9. Augšanas sezonas izmaiņas un tās ietekme uz mežsaimniecību un lauksaimniecību

9. Augšanas sezonas izmaiņas un tās ietekme uz mežsaimniecību un lauksaimniecību

9.1. Dabas novērojumi kā klimata mainības signāli

Augi un dzīvnieki jutīgi reaģē uz apkārtējās vides izmaiņām, tāpēc arvien biežāk bioklimatiskie dati (lapu plaukšana, krāsošanās, augļu nogatavošanās, putnu migrācija u.c.) tiek izmantoti kā klimata pārmaiņu bioindikatori. Dabas novērojumu analīze iespējams ir vienkāršākais un lētākais veids, kā pierādīt un pamatot klimata pārmaiņas un var palīdzēt klimata pārmaiņu prognozēšanā nākotnē un pielāgošanās scenāriju izveidē.

Ņemot vērā, ka klimatu, kas ir augu attīstību noteicošais faktors, ietekmē gan globālas parādības, piemēram, atmosfēras cirkulācija, okeāna straumes, gan mikroklimatiskie apstākļi. Pētījumi bioklimatoloģijā jeb dabas ritmu pētījumi notiek vairākos līmeņos.

9.1. att. Dabas novērojumu pētījumu līmeņi.

Nereti tieši mikroklimatiskajiem apstākļiem ir būtiskākā nozīme augu attīstībā, jo, piemēram, ievas ziedēšanas sākums upes malā var būtiski atšķirties no ievas ziedēšanas sākuma mežmalā.

Katram pētījumu līmenim ir savi veicamie uzdevumi un metodes, piemēram, lai analizētu kokaudzes produktivitāti, CO₂ aprites ciklus, veiktu nākotnes prognozes,svarīgi ir globāla mēroga pētījumi, kurus mūsdienās veic, analizējot satelītattēlus. Savukārt, lai kalibrētu satelītattēlus, nepieciešami lauka pētījumi, ko veic brīvprātīgie novērotāji. Aizvien biežāk pētījumos tiek izmantotas web-kameras vai atomātiskās kameras digitālo attēlu uzņemšanai.

9.2. att. Dabas novērojumu veikšanas metodes.

Dabas novērojumi tiek veikti jau sen. Pasaulē pirmais bioklimatologs ir bijis pirmais cilvēks, kura ikdiena bija nesaraujami saistīta ar dabas ritmiem, pārmaiņām tajos. Daudzu tautu kalendāri balstīti uz dabas novērojumiem. Piemēram, senajiem latviešiem aprīlis ir bijis sulu mēnesis, maijs – lapu (pieneņu) mēnesis u.tml.

Senākie pierakstītie sistemātiski veiktie novērojumu dati ir atrasti Japānā, kur imperatora pils arhīvos ir saglabājušās ziņas par ķiršu Prunus subertilla ziedēšanu kā pavasara atnākšanas laiku, sākot no 705. gada.

9.3. att. Ķiršu ziedēšanas sākuma iestāšanas laiks Kioto, Japānā, sākot no 705. gada.

Uz y ass – diena no gada sākuma (Koch, et. al, 2006 pēc Menzel and Fabian, 2002 un Rushing, et. al, 2012).

Ikviens ir pamanījis, ka katru gadu lapu plaukšana vai ziedēšana, pirmās zemenes parādās dažādos laikos, t.i., fenoloģisko fāžu iestāšanās laiks gadu no gada variē. Tāpēc īpaši svarīgi ir veikt datu ievākšanu ilgtermiņā un analizēt vismaz 30 gadu griezumā jeb normas periodā (piemēram, 1981.–2010.gads).

Ilgtermiņa datu analīze ļauj veikt bioklimatisko parametru izmaiņu pētījumus, kurus tālāk var praktiski izmantot mežsaimniecības, lauksaimniecības un citu nozaru pētniecībā.

Izanalizējot vairāk nekā 100 000 fenoloģisko datu rindu Eiropā (iekļauti arī Latvijas dati), secināts, ka gan lapu plaukšana (78% gadījumu), gan ziedēšana (31% gadījumu) augiem iestājusies agrāk. Savukārt rudenī 48% datu rindu uzrādīja pozitīvu tendenci, t.i., iestājas vēlāk un 52% – negatīvu tendenci (lapu krišana iestājas vēlāk). Savukārt augļu nogatavošanās normas periodā tika novērota agrāk (galvenokārt tas attiecas uz lauksaimniecības kultūrām nevis uz savvaļas augiem).

9.4. att. Fenoloģisko fāžu iestāšanās laika izmaiņas (dienas/gads) laika periodā no 1971. līdz 2000. gadam Eiropā (anlizēti 21 valsts dati, vairāk nekā 542 augu sugas).

