Гидрология | Қазақстанның ауылшаруашылығына гидрометеорологиялық қызмет

1.2 Агроклиматтық аудандастырудың климаттық негізі

Климаттық ресурстар ауыл шаруашылығының даму жағдайын анықтайтын негізгі табиғи факторлардың бірі болып табылады. Агроклиматологияның міндетінің бірі территорияның агроклиматтық ресурстары мен агроклиматтық аудандастыруын бағалау болып табылады. Агроклиматтық аудандастыру ауыл шаруашылығының географиялық таралуы мен мамандануы үшін нағыз маңызы болатын өз шекарасының ішінде жеткілікті біртекті және аудандастыру көрсеткіштерінің негізінде қойылған қатынаста бір-бірімен жеткілікті өзгеше территориялардың белгілі жүйе бойынша әртүрлі аудандарға бөлінуін қарастырады /8/.
Біздің елімізде ауыл шаруашылығының дамуы территория бойынша оның жеке салаларының қолайлы орналасуын, мәдени өсімдіктер мен үй жануарлары жаңа ауданға ауыстыруды, ауыл шаруашылығы өнімінің көбін алу мақсатында климат ресурстарын және оның жоғары сапасын жақсы пайдалануды қажет етеді. Агроклиматтық ресурстар түсінігіне мыналар кіреді: күн радиациясы, ылғалдылық, жылу, жел, күндізгі күннің ұзақтығы және тағы басқалар.
Агроклиматтық ресурстарды ауыл шаруашылығы мақсаты үшін уақыт және кеңістік бойынша бағалау мен оқып білу агроклиматологияның маңызды мәселесін құрайды. Климат мәдени өсімдіктер мен жануарлардың географиялық таралуына әсер етеді. Соңғы уақыт үшін мәдени өсімдіктердің солтүстік ендіктерге қарай жылжуы тән. Солтүстікке кең түрде арпа және көкөніс дақылдары өтті; тропиктік белдеудің өсімдігі – жүгері қоңыржай белдеудің едәуір ауданын алды, сонымен қатар күріш те солтүстікке енді, Сібірде солтүстік бау шаруашылығы құрылды. Европаның өсімдігі бидай АҚШ-та, Канада мен Аргентинада көп жерлерді алып жатыр.
Радиациялық ресурстар. Егін шаруашылығының энергетикалық негізі болып жиынтық күн радиациясы, әсіресе, фотосинтетикалық активті радиация табылады. Өсімдіктің дамуы үшін вегетациялық кезеңде күндізгі күннің ұзақтығының, күн шұғыласының сағаттар санының маңызды мәні бар. Полярлы егін шаруашылығының (650) солтүстік шекарасында жазда күндізгі күннің ұзақтығы 22 сағатқа тең, сол уақытта экваторлық ендіктерде 12 сағат. Күн ұзақтығына өсімдіктің реакциясы фотопериодизм деп аталады, және өсімдіктер қысқа күн (12 сағаттан аз), ұзақ күн (12 сағаттан көп) және бейтарап болып бөлінеді /9/.
Мәліметтері бойынша 100С-тан жоғары температурада вегетациялық кезеңде ФАР шамасы Қазақстан территориясы бойынша 24,5 МВт/м2-тан (35 ккал/см2) солтүстікте, 31,5 МВт/м2 (45 ккал/см2) дейін оңтүстікте.
Термикалық ресурстар көрсеткіші ретінде агроклиматологияда вегетациялық кезең үшін температуралардың активті және эффективті жинағы, орташа айлық температуралардың орташа және экстремальды мәндер, белгілі температура шектері арқылы өтетін даталар (биологиялық минимум 50, 100, 150С) және тағы басқалар қолданылады.
