Ефективність заходів щодо накопичення опадів зимового періоду в кліматичних умовах Північно-Казахстанської області

Жанна Лутченко, Олег Соловйов, Віталій Заїка, Володимир Швидченко, Анжеліка Артис
Отримано: 15.10.2024 Доопрацьовано: 29.04.2025 Прийнято: 25.06.2025
Взято з Том 28, № 7, 2025 Сторінки: 106-119
Завантажити статтю Читати статтю

Анотація

Мета даного дослідження полягала у встановленні закономірностей формування водних ресурсів ґрунту за рахунок зимових опадів за використання різних агротехнічних прийомів в умовах степової зони. Методологія дослідження включала польові випробування різних агротехнічних фонів зі снігозатриманням і без нього з подальшим аналізом накопичення зимових опадів, зміни водного режиму ґрунту та продуктивність ярої пшениці. Середня висота снігового покриву на варіантах із застосуванням снігозатримання збільшувалася на 26,6-32 % порівняно з контролем без снігозатримання. Запаси вологи в ґрунті перед сівбою зростали на 27,1-31,6 % на парових фонах і на 16-30 % на стерньових ділянках. Засвоєння зимових опадів найефективніше відбувалося на стерньових фонах, де приріст вологи становив від 21,8 до 37,5 % відносно вихідних значень. Урожайність ярої пшениці на ділянках зі снігозатриманням перевищувала контрольні показники на 0,15-0,47 т/га, досягаючи максимальних значень до 2,76 т/га на кулісних парах. Коефіцієнт кореляції між загальним водоспоживанням за вегетаційний період і врожайністю становив 0,83, що свідчить про високий вплив водного режиму на продуктивність. Встановлена залежність між об'ємом вологи в снігу та врожайністю виявилася помірною, з коефіцієнтом 0,42, особливо на стерньових ділянках. Отримані результати підтверджують високу ефективність застосування технологій снігозатримання для підвищення водозабезпеченості посівів і стійкості врожайності в степових умовах Північного Казахстану. Їх використання рекомендується для оптимізації системи агротехнічних заходів в умовах посилення кліматичної нестабільності, що посилюється

Ключові слова

снігонакопичення; вологість ґрунту; снігозатримання; кулісний пар; зяблевий обробіток; урожайність

