Спробуємо в загальному вигляді розглянути ті уявлення, які існують при оцінці впливу клімату на основні сторони діяльності людини.
Мабуть, жоден вид господарської діяльності не схильний до впливу клімату в такій мірі, як сільське господарство. Є підстави припускати, що ця залежність зберігається і загостриться ще більше в майбутньому. У той же час у міру зростання інтенсифікації сільськогосподарського виробництва, що стало нагальною потребою для людини, зростає і зворотний вплив сільськогосподарського виробництва на клімат.
У табл. 5 наведені деякі демографічні дані, що характеризують географічне розподіл населення земної кулі. Очевидно, що проблема збільшення продовольчої, сировинної, паливно-енергетичної бази, водопостачання, промислового виробництва та ін. В зв'язку з ростом населення стає першочерговим. При цьому слід мати на увазі, що з кількох мільйонів видів рослин лише близько 30 (більше 10 млн. Т продуктів в рік) можуть розглядатися як джерела продовольчої бази. Що стосується тваринного світу, то тут тільки 7 видів є постачальниками більше 0,5 млн. Т м'яса на рік.
Основний продовольчою культурою, яка визначає стан продовольчої бази в цілому, вважається зерно. В даний час (за даними на 1977 г.) світове виробництво його становить 1319,7 млн. Т в рік.
Як випливає з табл. 5, приріст населення в світі за даними на 1972 р склав близько 75 млн. Осіб на рік. За скромними оцінками в середньому 1 т зерна достатньо для підтримки життя трьох осіб. При цій нормі приріст виробництва зерна може скласти близько 25 млн. Т в рік. Але в міру збільшення населення це число повинне бути вище. Однак в ряді країн помірного клімату, де зерно - не тільки основна продовольча культура для людини, але і кормова культура для худоби, норма споживання зерна в середньому на душу населення більше. Так, наприклад, в СРСР вона становить близько 1 т на людину (у багатьох країнах, наприклад Бангладеш та ін., Не більше 170-180 кг на людину).
Вважається, що для розвиненого суспільства норма споживання зерна повинна становити близько 800 кг в рік на людину. У зв'язку з цим і річний приріст виробництва зерна на плановане збільшення населення повинен бути більше, отже, 25 млн. Т в рік - оцінка по нижній межі.
Процес зростання виробництва зерна може йти двома шляхами: за рахунок освоєння і розорювання нових земель, а також підвищення врожайності. Потенційно можливості для цього існують. Однак забезпечення зростання продовольчої бази неминуче стикається, з одного боку, з залежністю врожайності і загального виробництва від клімату, з іншого - з впливом господарської діяльності і самого процесу освоєння нових земель і розширення виробництва на навколишнє середовище і клімат.
У табл. 6 наведені дані Боринга, Ван Хіммста і Сторінга, що характеризують виробничий потенціал різних районів світу в перерахунку на зерновий еквівалент з урахуванням якості ґрунтів, кліматичних умов і умов фотосинтезу.
Якщо вважати, що в даний час проводиться 1,3 млрд. Т зерна на рік, то середня врожайність повинна скласти 1 т / га. При таких умовах можливий додатковий потенціал для збільшення збору зерна в світі без зростання врожайності складе за рахунок освоєння нових земель близько 1 млрд. Т / рік. Цього достатньо для того, щоб забезпечити продовольством додатково близько 1-3 млрд. Чоловік. Передбачуваний ж зростання населення значно більше. З цієї причини всі шляхи збільшення врожайності повинні бути прийняті до уваги, включаючи і оптимальне використання кліматичного потенціалу різних країн.
Однак за даними Всесвітньої організації з продовольства (ФАО) ситуація в світі така, що в ряді країн, особливо в звільнилися від колоніального ярма, та й в розвинених капіталістичних країнах, має місце недоїдання. За даними цієї організації нестача продовольства в світі складає 230 млрд. Кал. в рік (37 млн. т пшениці).
