Russian Federation
UDK 631.6 Сельскохозяйственная мелиорация
GRNTI 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
OKSO 35.00.00 Сельское, лесное и рыбное хозяйство
BBK 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
TBK 6 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. МАТЕМАТИКА
BISAC TEC003000 Agriculture / General
The distinctive features of estuary irrigation, the current state and characteristics of estuary irrigation systems in the agricultural zones of Yakutia are given. On the example of typical estuary irrigation systems located in the Lena–Aldan and Leno–Vilyui interfluves, the regime of estuary irrigation in a changing climate is considered. It has been established that in the areas of estuary irrigation of Yakutia over the past 50 years, there has been an increase in the average annual temperature of atmospheric air from 1.5 to 3 ℃, which led to an increase in the sum of temperatures of the growing season over the past 8 years by 160 ℃ in the Lena–Aldan and Lena–Vilyui interfluves and date of commencement of irrigation of estuary meadows for earlier dates up to 5 days. An analysis of the amount of precipitation during the growing season shows a decrease in the amount of precipitation over the past 8 years from 90 mm to 80 mm in the Khorobutskaya FIS, located in the Lena–Aldan interfluve, and an increase from 96 mm to 120 mm on average in the Orosun–Negodyakh FIS, located in Leno - Vilyui interfluve. The yield for 2014-2021 in the Orosun-Negodyakh FIS increased comparatively by an average of 2 centners per hectare, while in the Khorobutskaya FIS, on the contrary, it decreased by an average of 3 centners per hectare. Studies on reclamation systems show the closest dependence of productivity on the sum of atmospheric temperatures and precipitation in the Orosun-Negodyakhskaya FIS, in the Khorobutskaya FIS on the total precipitation. In general, the conducted studies show the impact of climate change on the irrigation regime of estuary irrigation systems located in various agricultural zones of Yakutia and the need for their revision.
estuary irrigation regime, irrigation of estuaries in Yakutia, changing of the climate
Введение. Одним из основных национальных интересов государства в сфере продовольственной безопасности Российской Федерации является восстановление и повышение плодородия земель сельскохозяйственного назначения, предотвращение сокращения площадей земель сельскохозяйственного назначения, рациональное использование таких земель [1]. В Республике Саха (Якутия) приоритетной целью развития сельского хозяйства определен рост уровня обеспеченности населения качественными продовольственными товарами местного производства, в том числе путем увеличения площадей эксплуатируемых мелиорируемых земель [2]. Значительное влияние на рост продуктивности сельскохозяйственных угодий в республике, учитывая морфометрические характеристики рельефа агроландшафтов и по рентабельности мелиоративных мероприятий, занимает лиманное орошение. Еще издревле в Якутии занимались животноводством и скотоводством, а с приходом русских землепроходцев и земледелием. Расширение сенокосных и пастбищных угодий, улучшение их плодородия стали основой их благополучия. Вплоть до 1949 г. работы по улучшению плодородия земель проводились по инициативе отдельных руководителей хозяйств и районов. Наиболее интенсивное развитие сельскохозяйственной мелиорации в республике приходится на 70-80-е годы прошлого столетия. С 1966 по 1994 г. введено 63,3 тыс. га орошаемых земель, в том числе 33,5 тыс. га лиманного орошения [3]. При соблюдении установленных режимов орошения, выполнении всех требуемых агротехнических мероприятий, внесении удобрений урожайность отдельных лиманов в 1970-е годы достигала 45 ц/га [4]. В последующие годы в связи с реформированием мелиоративной отрасли в целом по стране, сокращением финансирования, состояние мелиоративных систем, в том числе систем лиманного орошения, значительно ухудшилось. Практически прекратилось внесение удобрений, проведение культур-технических работ, что повлекло сокращение орошаемых площадей, снижение урожайности. Происходящее изменение климата в Якутии отражается в числе прочих факторов увеличением среднегодовой температуры воздуха. Только за последние 50 лет в районах расположения систем лиманного орошения наблюдается повышение среднегодовой температуры атмосферного воздуха от 1,5 до 3 °С [5]. Во многих районах наблюдаются изменения количества атмосферных осадков, раннее наступление весны, сокращение зимнего периода, увеличение сезонного слоя оттаивания грунтов и другие явления. Казалось бы, увеличение срока вегетационного периода растений, связанных с климатическими изменениями, должны благоприятно отразится на их урожайности, однако исследований, в области влияния изменения климата на режим лиманного орошения и продуктивность сельскохозяйственных культур в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов на сегодняшний день недостаточно. В связи с этим целью исследований является изучение режимов орошения лиманов в Якутии в условиях меняющегося климата на примере типичных систем.
