CC BY
16
ЭКОЛОГИЯ АГРОСИСТЕМ
УДК 631.95
КОНЦЕПЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОМ БЕЗОПАСНОСТЬЮ АГРОЭКОСИСТЕМ
А.Ю. Брюханов, д-р техн. наук, чл.-корр. РАН;
Э.В. Васильев, канд. техн наук; Э.А. Папушин, канд. техн наук
В.Д. Попов, д-р техн. наук, академик РАН;
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Использование интенсивных технологий в сельском хозяйстве приводит к значительным экологическим рискам, вызванным большими объемами органических отходов от крупных животноводческих и птицеводческих предприятий, несоблюдением технологий переработки навоза и помета и использования органических удобрений, деградацией почв, выделением в атмосферу парниковых газов и загрязнением водных бассейнов. Целью разработки концепции управления экологической безопасностью агроэкосистем является обоснование системы теоретических взглядов, объединенных научной идеей и задачами исследований, с указанием направлений их реализации. Согласно разработанной концепции, для снижения техногенного воздействия и обеспечения экологической устойчивости агроэкосистем необходимо формировать эффективную систему управления в сельскохозяйственном производстве, основаннуюна научно обоснованных законодательных актах и нормативах, экологически безопасных, ресурсосберегающих технологиях и технических средствах, методах экологической оценки агроэкосистем, эффективных приемах переработки и использования навоза и помета, в том числе с производством органической продукции и снижением выделения парниковых газов, а также на эффективном использовании энергетических, водных и других ресурсов. Создание системы управления экологической безопасностью агроэкосистем, базируется на разрабатываемой интеллектуальной программно-аналитической платформе (ИАПП), которая позволит эффективно решать задачи мониторинга, оценки, прогнозирования, принятия решений и проактивного управления для обеспечения долгосрочной экологической устойчивости агроэкосистем.
Ключевые слова: агроэкосистема, экологическая безопасность, мониторинг, система управления, концепция, органическая продукция, рециклинг отходов.
Для цитирования: Брюханов А.Ю., Попов В.Д., Васильев Э.В., Папушин Э.А. Концепция управления экологической безопасностью агроэкосистем // АгроЭкоИнженерия. 2022. № 4 (113). С.4-18
MANAGEMENT CONCEPT OF ECOLOGICAL SAFETY OF AGRO-ECOSYSTEMS
V.D. Popov, DSc (Engineering), Full Member of RAS;
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) -branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
The intensive technologies in agriculture result in significant environmental risks. They originate, first, from considerable waste from large-scale livestock and poultry farms. These risks increase with the incompliance of livestock and poultry manure processing and field application of organic fertilisers with valid norms and regulations. They manifest in the soil degradation, greenhouse gas air emissions and water pollution. The research aimed to elaborate the management concept of ecological safety of agroecosystems. In other words, to substantiate a system of theoretical views with a common scientific idea and research aim specifying their implementation ways. The elaborated concept identifies the measures to mitigate the man-made impact and to ensure the environmental sustainability of agroecosystems. They are an effective management system in agricultural production, based on scientifically grounded legislation and regulations; environmentally friendly and resource-saving technologies, machines and equipment; methods of environmental assessment of agroecosystems; effective practices of processing and use of manure, including organic foods production and lower greenhouse gas emission; and an efficient use of energy, water and other resources. This management system is created on the intelligent software and analytical platform. It is designed to effectively address the tasks of monitoring, evaluation, forecasting, decision-making and proactive management to ensure the long-term environmental sustainability of agro-ecosystems.
Key words: agroecosystem, environmental safety, monitoring, management system, concept, organic products, waste recycling.
For citation: Briukhanov A.Yu., Popov V.D., Vasilev E. V., Papushin E.A. Management concept of ecological safety of agro-ecosystems. AgroEkoInzheneriya. 2022. No. 4(113): 4-18. (In Russian)
Около 12 тыс. лет назад человеческое сообщество начало переходить от собирательства, охоты к окультуриванию, выращиванию растений и домашнему скотоводству, то есть к созданию искусственных агроэкосистем и их управлению через воздействие на окружающую среду такими технологическими приемами как рыхление почвы и орошение, к подбору наиболее продуктивных и устойчивых видов растений и др. Уже в тот период проявились первые негативные последствия вмешательства человека в окружающую среду [1].
A.Yu. Briukhanov, DSc (Engineering), Corresponding Member of RAS;
E.V. Vasilev, Cand. Sc. (Engineering); E. A. Papushin, Cand.Sc (Engineering)
Введение
Сельское хозяйство на современном этапе является сложной организационной технической агроэкосистемой обеспечивающее интенсивное производство сельскохозяйственной продукции на основе машинных технологий. Сельскохозяйственное производство, как совокупность созданных людьми агроэкосистем, играет значимую роль в вопросе формирования глобальной экологической устойчивости нашей планеты. При производстве сельскохозяйственной продукции занято 37,2% всей суши земли, используется 60-70% пресной воды от общего потребления, поступает в атмосферу 14,5% парниковых газов от общих выбросов [2].
