Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 631.175 : 551.584

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора географічних наук

Теоретичні і методологічні основи агрокліматичної оцінки продуктивності сільськогосподарських культур в Україні

11.00.09 - метеорологія, кліматологія, агрометеорологія

Ляшенко Галина Віталіївна

Одеса -2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському державному екологічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий консультант:

- доктор географічних наук, професор МІЩЕНКО Зінаїда Антонівна, Одеський державний екологічний університет, професор кафедри агрометеорології та агрометеорологічних прогнозів

Офіційні опоненти:

- доктор географічних наук, академік КОНСТАНТИНОВА Тетяна Степанівна, Інститут екології та географії Академії наук Молдови, директор;

- доктор географічних наук, старший науковий співробітник КЛЕЩЕНКО Олександр Дмитрович, Всеросійський науково-дослідний інститут сільськогосподарської метеорології, директор;

- доктор географічних наук, старший науковий співробітник АНТОНЕНКО Володимир Степанович, Київський національний університет культури і мистецтва, завідувач кафедри міжнародного туризму

Захист відбудеться “10” грудня_2009 р. о 10 ⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.090.02 в Одеському державному екологічному університеті за адресою: 65016, м. Одеса, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Одеського державного екологічного університету за адресою: 65016, м. Одеса, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ.

Автореферат розісланий “_9_”__листопада 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О. В. Вольвач

агрокліматичний підстильний посівний сільськогосподарський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми обумовлена необхідністю здійснювати ефективне агрометеорологічне забезпечення сільськогосподарської галузі і включає агрокліматичне обґрунтування оптимізації розміщення сільськогосподарських культур з метою раціонального природокористування.

Основні принципи і підходи вирішення проблеми були закладені у фундаментальних працях Селянінова Г. Т. (1928, 1930), Колоскова П. І. (1925, 1958), Сапожнікової С. А. (1958), Шашко Д. І. (1958, 1967), залишалися незмінними впродовж багатьох років і були направлені на визначення принципової можливості розміщення сільськогосподарських культур. Методи ж, за якими вирішувалися конкретні задачі, постійно розвивалися завдяки дослідженням Гольцберг І. А., Міщенко З. А., Романової О. Н., Польового А. М., Жукова В. О., Тоомінга Х. Г. , Зоїдзе Є. К. та ін.

В поточний період дослідження в галузі теоретичного і практичного землеробства і рослинництва, в т.ч. селекції та проектуванні розміщення сільськогосподарських культур, розробці технологічних прийомів їх вирощування, методів боротьби зі шкідниками та хворобами, базуються на матеріалах агрокліматичного районування України, виконаного в 60-70-ті роки минулого сторіччя. Між тим, з кінця минулого сторіччя відзначається тенденція зміни клімату і, як наслідок, зміна агрокліматичних ресурсів територій. За цей період відбулася також майже повна зміна сортименту сільськогосподарських культур, які відрізняються за вимогами до агрокліматичних умов. У зв'язку з аграрною реформою в Україні ставляться й інші вимоги до просторової деталізації агрокліматичної інформації.

Розвиток у 70-80-ті роки теоретичної агрометеорології, в т.ч. удосконалення методів оцінки впливу складових радіаційного, теплового і водного балансу на процеси життєдіяльності сільськогосподарських культур, застосування математичного моделювання процесів формування їх продуктивності, теоретичні і практичні досягнення в сільськогосподарській мезо- і мікрокліматології дозволяють перейти на якісно інший рівень вирішення задач агрокліматичного обґрунтування розміщення сільськогосподарського виробництва.

Виходячи з вищевикладеного, можна зробити висновок, що необхідний принципово новий системний підхід до вирішення проблеми агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур, який базується на комплексній оцінці агрокліматичних ресурсів територій, обумовлених атмосферними процесами макромасштабу з подальшим врахуванням процесів мезо- і мікромасштабу під впливом неоднорідностей підстильної поверхні, стосовно до розміщення основних сільськогосподарських культур.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Отримані автором результати увійшли складовою частиною до таких науково-дослідних робіт Одеського державного екологічного університету:

“Використання супутникової інформації та засобів дистанційного зондування Землі для цілей гідрометеорологічного та екологічного забезпечення народного господарства”, Розділ “Інтерпретація супутникової інформації для прогнозування врожайності сільськогосподарських культур”, №ДР 0196U013470, 1997-1998 рр;

“Оцінка агрокліматичних ресурсів вирощування основних сільськогосподарських культур і розробка рекомендацій до оптимізації структури посівних площ в Україні”, № ДР. 0198U009073, інв.№ 0204U000240, 1999-2003 рр.;

“Розробити методи оцінки і районування мікрокліматичної мінливості радіаційно-теплових ресурсів України для оптимізації розміщення сільськогосподарських культур”, № ДР 0103U001737, 2003 р., інв. №0203U008515, 2003 р.;

“Розробити алгоритм і методи оцінки посушливих явищ та їх впливу на врожайність зернових культур в Україні”, № ДР 0104U002664, інв.№0205U002029, 2004-2006 рр.

Мета і задачі дослідження. Метою досліджень є розвиток теорії агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур. Досягнення поставленої мети здійснюється шляхом вирішення наступних задач:

- сформулювати та обґрунтувати теоретичні і методологічні засади агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур;

- розробити структуру і створити базу агрокліматичної інформації для детальної оцінки агрокліматичних ресурсів, різномасштабного агрокліматичного районування територій та агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур;

- запропонувати підходи, розробити алгоритм і виконати детальну оцінку агрокліматичних ресурсів в Україні;

- обґрунтувати і реалізувати на прикладі території України метод комплексного агрокліматичного районування;

- вдосконалити методику й розробити алгоритм оцінки просторового перерозподілу агрокліматичних ресурсів під впливом неоднорідностей підстильної поверхні;

- обґрунтувати підхід різномасштабного агрокліматичного районування територій й здійснити його на прикладі території України;

- виконати агрокліматичну оцінку формування продуктивності основних сільськогосподарських культур в України з врахуванням просторового та часового перерозподілу агрокліматичних ресурсів;-

- розробити методичні підходи оптимізації розміщення сільськогосподарських культур на підставі детальної оцінки агро- і мікрокліматичних ресурсів територій й реалізувати їх на прикладі України;

- запропонувати підхід оптимізації структури посівних площ на підставі агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур та реалізувати його на прикладі основних сільськогосподарських культур України (озима пшениця, ярий ячмінь, кукурудза, соняшник, цукровий буряк і картопля).

