Проекции условий влагообеспеченности в Севастопольском регионе для выращивания винограда

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Климатические и орографические особенности Севастопольского региона являются основой развития виноградарства, виноделия и получения широкой палитры вин высокого качества. Виноградарство является специализацией сельского хозяйства в Севастопольском регионе. Наблюдаемые и прогнозируемые изменения климата приводят к смещению благоприятных зон для выращивания винограда. Количество атмосферных осадков является ключевым параметром, наравне с температурой воздуха, для получения винограда высокого качества, а в дальнейшем вина. Потребности винограда в воде меняются в зависимости от сезона и фазы развития растения. Проведена оценка возможных изменений условий влагообеспеченности Севастопольского региона для выращивания винограда. Использованы данные численных расчетов глобальных климатических моделей проекта CMIP6 при неблагоприятном сценарии концентрации парниковых газов SSP5-8.5. Оценка проведена с использованием двух агроклиматических индексов - гидротермический коэффициент Селянинова и индекс сухости, к середине и концу XXI века. Согласно прогнозируемым величинам агроклиматических индексов к середине и концу века Севастопольский регион останется в зоне, где выращивание винограда будет возможно без орошения. Полученные результаты показали вероятность увеличения засушливости региона в будущие периоды, особенно к концу века, что повлечет дополнительный стресс для винограда. Для минимизации неблагоприятных условий потребуется принятие мер адаптации, таких как выбор засухоустойчивых сортов винограда, изменений в системе обработки почвы, размещение виноградников на северных склонах.

