06. Моделирование и прогнозирование выноса биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий в зависимости от агрофизических свойств почвы / Н. И. Джабборов

Печать

УДК 631.4:631.5:001.891.57

DOI: 10.15507/2658-4123.034.202401.101-114

Моделирование и прогнозирование выноса биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий в зависимости от агрофизических свойств почвы

Джабборов Нозим Исмоилович
доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник отдела агроэкологии в растениеводстве Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала Федерального научного агроинженерного центра ВИМ (196634, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, пос. Тярлево, Фильтровское шоссе, д. 3), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8910-2625, Researcher ID: А-7780-2019, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Савельев Анатолий Петрович
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности Национального исследовательского Мордовского государственного университета (430005, Российская Федерация, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0361-0827, Researcher ID: AAB-2078-2021, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Добринов Александр Владимирович
кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник отдела агроэкологии в растениеводстве Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала Федерального научного агроинженерного центра ВИМ (196634, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, пос. Тярлево, Фильтровское шоссе, д. 3), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3242-1235, Researcher ID: ААС-9655-2020, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Захаров Антон Михайлович
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела агроэкологии в растениеводстве Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала Федерального научного агроинженерного центра ВИМ (196634, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, пос. Тярлево, Фильтровское шоссе, д. 3), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3501-0543, Researcher ID: S-4113-2018, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Жуйков Илья Иванович
аспирант Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала Федерального научного агроинженерного центра ВИМ (196634, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, пос. Тярлево, Фильтровское шоссе, д. 3), ORCID: https://orcid.org/0009-0008-3702-1485, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация
Введение. Предотвращение загрязнения окружающей среды, включая водные объекты, биогенными элементами (азотом и фосфором) при их выносе с сельскохозяйственных угодий с возможными стоками является актуальной проблемой современной агроинженерной науки, которая требует своевременного решения. Исследованиями установлено, что вынос биогенных элементов происходит в результате геохимических процессов, внесения на поле удобрений и иных факторов. В этой связи математическое моделирование процесса выноса биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий и возможного их попадания в водные объекты является актуальной задачей агроинженерных исследований.
Цель исследования. Смоделировать и спрогнозировать процесс возможного выноса биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий в водоемы.
Материалы и методы. При проведении исследования применялись известные методы моделирования; методика расчета выноса биогенных веществ в водоемы с сельскохозяйственных угодий (с опорой на минимальный объем исходной информации) для прогноза эвтрофирования водных объектов; агрохимические методики, учитывающие структуру и размеры полевых и сельскохозяйственных площадей, урожайность культур, вынос биогенных элементов с урожаем.
Результаты исследования. На основе анализа литературы и экспертной оценки был обоснован перечень наиболее значимых показателей, влияющих на процесс выноса азота и фосфора. Разработаны математические модели для определения и прогнозирования поступления биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий в водные объекты. Установлены весомые показатели, влияющие на количество поступления биогенных элементов, а именно количество внесенных удобрений, объем влаги, влагоемкость почвы, площадь поля, глубина обработки и др. Приведен пример расчета количества поступления биогенных элементов в водные объекты при интенсивности выпадения осадков 50 мм в течение часа.
Обсуждение и заключение. Сущность предложенных математических моделей сводится к синтезу многочисленных показателей в сложном процессе выноса биогенных элементов и их влияния на качество воды. Предложенные математические модели позволят прогнозировать вынос биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий, разрабатывать и внедрять технико-технологические решения, предотвращающие загрязнение окружающей среды.

Ключевые слова: сельскохозяйственные угодья, обработка почвы, биогенные элементы, водные объекты, агрофизические свойства почвы

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Моделирование и прогнозирование выноса биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий в зависимости от агрофизических свойств почвы / Н. И. Джабборов [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2024. Т. 34, № 1. С. 101‒114. https://doi.org/10.15507/2658-4123.034.202401.101-114

Заявленный вклад соавторов:
Н. И. Джабборов – научное руководство, формулирование концепции решения, моделирование процесса.
А. П. Савельев ‒ анализ литературных источников, постановка задачи.
А. В. Добринов – анализ результатов исследования, составление структуры статьи.
А. М. Захаров – формулировка выводов.
И. И. Жуйков – расчет и анализ показателей.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 04.12.2023; поступила после рецензирования 15.12.2023;
принята к публикации 28.12.2023

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Астарханов И. Р., Астарханова Т. С., Алибалаев Д. А. Влияние органических удобрений на вынос питательных элементов растениями картофеля и содержание питательных элементов в растениях // Известия Дагестанского ГАУ. 2022. № 4 (16). С. 23‒28. EDN: BGFCCE

2. Плотников А. М., Созинов А. В. Баланс элементов питания в севообороте при использовании сапропеля, извести, азотно-фосфорного удобрения // Проблемы агрохимии и экологии. 2022. № 3‒4. С. 26‒31. EDN: BSAYPK

3. Тедеева В. В., Абаев А. А., Тавказахов С. А. Вынос элементов минерального питания сорняками на посевах сои // Тенденции развития науки и образования. 2023. № 97‒8. С. 94‒97. https://doi.org/10.18411/trnio-05-2023-455

4. Применение удобрений и вынос элементов питания маточной сахарной свеклой летних посевов на орошении / А. В. Логвинов [и др.] // Сахарная свекла. 2022. № 10. С. 20‒24. EDN: DCCYFG

5. Морозова Т. С., Лицуков С. Д., Ширяев А. В. Содержание и вынос элементов питания растениями озимой пшеницы в зависимости от применения удобрений // Вестник аграрной науки. 2021. № 2 (89). С. 40‒49. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/soderzhanie-i-vynos-elementov-pitaniya-rasteniyami-ozimoy-pshenitsy-v-zavisimosti-ot-primeneniya-udobreniy/viewer (дата обращения: 06.10.2023).

