возрастают со скоростью 14,9 тыс. га за каждый цикл (табл. 2).
Площади нейтральных и близких к нейтральным значениям почв, наоборот, уменьшаются со скоростью 46,1 и 30,8 тыс. га, соответственно.
Таблица 1
Динамика кислотности почв и метеорологических значений по циклам обследования.
Степень кислотности Температура воздуха, °С Осадки, мм
Циклы и годы исследований Площадь, тыс. Кислые почвы (рН<5,6) Близкие к нейтральным (рН 5,6-6,0) Нейтральные (рН 6,0-7,0) средняя годовая апрель-октябрь годовая сумма апрель-октябрь ГТК
процент тыс. га
I 1965-1969 1823,4 597,7 502,9 722,8 3,6 12,8 437 290 0,88
100% 32,8 27,6 39,6 80,0 97,7 89,9 97,3 95,6
II 1970-1977 1809,7 623,3 338,1 848,3 4.3 13,0 448 310 0,84
100% 34,5 18,7 46,9 95,5 99,2 92,2 93,4 95,5
III 1978-1985 1786,0 629,8 341,8 814,4 4.3 12,7 497 351 0,87
100% 35,3 19,1 45,6 95,5 96,9 102,3 105,7 98,9
IV 1985-1990 1743,4 823,5 291,4 628,5 4.2 12,9 547 389 1,05
100% 47,2 16,7 36,1 93,3 98,4 112,5 117,1 119,3
V1990-1994 1704,4 786,8 276,9 640,7 4.6 12,7 536 387 1,09
100% 46,2 16,3 37,6 102,2 96,9 110,2 116,5 123,8
VI1994-1999 1649,4 784,2 258,6 606,6 4.6 13,4 511 333 0,90
100% 47,6 15,7 36,8 102,2 102,2 105,1 100,3 97,8
VII 1999-2005 1497,9 715,3 253,2 529,4 5.3 13,2 533 362 1,03
100% 47,8 16,9 35,4 117,7 100,7 109,6 109,0 117,0
VIII 2006- 1365,6 650,6 230,6 484,3 5,5 14,2 449,8 281 0,68
2010 100% 47,6 16,8 35,4 119,5 108,3 90,9 83,1 73,9
Среднее за 1672,5 701,4 311,7 659,4 4,6 13,1 494,8 337,9 0,92
1965-2010 гг. 100% 41,9 18,7 39,4 100 100 100 100 100
К-т корреляции между площадью кислых почв и метеорологическими факторами 0,03 -0,35 0,76 0,67 0,62
Таблица 2
Зависимость степени кислотности почв от метеорологических данных
Наименование Коэффициент линейного тренда R - коэфициент детерминации
Площадь кислых почв 14,96 0,174
Близкие к нейтральным -30,88 0,761
Нейтральные -46,13 0,174
Метеорологические данные:
Средняя годовая температура 0,233 0,872
Температура теплого периода (апрель-октябрь) 0,151 0,542
Годовая сумма осадков 6,428 0,126
Осадки за период (апрель-октябрь) 1,678 0,0009
ГТК -0,003 0,0004
Сравнение изменения кислотности почв с агрометеорологическими ресурсами показывает, что наиболее тесная связь наблюдается между кислотностью почв и годовой суммой осадков (r=0,76±sr), гидротермическим коэффициентом Селянинова ГТК - (r=0,62±sr), большую роль в подкислении почв играют осадки теплого периода (r=0,67±sr). Что касается параметров средней годовой температуры воздуха, то она незначительна - 0,03, а температура воздуха, осредненная за апрель-октябрь, показывает обратную зависимость, т.е. повышение температуры способствует понижению площади кислых почв (табл. 2).
Значения коэффициентов наклона линейного тренда метеорологических данных положительные, за исключением ГТК (-0,003).
Средняя годовая температура воздуха из цикла в цикл повышается со скоростью 0,23°С, температура теплого периода -на 0,15°С. Увеличение годовой суммы осадков составило 6,4 мм и осадков теплого периода - 1,7 мм (табл. 2).
Максимальное значение коэффициента детерминации наблюдается у почв, близких к нейтральным (табл. 2).
Выводы. По данным исследований за 1961-2010 гг., в Ульяновской области многолетние среднемесячные температуры приобрели устойчивую тенденцию к повышению.
1. Рассмотрение изменения количества осадков за последние 50 лет по месяцам показал, что более устойчивое повышение происходит в январе, феврале, марте, мае, июне, сентябре, октябре и декабре. Заметное снижение количества осадков отмечено в июле на 7,55 мм, августе - на 6,75 мм, апреле - 3,3 мм и ноябре -2,05 мм.
