sergeogrИзвестия Российской академии наук. Серия географическаяIzvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya2587-55662658-697510.31857/S2587556622020108sergeogr-1537Research ArticleРегиональные географические проблемыRegional Geographical ProblemsВлияние изменений климата и внесения удобрений на урожайность и качество зерна (по многолетним данным Фаленской селекционной станции, Кировская область)Effect of Climate Change and Fertilizers on Grain Yield and Quality in the Northern Part of European RussiaСуховееваО. Э.SukhoveevaO. E.

Москва

Moscow

olgasukhoveeva@gmail.comЛысковаИ. В.LyskovaI. V.

Киров

Kirov

ЛысковаТ. В.LyskovaT. V.

Киров

Kirov

Институт географии РАНРоссияInstitute of Geography, Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральный аграрный научный центр им. Н.В. РудницкогоРоссияRudnitskii Federal Agrarian Scientific Center of NortheastRussian Federation202228052022862220231Copyright © Суховеева О.Э., Лыскова И.В., Лыскова Т.В., 20222022Суховеева О.Э., Лыскова И.В., Лыскова Т.В.Sukhoveeva O.E., Lyskova I.V., Lyskova T.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestia.igras.ru/jour/article/view/1537

По результатам длительного полевого опыта Фаленской селекционной станции (Кировская область) с внесением удобрений, заложенного в 1971 г., оценено влияние температуры воздуха и колебания количества осадков на урожайность и содержание белка в зерне яровой пшеницы. В Кировской области, лежащей на северной границе зоны земледелия в зоне избыточного увлажнения, за 1971–2020 гг. температура воздуха росла со скоростью 0.39°С/10 лет, менее интенсивно по сравнению с другими регионами страны. Несмотря на прерывистый ряд данных по урожайности, при оценке влияния на нее погодных условий вегетационного периода отмечены положительные корреляции урожайности с количеством осадков в июне и отрицательные – с температурой воздуха в этот месяц. По результатам регрессионного анализа климатические условия обуславливали 49–74% дисперсии урожайности. Известкование дерново-подзолистых почв и внесение удобрений позволяли не только повысить продуктивность культуры на 30–50%, но и снизить дисперсию параметров, обусловленную колебаниями погодных условий, на 7–10%. Содержание сырого протеина в зерне также в большей степени определялось внесением удобрений, при этом на него отрицательно влияли как повышение температуры, так и увеличение количества осадков в период созревания. Подтверждается ведущая роль антропогенных факторов (известкования, внесения удобрений) в поддержании урожайности и сохранении качества зерна на фоне современного потепления климата в северных регионах. 

The effect of air temperature increase and precipitation fluctuations on the yield and protein content of spring wheat grain was evaluated using the example of a long-term field experiment of Falenskaya breeding station (Kirov oblast) established in 1971. In Kirov oblast, lying on the northern border of the agricultural zone at the humidified area, air temperature increased at a rate of 0.39°C/10 years in 1971–2020, less intensively than in other regions of the country. Despite the intermittent series of yield data, we have assessed the influence of weather conditions of the growing season on it, positive correlations with precipitation in June and a negative one—with the air temperature in this month were noted. According to the regression analysis, climatic conditions were responsible for 49–74% of the yield variance. Liming of sod-podzolic soils and fertilization allowed not only increasing the crop productivity by 30–50% also decreasing of its dispersion caused by changing weather conditions by 7–10%. The protein content of the grain was also determined to a greater extent by fertilizer application and was negatively affected by both higher temperatures and increased rainfall during the ripening period. The case of the Falenskaya breeding station confirms the leading role of the anthropogenic factor in maintaining and increasing yields and preserving grain quality against the background of current climate warming at the northern border of the farming zone. 

