Введение. Гречиха является одной из самых важных и популярных продовольственных культур. Гречиха обладает рядом преимуществ благодаря высокому содержанию питательных веществ и диетических компонентов. Она является богатым источником минеральных солей, органических кислот, витаминов и незаменимых аминокислот, которые необходимы организму человека [1].
Гречиха представляет собой ценный источник пользы для здоровья и может использоваться в качестве медоносного растения с высокими показателями сбора меда. В зависимости от погодных условий и сельскохозяйственных методов, с каждого гектара гречишного поля можно получить от 50 до 90 кг меда, который отличается отличным вкусом, приятным ароматом и лечебными свойствами. Гречишный мед содержит полный комплекс необходимых аминокислот и имеет особенную ценность в пчеловодстве, где используются специально выращенные посевы для сбора меда помимо обычных посевов на зерно [2].
Кроме того, отходы крупяного производства используются в качестве концентрированного корма для животных и птиц. Солома гречихи также признана ценным кормом для скота. Хороший урожай гречихи способствует улучшению почвы и созданию благоприятного фосфорно-калийного фона, что положительно сказывается на качестве последующего посева. Кроме того, гречиха помогает бороться со сорняками и улучшает физико-механические свойства почвы, оставляя ее рыхлой [3].
Гречиха имеет большое агротехническое значение. Будучи культурой короткого вегетационного периода и поздних сроков сева, она широко используется для пересева погибших озимых и яровых культур [1].
Уровень урожайности гречихи посевной зависит в большей степени от условий, которые сложились в период вегетации растений. Это объясняется тем, что оплодотворение, хорошее опыление и формирование плодов зависят от температурного фона, осадков и относительной влажности воздуха, которые складываются во время цветения растений [4, 5].
У гречихи каждый цветок цветет только в течение одного дня. Если цветки не опыляются, семена не образуются. Обычно на одном растении гречихи появляется около 500 цветков, но урожай зерна дают лишь около 4-6 % из них. Каждый процент цветков, которые не опылены, приводит к потере 1–2 зерна [6].
Исследования показали, что для успешного выращивания гречихи наиболее подходящей температурой является диапазон от 18 до 25 °С, и относительная влажность воздуха должна быть не ниже 50 %. В случае избыточного увлажнения, проливных дождей и сильных ветров во время цветения, а также при засухе, процесс опыления и образование плодов у гречихи отрицательно сказываются. Повышенные температуры воздуха свыше 26 °C и относительная влажность воздуха ниже 30% также негативно влияют на опыление и приводят к массовому отмиранию завязей у гречихи [2].
Исследования в области изменения климата и агрометеорологии проводятся многие десятилетия. В работах А.Б. Мустафиной, В.Н. Павловой [7, 8, 9] делается вывод о существенной зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от метеорологических условий. Однако зависимость от условий погоды делает производство сельскохозяйственной продукции нестабильным [10]. В настоящее время наблюдается увеличение засушливости в большей части сельскохозяйственных регионов России, что негативно влияет на валовый сбор урожая зерновых культур [11].
В условиях Среднего Поволжья главные лимитирующие факторы урожайности гречихи – так же часто повторяющие засухи, а в северных районах зоны еще и недостаточный уровень почвенного плодородия [12, 13, 14].
Для того, чтобы получить хороший урожай гречихи, необходимо учитывать агроклиматические условия региона, где выращивается культура. В данной статье будет рассмотрена связь между урожайностью гречихи и агроклиматическими условиями.
Цель исследования – изучение оценки влияния метеорологических условий на урожайность гречихи в Республике Татарстан в период 2000-2022 гг.
Условия, материалы и методы. В работе использовались данные Росстата об урожайности гречихи в Республике Татарстан в 2000-2022 гг., метеорологические данные фонда ВНИИГМИ-МЦД за период 2000-2022 гг. 13 метеостанций, находящихся на территории Республики Татарстан.
В работе для обработки и анализа исходных данных использовались современные вычислительные системы, апробированные статистические методы, корреляционный и тренд-анализ.
Результаты и обсуждение. Средняя урожайность гречихи в Республике Татарстан за рассмотренный период оказалась равной 10,5 ц/га (рисунок 1, табл. 1). Размах колебаний урожайности в исследуемые годы (разность между максимальной и минимальной урожайностью) составляет 13,0 ц/га. Наибольшая урожайность была в 2008 г., минимальная - в 2010 г.
Рисунок 1 - Динамика урожайности гречихи (ц/га) в 2000–2022 гг.
В начале вегетационного периода 2008 года температура и уровень увлажнения создали благоприятные условия для развития гречихи. В мае среднесуточная температура воздуха составила 12,3 °С (с изменением в пределах 5,8-22,7 °С), а осадков выпало 49,2 мм, что составляет 129,5 % среднемноголетнего значения (38 мм). В июне было замечено избыточное количество осадков, превышающее климатическую норму (82,4 мм вместо 57 мм), а температура воздуха была ниже средней многолетней температуры (16,2 °С против среднемноголетней 18,3 °С). Июнь был благоприятным для процессов плодообразования гречихи с точки зрения погодных условий. Июль соответствовал климатическим нормам по температуре воздуха и количеству осадков. В 2008 году атмосферные осадки во время вегетационного периода гречихи были выше среднего уровня [15].