  1. Allan, R.P., Barlow, M., Byrne, M.P., Cherchi, A., Douville, H., Fowler, H.J., Gan, T.Y., Pendergrass, A.G., Rosenfeld, D., Swann, A., Wilcox, L.J., & Zolina, O. (2020). Advances in understanding large-scale responses of the water cycle to climate change. Annals of the New York Academy of Sciences, 1472(1), 49-75. doi: 10.1111/ nyas.14337.
  2. Amami, R., Ibrahimi, K., Sher, F., Milham, P., Ghazouani, H., Chehaibi, S., Hussain, Z., & Iqbal, H.M. (2021). Impacts of different tillage practices on soil water infiltration for sustainable agriculture. Sustainability, 13(6), article number 3155. doi: 10.3390/su13063155.
  3. Avanzi, F., Ercolani, G., Gabellani, S., Cremonese, E., Pogliotti, P., Filippa, G., di Cella, U.M., Ratto, S., Stevenin, H., Cauduro, M., & Juglair, S. (2021). Learning about precipitation lapse rates from snow course data improves water balance modeling. Hydrology and Earth System Sciences, 25(4), 2109-2131. doi: 10.5194/hess-25-21092021.
  4. Baisholanov, S., Akshalov, K., Mukanov, Y., Zhumabek, B., & Karakulov, E. (2024). Agro-climatic zoning of the territory of Northern Kazakhstan for zoning of agricultural crops under conditions of climate change. Climate, 13(1), article number 3. doi: 10.3390/cli13010003.
  5. Blanchy, G., Watts, C.W., Richards, J., Bussell, J., Huntenburg, K., Sparkes, D.L., Stalham, M., Hawkesford, M.J., Whalley, W.R., & Binley, A. (2020). Time-lapse geophysical assessment of agricultural practices on soil moisture dynamics. Vadose Zone Journal, 19(1), article number e20080. doi: 10.1002/vzj2.20080.
  6. Canet-Martí, A., Morales-Santos, A., Nolz, R., Langergraber, G., & Stumpp, C. (2023). Quantification of water fluxes and soil water balance in agricultural fields under different tillage and irrigation systems using water stable isotopes. Soil and Tillage Research, 231, article number 105732. doi: 10.1016/j.still.2023.105732.
  7. Chabaniuk, Ya., Brovko, I., Kovtun, A., & Milova, M. (2024). Influence of meteorological conditions on the yield and seed quality of differently ripened soybean varieties in the central Forest-Steppe. Biological Systems: Theory and Innovation, 15(4), 73-85. doi: 10.31548/biologiya/4.2024.73.
  8. Convention on Biological Diversity. (1992, June). Retrieved from https://www.cbd.int/convention.
  9. Cowherd, M., Leung, L.R., & Girotto, M. (2023). Evolution of global snow drought characteristics from 1850 to 2100. Environmental Research Letters, 18(6), article number 064043. doi: 10.1088/1748-9326/acd804.
  10. Dafflon, B., Léger, E., Falco, N., Wainwright, H.M., Peterson, J., Chen, J., Williams, K.H., & Hubbard, S.S. (2023). Advanced monitoring of soil-vegetation co-dynamics reveals the successive controls of snowmelt on soil moisture and on plant seasonal dynamics in a mountainous watershed. Frontiers in Earth Science, 11, article number 976227. doi: 10.3389/feart.2023.976227.
  11. Demo, A.H., & Asefa Bogale, G. (2024). Enhancing crop yield and conserving soil moisture through mulching practices in dryland agriculture. Frontiers in Agronomy, 6, article number 1361697. doi: 10.3389/ fagro.2024.1361697.
  12. Ebner, P.P., Koch, F., Premier, V., Marin, C., Hanzer, F., Carmagnola, C.M., François, H., Günther, D., Monti, F., Hargoaa, O., Strasser, U., Morin, S., & Lehning, M. (2021). Evaluating a prediction system for snow management. The Cryosphere, 15(8), 3949-3973. doi: 10.5194/tc-15-3949-2021.
  13. Feifel, M., Durner, W., Hohenbrink, T.L., & Peters, A. (2024). Effects of improved water retention by increased soil organic matter on the water balance of arable soils: A numerical analysis. Vadose Zone Journal, 23(1), article number e20302. doi: 10.1002/vzj2.20302.
  14. Food and Agriculture Organization. (2020). Soil testing methods. Rome: FAO.
  15. Fu, Q., Hou, R., Wang, Z., & Li, T. (2015). Soil moisture thermal interaction effects under snow cover during freezing and thawing period. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 31(15), 101-107.
  16. Gavahi, K., Abbaszadeh, P., Moradkhani, H., Zhan, X., & Hain, C. (2020). Multivariate assimilation of remotely sensed soil moisture and evapotranspiration for drought monitoring. Journal of Hydrometeorology, 21(10), 2293-2308. doi: 10.1175/JHM-D-20-0057.1.
  17. Islyami, A., Aldashev, A., Thomas, T.S., & Dunston, S. (2020). Impact of climate change on agriculture in Kazakhstan. Silk Road: A Journal of Eurasian Development, 2(1), 66-88. doi: 10.16997/srjed.19.
  18. Karatayev, M., Clarke, M., Salnikov, V., Bekseitova, R., & Nizamova, M. (2022). Monitoring climate change, drought conditions and wheat production in Eurasia: The case study of Kazakhstan. Heliyon, 8(1), article number e08660. doi: 10.1016/j.heliyon.2021.e08660.
  19. Kazhydromet. (2024). Annual bulletin of monitoring the state and climate change of Kazakhstan for 2023. Retrieved from https://www.kazhydromet.kz/klimat/ezhegodnyy-byulleten-monitoringa-sostoyaniya-i-izmeneniyaklimata-kazahstana.