Adaptēts pēc IPCC, 2007. Attēla oriģināls: https://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg2/en/figure-1-6.html

Kopumā fenoloģiskais pavasaris un vasara Eiropas teritorijā normas periodā (1971.–2000. gads) iestājies par 2,5 dienām agrāk desmitgadē. Pētījumi pierāda, ka gaisa temperatūras izmaiņas ir galvenais ietekmējošais faktors – paaugstinoties gaisa temperatūrai par 1 °C, pavasara-vasaras fāzes iestājas 2,5 dienas agrāk, savukārt rudens fāzes – 1 dienu vēlāk. Turklāt agrās pavasara fāzes ir jutīgākas pret temperatūras izmaiņām. Starp lapu dzeltēšanu, lapu krišanu un gaisa temperatūru netika atrasta būtiska sakarība. Tas nozīmē, ka rudens fāzēm ir citi limitējošie faktori, kuri, kā atzīst zinātnieki, vēl nav līdz galam izpētīti.

Pētījumi pasaules vai Eiropas līmenī palīdz izprast dabas ritmu likumsakarības un ietekmējošos faktorus, bet svarīgi veikt un analizēt vietējos novērojumus, kā arī salīdzināt dažādas sugas, jo kultūraugu izmaiņas nenotiek tik strauji kā savvaļas augiem, tāpat pastāv lielas teritoriālas atšķirības. Piemēram, augšanas sezonas sākums augļu kokiem Vācijas teritorijā ir mainījies – tas sākas vidēji 2,3 dienas agrāk desmitgades laikā (ķiršu ziedēšana 2 dienas, ābeļu – 2,2 dienas agrāk) .
Francijā aprikožu un persiku ziedēšanas laiks pēdējos 30 gados mainījies par vienu līdz trijām nedēļām. Mainījies arī sēšanas vai stādīšanas laiks gan graudaugiem, gan citām kultūrām. Piemēram, kartupeļi Somijā tiek stādīti vidēji 5 dienas agrāk, kukurūza un cukurbietes Vācijā – 10 dienas agrāk, Francijā kukurūzas sēšana notiek pat līdz 20 dienām agrāk.

Lai arī Latvijā novērojumu skaits un novērojumu vietas gadu no gada variē, kas apgrūtina datu analīzi, tomēr kopumā bioklimatiskās tendences Latvijā sakrīt ar Eiropā un citur pasaulē novēroto: fenoloģiskajam pavasarim un vasarai ir tendence sākties agrāk. Pretstatā Eiropā novērotajām tendencēm arī fenoloģiskais rudens Latvijas, kā arī Lietuvas teritorijā atsevišķās novērojumu vietās iestājās agrāk (lapas dzeltē un krīt agrāk) vai arī izmaiņu tendence ir neitrāla.

9.5. att. Parastās ievas Padus racemosa, liepas Tilia cordata ziedēšanas sākuma (BBCH61) un āra bērza Betula pendula lapu dzeltēšanas sākuma (BBCH92) ilgtermiņa izmaiņas (1927.–1939. un 1959.–2007. gads) Latvijā (Kalvāne, 2011).

BBCH – augu attīstības skala, kur augu attīstības fāzes tiek apzīmētas ar divu ciparu kodu, no kuriem pirmais norāda fāzi, otrais – fāzes intensitāti, piemēram, 6 –ziedēšana; 1 sākums.

Lai kvalitatīvāk un vieglāk uztverami raksturotu dabas ritmus, izmaiņas kalendārā gada griezumā, tiek izdalītas fenoloģiskās sezonas, par sezonas robežu pieņemot raksturīgu, viegli nosakāmu augu vai dzīvnieku attīstības fāzi, piemēram, liepas ziedēšanu vasarā.

Dažādās valstīs indikatorsugas, kā arī sezonu skaits atšķiras, piemēram, Vācijā tiek izdalītas 10 sezonas, Latvijā izdala pat 12 sezonas.

Visbiežāk par fenoloģiskā pavasara indikatoru tiek pieņemts lazdas ziedēšanas sākums, kas vidēji Latvijā iestājas 24. martā. Savukārt meža aveņu ziedēšana, kas ir fenoloģiskās vasaras indikators, vidēji iestājas 11. jūnijā. 18. septembris ir vidējais fenoloģiskā rudens sākums, ko iezīmē bērza lapu dzeltēšana. Pirmais sniegs ir fenoloģiskās ziemas sākums. Kā redzams 9.6. attēlā, normas periodā (1971.–2000. gads) ir būtiski mainījies gan sezonas sākums, gan ilgums.

9.6. att. Fenoloģisko sezonu iestāšanās laika izmaiņas kalendārā gada ietvaros un fenoloģisko sezonu ilguma (dienās) izmaiņas Latvijā. 1971.–1985. gads un 1986.–2000. gads. 15 novērojumu punktu vidējie dati (Kalvāne, 2011).

Sezonu indikatorsugas: fenoloģiskais pavasaris – lazdas ziedēšanas sākums; vasara – meža avenes ziedēšanas sākums; rudens – bērza lapu dzeltēšana; ziema – pirmais sniegs.

Lauksaimniecības un mežsaimniecības vajadzībām svarīgi ir definēt un analizēt augšanas sezonu, ko zinātniskajā literatūrā izsaka trīs veidos:

Latvijā augšanas sezonas sākums ir diena, kad vidējā diennakts temperatūra ir augstāka par +5 °C vismaz 5 dienas pēc kārtas, savukārt augšanas sezonas beigas iestājas tad, kad vidējā diennakts temperatūra 5 dienas ir bijusi zemāka par +5 °C.

