CLIMATIC RESOURCES OF SOUTHERN WESTERN SIBERIA FOR THE POTATO-GROWING SECTOR: ASSESSMENT, TENDENCIES AND ADAPTATION STRATEGIES
CLIMATIC RESOURCES OF SOUTHERN WESTERN SIBERIA FOR THE POTATO-GROWING SECTOR: ASSESSMENT, TENDENCIES AND ADAPTATION STRATEGIES
Abstract
Potatoes are among the strategically important agricultural crops grown in Russia. The south of Western Siberia is one of the key regions for their commercial production. Given the climate change observed in this region, there is a necessity for a complex assessment of agroclimatic resources. The aim of the study was to carry out a spatio-temporal evaluation of the agroclimatic conditions of the southern taiga and sub-taiga zones of the West Siberian Plain in order to develop evidence-based adaptation measures to ensure the stable operation of local potato-growing farms. The data set was based on meteorological data covering the last 20-year period of active growing season from 32 weather stations. The research used methods of statistical analysis, the calculation of probabilistic characteristics and GIS mapping techniques.
The specifics of the following climatic parameters were identified: the start and end dates of the active growing season, its duration, the sum of active temperatures, average daily air and soil temperatures, precipitation, and insolation patterns. The results showed that, in a latitudinal context, the long-term average dates for the start of the growing season vary from the first ten days of May in the southwest to the third ten days of May in the northeast, with the end dates falling mainly in the second ten days of September. Over the last two decades, the start of the growing season has shifted 3–9 days earlier, whilst the end has shifted 3–6 days later. The sum of active temperatures averages 1,700–2,100°C, and the mean daily air temperature is 15.9–16.4°C, which meets the biological requirements of most potato varieties. Long-term precipitation totals during the potato’s active growing season are optimal at most stations (around 270 mm), but their distribution throughout the year is uneven — with the maximum occurring from late June to the third decade of August, and the minimum in May and September. Overall, current agroclimatic conditions are favourable for crop growth and allow for the cultivation of potatoes with high genetic potential. However, their interannual variability necessitates the adoption of adaptive technologies. It is recommended to select varieties on the basis of their early maturity, to adjust planting dates in line with soil warming, to monitor moisture availability during critical growth stages, and to implement land improvement measures in areas with low rainfall. Future research will focus on assessing the impact of climate on tuber quality and developing regional yield prediction models.
1. Введение
Картофель относится к сельскохозяйственным культурам многофункционального назначения, его используют на продовольственные, кормовые и технические нужды. В продуктовой корзине россиян эта культура занимает одно из доминирующих мест. Душевое потребление картофеля по данным Росстата в 2023 г. составило 86 кг, что практически в два раза больше общемирового показателя при средней урожайности 19 т/га
, . Обеспечение стабильного выращивания отечественного картофеля представляется ключевой составляющей продовольственной безопасности России .На сегодняшний день перспективная российская территория по природным условиям для результативного товарного производства картофеля является южная часть Западносибирской равнины. Средняя урожайность картофеля здесь варьирует от 14 до 16 т/га, а доля региона в национальном валовом сборе колеблется от 12 до 15%
.В последние десятилетия на юге Западной Сибири многие исследователи отмечают изменение основных климатических параметров, влияющих на продуктивность многих сельхозкультур, не исключая картофель. Например, на фоне роста среднемноголетних температур воздуха отмечается увеличение продолжительности периода активной вегетации и рост суммы активных температур
, , . В этих условиях появляются новые возможности для введения в севооборот более теплолюбивых сортов картофеля, пересматриваются технологические приемы возделывания, а также сроки посадки и уборки. Но для реализации открывающегося потенциала важно знать специфику территориальных особенностей биоклиматических ресурсов, их изменчивость в период активной вегетации. Понимание происходящих процессов позволяет разрабатывать надлежащие адаптационные мероприятия для успешного функционирования отрасли картофелеводства.Отсюда целью исследования является пространственно-временной анализ агроклиматических условий, определяющих адаптационные возможности выращивания картофеля на территории южной тайги и подтайги Западносибирской равнины.
2. Материалы и методы исследования
Информационно-аналитическую основу исследования составили массивы метеорологических данных за период с 2005 по 2024 гг. ООО «Расписание погоды»
, National Centers for Environmental Information и архивы баз данных ИМКЭС СО РАН , по 32 метеорологическим станциям. Вегетационный период рассматривался в интервале с 1 мая по 30 сентября, что соответствует срокам посадки и уборки урожая картофеля в регионе.В ходе исследования оценивался следующий комплекс агроклиматических параметров:
– даты начала и завершения периода активной вегетации, определяемые как устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через отметку +10°C ;
– продолжительность периода активной вегетации;
– сумма активных температур (САТ) выше +10 °C;
– среднесуточные значения температуры воздуха и почвы;
– длительность солнечного сияния и светового дня;
– суммарное количество атмосферных осадков.