2. Наиболее тесная связь наблюдается между кислотностью почв и годовой суммой осадков (r=0,76±sr), гидротермическим коэффициентом Селянинова ГТК - (r=0,62±sr), большую роль в подкислении почв играют осадки теплого периода (r=0,67±sr).
Таким образом, изменение климата региона, особенно увеличение количества годовой суммы осадков, способствует повышению кислотности почв Ульяновской области.
Литература
1. Соколова Т.А., Толпешта И.И., Трофимов С.Я. Почвенная кислотность. Кислотно-основная буферность почв. Соединения алюминия в твердой фазе почвы и в почвенном растворе: учебное пособие по некоторым главам курса химии почв. Тула: Гриф и К, 2007. 96 с.
2. Алиев Ш.А., Саматов Б.К. Использование местных мелиорантов для химической мелиорации кислых почв Ульяновской области // Роль почвы в формировании ландшафтов. Казань. 2003. С. 244-247.
3. Шарипова Р.Б. Современные изменения климата и агроклиматических ресурсов на территории ульяновской области : автореферат дис. на соискание уч. степени канд. геогр. наук. Казань: Казанский Приволжский федеральный университетт, 2012а. 24 с.
4. .Gronskaya T.P. Lake districts of North-western Russia: identification of subrigions based on analyses of hydro-logic data / T.P. Gronskaya // "Freshwater Biology" 2000. No. 43. Р. 385 - 390.
5. Folland C. K. Global temperature change and its uncertainties since 1861. / C.K. Folland, N. A. Rayner, S.J.Brown // Geophys. Res. Lett., 2001, vol. 28. No. 13. Р. 2621-2624.
6. Nikolaev M. V. Climate change and problems of Nordic agriculture. - 'Baltic 21 Newsletter', Journal of Ministry of Environment, Editors / M.V. Nikolaev, V. B. Minin // Baltic 21 Secretariat and Ardea Mil jo AB, Stromsborg, Stockholm, Sweden. 2000. No. 2. Р. 9-10.
7. Hutson B.R. Influence of pH, temperature and salinity on the fecundity and longevity of four species of Collembo-la. Pedobiologia, 1978. v. 18. p. 163-179.
8. Buysse J., Orshoven J. van, Pieters A. Geographical extrapolation of forest soil acidification using pH data: a case study // Water, Air, Soil Pollut. 1996. V.91.P. 299-306.
9. Агрометеорологический справочник (1961-2010 гг.). Ульяновск.
10. Плохинский Н.А. Биометрия. М.: Изд-во МГУ, 1970. 367
11. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. - 352 с.
12. Каган Р. Л. Осреднение метеорологических полей. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 202 с.
13. Шарипова Р.Б. Уязвимость и адаптация сельского хозяйства Ульяновской области к изменяющемуся климату // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2012б. № 3. С. 52-58.
14. Переведенцев Ю.П., Шарипова Р.Б. Изменение основных климатических показателей на территории Ульяновской области // Вестник Удмуртского университета. 2012. Вып. 1. С. 136-144.
15. Нуриев С.Ш., Лекманов А.А., Хустнутдинов К.М., Салимзянова И.Н. Состояние плодородия почв Республики Татарстан и проблемы повышения их плодородия. Казань. 2009. 159 с.
16. Черкасов Е.А. Динамика кислотности почв Ульяновской области. // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. №3(15). С. 31-35.
INFLUENCE OF CLIMATE CHANGES IN ULYANOVSK REGION ON ACIDITY OF SOILS
R.B. Sharipova, СяМ. Geo. Sci. Ulyanovsk Research Institute of Agriculture
19 Institutskaya St., Timiryazevsky, Ulyanovskii district, Ulyanovskaya oblast, 433315, Russia E-mail: [email protected]
ABSTRACT
In the article, we analyze the influence of modern climatic changes in the region on soil acidity in the Ulyanovsk region. Indubitably, soil acidity increasing factors work interconnected, but the part of climatic factors is specific. They cause and directly define intensity of acidulation. Results of such research are necessary for the adaptation's problem solution in various aspects of activities. According to research 1961-2010, long-term monthly average temperatures acquired a steady trend to increase in the Ulyanovsk region. Average annual temperature change's speed is positive and comprises 1.8°C/50 years. The observation of rainfall amount changes over the last 50 years on months showes its steady increase in June, January, February, March, May, June, September, October and December. Comparison of soil acidity change with agro-meteorological resources shows that the closest connection is observed between acidity of soils and the annual sum of rainfall (r=0.76±sr), Selyaninov's hydrothermal coefficient of the State Customs Committee - (r=0.62±sr), rainfall of the warm period plays an important role in acidulation of soils (r=0.67±sr). As for the average annual air temperature parameters, they are insignificant - 0.03, and April - October average air temperature shows inverse dependence, that is: temperature rise promotes the decrease of acidic soil areas. So, climate change in the region, especially increase of annual sum of rainfall, promotes soils acidity increase in the Ulyanovsk region.