20. un 21. gs. fenoloģisko fāžu iestāšanās laiks, tostarp fenoloģiskās augšanas sezonas sākums, beigas un ilgums ir būtiski mainījies. Pasaulē vidēji fenoloģiskais pavasaris iestājas 8 dienas agrāk, bet augšanas sezona ir pagarinājusies līdz pat 12 dienām. Atšķirības variē atkarībā no novērojumu vietām, piemēram, analizējot Eiropas fenoloģisko dārzu datus, konstatēts, ka kopumā augšanas sezonas ilgums vidēji pagarinājies par 10,5 dienām, t.i., par + 3,5 dienām desmitgadē. Vislielākās izmaiņas konstatētas Centrāleiropā, mazāk Skandināvijas ziemeļos un Dienvidaustrumeiropā. Ir aprēķināts, ka fenoloģiskā augšanas sezona Eiropā virzās ar ātrumu 44 km diennaktī no dienvidiem uz ziemeļiem un 200 km diennaktī no rietumiem uz austrumiem.

Satelītattēlu datu analīze liecina, ka Ziemeļeiropas lielākajā daļā fenoloģiskais pavasaris iestājies līdz divām nedēļām agrāk (atsevišķās vietās pat vairāk nekā 2 nedēļas agrāk), savukārt fenoloģiskais rudens iestājies 2 līdz 4 nedēļas vēlāk, augšanas sezonas ilgumam pagarinoties no 2 līdz pat vairāk nekā 4 nedēļām.

9.7. att. Augšanas sezonas sākuma (A) un ilguma (B) izmaiņas periodā no 1982. līdz 2006. gadam, Ziemeļeiropā.

Attēls adaptēts pēc Karlsen et al., 2009. Oriģināls: http://www.int-res.com/articles/cr_oa/c039p275.pdf

9.8.att. Augšanas sezonas sākuma (S), beigu (B) un ilguma (I) izmaiņas āra bērzam
Betula pendula (1971.–2000. gads) Latvijā un Lietuvā (uz y ass – diena no gada sākuma).

Augšanas sezonas vidējais ilgums kā periods starp lapu plaukšanu un lapu dzeltēšanu āra bērzam periodā vidēji mainījies 7 dienu intervālā, galvenokārt uz pavasara fāzes agrāku iestāšanos.

Augšanas sezonas iestāšanās laiks galvenokārt ir atkarīgs no gaisa temperatūras izmaiņām, savukārt augšanas sezonas beigu iestāšanos ietekmē citi faktori vai faktoru kopums (apgaismojuma ilgums (fotoperiods), mitruma apstākļi, ekstremālās gaisa temperatūras, jūras ietekme u.c.), kas precīzi nav noskaidroti.

9.2. Klimata mainības ietekme uz lauksaimniecību

Klasiski dabas novērojumi ir izmantoti lauksaimniecībā un mežsaimniecībā, tāpēc bioklimatiskos pētījumus, kas ir īpaši svarīgi šajās nozarēs, un modelētās prognozes var izmantot nākotnes risku, iespēju un adaptācijas piemēru analīzei.

Tomēr dabas novērojumu nozīme ir daudz plašāka – tie palīdz izskaidrot komplekso ekoloģisko dinamiku (ietekmējošos faktorus un ekoloģiskās sekas), kā arī tiek izmantoti globālajos klimata mainības un bioģeoķīmisko ciklu (CO₂ aprite, barības vielu aprites cikli, hidroloģiskie cikli) pētījumos (ekosistēmu produktivitāte, sugu un populāciju savstarpējā dinamika).

Klimata mainības ietekmi nevar vērtēt ne kā sliktu, ne kā labu, jo tā nes gan ieguvumus, gan zaudējumus. Lauksaimniecības un mežsaimniecības gadījumā uz pārmaiņām jāskatās kompleksi, kritiski izvērtējot ietekmējošos faktorus, jo pēdējos 100 gados ir būtiski mainījušās mežu izmantošanas un lauku apstrādes tehnoloģijas, valsts politika, zemes lietojuma izmaiņas u.c.

Augšanas sezonas pagarināšanās būtiskākās sekas gan lauksaimiecībā, gan mežsaimniecībā ir CO₂ koncentrācijas palielināšanās gaisā, kas rada izmaiņas primārajā produktivitātē. Globālā primārā produkcija (netto) laika periodā no 1982.–1999. gadam, balstoties uz satelītdatu analīzi, ir pieaugusi par 6%. Lielāks pieaugums bijis tropu ekosistēmās, bet Eirāzijā – pat par 12% 1981.–1999. gada periodā.

Lauksaimniecība ir viena no visjutīgākajām tautsaimniecības nozarēm attiecībā uz klimata mainību, jo uzreiz reaģē uz laika apstākļu un vides apstākļu maiņu, taču ir visgrūtāk prognozējama. Tāpēc nākotnes prognozes lauksaimniecībai tiek izdarītas ļoti piesardzīgi, jo lauksaimniecību kā nozari ietekmē sarežģīts ietekmējošo faktoru kopums.