Об'єкт дослідження - агрокліматичні ресурси формування продуктивності сільськогосподарських культур в Україні.

Предмет дослідження - оцінка просторового розподілу агрокліматичних ресурсів як підстави формування продуктивності основних сільськогосподарських культур України.

Методи дослідження спрямовані на реалізацію системного підходу у вирішенні проблеми агрокліматичної оцінки продуктивності сільськогосподарських культур. Задачі оцінки агрокліматичних ресурсів і агрокліматичного районування території виконувалися із застосуванням методів агро- та мікрокліматичних розрахунків і узагальнень, методів математичної статистики, в т.ч., кореляційно-регресійного аналізу і теорії ймовірності, картографічного методу із використанням ГІС-технологій, який включає кластерний аналіз і теорію розпізнавання образів. Задачі агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур вирішувалися із застосуванням фізико-статистичного й динамічного моделювання. Задача оптимізації структури посівних площ виконувалася з застосуванням симплекс-методу як одного із модифікаційних методів оптимізації процесів в рамках лінійного програмування.

Вихідними матеріалами для досліджень є: дані актинометричних, метеорологічних і агрометеорологічних станцій та постів України за період з 1961 по 2000 роки; матеріали довідників з клімату і агрокліматичних ресурсів; статистичні дані з врожайності сільськогосподарських культур в межах адміністративних областей і районів та Державних випробувальних ділянок.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в обґрунтуванні системного підходу до вирішення проблеми комплексного агрокліматичного районування територій у дрібному, середньому та крупному масштабах з наступною агрокліматичною оцінкою формування продуктивності сільськогосподарських культур, що дозволяє, у рамках загальнодержавної проблеми раціонального природокористування, оптимізувати розміщення сільськогосподарського виробництва. Автором вперше:

- обґрунтовані теоретичні основи і методологічні підходи комплексної оцінки агрокліматичних ресурсів продуктивності сільськогосподарських культур й різномасштабного агрокліматичного районування території України;

- виконана детальна комплексна оцінка агрокліматичних ресурсів і виявлено регіональні та локальні особливості їх розподілу на території України;

- здійснено, із застосуваннями ГІС-технологій, комплексне дрібномасштабне (М 1:1500000) агрокліматичне районування України;

- розроблено алгоритм розрахунків просторового перерозподілу показників агрокліматичних ресурсів і, на прикладі теплових ресурсів дня і ночі, ресурсів вологи та умов заморозконебезпечності, виконано агрокліматичне районування території України в середньому і крупному масштабі з врахуванням мезо- і мікроклімату;

- запропоновано новий метод агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур, який реалізовано на прикладі основних культур України (озимої пшениці, ярого ячменя, кукурудзи, соняшника, цукрового буряка та картоплі, в межах виділених макрорайонів і підрайонів);

- обґрунтовано і реалізовано на прикладі кукурудзи, цукрового буряку, картоплі та винограду підхід агро- і мікрокліматичної експертизи розміщення сільськогосподарських культур;

- виконано агрокліматичне обґрунтування і реалізовано на прикладі озимої пшениці, ярого ячменя, кукурудзи, соняшника, цукрового буряка та картоплі підхід оптимізації структури посівних площ в Україні.

Практичне значення одержаних результатів.

Теоретичне значення розробленого підходу агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур полягає у системності, комплексності та послідовності визначення продуктивності сільськогосподарських культур. За таким підходом можлива агрокліматична оцінка формування продуктивності будь-яких сільськогосподарських культур у різному просторовому та часовому розрізі.

Теоретичне та практичне значення розробленого методу оцінки агрокліматичних ресурсів і різномасштабного агрокліматичного районування територій полягає у можливості комплексної оцінки радіаційно-теплових ресурсів та ресурсів вологи, умов заморозконебезпечності, які відповідають вимогам різних груп сільськогосподарських культур. За запропонованим набором показників можливий різноцільовий напрямок досліджень: оцінка агрокліматичних ресурсів та агрокліматичного районування в різному масштабі генералізації, агрокліматична оцінка продуктивності сільськогосподарських культур, які виконуються в межах одного банку агрокліматичної інформації для різних сільськогосподарських культур та територій з різним типом підстильної поверхні.

Результати виконаного нового агрокліматичного районування території України та розроблених тематичних і комплексних карт агрокліматичних ресурсів із застосуванням ГІС-технологій дають вичерпну об'єктивну інформацію про фонові агрокліматичні ресурси в будь-якій точці України.

Уперше розроблено алгоритм розрахунку агрокліматичних ресурсів для усього спектру типів підстильної поверхні України, за яким здійснено мезо- і мікрокліматичне районування теплових ресурсів дня і ночі, ресурсів вологи і умов заморозконебезпечнсті. Розроблений підхід дозволяє, за наявності матеріалів інвентаризації типів і елементів підстильної поверхні будь-якої території, виконати розрахунки і дати вичерпну інформацію про агрокліматичні ресурси різних ділянок.

