Анализа утицаја климатских промена на водне ресурсе и обезбеђеност усева и засада водом на брдско-планинском подручју

Abstract

на расположивост водних ресурса и обезбеђеност водом најзаступљенијих култура, као и на агроклиматске услове на сливовима у брдско-планинским подручјима. Методологија је демонстрирана на пилот подручју слива реке Топлице, који је изабран као репрезентативан слив. За потребе истраживања анализиране су пројекције: падавина (P), температуре ваздуха (T), потенцијалне евапотранспирације (PET), протицаја (Q), нивоа подземне воде у равничарском делу слива (NPZV), евапотранспирације култура (ETc), дефицита/суфицита воде и агроклиматских индекса. Пројекције обухватају период 2021-2100 и засноване су на RCP4.5 и RCP8.5 сценаријима, док је као референтни изабран период 1971-2000. За израду симулација P и T коришћени су резултати ансамбла (енг. multi-model ensemble) од 7 комбинација глобалних и регионалних климатских модела хоризонталне резолуције 12,5 km из EURO-CORDEX пројекта. Протицај је симулиран калибрисаним HBV-light моделом. Зависност NPZV од протицаја у реци Топлици моделирана је коришћењем soft computing технике вештачке неуралне мреже (енг. Artificial Neural Networks, ANN). Mann-Kendall тренд тестом испитано је постојање тренда и његова статистичка значајност, а применом Mann- Whitney теста испитивана је значајност промене у блиској (2021-2050) и далекој (2071-2100) будућности, у односу на референтни период (1971-2000). На годишњем нивоу не очекују се значајне промене у доступности водних ресурса на проучаваном подручју. Међутим, резултати указују на израженију неуниформност месечне расподеле водних ресурса у будућности. У периоду април-септембар, када су највеће потребе за водом у пољопривреди, предвиђено је смањење протицаја и пораст дубине подземне воде до краја века по RCP8.5. Поменуто смањење у доступности водних ресурса може имати негативан утицај на пољопривреду, водоснабдевање, хидроенергетику, животну средину, рибарство и туризам овог подручја. У зимским месецима предвиђа се повећање P, T, Q, као и NPZV. На анализираном подручју, у условима климатских промена у будућности, очекује се статистички значајно повећање потреба за водом на нивоу вегетационе сезоне свих посматраних култура, по оба RCP сценарија. Током вегетационе сезоне најзаступљенијих култура гајених на подручју округа Топлице потребе за водом се не могу задовољити предвиђеним количинама ефективних падавина (Peff), на шта указује појава дефицита воде у референтном и периоду будућности. Највећем недостатку воде у будућности биће изложени воћарски засади јабуке, вишње и шљиве, као и засади паприке, парадајза и кромпира. Анализом података о промени предикованог дефицита изабраних култура у будућности у односу на референтни период уочава се да вредности дефицита имају тенденцију пораста у будућности, при чему је величина промене највећа у периоду далеке будућности по RCP8.5 сценарију. Посматрано на месечном нивоу, највеће вредности дефицита воде за већину посматраних култура предвиђају се у летњим месецима, у јулу и августу. У том периоду већина пролећних усева пролази кроз фазе развића у којима су биљке веома осетљиве на недостатак воде који може имати изразити негативан утицај на висину приноса. Процена утицаја климатских промена на агроклиматске индексе посматраног подручја указује да се у будућности може очекивати повећање дужине вегетационе сезоне, као и ранија појава позног пролећног и одлагање појаве раног јесењег мраза, а тиме и продужење периода без мраза...

n this doctoral dissertation, a methodology was developed for the analysis of the impact of climate change on the availability of water resources and water security of the most grown crops, as well as on agroclimatic conditions in catchments located in mountainous areas. The methodology was demonstrated in the pilot area of the Toplice River Basin, which was selected as a representative catchment. The research includes the analysis of the projections of: the precipitation (P), air temperature (T), potential evapotranspiration (PET), discharge (Q), groundwater level (GWL) variation in the lowland part of the catchment, crop evaporation (ETc), water deficit/surplus as well as agro-climatic indices. The projection pertain to the period from 2021 to 2100, based on RCP4.5 and RCP8.5 scenarios, while period 1971-2000 was selected reference period. Projections of P and T are based on the results of a multi-model ensemble of 7 combination global and regional climatic models of horizontal resolution of 12.5 km from the EURO-CODEX projects. Runoff is simulated by a calibrated HBV-light model. The correlation between GWL and river discharge was modeled by soft computing techniques of artificial neural networks (ANN). The Mann-Kendall trend test is used to check for a trend and its statistical significance, and the Mann-Whitney test to examine the statistical significance of a change in the mean ensemble median of time-series for the near future (2021–2050) and distant future (2071–2100), relative to the reference period (1971–2000). No notable changes are expected on an annual scale in the study area. However, the results show that the current non-uniformity of the monthly water distribution is growing in the future. The decrease in discharge and the increase of groundwater depth, in the period from April to September, at the end of the century according to RCP8.5, when the water requirements in agriculture are the highest. Aforementioned decrease in the availability of water resources can have a negative impact of agriculture, water supply, hydropower, environment, fishery and tourism in this area. The increase in P, T, Q as well as GWL is expected in winter months. The increase in water requirement in growing seasons of all analyzed crops is expected to experience a statistically significant growth in future in the conditions of the climate change, according to both RCP scenarios. During the growing season of the most grown crops cultivated in the the Toplica district, crop water requirement cannot be saturated by the predicted amount of effective precipitation (Peff), which is indicated by the water deficit in the referent and future period. The greatest water deficit in future will affect the most apple, cherry, plum fruit plantations as well as paprika, tomato and potato plantations. The analysis of the data of predicted deficit of the analyzed crops in the future relative to the referent period shows the deficit values tend to increase in the future, whereas the greatest changes will be in the period of distant future according to the RCP8.5 scenario. Monthly observations predict the greatest water deficit in July and August for most of the observed crops. In that period, most of the spring corpses follow the growing phase when the plants are very sensitive and the water deficit can negatively impact the crop yield. The estimation of the climate change effects on the agro-climatic indices of the observed region indicates that in the future it is to expect the increase in the duration of growing season as well as the earlier appearance of late spring frost and the delay of the first autumn frost, and therefore the prolongation the period without frost. It is estimated the decrease in the number frosty and icy days (Tmin < 0 ºC and Tmax < 0 ºC) in future can contribute to more favorable agroclimatic condition for the winter crop cultivation...