Агроекологічні детермінанти просторово-часової динаміки продукційного потенціалу сільськогосподарських ландшафтів Поліської та Лісостепової зон України

Abstract

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і новий підхід до вирішення наукової проблеми встановлення та аналізу моделей просторовочасового варіювання продукційного потенціалу сільськогосподарських ландшафтів у Поліській та Лісостеповій зонах України. Урожайність культур розглядається як маркер продукційного потенціалу агроландшафтів. Загальний тренд просторової та часової динаміки урожайності основних сільськогосподарських культур на території Поліської та Лісостепової зон України, може бути описаний поліномом четвертого ступеня. Природа тренду має агроекономічне походження. Особливі точки поліноміальної кривої четвертого порядку можуть бути змістовно інтерпретовані та застосовані для описання динаміки урожайності культур. У результаті аналізу головних компонент нами була виявлена просторова компонента варіювання залишків регресійних моделей урожайності культур, а це свідчить про те, що ці залишки є результатом впливу не випадкових чинників, а регулярної екологічної складової, яка має регіональні відмінності. Також, глобальний аналіз головних компонент виявив наявність динамічних процесів середньої урожайності культур коливальної природи з різною частотою під впливом агроекологічних факторів. За допомогою географічнозваженого аналізу головних компонент встановили, що на досліджуваній території існують зони з певними закономірностями часової динаміки урожайності культур, які є однорідними всередині кожної області, але якісно відрізняються між зонами. На основі принципу однорідності характеру динаміки продукційного потенціалу сільськогосподарських територій нами виконано виділення агродинамічних кластерів, які віддзеркалюють характер взаємозв’язків між окремими просторовими одиницями. Кожний кластер характеризується певним характером динаміки продукційного потенціалу та, у певному діапазоні, інваріантними патернами реагування на варіювання агроекологічних чинників. Параметри урожайності кукурудзи, сої, картоплі та соняшнику проявляють найбільшу кореляцію до показника континентальності клімату. Урожайності цукрового буряка і жита найбільш чутливі до мінливості температурного режиму в екстремальні періоди року, а параметри урожайності овочів залежать від мінливості температурних умов в період вегетації. Урожайність усіх досліджених культур, за виключенням картоплі, найбільшою мірою залежить від гранулометричного складу ґрунту, причому до вмісту піску проявляє негативну кореляцію. У ході дослідження виявлено значний вплив показників ландшафтного різноманіття на параметри урожайності усіх досліджених культур. Причому, як правило, ці залежності мають нелінійний характер, а це свідчить про те, що існує якийсь оптимальний рівень ландшафтного різноманіття для досягнення максимально можливої урожайності культури. Параметр максимального рівня урожайності, який по суті і віддзеркалює продукційний потенціал території, проявляє найбільшу чутливість до екологічних факторів (від 35 до 70 % в залежності від культури). Це пояснюється тим, що на цьому етапі розвитку сільськогосподарського виробництва, коли потенціал агротехнологій вже майже повністю вичерпаний, на передній план виходять екологічні фактори, які і визначають верхній ліміт урожайності культур. The dissertation presents a theoretical generalization and a new approach to solving the scientific problem of modelling spatiotemporal variation of the productive potential of agricultural landscapes in the Polissya and Forest-steppe zones of Ukraine. Crop yield is the marker of agricultural landscapes' productive potential. The general trend of spatiotemporal dynamics of basic crops yield in the Polissia and Forest-steppe zones of Ukraine can be described by the fourth-degree polynomial. The general trend has agro-economic origin. The characteristic points of the fourthdegree polynomial curve can be meaningfully interpreted and applied to describe the dynamics of crop yields. According to the principal components analysis, there is a spatial component of variation of crop regression models residuals, which indicates that these residuals are spatially-structured and therefore they are not the result of the random factors influence, but of a regular environmental component that has regional differences. It was established via geographically weighted principal components analysis that there are zones with certain patterns of temporal dynamics of crop yields under the influence of environmental factors, which are homogeneous within each region, but qualitatively different between the zones. Based on the principle of uniformity of land productive potential dynamics character, we distinguished agrodynamic clusters, which reflect the nature of interconnections between separate spatial units. Yields parameters of corn, soybeans, potatoes and sunflowers show the highest correlation with the index of climate continentality. The yield of the studied crops, with the exception of potatoes, is most dependent on the particle size distribution of the soil, and negatively correlated with the sand content. Potato yield parameters (logarithmic slope, lower and upper yield limits) are most correlated with the silt content of the soil. The study revealed a significant impact of landscape diversity on the yield parameters of all the studied crops. Typically, these dependencies are nonlinear, indicating that there is an optimal level of landscape diversity to maximize crop yields. The maximum level of the yield of all crops, which essentially reflects the productive potential of the territory, shows the greatest sensitivity to environmental factors (from 35 to 70% depending on the crop). This is due to the fact that at this stage of agricultural production when the potential of agricultural technologies is almost completely exhausted, environmental factors that determine the upper limit of crop yields come to the fore.