УДК 631.6 Сельскохозяйственная мелиорация
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 35.06.01 Сельское хозяйство
ББК 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
ТБК 5607 Сельскохозяйственная мелиорация
BISAC TEC003000 Agriculture / General
Земледелие тесно связано с адаптацией его к природным условиям, среди факторов, вли-яющих на выращивание сельскохозяйственной продукции, наиболее важными являются природно-климатические и погодные условия. Поэтому необходимо исследовать возможность и варианты минимизации влияния неблагоприятных погодных факторов на устойчивость урожайности сельскохозяйственных культур, то есть снижения погодного риска. Объект. Объектом исследований являлась данные об урожайности подсолнечника и кукурузы на зерно произрастающих в Ростовской области за период 2000-2018 гг., влияние на нее погодных условий, представленных колебаниями влагообеспеченности и температур в период вегетации растений. Цель. Целью исследования являлось построение уравнений множественной линейной регрессии зависимости урожайностей подсол-нечника и кукурузы на зерно произрастающих в Ростовской области от абиотических факторов: сумм осадков и температур в период вегетации, для определения возможности минимизации, а в идеальном случае исключения влияния погодных флуктуаций на ее устойчивость. Материалы и методы. Методами системного анализа выделены основные факторы, влияющие на устойчивое развитие сельхозпроизводства в целом, методами ста-тистического анализа определены зависимости величин урожайности рассмотренных сельскохозяйственных культур выращиваемых в Ростовской области на орошении и на богаре от сумм осадков и температур в период вегетации. Результаты и выводы. Про-ведены сбор и систематизация данных: об урожайности кукурузы на зерно и подсолнечника в Ростовской области, о температуре окружающей среды в периоды вегетации этих культур, получены зависимости величины урожайности от количества осадков и сумм температур в периоды вегетации. Отмечена связь между неоднородностью погодно-климатических условий и урожайностью сельскохозяйственных культур в период вегета-ции растений. Установлено, что в Ростовской области, в период с 2000 по 2018 годы вли-яние суммы осадков в периоды вегетации в среднем составило для кукурузы на зерно – 39,8 %, подсолнечника – 83,3 %, а вклад суммы температур: 58,7 %, и 16,1 % соответственно. Сделан вывод о том, что ввод в эксплуатацию новых, восстановление, реконструкция и эффективное использование существующих оросительных систем будут спо-собствовать повышению устойчивости производства сельскохозяйственной продукции и снижению влияния погодных рисков.
устойчивость сельскохозяйственного производства, погодные риски, повышение урожайности сельскохозяйственных культур
Введение. Важную роль в экономике страны занимает сектор агропромышленного комплекса (АПК), а существенная его часть относится к мелиоративной отрасли, задачи которой, в том числе, заключаются в определении и снижении рисков в сельскохозяйственном производстве, адаптации земледелия к агроклиматическим изменениям, повышении продовольственной безопасности и устойчивости социально-экономического развития Российской Федерации, при этом успешное решение проблемы повышения устойчивости функционирования мелиоративного сектора АПК обязательно должно учитывать влияние непредсказуемых погодных факторов, так как климатические катаклизмы в виде засухи, высоких температур, недостаточного и неравномерного выпадения осадков на большей территории страны делают производство сельскохозяйственной продукции нестабильным и зависимым от неблагоприятных природных явлений [1, 2]. Поэтому необходимо проведение исследований, результаты которых будут способствовать высокоэффективному использованию земель сельскохозяйственного назначения в условиях неопределенности внешнего влияния природно-климатических факторов, повышению рациональности использования водных ресурсов, увеличению продуктивности земель сельскохозяйственного назначения, обеспечению устойчивости производства сельскохозяйственной продукции независимо от климатических изменений и природных аномалий, минимизации погодных рисков [3].
По нашему мнению, погодные риски – это опасность, вероятность недополучения сельскохозяйственной продукции, возникшая вследствие нарушения функционирования производственного процесса, обусловленного влиянием экзогенных и эндогенных факторов, например, таких как наличие и обилие осадков, причем очень важно – совпадающих по времени с определенными фазами развития растений, снежного покрова, солнечной активности, среднегодовой температуры и др. Недостаток или избыток значений величин характеризующих перечисленные факторы может негативно сказаться на урожайности, что в свою очередь повлияет на снижение запланированной прибыли, или даже приведет к убыткам.