6. Артюхова О. А., Гладышева О. В., Свирина В. А. Вынос питательных элементов урожаем ярового ячменя в зависимости от уровня минерального питания // Плодородие. 2021. № 4 (121). С. 6‒10. EDN: ADXEBP

7. Оценка и прогноз выноса биогенных веществ с российской части бассейна реки Западная Двина на территорию республики Беларусь / В. Ю. Георгиевский [и др.] // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2022. Т. 86, № 2. С. 243‒254. https://doi.org/10.31857/S2587556622020042

8. Биогенное загрязнение водных объектов в сельскохозяйственных районах Белгородской области / А. Г. Корнилов [и др.] // Региональные геосистемы. 2023. Т. 47, № 1. С. 76‒87. https://doi.org/10.52575/2712-7443-2023-47-1-76-87

9. Методика определения биогенной нагрузки сельскохозяйственного производства на водные объекты / А. Ю. Брюханов [и др.] // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. № 89. С. 175‒183. EDN: XAGHJT

10. Задонская О. В., Обломкова Н. С., Брюханов А. Ю. Сравнительный анализ применения различных методов оценки поступления азота и фосфора от сельского хозяйства в бассейне реки Нарвы // АгроЭкоИнженерия. 2022. № 1 (110). С. 142‒155. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sravnitelnyy-analiz-primeneniya-razlichnyh-metodov-otsenki-postupleniya-azota-i-fosfora-ot-selskogo-hozyaystva-v-basseyne-reki/viewer (дата обращения: 06.10.2023).

11. Ракутин М. Ю., Капустин Т. Н. Подход к оценке загрязнения малоизученных водных объектов биогенными элементами (на примере Нытвенского пруда пермского края) // Астраханский вестник экологического образования. 2020. № 5 (59). С. 162‒172. EDN: LJIACI

12. Оценка неконтролируемого стока биогенных веществ с водосборных территорий малых водотоков Среднего Урала, включенных в сельскохозяйственное использование / Е. В. Федорова [и др.] // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2022. № 1. С. 68‒86. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-nekontroliruemogo-stoka-biogennyh-veschestv-s-vodosbornyh-territoriy-malyh-vodotokov-srednego-urala-vklyuchennyh-v/viewer (дата обращения: 06.10.2023).

13. Биогенное загрязнение водных объектов в сельскохозяйственных районах Белгородской области / А. Г. Корнилов [и др.] // Региональные геосистемы. 2023. Т. 47, № 1. С. 76–87. https://doi.org/10.52575/2712-7443-2023-47-1-76-87

14. Дубровина И. А. Изменение содержания общего углерода, азота и фосфора в почвах таежной зоны Республики Карелия при сельскохозяйственном использовании // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2018. № 41. С. 27–41. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/izmenenie-soderzhaniya-obschego-ugleroda-azota-i-fosfora-v-pochvah-taezhnoy-zony-pri-selskohozyaystvennom-ispolzovanii/viewer (дата обращения: 06.10.2023).

15. Бутько А. А., Родькин О. И. Прогнозирование поступления фосфора в водные объекты с территории агроландшафтов // Экологический вестник. 2012. № 2. С. 76‒83. EDN: NKANZG

16. Перспективы сокращения выноса биогенных элементов с речных водосборов за счет внедрения наилучших доступных технологий сельскохозяйственного производства (по результатам моделирования) / Ш. Р. Поздняковa [и др.] // Водные ресурсы. 2020. Т. 47, № 5. С. 588–602. https://doi.org/10.31857/S0321059620050168

17. Workshop Background Report Managing Nitrogen and Phosphorus Loads to Water Bodies: Characterisation and Solutions Towards Macro-Regional Integrated Nutrient Management Under Enlargement and Integration Action European Commission Joint Research Centre Institute for Environment and Sustainability JRC-Ispra (14‒15 July 2014) / eds by A. Karabulut Aloe, et al. Ispra, 2014. 80 р. https://doi.org/10.2788/14322

18. Sengupta S., Nawaz T., Beaudry J. Nitrogen and Phosphorus Recovery from Wastewater // Current Pollution Reports. 2015. Vol. 1. P. 155–166. https://doi.org/10.1007/s40726-015-0013-1

19. Ruzhitskaya O., Gogina E., Shmalko V. Effective Removal of Nutrients from Wastewater // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 178. Article no. 09015. https://doi.org/10.1051/matecconf/201817809015

20. Breisha G.Z. Bio-removal of nitrogen from wastewaters ‒ A review // Nature and Science. 2010. Vol. 8, Issue 12. P. 210‒228. URL: https://sciencepub.net/nature/ns0812/28_4053ns0812_210_228.pdf (дата обращения: 06.10.2023).

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.