Кван Р.А., Калашников А.А., Балгабаев Н.Н., Парамонов А.И.,

Цхай М.Б., Калдарова С.М.

Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства

Изменение климата и его влияние на величину удельных затрат воды на орошение в Казахстане

Климатические изменения на нашей планете приводят, как правило, к интенсификации глобального гидрологического режима земной поверхности и заметным региональным его изменениям. Даже небольшие изменения климата могут вызвать, к примеру, изменения суммарного испарения и влажности почвы, что приведет в свою очередь к относительно большим изменениям стока рек и вызвать проблемы экологического характера. По эскпертным оценкам, с ростом средней температуры на 1-2⁰С и сокращением осадков на 10%, средний годовой сток может сократиться на 40-70%. Потребуются значительные инвестициии для приспособления водохозяйственных систем к новым условиям. В особенности серьезные проблемы могут возникнуть там, где потребление воды значительно, т.е. в сельском хозяйстве (орошаемом земледелии), на которое по оценкам специалистов США и СНГ приходится около 70% потерь, связанных с неблагоприятными погодными и клима-тическими условиями. Непосредственное климатическое воздействие на агроэкосистемы незамедлительно скажется на необходимости адаптации сельского хозяйства к новым условиям.

По данным Межправительсвтенной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), в 20 веке в большинстве регионов земного шара наблюдается повышение приземной температуры воздуха. Потепление продолжалось с начала 20 века до 40-х годов, затем наблюдалось небольшое похолодание и с середины 70-х по настоящее время снова отмечается потепление, но более интенсивное (рисунок 1).

Рисунок 1 – Динамика десятичных значений средней глобальной приземной температуры воздуха, ⁰С (источник: Центр Гадлея метеобюро и отдел исследований климата Университета Восточной Англии, Соединенное Королевство)

Средняя величина температуры за десятилетний период 2001-2010 гг. на 0,56⁰С выше среднего значения за 1961-1990 гг., т.е. данный период относится как самому теплому в глобальном мастшабе десятилетнему периоду за всю историю наблюдений.

В Казахстане РГП «Казгидромет» [1] дает оценку пространственно-временных изменений одного из главных климатообразующих факторов - температуры воздуха за период с 1941 г. по 2011 г., которая проведена как по всему Казахстану, так и по административным областям. Последние 70 лет на территории республики наблюдалось повсеместное повышение приземной температуры воздуха в целом за год и по всем сезонам. Среднегодовая температура воздуха в среднем по Казахстану повышалась со скоростью 0,28 ºС каждые 10 лет, наибольшее потепление происходило в зимний период – 0,35 ºС/10 лет, немного меньше осенью и весной – 0,32 и 0,27 ºС/10 лет соответственно, а летом наблюдалась наименьшая скорость повышения температуры – 0,18 ºС/10 лет. При этом статистически значимый для 95 % доверительного интервала вклад в суммарную дисперсию среднегодовых температур составляет 37 %, для сезонов – от 9 до 24 % (рисунок 2).

Рисунок 2 – Ранжированный ряд аномалий среднегодовых температур приземного воздуха, осреднённых по территории Казахстана за период 1940-2011 гг. (по данным118 метеостанций). Аномалии рассчитаны относительно базового периода 1971-2000 гг. (данные РГП «Казгидромет»)

Последнее десятилетие 2001-2010 гг. было также самым теплым за всю историю наблюдений. Температура в среднем была на 0,46°С выше средних значений за тридцать лет, 1961-1990 гг., и на 0,21 °C выше, чем в предыдущем десятилетии, 1991-2000 гг. В свою очередь, десятилетний период 1991-2000 гг. был теплее, чем предшествующие десятилетия, что говорит о длительной тенденции потепления.

Средние годовые температуры воздуха за теплые периоды года (весна, лето, осень) осредненная по территории Казахстана повышались за периоды 1941-2011 гг. со скоростью 0,26⁰С каждые 10 лет.

Если рассматривать по областям, то наибольшими темпами среднегодовые температуры воздуха за теплый период повышались в Западно-Казахстанской области – на 0,32 ºС/10 лет, наименьшими в Южно-Казахстанской, Восточно-Казахстанской, Алматинской и Мангистауской областях – на 0,20-0,26 ºС/10 лет. В остальных областях рост среднегодовых температур за теплый период в пределах 0,28-0,29 ºС/10 лет (таблица 1).