Основной особенностью развития современного сельского хозяйства является применение высокоинтенсивных технологий. Особенно это проявляется в животноводстве и птицеводстве, где происходит концентрация поголовья на крупных фермах и комплексах. Это позволяет сократить экономические издержки, но создает существенные экологические риски. Интенсификация сельскохозяйственного производства привела к возникновению целого ряда экологических проблем:
- большие объемы навоза и помета вблизи крупных комплексов;
- необходимость транспортировки органических удобрений на большие расстояния;
- низкий уровень доли перерабатываемых органических отходов (по ряду субъектов доля перерабатываемых и используемых органических отходов не превышает 20-30%) [3];
- ухудшение качества почв сельскохозяйственных земель (недостаток питательных элементов составляет более 6000 тыс.тонн действующего вещества в год) [4] - [6];
- высокий уровень диффузной нагрузки на окружающую среду (на примере водных объектов по азоту до 150 кг/га, по фосфору до 10 кг/га, при средней норме 15-20 и 1-1,5 кг/га соответственно) [7] - [11];
- низкий уровень использования вторичных ресурсов и энергосберегающих технологий и др.
Исследования, проводимые в ИАЭП - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ и других научных учреждениях показали [12] - [18], что одним из основных рисков негативного воздействия на окружающую среду является система обращения с органическими отходами животноводства. На примере Северо-Запада России такие риски превышают 85% [12]. В целом по России ежегодно образуется не менее 600 млн. тонн навоза и помета, что в разы больше общего объема производства основной продукции сельскохозяйственного производства (зерна, мяса, молока, картофеля, овощей). При этом официальная статистика показывает, что перерабатывается и используется органических удобрений менее 50% от образования. Оснащённость техникой для транспортировки и внесения органических удобрений в установленные агротехнические сроки и соблюдением экологических требований не превышает 30%, недостаток технических средств составляет более 22000 единиц. Сложившаяся ситуация ведет к ежегодным потерям питательных элементов не менее 2,2 млн.т азота и 0,36 млн.т фосфора. Указанные потери бесконтрольно поступают в окружающую среду, создавая высокий риск ее загрязнения [12].
Важнейшим вопросом последних лет является выбросы парниковых газов [19] -[22]. По состоянию на 2020 год выбросы парниковых газов в России от сельского хозяйства оцениваются в 116,6 млн. т в СО2-экв. В структуре выбросов от
6
сельскохозяйственных источников в растениеводстве большая часть приходится на N20. в результате интенсивного использования почв сельскохозяйственных земель. Основные источники выбросов в атмосферу при производстве животноводческой продукции - это внутренняя ферментация животных и системы обращения с органическими отходами. Выбросы аммиака в России по состоянию на 2020 год составили 1,2 млн.т. От сектора «животноводство» в Европейской части Российской Федерации выделяется около 80% суммарных выбросов аммиака (ЫН3)\
Одним из новых направлений развития сельского хозяйства является производство органических продуктов питания предусматривающего отказ от использования минеральных удобрений и других химических средств и формирование системы питания растений на органических удобрениях [23]. Отсутствие научно-обоснованной системы технологий и машин сдерживает распространение этого способа производства сельскохозяйственной продукции или приводит к его неэффективной реализации. Данное направление производства особенно важно для устойчивого развития сельских территорий, где производство органической продукции могло бы стать одним из основных для обеспечения занятости населения и сохранения площадей сельскохозяйственных угодий. Основой производства органической продукции является ведение севооборота и использование органических удобрений для поддержания плодородия почв, поэтому разработка научных принципов производства с эффективным вовлечением всех видов органических удобрений является актуальной и важной задачей.
Стратегией научно-технологического развития Российской Федерации (СНТР) , утвержденной Президентом России, обозначены основные ориентиры и возможности научно-технологического развития Российской Федерации на ближайшую и долгосрочную перспективу. Сформулированы большие вызовы для общества, государства и науки, в числе которых потребность в обеспечении продовольственной безопасности и продовольственной независимости России, конкурентоспособности отечественной продукции на мировых рынках продовольствия, снижение технологических рисков в агропромышленном комплексе, обеспечение экологической безопасности и применение цифровых технологий. Стоит задача перехода к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, к высокопродуктивному и экологически чистому агропроизводству, разработке и внедрению систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений.
Для реализации СНТР формируется соответствующее законодательство, внесены поправки в закон № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды», регулирующие переход на наилучшие доступные технологии, приняты законы № 280-ФЗ «Об органической продукции и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской
1 Национальный доклад о кадастре антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом, разработан и представлен в соответствии с обязательствами Российской Федерации по Рамочной Конвенции ООН об изменении климата и Киотскому протоколу к Рамочной Конвенции ООН об изменении климата. 2022. 468 с.