Полный текст

Введение Температура воздуха и атмосферные осадки являются основными метеорологическими параметрами для выращивания винограда (Vitis Vinifera L.). Многочисленные исследования о влиянии температурных условий на развитие виноградной лозы, созревание ягод и качество вина проведены для многих винодельческих районов мира (например, [1-3]). Влиянию количества осадков на виноградарство посвящено меньше работ, а роли отдельных характеристик осадков на фенологию винограда еще меньше [4]. Необходимость в осадках и их количестве изменяется в зависимости от сезона и фазы развития виноградного растения. Осадки оказывают существенное влияние на водный баланс почвы, определяя доступность воды для растений [5]. Осадки необходимы в зимне-весенний период для накопления воды в почве [6], а в начале вегетации для развития соцветий [7]. В период цветения и созревания ягод наоборот нужны сухие атмосферные условия [8]. Избыточное количество осадков может увеличить урожай, однако снизить содержание сахара в ягодах, чрезмерные дожди могут вызвать грибковые заболевания и прервать опыление цветов, а также задержать сбор урожая. В то же время дефицит осадков отрицательно сказывается на растении, нарушая процесс созревания, и, как следствие, снижает качество вина [7; 9]. Наблюдаемое потепление климата привело к сдвигу климатических зон, в первую очередь в виде увеличения засушливости климата [10]. Наряду с этим, по данным наблюдений, произошел рост экстремальных событий, связанных с осадками и этот рост, как показывают расчеты глобальных моделей, в будущем сохранится [11]. На Европейской территории России в летний сезон наблюдается уменьшение количества осадков, существенное в южных областях [12]. По данным IPCC, изменение атмосферных осадков при дальнейшем потеплении не будет однородным [11]. При неблагоприятном сценарии концентрации парниковых газов (RCP8.5) во многих засушливых регионах средних широт и в субтропиках среднее количество осадков, вероятно, уменьшится, в то время как во многих влажных регионах в средних широтах к концу этого столетия оно, вероятно, возрастет. В XXI в. осадки на территории России в целом будут возрастать, причем наиболее значительный их рост ожидается зимой. К середине XXI в. на юге Европейской части России ожидается тенденция к уменьшению количества осадков в летний сезон [12]. Виноградарство является специализацией сельского хозяйства Севастопольского региона. На конец 2020 г. общая площадь виноградных насаждений составила в регионе более 5,9 тыс. га, из них плодоносящих - свыше 4,7 тыс. га. В регионе ведется работа над реализацией приоритетного проекта «Терруар Севастополь», который предполагает развитие винодельческой инфраструктуры и увеличение площадей виноградников до 10 тыс. га к 2030 г. [13]. Виноградарство в регионе неполивное. По данным метеорологических наблюдений, Севастопольский регион обладает достаточными тепловыми условиями для выращивания винограда всех сроков созревания [14]. Цель работы - оценка возможных изменений влагообеспеченности Севастопольского региона к середине и концу XXI в. Материалы и методы Будущие изменения влагообеспеченности региона оценивались на основе данных результатов моделирования глобальных климатических моделей проекта CMIP6 [15]. Для шестой фазы проекта CMIP разработан новый набор сценариев, которые отражают различные социально-экономические изменения (SSP - Shared Socioeconomic Pathways), а также различные пути антропогенного изменения концентрации парниковых газов в атмосфере [16]. В работе использованы данные расчетов при сценарии SSP5-8.5. Сценарий SSP5-8.5 - это крайний сценарий, который считается самым неблагоприятным. Радиационное воздействие к 2100 г. при таком сценарии составляет 8,5 Вт/м², а концентрация парниковых газов - 1100 ppm [17], инновации и технологии растут за счет интенсивного использования природного ископаемого топлива [18]. Для получения оценок будущих изменений условий влагообеспеченности региона использован ансамбль из результатов моделирования шести моделей: ACCESS-CM2, CMCC-CM2-SR5, HadGEM3-GC31-LL, INM-CM4-8, KACE-1-0-G, NESM3. Использование ансамбля результатов моделей позволяет уменьшить неопределенность, связанную с отдельной моделью [19]. Анализ основан на первом члене ансамбля (member_id = r1i1p1f1) каждой модели. Интерполяция данных из узлов сетки моделей в район Севастопольского региона выполнена методом линейной интерполяции. За исторический (базовый) период принят 1981-2014, и два будущих периода - 2021-2050 и 2051-2080. Выбраны 30-летние периоды, так как период обновления виноградной лозы составляет 25-30 лет. В статье проанализированы следующие параметры влагообеспеченности региона: 1) количество осадков за вегетационный период (мм), определяется как сумма осадков за вегетационный период (с апреля по октябрь в Северном полушарии) и дает информацию о влиянии осадков за этот период на фенологию и созревание ягод, что, в свою очередь, влияет на качество винограда и здоровье виноградной лозы [20]; 2) гидротермический коэффициент Селянинова (ГТК) [21]; 3) индекс сухости (dryness index - DI) [22]. Формулы для расчета индексов: , (1) , (2) где P - осадки, мм; W0 - начальная влажность почвы, мм; - сумма температур выше 10 °С; Et - потеря воды через транспирацию, Es - количество воды, испаряющейся с поверхности земли. Значения гидротермического коэффициента больше 1,0 свидетельствуют о достаточном увлажнении территории, в то время как меньше 1,0 - о недостаточном соответственно. Индекс сухости делится на четыре класса: DI+2 «очень сухой» со значениями меньше -100 мм; DI+1 - «умеренно сухой», от -100 до 50 мм; DI-1 «умеренно влажный», от 50 до 150 мм и DI-2 - «влажный», с величинами индекса более 150 мм. Материалами служили векторная карта Крымского полуострова, цифровая модель рельефа SRTM-3, климатическая модель Worldclim 2.0. Моделирование пространственного распределения величины гидротермического коэффициента Селянинова осуществлялось на основе раздельного моделирования двух климатических факторов, формирующих данный коэффициент - суммы активных температур выше 10 °С (с использованием формулы Софрони-Энтензона с предложенными для территории Крымского полуострова поправками [23]) и суммы осадков за вегетационный период (на основе модели Worldclim 2.0). Моделирование пространственного варьирования индекса сухости также основано на модели Worldclim 2.0. При этом начальное значение водного баланса (W0) для исследуемого региона принято за 200 мм, а потенциальная эвапотранспирация - 5 мм/сут. Для моделирования агроклиматических индексов и визуализации результатов использован