Влияние климатических изменений на сельское хозяйство Карелии

На развитие экономики российских регионов в ближайшие годы будут оказывать заметное влияние внешние факторы, к которым необходимо будет адаптироваться. Прежде всего это глобальные климатические изменения.

Наблюдения показывают, что, возможно, происходит глобальное потепление климата, которое начиная с 70-х годов XX века заметно ускорилось. Первое десятилетие XXI века стало рекордно теплым за все 160 лет инструментальных наблюдений, результаты которых позволяют оценить среднюю глобальную температуру [5], [12]. Климатические изменения оказывают заметное влияние на экономику практически всех стран [19]. Растет мировой экономический ущерб от крупномасштабных природных бедствий, хотя количество погибших снижается с 1930-х годов.

Влияние климатических изменений на развитие российских регионов неоднозначно, и для построения модели необходимо построить системное описание объекта и проанализировать влияние данного внешнего фактора. Считается, что гидрометеорологические факторы негативно влияют на темпы роста валового внутреннего продукта (ВВП) и валового регионального продукта (ВРП) российских регионов. Рост количества жарких дней ведет к росту смертности, для Москвы пороговой величиной для роста смертности является среднесуточная температура 25º. В 2010 году смертность в большинстве россий-

ских регионов жарким летом выросла, в Карелии в июле превысила уровень 2009 года на 12,5 %. Также происходит рост заболеваемости, прежде всего аллергиями и инфекционными болезнями. Климатические изменения ведут к росту миграции, что пока не затронуло российские регионы [6], [9].

Экономические исследования последствий изменения климата показали, что наибольшее влияние ожидается в следующих секторах региональной экономики: сельское хозяйство, использование прибрежных ресурсов, энергетика, лесное хозяйство, туризм, рыбное хозяйство и водоснабжение [6], [7]. Жаркое лето 2010 года наибольший урон нанесло рыбному хозяйству Карелии.

Множество работ посвящено исследованиям влияния климатических изменений на развитие сельского хозяйства. В основном изучалась урожайность различных культур на региональном уровне, для оценки изменения которой рассматривались различные виды уравнений, аналогичных производственным функциям [15], [16], [19], [20]. Ч. Чанг, используя полиномы второй степени для анализа урожайности зерновых в зависимости от средних по сезонам осадков и температуры, показал, что влияние данных климатических характеристик значительно и нелинейно. Также он предложил рассматривать в качестве факторов уровень менеджмента и технологический уровень [17]. О. Дечинес и М. Гринстоун исследовали эффект замены одной культуры на другую, более урожайную, при повышении средней температуры в регионе [18].

Исследования в других странах показали, что условия для роста урожайности появляются в более северных регионах. Р. Мендельсон, В. Норд-хаус и Д. Шоу доказали, что в них возможен рост урожайности за счет улучшения климатических условий и смены культур на более урожайные и требовательные к теплу, в то же время в южных регионах условия ухудшаются [19].

Влияние климатических изменений на сельскохозяйственное производство в РФ, прежде всего на урожайность, исследовалось еще в 1980-х годах в работах С. Сиптица, С. Огнивцева, Ф. Ерешко, О. Сиротенко, Х. Абашиной, В. Павловой и др. Исследования, проводившиеся в ВЦ АН СССР, показали, что отклонения от тенденции были связаны именно с погодными аномалиями. Заметные климатические изменения последних лет способствовали росту количества исследований. Было показано, что изменения условий хозяйствования могут быть ухудшающие и улучшающие для разных регионов [1], [11], [14].

Положительные сдвиги связаны с ростом продолжительности вегетационного периода и расширением зоны земледелия; косвенно может повлиять сокращение отопительного сезона и увеличение сроков навигации. Соответственно, могут снизиться затраты и увеличиться сельскохозяйственное производство, и РФ может получить прибавку до 0,6 % роста ВВП. Мягкие зимы способствуют повышению урожайности озимых, а при дальнейшем повышении температуры большее распространение могут получить такие теплолюбивые культуры, как подсолнечник. Для того чтобы использовать открывающиеся возможности и минимизировать ожидаемые потери, необходима адаптация регионов к ожидаемым климатическим изменениям и ориентация сельскохозяйственной науки на адаптационные проекты.

Для сельского хозяйства могут ухудшиться условия в южном Поволжье и других южных регионах и появится потребность в переносе посевов отдельных культур в более северные регионы на смену культурам, которые традиционно выращивались в северных регионах. Нужно будет быть готовыми к противостоянию засухам в южных регионах. Необходимо также адаптировать энергосистему страны, ведь потепление может привести к более сильным колебаниям температур и росту пиковых нагрузок на энергетику.