Указ Президента Российской Федерации от 01.12.2016 г. № 642. О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации.
Федерации», № 296-ФЗ «Об ограничении выбросов парниковых газов» и № 248-ФЗ «О побочных продуктах животноводства и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
Регулирование воздействия сельскохозяйственного производства на окружающую среду требует создания принципиально новой системы управления экологической безопасностью агроэкосистем, обеспечивающей полный учет и достоверность всех факторов техногенного воздействия. Основным инструментом реализации такой задачи может стать интеллектуальная аналитическая программная платформа - как единая информационно-технологическая инфраструктура, создаваемая с целью повышения уровня обоснованности и оперативности принятия решений.
Для формирования системы управления экологической безопасностью агроэкосистем необходима соответствующая концепция, предусматривающая систему теоретических взглядов, объединенных научной идеей; определенный способ понимания, трактовки каких-либо явлений. Концепция определяет стратегию действий.
Цель данного исследования - разработать концепцию управления экологической безопасностью агроэкосистем, включающей систему теоретических взглядов, объединенных научной идеей и задачами исследований, с указанием направлений их реализации.
Методы
При проведении исследований использован метод системного анализа опубликованных результатов научных работ по экологической безопасности агроэкосистем, формированию технологий производства сельскохозяйственной продукции и рециклингу отходов.
Объектами исследований являются методы решения проблем экологической безопасности при производстве сельскохозяйственной продукции, мониторинга парниковых газов и управления агроэкосистемами. В проведении исследований использованы методы обобщения литературы, визуализации проблемы, анализ формулировок, накопление и систематизация информации.
Результаты и обсуждение
Анализ научных работ и международных программ в области управления экологической безопасности сельскохозяйственного производства выявил три основных вида управленческих воздействий: 1. нормативно-правовые, 2. технико-технологические, 3. информационные и цифровые. Нормативно-правовое направление воздействия на экологическую безопасность заключается в разработке соответствующих законов, нормативных и рекомендательных документов, систем финансового поощрения при внедрении природосберегающих технологий и наказания за загрязнение окружающей среды и нерациональное использование ресурсов. Технико-технологическое воздействие связано с разработкой и внедрением энергоресурсосберегающих, экологически безопасных машинных технологий, роботизированной техники и цифровых систем для производства высококачественной сельскохозяйственной продукции. Информационное и цифровое направление связано с разработкой аналитических платформ, способных аккумулировать, систематизировать и обрабатывать данные с предоставлением всей необходимой информации в области управления экологической безопасностью
8
агроэкосистем, а также осуществлять функцию обучения и распространения знаний [24] -[25].
Для работы по указанным трем направлениям в ИАЭП уже создан научно-технический задел, позволяющий решать ряд локальных задач обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного производства. Дальнейшее развитие агроэкологических исследований должно быть направлено на получение новых знаний и разработок, способных реализовать эффективную систему управления экологической безопасностью агроэкосистем, включая функционал прогнозирования и проактивного управления (рис. 1)
Представленная на рисунке 1 схема отражает основные цели и задачи концепции управления экологической безопасностью агроэкосистем и является ориентиром для планирования и реализации научных исследований ИАЭП по направлению агроэкология.
Управление экологической безопасностью агроэкосистем сопряжено с большими потоками информации, ее обработкой и моделированием технологических процессов. Для этого необходимо создание интеллектуальной аналитической программной платформы -которая является совокупностью баз данных, алгоритмов, моделей и программных средств. Функционально структурная схема ИАПП (рисунок 2) включает 4 основных блока: 1 - Блок экологические показатели и критерии оценки, 2 - Функционал (мониторинг, оценка, прогнозирование, принятие решений, проактивное управление), 3- Базы данных и 4 -научно-техническая продукция.
Рис. 2. Функционально структурная схема ИАПП
ИАПП объединяет результаты НИР, накопленные ИАЭП по направлению «Агроэкология» и уже включает ряд методик экологической оценки и методов проектирования экологически безопасных технологий и технических средств производства сельскохозяйственной продукции. В 2022 году была создана цифровая база данных диффузной нагрузки на водные объекты и программа ЭВМ для проведения расчетов на всей территории России. Для расширения возможностей ИАПП в части мониторинга, экологической оценки, прогнозирования и проактивного управления на ближайшую перспективу запланировано проведение исследований с получением следующих результатов: • Модели и базы данных прогнозирования выбросов климатических активных газов: для технологий: содержания КРС, свиней и птицы, сбора, хранения и переработки отходов животноводства, производства продукции растениеводства в различных природно-климатических условиях.
• Технико-технологические решения направленные на снижение выбросов климатически активных газов и стоков от животноводческих комплексов и очистку выбросов, образуемых при интенсивных технологиях переработки побочной продукции животноводства, с цифровой системой контроля технологического процесса.