Материалы и методы. Способы снижения рисков для сельскохозяйственного производства имеют решающее значение, так как полное исключение влияния неблагоприятных погодных колебаний невыполнимо, причем эти колебания носят вероятностный характер и поэтому использование детерминированной постановки задач снижения этих рисков либо вовсе невозможно, либо приводит к задачам большой размерности, поэтому одним из выходов из сложившейся ситуации является применение методов стохастического моделирования, а процесс воздействия на риски можно представить общей схемой, изображенной на рисунке 1.
Для каждой сельскохозяйственной культуры урожайность определяется лимитирующим воздействием различных управляемых и неуправляемых, экзогенных и эндогенных факторов, основные из которых приведены на рисунке 2. Все эти факторы тесно переплетены между собой, и определить влияние каждого из них на формирование урожайности весьма сложно, так как в этом случае вступает в силу закон минимума, поэтому можно установить лишь пределы влияния факторов в их совокупности, в которой формируется оптимальная величина урожайности. Так при удовлетворительных условиях продуктивность растений может понижаться на 15–35 % по сравнению с максимальной, поэтому в технологии выращивания сельскохозяйственных культур необходимо произвести изменения, позволяющие более полно удовлетворить потребности растений. Если условия в какой-либо период вегетации складываются неблагоприятно, то продуктивность растений понижается на 35–65 %. В таких случаях в технологии выращивания растений необходимо предусмотреть кардинальные изменения, направленные на сохранение наиболее стойких растений и существенное улучшение теплового и водного режимов в период вегетации. При очень неблагоприятных условиях урожайность уменьшается на 65–85%. В таких случаях необходимы мероприятия, позволяющие искусственными способами увеличить тепло- и влагообеспеченность посевов. При наличии чрезвычайных условий, понижающих урожайность на 85–99 %, необходимо совершенствование или даже изменение системы земледелия.
Рисунок 1 – Общая схема выявления рисков и методов воздействия на них
Рисунок 2 – Факторы, влияющие на урожайность
Из многообразия факторов, оказывающих влияние на урожайность сельскохозяйственных культур, при проведении анализа выделим влияние на нее следующих абиотических факторов: сумм осадков и температур в вегетационный период [4–7]. Выбор указанных факторов обоснован тем, что в климатических условиях Ростовской области при сельскохозяйственном производстве влияние осадков особенно велико [8], так как Ростовская область включает лишь агроклиматические зоны недостаточного увлажнения [9], и отсутствие или недобор осадков вызывает иссушение пахотного горизонта почвы, создает неблагоприятные условия влагообеспеченности сельскохозяйственных культур, ухудшает их состояние, снижает урожайность.
Результаты и обсуждение. Проведем верификацию влияния сумм температур и осадков на урожайность подсолнечника и кукурузы на зерно в Ростовской области. Для повышения достоверности полученных результатов и сформулированных выводов нами были рассмотрены именно эти культуры, так как они имеют одинаковые периоды вегетации с мая по сентябрь.
На основании анализа площадей фактически орошаемых земель в Ростовской области [10] показателей урожайности кукурузы на зерно, частично выращиваемой на орошении [11] и подсолнечника1,2, который в Ростовской области, в основном, выращивается на богаре [11], а также данных по основным метеорологическим факторам, влияющим на фазы развития сельскохозяйственных культур – температуре воздуха и количеству осадков в период вегетации растений за временной период с 2000 по 2018 г. в Ростовской области по данным официальных электронных ресурсов нами, на основе теоретического материала, изложенного в [12] составлены уравнения множественной линейной регрессии для урожайности кукурузы:
yкук= 0.022x1-0.012x2+59.949 , (1)
где yкук – урожайность кукурузы на зерно, ц/га,
x1 – количество осадков в период вегетации, мм;
x2 – сумма температур в период вегетации, °С;
и для урожайности подсолнечника:
yподс = 0,040х1-0,003х2+13,466 , (2)
где yподс– урожайность подсолнечника, ц/га.
На рисунках 3 и 4 представлены построенные по уравнениям (1) и (2) плоскости, наглядно иллюстрирующие, что при задании прогнозных значений количества сумм осадков и температур в вегетационный период можно с высокой долей вероятности определить урожайности кукурузы на зерно и подсолнечника, при условии паритета остальных, оказывающих влияние на урожайность факторов.