Материалы и методы исследования. В Республике Саха (Якутия) все системы лиманного орошения находятся в государственной (республиканской) собственности и переданы в оперативное управление ГБУ «Управление по мелиорации земель и сельскохозяйственному водоснабжению» Министерства сельского хозяйства Республики Саха (Якутия) (далее - ГБУ «Упрмелиоводхоз» МСХ РС (Я). Эксплуатация мелиоративных систем проводится в рамках подпрограммы «Развитие мелиорации сельскохозяйственных земель» в составе Государственной программы по сельскому хозяйству Республики Саха (Якутия) [6]. На балансе ГБУ «Упрмелиоводхоз» МСХ РС (Я) числится 40 систем лиманного орошения (далее - СЛО), проектная орошаемая площадь сельскохозяйственных угодий которых составляет 19768 га. Из них в настоящее время эксплуатируются 12 СЛО с орошаемой площадью 10030 га. 28 СЛО площадью 9738 га не используются в связи с разрушением сооружений (в основном шлюзов-регуляторов). Географическое расположение по сельскохозяйственным зонам республики [7], площади орошаемых сельскохозяйственных угодий, техническое состояние приведены в табл. 1.
|
Сельскохозяй-ственная зона |
Коли-чество улусов |
Количество СЛО |
Площадь, га |
||||
|
Все-го: |
В том числе: |
Все-го: |
В том числе: |
||||
|
В рабочем состоя-нии |
В нерабо-чем состоя-нии |
Орошае-мая |
Неороша-емая |
||||
|
Западная Якутия |
4 |
11 |
7 |
4 |
9430 |
6387 |
3043 |
|
Центральная агломерация |
3 |
5 |
- |
5 |
1308 |
- |
1308 |
|
Среднеленская зона |
1 |
1 |
- |
1 |
495 |
- |
495 |
|
Заречная группа |
4 |
9 |
3 |
6 |
3648 |
2335 |
1313 |
|
Арктическая зона |
2 |
14 |
2 |
12 |
4887 |
1308 |
3579 |
|
ВСЕГО: |
14 |
40 |
12 |
28 |
19768 |
10030 |
9738 |
В Якутии в отличие от других территорий орошение лиманов проводится по мерзлой или частично оттаявшей почве один раз в год паводковыми водами малых рек в период весеннего половодья. Этому способствуют рельеф агроландшафтов и гидрографические характеристики малых рек. Орошение большинства лиманных систем предусмотрено отводом весенних паводковых вод малых рек посредством строительства регулирующих сооружений на орошаемых территориях с последующим возвратом оросительной воды в реки. Большинство систем являются многоярусными раздельного или последовательного затопления. Большинство систем лиманного орошения состоят из бетонных регулирующих сооружений на руслах малых рек, водоподпорных грунтовых плотин с бетонными шлюзами-регуляторами раздельных лиманов, подводящих и отводящих оросительных каналов, эксплуатационных дорог и других сооружений (рис. 1).
Всего в составе 40 СЛО 70 шлюзов-регуляторов, из которых — 52 железобетонной и трубчатой (74 % от всей имеющейся), — 18 деревянной конструкции. В рабочем состоянии находится 43 шлюза-регулятора (61 %) остальные в аварийном состоянии. Протяженность каналов — 313 км, из которых в рабочем состоянии — 170 км (54 %), остальные требуют проведения капитального ремонта.
