Результаты анализа потоков суммарного испарения орошаемых и неорошаемых агроценозов на территории Марксовского района Саратовской области за оросительные периоды 2003-2017 г. с использованием продукта MOD16А2

ВВЕДЕНИЕ
Оценка суммарного испарения ЕТа с территорий, занимаемых орошаемыми агроценозами, имеет важное значение, как для оперативного управления поливным режимом на основе характеристик водного стресса растительного покрова [1], так и для оценки качества поливного режима для формирования влагозапасов ризосферы и их последующего использования растительным покровом [2]. Для получения соответствующих оценок используется ряд моделей, использующих данные наземного мониторинга погодных условий, а также съемки в тепловом канале инфракрасного диапазона (TIR). Получаемые результаты расчетов потоков ЕТа позволяют оценивать количественные характеристики поливного режима в части эффективности использования агроценозом поливной воды (водоэффективности) [3], проводить оценку потоков поверхностного и грунтового стока поливной воды, оказывающих негативное влияния на объекты окружающей среды [2].

ОБЪЕКТ
В представленном исследовании были использованы ранее полученные на основе продукта MOD16A2 временные слои пространственных данных потоков суммарного испарения ETai за вегетационный период 2003-2017г. для территории Марксовского района Саратовской области [4]. Этот район расположен на левом берегу р. Волги в зоне сухих степей с каштановыми почвами и континентальным климатом, который характеризуется холодной зимой и жарким летом с периодическими атмосферными и/или почвенными засухами. На территории этого района с середины 1970 х годов функционируют Приволжская и Комсомольская оросительные системы, подаваемая поливная вода которых применяется для выращивания растениеводческой продукции, используемой в животноводстве и семеноводстве.

МЕТОД
В проведенных исследованиях был использован продукт MOD16А2. С его помощью были созданы 15-ть базовых слоев суммарного испарения ЕТа продукта MOD16А2 за вегетационные периоды соответствующих лет (2003-2017 г.), состоявших из 19 837 пикселей (500х500 м), приходящихся на сельскую местность территории Марксовского района Саратовской области [4]. Далее слои были использованы для расчета локальных потоков суммарного испарения за оросительные периоды ETav с контуров дождевальных машин кругового действия (ДМ-КД), расположенных на территории Приволжской и Комсомольской оросительных систем. Для формирования последних были использованы снимки космической группировки Landsat 7 и 8, для дешифрирования которых была использована разработанная двухэтапная автоматизированная методика, позволившая идентифицировать контуры ДМ-КД, а также найти координаты центра круга (центральной опоры) и его радиус.
На заключительном этапе расчетов были рассчитаны суммарные объемы потоков VЕТаv за оросительные периоды 2003-2017 г. для всей территории Марксовского района с орошаемых ДМ-КД и неорошаемых агроценозов, а также соответствующие им площади. Делением первых параметров на вторые были рассчитаны региональные потоки ЕТаv, обоих типов агроценозов.

РЕЗУЛЬТАТЫ
Полученные для каждого из 15-ти слоев ЕТа пары значений региональных объемов VЕТаv и площадей обоих типов агроценозов, а также значение отношения этих показателей были использованы для анализа их динамики. Анализ профилей площадей ДМ-КД позволил выявить значимый тренд их увеличения во второй половине исследованного периода. Анализ профилей региональных потоков ЕТаv орошаемых и неорошаемых агроценозов позволил выявить значимую их связь с гидротермическим коэффициентом Селянинова за период проведенных исследований (2003-2017 г.).
Для оценки изменений характера использования поливной воды был проведен анализ профилей разностей пар региональных потоков ЕТаv орошаемых и неорошаемых агроценозов. Результаты этого анализа выявили положительный тренд изменения указанной разницы, начиная с 2011 г., что могло явится следствием, с одной стороны убытков, понесенных сельхозпроизводителями в крайне засушливый 2010 год и изменения ими поливных режимов, а с другой стороны, результатом модернизации оросительной техники после запуска Федеральной программы по развитию орошения (2014 г.), предоставившей возможности субсидирования приобретения техники.