Для усунення недоліків в харчуванні і забезпечення їжею зростаючого населення необхідно збільшити виробництво зерна вже не на 25, а на 65-70 млн. Т нарік або частково покрити цю нестачу іншими видами продовольства, або піднявши врожайність цих видів культур, або розширивши орні землі. Якщо виробництво зерна буде збільшуватися не за рахунок підвищення врожайності, а тільки за рахунок освоєння нових територій, то, по-перше, цих заходів може виявитися недостатньо, а по-друге, цей процес може відбитися на характері підстильної поверхні, газовому складі атмосфери, вуглецевому циклі, влагооборота і ін.
Світове виробництво зерна
Розглянемо тепер врожайність і її залежність від клімату. На рис. 14, 15 наведені дані ФАО про світове виробництво зерна і по групах країн. На тлі зростання врожайності і загального виробництва зерна чітко видно деякі «провали» і «сплески», які пов'язані в основному з кліматичними умовами. Відзначаються і стійкі врожаї, в меншій мірі залежать від кліматичних умов. Таким чином, щоб відповісти на питання, наскільки можна підвищити врожайність і загальне виробництво зерна в майбутньому, слід впевнено відповісти на два питання:
досягла врожайність граничного рівня, і якщо немає, то як повинна бути вдосконалена система сільського господарства в майбутньому для підвищення врожайності;
був чи різке зростання врожайності в 50-60-х роках результатом лише підвищення культури виробництва та рівня організаційної роботи або він був частково пов'язаний зі сприятливими кліматичними умовами?
Характеристика річного виробництва зерна в країнах світу
Перше питання швидше за все стосується фахівців сільськогосподарського виробництва. Не вдаючись в його обговорення, ми, проте, відзначимо, що за останні 100- 200 років врожайність в середньому зросла в 2-3 рази. Але енерговитрати за цей час на виробництво 1 т зерна істотно зросли. З цієї причини подальше зростання врожайності не може не викликати зростання енерговитрат, а отже, і нової екологічної навантаження на навколишнє середовище.
Друге питання вимагає уваги кліматологів. Так, в літературі є вказівка на те, що більш прохолодні і більш дощові умови зазначених двох десятиліть (50-60-ті роки) сприяли підвищенню середньої врожайності зернових, хоча і в ці роки були коливання врожайності (1964-1966 рр.). У зв'язку з цим заходи щодо підвищення врожайності повинні плануватися з урахуванням можливих змін кліматичних умов.
Річні коливання виробництва зернових культур, обумовлені коливаннями клімату, можуть становити 1 10% і більше по відношенню до лінії середнього тренда. Так, в період посухи 1972 р світові запаси зерна скоротилися на 33 млн. Т. У цілому несприятливі кліматичні умови сприяли зменшенню виробництва продовольства в 1964-1966 і 1972-1974 рр.
Так, коливання клімату серйозно позначаються на економіці країн помірної зони, які, маючи в своєму розпорядженні половиною всіх посівних площ, виробляють близько 2/3 світового кількості зернових і на 75% забезпечують експорт пшениці. Уявлення про междугодових коливаннях виробництва зернових дає табл. 7.
Як бачимо, саме на роки з несприятливими кліматичними умовами падають негативні значення зернового балансу.
За даними таких зернопроизводящих країн, як Канада, США, СРСР, Китай, Франція, Австралія, Аргентина, ФРН, Великобританія та Іспанія, з 1960 по 1977 р площа посівів пшениці зросла на 6,3%, а виробництва зерна - на 48% . Однак є підстави припускати, що, крім вдосконалення технології виробництва, деяку роль у підвищенні врожайності грали і кліматичні умови повоєнних років й що наступив період нестійкості клімату буде перешкоджати цьому зростанню.
Не випадково тому деякі фахівці в США вважають, що в прийдешньому десятилітті науково-технічний «вибух» в сільському господарстві відбудеться не в області біології і техніки, а в області вдосконалення шляхів отримання та ефективного використання інформації про клімат, т. Е. В області культури землеробства , заснованої на оптимальному використанні кліматичної інформації.
Аналіз коливань врожаю зернових в 25 зернопроизводящих районах світу в 1950-1973 рр. показав, що раз в три роки можна очікувати такі кліматичні умови, які викличуть зміни в зборі світового врожаю більш ніж на 27 млн. т в рік щодо лінії тренда. У зв'язку з цим певний інтерес представляє виконаний в США комплекс досліджень, мета якого - розглянути ймовірні сценарії клімату до 2000 р, оцінити залежність виробництва зерна в основних зернових країнах світу від клімату і в кінцевому підсумку проаналізувати наслідки реалізації того чи іншого сценарію.