• Алгоритм управления искусственной агроэкосистемой, утилизирующей стоки и выбросы животноводческих ферм.
• Модель оценки влияния уплотнения почвы при производстве продукции растениеводства на поступление азота и фосфора в водные объекты.
• Научные основы экологической оценки технологических процессов и машинно-тракторных агрегатов при производстве продукции растениеводства.
• Зависимости влияния различных доз биологически активного органического удобрения на параметры роста плодовых саженцев и плодоношение ягодных культур.
Выводы
Возрастание антропогенных нагрузок на окружающую среду, снижение плодородия почв и загрязнение водных источников при производстве сельскохозяйственной продукции является одним из значимых вызовов, указанным в Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации. Анализ мировых тенденций в области экологизации всех видов хозяйственной деятельности позволяет сделать вывод о будущей их большой роли в выстраивании экономических отношений и на развитие общества. Согласно разработанной концепции управления экологической безопасностью агроэкосистем можно выделить три основных вида управленческих воздействий: 1. нормативно-правовые, 2. технико-технологические, 3. информационные и цифровые. Основными направлениями исследований в развитии данных видов управленческого воздействия являются:
Нормативно-правовые
• Получение новых знаний в области агроэкологического нормирования (модели и базы данных оценки выбросов, стоков, образования отходов);
• Обоснование технических нормативов (Выбросы СО2, расход чистой воды, энергии и т.д. на ед. продукции);
• Обоснование технических нормативов поступления биогенных элементов в водные объекты;
• Разработка научных основ экологической оценки технологических процессов и машинно-тракторных агрегатов при производстве продукции растениеводства.
Технико-технологи ческие
• Разработка методов проектирования и критериев оценки технологий, комплексов машин и оборудования для обеспечения экологической устойчивости агроэкосистем;
• Разработка экологически безопасных технологий и комплексов машин для управления агроэкосистемами при интенсивном и органическом производстве продукции растениеводства и животноводства;
• Разработка технологий, машин и оборудования для снижения вредных выбросов и стоков;
• Разработка экологически безопасных технологий рециклинга органических отходов.
Информационные и цифровые
• Разработка систем цифрового мониторинга выбросов парниковых газов, диффузного загрязнения водных объектов, почв и образования органических отходов;
• Разработка баз данных, алгоритмов, моделей и программ для экологического мониторинга, оценки, моделирования, прогнозирования и проактивного управления;
• Разработка электронных экологических паспортов сельских территорий (агроэкологический атлас);
• Создание сайта и цифровой платформы для обучения и распространения знаний (онлайн лекции, занятия, ролики, публикации, семинары и т.д.)
Современный уровень цифровых и инженерных решений, компьютерных интеллектуальных технологий позволяет сегодня перейти к созданию системы управления экологической безопасностью агроэкосистем, базирующейся на интеллектуальной программно-аналитической платформе. ИАПП строится на разработке современных методов оценки воздействия агротехнологий на окружающую среду, методиках и приборно-аналитическом обеспечении, обоснованных принципах построения экологически устойчивых агроэкосистем, разработке норм воздействия на окружающую среду и природоохранных агротехнических требований, программах поддержки производства и освоения экологически безопасных технологий и технических средств, методах эколого-экономического мониторинга эффективности освоения природосберегающих агротехнологий. ИАПП позволит эффективно решать задачи мониторинга, оценки, прогнозирования, принятия решений и проактивного управления для обеспечения долгосрочной экологической устойчивости агроэкосистем.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Харари Ю.Н. Sapiens. Краткая история человечества. М.: Синдбад. 2021. 520 с.
2. Брюханов А.Ю. Актуальность агроэкологии будет расти // Сельскохозяйственные вести. 2022. №3. С. 4-8.
3. Брюханов А.Ю., Шалавина Е.В., Хухта Х., Васильев Э.В. Информационная система для мониторинга и управления органическими отходами животноводства // АгроЭкоИнженерия. 2021. № 4 (109). С. 94-106. DOI: 10.24412/2713-2641-2021-4109-94-105.
4. Иванов А. Ю., Дурманов Н. Д., Орлов М. П., Пиксендеев К. В., Ровнов Ю. Е., Лукша П. О., Макаров И. А., Птичников А. В., Степанов И. А., Харченко М. М., Чертков Г. М. Битва за климат: карбоновое земледелие как ставка России: экспертный доклад. Под ред. А. Ю. Иванова, Н. Д. Дурманова. М.: Издательский дом НИУВШЭ, 2021. 120 с.
5. Беляев В.И., Варлагин А.В., Дридигер В.К., Курганова И.Н., Орлова Л.В., Орлов С.В., Попов А.И., Романовская А.А., Тойгильдин А.Л., Троц Н.М., Фомин А.А., Хомяков Д.М. Мировая климатическая повестка. Почвозащитное ресурсосберегающее (углеродное)
земледелие как стандарт межнациональных и национальных стратегий по сохранению почв и аграрных карбоновых рынков // International Agricultural Journal. 2022. Vol. 65. No. 1, pp. 421-441.