Рисунок 3 – Парная зависимость урожайности кукурузы на зерно от сумм температур и осадков в период вегетации
Рисунок 4 – Парная зависимость урожайности подсолнечника от сумм температур и осадков в период вегетации
Оценка значимости уравнений множественной регрессии (1) и (2) осуществлена путем проверки с помощью F-статистики распределения Фишера, которая показала, что при пятипроцентном уровне значимости, величина коэффициента детерминации R2 : для уравнения (1) составляет R2 =0.9379 , а для уравнения (2) – R2 =0.9697 , это означает, что в полученных уравнениях вариабельность урожайности кукурузы на зерно на 93,79 %, а подсолнечника на 96,97 % объясняется вариабельностью сумм осадков и температур.
Корреляционный анализ полученных зависимостей, выполненный согласно теории, изложенной в [12] показал, что парные коэффициенты корреляции для кукурузы и подсолнечника статистически значимы, представим их численные значения в таблице 1:
Таблица 1 – Парные коэффициенты корреляции
|
Культура |
Урожайность и сумма осадков, ryx1 |
Урожайность и сумма температур, ryx2 |
Сумма осадков и сумма температур, rx1x2 |
|
Кукуруза на зерно |
0,944 |
– 0,957 |
– 0,93 |
|
Подсолнечник |
0,983 |
– 0,936 |
– 0,93 |
Для кукурузы на зерно:
– ryx1= 0.944 , и так ryx1>0.9 , то это свидетельствует о весьма сильной по шкале Чеддока прямой линейной связи между количеством осадков в период вегетации и урожайностью;
– ryx2=0.957 , что свидетельствует о весьма сильной обратной линейной связи между суммой температур в период вегетации и урожайностью, а так как ryx2 > ryx1 , то наибольшее влияние на урожайность кукурузы оказывает сумма температур.
Для подсолнечника:
– ryx1 = 0.983 , что свидетельствует о весьма сильной прямой линейной связи между количеством осадков в период вегетации и урожайностью;
– ryx2 = - 0.936 , что свидетельствует о весьма сильной обратной линейной связи между суммой температур в период вегетации и урожайностью, а так как ryx2<ryx1 , то наибольшее влияние на урожайность подсолнечника оказывает сумма осадков.
Для периода вегетации обеих культур – rx1x2 = - 0.93 , что свидетельствует о весьма сильной обратной линейной связи между суммами осадков и температур в этот период.
Заметим, что величины сумм осадков и температур имеют разные порядки, поэтому для определения их непосредственного влияния на величину урожайности необходимо построить уравнение регрессии в стандартном масштабе, определяя коэффициенты стандартизированной формы уравнений по формулам [12]:
β1= ryx1-ryx2rx1x2 / 1-r2x1x2
β2= ryx2-ryx1rx1x2 / 1-r2x1x2
где β1 – коэффициент при переменной x2 в стандартизированном масштабе уравнений (1) и (2),
β2 – коэффициент при переменной x1 в стандартизированном масштабе уравнений (1) и (2).
Таким образом, стандартизированная форма уравнения регрессии (1) имеет вид:
укук = 0,398х1-0,587х2, (3)
а стандартизированная форма уравнения регрессии (2) имеет вид:
у подс = 0,833 х1-0,161 х2 . (4)
В уравнении (3) максимальным по абсолютной величине является коэффициент, стоящий перед переменной х2 , поэтому наибольшее влияние на урожайность кукурузы на зерно оказывает сумма температур в период вегетации, в уравнении (4) максимальным по абсолютной величине является коэффициент, стоящий перед переменной х1 , поэтому наибольшее влияние на урожайность подсолнечника оказывает количество осадков в период вегетации. Анализируя полученные уравнения (3) и (4), результаты зависимости урожайности рассматриваемых культур от количества сумм температур и осадков в Ростовской области представим в табл.2.
Также были определены и сведены в таблицу 2 частные коэффициенты эластичности, показывающие, на сколько процентов в среднем изменится урожайность с увеличением одной из величин: сумм осадков или температур на один процент от своего среднего уровня при фиксированном значении другой.
Таблица 2 – Частные коэффициенты эластичности
|
Культура |
Сумма осадков |
Сумма температур |
|
Кукуруза на зерно |
0,21 |
– 1,397 |
|
Подсолнечник |
0,722 |
– 0,628 |
Анализ представленных в таблице 2 данных показывает, что в среднем при росте суммы осадков на 1 % урожайность кукурузы возрастает на 0,21 %, а урожайность подсолнечника на 0,722 %, при росте суммы температур на 1 % урожайность кукурузы снижается на 1,397 %, а урожайность подсолнечника на 0,628 %. Результаты проведенных исследований показывают, что в Ростовской области наибольшее влияние на урожайность подсолнечника оказывает сумма осадков, а на урожайность кукурузы – сумма температур.