Daudzas no kultūraugu sugām uz klimata mainību reaģē diametrāli pretēji: kādai no sugām CO₂ un gaisa temperatūras pieaugums kļūst par pozitīvu faktoru agrākai,  ātrākai un produktīvākai augšanai, kādai citai tā ir iznīcinoša kombinācija.
Pētījumi liecina, ka sugas, kuras apputeksnē kukaiņi, zied agrāk nekā vēja apputeksnētie augi.

Klimata mainība savvaļas augus ietekmē vairāk nekā kultūraugus, piemēram, Vācijā veiktajā pētījumā secināts, ka laika periodā no 1951. līdz 2004. gadam savvaļas augu attīstības fāzes iestājušās 4,4 līdz pat 7,1 dienas agrāk desmitgadē. Kultūraugiem attīstības fāzes iestāšanās laiks nav tik izteikts (2,1 diena desmitgadē).

Latvijā veikto agrometeoroloģisko staciju datu analīze apstiprina, ka lielākajai daļai pētījumā analizēto kultūraugu (graudaugi, kartupeļi, jāņogas un ābeles) fenoloģiskās fāzes iestājas agrāk, tomēr izmaiņas nav tik būtiskas kā savvaļas augiem.

9.9. att. Fenoloģisko fāžu izmaiņas ābelēm

Ābeles Malus domestica vidēji pēc agrometeoroloģisko staciju datiem pumpurojas no 6. līdz 18. aprīlim (atkarībā no šķirnes). Ilggadīgie novērojumu dati liecina, ka tendence ir neitrāla (pumpurošanās sākums būtiski nemainās) vai ir negatīva (Dobele, Dagda), savukārt lapu plaukšanas un ziedēšanas tendence ir negatīva vairumā vietu (izņemot Dagdu). Kopumā ābeļu ziedēšana iestājas 1 līdz 3 dienas agrāk desmitgadē. Lielākoties pavasara fāžu agrākie laiki konstatēti 20. gs. 90. gados, bet vēlākās – 70. un 80. gados. Vidēji no pumpurošanās līdz ābolu nogatavošanās fāzei paiet 138 dienas „Baltajam dzidrajam” un vidēji  160 dienas „Antonovkai” un „Rudens svītrainajam”. Faktiski āboli nogatavojas agrāk.

Lapu dzeltēšana novērota no 6. līdz 14. oktobrim. Lapu dzeltēšanas tendence Dobelē un Priekuļos ir neitrāla (fāze nav mainījusies), Dagdā – pozitīva, savukārt Stendē – negatīva. Augšanas ilgums āboliem vidēji ir 150 dienas, ar tendenci pagarināties, kas īpaši izteikts ir „Antonovkas” šķirnei.

Klimata mainības ietekme uz lauksaimniecību nākotnē izpaudīsies atšķirīgi dažādos pasaules reģionos. Pasaules mērogā graudaugu (kvieši, kukurūza, mieži) raža temperatūras paaugstināšanās dēļ ir samazinājusies. Dienvideiropas valstīs ražas apjomi ir sākuši samazināties, bet Ziemeļeiropā atsevišķu graudaugu raža ir pat palielinājusies.
Latvijas gadījumā vislielākās grūtības lauksaimniekiem sagādās prognozētie sausuma periodi un intensīvie nokrišņi.

Visbiežāk kā pozitīvas klimata mainības sekas lauksaimniecībā tiek minēta augšanas sezonas pagarināšanās, fotosintēzes intensitātes paaugstināšanās, jaunu kultūraugu augšanas iespējas un produktivitātes pieaugums Ziemeļeiropā.

Tomēr klimata mainība nesīs sev līdz daudz risku: atsevišķos reģionos būs nepietiekams ūdens daudzums, samazināsies augsnes mitrums, notiks kultūraugu postījumi, palielināsies pesticīdu lietojums, var pat samazināties augkopības iespējas.
Papildus siltums un mitrums radīs labvēlīgu vidi sēņu, dažādu patogēno mikroorganismu attīstībai, kas nelabvēlīgi ietekmēs augu attīstību un pastarpināti arī cilvēku veselību, jo lauksaimniekiem būs jāizmanto vairāk augu aizsardzības līdzekļu.

Būtisks risks lauksaimniekiem ir vēlās pavasara salnas. Lai arī bezsala periods kopumā pagarinās, lielākoties tas notiek uz rudens salnu vēlākas iestāšanās rēķina. Eiropā 1992.–2008. gada periodā bezsala perioda beigu laiks ir + 8,2 dienas desmitgadē, bet sākums – agrāks par 3,2 dienām desmitgadē ). Pēdējās pavasara salnas beidzas agrāk, bet arī augu attīstība pavasarī sākas agrāk, līdz ar to pastāv būtisks augu postījumu risks, kā tas notika 2003. gadā Eiropā.