Температурная динамика почвенного слоя на глубине 10–20 см изучалась по результатам наблюдений в Томском районе Томской области и данных по г. Томску ВНИИГМИ-МЦД
. Вероятностный анализ агроклиматических параметров основывался на оценке частоты, с которой выделенное явление наблюдалось в заданный промежуток времени (год, месяц, декада).Для визуализации и картографического представления пространственно-временных особенностей и закономерностей применялось программное обеспечение ArcGIS.
3. Основные результаты
Агроклиматические условия, воздействующие на продуктивность представителя семейства паслёновых, в южной тайге Западной Сибири имеют довольно выраженную пространственно-временную изменчивость.
Рисунок 1 - Вероятность сроков начала периода активной вегетации по декадам весенне-летнего периода
Завершение периода активной вегетации на большинстве метеостанций фиксируется во второй декаде сентября с вероятностью свыше 50%. Среднемноголетние даты окончания этого этапа различаются не так сильно, как в весенний период: на ст. Ишим они приходятся на 20 сентября, ст. Кыштовка — 15 сентября, а на ст. Енисейск — на 13 сентября. К этому времени по всему региону, как правило, заканчиваются картофелеуборочные работы.
Если говорить о временной динамике, то в последние десятилетия наблюдается тенденция к более раннему наступлению весеннего перехода: на восточных метеостанциях (Томск, Мариинск) сдвиг составил 6–9 дней, на западных (Кыштовка, Тобольск) — 3–8 дней. В осенний период зафиксировано смещение дат завершения вегетации на более поздние сроки: на станциях Тобольск и Кыштовка — на три дня, на станциях Ялуторовск, Пудино и Мариинск — на шесть дней.
Изменение временных границ периода активной вегетации повлекло изменение его продолжительности. Для большинства метеостанций характерно устойчивое удлинение периода активной вегетации в среднем на 8–10 дней. Вследствие этого появляется возможность выращивать даже позднеспелые сорта картофеля с условием учета межгодовой вариабельности. Прослеживается выраженная широтная пространственная дифференциация: на южных метеостанциях длительность периода варьирует от 124 дней (ст. Колывань) до 134 дней (ст. Ишим); по мере движения к северу этот показатель сокращается до 112–117 дней.
Показатели суммы активных температур (САТ), температуры воздуха и почвы используют при оценке теплообеспеченности, необходимой для полной вегетации картофеля. Для достижения зрелости ранним и среднеранним сортам требуется САТ 1000–1500°С при длительности вегетационного периода 70–90 дней, среднеспелым — 1400–1600°С за 90–110 дней, среднепоздним и поздним — 1100–1600°С за 110–140 дней
. На территории южной тайги среднемноголетние значения САТ почти по всем станциям достигают значения 1900°С, и этой суммы достаточно для полноценного роста почти всех сортов. Вместе с тем наблюдается снижение показателя САТ в меридиональном направлении: для западных районов характерен диапазон 1900–2000°С, для восточных — 1700–1900°С. Также нужно иметь в виду, что в отдельные годы (2012, 2016, 2020, 2023) САТ превышала отметку 2300°С, тогда как в другие (2009, 2010, 2011, 2014) опускалась ниже 1450°С .Среднемноголетняя температура воздуха тёплого периода изменяется в широтном градиенте с юго-запада на северо-восток в пределах от +16,4°С (ст. Ишим) до +15,9°С (ст. Кыштовка, ст. Пудино). В целом среднесуточная температура воздуха в тёплый сезон колеблется от +15°С на северо-востоке до +19°С на юго-западе при температурном оптимуме для роста картофеля около +17°С.
Прогрев почвы до +8°С на глубине 10–20 см служит индикатором для начала посадки картофеля. В Томском районе эти условия складываются во второй декаде мая с вероятностью 45%, в отдельные годы (2013, 2015), выпадая на первую декаду мая с вероятностью 30%. К началу июня среднесуточная температура почвы устойчиво превышает +11°С, что способствует активному приросту всходов.