ОБСУЖДЕНИЕ
В целом, превышение профилей региональных потоков ETav орошаемых агроценозов над неорошаемыми в оросительный период является закономерным результатом ведения орошения. Это объясняется увеличением потоков ETav с растительного покрова орошаемых агроценозов, за счет создания более высоких запасов продуктивной почвенной влаги в корнеобитаемом слое.
Характеризуя динамику потоков ETav на орошаемых пахотных землях в первый полупериод 2003-2010 гг., необходимо отметить отрицательное влияние не только погодных условий, но также и сложной экономической ситуацией ведения орошаемого земледелия, возникшей из-за высокой цены на подачу воды, несовершенства и изношенности используемой в те годы дождевальной техники. Это приводило с одной стороны к сокращению оросительных норм относительно рекомендованных, а также к большим непроизводительным потерям поливной воды [1], возникающим в результате формирования грунтового стока за пределы ризосферы [5] из-за поливов большими нормами.
Величина разности региональных потоков ETav орошаемых и неорошаемыми агроценозов в оросительный период была достаточно стабильна в 2003-2006г. и варьировала в пределах 50-70 мм. В полупериод 2006-2010 г., который характеризовался последовательным уменьшением осадков оросительного периода, величина этой разности стала увеличиваться на 20-25 мм в год, достигнув значений порядка 110-120 мм т.е. практически удвоилась по отношению к предыдущим годам. При этом важно отметить, что в исключительно засушливый 2010 г., когда в поливной период практически не выпадали осадки, на неорошаемых пахотных землях практически все посевы выгорели и урожай был списан, а на орошаемых массивах удалось получить пусть и невысокий, но крайне необходимый урожай. В последующие за этим годом увеличение разности между величинами региональных потоков ETav с орошаемых и неорошаемых агроценозов стабилизировалось в относительно благополучные по уровню летних осадков годы, достигнув значений 120-130 мм.
Второй полупериод 2010-2017 г. характеризуется положительным трендом обоих временных рядов региональных потоков ETav. Это связано, с одной стороны, с увеличением количества осадков летнего периода, а с другой, с улучшением экономической ситуации в орошаемом земледелии и его техническом перевооружении. Так, если в первой половине второго полупериода величины значений разностей региональных потоков ETav орошаемых и неорошаемыми агроценозов в оросительный период была достаточно стабильны в 2003-2006г. и варьировала в пределах варьировали в пределах 110÷120 мм, что уже было выше аналогичного показателя второй половины первого полупериода, то уже начиная с 2014 года эта разность начала расти, достигнув 130 мм и 150 мм в 2014 г. и 2015 г., соответственно. При этом необходимо также отметить, что, судя по величине среднерегионального значения потока ETav с неорошаемых земель, 2015 г. относился к засушливому году, что нашло свое отражение в уменьшении ETav в сравнении с предыдущим. Однако, несмотря на это произошло увеличение региональных потоков ETav с орошаемых земель, которое нашло свое отражение в рассогласовании синхронности.
В тоже самое время период, последовавший за самым неблагоприятным 2010 г. с минимальной за исследованный период нормой летных осадков, совпал с началом периода реконструкции оросительных систем на территории Марксовского района. В результате этой реконструкции происходила замена морально и технически устаревших дождевальных машин на новые, производилась установка новых дождевальных машин на местах, где в предыдущие годы было прекращено орошение. Со всей очевидностью оба эти фактора проявились в результате реализации федеральной целевой программы «Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014-2020 годы». Модернизация дождевальных машин могла способствовать более эффективному использования поливной воды агроценозами, нашедшему свое отражение в уменьшении ее поверхностного и грунтового стока, что также могло найти свое отражение в увеличении ETav с территорий орошаемых пахотных агроценозов.

ВЫВОДЫ
Результаты проведенного анализа и сопоставления потоков ETav орошаемых и неорошаемых агроценозов за оросительные периоды 2003-2017 гг. позволили выявить тенденции, связанные с как с вариацией погодных условий, так и с влиянием модернизации дождевальной техники в результате государственного субсидирования ее приобретения.

БЛАГОДАРНОСТИ
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда №23-27-00438, https://rscf.ru/project/23-27-00438/.