Активті температура жиынтығы жердің ендігіне және теңіз деңгейінен биіктікке байланысты өзгереді, ал жағалау аудандарда тағы да мұхиттар мен теңіз ағындарына байланысты. ТМД территориясында ол 300 ден 5000 0С дейін, ал Қазақстан территориясында 2500 ден 4000 0С дейін жоғарылайды.
10 0С-тан жоғары орташа тәуліктік ауа температурасымен кезеңнің ұзақтығы ТМД-да алпыс күннен солтүстікте, екі жүз қырық күнге дейін Орта Азияның оңтүстігінде тербеледі. Бұл кезең қоңыржай ендіктерде ауыл шаруашылық астықтары көпшілігінің вегетациялық кезеңіне сәйкес келеді. Мұнда шектейтін фактор үсік болып табылады.
Агрометеорологияда астықтың пісу немесе даму фазасының кезекті түсуі негізінде эффективті температуралардың жиналған жиынтығы (астықтың биологиялық минимум шамасына дейін төмендеген орташа тәуліктік температура жиынтығы) бойынша анықталады. Мысалы, ылғалданудың қалыпты жағдайында жаздық бидай сорттарының әр түрлері үшін трубкаға шығу-масақтану кезеңінің өтуі үшін 283 ден 4000С-қа тең эффективті температуралар (50С-тан жоғары) жиынтығы, ал масақтанудан дәннің сарғаюына дейін 450 ден 5400С қажет/10/.
Өсімдіктер сонымен қатар ауа температурасының күндіз және түнде өзгеруіне әсерін тигізеді. Өсімдіктердің бұл реакциясы термопериодизм деп аталады. Вегетациялық кезеңде неғұрлым тәуліктік амплитуда жоғары болса, өсімдік соғұрлым өсе береді. Бұл фотосинтез процесі мен дем алудың температураға бағыныштылығы салдарынан болады. Термопериодизмнің салдары болып өсімдіктің химиялық құрамының өзгеруі де табылады. Өсімдіктің химиялық құрамы мен климаттың континенттілігі арасында тікелей байланыс бар. Континенттік климат жағдайында жемістер мен тамыр жемістерінің қанттылығы, дәнді дақылдардың ақуыздылығы жоғарылайды. Теңіздік климат жағдайында дәнді дақылдарда крахмалдың мөлшері жоғарылап, ақуыздық заттар мөлшері азаяды.
Ылғал ресурстары. Су өсімдік өмірінде үлкен роль атқарады. Ол топырақта құнарлы заттарды ерітеді және оларды өсімдіктің тканьдеріне жеткізеді. Өсімдік жасушасында пайда болған көміртегі ретінде қабылдайды. Ақырғысы ол өсімдіктің ішкі бөлігінен буланып және олардың температурасын төмендетіп, салқындатқыш ролін атқарады.
Өсімдіктің ылғалмен қамтамасыздығын бағалау үшін олардың ылғалда пайдалануы туралы мәлімет және ылғалдың топырақта болуы керек. Сонымен ылғалқамтамасыздықтың тікелей көрсеткіштері болып топырақтағы өнімді ылғал қоры мен вегетациялық кезеңдегі жауын-шашын жиынтығы табылады. Өсімдіктің ылғалқамтамасыздығы тағы да жанама көрсеткіштермен, яғни Н.В.Бов пен Н.Г.Грибкованың сулану коэффициенті (К) мен Г.Т.Селянинованың гидротермикалық коэффициентімен (ГТК) және тағы басқалар анықталады /2, 9, 10/.