Перше завдання вирішувалася шляхом опитування провідних експертів-кліматологів світу про можливі зміни клімату до 2000 р Було визначено п'ять найбільш ймовірних сценаріїв майбутнього клімату: перший з ймовірністю 0,1 передбачає сильне похолодання клімату зі зміною середніх температур до -1,4 ° С; другий з імовірністю 0,25 - помірне похолодання клімату зі зміною середньої температури до -0,3 ° С; третій з імовірністю 0,3 - незмінений клімат або дуже слабке (до 0,04 ° С) його потепління; четвертий з ймовірністю 0,25 - помірне потепління клімату до 0,6 ° С; п'ятий з ймовірністю 0,1 - сильне потепління клімату до 1,8 ° С. Аналогічні оцінки змін температури стосовно кожного сценарієм експерти дали і для різних субрегіонів світу.
Інша група експертів в галузі сільськогосподарського виробництва проаналізувала, як ті чи інші комбінації відхилень суми опадів і середніх температур за вегетаційний період від нормальних умов вплинуть на урожай зернових. Для 15 комбінацій «країна - вид зерна» були розглянуті відхилення за базовий період від середніх значень температури, опадів (в%), врожаю.
За базовий період брали кілька десятиліть (від одного до шести), за які для даної культури і даної країни була необхідна інформація.Еслі, наприклад, для відхилень температури дельтаТ (° С) і опадів дельтаR (%) експерт визначив врожайність 80% щодо років із середніми умовами погоди, він проставляв в анкеті величину відносного врожаю 80 і т. д. За цими даними були обчислені функції розподілу, що дозволили встановити ймовірність того чи іншого врожаю р. У свою чергу, цим урожаю відповідає певна комбінація дельтаТ і дельтаR.
Рис. 16 ілюструє вплив відхилень температури і опадів від середніх значень для базового періоду на урожай. Ізолінії характеризують врожайність у відсотках від середньої. Межі полігонів, що мають неправильну форму, вказують на найбільш ймовірні діапазони змін температури і опадів для даних районів. Як видно з малюнків, ймовірність попадання в даний інтервал кліматичних умов становить від 95 до 96%. Хрестиками з цифрами відзначені максимальні врожаї в процентах від середнього. Так, наприклад, для аргентинської кукурудзи було відзначено два максимальних врожаю (128%). Стрілками показані величини середньоквадратичних відхилень від середніх значень (1о) для дельтаТ і дельтаR.
Залежність врожайності від кліматичних умов
З малюнка видно, що для більшості районів і діапазон змін, і величина а для опадів в відносних величинах більше, ніж для температури. З цього випливає, що збори врожаю в більшій мірі залежать від опадів, ніж від температури.
Вплив кліматичних умов таке, що при екстремальних кліматичних умовах урожайність може падати від 50-60% від середніх умов, а для деяких випадків (аргентинська кукурудза) - до 45%. Максимальні врожаї досягають 113-145 і навіть 156% (австралійська пшениця) від середніх. В діапазоні відхилень кліматичних умов від середніх значень врожайність може коливатися в межах 10-20%.
В даний час існують більш ефективні методи оцінок, засновані на використанні фізико-математичних моделей «погода - урожай». Тим не менш наведені оцінки дають правильну якісну картину, що характеризує досить сильну залежність сільськогосподарського виробництва від кліматичних умов. Так, для кукурудзи в Аргентині і США перехід до сценарію сильного похолодання викличе збільшення врожайності на 7-8%, а до сценарію потепління клімату - зниження врожаю на 3-4%. Для рису в Індії і Китаї будь-який сценарій (похолодання чи потепління) дає незначне зниження врожаїв. Приблизно така ж картина і для соєвих бобів в Бразилії і США. Урожай ярої пшениці в Канаді знизиться приблизно на 10% у разі різкого похолодання клімату і збільшиться на 6-7% при сильному потеплінні. Для озимої пшениці в Аргентині, Австралії, Індії та США картина виходить зворотна. Сценарії похолодання клімату дають зростання врожаю до 3-5%, а потепління - такі ж приблизно падіння врожаїв. Відповідно експерти оцінили, що за рахунок підвищення технології виробництва врожаї кукурудзи, рису і соєвих бобів збільшаться до 2000 р на 25- 50%, а ярої та озимої пшениці - на 11-40%.