Таблица 1 - Статистические данные по урожайности гречихи
|
Средняя урожайность за весь исследуемый период, ц/га |
10,5 |
|
Максимальная урожайность, ц/га |
15,7 |
|
год |
2008 |
|
Минимальная урожайность, ц/га |
2,7 |
|
год |
2010 |
|
СКО, ц/га |
2,6 |
|
Средняя урожайность за последние три года (2020-2022), ц/га |
8,8 |
В 2010 году количество атмосферных осадков, достаточных для вегетационного периода гречихи, было ниже многолетнего уровня. С середины апреля до середины мая существенных осадков (выше 1 мм) не наблюдалось. За май-июль выпало 38,8 мм осадков при норме 158 мм. Среднемесячная температура воздуха мая составила 16,8 °С (норма равна 14,1 °С). В июне и июле среднемесячные температуры воздуха составили 21,0 °С и 24,7 °С соответственно, что на 2,7 и 4,2 °С выше среднемноголетнего значения. Максимальная температура доходила до 38-39 °С. В 2010 году высокая температурная напряженность и недостаток влаги негативно сказались на интенсивности ростовых процессов, плодообразовании и созревании гречихи, т.к. высокая температура без осадков препятствует нормальному развитию корней и надземной части растений. Корням требуется более низкая температура, чем надземной части. Обычно природные условия способствуют этому разделению, но при отклонении от оптимальных условий корневая система страдает, что наблюдается в периоды засухи [1, 16].
Вегетация гречихи 2018 и 2021 гг. протекала в условиях острой почвенной и атмосферной засухи. Гидротермический коэффициент по Селянинову в среднем за вегетацию 2018 г. составил 0,51, 2021 г. – 0,29 [17].
Для характеристики интенсивности развития урожайности гречихи во времени, были рассмотрены показатели, количественно характеризующие динамику временных рядов: абсолютный прирост, темп роста, темп прироста.
Абсолютный прирост Δt показывает абсолютную величину увеличения (или уменьшения) уровня ряда yt за определенный временной интервал и находится как разница уровней ряда (Чичасов Г.Н. Численные методы обработки и анализа гидрометеорологической информации. М.: Боргес, 2013. 235 с):
(1)
где 
- уровень сравниваемого периода,
- уровень предыдущего сравниваемого периода.
Темп роста представляет собой процентный коэффициент увеличения или снижения показателя, который показывает, насколько величина этого показателя отличается от уровня, принятого за 100 %, в данном периоде. Темп прироста показывает, на сколько процентов уровень больше (меньше) от уровня сравнения.
Данные, приведенные в таблице 2 показывают, что за исследуемый период наблюдалась непостоянная динамика урожайности гречихи. Абсолютный прирост показывает, что максимальное увеличение было в 2011 г. по сравнению с предыдущим годом на 9,6 ц/га, т.е. увеличение валового сбора достигло 355,6 %. Наибольшие темпы урожайности были в 2011 и 2022 гг. – 455,6 % и 226,9 % соответственно. Минимальные темпы урожайности гречихи в Татарстане наблюдались в 2010 (22,7 %), 2021 (55,3 %) и 2018 (68,2 %) гг.
Таблица 2 - Показатели динамики урожайности гречихи
|
Годы |
Урожайность, ц/га |
Абсолютный прирост, ц/га |
Темп роста, % |
Темп прироста, % |
|
2000 |
10,0 |
- |
- |
- |
|
2001 |
10,2 |
0,2 |
102,0 |
2,0 |
|
2002 |
9,8 |
-0,4 |
96,1 |
-3,9 |
|
2003 |
11,3 |
1,5 |
115,3 |
15,3 |
|
2004 |
10,0 |
-1,3 |
88,5 |
-11,5 |
|
2005 |
11,5 |
1,5 |
115,0 |
15,0 |
|
2006 |
11,2 |
-0,3 |
97,4 |
-2,6 |
|
2007 |
12,5 |
1,3 |
111,6 |
11,6 |
|
2008 |
15,7 |
3,2 |
125,6 |
25,6 |
|
2009 |
11,9 |
-3,8 |
75,8 |
-24,2 |
|
2010 |
2,7 |
-9,2 |
22,7 |
-77,3 |
|
2011 |
12,3 |
9,6 |
455,6 |
355,6 |
|
2012 |
9,1 |
-3,2 |
74,0 |
-26,0 |
|
2013 |
10,2 |
1,1 |
112,1 |
12,1 |
|
2014 |
11,3 |
1,1 |
110,8 |
10,8 |
|
2015 |
11,4 |
0,1 |
100,9 |
0,9 |
|
2016 |
9,9 |
-1,5 |
86,8 |
-13,2 |
|
2017 |
13,2 |
3,3 |
133,3 |
33,3 |
|
2018 |
9,0 |
-4,2 |
68,2 |
-31,8 |
|
2019 |
12,7 |
3,7 |
141,1 |
41,1 |
|
2020 |
9,4 |
-3,3 |
74,0 |
-26,0 |
|
2021 |
5,2 |
-4,2 |
55,3 |
-44,7 |
|
2022 |
11,8 |
6,6 |
226,9 |
126,9 |
Как следует из данных Росстата, в 2022 г. в Республике Татарстан было посеяно 5684 га гречихи, из них 2472 га в Чистопольском районе. Валовой сбор в 2022 г. составил 179,8 тыс. центнеров, что составляет 231,6 % к 2021 г., что указывает нам и темп роста.