6. Эдельгериев Р.С.Х., Иванов А.Л., Донник И.М., Багиров В.А., Кулик К.Н., Кононенко О.В., Николаев М.В., Усков А.О., Усков И.Б., Чесноков Ю.В., Якушев В.П., Беляев А.И., Козлов Д.Н., Савин И.Ю., Духанин Ю.А., Соломина О.Н., Куст Г.С., Юрова А.Ю., Вильфанд Р.М., Катцов В.М. и др. Глобальный климат и почвенный покров России: проявления засухи, меры предупреждения, борьбы, ликвидация последствий и адаптационные мероприятия (сельское и лесное хозяйство). Национальный доклад. Том 3. М.: Издательство МБА. 2021. 700 c.
7. Кондратьев С.А., Шмакова М.В. Изменение стока и биогенного выноса малыми притоками финского залива в результате возможных изменений регионального климата // Метеорология и гидрология. 2022. № 6. С. 56-65.
8. Поздняков Ш.Р., Кондратьев С.А., Расулова А.М., Коробченкова К.Д. Ладожское озеро - геостратегический водный объект Северо-Запада России и его зоны экологического риска // Гидрометеорология и экология. 2021. № 62. С. 139-161.
9. Анохин В.М., Барбашова М.А., Голосов С.Д., Гузева А.В., Гусева М.А., Дудаков М.О., Зверев И.С., Иванова Е.В., Игнатьева Н.В., Измайлова А.В., Капустина Л.Л., Каретников С.Г., Кондратьев С.А., Корнеенкова Н.Ю., Коробченкова К.Д., Кузнецов Д.Д., Курашов Е.А., Лапенков А.Е., Лудикова А.В., Ляховская А.К. и др. Современное состояние и проблемы антропогенной трансформации экосистемы Ладожского озера в условиях изменяющегося климата. М.: РАН. 2021. 640 с.
10. Кирейчева Л.В., Лентяева Е.А., Тимошкин А.Д., Яшин В.М. Оценка диффузного загрязнения от сельскохозяйственных территорий в бассейне верхней Волги и разработка мероприятий по его снижению на примере реки Яхромы // Водные ресурсы. 2020. Т. 47. № 5. С. 523-535.
11. Izmaylov A., Popov V., Briukhanov A., Kondratyev S., Oblomkova N., Grevtsov O. Quantification of nitrogen and phosphorus inputs from farming activities into the water bodies in the Leningrad and Kaliningrad regions. Environ Monit Assess, 2022. Vol. 194, 508 DOI: 10.1007/s10661-022-10155-z.
12. Васильев Э.В., Шалавина Е.В. Методика оценки технологий переработки жидкого навоза // Техника и технологии в животноводстве. 2022. № 3(47). С. 69-77. DOI 10.51794/27132064-2022-3-69.
13. Izmaylov A., Briukhanov A., Shalavina E., Vasilev E. Pig manure management: a methodology for environmentally friendly decision-making. Animals, 2022, Vol. 12, 747. DOI: 10.3390/ani12060747
14. Hortenhuber S. J., Seiringer M., Zollitsch W. J. Implementing an appropriate metric for the assessment of greenhouse gas emissions from livestock production: A national case study. Animal. 2022. Vol. 16, Issue 10, 100638. DOI:10.1016/j.animal.2022.100638
15. Поздняков Ш.Р., Брюханов А.Ю., Кондратьев С.А., Игнатьева Н.В., Шмакова М.В., Минакова Е.А., Расулова А.М., Обломкова Н.С., Васильев Э.В., Терехов А.В. Перспективы сокращения выноса биогенных элементов с речных водосборов за счет внедрения наилучших доступных технологий сельскохозяйственного производства (по результатам моделирования) // Водные ресурсы. 2020. Т. 47. № 5. С. 588-602.
16. Брюханов А.Ю., Максимов Д.А., Субботин И.А., Васильев Э.В., Шалавина Е.В. Результаты агроэкологических исследований в рамках европейских программ сотрудничества // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. № 98. С.236-247.
17 Luostarinen S., Gronroos J., Hellstedt M., Nousiainen J., Munther J. Modeling manure quantity and quality in Finland. Front. Sustain. Food Syst. 2018, No. 2, 60. DOI: 10.3389/fsufs.2018.00060.
18. Bhupendra Koul, Mohammad Yakoob, Maulin P. Shah. Agricultural waste management strategies for environmental sustainability. Environmental Research. 2022. Vol. 206, 112285. DOI:10.1016/j.envres.2021.112285.
19. Vries W. de, Kros J., Voogd J. C., Ros G. H. Integrated assessment of agricultural practices on large scale losses of ammonia, greenhouse gases, nutrients and heavy metals to air and water. Science of The Total Environment. 2022. Vol. 857, Part 1, 159220. DOI 10.1016/j.scitotenv.2019.133720.
