Климатические риски и адаптация земледелия

Проблема наблюдаемых и предстоящих изменений климата в последнее время стала одной из проблем, наиболее обсуждаемых как научным сообществом, так и широкими кругами общественности. Поскольку большинство ученых сходятся во мнении о неизбежности и необратимости глобальных климатических изменений в XXI веке, на первый план выходят проблемы адаптации различных сфер деятельности людей к предстоящим изменениям. Среди таких климатозависимых сфер человеческой деятельности одной из самых уязвимых является сельское хозяйство и, в частности, земледелие.

В этой связи важнейшее значение приобретают методы оценки и прогноза агроклиматических рисков земледелия, а разработка таких методов является актуальной задачей агроклиматологии.

Фундаментальной теоретической основой оценки последствий изменений климата для земледелия является объективно существующая связь между климатом (климатическими характеристиками), факторами формирования урожая и продуктивностью земель.

Эта связь (климат – продуктивность; климат – почва – урожай) на качественном уровне очевидна, научной же основой оценки являются количественные соотношения (формулы) и расчетные методы определения этой связи.

«Климат» и «изменения климата»

Здесь следует уточнить: что такое «климат»? И что такое «изменения климата»? Климат – это многолетний статистический ансамбль состояний погоды, характерный для данной местности. Поэтому климат характеризуется вероятностными характеристиками распределений климатических величин (температура, осадки и др.). Когда мы говорим об изменении климата, мы имеем ввиду динамику (тренд) этих характеристик. Поэтому климатические прогнозы принципиально отличаются от долгосрочных прогнозов погоды (например, прогноза на ближайшее лето). Безграмотно говорить: смотрите какая холодная и снежная зима, а вы говорите о потеплении? Или наоборот: вот какое сверхжаркое лето, теперь все скептики, отрицающие глобальное потепление должны замолчать. Говоря об изменении климата, надо всегда иметь ввиду, что межгодовая изменчивость и климатические изменения – это разные вещи. Но вполне корректно поставить вопрос: как изменится межгодовая изменчивость при общем потеплении? Как изменятся вероятности (частоты повторения) тех или иных аномалий погоды вегетационного периода? Вот здесь-то и возникает вопрос о климатических рисках земледелия.

Концепция категорий продуктивности земель

Как оценить вклад климата в продуктивность земледелия? Связь климата и продуктивности земледелия отражается в категории климатически обеспеченной продуктивности (КОП) в рамках концепции последовательно снижающихся категорий продуктивности земель (рис.1). На верхнем уровне находится потенциальная продуктивность, лимитируемая только приходящей к посеву от солнца фотосинтетически активной радиацией (ФАР) и генетическими возможностями сорта аккумулировать пришедшую радиацию при оптимальных климатических и почвенных условиях. Категория КОП лимитируется климатическими факторами ресурсов тепла и влаги, ДВП определяется элементами почвенного плодородия, а РХП – экономическими возможностями конкретного хозяйства.

Поскольку климат – статистический ансамбль состояний погоды, категория климатически обеспеченной продуктивности имеет вероятностно-статистический характер. Говоря о климатически обеспеченной продуктивности надо иметь в виду соответствующий закон распределения и его математические характеристики.

Климатические риски

Важнейшим показателем при оценке последствий климатических изменений для земледелия является категория риска. Традиционное определение риска понимает его как вероятность (климатическая повторяемость) хозяйственных потерь, превосходящих некоторый критический уровень. В этом определении, однако, не прослеживается связь с климатическими изменениями и невозможно вычленить именно климатические риски, в отличие, скажем, от хозяйственных и других. Поэтому представляется более актуальным другое определение: под риском понимается вероятность возникновения экстремальных ситуаций, приводящих к недопустимо большим хозяйственным потерям. В зависимости от того, что понимается под «экстремальной ситуацией», мы можем говорить о видах агроклиматических рисков земледелия:

– риски потерь, связанные с дефицитом агроклиматических ресурсов интегрально за период вегетации (сумма температур, сумма осадков и др.)

– риски потерь, связанные с возникновением опасных агрометеорологических явлений в ходе вегетации (заморозки, засуха, суховей, градобитие и др.)