Уперше, на єдиній методологічній основі, із застосуванням фізико-статистичного моделювання виконані розрахунки і дана агрокліматична оцінка продуктивності основних сільськогосподарських культур (озимої пшениці, ярого ячменя, кукурудзи, соняшника, цукрового буряка, картоплі) в межах виділених агрокліматичних макрорайонів і підрайонів. Надалі, на підставі проведеного мезо- і мікрокліматичного районування України, виконана оцінка просторового перерозподілу продуктивності сільськогосподарських культур для різних типів підстильної поверхні. Проведені дослідження і отримані матеріали дозволяють давати рекомендації щодо оптимізації розміщення вказаних культур в розрізі територій від регіонального рівня до окремого фермерського господарства площею 10-50 га.

Виконані дослідження із застосуванням динамічного моделювання спрямовані на часову деталізацію агрокліматичної оцінки продуктивності сільськогосподарських культур. Цей підхід дозволяє враховувати вплив окремих складових агрокліматичних ресурсів територій на формування продуктивності культур упродовж етапів органогенезу культур. Одержані результати дозволяють корегувати порівняльну оцінку ступеню сприятливості агрокліматичних умов з врахуванням окремих етапів розвитку культур (фенофаз). Оскільки продуктивність сільськогосподарських культур є економічною характеристикою, даний підхід дозволяє визначати економічну ефективність від запропонованих систем розміщення культур.

Прикладне значення та практичні підходи реалізації одержаних результатів представлені на прикладі методики агро- і мікрокліматичної експертизи розміщення окремих сільськогосподарських культур та оптимізації структури посівних площ під озимою пшеницею, ярим ячменем, кукурудзою, соняшником, цукровим буряком і картоплею в межах виділених агрокліматичних макрорайонів та підрайонів України.

Розроблені методи комплексної оцінки агрокліматичних ресурсів територій з урахуванням мезо- і мікроклімату та методи агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур впроваджені в ГМЦ України для режимного агрометеорологічного обслуговування (2005 р.) Просторові узагальнення агрокліматичних ресурсів територій та середньомасштабне агрокліматичне районування (тематичне за окремими складовими ресурсів та комплексне) увійшли до «Атласу Одеської області» (Одеса, 2002 р.).

Результати виконаних досліджень використовуються при викладанні дисциплін “Агрокліматологія” і “Мікрокліматологія” для студентів-агрометеорологів Одеського державного екологічного університету і “Ландшафтознавство”, “Кадастр природних ресурсів” і “Землевпорядне проектування” для студентів-землевпорядників Одеського державного аграрного університету.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно запропоновано і реалізовано системний підхід для агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур, теоретичне обґрунтування і методологія застосування ГІС-технології при тематичному і комплексному агрокліматичному районуванні радіаційно-теплових ресурсів, ресурсів вологи, умов заморозконебезпечності; підхід дослідження просторової мінливості продуктивності сільськогосподарських культур. Автор безпосередньо приймав участь і був відповідальним виконавцем окремих розділів НДР, вказаних у відповідних науково-технічних звітах. Автор вдячний за багаторічну плідну співпрацю та консультації доктору географічних наук професору Міщенко З. А. і доктору географічних наук професору Польовому А. М. У всіх спільних роботах автор приймав участь у постановці проблеми, формулюванні задач, виконанні розрахунків і аналізі результатів.

В спільних роботах з Власовим В. В., Власовою О. Ю., Шапошніковою О. Ф., Калиною Т. Є., Бузовською М. Б. автором обґрунтовані методи, виконано розрахунки і проведено аналіз результатів агрокліматичних ресурсів території. В спільних роботах з Барсуковою О. А., Суздаловою В. І., Мельник Е. Б. автору належить постановка задач і аналіз результатів дослідження.

Апробація результатів дослідження. Основні положення і результати досліджень доповідалися на міжнародній науково-практичній конференції “Сучасна географія та навколишнє природне середовище” (Вінниця, 1999 р.); “Научные и прикладные аспекты оценки изменений климата и использования климатических ресурсов” (Мінськ, 2000 р.); “Геоэкологические и биоэкологические проблемы Северного Причерноморья” (Тирасполь, 2001 р.); “Перспективи розвитку науково-практичного забезпечення та ефективності використання гідрометеорологічної інформації в галузях національної економіки в сучасних умовах” (Київ, 2001 р.); “Актуальные проблемы функционирования, кадастра и организации территорий” (Кишинів, 2000 р.); “Гідрометеорологія і охорона навколишнього середовища-2002” (Одеса, 2002 р.); “Проблеми розвитку земельних відносин, землеустрою і земельного кадастру в умовах ринкової економіки” (Харків, 2004 р.); “Научно-прикладные аспекты дальнейшего развития и интенсификации виноградо-винодельческой отрасли” (Росія, Дагестан, 2006 р); “Новые технологии производства и переработки винограда для интенсификации отечественной виноградо-винодельческой отрасли” (Росія, Новочеркаськ, 2006 р.); “Агротехнологические и экологические аспекты развития виноградо-винодельческой отрасли”, посвященной 100-летию Е. И. Захаровой (Россия, Новочеркаськ, 2007 р.); на з'їзді географічної спілки України (Чернівці, 2003 р.); на науково-технічній конференції наукових і науково-педагогічних співробітників ОДЕКУ (Одеса, 2005 р.); на Міжнародному сімпозіумі “Виноградарство XXI столетия” (Одеса, 2006 р.); на нарадах - семінарах Гідрометцентру України “Обмін досвідом гідрометеорологічного забезпечення сільськогосподарського виробництва України в сучасних умовах” (Ялта, 2001 р.); “Проведення агрометеорологічних спостережень” (Львів, 2003 р.); “Погода і зернове господарство України” (Дніпропетровськ, 2004 р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи викладені у 59 наукових публікаціях, з них 24 - у провідних наукових виданнях, рекомендованих ВАК України, 3 статті депоновані, 10 доповідей, 10 тез.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, семи розділів, висновків, списку використаних джерел з 361 найменувань. Повний обсяг дисертації становить 428 сторінок, 43 рисунка, 58 таблиць, 6 додатків на 64 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкривається сутність і стан наукової проблеми, її значущість, підстави для розробки теми, обґрунтовується необхідність проведення досліджень. Викладені актуальність теми, мета та задачі роботи, об'єкт, предмет та методи досліджень, положення, що виносяться на захист. Сформульовані наукова новизна, теоретична та практична значущість роботи, особистий внесок здобувача, апробація результатів дослідження.

