The modern trends and forecast of agro-climatic conditions and soil evolution in the Upper Volga region

Abstract

В работе изучены и обоснованы причины, обуславливающие современные изменения агроклиматических условий и эволюции почв на территории Верхнего Поволжья, а также дан прогноз их возможных изменений в ближайшие 30 лет. Дано обоснование научной и практической значимости оценки и прогноза данных процессов. Эволюция почв во внутривековом масштабе преимущественно вызывается изменением климата и биоты. Также, впервые предложена концепция потенциального воздействия глобального потепления на агроресурсы современных пахотных и постагрогенных почв на основе агроклиматических индексов. Анализ влияния изменения агроклиматического режима на почвенные показатели почв показал, что изменения агроклиматических условий за последние 30 лет характеризуются увеличением теплообеспеченности по среднегодовой температуре воздуха на +1,0-+1,3°С и по годовой сумме температур воздуха выше +10°С на 140-210°С, а также уменьшением влагообеспеченности по годовой сумме осадков на –60-30 мм и по гидротермическому коэффициенту на –0,24-0,08. Также показано, что пространственное распределение агроклиматических условий не является равномерным: большие изменения отмечаются на юго-западе территории. Вследствие изменений агроклиматических условий за последние 30 лет увеличилось содержание микроэлементов в почве, таких как калий, натрий, кальций, магний, и железо; а также в меньшей степени отмечается увеличение органического углерода и азота. Разработана методика прогнозирования на основе МОЦАО и выполнены расчеты агроклиматических условий и эволюции почв на середину XXI века (2041-2060 гг.) по нескольким возможным сценариям глобального потепления. По прогнозу, теплообеспеченность Верхней Волги увеличится: по среднегодовой температуре воздуха на +1,0-+2,8°С относительно 1961-1990 гг., по годовой сумме температур воздуха на +500-+850°С. Влагообеспеченность по годовой сумме осадков не изменится, но по гидротермическому коэффициенту уменьшится относительно текущих значений. Эволюция почв по прогнозу не претерпит значительных изменений, однако выявленная тенденция сохранится.

In the study the reasons causing modern changes in agro-climatic conditions and soil evolution in the Upper Volga region are studied and justified as well as the forecast of their possible changes in the next 30 years is given/ The substantiation of scientific and practical significance of assessment and forecasting of these processes is given. The evolution of soils in the intra-century scale is mainly caused by changes in climate and biota. Also, for the first time, the concept of the potential impact of global warming on the agro resources of modern arable and post-agrogenic soils on the basis of agro-climatic indices is proposed. Analysis of the impact of changes in the agro-climatic regime on soil indices has shown that changes in agro-climatic conditions over the past 30 years have been characterized by an increase in the heat supply by the average yearly air temperature by +1,0-+1,3°C and by a 140-210°C in the yearly sums of air temperatures above +10°C, and by a decrease in the moisture supply by yearly precipitation sum by –60-30 mm and by –0,24-0,08 on hydrothermal coefficient. It is also shown that the spatial distribution of agro-climatic conditions is not uniform: large changes are observed in the south-west of the territory. Due to changes in agro-climatic conditions, the content of microelements in the soil, such as potassium, sodium, calcium, magnesium, and iron, has increased in the last 30 years; and the increase in organic carbon and nitrogen is noted to a lesser extent. A AOGCM-based forecasted technique was developed and there were made calculations of agro-climatic conditions and soil evolution for the middle of the 21st century (2041-2060) under several possible global warming scenarios. According to the forecast, heat supply of the Upper Volga region will increase: by average yearly air temperature by +1,0-+2,8°C relative to 1961-1990, by yearly sum of air temperatures above +10°C by +500-+850°C. Moisture availability by yearly precipitation sum will not change, but by hydrothermal coefficient will decrease relative to current values. Soil evolution according to the forecast will not experience significant changes, but the identified trend will remain.