  20. Khan, M.I., Zhu, X., Arshad, M., Zaman, M., Niaz, Y., Ullah, I., Anjum, M.N., & Uzair, M. (2020). Assessment of spatiotemporal characteristics of agro-meteorological drought events based on comparing Standardized Soil Moisture Index, Standardized Precipitation Index and Multivariate Standardized Drought Index. Journal of Water and Climate Change, 11(1), 1-17. doi: 10.2166/wcc.2020.280.
  21. Kiewiet, L., Trujillo, E., Hedrick, A., Havens, S., Hale, K., Seyfried, M., Kampf, S., & Godsey, S.E. (2022). Effects of spatial and temporal variability in surface water inputs on streamflow generation and cessation in the rainsnow transition zone. Hydrology and Earth System Sciences, 26(10), 2779-2796. doi: 10.5194/hess-26-2779-2022.
  22. Kraaijenbrink, P.D., Stigter, E.E., Yao, T., & Immerzeel, W.W. (2021). Climate change decisive for Asia’s snow meltwater supply. Nature Climate Change, 11(7), 591-597. doi: 10.1038/s41558-021-01074-x.
  23. Martínez-Fernández, J., González-Zamora, A., & Almendra-Martín, L. (2021). Soil moisture memory and soil properties: An analysis with the stored precipitation fraction. Journal of Hydrology, 593, article number 125622. doi: 10.1016/j.jhydrol.2020.125622.
  24. Meira Neto, A.A., Niu, G.Y., Roy, T., Tyler, S., & Troch, P.A. (2020). Interactions between snow cover and evaporation lead to higher sensitivity of streamflow to temperature. Communications Earth & Environment, 1(1), article number 56. doi: 10.1038/s43247-020-00056-9.
  25. Mezősi, G. (2022). Hydrological hazards. In G. Mezősi (Ed.), Natural hazards and the mitigation of their impact (pp. 137-212). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-07226-0_4.
  26. Molden, D.J., Shrestha, A.B., Immerzeel, W.W., Maharjan, A., Rasul, G., Wester, P., Wagle, N., Pradhananga, S., & Nepal, S. (2022). The great glacier and snow-dependent rivers of Asia and climate change: Heading for troubled waters. In A.K. Biswas & C. Tortajada (Eds.), Water security under climate change (pp. 223-250). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-16-5493-0_12.
  27. Oshergina, I., & Ten, E. (2023). Harnessing heterogeneity: Clustering Kazakh spring rapeseed for breeding value. International Journal of Design and Nature and Ecodynamics, 18(5), 1087-1095. doi: 10.18280/ijdne.180509.
  28. Pan, M., Zhao, F., Ma, J., Zhang, L., Qu, J., Xu, L., & Li, Y. (2022). Effect of snow cover on spring soil moisture content in key agricultural areas of Northeast China. Sustainability, 14(3), article number 1527. doi: 10.3390/ su14031527.
  29. Pavlova, Ya., & Litvinov, D. (2024). The influence of previous crops and tillage on available moisture reserves of chernozem typical for growing spring barley. Plant and Soil Science, 15(2), 32-41. doi: 10.31548/plant2.2024.32.
  30. Qi, W., Feng, L., Liu, J., & Yang, H. (2020). Snow as an important natural reservoir for runoff and soil moisture in Northeast China. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 125(22), article number e2020JD033086. doi: 10.1029/2020JD033086.
  31. Qin, Y., Abatzoglou, J.T., Siebert, S., Huning, L. S., AghaKouchak, A., Mankin, J.S., Hong, C., Tong, D., Davis, S.J., & Mueller, N.D. (2020). Agricultural risks from changing snowmelt. Nature Climate Change, 10(5), 459-465. doi: 10.1038/s41558-020-0746-8.
  32. Rucins, A., Bulgakov, V., Olexander, D., Holovach, I., Trokhaniak, O., & Yatsenko, S. (2024). Long-term dynamics of the spring moisture reserves with various methods of processing typical chernozem. Journal of Ecological Engineering, 25(10), 261-272. doi: 10.12911/22998993/192007.
  33. Salnikov, V., Talanov, Y., Polyakova, S., Assylbekova, A., Kauazov, A., Bultekov, N., Musralinova, G., Kissebayev, D., & Beldeubayev, Y. (2023). An assessment of the present trends in temperature and precipitation extremes in Kazakhstan. Climate, 11(2), article number 33. doi: 10.3390/cli11020033.
  34. Shahini, E. (2024). Economic assessment of the impact of climate change on agriculture in Albania and Ukraine. Ukrainian Black Sea Region Agrarian Science, 28(3), 55-66. doi: 10.56407/bs.agrarian/3.2024.55.
  35. Wilson, G., Green, M., Brown, J., Campbell, J., Groffman, P., Durán, J., & Morse, J. (2020). Snowpack affects soil microclimate throughout the year. Climatic Change, 163, 705-722. doi: 10.1007/s10584-020-02943-8.
  36. World Meteorological Organization. (2024). Guide to instruments and methods of observation. Retrieved from https://library.wmo.int/records/item/68660-guide-to-instruments-and-methods-of-observation.
  37. Xing, Y., & Wang, X. (2024). Precision agriculture and water conservation strategies for sustainable crop production in arid regions. Plants, 13(22), article number 3184. doi: 10.3390/plants13223184.
  38. Yan, W., Zhou, Q., Peng, D., Wei, X., Tang, X., Yuan, E., Wang, Y., & Shi, C. (2021). Soil moisture responses under different vegetation types to winter rainfall events in a humid karst region. Environmental Science and Pollution Research, 28(40), 56984-56995. doi: 10.1007/s11356-021-14620-z.
Lutchenko, Zh., Solovyov, O., Zaika, V., Shvidchenko, V., & Artys, A. (2025). Efficiency of winter precipitation accumulation measures in climatic conditions of the North Kazakhstan region. Scientific Horizons, 28(7), 106-119. https://doi.org/10.48077/scihor7.2025.106