агроклиматические ресурсыбиоклиматический потенциалдерново-подзолистые среднесуглинистые почвыкорреляционно-регрессионный анализсырой протеинфосфорные удобренияяровая пшеницаagroclimatic resourcesbioclimatic potentialcrude proteinsod-podzolic medium loamy soilcorrelation-regression analysisphosphorus fertilizersspring wheatРабота выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 20-76-00023 (статистический анализ), а также в рамках государственных заданий Института географии РАН № АААА-А19-119021990093-8, FMGE2019-0007 (оценка агроклиматических ресурсов) и Федерального аграрного научного центра Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого № FNWE-2022-0005 (полевой опыт).ReferencesАнисимов О.А., Жильцова ЕЛ., Ренева С.А. Оценка критических уровней воздействия изменения климата на природные экосистемы суши на территории России // Метеорология и гидрология. 2011. № 11. С. 31–41.Anisimov O.A., Zhil’tsova E.L., Reneva S.A. Estimation of critical levels of climate change influence on the natural terrestrial ecosystems on the territory of Russia. Russ. Meteorol. Hydrol., 2011, vol. 36, no. 11, pp. 723–730. https://doi.org/10.3103/S1068373911110033Бакаева Н.П., Шулаева Ю.Г. Содержание суммарного белка и крахмала в зерне различных сортов яровой пшеницы в условиях Среднего Поволжья // Сельскохозяйственная биология. 2005. № 40 (3). С. 39–44.Bakaeva N.P., Shulaeva Yu.G. Amounts of total protein and starch in corn of different varieties of summer wheat in the conditions of middle Povolzh’e. S–kh. Biol., 2005, vol. 40, no. 3, pp. 39–44. (In Russ.).Ермакова Л.Н., Толмачева Н.И., Безматерных Е.А. Оценка агроклиматических ресурсов территории Пермского края // Географический вестн. 2010. № 2 (13). С. 44–52.Brites C.M., Macas B., Muacho C., Coco J. Quality of durum wheat breeding lines: Genetic and environmental effects. In Durum Wheat Improvement in the Mediterranean Region: New Challenges. Zaragoza: CIHEAM, 2000, pp. 479–484.Завалин А.А., Соколов О.А. Потоки азота в агроэкосистеме: от идей Д.Н. Прянишникова до наших дней. М.: ВНИИА, 2016. 595 с.Cabas J., Weersink A., Olale E. Crop yield response to economic, site and climatic variables. Climatic Change, 2010, vol. 101, pp. 599–616. https://doi.org/10.1007/S10584-009-9754-4Завьялова Н.Е., Сторожева А.Н. Агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы и урожайность полевых культур при внесении возрастающих доз полного минерального удобрения // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2015. № 4 (47). С. 35–41.Cai X., Wang D., Laurent R. Impact of climate change on crop yield: a case study of rainfed corn in Central Illinois. J. Appl. Meteorol. Climatol., 2009, vol. 48, pp. 1868–1881. https://doi.org/10.1175/2009JAMC1880.1Исмагилов Р.Р., Хасанов Р.А. Качество и технология производства хлебопекарного зерна пшеницы. Уфа: Гилем, 2005. 200 с.Chukhina O.V., Zhukov Yu.P., Bykov G.N. Productivity of spring wheat under different dozes and methods of nitrogen fertilizing in Vologda region. Plodorodie, 2012, no. 6, pp. 5–8. (In Russ.).Калинин А.И. Агрохимические свойства дерново-подзолистых почв и продуктивность растений. Киров, 2004. 220 с.Ermakova L.N., Tolmacheva N.I., Bezmaternyh E.A. The evaluation of agroclimatic resources within the territory of Perm region. Geogr. Vestn., no. 2 (13), pp. 44–52. (In Russ.).Катцов В.М., Порфирьев Б.Н. Оценка макроэкономических последствий изменений климата на территории Российской Федерации на период до 2030 г. и дальнейшую перспективу (резюме доклада) // Тр. Гл. геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова. 2011. Вып. 563. С. 7–59.Fatykhov I.S., Korepanova E.V., Borisov B.B. Reaction of spring wheat Iren on abiotic conditions with chemical composition of grain. Vestn. Kazan. Gos. Agrarn. Univ., 2017, vol. 12, no. 2, pp. 42–47. (In Russ.).Ковшова В.