ArcGIS. Результаты и обсуждение Сравнение данных наблюдений и ансамбля климатических моделей по температуре воздуха показало высокую связь (коэффициент корреляции составил 0,88). Значения атмосферных осадков по данным моделирования имеют низкие значения корреляции с данными наблюдений. Это ожидаемый результат, поскольку ежедневные осадки характеризуются сильной пространственной неоднородностью. Проведено сравнение линейных трендов данных наблюдений осадков и ансамбля из моделей, которое показало совпадение тенденций в данных за исторический период. Проведенные тесты позволяют использовать ансамбль модельных данных для дальнейших расчетов индексов влагообеспеченности региона. Для базового периода 1981-2014 получено количество осадков за вегетационный период - 224 мм. При сценарии SSP5-8.5 ожидается сначала рост в первый будущий период до 227 мм (выше, чем в базовый период 1981-2014), а затем уменьшение до 195 мм. В целом в Севастопольском регионе наблюдается динамика к уменьшению суммы осадков за вегетационный период к середине и концу XXI в. Гидротермический коэффициент. ГТК показывает уровень влагообеспеченности региона [21], используется в агрономии для общей оценки климата и выделения зон различного уровня влагообеспеченности с целью определения целесообразности выращивания тех или иных сельскохозяйственных культур. Изменение значений гидротермического коэффициента по территории Севастопольского региона на два будущих периода при сценарии SSP5-8,5 относительно базового периода (1981-2014) представлено на рис. 1. Как видно, в будущие периоды наблюдается увеличение площади региона со значениями ГТК менее 0,6 за счет уменьшения площадей с другими интервалами коэффициента. В первый будущий период процент площади региона с недостаточным увлажнением (ГТК < 1,0) возрастает до 96,2 %, в то время как в исторический период он составлял 94,3 %. Во второй будущий период процент площади региона с достаточным увлажнением (ГТК > 1,0) сокращается до 2 %. Надпись: cНадпись: bНадпись: а Рис. 1. Гидротермический коэффициент (ГТК) для территории Севастопольского региона для исторического (а) и будущих периодов (б, в) при сценарии SSP5-8,5 и диаграммы распределения площадей (в %) / Figure 1. Hydrothermal coefficient (HTC) for the territory of the Sevastopol region for the historical (a) and future periods (b, c) under the SSP5-8.5 scenario and the area distribution diagram (in %) Значение ГТК, равное 0,5, считается границей для возделывания винограда без орошения в богарной зоне [24; 25]. В современный период и в будущие периоды Севастопольский регион по значениям ГТК остается в зоне, в которой возделывание винограда возможно без искусственного орошения. Снижение уровня обеспеченности территории осадками в период роста и созревания ягод винограда обнаружено в агроэкологических регионах промышленного виноградарства Краснодарского края и Ростовской области (Россия) [26]. Индекс сухости (DI). Индекс сухости - это климатический индекс, используемый в виноградарстве для характеристики водной составляющей региона, тесно связанной с качественными характеристиками винограда и вина [27]. Индекс учитывает климатические требования виноградника, испарение с открытой почвы, количество осадков без вычета поверхностного стока или дренажа. Он указывает на потенциальную доступность воды в почве, связанную с уровнем засушливости в регионе. По значениям индекса сухости вся территория Севастопольского региона в первый и второй будущие периоды будет находиться в классе DI+1 “умеренно сухой” виноградарского климата, при котором виноградная лоза потенциально может столкнуться с определенным уровнем сухости. Это класс с большим интервалом значений от 50 до -100 мм [22]. Мы разделили этот класс на небольшие интервалы с шагом в 20 мм, чтобы посмотреть динамику изменения индекса к середине и концу века. Как видно на рис. 2, увеличивается процент площади с преобладающими значениями индекса сухости от -80 до -100. Эти регионы можно классифицировать как климат средиземноморского типа с дефицитом воды летом [22]. Таким образом территория Севастопольского региона к концу второго будущего периода находится на грани перехода в класс DI+2. Надпись: cНадпись: bНадпись: а Рис. 2. Индекс сухости (мм) для территории Севастопольского региона для исторического (а) и будущих периодов (б, в) при сценарии SSP5-8,5 и диаграммы распределения площадей (в %) / Figure 2. Dryness index (mm) for the territory of the Sevastopol region for the historical (a) and future periods (b, c) under the SSP5-8.5 scenario and area distribution diagrams (in %) Наши результаты согласуются с ранее полученными, например, в работе [28] в период 2071-2100 территория Крымского полуострова будет находится в этом классе DI. Использование биоклиматических индексов для оценки будущих изменений условий влагообеспеченности в будущем проведено для некоторых винодельческих районов Европы и мира. В целом для винодельческих районов Европы характерно увеличение засушливости в будущем, что особенно будет выражено на юге (Средиземноморская часть). Заключение В работе по данным результатов моделей проекта CMIP6 получены оценки возможных изменений условий влагообеспеченности Севастопольского региона к середине и концу XXI в. Для этого использованы два индекса, основанных на атмосферных осадках - гидротермический коэффициент и индекс сухости. Гидротермический коэффициент (ГТК), предложенный Г.Т. Селяниновым, наиболее полно характеризует условный баланс влаги и тепла. Результаты показали увеличение площади региона с показателями ГТК менее 0,6, что свидетельствует об увеличении засушливости региона. По нашим расчетам Севастопольский регион в будущие периоды будет находиться в классе «умеренно сухо» по значениям индекса сухости. Ожидаемые тенденции к потеплению и увеличению засушливости могут создать дополнительные проблемы для выращивания винограда. Прогнозируемое уменьшение осадков, более высокие температуры воздуха и почвы, более частые и продолжительные экстремальные климатические явления (например, волны тепла, экстремальная засуха) негативно скажутся на виноградарстве. Подобные климатические изменения приведут к увеличению теплового стресса и водного дефицита, что потребует изменений в системе обработки почвы, выбору более устойчивых к засухе подвоев, увеличению потребности растений в воде и необходимости орошения, а также использования видового разнообразия винного винограда. Полученные результаты важны для выбора мер адаптации к текущим и будущим климатическим изменениям и будущим. Исследование требует продолжения ввиду прогрессирующих изменений климата.
×