20. Haiyan Zhang, Yue Xu, Michael L. Lahr. The greenhouse gas footprints of China's food production and consumption (1987-2017). Journal of Environmental Management. 2021. Vol. 301, 113934.
21. Гинзбург В.А., Нахутин А.И., Вертянкина В.Ю., Говор И.Л., Грабар В.А., Зеленова М.С., Имшенник Е.В., Лытов В.М., Полумиева П.Д., Попов Н.В., Трунов А.А., Николова А., Понгсри-Ям В. Расчет эмиссии парниковых газов и подготовка отчетности для стран центральной Азии (с учетом Парижского соглашения) Методические рекомендации. М.: ЭСКАТО (ООН); ФГБУ «ИГКЭ». 2021. 275 с.
22. Wang X., Liu X., Li J. Greenhouse gas reduction and nitrogen conservation during manure composting by combining biochar with wood vinegar. Journal of Environmental Management. 2022. Vol. 324, 116349.
23. Miller C., Waterhouse H., Harter T., Fadel J., Meyer D. Quantifying the uncertainty in nitrogen application and groundwater nitrate leaching in manure based cropping systems. Agricultural Systems. 2020. Vol. 184(C). pp. 1-14. DOI: 10.1016/j.agsy.2020.102877.
24. Крылов А.В., Охтилев М.Ю., Соболевский В.А., Соколов Б.В., Ушаков В.А. Методологические и методические основы создания и использования интегрированных систем поддержки принятия решений // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2020. Т. 63. № 11. С. 963-974.
25. Охтилев М.Ю., Соколов Б.В., Юсупов Р.М., Стыскин М.М., Джао В.Ю.Д. Концепция и технологии проактивного управления жизненным циклом изделий // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2020. Т. 63. № 2. С. 187-190.
REFERENCES
1. Harari Yuval Noah. Sapiens: A Brief History of Humankind. NY: HarperCollins Publishers. 2015. 520 p. (Russ. ed: Kharari Yu.N. Sapiens. Kratkaya istoriya chelovechestva. Moscow: Sindbad. 2021. 520)
2. Briukhanov A.Yu. Aktual'nost' agroekologii budet rasti [The relevance of agroecology is going to grow]. Sel'skokhozyaistvennye vesti. 2022. No.3: 4-8 (In Russian)
3. Briukhanov A.Yu., Shalavina E.V., Khukhta Kh., Vasil'ev E.V. Informatsionnaya sistema dlya monitoringa i upravleniya organicheskimi otkhodami zhivotnovodstva [Information system for organic livestock waste monitoring and management]. AgroEkoInzheneriya. 2021. No. 4 (109): 94106 (In Russian) DOI: 10.24412/2713-2641-2021-4109-94-105.
4. Ivanov A. Yu., Durmanov N. D., Orlov M. P., Piksendeev K. V., Rovnov Yu. E., Luksha P. O., Makarov I. A., Ptichnikov A. V., Stepanov I. A., Kharchenko M. M., Chertkov G. M. Bitva za klimat: karbonovoe zemledelie kak stavka Rossii: ekspertnyi doklad. Pod red. A. Yu. Ivanova, N. D. Durmanova. [The battle for climate: carbon farming as Russia's stake: expert report. A.Yu. Ivanov, N.D.Durmanov (eds)]. Moscow: NIUVShE Publ., 2021. 120 p. (In Russian)
5. Belyaev V.I., Varlagin A.V., Dridiger V.K., Kurganova I.N., Orlova L.V., Orlov S.V., Popov A.I., Romanovskaya A.A., Toigil'din A.L., Trots N.M., Fomin A.A., Khomyakov D.M. Mirovaya klimaticheskaya povestka. Pochvozashchitnoe resursosberegayushchee (uglerodnoe) zemledelie kak standart mezhnatsional'nykh i natsional'nykh strategii po sokhraneniyu pochv i agrarnykh karbonovykh rynkov [The global climate agenda. Soil conservation resource-saving (carbon) agriculture as a standard of international and national strategies for soil conservation and agricultural carbon markets]. International Agricultural Journal. 2022. Vol. 65. No. 1: 421-441 (In Russian)
6. Edel'geriev R.S.Kh., Ivanov A.L., Donnik I.M., Bagirov V.A., Kulik K.N., Kononenko O.V., Nikolaev M.V., Uskov A.O., Uskov I.B., Chesnokov Yu.V., Yakushev V.P., Belyaev A.I., Kozlov D.N., Savin I.Yu., Dukhanin Yu.A., Solomina O.N., Kust G.S., Yurova A.Yu., Vil'fand R.M., Kattsov V.M. i dr. Global'nyi klimat i pochvennyi pokrov Rossii: proyavleniya zasukhi, mery preduprezhdeniya, bor'by, likvidatsiya posledstvii i adaptatsionnye meropriyatiya (sel'skoe i lesnoe khozyaistvo). Natsional'nyi doklad. Tom 3 [Global climate and soil cover of Russia: manifestations of drought, prevention, control measures, elimination of consequences and adaptation measures (agriculture and forestry). National Report. Vol. 3]. Moscow: MBA Publ. 2021. 700 p. (In Russian) DOI: 10.52479/978-5-6045103-9-1
