Россия
УДК 631.459.2 Водная эрозия
На основе набора геопространственных данных (суммы активных температур воздуха выше 10°C, коэффициентов увлажнения и континентальности климата) проведено цифровое картографирование агроэкологического потенциала (АП) Красноярского края. Геопространственный анализ показал, что значения АП варьируют в диапазоне от 0 до 6 и увеличиваются с севера на юг исследуемой территории. Изменение АП на 0,5 единиц послужило основанием для выделения 10-ти агроклиматических оценочных подзон.
сумма осадков в год, коэффициенты увлажнения и континентальности климата, WorldClim 2.1, SAGA GIS
Введение. Одной из основных задач системы управления сельскохозяйственным производством является оценка природно-климатических ресурсов, которые необходимо учитывать при разработке стратегий снабжения продовольствием населения и эффективных технологий использования земельных и растительных ресурсов. Оценка агроэкологического потенциала в этой связи имеет много преимуществ, так как этот интегральный показатель объединяет в себя климатические переменные, характеризующие обеспеченность территории ресурсами тепла и влаги с учетом континентальности климата [1, 2, 3].
В связи с возрастающим количеством геопространственных данных и совершенствованием программного обеспечения имеются все необходимые исходные данные для составления цифровых карт климатических характеристик и агроэкологического потенциала.
Цель исследования – составить цифровую карту агроэкологического потенциала и провести геопространственный анализ данного показателя для территории Красноярского края.
Объекты и методы исследования. В целом для территории Красноярского края характерен равнинно-плоскогорный, глубоко расчленённый рельеф с высотами от 400 до 600 м, наибольшие вершины гор достигают 970 м, а горы Путорана – до 1665 м [4].
Климат территории резко континентальный, возрастающий с севера на юг и с запада на восток [4]. В связи с большой протяженностью края климат характеризуется существенной неоднородностью. На территории края выделяют арктический, субарктический и умеренный климатические пояса. Средняя температура января составляет от -36°С на севере до -18°С на юге, средняя температура июля составляет от +13°С на севере до +20…+25°С на юге [5]. Количество осадков варьирует от 315 до 750 мм/год [4]. Сумма активных температур воздуха выше 10°С (САТ10) находится в диапазоне от 0 до 2000°С.
Агроэкологический потенциал рассчитывался по следующей формуле [6]:
где ∑t>10° – сумма активных температур воздуха выше 10°С; КУ – коэффициент увлажнения (отношение количества осадков в год к испаряемости), величины КУ более 1,1 принимаются равными 1,1; Р – поправка к КУ, при КУ > 0,76: Р=0,20–0,6 (1,1–КУ); при КУ 0,76–0,36 Р=0; при КУ 0,35–0,30 Р=0,35–КУ; при КУ < 0,30 Р=0,05; КК – коэффициент континентальности климата.
Коэффициент континентальности климата (КК) рассчитывался по формуле [1, 6, 2]:
где t°max – средняя температура самого теплого месяца; t°min – средняя температура самого холодного месяца; λ – широта местности с точностью до десятых долей градуса.
Величины КК более 200 принимались равными 200 [1, 6].
В качестве исходных данных для расчета карты АП были использованы геопривязанные растровые карты:
1) суммы активных температур воздуха выше 10°С (составлена на основе среднемесячных (май-сентябрь) данных WorldClim 2.1 за период с 1970 по 2000 годы [7]);
2) коэффициента увлажнения (построена на основе растровых карт суммы осадков в год WorldClim 2.1 [7] и испаряемости);
3) коэффициента континентальности климата (карта построена на основе растровых карт средней температуры самого теплого и холодного месяцев WorldClim 2.1 [7] по формуле 2).
Все математические операции с геопривязанными растровыми картами проведены в программном обеспечении SAGA GIS [8]. Все растровые карты приведены к разрешению 1×1 км.
Результаты и обсуждение. На территорию Красноярского края были составлены геопривязанные растровые карты климатических параметров, необходимые для расчета карты АП (рис. 1, 2). По карте САТ10 выявлено, что значения варьируют от 0 до 2000°С с отчётливо заметным трендом увеличения с севера на юг (рис. 1, А). Территория с САТ10 менее 1400°С не подходит для выращивания большинства сельскохозяйственных культур, так как не удовлетворяет их потребности в ресурсах тепла. Согласно изданию [4], по значению САТ10 выделено 10 агроклиматических районов (°С): очень суровый (0); суровый (<600 (0–600)); очень холодный (600–800); холодный (800–1000); умеренно-холодный (1000–1200); очень прохладный (1200–1400); прохладный (1400–1600); умеренно прохладный (1600–1800); недостаточно теплый (1800–2000); горный (<1400). Согласно составленной карте (рис. 1, А), можно сделать вывод о том, что выращивание сельскохозяйственных культур будет эффективным на территории, расположенной ниже 60-той параллели северной широты.
