Оцінка впливу змін клімату на продуктивність кукурудзи в межах Поліської та Лісостепової зон України

Abstract

У роботі досліджено вплив мінливості клімату на врожайність кукурудзи на території Поліської та Лісостепової зон України. Опади та температура використовувались як показники мінливості клімату. Аналіз головних компонент, що застосовувався відносно біокліматичних змінних, дозволив виділити чотири головних компоненти, які разом пояснюють 92,5% варіабельності кліматичних факторів. Головна компонента 1 описує 54,45% варіабельності простору ознак. З нею корелює більшість змінних, але найбільше ті показники, які визначають континентальність клімату. Головна компонента 2 описує 23,78% варіювання простору ознак та може бути інтерпретована як мінливість температурного режиму в екстремальні періоди року. Головна компонента 3 описує 8,18% загальної мінливості простору ознак та індукує рівень мінливості температурного режиму. Головна компонента 4 описує 6,03% мінливості кліматичних змінних та вказує на контрастність температурних умов. Динаміка урожайності кукурудзи на дослідженій території найкраще описується логістичною моделлю, яка має наступні характеристичні точки та показники: ухил, нижня границя, верхня границя та час, який потрібний для досягнення половинного, від максимального рівня, зростання урожайності. Провівши регресійний аналіз, встановили статистично значиму кореляцію між урожайністю кукурудзи та виявленими головними компонентами. Так, показник найменшого рівня врожайності визначається головною компонентою 1. Швидкість відновлення потенціалу родючості залежить від усіх чотирьох кліматичних змінних, але найбільшу чутливість має до головної компоненти 1. Кліматична компонента 3 є детермінантом верхньої межі врожайності кукурудзи, що говорить про те, що максимум врожайності кукурудзи обмежується температурним режимом території. Час настання різкого зростання врожайності також залежить від мінливості температурного режиму.

This paper investigates the impact of climate variability on maize yield in the Polissya and Forest- steppe zones of Ukraine. Precipitation and temperature were used as proxies for climate variability. The principal components analysis applied to the bioclimatic variables allowed us to identify four principal components that together account for 92,5% of the variability of the feature space. Principal component 1 describes 54,45% of the total dispersion. It is correlated with the majority of variables, but most with indicators that determine continental climate. Principal component 2 describes 23.78% of climatic variation and can be interpreted as temperature variability in extreme periods of the year. Principal component 3 describes 8,18% of the total variability of the feature space and indicates the degree of variability of the temperature regime. Principal component 4 describes 6,03% of the climatic variability and indicates the contrast of temperature conditions. Maize yield dynamic is best described by a logistic model that has the following characteristic points and indices: slope, lower limit, upper limit, and ED50 – the time it takes to achieve half of the maximum yield level. The regression analysis revealed a statistically significant correlation between maize yield and identified principal components. Thus, the lower yield limit (minimal yield) is determined by the principal component 1. The rate of recovery of yield potential depends on all four climate variables, but it has the greatest sensitivity to the principal component 1. Climate component 3 is the determinant of the upper maize yield limit, which indicates that the maximum maize yield is limited by the temperature regime of the territory. The time of a sharp increase in yield also depends on the variability of the temperature regime.

В работе исследовано влияние изменчивости климата на урожайность кукурузы на территории Полесской и Лесостепной зон Украины. Осадки и температура использовались как показатели изменчивости климата. Анализ главных компонент, который применялся в отношении биоклиматических переменных, позволил выделить четыре основных компонента, которые вместе объясняют 92,5% вариабельности климатических факторов. Главная компонента 1 описывает 54,45% вариабельности пространства признаков. С ней коррелирует большинство переменных, но больше всего те показатели, которые определяют континентальность климата. Главная компонента 2 описывает 23,78% варьирования пространства признаков и может быть интерпретирована как изменчивость температурного режима в экстремальные периоды года. Главная компонента 3 описывает 8,18% общей изменчивости пространства признаков и вызывает уровень изменчивости температурного режима. Главная компонента 4 описывает 6,03% изменчивости климатических переменных и указывает на контрастность температурных условий. Динамика урожайности кукурузы на исследованной территории лучше всего описывается логистической моделью, имеет следующие характерные точки и показатели: уклон, нижняя граница, верхняя граница и время, необходимое для достижения половинного от максимального уровня, рост урожайности. Проведя регрессионный анализ, установили статистически значимую корреляцию между урожайностью кукурузы и выявлением главными компонентами. Так, показатель наименьшего уровня урожайности определяется главной компонентой 1. Скорость восстановления потенциала плодородия зависит от всех четырех климатических переменных, но наибольшую чувствительность имеет к главной компоненты 1. Климатическая компонента 3 является детерминантом верхней границы урожайности кукурузы, говорит о том, что максимум урожайности кукурузы ограничивается температурным режимом территории. Время наступления резкого роста урожайности также зависит от изменчивости температурного режима.