7. Kondrat'ev S.A., Shmakova M.V. Izmenenie stoka i biogennogo vynosa malymi pritokami finskogo zaliva v rezul'tate vozmozhnykh izmenenii regional'nogo klimata [Changes in runoff and nutrient removal by small tributaries of the Gulf of Finland as a result of possible regional climate change]. Meteorologiya i gidrologiya. 2022. No. 6: 56-65 (In Russian)
8. Pozdnyakov Sh.R., Kondratyev S.A., Rasulova A.M., Korobchenkova K.D. Ladozhskoe ozero - geostrategicheskii vodnyi ob"ekt Severo-Zapada Rossii i ego zony ekologicheskogo riska [Lake Ladoga is a geostrategic water body in the North-West of Russia and its zone of environmental risk]. Gidrometeorologiya i ekologiya. 2021. No. 62: 139-161 (In Russian)
9. Anokhin V.M., Barbashova M.A., Golosov S.D., Guzeva A.V., Guseva M.A., Dudakov M.O., Zverev I.S., Ivanova E.V., Ignat'eva N.V., Izmailova A.V., Kapustina L.L., Karetnikov S.G., Kondrat'ev S.A., Korneenkova N.Yu., Korobchenkova K.D., Kuznetsov D.D., Kurashov E.A., Lapenkov A.E., Ludikova A.V., Lyakhovskaya A.K. et al. Sovremennoe sostoyanie i problemy antropogennoi transformatsii ekosistemy Ladozhskogo ozera v usloviyakh izmenyayushchegosya klimata [Current state and problems of anthropogenic transformation of the Ladoga Lake ecosystem under conditions of changing climate]. Moscow: Russian Academy of Sciences. 2021. 640 p. (In Russian)
10. Kireycheva L.V., Lentyaeva E.A., Timoshkin A.D., Yashin V.M. Otsenka diffuznogo zagryazneniya ot sel'skokhozyaistvennykh territorii v basseine verkhnei Volgi i razrabotka meropriyatii po ego snizheniyu na primere reki Yakhromy [The assessment of the diffuse pollution from agricultural territories in the upper Volga basin and the development of measures to reduce it: case study of the Yakhroma River]. Vodnye resursy. 2020. Vol. 47. No. 5: 523-535 (In Russian)
11. Izmaylov A., Popov V., Briukhanov A., Kondratyev S., Oblomkova N., Grevtsov O. Quantification of nitrogen and phosphorus inputs from farming activities into the water bodies in the Leningrad and Kaliningrad regions. Environ Monit Assess, 2022. Vol. 194, 508 (In English) DOI: 10.1007/s10661-022-10155-z.
12. Vasilev E.V., Shalavina E.V. Metodika otsenki tekhnologii pererabotki zhidkogo navoza [Methodology of liquid manure processing technologies evaluating]. Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve. 2022. No. 3(47): 69-77. (In Russian) D0I:10.51794/27132064-2022-3-69
13. Izmaylov A., Briukhanov A., Shalavina E., Vasilev E. Pig manure management: a methodology for environmentally friendly decision-making. Animals, 2022, Vol. 12, 747. DOI 10.3390/ani12060747
14. Hortenhuber S. J., Seiringer M., Zollitsch W. J. Implementing an appropriate metric for the assessment of greenhouse gas emissions from livestock production: A national case study. Animal. 2022. Vol. 16, Issue 10, 100638. DOI:10.1016/j.animal.2022.100638
15. Pozdnyakov Sh.R., Briukhanov A.Yu., Kondrat'ev S.A., Ignat'eva N.V., Shmakova M.V., Minakova E.A., Rasulova A.M., Oblomkova N.S., Vasil'ev E.V., Terekhov A.V. Perspektivy sokrashcheniya vynosa biogennykh elementov s rechnykh vodosborov za schet vnedreniya nailuchshikh dostupnykh tekhnologii sel'skokhozyaistvennogo proizvodstva (po rezul'tatam modelirovaniya) [Prospects for reducing the recovery of nutrients from river waterships through the introduction of the best available technologies of agricultural production (by simulation results)]. Vodnye resursy. 2020. Vol. 47. No. 5: 588-602 (In Russian)
16. Briukhanov A. Yu., Maksimov D.A., Subbotin I.A., Vasilev E.V., Shalavina E.V. Rezul'taty agroekologicheskikh issledovanii v ramkakh evropeiskikh programm sotrudnichestva [Results of agro-environmental studies in the framework of European cooperation programmes]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2019. No. 98: 236-247. (In Russian)
17. Luostarinen S., Gronroos J., Hellstedt M., Nousiainen J., Munther J. Modeling manure quantity and quality in Finland. Front. Sustain. Food Syst. 2018, No. 2, 60. DOI: 10.3389/fsufs.2018.00060.