Об авторах

Елена Васильевна Вышкваркова

Институт природно-технических систем; Севастопольский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: aveiro_7@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4890-3247

кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории крупномасштабного взаимодействия океана и атмосферы и изменений климата, ФГБУН «Институт природно-технических систем»; доцент кафедры Мониторинг и теория климата, Севастопольский государственный университет

Российская Федерация, 299011, Севастополь, ул. Ленина, д. 28; Российская Федерация, 299053, Севастополь, ул. Университетская, д. 33

Евгений Александрович Рыбалко

Всероссийский национальный научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия «Магарач» РАН

Email: agroeco-magarach@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4579-3505

кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий сектором агроэкологии

Российская Федерация, 298600, Ялта, ул. Кирова, д. 31

Олеся Владимировна Марчукова

Институт природно-технических систем

Email: olesjath@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6205-9946

младший научный сотрудник лаборатории крупномасштабного взаимодействия океана и атмосферы и изменений климата

Российская Федерация, 299011, Севастополь, ул. Ленина, д. 28

Наталья Валентиновна Баранова

Всероссийский национальный научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия «Магарач» РАН

Email: natali.v.0468@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2588-360X

кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория агроэкологии

Российская Федерация, 298600, Ялта, ул. Кирова, д. 31

Список литературы

  1. Venios X., Korkas E., Nisiotou A., Banilas G. Grapevine Responses to Heat Stress and Global Warming // Plants. 2020. Vol. 9. 1754. https://doi.org/10.3390/plants9121754
  2. Fraga H., Pinto J.G., Santos J.A. Climate change projections for chilling and heat forcing conditions in European vineyards and olive orchards: A multi-model assessment // Climat Changing 2019. Vol. 152. P. 179-193. https://doi.org/10.1007/s10584-018-2337-5
  3. Gutiérrez-Gamboa G., Zheng V., Toda M. Current viticultural techniques to mitigate the effects of global warming on grape and wine quality: A comprehensive review // Food Research International. 2021. Vol. 139. 109946. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109946
  4. Carlo P., Aruffo E., Brune W.H. Precipitation intensity under a warming climate is threatening some Italian premium wines // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 685. P. 508-513. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.05.449
  5. Santos J.A., Fraga H., Malheiro A.C., Moutinho-Pereira J., Dinis L.-T., Correia C., Moriondo M., Leolini L., Dibari C., Costafreda-Aumedes S., Kartschall T., Menz C., Molitor D., Junk J., Beyer M., Schultz H.R. A Review of the Potential Climate Change Impacts and Adaptation Options for European Viticulture // Applied Science 2020. Vol. 10. 3092. https://doi.org/10.3390/app10093092
  6. Gladstones J. Wine, Terroir and Climate Change. Wakefield Press: Kent Town South Australia. 2011. 280 p.
  7. Novikova L.Yu., Naumova L.G. Dependence of Fresh Grapes and Wine Taste Scores on the Origin of Varieties and Weather Conditions of the Harvest Year in the Northern Zone of Industrial Viticulture in Russia // Agronomy. 2020. Vol. 10. Р. 1613. https://doi.org/10.3390/agronomy10101613
  8. Jones G.V., Davis R.E. Climate Influences on grapevine phenology, grape composition, and wine production and quality for Bordeaux, France // Am. J. Enol. Vitic. 2000. Vol. 51. P. 249-261.
  9. de Orduña M.R. Climate change associated effects on grape and wine quality and production // Food Res. Int. 2010. Vol. 43. P. 1844-1855.
  10. Jia G., Shevliakova E., Artaxo P., Noblet-Ducoudré D., Houghton R., House J., Kitajima K., Lennard C., Popp A., Sirin A. Land-climate interactions // Climate Change and Land: An IPCC Special Report on Climate Change, Desertification, Land Degradation, Sustainable Land Management, Food Security, and Greenhouse Gas Fluxes in Terrestrial Ecosystems / Shukla P.R., Skea J., Buendia E.C., Masson-Delmotte V., Pörtner H.-O., Roberts D.C., Zhai P., Slade R., Connors S., van Diemen R. (eds.). 2019.