К = R/E0 (1)

немесе,
К = Wв + R/E0 (2)

мұндағы:
WЕ – көктемде топырақтың бір метрлік қабатындағы өнімді ылғалдылық қоры;
R – вегетациялық кезеңдегі немесе жыл бойындағы жауын-шашын жиынтығы;
Е0 – вегетациялық кезеңдегі немесе жыл бойындағы буланушылықтың жиынтығы.

ГТК = (3)

мұндағы:
R – температура жиынтығы 10 0С жоғары кезеңдегі жауын-шашын жиынтығы;
- температурасы 10 0С жоғары кезеңдегі ауа температурасының жиынтығы;
ГТК бойынша бағалау мына шкалалармен жүргізіледі: 0,3-тен аз - өте құрғақ; 0,3-0,5 – құрғақ; 0,6-0,7 – құрғақтау; 0,8-0,10 – жеткіліксіз ылғал; 1,0 – ылғалдың келуі мен шығыны тең; 1,0-1,5 – жеткілікті ылғал; 1,5-тен көп – мол ылғал; 2,0-ден көп – тропиктер үшін мол ылғал /9/.
Басқа зерттеушілер (Колосков, Иванов, Будыко, Шашко, Федосеев) өздерінің ылғалқамтамасыздық көрсеткіштерін ұсынды.
Д.И.Шашконың атмосфералық ылғалдылық коэффициенті (Md):

Md=R/ (4)

мұндағы:
R – жауын-шашын жиынтығы;
- орташа тәуліктік су буы қысымы тапшылығының жиынтығы.
Өсімдіктердің таралуы мен дамуына мынадай географиялық факторлар әсер етеді: рельеф, теңіз деңгейінен биіктік, ендік, су қоймаларының жақындығы. Облыс аумағы агроклиматтық жағдайына байланысты мынандай аймақтарға бөлінеді /11/.
1. Шөлдің құрғақ, ыстық аймағы облыс аумағының көп бөлігін – Бетбақдала, Мойынқұм, Қызылқұм шөлдерімен облыстың орталық бөлігін қамтиды.
2. Өте құрғақ, ыстықтау аумағы. Бұл бөлікке Түркістан, Бәйдібек, Түлкібас, Сайран, Төлеби, Қазығұрт аудандары, Созақ ауданының оңтүстік- шығыс бөлігі креді.
3. Таулы аймақтар Тянь–Шань тауының батыс бөлігімен Қаратау жотасын қамтиды. Бұл аймақта Түркістан, Созақ, Бәйдібек, Төлеби, Түлкібас, Қазығұрт аудандары орналасқан.
Бұл аймаққа Созақ,Отырар және Шардара аудандары кіреді. Климаты шұғыл өзгеріп отыратын температурамен, жауын-шашынның өте аз түсуімен, құрғақ ауа, булану дәрежесінің жоғары болуымен, күн сәулесінің мол түсуімен ерекшеленеді.