18. Bhupendra Koul, Mohammad Yakoob, Maulin P. Shah. Agricultural waste management strategies for environmental sustainability. Environmental Research. 2022. Vol. 206, 112285. DOI:10.1016/j.envres.2021.112285.
19. Vries W. de, Kros J., Voogd J. C., Ros G. H. Integrated assessment of agricultural practices on large scale losses of ammonia, greenhouse gases, nutrients and heavy metals to air and water. Science of The Total Environment. 2022. Vol. 857, Part 1, 159220. DOI 10.1016/j.scitotenv.2019.133720.
20. Haiyan Zhang, Yue Xu, Michael L. Lahr. The greenhouse gas footprints of China's food production and consumption (1987-2017). Journal of Environmental Management. 2021. Vol. 301, 113934.
21. Ginzburg V.A., Nakhutin A.I., Vertyankina V.Yu., Govor I.L., Grabar V.A., Zelenova M.S., Imshennik E.V., Lytov V.M., Polumieva P.D., Popov N.V., Trunov A.A., Nikolova A., Pongsri-Yam V. Raschet emissii parnikovykh gazov i podgotovka otchetnosti dlya stran tsentral'noi Azii (s uchetom Parizhskogo soglasheniya) Metodicheskie rekomendatsii [GHG Inventory tools: Guidance on GHG emission calculations and reporting for Central Asian countries, taking into account the Paris Agreement]. Moscow: U; FGBU «IGKE». 2021. 275 p. (In Russian)
22. Wang X., Liu X., Li J. Greenhouse gas reduction and nitrogen conservation during manure composting by combining biochar with wood vinegar. Journal of Environmental Management. 2022. Vol. 324, 116349.
23. Miller C., Waterhouse H., Harter T., Fadel J., Meyer D. Quantifying the uncertainty in nitrogen application and groundwater nitrate leaching in manure based cropping systems. Agricultural Systems. 2020. Vol. 184(C): 1-14. DOI: 10.1016/j.agsy.2020.102877.
24. Krylov A.V., Okhtilev M.Yu., Sobolevskiy V.A., Sokolov B.V., Ushakov V.A. Metodologicheskie i metodicheskie osnovy sozdaniya i ispol'zovaniya integrirovannykh sistem podderzhki prinyatiya reshenii [Methodological and methodical bases for creating and using integrated systems of decision-making support]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Priborostroenie. 2020. Vol. 63. No. 11: 963-974 (In Russian)
25. Okhtilev M.Yu., Sokolov B.V., Yusupov R.M., Styskin M.M., Gao Un.-D. Kontseptsiya i tekhnologii proaktivnogo upravleniya zhiznennym tsiklom izdelii [Concept and technologies of proactive management of product life cycle]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Priborostroenie. 2020. Vol. 63. No. 2: 187-190 (In Russian)
УДК 623.746.4-519: 57.087: 633.412
БИОИНДИКАЦИОННАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ АГРОЭКОСИСТЕМЫ СВЕКОЛЬНОГО ПОЛЯ В ОРГАНИЧЕСКОМ СЕВООБОРОТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МУЛЬТИСПЕКТРАЛЬНОЙ СЪЕМКИ
С.А. Ракутько, д-р техн.наук; А.Е. Маркова, канд. с.-х. наук;
А.П. Мишанов; Е.Н. Ракутько; E.A. Мурзаев
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Использование мультиспектральной камеры при аэросъемке с беспилотного летающего судна открывает широкие перспективы для оценки состояния агроэкосистемы. Получаемые изображения требуют обработки при помощьи специализированного программного обеспечения. В данном исследовании мы оценили возможность анализа результатов мультиспектральной съемки с помощью распространенной программы ImageJ на примере свекольного поля в органическом севообороте. Эксперимент проводили в сезон 2022 г. на опытном поле ИАЭП. Варианты опыта заключались в различных дозах органического удобрения «БИАГУМ» (0, 80 и 160 кг га-1), внесенных перед посевом. Все биометрические параметры растений свеклы определяли на 104-й день после посева. Снимки поля получали с помощью квадрокоптера DJI Phantom IV Multispectral RTK. Снимки преобразовывали в отдельных спектральных диапазонах в стек и по интенсивности серого выделяемых групп пикселей определяли коэффициенты отражения листьев свеклы в этих диапазонах. По полученным значениям рассчитывали стандартные вегетационные индексы NDVI, NDRE, GNDVI, RVI и GRVI. Было найдено, что при увеличении дозы азота от нуля до 160 кгга-1 симбатно изменяется масса растения свеклы в целом на 58%, масса корнеплода - на 49%, его
18