Рис. 1. Карты климатических показателей Красноярского края: А – сумма активных температур воздуха выше 10°C (карта составлена на основе среднемесячных данных WorldClim 2.1 за период с мая по сентябрь (1970–2000 гг.); Б – коэффициент увлажнения (КУ) без поправки. Примечание: черным контуром выделены районы края, красной точкой – г. Красноярск.
На карте коэффициента увлажнения показано, что значения КУ без учета поправки варьируют в диапазоне от 0,8 до 6 (рис. 1, Б). С учетом поправки (см. формулу 1) значения КУ варьируют в диапазоне от 0,6 до 0,9.
На карте коэффициента континентальности климата (с корректировкой) заметен тренд увеличения значений с севера на юг (рис. 2, А). Без корректировки КК варьировал в диапазоне от 110 до 255 с максимальными значениями между 65-й и 70-й параллелями северной широты.
Интегральная карта АП, составленная с использованием растровых карт климатических показателей, характеризуется выраженной пространственной дифференциацией (рис. 2, Б).
Рис. 2. Карты климатических показателей Красноярского края: А – коэффициент континентальности климата (КК), скорректированный до значения 200; Б – агроэкологический потенциал.
Установлено, что АП увеличивается с севера на юг изучаемой территории от 0 до 6, т.е. южная часть территории в отношении имеющихся ресурсов тепла и влаги является более ценной, чем северная. Согласно изданию [2], на территории исследования выделены 8 агроклиматических оценочных подзон, для которых характерны значения АП от 3,3 до 4,8. В 2007 году к Красноярскому краю присоединили Эвенкийский и Таймырский (Долгано-Ненецкий) автономные округа, для которых данные по АП в вышеприведенной ссылке на справочник не содержатся. Изменение показателя АП на 0,5 единиц служит основанием для выделения новых агроклиматических оценочных подзон [6]. Таким образом, на основе составленной карты можно выделить не 8, а 10 агроклиматических оценочных подзон, не считая зону с АП равным нулю (рис. 2, Б). Таким образом, использование геопривязанных тематических карт позволило получить более точные сведения об агроэкологическом потенциале Красноярского края с учётом территории присоединенных автономных округов, а также отобразить его пространственное изменение на цифровой карте (рис. 2, Б).
Заключение. В результате проведенных исследований составлены карты климатических параметров, необходимые для составления карты агроэкологического потенциала Красноярского края. На исследуемой территории выделены 10 агроклиматических оценочных подзон и получены более точные сведения об изменении климатических характеристик (суммы активных температур воздуха выше 10°C, суммы осадков и испаряемости в год, коэффициентов увлажнения и континентальности климата) в пространстве.
Финансирование. Работа выполнена по государственному заданию ИПА СО РАН при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № 121031700316-9).
1. Шишов Л.Л., Дурманов Д.Н., Карманов И.И., Ефремов В.В. Почвенно-экологическая оценка и бонитировка почв // Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв. Москва: Наука, 1991. С. 161–223.
2. Справочник агроклиматического оценочного зонирования субъектов Российской Федерации. Учеб. практическое пособие / Под ред. С.И. Носова. Ответственный исполнитель Оглезнев А.К. Москва: Маросейка, 2010. 208 с.
3. Гопп Н.В. Агроэкологический потенциал западной части Кузнецко-Салаирской геоморфологической провинции: методика цифрового картографирования, геопространственный анализ, корреляция с содержанием органического углерода в почвах // Почвы и окружающая среда. 2023. Том 6. № 3. e224. DOI:https://doi.org/10.31251/pos.v6i3.224. EDN: https://elibrary.ru/LTEJOM
4. Агроклиматические ресурсы Красноярского края и Тувинской АССР. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1974. 211 с.
5. Красноярский край. Официальный портал [Электронный ресурс]. 2024. URL: https://sc.link/sRHEf (дата обращения 16.01.2024).
6. Оценка качества и классификации земель по их пригодности для использования в сельском хозяйстве. Москва: Роснедвижимость – ФГУП «Госземкадастрсъемка» – ВИСХАГИ, 2007. 131 с.
7. Fick S.E., Hijmans R.J. WorldClim 2: new 1km spatial resolution climate surfaces for global land areas // International Journal of Climatology. 2017. Vol. 37. No. 12. Р. 4302–4315. https://doi.org/10.1002/joc.5086.
8. Conrad O., Bechtel B., Bock M., Dietrich H., Fischer E., Gerlitz L., Wehberg J., Wichmann V., Böhner J. System for automated geoscientific analyses (SAGA) v. 2.1.4 // Geoscientific Model Development. 2015. Vol. 8. No. 7. Р. 1991–2007. https://doi.org/10.5194/gmd-8-1991-2015.