1.3 Жаздық бидайдың агроклиматтық факторларға талабы

Жаздық бидай – жер бетіндегі негізгі азық-түлік дақылдарының бірі. Жаздық бидайдың мықты тамырлы жүйесін дамыту мүмкіндігі оның Қазақстан мен Сібірдің құрғақ аудандарында кеңінен таралуын қамтамасыз етеді, яғни жоғары температура жағдайда және жиі аңызақ желдермен ылғалқамтамасыздықтың жеткіліксіздігімен сипатталатын аудандарда. Жаздық бидай өнімділігі бойынша күздік бидайға ғана жол береді, оны тек күздік бидайды өңдеуге қатты қыстық жол бермейтін аудандар ғана алмастырады. Жұмсақ бидайдың тез пісетін сорттарының солтүстік шекарасы 1350 ден 1400 0С қа температура жиынтығының изолиниясына өтеді, ал қатты бидай сорттары 1600 ден 1700 0С изолиниядан.
Жаздық бидайдың тұқымдары 1 ден 2 0С қа температурада өсе бастайды, ал көктеу 4 ден 5 0С кезінде басталады. Топырақтың өңделген тереңдігінде тұқымның 5 0С температурада өнуі жиырмасыншы күні байқалады, ал 10 0С температурада өнуі тоғызыншы күні байқалады. Бидайдың көктеуін үсік минус 6 дан 8 0С қа басқа уақытқа қалдырады.
Өсімдіктің бірінші даму сатысында ылғалдылықтың қолайлы жағдайы топырақтың жыртылатын қабатының 30-40 миллиметрде өнімді ылғалдылық қорында қалыптасады.
Топырақтың қолайлы ылғалы кезінде жаздық бидай бұтақтануының басталуы көктеуден кейін 67 0С эффективті температуралар жиынтығы жинақталғанда байқалады және оптимальды болып 13 ден 18 0С ауа температурасы саналады.
Трубкаға шығудан кейін топырақтағы ылғалдылықтың жетіспеуі дамыған масақтардың мөлшерінің азаюына және ұрықсыздардың көбеюіне алып келеді. Тіпті жауған мол жауын-шашын да жағдайды жақсарта алмайды. Топырақтың бір метрлік қабатындағы 80 миллиметр өнімді ылғал қоры бұл кезеңде өсімдіктің қалыпты дамуын қамтамасыз етпейді.
Жаздық бидай ұзақ күндік өсімдік. Жаздық бидай трубкаға шығудан кейін жылуға талабы бойынша сортты түрлерін шығара бастайды. Содан, трубкаға шығу – масақтану кезеңінен өту үшін әртүрлі сорттарға 283 ден 400 0С-қа тең эффективті температуралар жиынтығы қажет, ал масақтанудан дәннің сарғаюына дейін 450 ден 540 0С . Масақтану – дәннің сарғаю кезеңі үшін қолайлы ауа температурасы 16 дан 23 0С қа және топырақтағы өнімді ылғал қоры ең аз ылғалсиымдылықтың 70 ден 75 % аралығында қажет. Ауаның салыстырмалы ылғалдылығы 10 нан 12 % төмендеген кезінде және 40 дан 42 0С температурада тіпті астық суармалы егістерде де мезгілсіз пісуі және солғын болуы мүмкін /12/.
Даму кезеңінің басында қарқындылығы минус 5 0С, минус 7 0С үсік өнімді 10 нан 30 %-ға төмендеуіне және вегетация кезеңін 2 ден 8 тәулікке дейін ұзаруына алып келеді .
Жаздық бидай гүлдену мен дәннің пісуі кезеңінде қарқындылығы минус 1 ден 2 0С үсікте зақымданады. Дәннің сарғаюы басталғаннан кейін тұқымдық сапасы минус 5 ден 7 0С үсікте де сақталады.
Дәннің пісуі кезінде ылғалды және жаңбырлы ауа-райында құйылу (дәннен еритін органикалық және минералды заттардың жауын-шашынмен шайылуы) байқалуы мүмкін. Бұл дәннің солуына алып келеді және өнімді елеулі төмендетеді. Солу тағы да саңырауқұлақты аурулардың, әсіресе көгерудің әсерінен болу мүмкін.
Жаздық бидайдың даму фазасында ылғалды пайдалануы бойынша шамамен былай реттеледі: көктеу кезеңінде 5 ден 7 %, сабақтану фазасында 15 ден 20 %, өсімдіктің трубкаға шығу және масақтануында 50 ден 60 %, сүттік пісуінде 20 дан 30 % және толық пісу фазасында 3 ден 5 % вегетациялық кезеңде ылғалды жалпы пайдаланғанда. Жаздық бидайдың вегетациялық кезеңдегі ұзақтығы тоқсаннан жүз жиырма тәулікке дейін ауытқиды, ол сорттарына және климаттық жағдайларға байланысты.
Халық шаруашылығын агрометеорологиялық қамтамасыздау мәселелерін шешуі үшін мыналарды жасау қажет: әкімшілікті аудандар мен жеке ірі шаруашылықтар үшін агрометеорологиялық болжауларды өңдеу. Мұнда тек климаттық және ауа-райы факторлары ғана емес, топырақтық, биометриялық және агротехникалық факторлар да ескерілу қажет. Ақпарат алу әдістемесін агрометеостанция жүйелерінің сиректелген жағдайында өңдеу.
Батыс Қазақстанда дәнді-дақылдарды егудің агроклиматтық жағдайлары деген мақалада дәнді-дақылды шаруашылықтарға байланысты Қазақстанның батыс облыстарының агроклиматтық сипаттамалары қарастырылып талданған /13/.
1.4 Аймақтық агроклиматтың өзгеруі