– риски потерь, связанные с болезнями и вредителями растений.

Поскольку риск не есть просто частота или вероятность появления некоторого события (например, аномально жаркое лето), но всегда связан с возможными потерями от наступления этого события, постольку, чем на более высокую продуктивность мы рассчитываем, тем больше риски земледелия и тем актуальнее проблема устойчивости земледелия.

Важность учета динамики климатических рисков определяется двумя причинами.

Во-первых, именно риск устанавливает ограничения на возделывание и территориальное размещение видов и сортов сельскохозяйственных культур. Экономика как отдельного хозяйства, так и регионов и страны в целом сравнительно легко переносит небольшие ежегодные колебания урожаев и очень болезненно реагирует на редкие, но реально встречающиеся экстремумы урожаев.

Во-вторых, как показывают исследования, риски более чувствительны к изменениям климата, чем средние величины. Так, для случайной величины с нормальным характером распределения, изменение средней величины на 10% может приводить к изменениям риска экстремальных отклонений более, чем в два раза. Таким образом, возможность оценки при предполагаемых изменениях климата не только динамики средних многолетних величин, но и климатических аномалий, приводящих к крупным хозяйственным потерям, является насущной задачей науки. В то же время трудности построения таких оценок для рисков существенно выше, чем для средних величин.

В Агрофизическом институте предложена методика оценки климатических рисков земледелия, основанная на использовании генератора случайных чисел, реализованного в виде статистического имитатора климатических реализаций. Сущность методики состоит в том, что для современного и прогнозируемого климата имитируются ряды реализации климатических величин с заданными законами распределения и соответствующими статистическими характеристиками. Далее на основе полученных рядов вычисляются агроклиматические параметры, и по различного рода эмпирическим зависимостям делаются оценки рисков климатически обеспеченной продуктивности (рис.2.).

Использование предложенной методики для земледельческих территорий России позволит получить карты оценки климатических рисков земледелия для различных сценариев изменений климата и изучить возможную динамику границ зон рискованного земледелия территории России. Такие оценки важны для выработки мероприятий по адаптации сельского хозяйства на федеральном и региональном уровнях управления.

Адаптация отдельных хозяйств

Особняком стоит важнейший вопрос адаптации отдельных хозяйств и сельхозпроизводителей. Что делать конкретному хозяйству в ближайшие несколько лет?

Здесь приходится констатировать, что на этот вопрос наука пока ответ дать не может. В изучении возможностей таких прогнозов и состоит, в числе прочих, цель научной программы исследований по адаптации земледелия к изменениям климата, включенной в «Комплексный план научных исследований погоды и климата», разработанный по заданию Совета Безопасности РФ и ожидающий своего утверждения. Однако некоторые перспективные направления возможной адаптации уже сегодня можно наметить. Одним из наиболее перспективных подходов к адаптации отдельного хозяйства к изменениям климата является разработка и внедрение методов и технологий точного земледелия.

В Агрофизическом институте с 2006 года проводятся большие опыты по изучению возможностей технологии точного земледелия. В рамках этой статьи невозможно обсуждать все результаты этих опытов, укажем только на результат, связанный с возможностями адаптации земледелия к климатическим аномалиям.

В таблице приведены выборочные результаты прецизионного опыта с яровой пшеницей по вариантам за период 2006-2008 гг. Эти три года по погодным условиям существенно отличались, показатель гидротермического коэффициента, которым агрометеорологи обычно оценивают условия увлажнения вегетационного периода, менялся в разы. Тем не менее, видно, что в случае точного земледелия не только итоговая продуктивность выше во всех трех случаях, но и устойчивость земледелия существенно выше. Конечно, здесь, строго говоря, имеет место межгодовая изменчивость погоды, а не собственно климат, но опыт хорошо показывает возможности адаптации земледелия.

Хотя мы сегодня не можем сказать, какие адаптационные меры предпринять отдельному хозяйству в краткосрочной перспективе нескольких ближайших лет, уже сегодня ясна стратегическая линия адаптации к изменениям климата – внедрение технологий точного земледелия.

Таблица. Урожайность яровой пшеницы, ц/га.