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