Выводы. Полученные результаты совпадают с нашей гипотезой: вследствие того, что в последнее время в Ростовской области всё большая часть кукурузы на зерно выращивается с применением различных способов орошения, а выращивание подсолнечника продолжается на богаре, то недостаточное количества осадков при иных одинаковых абиотических факторах оказывает значительно большее влияние на урожайность подсолнечника по сравнению с урожайностью кукурузы на зерно. Неблагоприятные погодные условия периода вегетации оказывают существенное влияние на урожайность возделываемых в Ростовской области сельскохозяйственных культур, поэтому ввод в эксплуатацию новых, восстановление, реконструкция и эффективное использование существующих оросительных систем, позволят обеспечить устойчивость производства сельскохозяйственной продукции независимо от климатических изменений и природных аномалий и будут способствовать снижению погодных рисков.
1. Васильев С. М., Бабичев А. Н. Основные принципы формирования устойчивости мелиорированных агроландшафтов // Экология и водное хо-зяйство [Электронный ресурс]. 2021. Т. 3, № 1. С. 1-10. URL: http:www.rosniipm-sm1.ru/article?n=97.
2. Куприянова С. В., Мелихова Е. В. Влияние вариативности поч-венно-климатических условий на устойчивость продуктивности сельскохо-зяйственных земель // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2021. - № 2(62). - С. 231-240.
3. Овчинников А. С., Власов М. В., Куприянова С. В. Влияние мели-орации земель на минимизацию погодных флуктуаций и рост экономиче-ского эффекта сельскохозяйственного производства // Известия Нижне-волжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессио-нальное образование. - 2020. - № 1(57). - С. 14-23.].
4. Ряскова О. М., Зайцева Г. А. Урожайность кукурузы на силос в за-висимости от почвенно-климатических условий в начале вегетации // Наука и образование. - 2019. - №4. - с. 183.
5. Зайцева Г. А. Урожайность сельскохозяйственных культур в раз-личных агрофитоценозах в зависимости от погодных условий // Вестник мичуринского государственного аграрного университета. - 2010. - № 2.- С. 95-99.
6. Клочков А. В., Соломко О. Б., Клочкова О. С. Влияние погодных условий на урожайность сельскохозяйственных культур // Вестник Бело-русской государственной сельскохозяйственной академии. - 2019. - №2. - С. 101-105.
7. Буенков А. Ю. Влияние погодных условий на урожайность под-солнечника в условиях Саратовской области / А. Ю. Буенков, С. П. Куд-ряшов, А. В. Лекарев, Л. А. Гудова // Аграрный научный журнал. - 2022. - №10. - С. 25-29.
8. Куприянова С. В., Власов М. В. Влияние погодных рисков на урожайность кукурузы на зерно в Ростовской области // Мелиорация и водное хозяйство. - 2021. - № 4. - С. 42-47.
9. Районирование территории Ростовской области по агроклимати-ческим подзонам для перспективных сортов сои различных групп спело-сти / Г. Т. Балакай, С. А. Селицкий, Л. М. Докучаева, Р. Е. Юркова // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации [Электронный ресурс]. - 2020. - № 3(39). - С. 52-67. - Режим доступа: http:www.rosniipm-sm.ru/article?n=1138. - DOI:https://doi.org/10.31774/2222-1816-2020-3-52-67.
10. Сенчуков Г. А., Рыжаков А. Н., Кузьмичев А. А. Анализ состоя-ния фактически орошаемых земель в Ростовской области // Пути повыше-ния эффективности орошаемого земледелия. 2022. № 3(87). С. 4-11.
11. Зональные системы земледелия Ростовской области (на период 2013-2020 гг.) [Электронный ресурс] : в 3-х ч. Ч. 1 / Министерство сель-ского хозяйства и продовольствия Ростовской области. - Ростов н/Д, 2012 Режим доступа: http://don-agro.ru/FILES/2020/ZONSYSZEM/Sistema_zemled_do_ 2020_1.docx.
12. Кобзарь А. И. Прикладная математическая статистика. Для ин-женеров и научных работников. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 816 с. - ISBN 978-5-9221-0707-5.