У розділі 1 освітлюються результати ретроспективного аналізу досліджень оцінки агрокліматичних ресурсів, агрокліматичного районування і оцінки формування продуктивності еко- та агросистем. Наводиться класифікація моделей формування продуктивності агроекосистем і характеристика параметрів моделей. Підкреслюється, що до останнього часу питання оцінки агрокліматичних ресурсів і агрокліматичного районування територій та агрокліматична оцінка формування продуктивності сільськогосподарських культур як агросистем відносилися до різних самостійних проблем і виконувалися у розриві один від одного. Тому відрізнявся набір показників, за якими давалися такі оцінки. В той же час, досягнення в розробці підходів і методів досліджень кожного з напрямків, застосування математичного апарату досліджень в агрометеорології та агрокліматології дозволяють проводити дослідження на новому теоретичному і методичному рівні з високим ступенем комплексності і просторової та часової деталізації.

Особливо треба виділити агрометеорологічні дослідження в рамках проблеми програмування врожаїв сільськогосподарських культур, які розвивалися в 70-і роки минулого сторіччя. Базуючись на теорії фотосинтетичної діяльності рослинного покриву (РП) Ничипоровичем О. О. були сформульовані основні принципи програмування врожаїв агроценозів, де домінуюча роль відводилася оцінці агрометеорологічних умов поточного року як головного фактора формування врожаю культур. Надалі ця ідея була розвинута Тоомінг Х. Г. і сформульована як концепція максимальної продуктивності РП, сутність якої полягає у прагненні рослин досягати максимальної продуктивності, а лімітуючим фактором є невідповідність умов світла, тепла і вологи вимогам культур. Надалі Тоомінгом Х. Г. був розроблений метод еталонних врожаїв, який дозволяє виконувати розрахунки можливих за агрометеорологічними умовами трьох рівнів врожаїв - потенційних, дійсно можливих і виробничих. Для території України дослідження у цьому напрямку започатковані автором в кінці минулого сторіччя (1999) і надалі виконувалися Міщенко З. А. (2002), Божко Л. Ю, Омар Фарідом (2003), Польовим А. М (2005). Дослідження виконувалися стосовно окремих сільськогосподарських культур в межах адміністративних областей та, здебільшого, в агрометеорологічному сенсі. Усі агрокліматичні оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур базуються на даних агрокліматичного районування території України, виконаного в 60-і роки минулого сторіччя, або для конкретної території виконувалися самостійні розрахунки агрометеорологічних умов за показниками, що входять до моделей формування продуктивності сільськогосподарської культури. Треба відзначити, що показники, в більшості випадків нечутливі до мезо- і мікроклімату.

В цьому розділі сформульовані теоретичні і методологічні основи агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур, що базуються на законах землеробства і теорії фотосинтетичної діяльності РП. Як основний принцип дослідження пропонується системний підхід, сутність якого полягає у послідовності, комплексності та детальності оцінки агрокліматичних ресурсів, агрокліматичного районування територій і агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур. Формування продуктивності культур розглядається як оптимальне поєднання інтенсивності процесів формування органічної речовини (фотосинтезу) і її витрати внаслідок процесів дихання, яке за Тоомінгом Х. Г.(1985), має наступний вигляд:

Таким чином запропонована модель спрямована на комплексне та найбільш деталізоване врахування біоекологічних особливостей сільськогосподарських культур та просторово-часових особливостей агрокліматичних умов. Останні, значною мірою, визначаються типом підстильної поверхні, особливо типом та елементами рельєфу, розмаїттям ґрунтового покриву, близькістю до значних водоймищ. Розроблена модель містить алгоритм визначення продуктивності різних груп культур на території різного просторового та часового масштабу генералізації (рис.1). Сутність просторового масштабу генералізації полягає впевному осередненні агрокліматичних ресурсів. При макромасштабному осередненні пропонується виконувати аналіз агрокліматичних ресурсів територій, загальні кліматичні умови яких формуються під впливом макромасштабних циркуляційних процесів і обумовлюються загальногеографічними факторами. Мезомасштабне осереднення ресурсів базується на особливості формування агрокліматичних ресурсів, які обумовлені перерозподілом кліматичних умов внаслідок впливу крупних форм рельєфу, типів ґрунтів та близькості значних водоймищ. Мікромасштабне осереднення ресурсів території обумовлюється формуванням особливостей клімату під впливом елементів рельєфу та гранулометричного складу ґрунтів.

Осереднення агрокліматичних умов за часом базується на екологічних особливостях конкретної сільськогосподарської культури і пов'язане з початком та тривалістю вегетаційного періоду. Визначення інтегральної продуктивності культур обумовлене величиною загальних агрокліматичних ресурсів за період вегетації культури. Подальша детальна агрокліматична оцінка формування продуктивності базується на врахуванні агрокліматичних умов на рівні сезонів та декад. Параметрами моделі є такі біологічні показники культур як температура початку розвитку, діапазон оптимальних температур і запасів продуктивної вологи, суми температур на дату максимального фотосинтезу і за весь вегетаційний період, теплотворна здатність одиниці врожаю, коефіцієнт господарської цінності врожаю, який залежить від співвідношення загальної біомаси і господарсько- цінної частини культури та відсотку вмісту сухої біомаси і вологи. В зв'язку з поставленими задачами розроблена структура і створено базу агрокліматичної інформації. Обґрунтовано етапи та методи детальної оцінки фонових агрокліматичних ресурсів, тематичного та комплексного агрокліматичного районування, оцінки просторової мінливості агрокліматичних ресурсів і агрокліматичного районування в мезо- та мікромасштабі з наступною агрокліматичною оцінкою формування продуктивності сільськогосподарських культур.

