Модель прогнозирования комплексного негативного воздействия технологий сельхозпроизводства на водные объекты

Эдуард Вадимович Васильев; Игорь Александрович Субботин

Эдуард Вадимович Васильев Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства ‒ филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»
Игорь Александрович Субботин Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства ‒ филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» https://orcid.org/0000-0002-6189-9385

Ключевые слова: технологии сельхозпроизводства, экологическая оценка, моделирование, прогнозирование, инженерная экология, комплексное негативное воздействие

Аннотация

Введение. Цель исследования – разработка математической модели, позволяющей оценивать и прогнозировать комплексное негативное воздействие на водные объекты технологий сельхозпроизводства. Данная проблема актуальна ввиду необходимости укрупнения сельхозпредприятий. Модель прогнозирования важна для оценки с учетом комплексного влияния машинных технологий сельхозпроизводства и всех биогенных элементов, отрицательно воздействующих на водные объекты.
Материалы и методы. Использован метод логико-лингвистического моделирования Спесивцева – Дроздова, позволяющий формализовать экспертные знания в математическую модель. Были опрошены 4 эксперта, а полученные данные обработаны и подвергнуты регрессионному анализу. Адекватность модели проверена с помощью коэффициента детерминации и критерия Фишера.
Результаты исследования. Сформирована иерархическая система из 6 факторов и 14 подфакторов, включающих как применяемые машинные технологии, так и принимаемые управленческие решения. Получена модель, содержащая полиномиальное уравнение, отражающее влияние факторов на уровень негативного воздействия технологий, и уравнения, определяющие влияние подфакторов на факторы.
Обсуждение и заключение. Полученная модель может быть использована в практических целях для поддержки принятия решений планирования, прогнозирования и выбора сценариев модернизации сельхозпредприятий. Уравнения модели позволяют понять значимость факторов и подфакторов, влияющих на уровень негативного воздействия (диффузную нагрузку) на водные объекты. Это позволяет выбирать эффективные пути снижения негативного воздействия путем выбора в качестве объектов наиболее значимых факторов и/или подфакторов.

Биографии авторов

Эдуард Вадимович Васильев, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства ‒ филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»

старший научный сотрудник отдела инженерной экологии сельскохозяйственного производства Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства филиала ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (196625, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, Фильтровское ш., д. 3), кандидат технических наук, Researcher ID: C-1304-2018

Игорь Александрович Субботин, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства ‒ филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»

научный сотрудник отдела инженерной экологии сельскохозяйственного производства Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства филиала ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (196625, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, Фильтровское ш., д. 3), Researcher ID: L-6130-2015

Литература

Байрамукова, С. Р. Воздействие предприятий агропромышленного комплекса на окружающую среду / С. Р. Байрамукова, В. Ю. Мешарова // Стратегия устойчивого развития регионов России. – 2015. – № 29. – C. 52–55. – URL: https://clck.ru/U2G3o (дата обращения: 01.09.2020).

Степанова, Л. П. Экологические проблемы земледелия / Л. П. Степанова, Е. Н. Цыганок, И. М. Тихойкина // Вестник ОрелГАУ. – 2012. – № 1. – C. 11–17. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ekologicheskie-problemy-zemledeliya (дата обращения: 01.09.2020). – Рез. англ.

Афанасьев, В. Н. Снижение негативного влияния машинных технологий в сельском хозяйстве на состояние окружающей среды / В. Н. Афанасьев, Н. П. Козлова, А. В. Афанасьев // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. – 2013. – № 84. – С. 133–141. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22677100 (дата обращения: 01.09.2020). – Рез. англ.

Попов, В. Д. Экология сельхозпроизводства: проблемы и решения / В. Д. Попов, Д. А. Максимов, А. Ю. Брюханов // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2016. – № 3. – С. 43–48. – URL: https://www.vimsmit.com/jour/article/view/138 (дата обращения: 01.09.2020). – Рез. англ.

Werf, H. M. G. Evaluation of the Environmental Impact of Agriculture at the Farm Level: A Comparison and Analysis of 12 Indicator-Based Methods / H. M. G. Werf, J. Petit. – DOI 10.1016/S0167-8809(01)00354-1 // Agriculture, Ecosystems & Environment. – 2002. – Vol. 93, Issue 1–3. – Pp. 131–145. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167880901003541?via%3Dihub (дата обращения: 01.09.2020).

Nooteboom, S. Comparing Strategic Environmental Assessment and Integrated Environmental Assessment / S. Nooteboom, K. Wieringa. – DOI 10.1142/S146433329900034X // Journal of Environmental Assessment Policy and Management. – 2012. – Vol. 1, no. 4. – Pp. 441–457. – URL: https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S146433329900034X (дата обращения: 01.09.2020).

Agelebe, D. Environmental Impact Assessment Systems / D. Agelebe, M. Prityi, J. Nielsen. – DOI 10.4324/9780429397615 // Environmental Law Across Cultures ; ed. by K. W. Junker. – 1st ed. – London : Routledge, 2019. – 41 p. – URL: https://www.taylorfrancis.com/books/edit/10.4324/9780429397615/environmental-law-across-cultures-kirk-junker (дата обращения: 01.09.2020).