МЕТОДОЛОГИЯ

Наиболее значительное воздействие климатических изменений ожидается на сельское хозяйство российских регионов. Для оценки данного влияния строится системное описание происходящих процессов, выделяются и описываются основные факторы, определяющие изменение показателей сельского хозяйства, прежде всего урожайности, анализируются данные, строятся графики, позволяющие понять существующие зависимости [3].

На основе проведенного анализа разрабатываются модели, основу которых составляют регрессионные уравнения, в которых урожайность по регионам рассматривается в зависимости от выделенных факторов: климатических, агротехнических, состояния почвы, социальноэкономических характеристик, уровня менеджмента, технологического уровня и особенностей конкретной культуры. Уравнения урожайности по регионам строятся по временным рядам и кросс-секшн. Общая форма функций урожайности Y (обычно используют мультипликативные или линейные функции):

Y = f (A, C, L, X), где A – агротехнические, C – климатические, L – почвенные, X – прочие характеристики.

Для разных культур в уравнении оказываются разные факторы, их количество может быть различным. Климатические характеристики могут быть представлены в виде модуля отклонений от оптимальных значений или полиномов второй степени. В качестве климатических характеристик рассматриваются летние и зимние средние температуры и суммарные осадки по сезонам или месяцам. Агротехнические показатели – внесение минеральных и органических удобрений на гектар посевов. Социально-экономические показатели позволяют учитывать состояние сельского хозяйства региона (объем и динамика инвестиций в сельское хозяйство), уровень развития экономики регионов, динамику развития экономики и некоторые другие особенности.

На основе получаемых по строящимся функциям оценок и климатических сценариев, предлагаемых экспертами, можно строить и исследовать различные сценарии развития сельского хозяйства. В работах [5], [6], [11] рассмотрено множество сценариев, по которым могут происходить изменения климата. Для приближенных оценок можно рассмотреть три радикально различающихся ситуации повышение средней температуры на 3º к 2050 году, на 1º к 2050 году, на 1º к 2025 году с последующим похолоданием.

ДАННЫЕ

В статье представлено исследование влияния факторов на урожайность основных культур, выращиваемых в Республике Карелия [2], [4], [13]. Часть информации была получена из статспра-вочников ФСГС и данных различных ведомств [8], [10]. Для расчетов использовалась также информация, собранная институтами РАН и других ведомств [5], [12], [14]. Для объяснения происходящих процессов использовалась также информация по РФ и некоторым регионам, например Краснодарскому краю, имеющему наи- более развитое сельское хозяйство (6 % общероссийского производства).

Предварительные исследования факторов, влияющих на динамику урожайности РФ, показали значительные отличия для разных сельскохозяйственных культур. Для зерновых важным оказалось влияние общих изменений в экономике, динамика урожайности зерновых в РФ сильно коррелирует с динамикой ВВП (рис. 1). Объяснить данный факт можно тем, что выращивание и экспорт зерна стали приносить высокую прибыль, начался процесс консолидации бизнеса и в 2000-х годах стал расти уровень менеджмента. Показатель ВВП и ВРП на душу населения для некоторых южных регионов можно трактовать как уровень менеджмента для моделей по временным рядам. Другие культуры этот процесс затронул гораздо меньше.

Изучение ситуации в РФ в целом и отдельных регионах позволило более обоснованно подойти к анализу карельских данных. Первоначально анализировались исходные данные и производные от них, по исходным и сглаженным данным строились графики взаимосвязи показателей для приближенной оценки динамики факторных эластичностей и выделения подпериодов с различным поведением показателей. В результате определялись ограничения на параметры функций и происходил выбор наиболее подходящих функций, прежде всего исходя из соответствия поведения факторных эластичностей. Затем проводились предварительные расчеты, отбрасывались бессмысленные результаты и с учетом полученных статистических характеристик отбирались функции урожайности. Для временного ряда почвенные характеристики не рассматривались, изменение состояния почв невелико в сравнении с варьированием социально-экономических и кли-

Рис. 1. Взаимосвязь изменения урожайности зерновых в РФ (ц/га) и динамики ВВП РФ с 1990 года