1992 жылдың маусым айында Қазақстан Республикасы климатының өзгеру жағдайындағы Біріктірілген Ұлттардың Организациясы туралы Рамочнуға конверенцияға қол қойды және оны 1995 жылдың мамыр айында жүргізілді /14/.
Соңғы жүз жылдарда Қазақстанда ауа температураның орташа мерзімдік және жылдық жүрісінің жоғарлау тенденциясы байқалды. Орташа жылдық температураның өсуі 1894-1997 жылдар аралығында айлық бойынша орташа алғанда 1,3 °С құрайды. Атмосфераның жалпы циркуляциясының барлық модельдері (АЖЦ) СО2 концентрациясы атмосфера Қазақстанда ауа температурасының 4 ден 7 ºС-ға жоғарылауын көрсетеді. Температураның максимумы жоғарлауын қыста және көктемде күтуге болады. Кейбір моделдер бойынша атмосфералық жауын-шашынның жылдық мөлшерінің 20 % нормадан ұлғаюы күтіледі. Басқа моделдер бойынша жауын-шашын мөлшері тәжірбиелік тұрғыда өзгермейді және жуықтап алғанда 10 %-ға төмендейді.
Барлық моделдер аймақта ылғалдану жағдайының нашарлауын айтады. Ылғалдану жетіспеген алаң Қазақстанда қазіргі кездегі климат кезіндегі дәнді-дақылдарды өсіретін 6 дан 23 % дейін қысқарады, Республиканың оңтүстік бөлігінде құрғақшыл зона пайда болды. Мұндай сипаттама климаттың өзгеру мүмкіндігін елдердің экономика және табиғи ресурстардың жағдайын айтпауға болмайды.
Жалпы айтқанда, Қазақстанда климаттың өзгеру мүмкіндігінің зерттеуі су ресурстарын, ауыл шаруашылық және басқа да экономиканың табиғи өсімдіктердің климаттың жылыну жағдайы үлкен деңгейін көрсетті. Осының нәтижесінде мүмкіндік негативті жағдайлар позивтіге қарағанда көбірек белгілі болады.
Метеорологиялық бақылаулар Қазақстанның 13 станциясында ғасырлық тарихты көрсетеді, осы кезеңде аймақтық климаттың өзгеруін бағалауға мүмкіндік береді. Соңғы жүз жылда Қазақстанда ауа температурасының орташа мерзімдік және көп жылдық жоғарылау тенденциясы байқалады /Кесте 1/.
Көктемгі максимум жылыну кезеңі белгіленген. Орташа жылдық температураның өсуі орташа алғанда аймақ бойынша 1894-1997 жылдарда 1,3 °С құрайды.

Кесте 1 1894-1997 жылдар аралығындағы аймақтық территория бойынша жердің ауа температурасының және жауын-шашын мөлшерінің орташаланған мәндері

Кезең Ауа температурасы ºС/100 жыл Жауын-шашын мөлшері мм/100 жыл
Қыс 1 -7
Көктем 8 3
Жаз 1 1
Күз 9 1
Жыл 0,8 -