  11. AR6 Climate change 2022. Impacts, adaptation and vulnerability. Summary for policymakers. 2022, in press.
  12. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. М.: Росгидромет. 2014. 56 с.
  13. Стратегия социально-экономического развития города Севастополя до 2030 года. Закон города Севастополя. Севастополь, 2017. 171 с.
  14. Vyshkvarkova E.V., Rybalko E.A., Baranova N.V., Voskresenskaya E.N. Favorability Level Analysis of the Sevastopol Region’s Climate for Viticulture // Agronomy. 2020. Vol. 10. 1226. https://doi.org/10.3390/agronomy10091226
  15. Eyring V., Bony S., Meehl G.A., Senior C.A., Stevens B., Stouffer R.J., Taylor K.E. Overview of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) experimental design and organization // Geosci. Model Dev. 2016. Vol. 9. P. 1937-1958. https://doi.org/10.5194/gmd-9-1937-2016
  16. Meinshausen M., Nicholls Z.R.J., Lewis J., Gidden M.J., Vogel E., Freund M., Beyerle U., Gessner C., Nauels A., Bauer N., Canadell J.G., Daniel J.S., John A., Krummel P.B., Luderer G., Meinshausen N., Montzka S.A., Rayner P.J., Reimann S., Smith S.J., van den Berg M., Velders G.J.M., Vollmer M.K., Wang R.H.J. The shared socio-economic pathway (SSP) greenhouse gas concentrations and their extensions to 2500 // Geosci. Model Dev. 2020. Vol. 13. P. 3571-3605. https://doi.org/10.5194/ gmd-13-3571-2020
  17. O'Neill B.C., Tebaldi C., van Vuuren D.P., Eyring V., Friedlingstein P., Hurtt G., Knutti R., Kriegler E., Lamarque J.-F., Lowe J., Meehl G.A., Moss R., Riahi K., Sanderson B.M. The Scenario Model Intercomparison Project (ScenarioMIP) for CMIP6 // Geosci. Model Dev. 2016. Vol. 9. P. 3461-3482. https://doi.org/10.5194/ gmd-9-3461-2016
  18. Riahi K., van Vuuren D.P., Kriegler E., Edmonds J., O'Neil B., Fujimori S., Bauer N., Calvin K. The shared socioeconomic pathways and their energy, land use, and greenhouse gas emissions implications: An overview // Global Environmental Change. 2017. Vol. 42. P. 153-168. https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2016.05.009
  19. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Good Practice Guidance Paper on Assessing and Combining Multi Model Climate Projections; National Center for Atmospheric Research. Boulder: CO, USA, 2010.
  20. Cabré F., Nuñez M. Impacts of climate change on viticulture in Argentina // Regional Environmental Change. 2020. Vol. 20. 12. https://doi.org/10.1007/s10113-020-01607-8
  21. Селянинов Г.Т. Агроклиматическая карта мира. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. 12 с.
  22. Tonietto J., Carbonneau A. A multicriteria climatic classification system for grape-growing regions worldwide // Agricultural and Forest Meteorology. 2004. Vol. 124 (1-2). P. 81-97.
  23. Рыбалко Е.А. Адаптация математической модели пространственного распределения теплообеспеченности территории с целью эффективного размещения промышленных виноградников на территории Крымского полуострова // Магарач. Виноградарство и виноделие. 2014. № 2. С. 10-11.
  24. Виноградарство: учебник / К.В. Смирнов, Л.М. Малтабар, А.К. Раджабов, Н.В. Матузок, Л.П. Трошин; под ред. К.В. Смирнова. М.: Изд-во МСХА. 2017. 510 с.
  25. Давитая Ф.Ф. Климатические зоны винограда СССР. Москва: Пищепромиздат, 1948. 192 с.
  26. Петров В.С., Алейникова Г.Ю. Влияние изменений климата на фенологию винограда // Плодоводство и виноградарство Юга России. 2019. № 57 (03). С. 29-50. https://doi.org/10.30679/2219-5335-2019-3-57-29-50
  27. Tonietto J., Ruiz V.S., Gomez-Miguel V.D., editors. Clima, Zonification y Tipicidad del Vino en Regiones Vitivinicolas Iberoamericanas. Madrid: CYTED, 2012.
  28. Malheiro A.C., Santos J.A., Pinto J.G., Jones G.V. European viticulture geography in a changing climate // Bulletin de l’OIV. 2012. Vol. 85. № 971-972-973. P. 15-22.

© Вышкваркова Е.В., Рыбалко Е.А., Марчукова О.В., Баранова Н.В., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах