Risk Assessment of Climate Change and Droughts in the Zone of Chernozems, North Bulgaria
Keywords:
risk assessment of climate change, Chernozems, North Bulgaria, maize crop seasonAbstract
This study aims at assessing drought and related climate change trends as well as their impacts on agriculture in North Bulgaria. Trend tests were applied to climate data, mainly precipitation, temperature and reference evapotranspiration (ETo) relative to selected weather stations.
Results of the Mann-Kendall trend test show significant positive trends for maximum temperature in May, June, July and particularly an increase trend in annual Tmax by 0.02 mm yr-1 at Varna, Lom and Silistra. Relative to ETo for the maize crop season “May-Sept”, a significant trend was observed for the period 1970 – 2004. The detected increase of seasonal ETo is 1.0 mm yr-1 at Silistra, up to 2.3 mm yr-1 at Pleven and Lom, reaching a maximum of 2.6 mm yr-1 at Varna. The magnitude of this trend is about half if one considers the whole 1951 – 2004 period instead of 1970 – 2004, which indicates that the aggravation of climate conditions is higher in recent times.
The WINISAREG simulation model was previously calibrated and validated using independent field data from long-term irrigation experiments with late and semi-early maize hybrids for various locations and soils with small, medium and large total available water (TAW). Thus the model could be applied with appropriate accuracy to compute yield impacts of water stress and irrigation requirements for the 1951 – 2004 period. Rainfed maize in the Danube Plain is associated with some yield variability (33% < Cv < 54%) that is in fact smaller than in the Thracian Lowland (40% < Cv < 70%). Nevertheless that drought impact is mitigated in North Bulgaria it is a key factor in some regions (Lom and Varna). Basing upon economic considerations, relative yield decreases (RYD) were computed with the threshold of 67, 55 and 60% of the potential maize productivity in Pleven, Lom and Silistra. Maize production is risky in 22% of years in Lom when TAW is large, which is the double of risk in Pleven and Silistra. If TAW is medium the risky years double and reach 50% of years in Varna.
The application of the trend analyses to net irrigation requirements NIR over the 1970 – 2004 period shows a significant increase of NIR by 120 (Pleven), 90 – 80 mm (Lom, Silistra) that is half than in Varna. Contrarily, water stress increase related to the raifed maize led to yield decrease on drylands by 32% of potential yield on the average in Pleven, by 20% in Lom and Silistra and by 10% in Varna thus indicating that innovative risk approaches are required.
References
Александров, В. (ред). 2011. Методи за мониторинг, оценка и въздействие на сушата в България. София, стр. 216
Бонева, К. 2012. Изследване на основните характеристики на почвата с оглед приложението им при калибровката и използването на симулационни математически модели. с. 141-165. Попова, З. (ред). 2012. Оценка на риска от засушаване в земеделието и управляване на напояването чрез симулационни модели. ISBN 978-954-394-080-6
Върлев, Ив. 2011. Осреднени стойности на евапотранспирацията на пролетните култури в България. Научни доклади Международна конференция „100 години почвена наука в България” София, част I, с. 488-494
Донева, Е. 1976. Характер и влияние на хидрофизичните свойства на почвата върху влагообмена в ненаситена почва. Дисертация. ВИСИ, София.
Иванова, M., З. Попова. 2011. Валидация на модел и коефициенти на културата чрез експерименти с царевица в Софийско поле. Научни доклади. Международна конференция „100години почвена наука в България”, София, Част 2: 542-548
Койнов, В., Ив. Кабакчиев, К. Бонева. 1998. Атлас на почвите в България. Земиздат,София.
Попова, З. 2008. Оптимизиране на поливния режим, добивите и влиянието им върху околната среда чрез симулационни модели. Дисертация. ИП „Н. Пушкаров”, София, 326 с.
Попова, З. 2011. Уязвимост към засушаване и необходимост от напояване оценени на основата на моделни симулации. Селскостопанска наука, 44, 1, 7-21
Попова, З. (ред.). 2012. Оценка на уязвимостта към засушаване чрез модели на продуктивността на селскостопанските култури. Брошура Център за управление на засушаването в Югоизточна Европа ЦУЗЮЕ /DMCSEE/ Резюме от резултатите от проекта. с. 39-55; ИПАЗР „Н. Пушкаров”, ISBN 978-954-394-102-5
Попова, З. 2012. Оценка на риска от засушаване в земеделието и управление на напояването чрез симулационни модели. ИПАЗР „Н. Пушкаров”, 244 с.; ISBN 978-954-394-080-6
Попова, З., M. Иванова. 2012. Валидация на фактора на добива Ky (ФАО 56) при неполивна царевица. Попова, З. (ред.). Оценка на риска от засушаване в земеделието и управление на напояването чрез стимулационни модели. ИПАЗР „Н. Пушкаров”, 244 с. ISBN 978-954-394-080-6, с. 8-14
Попова, З., М. Иванова. 2012а. Сравнение на загубите на добив от неполивна царевица и напоителните норми в България. Селскостопанска техника, XLIХ, 2, 38-48
Попова, З., М. Иванова, Д. Мартинс, Л. С. Перейра, М. Керчева, В. Александров, К. Донева. 2013a. Климатични промени, селскостопанско засушаване и необходимост от напояване в България. Водно Дело, 1/2, 14-22
Попова, З., М. Иванова, Д. Мартинс, Л. С. Перейра, М. Керчева, В. Александров и К. Донева. 2013b. Засушаване и климатични промени в България: тенденции и въздействия върху агросистемата на царевицата. Селскостопанска наука, 46, 1, 19-30
Славов, Н., Е. Колева, В. Александров. 2003. Климатични особености на засушаването. И. Раев, Knight, C. G., М. Станева (ред.) Засушаването в България: съвременен аналог за климатични промени. Природни, икономически и социални измерения на засушаването 1982 – 1994 г. БАН, София, с. 39-52
Стоянов, П. 2008. Агроекологичен потенциал на царевицата, отглеждана върху типични за нейното производство почви в условията на България. Дисертация.
Allen, R. G, L. S. Pereira, D. Raes, M. Smith. 1998. Crop evapotranspiration – Guidelines for computing crop water requirements. Irrigation and Drainage Paper 56, FAO, Rome.
Doorenbos, J., W. O. Pruitt. 1977. Crop Water Requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper 24. FAO, Rome, Italy, p. 144
Doorenbos, J., A. H. Kassam. 1979. Yield Response to Water. Irrigation & Drainage Paper 33, FAO, Rome, p. 193
Koleva, E., V. Alexandrov. 2008. Drought in the Bulgarian low regions during the 20th century. Theoretical and Applied Climatology, 92, 113-120
McKee, T. B., N. J. Doesken, J. Kleist. 1993. The relationship of drought frequency and duration to time scales. Preprints, 8th Conference on Applied Climatology, 17-22 January, Anaheim, CA, p.179-184
Pereira, L. S., P. R. Teodoro, P. N. Rodrigues, J. L. Teixeira. 2003. Irrigation scheduling simulation: the model ISAREG. In: Tools for Drought Mitigation in Mediterranean Regions. G. Rossi, A. Cancelliere, L. S. Pereira, T. Oweis, M. Shatanawi, A. Zairi (Eds.) Kluwer, Dordrecht, p. 161-180
Popova, Z., L. S. Pereira. 2008. Irrigation scheduling for furrow irrigated maize under climate uncertainties in the Thrace plain, Bulgaria. Journal of Biosystem Engineering, 99, 4, 587-597
Popova, Z., L. S. Pereira. 2011. Modelling for maize irrigation scheduling using long term experimental data from Plovdiv region, Bulgaria. Agricultural Water Management, 98, 4, 675-683; doi:10.1016/j.agwat.2010.11.009
Popova, Z., M. Ivanova, L. S. Pereira, V. Alexand-rov, K. Doneva, P. Alexandrova, M. Kercheva. 2012. Assessing drought vulnerability of Bulgarian agriculture through model simulations. Journal of Environmental Science and Engineering, B1 /8, p.1017-1036
Popova, Z., M. Kercheva. 2002. Optimization of strategies to mitigate biological droughts consequences under wheat and maize in Bulgaria. Journal of Balkan Ecology, 5, 1, 48-58
Popova, Z., M. Kercheva. 2005. Ceres model application for increasing preparedness to climate variability in agricultural planning- Risk Analyses. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C 30, 1-3, 117-124. Elsevier Science Publisher. DOI: 10.1016/j.pce. 2004.08.025
Popova, Z., M. Kercheva, L. S. Pereira. 2006. Validation of the FAO methodology for computing ETo with limited data. Application to South Bulgaria. Irrig. and Drain., 55, 1, 201-215
Popova, Z., M. Ivanova, P. Alexandrova, V. Ale-xandrov, K. Doneva, L. S. Pereira. 2011. Impact of drought on maize irrigation and productivity in Plovdiv region. Transactions of National conference with international participation “100 years Soil Science in Bulgaria”, Sofia, 1, 394-399
Popova, Z., S. Eneva, L. S. Pereira. 2006. Model validation, crop coefficients and yield response factors for irrigation scheduling based on long-term experiments. Journal of Biosystems Engineering, 95, 1, 139-149
Stewart, J. L., R. J. Hanks, R. E. Danielson, E. B. Jackson, W. O. Pruitt, W. T. Franklin, J. P. Riley, R. M. Hagan. 1977. Optimizing crop production through control of water and salinity levels in the soil. Utah Water Res. Lab. Rep. PRWG151-1, Utah St. Univ., Logan.
Teixeira, J. L., L. S. Pereira. 1992. ISAREG, an irrigation scheduling simulation model. In: Pereira, L. S., Perrier, A., Ait Kadi, M. and Kabat (guest editors). Crop Water Models. Special issue of ICID Bulletin, 41, 2, 29-48
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2014 Bulgarian Journal of Soil Science, Agrochemistry and Ecology
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