Орошаемая площадь раздельных лиманов составляет от 100 до 1000 га. Длительность орошения составляет до 10.15 сут без учета наполнения и опорожнения площадей. Норма орошения от 1000 до 3000 м3/га.
При проведении всего комплекса культуртехниче-ских и агротехнических мероприятий на территориях лиманного орошения гарантированно можно заготавливать не менее 25.30 ц/га грубых кормов в среднем, тогда как средняя урожайность в республике (с учетом мелиорированных земель) составляет всего 10.12 ц/га. Урожайность на лиманных лугах в 2,5.3 раза выше, чем на естественных. При этом необходимо отметить, что в связи с отсутствием проведения плановых куль-туртехнических мероприятий, а также снижением качества землепользования, используемые площади лиманов сокращаются: зарастают кочками, древесно-кустарниковой растительностью и сорными травами. В связи с этим использование лиманов землепользователями составляет в среднем 75.80 % от проектных площадей.
Для детального проведения исследований изучена и проанализирована официальная документация по мониторингу за состоянием систем лиманного орошения с учетом гидрометеорологических данных. Выполнен анализ статистических данных по изменению климата, его влиянию на мелиоративные мероприятия и агроэкосистемы в зоне многолетней мерзлоты.
Результаты исследования и их обсуждение.
Анализ режима орошения лиманов в Якутии в условиях меняющегося климата, рассмотрим на примере типичных СЛО Хоробутская, расположенной в Лено–Алданском и СЛО Оросуно–Негодяхская, расположенной Лено–Вилюйском междуречьях, по следующим показателям:
– характеристикам изменения климата по сельскохозяйственным зонам;
– срокам и продолжительности затопления лиманов и урожайности многолетних трав в Лено–Алданском и Лено–Вилюйском междуречьях.
При анализе изменения климата по сельскохозяйственным зонам рассмотрены среднегодовая температура атмосферного воздуха, а также суммы температур и осадков за вегетационный период (июнь–август месяцы) за 2014-2021 годы (таб. 2–4).
Таблица 2.
Среднегодовая температура атмосферного воздуха
в 2014-2021 годах по с/х зонам Якутии, ℃
|
Годы наблюдений |
Западная Якутия (Верхневилюйск, Лено-Вилюйское междуречье) |
Заречная группа (Майя, Лено-Алданское междуречье) |
Центральная агломерация (Бердигестях) |
Среднеленская (Олекминск) |
Арктическая зона (Верхоянск) |
|
2014 г. |
-7,9 |
-7,7 |
-8,8 |
-5,8 |
-14 |
|
2015 г. |
-6,3 |
-6,8 |
-7,8 |
-4 |
-13,5 |
|
2016 г. |
-7,6 |
-7,7 |
-8,8 |
-5,8 |
-13 |
|
2017 г. |
-6,8 |
-6,6 |
-7,9 |
-4,7 |
-12,6 |
|
2018 г. |
-7,1 |
-6,9 |
-8,1 |
-5 |
-12,6 |
|
2019 г. |
-6,1 |
-6,6 |
-7,4 |
-3,9 |
-13,7 |
|
2020 г. |
-4,8 |
-5,9 |
-6,3 |
-2,2 |
-11,9 |
|
2021 г. |
-7,7 |
-7,2 |
-8,5 |
-5 |
-13,1 |
|
Сумма температур |
-54,3 |
-55,4 |
-63,6 |
-36,4 |
-104,4 |
Таблица 3
Сумма температур вегетационного периода
(июнь–август) в 2014-2021 годах, ℃
|
Мелиоративная система |
2014 г. |
2015 г. |
2016 г. |
2017 г. |
2018 г. |
2019 г. |
2020 г. |
2021 г. |
|
Хоробутская СЛО |
1640 |
1620 |
1440 |
1720 |
1680 |
1680 |
1680 |
1800 |
|
Оросуно-Негодяхская СЛО |
1500 |
1520 |
1360 |
1540 |
1560 |
1580 |
1540 |
1700 |
Таблица 4
Сумма атмосферных осадков вегетационного периода
(июнь–август) в 2014-2021 годах, мм
|
Мелиоративная система |
2014 г. |
2015 г. |
2016 г. |
2017 г. |
2018 г. |
2019 г. |
2020 г. |