Рисунок 2 - Распределение осадков по месяцам во время периода активной вегетации по метеостанциям
Урожайность картофеля имеет определенную зависимость от продолжительности светового дня и количества солнечных часов. В течение длинного дня на фазе раннего роста, которая приходится на июнь, растение активно формирует вегетативную массу и корневую систему. В этот период световой день длится около 17 часов. Максимум солнечного сияния фиксируется в июне–июле (280–309 ч/мес)
во время интенсивного цветения и начала клубнеобразования. Во второй половине лета, когда происходит основной прирост клубневой массы, потребность культуры в освещении снижается: световой день сокращается до 14–15 часов, а продолжительность солнечного сияния уменьшается до 200–240 ч/мес .
Рисунок 3 - Пространственно-временная характеристика агроклиматических ресурсов во время периода активной вегетации на территории южной тайги Западной Сибири за период 2005-2024 гг.
4. Обсуждение
Изменения основных климатических характеристик в последние десятилетия ставят перед местными аграриями задачу адаптации отрасли к происходящим трансформациям. Как показывают российские и зарубежные исследования, влияние потепления на картофель неоднозначно: конечный результат зависит от того, достаточно ли растениям влаги, и насколько хорошо агротехнологии адаптированы к новым условиям. Увеличение длительности периода активного роста растений является ответом на потепление, однако его положительное влияние на сельское хозяйство реализуется преимущественно в регионах с достаточным и стабильным увлажнением, в засушливых зонах этот эффект часто нивелируется усиливающимся водным стрессом
, , . В отличие от центральной и южной частей Европейской России, где потепление часто сопровождается учащением летних засух, южнотаёжная подзона Западной Сибири по долгосрочным показателям сохраняет умеренно влажный климатический режим. Тем не менее, для картофеля в каждую фазу развития существует ряд природно-климатических опасностей (сильные и продолжительные осадки, поздние сильные заморозки, жаркая погода, низкая влажность воздуха и т.д.) и их недоучет может негативно сказываться на конечной урожайности . Так, например, более тёплая погода может способствовать формированию большего количества крупных клубней, что улучшает товарный вид урожая. Однако если в июне-июле не хватает влаги, это может вызвать повторный рост клубней и сделать продукцию менее однородной. Напротив, слишком влажная погода в июле–августе ухудшает лёжкость картофеля: клубни становятся более чувствительными к механическим повреждениям и легче поражаются болезнями.5. Заключение
Анализ многолетних данных по метеостанциям, расположенным в подзонах южной тайги и подтайги Западной Сибири, показал, что современные погодные условия и их многолетняя изменчивость в целом благоприятны для раскрытия генетического потенциала картофеля. Основные показатели, такие как продолжительность периода активной вегетации, величина САТ, температура воздуха, количество осадков, световой режим соответствуют агротехническим требованиям культуры. Вместе с тем межгодовая вариабельность некоторых показателей и сдвиг фенологических сроков обуславливают необходимость внедрения адаптивных подходов к применению следующих агротехнических приёмов.
Дифференцированный подбор сортов с учётом продолжительности вегетационного периода, так как установленное удлинение периода активной вегетации (за счёт более раннего начала и более позднего завершения) создаёт возможность для выращивания даже среднепоздних и поздних сортов. Однако высокая межгодовая вариабельность продолжительности периода активной вегетации (от 112 до 134 суток) требует выбора сортов с разной степенью скороспелости, чтобы минимизировать риски недобора урожая в холодные годы.
Анализ температурного режима почвы на глубине 10-20 см показал, что устойчивый переход через +8°С в разные годы может смещаться на одну или две декады, что ведет к корректировке сроков посадки в зависимости от прогрева почвы. Ориентироваться необходимо не на фиксированную календарную дату, а на фактический прогрев почвы, что позволяет избежать повреждения клубней заморозками и обеспечить дружные всходы. Это особенно важно при сдвиге весенних сроков начала вегетации на 3–9 дней раньше среднемноголетних значений.
Пик потребности культуры во влаге в регионе приходятся на июль–август, в этот период особенно важен контроль влагообеспеченности. Однако межгодовая изменчивость суммы осадков и их неравномерное внутрисезонное распределение могут приводить к дефициту влаги в отдельные годы или периоды. Поэтому рекомендован постоянный мониторинг и проведение поливов в фазы активного роста и клубнеобразования, когда засуха представляет наибольшую опасность. В условиях засухи целесообразно использование оросительных систем или влагосберегающих технологий (мульчирование, снегозадержание) для гарантированного получения стабильных урожаев.
Перспективы дальнейших исследований связаны с оценкой влияния климатических изменений на качество клубней (крахмалистость, товарность) и разработкой региональных моделей прогнозирования урожайности с учётом всех выявленных агроклиматических факторов.