С целью определения изменения термического режима за исследуемый период, были проведены расчет и анализ средней температуры воздуха за май, июнь и июль по периодам 2000–2010 и 2011–2022 гг. (табл. 3)
Таблица 3 - Изменение температуры воздуха (°С) в мае, июне и июле в 2000-2010 гг. и 2011-2022 гг.
|
Средние значения температуры воздуха, °С |
|||||
|
май |
июнь |
июль |
|||
|
2000-2010 гг. |
2011-2022 гг. |
2000-2010 гг. |
2011-2022 гг. |
2000-2010 гг. |
2011-2022 гг. |
|
13,4 |
14,4 |
17,3 |
18,1 |
20,4 |
20,3 |
Оказалось, что наблюдался существенный рост температуры воздуха на 0,8-1,0 °С в мае и июне, в июле среднемесячная температура в 2011-2022 гг. оказалась ниже на 0,1°С по сравнению с 2000-2010 гг.
Количество осадков в мае в период 2011-2022 гг. составило 47,2 мм и оказалось ниже на 13,9 мм по сравнению с 2000-2010 гг., когда количество составило 33,3 мм. В июне в 2011-2022 гг. количество осадков меньше на 8,1 мм по сравнению с 2000-2010 гг. В июле изменения количества не существенные – в 2011-2022 гг. количество осадков меньше всего на 0,7 мм, чем 2000-2010 гг. (табл. 4). Таким образом, количество осадков во вторую часть исследуемого периода уменьшилось.
Таблица 4 - Изменение количества осадков (°С) в мае, июне и июле в 2000-2010 гг. и 2011-2022 гг.
|
Количество осадков, мм |
|||||
|
май |
июнь |
июль |
|||
|
2000-2010 гг. |
2011-2022 гг. |
2000-2010 гг. |
2011-2022 гг. |
2000-2010 гг. |
2011-2022 гг. |
|
47,2 |
33,3 |
65,0 |
56,9 |
59,9 |
59,2 |
В таблице 5 представлены результаты зависимости (корреляционной связи), которые демонстрируют связь урожайности гречихи с температурой воздуха и осадками. Как следует из расчетов, в мае связи и по температуре воздуха, и по осадкам незначимые, значения ниже критической величины. Из таблицы 5 также следует, что значимые связи урожайности гречихи установлены с температурой воздуха в июне и июле и с осадками в июне. В июле отсутствует зависимость урожайности гречихи от количества осадков.
На рисунке 2 представлена зависимость урожайности гречихи от температур воздуха июня. Коэффициент наклона линейного тренда данной зависимости отрицательная, что говорит о том, что с повышением температуры воздуха количество собранного урожая гречихи снизится.
Таблица 5 - Коэффициенты корреляции урожайности гречихи с температурой воздуха и осадками в 2000-2022 гг.
|
Температура воздуха |
Осадки |
||||
|
май |
июнь |
июль |
май |
июнь |
июль |
|
-0,39 |
-0,51 |
-0,59 |
0,34 |
0,52 |
0,38 |
Примечание: Критический коэффициент корреляции при р≥0,95 равен r ≥0,41.
Рисунок 2 – Зависимость урожайности гречихи от температуры воздуха июня
Анализ корреляционной связи урожайности с основными метеорологическими показывает, что существенную роль играют температуры воздуха июня и июля, также осадки, выпавшие в июне, что так же было отмечено у [4]. Как видно из таблицы 5, коэффициент корреляции урожайности гречихи с температурой воздуха июня и июля отрицательная, что так же доказывает о снижении урожайности с повышением температуры воздуха.
С осадками корреляционная связь положительная и значительная в июне, то есть увеличение количества осадков июня благоприятно сказывается на урожайности гречихи.
Выводы. Таким образом, наблюдавшиеся погодные аномалии в 2010 году оказали негативное влияние на формирование урожая гречихи.
В результате исследований выявлено в 2011–2022 гг. по сравнению с периодом 2000-2010 гг. значимое повышение средней температуры воздуха в мае и июне, в наиболее важные периоды для формирования урожая.
Установлена значимая связь урожайности гречихи с температурой воздуха в июне и июле и осадками в июне. Коэффициент корреляции с температурой воздуха отрицательная, с осадками – положительная, что доказывает о снижении урожайности с повышением температуры воздуха и повышении ее с увеличением количества осадков.