В розділі 2 розглядаються питання оцінки агрокліматичних ресурсів територій. Обґрунтовуються показники агрокліматичних ресурсів та методи їх розрахунку. Послідовно, за даними спостережень гідрометеорологічної мережі України, виконуються розрахунки радіаційно-теплових ресурсів, теплових ресурсів дня та ночі, ресурсів вологи окремо за період з температурами вище 5 і 10 єС, а також умов заморозконебезпечності, результати яких склали базу даних агрокліматичної інформації в Україні. Проведено дослідження закономірностей просторового розподілу кожного з показників агрокліматичних ресурсів. Надається узагальнена кількісна оцінка зональних або фонових агрокліматичних ресурсів, які формуються під впливом великомасштабних циркуляційних процесів і визначаються загально географічними умовами. Виявлено особливості просторового розподілу теплових ресурсів дня та ночі, ресурсів вологи та умов заморозконебезпечності, які відбивають вплив мезомасштабних циркуляційних процесів. Під впливом значних форм рельєфу (височин та низин), теплих Чорного та Азовського морів, великих річок (Дніпро, Дністер) спостерігається перерозподіл величин показників, близький до їх зонального розподілу.

Виявлена тенденція збільшення діапазону просторової мінливості агрокліматичних ресурсів за період з температурами вище 5 °С порівняно із періодом з температурами вище 10 °С. Так, наприклад, збільшується тривалість періоду з цими температурами яка відповідно складає 62 и 47 днів. Різниця між має тенденцію до зменшення від 50-55 днів у західному регіоні до 40-45 днів - у південному і східному. Аналогічна тенденція простежується і за сумами температур за ці періоди. Тривалість сонячного сяйва за періоди з температурою вище 5 і 10 °С змінюється з півночі на південь країни відповідно від 1400 до 2000 годин і від 1200 до 1750 годин, різниця по території за ці періоди близька і становить 600 и 550 годин. Відмічається незначна різниця тривалості сонячного сяйва за ці періоди і в межах окремих регіонів країни - 220-240 годин. Сума сумарної і фотосинтетично активної радіації зростає з північного заходу на південний схід країни від 3120 до 3800 і від 1560 до 1900 МДж· мОІ за період з температурою вище 5 °С і від 2680 до 3400, 1340 до 1700 МДж· мОІ - за період з температурою вище 10 °С. Діапазон мінливості сум фотосинтетично активної радіації по країні за ці періоди однаковий і становить 400-450 МДж· м^-І, а в межах окремих регіонів - 200-250 МДж· м^-І.

На відміну від радіаційно-теплових ресурсів просторовий розподіл ресурсів вологи має складний характер як для окремих показників, так і за територією. За винятком запасів продуктивної вологи у ґрунті, простежується домінуючий зв'язок в західному, північному і центральному регіонах між величиною показників ресурсів вологи і географічною довготою та висотою місцевості, а в південному - широтою і висотою. Просторовий розподіл величин запасів продуктивної вологи у ґрунті, значною мірою, обумовлений характеристиками ґрунтового покриву: типом та гранулометричним складом ґрунту, які відрізняються за вологоємністю і вологопровідністю. Діапазон мінливості кількості опадів за період з температурами вище 5 і 10 °С складав 306 і 258 мм, а їх абсолютні величини змінювалися по країні відповідно від 257 до 563 мм і від 192 до 450 мм. Спостерігається значний діапазон просторової мінливості випаровування як характеристики потенційної вологовимогливості культурних рослин. Так, в період з температурами вище 5 °С величина випаровування змінюється від 488 мм на заході країни до 942 мм на сході, а за період з температурами вище 10 °С - від 436 до 864 мм. Неістотною, порівняно із загальним просторовим розподілом запасів продуктивної вологи у ґрунті по країні, є їх різниця в межах періодів з температурою вище 5 і 10 °С . Діапазон мінливості запасів продуктивної вологи у метровому шарі ґрунту на початок і кінець періодів- відповідно 163 і 191 мм та 159 і 184 мм. Тобто, за загально географічної мінливості запасів вологи у ґрунті 159-191 мм, діапазон мінливості по періодам з температурою 5 і 10 °С не перевищував 4 і 7 мм.

В розділі 3 розглядаються теоретичні і методологічні питання комплексного дрібномасштабного (М 1:1000000 та дрібніше) фонового агрокліматичного районування територій і етапи його реалізації на прикладі України. Основні принципи і підходи загального і спеціалізованого агрокліматичного районування сформульовані в минулому сторіччі Селяніновим Г. Т., Колосковим П. І., Сапожніковою С. А., Давітая Ф. Ф. , Чирковим Ю. І., Шашко Д. І. (1948, 1952, 1953, 1956, 1962, 1974, 1985 рр.) і реалізовані на прикладі територій СРСР, країн Східної Європи і світу. Надалі методи районування були розвинені та удосконалені Гольцберг І. А. (1958, 1962 рр.), Міщенко З. А. (1962, 1985 рр.), Кельчевською Л. С. (1983 р.).

В поточний період споживачі агрокліматичної інформації використовують результати агрокліматичного районування території України, виконаного в 60-і роки минулого сторіччя, яке не відповідає сучасним вимогам ні за сутністю, ні за просторовим осередненням. По-перше, прийняті основні показники агрокліматичного районування не відбивають усього спектру агрокліматичних умов територій. Відсутня також, за винятком умов заморозконебезпечності, можливість наступної просторової деталізації агрокліматичних ресурсів.