Nepastāvīgo, netipisko un grūti prognozējamo laika apstākļu rezultātā, lauksaimnieki nevarēs prognozēt ikgadējās kultūraugu ražas. Tas ir liels risks lauksaimniecības nozares attīstības plānošanai.

No vienas puses, pagarinoties augšanas sezonai, palielinās kultūraugu produktivitāte, jo ilgāks augu attīstības cikls ļauj maksimāli izmantot pieejamo Saules siltuma daudzumu, ūdens un barības vielas, kas palielinās kultūraugu ražu. No otras puses, negatīvā ietekme ir tāda, ka gaisa temperatūras un mitruma režīma ietekmē var samazināties laiks starp augu attīstības cikliem, piemēram, laiks starp stiebrošanos un vārpošanos graudaugiem, kas var samazināt iegūstamo ražu.

Eiropas Vides aģentūra, kā arī Eiropas Komisijas pētniecības centri regulāri veic nākotnes prognozes lauksaimniecībai svarīgo sugu izmaiņām attīstības fāzēm.

9.10. att. Prognozētās izmaiņas (dienās) ziemas kviešu attīstības fāzēm: ziedēšanas sākumam (A) un gatavības fāzei (B) periodam 2031.–2050. gads, pastāvot klimata scenārijam A1B.

Attēls adaptēts no EEA, 2012. Oriģinālais attēls http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/figures/projected-change-in-dates-of

Tiek prognozēts, ka ziemas kviešu ziedēšanas laiks Eiropā var mainīties līdz pat mēnesim (ziedēšana iestāsies agrāk), tomēr lielākajā daļā teritorijas izmaiņas tiek prognozētas jeb modelētas 2 nedēļas agrāk attiecībā pret 1975.-1994. gada periodu. Kā redzams 9.10. attēlā, ziedēšanas lielākas izmaiņas tiek prognozētas piekrastes teritorijās. Ziemas kviešu nogatavošanās fāzes iestāšanās laiks mainīsies vairāk nekā ziedēšanas laiks, t.i., tiek prognozēts, ka ziemas kvieši gatavību sasniegs 20–25 dienas agrāk salīdzinājumā ar 1975.–1994. gada periodu.

Pētījumā arī minēts, ka vasaras kviešu sēšanas laiks, ziedēšanas un gatavības iestāšanās laiks kļūs agrāks par 1–3 nedēļām atkarībā no reģiona. Ziemeļeiropas teritorijā lielākās izmaiņas tiek prognozētas kukurūzai, mazākas – ziemas kviešiem.  Taču, kā norāda arī pētījuma autori, modelētie rezultāti atšķiras atkarībā no lietotā modeļa, reģiona. Tas nozīmē, ka prognozēt lauksaimniecības kultūru izmaiņas ir sarežģīti.

Eiropas dienvidu daļā lielākoties tiek prognozēts ražas apjoma samazinājums, pretstatā Eiropas Z teritorijai, kur prognozēts, ka 2080. gadā labības ražu palielinājums būs pat līdz 30%. Attiecībā uz Latviju modeļa dati rāda nelielu graudaugu ražas pieaugumu – līdz 10%.

9.11. att. Graudaugu ražas izmaiņas Eiropā: references periods no 1961. līdz 1990. gadam kreisajā pusē; modelētās izmaiņas (tālā nākotne) – labajā pusē (EEA, 2009)

Oriģinālais attēls: http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/figures/projected-crop-yield-changes-between-the-2080s-and-the-reference-period-1961-1990-by-two-different-models

Gaisa temperatūras un CO₂ līmeņa paaugstināšanās būtiski mainīs gan kultūraugu sastāvu, gan to kvalitāti, kā arī ietekmēs lopkopības nozari.

Prognozētie karstuma viļņi vasarās apdraudēs ne tikai cilvēku dzīvi, bet arī ietekmēs lopkopības nozares produktivitāti. Tāpat karstums ietekmē piena izslaukumu, mājlopu reproduktīvās funkcijas, kā arī organisma spēju pretoties slimībām. Lopkopību nākotnē īpaši ietekmēs zālāju daudzums un kvalitāte. Netipiski augstās gaisa temperatūras vasarā, kas tiek prognozētas Eiropas (arī Latvijas) teritorijai, galvenokārt sausuma dēļ negatīvi ietekmēs zālāju augšanu.. Sausums samazina augu dabisko spēju pretoties gan pret kaitēkļiem, gan samazina augšanas spēju. Tas nozīmē, ka zālāju vērtība pazemināsies un būs jāiegulda papildu līdzekļi mājlopu uztura nodrošināšanai.

Lai aizsargātu sausuma novājinātos augus no kaitēkļiem, būtiski būs jāpalielina augu aizsardzības pasākumi, kas savukārt paaugstinās kopējās izmaksas.

Dabas ritmu pētījumos nākotnes prognozes tiek izteiktas, veicot bioklimatisko modelēšanu, izstrādājot gan globāla mēroga modeļus, gan arī vietēja mēroga modeļus, kuri ietver ietekmējošos faktorus (vietas reljefs, hidroloģiskais tīkls, dominējošie vēji, jūras ietekme).

Latvijas teritorijai, arī abām kaimiņvalstīm, ir izstrādāts parastās ievas Padus racemosa fenoloģisko fāžu iestāšanās laika prognozes modelis un zemeņu ziedēšanas un ražas prognozes nākotnē.

2014. gadā tika veikts mēģinājums prognozēt savvaļas augu fenoloģiskās fāzes Baltijas jūras valstīs. Pētījums balstījās uz brīvprātīgo novērotāju datiem, kā arī tika veikti lauka maršruta pētījumi, fotografējot parastās ievas Padus racemosa fāzes ik pa 30 km. Datu analīzē tika izmantoti vairāk nekā 200 punktu novērojumi. Fotogrāfijas tika apstrādātas, aprakstot ievas attīstības fāzes.

9.12. att. Ievu attīstības fāzes, kas izteiktas BBCH kodos (BCCH kodi adaptēti no ķiršu (stone fruit) un upeņu (curants) kodiem pēc Meiera, 1997, papildināts 2001. gadā): katrs skaitļu kods raksturo fāzes posmu, piemēram, BBCH55 ir redzami ziedpumpuri. Katra fāze tika izteikta procentos starp esošo un nākamo fāzi. Piemēram, attēla centrā redzamā ieva ir sasniegusi 50% no fāzes BBCH55.

Modelis balstās uz agrometeoroloģijā daudz izmantoto pieeju par grādu dienām. Grādu dienu augšanas modelis ir vienkāršākais no fenoloģisko modeļu veidiem. Tajā tiek pieņemts, ka augu attīstība notiek, ja gaisa temperatūra pārsniedz noteiktu bāzes vērtību, un jo ir siltāks, jo augi attīstās ātrāk. Temperatūru, kas pārsniedz bāzes temperatūru, sauc par aktīvo temperatūru. Tiek pieņemts, ka noteiktu attīstības fāžu sasniegšanai ir nepieciešama noteikta aktīvo temperatūru summa. Aktīvo temperatūru summa tiek iegūta, saskaitot kopā katras dienas vidējās temperatūras, °C, kas pārsniedz bāzes temperatūru.

Izmantojot ilgtermiņa fenoloģiskos un meteoroloģiskos novērojumus, ir iespējams aprēķināt katrai augu sugai raksturīgo bāzes temperatūru un grādu dienu summu, kas ir nepieciešama noteiktu attīstības stadiju sasniegšanai.

9.13. att. Parastās ievas Padus racemosa attīstības fāzes 2014. gada 30. aprīlī: modeļa rezultāti (Kalvans, et al., 2015).
Krāsu skala iezīmē ievas attīstības progresu jeb fāzes: BBCH00 – snaudoši pumpuri;
BBCH10 – lapu plaukšanas sākuma fāze; BBCH 5X – dažādas lapu attīstības fāzes; BBCH 60-69 – ziedēšanas fāzes.

Modeļa rezultāti rāda, ka Lietuvas dienvidu teritorijās tiek prognozēta fāze BBCH69, kas ir ziedēšanas beigu fāze, kamēr Igaunijas ziemeļaustrumos, Peipusa ezera tuvumā tikai pumpurošanās fāze.

Fenoloģiskais modelis kā izejas datus izmanto laikapstākļu prognozi, kas iegūta no reģionālajiem atmosfēras pētījumu modeļiem.

9.14. att. Modeļa un reālo lauka novērojumu salīdzinājums Baltijas valstīs 2014. gada pavasarī parastās ievai Padus racemosa lapu plaukšanas fāzei.

Ar krāsu skalu parādīta fāzes sasniegšanas iespējamība: ja krāsas skala ir 1, t.i., sarkana – tiek prognozēts, ka atbilstošajā teritorijā ir vērojams ievas lapu plaukšanas sākums. Grafikā uz x ass – modelētie novērojumi jeb prognozētā ievas attīstības fāze; uz y ass –reālās uz lauka novērotās ievas attīstības fāzes.

2014. gada aprēķinu gadījumā modeļa dati atpalika no reāli dabā novērotās attīstības, kas, iespējams, ir saistīts ar neparasti silto 2013./2014. gada ziemu.

Latvijas Universitātes Vides un tehnoloģisko procesu matemātiskās modelēšanas laboratorijas (VTPMML) pētījumi apliecina, ka pastāv iespējas aprēķināt augu attīstību, izmantojot modeļus un veicot šo modeļu uzlabojumus.

VTPMML pētījumā tika modelēts arī dārza zemeņu ziedēšanas un ražas laiks trīs periodiem: pagātnei (1951.–1980. gads), tagadnei un tuvākai nākotnei (2001.–2030. gads), kā arī tālākai nākotnei (2070.–2099. gads) Baltijas valstīs.

Mūsdienās zemeņu ziedēšana vidēji iestājas no maija vidus līdz jūnijam (20.–24. gada nedēļā). Visagrāk zemeņu ziedēšana iestājas Lietuvas dienvidos un pakāpeniski virzās uz ziemeļiem ar ātrumu 200–300 km/nedēļā.