Орлова, И. В. Оценка сельскохозяйственного воздействия на природные системы: теоретико-методологические подходы / И. В. Орлова, С. Н. Шарабарина // География и природные ресурсы. – 2015. – № 4. – С. 26–32. – URL: http://www.izdatgeo.ru/journal.php?action=output_more&id=3&lang_num=1&year=2015&issue=4&nodoi=1&page=26 (дата обращения: 01.09.2020). – Рез. англ.

Canter, L. W. Environmental Impact of Agricultural Production Activities / L. W. Canter. – DOI 10.1201/9781351071796. – 1st ed. – Boca Raton : CRC Press, 1986. – 400 p. – URL: https://www.taylorfrancis.com/books/mono/10.1201/9781351071796/environmental-impact-agricultural-productionactivities-larry-canter (дата обращения: 01.09.2020).

Using the Integrated Ecosystem Assessment Framework to Build Consensus and Transfer Information to Managers / P. Fletcher, Ch. Kelble, W. Nuttle, G. Kiker. – DOI 10.1016/j.ecolind.2014.03.024 // Ecological Indicators. – 2014. – Vol. 44. – Pp. 11–25. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X14001265?via%3Dihub (дата обращения: 01.09.2020).

Environmental Impact Assessment of Agricultural Production Systems Using the Life Cycle Assessment Methodology: I. Theoretical Concept of a LCA Method Tailored to Crop Production / F. Brentrup, J. Küsters, H. Kuhlmann, J. Lammel. – DOI 10.1016/S1161-0301(03)00024-8 // European Journal of Agronomy. – 2004. – Vol. 20, Issue 3. – Pp. 247–264. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1161030103000248?via%3Dihub (дата обращения: 01.09.2020).

Показатели негативного воздействия на окружающую среду при производстве сельскохозяйственной продукции / А. Ю. Брюханов, Е. В. Шалавина, Э. В. Васильев, Н. С. Обломкова. – DOI 10.24411/0131-5226-2019-10170 // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. – 2019. – № 2 (99). – С. 250–260. – URL: https://doi.org/10.24411/0131-5226-2019-10170 (дата обращения: 01.09.2020). – Рез. англ.

Sousa, P. Ecosystem Services in Environmental Impact Assessment / P. Sousa, D. Gomes, N. Formigo. – DOI 10.1016/j.egyr.2019.09.009 // Energy Reports. – 2020. – Vol. 6, Issue. 1. – Pp. 466–471. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352484719305268?via%3Dihub (дата обращения: 01.09.2020).

Wu, J. Environmental Impact Assessment / J. Wu, I.-S. Chang. – DOI 10.1007/978-981-15-4894-9_42020 // Environmental Management in China. – Singapore : Springer, 2020. – Pp. 35–62. – URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-981-15-4894-9_4 (дата обращения: 01.09.2020).

Environmental Impact Assessment of Farming with Combined Methods of Life Cycle Assessment and Farm Carbon Calculator / D. Su, J. Smith, Y. Wu, Z. Ren. – DOI 10.1007/978-3-030-39149-2_12 // Sustainable Product Development ; ed. by D. Su. – Cham : Springer, 2020. – Pp. 249–270. – URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-030-39149-2_12#citeas (дата обращения: 01.09.2020).

Gomiero, T. Environmental Impact of Different Agricultural Management Practices: Conventional vs. Organic Agriculture / T. Gomiero, D. Pimentel, M. G. Paoletti. – DOI 10.1080/07352689.2011.554355 // Critical Reviews in Plant Sciences. – 2011. – Vol. 30, Issue 1–2. – Pp. 95–124. – URL: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/07352689.2011.554355 (дата обращения: 01.09.2020).

Ferro, V. Soil Sediment Loading and Related Environmental Impacts from Farms / V. Ferro. – DOI 10.1093/acrefore/9780199389414.013.267. – Текст : электронный // Oxford Research Encyclopedias. – 2017. – URL: https://oxfordre.com/environmentalscience/view/10.1093/acrefore/9780199389414.001.0001/acrefore-9780199389414-e-267 (дата обращения: 01.09.2020).

Environmental Assessment of Livestock Farms in the Context of BAT System Introduction in Russia / A. Briukhanov, E. Vasilev, N. Kozlova [et al.]. – DOI 10.1016/j.jenvman.2019.05.105 // Journal of Environmental Management. – 2019. – Vol. 246. – Pp. 283–288. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479719307339?via%3Dihub (дата обращения: 01.09.2020).

Li, Y. Agricultural Production Mode and Its Environmental Impact / Y. Li. – DOI 10.1142/9789811202919_0006. – Текст : электронный // Environmental Economics Research and China’s Green Development Strategy ; ed. by Y. Zhang. – 2020. – URL: https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/9789811202919_0006 (дата обращения: 01.09.2020).