З наведених даних випливає, що зростання виробництва зерна завдяки підвищенню технології виробництва істотно перевершить можливі втрати за рахунок самого несприятливого кліматичного сценарію. Однак цього зростання врожайності явно недостатньо, так як очікується, що для більшості основних зернових країн зростання виробництва зерна за рахунок вдосконалення технології складе не більше 23-30%, що в перерахунку на зерно дасть додатково всього близько 300-400 млн. Т зерна. Цього достатньо, щоб прогодувати близько 1 1,5 млрд. Чоловік (виходячи з норми не 800, а 300 кг на людину). Передбачуване ж збільшення населення земної кулі буде істотно більше, близько 3-4 млрд. Чоловік.
У зв'язку з цим проблема оптимального використання кліматичного потенціалу для підвищення врожаїв матиме вирішальне значення. До цього, однак, слід додати, що на тлі зміни середніх кліматичних умов, що призводять до коливань врожаю в межах 10-20%, вплив екстремальних кліматичних умов може перевищувати цю цифру в 2-3 рази і досягати 30-50%.
При аналізі поточного клімату ми звернули увагу на збільшення повторюваності незвичайних кліматичних екстремумів. Аналіз впливу антропогенних факторів на клімат, який проведено в наступному розділі, показує, що ймовірність появи кліматичних екстремумів зростає.
Для ілюстрації в табл. 8 наводяться очікувані варіації в урожаї, які можуть бути викликані кліматичної мінливістю. Як видно, за рахунок кліматичної мінливості коливання врожайності можуть досягти не 6-9, а до 24%, т. Е. Бути порівнянними з ростом врожайності за рахунок підвищення технології виробництва.
В даний час на площі близько 200 млн. Га земель виробляються іригаційні заходи, при цьому досягаються стійкі високі врожаї. Так, в ряді країн Західної Європи врожайність зерна на поливних землях в 3-4 рази вище, ніж на неполивних. Особливе значення ці заходи мають для тропіків і субтропіків, де розподіл опадів нерівномірно і дуже висока інтенсивність випаровування, а період максимальної інсоляції часто збігається з періодом мінімальних опадів. Для ілюстрації можна послатися на дослідження, проведені в Індії. Коливання врожайності сільськогосподарських культур тут здебільшого пояснюються кліматом. Однак іригація може послабити цей вплив. Так, з 1915 по 1955 р в Індії ріс урожай пшениці з 0,6 до 1,4 т / га. До 1940 р збільшувалася і кількість опадів. Але після 1940 р воно стало різко зменшуватися, а врожайність проте продовжувала зростати, що пояснюється заходами, прийнятими в області іригації.
Як відомо, на врожаї впливають і шкідники. Ряд голодних років був пов'язаний з епідеміями. Так, голод в Ірландії в 1840 р викликаний епідемією картопляної гнилі. Втрати пшениці в США в 1917 р з'явилися результатом епідемії стебловий іржі. Голод в Бенгалії (Індія) в 1943 р був пов'язаний з хворобою рису (коричневі плями). В середині 40-х років в США через грибка, що викликає вікторіанську хвороба рослин, загинув овес. У 1970- 1971 рр. по всій території США поширилася епідемія кукурудзяної хвороби. Встановлено, що більшість з цих епідемій залежить від кліматичних умов, так як збудники хвороб можуть розмножуватися і розвиватися при певних кліматичних умовах.
Кліматичні умови впливають на продуктивність тваринництва, причому наслідки багатьох кліматичних аномалій (наприклад, посух) позначаються на тваринництві через кілька років.
Все це разом узяте ще більш загострює проблему взаємодії клімату і сільськогосподарського виробництва і робить її все більш актуальною, а витрати на вивчення клімату - рентабельними.