Н. Приемы, повышающие устойчивость луговых агрофитоценозов в условиях изменения климата в Волго-Вятском экономическом районе // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2012. № 5 (30). С. 31–34.Hatfield J.L., Prueger J.H. Temperature extremes: Effect on plant growth and development. Weather Clim. Extremes, 2015, vol. 10, pp. 4–10. https://doi.org/10.1016/j.wace.2015.08.001Косолапова А.И., Возжаев В.И., Лейних П.А. Урожайность и качество зерна яровой пшеницы в зависимости от применения минеральных удобрений // Пермский аграрный вестн. 2017. № 3 (19). С. 76–80.Ismagilov R.R., Khasanov R.A. Kachestvo i tekhnologiya proizvodstva khlebopekarnogo zerna pshenitsy [Quality and Technology for the Production of Baking Grain of Wheat]. Ufa: Gilem Publ., 2005. 200 p.Крупнова О.В. О сопоставлении качества зерна яровой и озимой пшеницы в связи с делением на рыночные классы (обзор) // Сельскохозяйственная биология. 2013. № 1. С. 15–25.Kalinin A.I. Agrokhimicheskie svoistva dernovo-podzolistykh pochv i produktivnost’ Rastenii [Agrochemical Properties of Sod-Podzolic Soils and Plant Productivity]. Kirov: NIISKh Severo-Vostoka, 2004. 220 p.Ларионова А.А., Ермолаев А.М., Никитишен В.И., Лопес де Гереню В.О., Евдокимов И.В. Баланс углерода в пахотных серых лесных почвах при разных способах сельскохозяйственного использования // Почвоведение. 2009. № 12. С. 1464–1474.Kattsov V.M., Porfir’ev B.N. Assessment of macroeconomic impacts of climate change over the territory of Russian Federation until 2030 and beyond (summary). Tr. GGO, 2011, vol. 563, pp. 7–59. (In Russ.).Лыскова И.В. Суховеева О.Э., Лыскова Т.В. Влияние локального изменения климата на продуктивность яровых зерновых культур в условиях Кировской области // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2021. № 22 (2). С. 244–253. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2021.22.2.244-253Kosolapova A.I., Vozzhaev V.I., Leinikh P.A. Crop productivity and grain quality of spring wheat in dependence on application of mineral fertilizers. Perm. Agrarn. Vestn., 2017, no. 3 (19), pp. 76–80. (In Russ.).Митрофанова О.П., Хакимова А.Г. Новые генетические ресурсы в селекции пшеницы на увеличение содержания белка в зерне // Вавиловский журн. генетики и селекции. 2016. № 20 (4). С. 545–554. https://doi.org/10.18699/VJ16.177Kovshova V.N. Methods of increasing of stability of meadow agro-phytocenoses under condition of climate change in Volga-Vyatka economic region. Agrarn. Nauka Evro-Severo-Vostoka, 2012, no. 5 (30), pp. 31–34. (In Russ.).Молодкин В.Н., Бусыгин А.С. Плодородие пахотных почв Кировской области // Земледелие. 2016. № 8. С. 16–18.Krupnova O.V. А comparison of grain quality in spring and winter wheats associated with market classes (review). S-kh. Biol., 2013, no. 1, pp. 15–25. (In Russ.). https://doi.org/10.15389/agrobiology.2013.1.15rusНенайденко Г.Н. Удобрение и повышение качества зерна пшеницы в Верхневолжье // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. 2018. № 1 (53). С. 122–138. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32847010Larionova A.A., Ermolaev A.M., Nikitishen V.I., de Gerenyu V.O.L., Evdokimov I.V. Carbon budget in arable gray forest soils under different land use conditions. Eurasian Soil Sci., 2009, vol. 42, no. 12, pp. 1364–1373. https://doi.org/10.1134/S1064229309120060Павлова В.Н., Варчева С.Е. Оценки степени уязвимости территории и климатического риска крупных неурожаев зерновых культур в зерносеющих регионах России // Метеорология и гидрология. 2017. № 8. С. 39–49.Lorenzo M., Assuero S.G., Tognetti J.A. Low temperature differentially affects tillering in spring and winter wheat in association with changes in plant carbon status. Ann. Appl. Biol., 2015, vol. 166, pp. 236–248. https://doi.org/10.1111/aab.12177Павлова В.Н. Агроклиматические ресурсы и продуктивность сельского хозяйства России при реализации новых климатических сценариев в XXI веке // Тр. Гл. геофизической обсерватории. 