Принципи агрокліматичного районування обумовлені кінцевою задачею - рекомендаціями по розміщенню сільськогосподарського виробництва. Тому вони об'єднують обґрунтування набору агрокліматичних показників та просторового осереднення їх величин з метою виділення територій, які відрізняються за агрокліматичними ресурсами. На першому етапі визначається крок районування або діапазон величин, які характеризують одиницю районування. У зв'язку з встановленою різницею просторового розподілу величин показників радіаційно-теплових ресурсів і ресурсів вологи, за доцільний прийнято підхід виділення подвійної таксономічної шкали. Макрорайони виділено, як прийнято в агрокліматології, за тепловими ресурсами. Макрорайони за ресурсами вологи підрозділяються на підрайони. Таким чином, на території України виділено сім макрорайонів, кожний з яких, у відповідності з просторовою мінливістю показника ресурсів вологи, підрозділяється на підрайони (від одного до п'яти). Для кожного з макрорайону та підрайону на підставі отриманих регресійних рівнянь, надано вичерпну інформацію про радіаційно-теплові ресурси і ресурси вологи. За аналогічним підходом були розроблені й карти теплових ресурсів дня і ночі та умов заморозконебезпечності (рис.2, табл.1).

Виконана в попередньому розділі оцінка агрокліматичних ресурсів та просторові узагальнення розподілу їх по території країни стали основою для виконання комплексного агрокліматичного районування територій. Системний підхід до агрокліматичної оцінки формування продуктивності шести основних сільськогосподарських культур, які відрізняються за вимогами до ресурсів світла, тепла і вологи, обумовив збільшення набору показників. До загального числа показників включено й такі, які характеризуються значною мінливістю під впливом неоднорідностей підстильної поверхні. Майбутня ж спрямованість на оцінку формування продуктивності різних за вимогами культур вимагає використання деяких показників, які звичайно не застосовувалися для агрокліматичного районування. Запропоновано, для можливої прив'язки до існуючого агрокліматичного районування країни, як основні реперні показники, застосовувати суму температур вище 10 єС (теплові ресурси) і ГТК Селянінова (ресурси вологи). На основі розробленого за участю здобувача методу ущільнення інформації отримана серія регресійних рівнянь, які відбивають кількісний зв'язок між основними показниками районування й усім спектром показників, що дозволяє отримати повну інформацію з агрокліматичних ресурсів.

Метою агрокліматичного районування є виділення територій, які відрізняються за агрокліматичними ресурсами. На першому етапі обґрунтовується крок районування або діапазон величин, які характеризують одиницю районування. У зв'язку з встановленою різницею просторового розподілу величин показників радіаційно-теплових ресурсів і ресурсів вологи, за доцільний прийнято підхід виділення подвійної таксономічної шкали. Макрорайони виділено, як прийнято в агрокліматології, за тепловими ресурсами. Макрорайони за ресурсами вологи підрозділяються на підрайони. Таким чином, на території України виділено сім макрорайонів, кожний з яких, у відповідності з просторовою мінливістю показника ресурсів вологи, підрозділяється на підрайони (від одного до п'яти). Для кожного макрорайону та підрайону на підставі отриманих регресійних рівнянь, надано вичерпну інформацію про радіаційно-теплові ресурси і ресурси вологи. За аналогічним підходом були розроблені й карти теплових ресурсів дня і ночі та умов заморозконебезпечності (рис.2, табл.1).

На наступному етапі дослідження проводилися в напрямку автоматизації процесу картографування агрокліматичних ресурсів за допомогою спеціального програмного забезпечення ArcView - геоінформаційних систем (ГІС). В середовищі ArcView Map використовується класичний принцип пошарової організації інформації, який передбачає розподіл об'єктів та пов'язаної з ними атрибутивної інформації на логічні шари. Шари являють собою сукупність фізико-географічних показників (широта, довгота, висота над рівнем моря) та показників радіаційно-теплових ресурсів і ресурсів вологи. Задача вирішувалася шляхом застосування кореляційно-регресійного аналізу агрокліматичних показників і широти, довготи і висоти над рівнем моря. Отримані регресійні рівняння дозволили значно збільшити кількість об'єктів. Отримана комплексна карта містить подвійне навантаження - ізолініями виділено макрорайони за тепловими ресурсами, а кольоровою елімінацією - ресурси вологи. Саме така карта містить вичерпну інформацію про агрокліматичні ресурси території України. Усі карти складено у масштабі 1:1500000, що відповідає точності виділених районів на місцевості порядку 150 м.

В розділі 4 обґрунтовується необхідність деталізації агрокліматичних ресурсів територій з неоднорідною підстильною поверхнею, насамперед, елементів розчленованого рельєфу, розмаїття ґрунтового покриву та впливу водоймищ різного розміру з метою оптимізації розміщення культур. Дослідження даного розділу спрямовані на розробку підходу детальної оцінки агрокліматичних ресурсів з врахуванням їх мезо- і мікрокліматичної мінливості під впливом неоднорідностей підстильної поверхні. На підставі аналізу механізмів просторового перерозподілу було розроблено у вигляді блок- схем алгоритми розрахунку основних складових агрокліматичних умов. Надалі виконано інвентаризацію геоморфологічної ситуації в Україні, яка обумовлює мезо- і мікрокліматичну мінливість основних показників клімату. Шляхом накладання складеної комплексної карти агрокліматичного районування території України і генералізованої З. А. Міщенко і Г. В. Ляшенко геоморфологічної карти глибини вертикального розчленування рельєфу виділено мезорайони, які характеризують різні типи рельєфу, що формують діапазон мікрокліматичної мінливості більшості показників. Надалі, в межах виділених макро-, мезо- і мікрорайонів проведено розрахунки просторової мінливості теплових ресурсів дня та ночі, заморозконебезпечності і ресурсів вологи за показниками відповідно сум денних і нічних температур, тривалості беззаморозкового періоду і середніх запасів продуктивної вологи у метровому шарі ґрунту. Виявлено збільшення діапазону мінливості сум денних і нічних температур повітря по мікрорайонах в залежності від мезорайону. Так, якщо в межах першого мезорайону (?60 м) діапазон мінливості сум денних температур складає 200-300 єС, то в межах третього мезорайону цей діапазон збільшується до 450-500 єС. За загальної подібності тенденції мінливості сум нічних температур, відзначається збільшення його діапазону. Аналогічна закономірність спостерігається по мікрокліматичній мінливості тривалості беззаморозкового періоду. Якщо в першому мезорайоні різниця в тривалості беззаморозкового періоду для першого і п'ятого мікрорайонів (відповідно контрастних місцеположень вододільний простір і дно долини) не перевищує 15 днів, то в межах третього мезорайону цей діапазон збільшується до 25 днів, а в п'ятому - до 45 днів. Не менший діапазон просторової мінливості ресурсів зволоження.