2021 г. |
|
Хоробутская СЛО |
75 |
80 |
140 |
70 |
110 |
80 |
70 |
85 |
|
Оросуно-Негодяхская СЛО |
270 |
110 |
85 |
75 |
145 |
85 |
145 |
105 |
Анализ гидрометеорологических данных показывает практически одинаковую среднегодовую температуру атмосферного воздуха и влияние изменения климата по сельскохозяйственным зонам Якутии (таб. 2). При этом, по Западной (Оросуно–Негодяхская СЛО) и Заречной (Хоробутская СЛО) зонам наблюдаются идентичные данные по среднегодовой температуре атмосферного воздуха и ее повышению в последние годы. Сумма температур вегетационного периода (таб. 3) за последние 8 лет повысилась на 160 ℃ на обеих территориях, при этом, этот показатель на Хоробутской СЛО (1720 ℃) на 120 ℃ выше чем на Оросуно–Негодяхской СЛО (1600 ℃). Анализ суммы атмосферных осадков вегетационного периода (таб. 4) по Хоробутской СЛО показывает уменьшение суммы атмосферных осадков в последние годы с 90 мм до 80 мм, а по Оросуно–Негодяхской СЛО без учета аномального 2014 года наоборот увеличение суммы атмосферных осадков с 96 мм до 120 мм в среднем.
Анализ урожайности мелиоративных систем за 2014-2021 годы (рис. 2) показывает по Оросуно–Негодяхской СЛО сравнительное увеличение урожайности в последние годы в среднем на 2 ц/га, а по Хоробутской СЛО, наоборот уменьшение в среднем на 3 ц/га, то есть средняя урожайность Хоробутской СЛО снизилась до 5 ц/га, чем на Оросуно–Негодяхской СЛО. При этом, необходимо отметить, что после 1990-х годов мелиоративные системы эксплуатируются без внесения минеральных и органических удобрений, подсева семян многолетних трав и других мероприятий по окультуриванию почвы.
Из приведенных показателей суммы температур и осадков, а также урожайности многолетних трав за исследуемый период по мелиоративным системам, на Оросуно–Негодяхской СЛО наблюдается наиболее близкая зависимость урожайности от суммы температур и осадков, а на Хоробутской СЛО от суммы атмосферных осадков.
Для выяснения причин разницы урожайности многолетних трав и влияние потепления климата на режим орошения, рассмотрим сроки и продолжительность затопления лиманов.
Даты начала затопления лиманов (рис. 3) приняты как усредненные по всем лиманам мелиоративной системы. Как показывают данные, начало затопления на Хоробутской СЛО за последние 8 лет сдвинулась на ранние сроки в среднем на 5 суток. На Оросуно–Негодяхской СЛО наоборот наблюдается сдвиг начала орошения на поздние сроки в среднем на 4 сутки, но здесь необходимо учесть аномальный 2014 год, когда поступление воды на лиманы наблюдалось на 8–10 суток раньше среднемноголетних. Без учета 2014 года наблюдается также сдвиг начала орошения на ранние сроки в среднем на 2–3 сутки. При этом, по нашему мнению, отличие по датам начала затопления лиманов от 5 до 10 суток, объясняется географическим расположением рек. Так, р. Быракан (Оросуно–Негодяхская СЛО) находится между 62 и 64 параллелью северной широты, течет с юга на север, а р. Суола (Хоробутская СЛО) расположена южнее, между 60 и 62 параллелью, течет с юга–востока на запад. Также необходимо иметь ввиду сроки оттаивания почвогрунтов, так слой оттаивания на лиманах перед началом орошения во второй декаде мая составляет 0,4 м на Хоробутской СЛО и 0,2 м на Оросуно–Негодяхской СЛО. Слой затопления воды лиманов в среднем по обеим мелиоративным системам от 0,5 до 0,9 м.