2013. № 569. С. 20–37.Lyskova I.V., Sukhoveeva O.E., Lyskova T.V. The influence of local climate change on the productivity of spring cereals in the Kirov region. Agrarn. Nauka Evro-SeveroVostoka, 2021, no. 22 (2), pp. 244–253. (In Russ.). https://doi.org/10.30766/2072-9081.2021.22.2.244-253Поскребышева М.М., Исмагилов Р.Р. Темпы роста и развития яровой пшеницы в зависимости от гидротермических условий // Вестн. Казанского ГАУ. 2020. № 15 (57). С 38–42. https://doi.org/10.12737/2073-0462-2020-1-38-42Mitrofanova O.P., Khakimova A.G. New genetic resources in wheat breeding for an increased grain protein content. Vavilovskii Zh. Genetiki i Selektsii, 2016, no. 20 (4), pp. 545–554. (In Russ.).Пронько В.В., Чуб М.П., Ярошенко Т.М., Климова Н.Ф., Журавлев Д.Ю. Отзывчивость сельскохозяйственных культур на минеральные удобрения в различных гидротермических условиях Степного Поволжья // Аграрный научный журн. 2017. № 9. С. 27– 32.Nenaidenko G. Fertilizer and improvement of quality of grain of wheat in Upper Volga region. Sovremennye Naukoemkie Tekhnologii. Regional’noe Prilozhenie, 2018, no. 1 (53), pp. 122–138. (In Russ.).Пряхина С.И., Скляров Ю.А., Васильева М.Ю., Фридман А.Н., Белоцерковская А.В. Агрометеорологические условия формирования продуктивности яровой пшеницы по межфазным периодам онтогенеза // Изв. Саратовского ун-та. Сер. Науки о Земле. 2008. Т. 8. Вып. 1. С. 22–25.Pavlova V.N. Agroclimatic resources and agricultural productivity of Russia with the application of new climate scenarios in the XXI century. Tr. GGO, 2013, vol. 569, pp. 20–37. (In Russ.).Сапожникова С.А. Агроклиматические ресурсы Нечерноземной зоны РСФСР. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 9 с.Pavlova V.N., Varcheva S.E. Estimating the level of territory vulnerability and climate-related risk of significant grain crop failure in grain-producing regions of Russia. Russ. Meteorol. Hydrol., 2017, vol. 42, no. 8, pp. 510– 517. https://doi.org/10.3103/S1068373917080040Сиротенко О.Д., Павлова В.Н. Новый подход к идентификации функционалов погода – урожай для оценки последствий изменения климата // Метеорология и гидрология. 2010. № 2. С. 92–100.Poskrebysheva М.М., Ismagilov R.R. Speeds of spring wheat growth and development depending on hydrothermal conditions. Vestn. Kazan. Gos. Agrarn. Univ., 2020, no. 15 (57), pp. 38–42. (In Russ.). https://doi.org/10.12737/2073-0462-2020-1-38-42Фатыхов И.Ш., Корепанова Е.В., Борисов Б.Б. Реакция яровой пшеницы Ирень на абиотические условия химическим составом зерна // Вестн. Казанского ГАУ. 2017. № 2 (44). С. 42–47. https://doi.org/10.12737/article_59a7f75e3faa12.06301014Pronko V.V., Chub M.P., Yaroshenko T.M., Klimova N.F., Zhuravlev D.Yu. Response of agricultural crops to mineral fertilization in different hydrothermal conditions of steppe Povolzhye region. Agrarn. Nauch. Zh., 2017, no. 9, pp. 27–32. (In Russ.).Целуйко О.А., Медведева В.И., Поволоцкая Ю.С. Зависимость химического состава зерна сельскохозяйственных культур от агротехники // Изв. Оренбургского гос. аграрного ун-та. 2014. № 4 (48). С. 37–40.Pryakhina S.I., Sklyarov Yu.A., Vasileva M.Yu., Fridman Yu.N., Belotserkovskaya A.V. Agrometeorological conditions for the formation of spring wheat productivity in the interphase periods of ontogenesis. Izv. Saratov. Univ., Ser. Nauki o Zemle, 2008, no. 8 (1), pp. 22–25. (In Russ.).Чухина О.В., Жуков Ю.П., Быков Г.Н. Продуктивность яровой пшеницы при разных дозах и способах внесения азотных удобрений в Вологодской области // Плодородие. 2012. № 6. С. 5–8.Roy R.N., Fink A., Blair G.J., Tandon H.L.S. Plant Nutrition for Food Security. A Guide for Integrated Nutrient Management. FAO Fertilizer and Plant Nutrition Bulletin, no. 16. Rome: FAO, 2006. 349 p.Шайхутдинов Ф.Ш., Сержанов И.М., Шайхразиев Ш.Ш. Теоретические основы формирования урожая зерна яровой мягкой пшеницы в республике Татарстан // Вестн. Казанского ГАУ. 2008. № 4 (10). С. 100–104.Sapozhnikova S.A. Agroklimaticheskie resursy Nechernozemnoi zony RSFSR [Agroclimatic Resources of the Non-Chernozem Zone of RSFSR]. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1977. 9 p.Щенникова И.Н. Влияние погодных условий на рост и развитие растений ячменя в Кировской области // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2014. № 4 (41). С. 9–12.Schlenker W., Roberts M.J. Nonlinear temperature effects indicate severe damages to U.S. crop yields under climate change. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2009, vol. 106 (37), pp. 15594–15598. https://doi.org/10.1073/pnas.0906865106Якушев В.П., Жуковский Е.Е. Анализ рисков – как основа оценки последствий изменений климата в земледелии // Докл. Рос. академии сельскохоз. наук. 2009. № 5. С. 54–57.Shaikhutdinov F.Sh., Serzhanov I.M., Shaikhraziev Sh.Sh. Theoretical foundations of grain yield formation of spring soft wheat in the Republic of Tatarstan. Vestn. Kazan. Gos. Agrarn. Univ., 2008, no. 4 (10), pp. 100– 104. (In Russ.).Brites C.M., Macas B., Muacho C., Coco J. Quality of durum wheat breeding lines: Genetic and environmental effects / Durum wheat improvement in the Mediterranean region: New challenges. Zaragoza: CIHEAM, 2000. P. 479–484. https://docviewer.yandex.ru/view/1027345132/Shchennikova I.N. Influence of weather conditions on growth and development of barley plants in Kirov region. Agrarn. Nauka Evro-Severo-Vostoka, 2014, vol. 41, no. 4, pp. 9–12. (In Russ.).Cabas J., Weersink A., Olale E. Crop yield response to economic, site and climatic variables // Climatic Change. 2010. № 101. P. 599–616. https://doi.org/10.1007/S10584-009-9754-4Sirotenko O.D., Pavlova V.N. A new approach to identifying the weather-crop yield functionals for assessing climate change consequences. Russ. Meteorol. Hydrol., 2010, vol. 35, no. 2, pp. 142–148. https://doi.org/10.3103/S1068373910020093Cai X., Wang D., Laurent R. Impact of climate change on crop yield: a case study of rainfed corn in Central Illinois // J. Applied Meteorol. and Climatol. 2009. № 48. P. 1868–1881. https://doi.org/10.1175/2009JAMC1880.1Tseluiko O.A., Medvedeva V.I., Povolotskaya Yu.S. Dependence of chemical composition of farm crops grain on agrotechnics. Izv. Orenburg. Gos. Agrarn. Univ., 2014, vol. 48, no. 4, pp. 37–40. (In Russ.).Hatfield J.L., Prueger J.H. Temperature extremes: Effect on plant growth and development // Weather and Climate Extremes. 2015. № 10. P. 4–10. https://doi.org/10.1016/j.wace.2015.08.001Yakushev V.P. Risk analysis as the basis for evaluating the consequences of climate changes in agriculture. Russ. Agric. Sci., 2009, vol. 35, no. 5, pp. 355–358.Lorenzo M., Assuero S.G., Tognetti J.A. Low temperature differentially affects tillering in spring and winter wheat in association with changes in plant carbon status // Annals of Applied Biology. 2015. № 166. P. 236–248. https://doi.org/10.1111/aab.12177Zav’yalova N.E., Storozheva A.N. Agrochemical properties of sod-podzolic soil and productivity of field crops at entering of increasing doses of complete mineral fertilizer. Agrarn. Nauka Evro-Severo-Vostoka, 2015, vol. 47, no. 4, pp. 35–41. (In Russ.).Roy R.N., Fink A., Blair G.J., Tandon H.L.S. Plant nutrition for food security. A guide for integrated nutrient management // FAO Fertilizer and Plant Nutrition Bulletin. 2006. № 16. FAO, Rome, Italy.Zavalin A.A., Sokolov O.A. Potoki azota v agroekosisteme: ot idei D.N. Pryanishnikova do nashikh dnei [Fluxes of Nitrogen in an Agroecosystem: From the Ideas of D.N. Pryanishnikov to the Present Days]. Moscow: VNIIA, 2016. 595 p.Schlenker W., Roberts M.J. Estimating the impact of climate change on crop yields: the importance of non-linear temperature effects // PNAS. 2009. № 106 (37). P. 15594–15598. https://doi.org/10.1073/pnas.0906865106Schlenker W., Roberts M.J. Estimating the impact of climate change on crop yields: the importance of non-linear temperature effects // PNAS. 2009. № 106 (37). P. 15594–15598. https://doi.org/10.1073/pnas.0906865106

The authors declare that there are no conflicts of interest present.