Key words: climate change, rainfall, temperature, acidity of soils, hydrothermal coefficient, adaptation.
References
1. Sokolova T.A., Tolpeshta I.I., Trofimov S.Ya. Pochvennaya kislotnost'. Kislotno-osnovnaya bufernost' pochv. Soedineniya alyuminiya v tverdoi faze pochvy i v pochvennom rastvore: uchebnoe posobie po nekotorym glavam kursa khimii pochv (Soil acidity. Acid-basic soil buffering capacity. Aluminum compounds in solid phase of soils and in soil solution: training guide on some chapters in soil chemistry), Tula: Grif i K, 2007. 96 s.
2. Aliev Sh.A., Samatov B.K. Ispol'zovanie mestnykh meliorantov dlya khimicheskoi melioratsii kislykh pochv Ul'yanovskoi oblasti, Rol' pochvy v formirovanii landshaftov (Use of local ameliorants for chemical reclamation of acid soils in Ulyanovskaya oblast. Role of soils in landscape formation), Kazan', 2003, pp. 244-247.
3. Sharipova R.B. Sovremennye izmeneniya klimata i agroklimaticheskikh resursov na territorii ul'yanovskoi oblasti (Modern climate changes and agro-climatic resources on the area of Ulyanovskaya oblast): avtoreferat dis. na soiskanie uch. stepeni kand. geogr. nauk. Kazan': Kazanskii Privolzhskii federal'nyi universitett, 2012, pp. 24.
4. .Gronskaya T.P. Lake districts of North-western Russia: identification of subrigions based on analyses of hydro-logic data / T.P. Gronskaya // "Freshwater Biology" 2000. No. 43. P. 385 - 390.
5. Folland C. K. Global temperature change and its uncertainties since 1861. / C.K. Folland, N. A. Rayner, S.J.Brown // Geophys. Res. Lett., 2001, vol. 28. No. 13. P. 2621-2624.
6. Nikolaev M. V. Climate change and problems of Nordic agriculture. - 'Baltic 21 Newsletter', Journal of Ministry of Environment, Editors / M.V. Nikolaev, V. B. Minin // Baltic 21 Secretariat and Ardea Mil jo AB, Stromsborg, Stockholm, Sweden. 2000. No. 2. P. 9-10.
7. Hutson B.R. Influence of pH, temperature and salinity on the fecundity and longevity of four species of Collembo-la. Pedobiologia, 1978. v. 18. p. 163-179.
8. Buysse J., Orshoven J. van, Pieters A. Geographical extrapolation of forest soil acidification using pH data: a case study // Water, Air, Soil Pollut. 1996. V.91.P. 299-306.
9. Agrometeorologicheskii spravochnik (Agro-meteorological guide) (1961-2010 gg.), Ul'yanovsk.
10. Plokhinskii N.A. Biometriya (Biometry),M.: Izd-vo MGU, 1970, pp. 367
11. Lakin G.F. Biometriya (Biometry), M. : Vysshaya shkola, 1990. pp.352.
12. Kagan R. L. Osrednenie meteorologicheskikh polei (Averaging meteorological fields), L.: Gidrometeoizdat, 1975, pp. 202
13. Sharipova R.B. Uyazvimost' i adaptatsiya sel'skogo khozyaistva Ul'yanovskoi oblasti k izmenyayushchemusya klimatu (Vulnerability and adaptation of agriculture in Ulyanovskaya oblast to changing climate), Vestnik Ul'yanovskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii. 2012b, No. 3, pp. 52-58.
14. Perevedentsev Yu.P., Sharipova R.B. Izmenenie osnovnykh klimaticheskikh pokazatelei na territorii Ul'yanovskoi oblasti (Change of basic climatic indicators on the area of Ulyanovskaya oblast), Vestnik Udmurtskogo universiteta. 2012, Issue 1, pp. 136-144.
15. Nuriev S.Sh., Lekmanov A.A., Khustnutdinov K.M., Salimzyanova I.N. Sostoyanie plodorodiya pochv Respubliki Tatarstan i problemy povysheniya ikh plodorodiya (Soil fertility state in Republic of Tatarstan and problems of increasing soil fertility), Kazan', 2009, pp. 159.
16. Cherkasov E.A. Dinamika kislotnosti pochv Ul'yanovskoi oblasti (Dynamics of acidity of soils in Ulyanovskaya oblast), Vestnik Ul'yanovskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii. 2011, No.3(15), pp. 31-35.