Таблица 1

Характеристики линейного тренда аномалий температуры приземного воздуха, осреднённых по территории Казахстана, а также областям Казахстана за период 1941-2011 гг. (данные РГП «Казгидромет»)

Регион/область	Год		Зима		Весна		Лето		Осень		Среднее за период весна, лето, осень, Δt
	*Δt	**R^2	Δt	R^2	Δt	R^2	Δt	R^2	Δt	R^2
Казахстан	0,28	37	0,35	9	0,27	13	0,18	24	0,32	24	0,26
Кызылординская	0,30	32	0,31	5	0,28	11	0,25	30	0,31	23	0,28
Южно-Казахстанская	0,25	29	0,22	4	0,21	10	0,22	23	0,36	30	0,26
Жамбылская	0,31	41	0,36	8	0,21	9	0,27	34	0,40	35	0,29
Алматинская	0,24	33	0,35	11	0,19	8	0,12	11	0,30	24	0,20
Восточно-Казахстанская	0,26	25	0,35	8	0,23	8	0,14	11	0,31	17	0,23
Павлодарская	0,28	25	0,36	6	0,35	14	0,13	7	0,29	13	0,26
Северо-Казахстанская	0,30	30	0,36	7	0,35	14	0,20	11	0,32	15	0,29
Акмолинская	0,30	32	0,34	7	0,34	14	0,18	11	0,34	17	0,29
Костанайская	0,31	31	0,40	8	0,33	10	0,22	13	0,32	16	0,29
Карагандинская	0,29	32	0,34	8	0,31	12	0,20	16	0,34	20	0,28
Актюбинская	0,28	27	0,37	7	0,26	7	0,18	10	0,29	15	0,24
Западно-Казахстанская	0,37	36	0,51	11	0,39	15	0,24	13	0,34	21	0,32
Атырауская	0,28	31	0,43	10	0,26	11	0,19	16	0,29	18	0,25
Мангистауская	0,24	31	0,30	9	0,19	8	0,20	16	0,26	16	0,22

*Δt – коэффициент линейного тренда, ºС/10 лет

** R² – коэффициент детерминации, %

Другим важнейшим климатообразующим фактором являются атмосферные осадки. В отличие от температуры воздуха, изменение режима атмосферных осадков на территории Казахстана за вышеприведенный период представляет собой более пеструю картину. В некоторых областях Казахстана наблюдалось незначительное увеличение осадков, в некоторых наоборот - их уменьшение. Изменения количества осадков по административным областям представляется следующим образом. Незначительное увеличение годовых сумм осадков (на 0,2-5,1 мм/10лет) наблюдалось в Павлодарской, Актюбинской, Карагандинской, Мангистауской и Алматинской областях, а незначительное их уменьшение (на 0,2-5,5 мм/10 лет) - в Акмолинской, Жамбылской, Кызылординской, Костанайской, Южно- Казахстанской, Западно-Казахстанской, Атырауской и Восточно-Казахстанской областях.

В целом по территории Казахстана значительные изменения в режиме осадков не происходят. Изменения в годовых суммах осадков составляют ±1-2 мм/10 лет. Так, в Балкаш-Алакольском, Есильском, Нура-Сарысуйском бассейнах наблюдалась слабая тенденция увеличения годового количества осадков – на 0,1-0,4 мм/10 лет, а на территории остальных бассейнов годовое количество осадков уменьшалось – на 0,4-1,7 мм/10 лет.

Вышеприведенные данные по анализу основных климатических факторов, их пространственно-временные изменения в Казахстане за последние 40-45 лет и их влияние на агроценозы, говорят о необходимости пересмотра некоторых нормативных показателей, относящихся к орошаемому земледелию. В частности, уточнению таких величин как суммарное водопотребление (эвапотранспирация) и оросительные нормы сельскохозяйственных культур.

В Казахстане изучением режимов орошения и установлением эвапотранспирации сельскохозяйственных культур начали заниматься в конце 40-х годов (Бияшев Г.З.,1949 г., Алексеевский В.И., 1946 г. и др.), а широкомасштабные комплексные экспериментальные исследования проводились в 50-х, 60-х и 70-х годах в различных природно-климатических зонах страны. По результатам этих исследования в конце 70-х и в начале 80-х годов впервые для всех природных зон республики были разработаны нормативные рекомендации «Оросительные нормы сельскохозяйственных культур…» с учетом различных лет по тепловлагообеспеченности (50, 75, 95%). В последующие годы (с 90-х г.г. прошлого столетия и по настоящее время) по результатам полевых и лизиметрических исследований установлены оросительные нормы нетто ряда новых ранее неизученных орошаемых культур с учетом почвенно-мелиоративных и гидрогеологических условий, а также технологические потери воды в процессе полива и оросительные нормы брутто-поля [6].

После выпуска первых нормативных значений оросительных норм прошли четыре десятилетия. За этот период произошли и продолжают происходить, как мы отмечали ранее, глобальные и региональные изменения климата, выражающиеся в основном в повышения температуры приземного слоя воздуха, что сказывается на увеличении эвапотранспирации растений. Величины прироста эвапотранспирации адекватные повышению температуры устанавливались нами методом Алпатьева [7] с учетом имеющихся многолетних экспериментальных данных и биологических особенностей каждой сельскохозяйственной культуры. К примеру, «коэффициент культуры» (К_с) яровой пшеницы равен 0,18; риса – 3,52. Как видно, они значительно разнятся между собой.