Pētījuma dati liecina, ka 1951.–1980. gadā zemeņu ziedēšana iestājusies nedēļu vai pat 2 nedēļas vēlāk salīdzinājumā ar iespējamo periodu līdz 2030.gadam. Savukārt tālākā nākotnē sagaidāms, ka zemenes sāks ziedēt jau aprīļa beigās (18.–22. gada nedēļā).

9.15. att. Zemeņu ziedēšanas un nogatavošanās iestāšanās laika reģionālās atšķirības un prognozētās izmaiņas.

Savukārt pirmā raža varētu būt 2 nedēļas agrāk (22.–26. gada nedēļā) salīdzinājumā ar pašreizējo laiku, kad zemenes nogatavojas jūnijā-jūlijā (24.–29. gada nedēļā).

Modelētās izmaiņas atšķiras atkarībā no pētījuma vietas novietojuma attiecībā pret reljefu (augstienēs vēlāk), bet, jo īpaši, attiecībā pret attālumu no Baltijas jūras vai Rīgas līča.

9.16. att. Zemeņu ziedēšanas un nogatavošanās laika reģionālās izmaiņas un nākotnes prognozes (1965.–2085. gads).

Tiek prognozēts, ka jūras piekrastes teritorijās izmaiņas būs lielākas un, iespējams, ka attiecībā uz zemenēm fāzes, kas mūsdienās iestājas agrāk kontinentālajā daļā, nākotnē pirmās būs vērojamas piekrastē, taču šie rezultāti jāinterpretē piesardzīgi, jo jāņem vērā, ka klimata modeļi varētu būt “pārvērtējuši” Baltijas jūras sasilšanas tendences.

Nākotnes prognozes modeļu veidā, kā arī zināšanas par klimata pārmaiņu radītajām sekām, kā arī laikus veiktie pasākumi ļaus lauksaimniekiem un mežsaimniekiem izmantot klimata pārmaiņas izdevīgākā veidā.

9.3. Klimata pārmaiņu ietekme uz mežsaimniecību

Pētījumi rāda, ka, pastāvot optimālam mitruma un temperatūras režīmam, CO₂ koncentrācijas pieaugums gaisā meža augšanu ietekmēs pozitīvi – palielināsies koku caurmēra pieaugums, turklāt skuju koku mežos izmaiņas būs lielākās nekā lapu koku mežos. Zinātnieki aprēķinājuši, ka Somijas ziemeļu daļā koksnes produktivitāte varētu pieaugt pat par 70%. Taču teritorijās ar nepietiekamu mitruma režīmu prognozētais CO₂ pieaugums var radīt papildu risku meža audzēm.

Arī gaisa temperatūras izmaiņām var būt gan pozitīvas, gan negatīvas sekas – siltummīlošās sugas palielinās izplatības areālus, migrējot vairāk uz ziemeļiem vai kalnu rajoniem, savukārt kalnos daudzas sugas aizies bojā, nespējot pielāgoties.
Gaisa temperatūras paaugstināšanās pozitīvi ietekmēs skuju koku (priedes, egles) augšanu Eiropas ziemeļu teritorijās. Bērzi, kas ir dominējošā koku suga Baltijas jūras reģionā, eksperimentālajos pētījumos uzrāda pozitīvas izmaiņas – augs labāk.
Jaukto koku mežos gaisa temperatūras paaugstināšanās var drīzāk veicināt koku augšanas riskus, piemēram, dižskābārdim šādā gadījumā novēro samazinātu pieaugumu. Jau tagad pētījumi apliecina, ka Somijas ziemeļu daļā ir vērojams meža koksnes pieaugums, bet priedei Somijas dienvidu daļā – samazinājums, ko galvenokārt ietekmējusi ūdens bilance.
 
Gaisa temperatūras izmaiņas radīs sniega segas izmaiņas, kas savukārt ietekmēs sezonālo ūdens daudzumu mežos. Ūdens bilances izmaiņas izraisīs nokrišņu sadalījuma un daudzuma izmaiņas, un tas var būt viens no galvenajiem mežsaimniecības riskiem nākotnē, jo optimāls mitruma režīms ir ļoti svarīgs mežu augšanai.

Sausuma periodi, kas Latvijas teritorijā tiek prognozēti ilgāki un noturīgāki, augiem un kokiem var radīt augšanas stresu. Sausums negatīvi ietekmē augu aizsardzības mehānismus, gan noturību pret kaitēkļiem (kukaiņiem), gan arī pret slimības izraisošiem mikroorganismiem.
Sausums paaugstinās ugunsbīstamības risku, un tiek prognozēts, ka palielināsies mežu ugunsgrēku skaits. Jāņem vērā, ka ugunsgrēkos rodas ļoti daudz CO₂, kas nonāk atmosfērā un vēl vairāk paaugstina SEG līmeni atmosfērā.

Prognozētie “karstuma viļņi” ietekmēs mežsaimniecību, jo, piemēram, 2003. gada „karstuma vilņi” būtiski samazināja meža augšanas produktivitāti daļā Eiropas.

9.1. tabula. Klimata mainības ietekme Baltijas reģiona valstīs.