Продолжительность затопления лиманов (рис. 4) составляет, на Хоробутской СЛО в среднем 8 суток, на Оросуно–Негодяхской 5–6 суток без учета времени наполнения и опорожнения лиманов. При этом, мониторинг эксплуатационных мероприятий показывает, что наполнение и опорожнение лиманов происходит в течение 8–10 суток в зависимости от площадей и рельефа угодий.Выводы
Таким образом, рассмотрев состояние лиманного орошения в Якутии в условиях меняющегося климата, можно сделать следующие выводы:
1. В районах лиманного орошения лугов Якутии за последние 50 лет наблюдается повышение среднегодовой температуры атмосферного воздуха от 1,5 до 3 ℃, что повлекло повышение суммы температур вегетационного периода за последние 8 лет на 160 ℃ на Лено–Алданском и Лено–Вилюйском междуречьях и сдвиг даты начала орошения лиманных лугов на более ранние сроки до 5 суток;
2. Анализ суммы атмосферных осадков вегетационного периода показывает уменьшение суммы атмосферных осадков за последние 8 лет с 90 мм до 80 мм на Хоробутской СЛО, расположенной в Лено–Алданском междуречье и увеличение с 96 мм до 120 мм в среднем на Оросуно–Негодяхской СЛО, расположенной в Лено–Вилюйском междуречье;
3. Урожайность за 2014-2021 годы на Оросуно–Негодяхской СЛО сравнительно увеличилась в среднем на 2 ц/га, а на Хоробутской СЛО наоборот снизилась в среднем на 3 ц/га без внесения минеральных и органических удобрений, подсева семян многолетних трав и других мероприятий по окультуриванию почвы;
4. Из приведенных показателей суммы температур и осадков, а также урожайности за исследуемый период по мелиоративным системам, на Оросуно–Негодяхской СЛО просматривается наиболее близкая зависимость урожайности от суммы температур и осадков, на Хоробутской СЛО от суммы атмосферных осадков;
1. Decree of the President of the Russian Federation of January 21, 2020 No. 20 «On Approval of the Doctrine of Food Security of the Russian Federation» [Electronic resource]. URL: https://internet.garant. ru (accessed 02/28/2022).
2. Decree of the Head of the Republic of Sakha (Yakutia) dated December 11, 2018 No. 232 «On strategic directions for the development of agriculture in the Republic of Sakha (Yakutia)» [Electronic resource]. URL: https://glava.sakha.gov.ru/ot-11-dekabrya-2018-g----------232 (accessed 02/28/2022).
3. History of melioration and water management of Yakutia / Comp. V.S. Androsov et al.Yakutsk: Bichik, 2009. P. 4.
4. Gavriliev P.P., Mandarov A.A. Firth irrigation of meadows in Central Yakutia / Rep. ed. cand. geogr. sciences M.K. Gavrilov. Novosibirsk: Science, Sib. Dep., 1976. S. 110.
5. Skachkov Yu.B. Dynamics of changes in the average annual air temperature in the Republic of Sakha Yakutia over the past 50 years in the IX International Symposium «Carbon, water and energy balance and climate of boreal and arctic regions with a special focus on eastern Eurasia». Yakutsk: Nagoya University Press, 2016.
6. State program of the Republic of Sakha (Yakutia) «Development of agriculture and regulation of agricultural products, raw materials and food markets for 2020-2024» [Electronic resource]. URL: http://portal. b14.ru/gosudarstvennye-programmy/ministerstvo-selskogo-hozyajstva-respubliki-saha-yakutiya/ (accessed 28.02.2022).
7. Agricultural management system in the Republic of Sakha (Yakutia) for the period 2021-2025: methodological guide / Chief editor L.N. Vladimirov. Belgorod: Publishing House of Sangalov K.Yu., 2021. S. 33-34.