Приводя данные в целом по республике, средние значения прироста эвапотранспирации за счет повышения годовой температуры воздуха в теплый период для среднего по теплообеспеченности года (50%) составляют: яровой пшеницы – 190 м³/га; овощных - 200 м³/га; многолетних трав – 260 м³/га и др.

В таблице 2 приведены действующие нормативные значения удельных затрат воды на орошение сельскохозяйственных культур по административным областям, а также подсчитанные с учетом изменения климата в Казахстане.

Таблица 2

Удельные затраты воды на орошение сельскохозяйственных культур для средних (50% обеспеченности) лет по административным областям с учетом изменения климата в Казахстане, нетто, м³/га

№ п/п	Административные области	Коэффициент увлажненности, Ку	Орошаемые культуры
			яровые зерновые		овощные		многолетние травы
			Оросительные нормы
			нормативные	с учетом изменения климата	нормативные	с учетом изменения климата	нормативные	с учетом изменения климата
1	Акмолинская	0,50-0,20	1680	1890	2750	2970	3240	3530
2	Актюбинская	0,30-0,10	2130	2300	3650	3830	4430	4670
3	Алматинская	0,40-0,10	2280	2420	4290	4440	5400	5600
4	Атырауская	0,15-0,10	2960	3140	5100	5290	5890	6140
5	Восточно-Казахстанская	0,60-0,20	1520	1690	2500	2680	2850	3080
6	Жамбылская	0,35-0,10	2360	2570	4390	4610	5440	5730
7	Западно-Казахс-танская	0,30-0,10	2120	2350	3760	4010	4480	4800
8	Карагандинская	0,45-0,10	1910	2110	3150	3370	3740	4020
9	Костанайская	0,55-0,10	1910	2120	3110	3330	3740	4030
10	Кызылординская	≤0,10	3320	3520	6530	6750	7920	8200
11	Северо-Казахс-танская	0,60-0,45	970	1180	2020	2240	1930	2220
12	Павлодарская	0,45-0,25	1720	1910	2870	3070	3160	3420
13	Мангистауская	≤0,10	2950	3110	5100	5270	5890	6110
14	Южно-Казахс-танская	0,25-≤0,10	3040	3230	5810	6010	7220	7480

Анализ изменения эвапотранспирации и оросительных норм сельскохозяйственных культур показал, в результате изменения климата в пределах северного региона республики значения оросительных норм увеличились от 4,6 до 15%, в южных областях от 3,3 до 8,2%. Оросительная норма риса за счет изменения климата в Южно-Казахстанской области составила 25920 м³/га при нормативной – 24800 м³/га, Кызылординской – 25030 м³/га при нормативной – 24040 м³/га, Алматинской – 21700 м³/га при нормативной – 20860 м³/га. В среднем оросительная норма риса за счет изменения климата повысилась на 4,2%.

Заключение

1 Температурный режим на территории Казахстана значительно повышается практически повсеместно. В среднем скорость повышения годовой температуры воздуха в 1941-2010 гг. составляет 0,28⁰С/10 лет. Значительных изменений в режиме осадков по территории республики не происходит. Полученные выводы согласуются с глобальными изменениями климата.

2 Величины эвапотранспирации и оросительных норм сельскохозяйственных культур в результате изменения климата повысились в северных областях от 4,6 до 15%, в южных от 3,3 до 8,2% по сравнению с нормативными.

Литература

1 Ежегодный бюллетень мониторинга: изменение климата Казахстана: 2011 год /РГП «Казгидромет». – Астана, 2012. – 38 с.

2 Алексеев В.И. Теория поливного режима. Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук. – Алма-Ата: КазСХИ, 1946 г.

3 Бияшев Г.З. Культура сахарной свеклы в Казахстане. – Алма-Ата: КазГИЗ, 1949 г. – 23 с.

4 Горюнов Н.С., Данильченко Н.В., Кван Р.А., Петрунин В.М. Поливной режим сельскохозяйственных культур. – Алма-Ата: КазсельхозГИЗ, 1963. – 58 с.

5 Кван Р.А., Вышпольский Ф.Ф., Парамонов А.И. и др. Оросительные нормы сельскохозяйственных культур в Казахстане (рекомендации). – Джамбул, 1981. – 75 с., 1989 – 80 с.

6 Отраслевые нормативы удельных затрат воды при регулярном и лиманном орошении / Ибатуллин С.Р., Кван Р.А., Балгабаев Н.Н., Парамонов А.И. и др. – Астана, 2008. – 78 с.

7 Алпатьев А.М. Водопотребление культурных растений и климат / В кн. «Режим орошения сельскохозяйственных культур». – М: «Колос», 1965. – С. 55-68.