Klimata pārmaiņu sekas mežos var būt ilgtermiņa (sugu migrācija) vai arī īstermiņa (kaitēkļu invāzija, meža ugunsgrēki, vētras un spēcīgi vēji), kas nākotnē tiek prognozētas biežākas un intensīvākas. Arī īstermiņa traucējumi var radīt lielu risku un neatgriezeniskus bojājumus mežaudzēm.

Tomēr kopumā tiek prognozēts, ka klimata pārmaiņu ietekme uz mežsaimniecību Eiropas ziemeļu daļā lielākoties būs pozitīva, tomēr veiksmīgai mežsaimniecības darbībai svarīgi ir ievērot meža pielāgošanās apsaimniekošanu, kas ietver praksi audzēt klimatam atbilstošas sugas, mainīt retināšanas un ciršanas laikus. Pareiza meža apsaimniekošana produktivitāti ietekmēs daudz vairāk nekā klimata pārmaiņas.

Literatūra

BAAC Author Team (2008) Assessment of Climate Change for the Baltic Sea Basin. Springer – Verlag Berlin Heidelberg.

Bethere, L., Sile, T., Sennikovs, J., Bethers, U. (in print). Climate changes impact on timing of strawberry phenological processes in Baltic States. Estonian Journal of Earth Sciences.

Chmielewski F. M., Rötzer T. (2001) Responses of tree phenology to climatic changes across Europe. Agricultural and Forest Meteorology.108, 101-112.

Chuine I., Pascal Y., Viovy N., Seguin B., Daux V., Ladurie E. (2004) Historical phenology; grape ripening as a past climate indicator. Nature. 432, 289.

EEA (2008) Impacts of Europe's changing climate-2008 indicator-based assessment. EEA-JRC-WHO, 2008 report. Office for Official Publications of the European Communities, Luxemburg.

EEA (2012) Climate change, impacts and vulnerability in Europe 2012. EEA, Copenhagen

IPCC (2007) Climate Change 2007: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, Pachauri R. K. and Reisinger A. (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland.

Kalvāne G. (2011) Fenoloģiskās izmaiņas un to ietekmējošie klimatiskie faktori. Rīga, LU Akadēmiskais apgāds.

Kalvāne G., Romanovska D., Briede A., Bakšiene E. (2009) Influence of the climate change to the phenological changes in Latvia and Lithuania, Climate Research. Vol 39., 209-219.

Kalvāns A., Bitāne M.,  Kalvāne G. (2015). Forecasting plant phenology: evaluating the phenological models for Betula pendula and Padus racemosa spring phases, Latvia. International Journal of Biometeorology. 2,59, 165-179.

Karlsen S. R., Tolvanen A., Kubin E., Poikolainen J., Høgda K. A., Johansen B., Danks F. S., Aspholm P., Wielgolaski F. E, Makarova O. (2008) MODIS NDVIbased mapping of the length of the growing season in northern Fennoscandia. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 10, 253-266.

Lieth H. (1974) Purpose of a Phenology book. In: Phenology and Seasonality Modeling. Lieth H. (ed). Springer – Verlag, New York, 3-15.

Linderholm H. W. (2006) Growing season changes in the last century. Agricultural and Forest Meteorology. 137, 1-14.

Meier U. (1997) Growth stages of mono- and dicotyledonous plants. BBCH Monograph. (ed) Federal Biologische Research Centre for Agriculture and Forestry. Blackwell Wissenschafts-Verlag, Berlin – Wien.

Menzel A, Sparks T. H., Estrella N., Koch E. and others. (2006) European phenological response to climate change matches the warming pattern. Global Change Biology. 12, 1969–1976.

Roetzer T., Wittenzeller M., Haeckel H., Nekovar J. (2000) Phenology in central Europe – differences and trends of spring phenophases in urban and rural areas. International Journal of Biometeorology. 44-2, 60-66.

Interneta resursi

EPA a[bez datējuma]. ASV Vides aizsardzības aģentūra. Climate impact on forests. Pieejams:. http://www3.epa.gov/climatechange/impacts/forests.html Skat.20.09.2015.

EPA b[bez datējuma]. ASV Vides aizsardzības aģentūra. Climate impact on agriculture. Pieejams:.  http://www3.epa.gov/climatechange/impacts/agriculture.html Skat.20.09.2015.

EEA, 2009. Projected crop yield changes between the 2080s and the reference period 1961-1990 by two different models. Pieejams http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/figures/projected-crop-yield-changes-between-the-2080s-and-the-reference-period-1961-1990-by-two-different-models Sk. 14.10.2015.

Baltic Climate [ bez datējuma] Mežsaimniecība. Pieejams: http://www.toolkit.balticclimate.org/lv/klimata-parmainu-ietekme/klimata-parmainu-scenariji/mezsaimnieciba Sk.14.10.2015.

Koch E., Bruns E., Chmielewski F. M., Defila C., Lipa W., Menzel A. (2006) Guidelines for plant phenological observations. COST 725 materiāls. Sk. 12.09.2015. Pieejams: http://topshare.wur.nl/publicfiles/73471_1_guidelines-ges-fin_2.pdf