Детальное изучение карельских данных и расчеты проводились по трем культурам – зерновые, картофель и овощи, динамика урожайности которых заметно отличалась. Изменения урожайности разных культур слабо связаны, а значит, вызваны, возможно, разными факторами. Урожайность зерновых падала до начала 2000-х годов, затем стала расти, что близко к ее динамике для РФ. Зерновые выращивают сельскохозяйственные предприятия, фермерские и личные подсобные хозяйства практически не занимаются зерновыми. Значит, для Карелии должны быть значимы изменения в уровне менеджмента и технологий. Урожайность картофеля колебалась, не имея какой-либо тенденции, что можно связать с тем, что доля посевов личных подсобных хозяйств составляет 80 %. Урожайность овощей после непродолжительного спада стала расти (рис. 2). Примерно половину овощей выращивают сельскохозяйственные предприятия. Увеличение урожайности частично связано с вложением инвестиций в освоение современных технологий. Благодаря трансграничному сотрудничеству и программе ТАСИС в Карелии реализовывалось множество инновационных проектов, некоторые из них были направлены на передачу опыта и современных технологий по выращиванию овощей [4].

Рис. 2. Динамика урожайности основных сельскохозяйственных культур Карелии, 1990 год – 100 %

Анализ данных позволил выявить предварительные оптимальные значения средней температуры и осадков, отклонение от которых приводит к снижению урожайности. Для различных культур показатели отличаются, например, предварительные значения июльских осадков рассматривались в пределах от 70 до 180 мм, средняя июльская температура – от 17 до 21 градуса. В ходе расчетов данные оценки уточнялись.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Определить влияние климатических факторов оказалось достаточно сложно. Для построения функций урожайности рассматривались климатические (отклонение от оптимальной среднемесячной температуры и осадков) и агротехнические характеристики (внесение минеральных и органических удобрений на гектар). Также для отдельных культур брались и другие факторы, которые отражали процессы, происходившие в сельском хозяйстве Карелии и повлиявшие на урожайность. Использовались такие показатели, как ВРП на душу населения, инвестиции в сельское хозяйство и др. Вводилось понятие нейтрального технического прогресса, которое, как и в производственных функциях, было представлено временной зависимостью. Использование экспоненты позволило опреде- лить приближенную оценку ежегодного прироста урожайности за счет нейтрального технического прогресса. Отдельная проблема была связана с тем, что в начале 1990-х годов экономические и производственные условия сильно отличались от условий последующего периода и некоторые показатели многократно превышали уровень 2000-х годов (инвестиции, ВРП, внесение удобрений). Поэтому расчеты проводились и отдельно за период с 1994 года.

Для зерновых, как и при расчетах по России, присутствует зависимость от ВРП на душу населения, который оказывает определяющее влияние, ее факторная эластичность ε₃ = 1,09. При исключении начала 1990-х годов факторная эластичность по температуре невелика ( ε₁ = 0,137), а по осадкам еще меньше ( ε₂ = 0,078) при средних статистических характеристиках ( R² = 0,53). В таком случае потепление на 1º может и не повысить урожайность.

Для картофеля определяющими оказались климатические характеристики, прежде всего осадки. Также был выделен незначительный отрицательный нейтральный технический прогресс p = -0,004. При исключении начала 1990-х годов факторная эластичность по температуре еще меньше, чем в первом случае (ε1 = 0,12), а по осадкам ненамного больше (ε2 = 0,15) при не- высоких статистических характеристиках (R2 = 0,40). В результате можно предположить, что потепление на 1º принесет рост урожайности чуть больше, чем на 0,5 %.

Динамику урожайности овощей объяснить только за счет климатических факторов оказалось невозможно ( R² = 0,38). При добавлении технического прогресса и минеральных удобрений значительно улучшаются статистические характеристики ( R² = 0,60), хотя значимость минеральных удобрений невелика. Исключение начала 1990-х годов приводит к двухфакторной мультипликативной функции с нейтральным техническим прогрессом p = 0,024 и факторными эластичностями по температуре ε₁ = 0,577 и по осадкам ε₂ = 0,1 ( R² = 0,76). В соответствии с этой формулой потепление на 1º принесет рост урожайности лишь на 3,5 %.

В итоге можно сказать, что ожидаемое потепление не принесет заметных выгод, рост урожайности за счет этого фактора при сохранении традиционных культур будет незначителен. Больший эффект дадут повышение уровня менеджмента и переход к более современным технологиям. Также оказать положительное влияние может переход к более урожайным и более теплолюбивым культурам, что уже сейчас требует увеличения вложений в сельскохозяйственную науку.

* Работа выполнена при поддержке РГНФ, проект № 12-22-18005а/Fin.

IMPACT OF CLIMATE CHANGE ON KARELIAN AGRICULTURE OF KARELIA