Karayel, D. Environmental Impact of No-Tillage Farming / D. Karayel, E. Sarauskis. – DOI 10.5755/j01.erem.75.1.20861. ‒ Текст : электронный // Environmental Research, Engineering and Management. – 2019. – Vol. 75, no. 1. – URL: https://erem.ktu.lt/index.php/erem/article/view/20861 (дата обращения: 01.09.2020).

Гриднев, П. И. Методология экологической оценки систем уборки и подготовки навоза к использованию / П. И. Гриднев, Т. Т. Гриднева, А. А. Шведов // Вестник ВНИИМЖ. – 2018. – Вып. 2 (30). – C. 159–167. – URL: http://www.vniimzh.ru/images/material/Magazines/n30.pdf (дата обращения: 01.09.2020). – Рез. англ.

Logical-Linguistic Model of Farm Organic Waste Recycling / A. Yu. Briukhanov, A. V. Trifanov, A. V. Spesivtsev [et al.]. – DOI 10.1109/SCM.2017.7970556 // 2017 XX IEEE International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM). – St. Petersburg : IEEE, 2017. – Pp. 265–267. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/7970556 (дата обращения: 01.09.2020).

Peigné, J. Environmental Impacts of Farm-Scale Composting Practices / J. Peigné, P. Girardin. – DOI 10.1023/B:WATE.0000019932.04020.b6 // Water, Air, and Soil Pollution. – 2004. – Vol. 153. – Pp. 45–68. – URL: https://link.springer.com/article/10.1023%2FB%3AWATE.0000019932.04020.b6#citeas (дата обращения: 01.09.2020).

Assessment of Urban Groundwater Vulnerability in Arid Areas: Case of Sidi Bouzid Aquifer (Central Tunisia) / G. Safa, C. Najiba, B. N. El Houda [et al.] – DOI 10.1016/j.jafrearsci.2020.103849. ‒ Текст : электронный // Journal of African Earth Sciences. – 2020. – Vol. 168. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1464343X2030100X?via%3Dihub (дата обращения: 01.09.2020).

Модель комплексной оценки экологической опасности и охраны труда в сельском хозяйстве в условиях развития органического земледелия / Н. Н. Новиков, Н. Т. Сорокин, Н. Н. Грачев [и др.]. – DOI 10.18470/1992-1098-2019-2-99-119 // Юг России: экология, развитие. – 2019. – Т. 14, № 2. – С. 99–119. – URL: https://ecodag.elpub.ru/ugro/article/view/1608 (дата обращения: 01.09.2020). – Рез. англ.

Mulyk, T. Environmental Impact Assessment of Agriculture: A Regional Aspect / T. Mulyk. – DOI 10.31521/modecon.V19(2020)-22 // Modern Economics. – 2020. – Vol. 19. – Pp. 135–142. – URL: https://modecon.mnau.edu.ua/en/environmental-impact-assessment-of-agriculture/ (дата обращения: 01.09.2020).

Environmental Impact Assessment of Agricultural Production in Chongming Ecological Island / Sh. Li, B. Huang, F. Zhao [et al.]. – DOI 10.1007/s11367-019-01614-w // The International Journal of Life Cycle Assessment. – 2019. – Vol. 24. – Pp. 1937–1947. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11367-019-01614-w (дата обращения: 01.09.2020).

Achieving Good Environmental Status in the Black Sea: Scale Mismatches in Environmental Management / T. O’Higgins, A. Farmer, G. Daskalov [et al.]. – DOI 10.5751/ES-06707-190354 // Ecology and Society. – 2014. – Vol. 19, Issue 3. – Pp. 54. – URL: http://www.ecologyandsociety.org/vol19/iss3/art54/ (дата обращения: 01.09.2020).

Mushtaq, B. Environmental Education and Environmental Impact Assessment / B. Mushtaq, S. A. Bandh, S. Shafi. – DOI 10.1007/978-981-15-3813-1_3 // Environmental Management. – Singapore : Springer, 2020. – Pp. 95–148. – URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-981-15-3813- 1_3#citeas (дата обращения: 01.09.2020).

Якунин, Д. А. Прогнозы воздействия изменения климата на сельское хозяйство в Нижнем Поволжье / Д. А. Якунин, С. М. Мусаелян // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. – 2011. – № 2 (22). – С. 80–86. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=16452689 (дата обращения: 01.09.2020).

Logical-Linguistic Modeling in Addressing Agro-Environmental Challenges / A. Yu. Briukhanov, A. V. Trifanov, A. V. Spesivtsev [et al.]. – DOI 10.1109/SCM.2016.7519716 // 2016 XIX IEEE International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM). – St. Petersburg : IEEE, 2016. – Pp. 164–166. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/7519716/metrics#metrics (дата обращения: 01.09.2020).

Энергоэкологическая оценка использования различных генерирующих источников в сельском хозяйстве / А. Ю. Брюханов, И. А. Субботин, Е. В. Тимофеев, А. Ф. Эрк. – DOI 10.15507/2658-4123.029.201903.366-382 // Инженерные технологии и системы. – 2019. – Т. 29, № 3. – С. 366‒382. URL: http://vestnik.mrsu.ru/index.php/en/articles2-en/84-19-3/715-10-15507-0236-2910-029-201903-3 (дата обращения: 01.09.2020).