Орташа температуралар 1961-1990 жылдар арасындағы 30 жылдардағы салыстырулар осы кезеңнің жылынғанын көрсетеді, әсіресе қыста және көктемде аймақтың солтүстік бөлігінде. Глобалды маштабта Қазақстан үшін ең жылы жылдар 80-ші жылдар болды. Соңғы жылдардан көбірек жоғары температуралар 1995-1997 жылдарда байқалды. 1894-1997 жылдар аралығында жауын-шашын мөлшерінің өзгеруі Қазақстан территориясында теріс тенденция байқалады. Орташа алғанда аймақ бойынша қыста және жалпы алғанда бір жыл ішінде жауын-шашындар біршама төмендеп, көктемде, жазда, күзде жоғарлаған. 1961-1990 жылдар аралығында жауын-шашынның орташа көпжылдық, жылдық суммасы соңғы 30 жылдар мен салыстырғанда өзгермеген. Температураның жоғарлауы мен Қазақстанның территориясынның көп бөлігінде климаттың құрғақшылығының ұлғаюын көрсетеді.
Аймақтың климатынның өзгеруі атмосфераның жалпы циркуляцияның модельнің негізінде құрылған (АЖЦ). АҚШ-ң (NCAR) атмосфералық зерттеу орталығынан алынған. Зерттеу кезінде келесі модельдердің негізднрі қолданылған. GFDL және GFDL-T АҚШ-тың Принстон университеттінің гидродинамикалық геофизикалық лабораториясының салмақты және салмақсыз модельдері; UKMO әртүрлі модельдері көп. Атмосферада СО2 концентрациясының екі еселенуі кезінде әртүрлі бағамен болатын 2050-2075 жылдарда Қазақстан территориясында ауа температурасының орташа жылдық және мезгілдік белгі өсуі күтіледі. Жауын-шашынның өзгеруі үлкен белгісіздікті білдіреді. Кейбір модельдер бойынша жауын-шашынның мөлшерінің ұлғаюы күтіледі, ал басқалар бойынша төмендеуі күтіледі. Барлық модельдер жауын- шашынның мезгіл бойынша әртүрлі өзгеруін береді.

Кесте 2 Қазақстан территориясында ауа температурасының орташа жылдық өзгеруі (ΔТ) және жауын-шашынның жылдық өзгеруі (ΔR)

Модель АЖЦ ΔТ,ºС ΔR,℅
GISS 4,5 28
GFDL 4,9 24
UKMO 6,9 -12
CCC 6,9 2
GFDL-T 4,9 7

Келтірілген аймақта талдау климатының негізгі өзгеру сипаттамаларын алуға мүмкіндік береді. Максимальді жылыну модельне сәйкес (UKVO)модель ауа температурасының орташа жылдық жоғарлауы Қазақстанда СО2 екі еселену кезінде 6,9 ºС құрайды, жауын-шашындар осының нәтижесінде 12 ℅-ға төмендейді. Температураның максимальді өсуі және жауын-шашының төмендеуі белгілі, көктем жаз айларында байқалады. “Максимальді жылыну” бойынша (GISS) орташа температураның жоғарлауы 4,5 ºС құрайды. Бұл көрсетілім жауын-шашынның жылдық мөлшерін орташа алғанда 28 ℅-ға ұлғаюын көрсетеді. Ал басқа көрсетілімдер бойынша орташа жылдық температураның өсуі 4,9 дан 6,9 ºС, жауын-шашын 2 ден 24 ℅ ұлғаюы күтіледі. Мерзімдік шешім кезінде модельдердің көбеюі қыс айларындағы температураның максимальді ұлғаюын береді. Сол сияқты Қазақстандағы климаттың өзгеру мүмкіндігі жұмыста қаралады /15/.
Метеорологиялық станцияның негізінде алынған, соңғы 100 жылда ауаның орташа жылдық температурасы барлық аймақ территориясында 0,2 ºС 10 жыл ішінде байқалған. Температураның жоғарлауы қыста және көктемде , ал оңтүстік аудандарда жазда және күзде бақыланады.
Қазақстан территориясында әртүрлі көрністердің қолдануы мен климаттың өзгеру болжамының шешімдері қаралған. Қаралған көріністер бойынша жауын-шашынның белгісіз өзгеру уақыты кезінде ауа температурасының өсуі Республиканың үлкен бөлігінде агрометеорологиялық жағдайлардың нашарлауына әкеліп соғады. АЖЦ моделі бойынша келтірілген көріністер температураның және жауын-шашынның потенциялды өзгеру режимінің әсерінен Қазақстан территориясында ылғалдану жағдайында, олардың тұйық генетикалық байланыстары аймақта ланшафта шекара зонасы мен өзгеруін ескере отырып, бақылауға мүмкіндік береді. Осы мақсатпен ылғалдану денгейінде климаттың классификациясы құрғақ беткейде жылу баланысы теңдеуі копонент негізінде қолданылған....