Одержані результати просторового перерозподілу агрокліматичних умов дозволяють виконувати агрокліматичне районування територій в мезо- та макромасштабі (1:50000 і 1:10000), приклад якого наведено на рис. 3 для ділянки макрорайону V₁. Точність визначення мікрорайонів досягає відповідно 50 і 10 м, що значно перевищує точність розроблених раніше карт.

В розділі 5 наводяться результати досліджень агрокліматичної оцінки формування продуктивності основних сільськогосподарських культур України: озимої пшениці, ярого ячменю, кукурудзи, соняшника, цукрового буряку та картоплі. Згідно із запропонованим алгоритмом розрахунок продуктивності сільськогосподарських культур базується на двох складових агрокліматичної моделі: агрокліматичних ресурсах території та біоекологічних і біологічних характеристиках сільськогосподарських культур. Одержані результати розділів 2-4 в повній мірі освітлюють першу складову моделі для території України в трьох масштабах осереднення: макро-, мезо- і мікро.

Біоекологічні і біологічні параметри сільськогосподарських культур отримані із спеціальної літератури. Причому, вибір усіх параметрів виконувався з погляду врахування їх можливого варіювання як у просторі, так і впродовж вегетаційного періоду конкретної культури. Так, для кожної культури величина показника уніфікації ФАР () відповідає, згідно із класифікацією Ничипоровича А.О., рівню можливих врожаїв, які спостерігаються постійно: для озимої пшениці, кукурудзи, цукрового буряку вона складає 3%, а для ячменю, картоплі і соняшника - 2%. Аналогічно оцінювалися й величини теплотворної здібності одиниці продукції , показника господарської цінності і вмісту вологи

Встановлено однозначне зростання величини потенційного врожаю усіх культур з півночі на південь країни, що цілком повторює закономірність просторового розподілу фотосинтетично активної радіації. Абсолютні величини врожаїв у різних культур значно різняться, що обумовлено вказаними величинами біоекологічних і біологічних показників: тривалістю їх вегетаційного періодуПри цьому відзначається їх перевищення не тільки середніх, а й максимальних виробничих врожаїв, що пояснюється врахуванням тільки одного агрокліматичного показника - суми фотосинтетично активної радіації. Комплексне врахування агрокліматичних ресурсів при формуванні продуктивності культур виконується при розрахунках кліматично або агрокліматично обумовлених врожаїв які здійснювалися за різними методами, але включають в моделі показники радіаційно-теплових ресурсів і ресурсів вологи. Третій метод базувався на врахуванні показника бонітету ґрунтів.

Проведено чисельний експеримент (за фізико-статистичною моделлю формування продуктивності за інтегральними ресурсами території для кожної із мають іноді протилежний знак. Завідомим методом, який враховує умови зволоження через показник , відмічається тенденція їх зменшення з північного заходу на південь. За запропонованим нами методом, за яким умови зволоження оцінюються за величиною, майже для усіх культур максимум врожаїв спостерігаються в центральному регіоні та в Закарпатті (табл.2, рис.4). Майже така ж закономірність простежується у просторовому розподілі врожаїв культур за методом, який враховує бонітет ґрунту.

Подальша деталізація просторового розподілу врожаїв виконується у розрізі виділених мезо- і мікрорайонів на ділянках земель Одеської області (макрорайон V₁), карти якої надані на рис. 3 (табл.3). При цьому, визначенню величин врожаїв в розрізі окремих місцеположень, які близькі до розмірів масивів посівів культур, передує ідентифікація місцеположень з точки зору технологічних можливостей їх вирощування. Так, згідно усім розрахункам, максимальні величини врожаїв можуть спостерігатися на південних крутих схилах, але технологічні можливості їх вирощування на таких схилах обмежені, в тому числі, у зв'язку з ґрунтозахисними вимогами.

Таблиця 3 Агрокліматична оцінка продуктивності кукурудзи (за мікрорайонами V₁ макрорайону)

У розділі 6 наведені результати досліджень агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур з врахуванням часового перерозподілу ресурсів світла, тепла і вологи впродовж вегетаційного періоду культур. Чисельний експеримент за динамічною моделлю виконано на прикладі кукурудзи. Виявлено особливості впливу окремих агрокліматичних умов, виражених через коефіцієнти впливу температури повітря і вологості ґрунту та узагальненого коефіцієнту температурно-вологісних умов на накопичення біомаси кукурудзи впродовж вегетаційного періоду (в розрізі окремих етапів органогенезу) і в різних макрорайонах України. Так, наприклад, якщо в північних та північно- західних регіонах величини коефіцієнту впливу вологості ґрунту близькі до одиниці (оптимальні умови зволоження), то в південних і південно-східних регіонах ці величини знижуються до 0,60-0,70, й навіть, до 0,55. Величина ж коефіцієнту впливу температури по всій території України нижче 0,95. Як наслідок, узагальнений коефіцієнт також нижче одиниці: в західних та північних макрорайонах і підрайонах він становить 0,90-0,92, а південних та південно-східних - величини цього коефіцієнту знижуються до 0,52-0,69 (рис. 5а).

Як наслідок, простежується різниця у накопиченні біомаси культур впродовж вегетаційного періоду культури в різних за агрокліматичними ресурсами макрорайонах і підрайонах (рис.5б). Проте, основна закономірність просторового розподілу врожаїв із врахуванням умов впродовж вегетаційного періоду повторює виявлену закономірність формування врожаїв за інтегральними агрокліматичними ресурсами. Одержані результати пояснюють азональні особливості просторового перерозподілу стану і продуктивності сільськогосподарських культур.

Таблиця 3 Рекомендації по розміщенню кукурудзи (сортів за строками достигання) з врахуванням мезо- і мікрокліматичної мінливості теплових ресурсів (фрагмент для третього макрорайону України)

Сорти: рс - ранні, сс - середні, пс - пізні.

У розділ 7 викладаються методичні аспекти різноцільового застосування виконаних теоретичних досліджень. Результати оцінки агрокліматичних ресурсів територій з урахуванням їх просторового перерозподілу для різних типів підстильної поверхні дозволяють виконати оцінку впливу мезо- і мікроклімату на мінливість меж макрорайонів. В розділі наведено результати розрахунку зміни цих меж для умов морозо- і заморозконебезпечності і теплових ресурсів дня та ночі. Встановлено, що в межах України під впливом таких форм рельєфу, як вододільний простір і дно вузьких долин, межі макрорайонів можуть простягатися на південь або північ країни на 125-450 км, що майже відповідає протяжності усієї України. Аналогічна мінливість меж спостерігається і за тепловими ресурсами.

Одержані результати пояснюють азональні особливості просторового перерозподілу стану і продуктивності сільськогосподарських культур. На підставі результатів комплексного різномасштабного агрокліматичного районування територій запропоновано підходи агро- і мікрокліматичної експертизи існуючого розміщення сільськогосподарських культур. На прикладі кукурудзи, цукрового буряка і винограду розглянуто можливості оптимізації розміщення сільськогосподарських культур на сортовому рівні (табл.3). Розроблені підходи вже зараз використовуються при ампелоекологічній оцінці територій в середньому та крупному масштабі (1:50000, 1: 10000) для оптимізації розміщення винограду в Україні.

Здійснена агрокліматична оцінка продуктивності сільськогосподарських культур покладена в основу виконаного вперше для України агрокліматичного обґрунтування оптимізації структури посівних площ під розглянутими в роботі культурами. На підставі застосування симплекс-методу, як одного із методів оптимізації процесів, розроблено математичну модель, де в якості цільової функції розглядається максимізація валового збору культур. В межах виконаного в роботі агрокліматичного районування України для шести основних сільськогосподарських культур цільова функція має вигляд/

Результати чисельного експерименту свідчать, що в Україні, за умови оптимізації структури посівних площ з врахуванням агрокліматичних ресурсів, цілком реально довести валовий збір пшениці до 48, ярового ячменя - 27, кукурудзи - 8, соняшника - 5, картоплі - 1152, а цукрового буряка - до 2576 млн. т. (табл.4). При цьому, площа посівів під цими культурами складе близько 20-23 млн. га . По макрорайонах ці площі коливаються в межах відповідно 0,02 - 0,8 млн. га під озимою пшеницею і ярим ячменем, 0,01-0,4 - під кукурудзою, 0,0-0,4 млн. га - під соняшником і 0,0 -0,05 - під картоплею і цукровим буряком.

Таблиця 4 Оптимізація структури посівів сільськогосподарських культур в Україні

ВИСНОВКИ

У дисертації обґрунтовано і здійснено нове вирішення проблеми агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур на підставі послідовної оцінки агрокліматичних ресурсів і агрокліматичного районування територій в різному масштабі генералізації та запропоновані підходи практичного використання отриманих результатів для агрометеорологічного забезпечення сільськогосподарської галузі України.

Основні наукові і практичні результати

1. В Україні агрометеорологічне забезпечення сільськогосподарської галузі охоплює два напрямки - режимний і прогностичний. Забезпечення режимною інформацією базується на результатах оцінки агрокліматичних ресурсів і агрокліматичного районування території, виконаних у 60-70-і роки минулого сторіччя. Прогностичний напрямок охоплює результати інженерних рішень, в тому числі, складання прогнозів формування врожайності сільськогосподарських культур за поточними агрометеорологічними умовами. Дослідження агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур проводяться в останнє десятиріччя і носять розрізнений характер, непридатний для оптимізації розміщення сільськогосподарських культур. Для вирішення поставленої проблеми запропонований системний підхід і розроблена модель, за якою виконується послідовна поетапна оцінка агрокліматичних ресурсів, агрокліматичне районування території України в різному масштабі генералізації з наступною агрокліматичною оцінкою формування продуктивності сільськогосподарських культур.

2. Виконано теоретичне і методичне обґрунтування системного підходу агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур, який базується на основних законах землеробства і концепції максимальної продуктивності рослин. Розроблена структура і створено банк агрокліматичної інформації.

3. Здійснена кількісна оцінка і проведено узагальнення просторового розподілу складових агрокліматичних ресурсів на території України, які визначають ріст, розвиток і формування продуктивності сільськогосподарських культур, що відрізняються за вимогами до радіаційно-теплових ресурсів і ресурсів вологи: тривалості сонячного сяйва (, ), сум сумарної і фотосинтетично активної радіації (, , , ), сум середньодобових, денних і нічних температур (, , , ), гідротермічного коефіцієнта Селянінова (ГТК), кількості опадів (, ), сум дефіцитів вологості повітря (, ), запасів продуктивної вологи на початок, кінець і середніх за періоди (, , , ), сумарного волого споживання (,), вологовимогливості (, ) і вологозабезпеченості ( , ). Усі показники розраховані за періоди з температурою вище 5 і 10 єС, усього 31 показник.