vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2024-18-3-75-81CEXDWMvimjour-605Research ArticleИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕINNOVATIVE TECHNOLOGIES AND EQUIPMENTМетодика оценки уровня выбросов парниковых газов при возделывании сельскохозяйственных культурMethodology for Assessing the Level of Greenhouse Gas Emissions in Agricultural Crops ProductionДжабборовН. И.DzhabborovN. I.

Нозим Исмоилович Джабборов, доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник

Санкт-Петербург

Nozim I. Dzhabborov, Dr.Sc.(Eng.), professor, leading researcher

Saint Petersburg

nozimjon-59@mail.ruМишановА. П.MishanovA. P.

Алексей Петрович Мишанов, старший научный сотрудник

Санкт-Петербург

Aleksey P. Mishanov, senior researcher

Saint Petersburg

amishanov@mail.ruЗахаровА. М.ZakharovA. M.

Антон Михайлович Захаров, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Санкт-Петербург

Anton M. Zakharov, Ph.D.(Eng.), leadingresearcher

Saint Petersburg

zamsznii@yandex.ruДобриновА. В.DobrinovA. M.

Александр Владимирович Добринов, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник

Санкт-Петербург

Anton M. Zakharov, Ph.D.(Eng.), leadingresearcher

Saint Petersburg

a.v.dobrinov@yandex.ruИнститут агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиал Федерального научного агроинженерного центра ВИМРоссияInstitute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production – branch of Federal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation2024250920241837581Copyright © Джабборов Н.И., Мишанов А.П., Захаров А.М., Добринов А.В., 20242024Джабборов Н.И., Мишанов А.П., Захаров А.М., Добринов А.В.Dzhabborov N.I., Mishanov A.P., Zakharov A.M., Dobrinov A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/605

Повышение средней температуры окружающей среды в глобальном масштабе связано с выделением парниковых газов в результате хозяйственной деятельности человека, включая производство продукции растениеводства. Выявлено, что на данный момент отсутствуют системный подход и инструменты, позволяющие комплексно оценить уровень выбросов парниковых газов от растениеводства. (Цель исследования) Разработка математических моделей и методики оценки уровня выбросов парниковых газов при производстве сельскохозяйственной продукции. (Материалы и методы) Работа выполнена на основании анализа опубликованных данных отечественных и зарубежных ученых. (Результаты и обсуждение) Обоснован перечень показателей для оценки уровня выделения парниковых газов при производстве сельскохозяйственной продукции. Новизна методики заключается в синтезе многочисленных показателей и параметров сложного процесса выделения парниковых газов с учетом случайных возмущающих факторов. При этом приемы обработки почвы, расход топлива на единицу выполненной работы, доза, способ и соотношение вносимых удобрений, содержание растительных остатков, гранулометрический состав почвы, другие показатели рассматриваются как случайные величины. В отличие от методики, предложенной в Руководящих принципах МГЭИК, 2006 г. (Межправительственная группа экспертов по изменению климата) для расчета эмиссии парниковых газов в растениеводстве, разработанная методика позволяет решать более сложные задачи, связанные с процессами, содержащими одновременно элементы как непрерывного, так и дискретного характера. В качестве примера в статье приведены результаты расчетов оценки выделения парниковых газов с использованием предложенной методики для технологии возделывания картофеля. (Выводы) Рассчитанное значение вероятностного коэффициента, учитывающего уровень выделяемых парниковых газов 2,21>1, свидетельствует о несоответствии применяемой технологии экологическим требованиям. Для снижения уровня выброса парниковых газов требуется разработать технико-технологические решения по оптимизации показателей, используемых при расчетах в предлагаемой методике.

The global rise in average environmental temperatures is associated with the emission of greenhouse gases due to human economic activities, including crop production. Current findings indicate the absence of a systematic approach and tools for a comprehensive assessment of greenhouse gas emissions from crop production. (Research purpose) The study aims to develop mathematical models and methods to assess greenhouse gas emissions in agricultural production. (Materials and methods) The work was carried out based on the analysis of published data from both domestic and international researchers. (Results and discussion) The research validates a set of indicators for assessing the level of greenhouse gas emissions during agricultural production. The novelty of the methodology involves the integration of numerous indicators and parameters of the greenhouse gas emission process, taking into account stochastic disturbances in the emission process. Factors such as soil tillage methods, fuel consumption per unit of work performed, the dose, method and ratio of applied fertilizers, content of plant residues and soil texture, as well as other variables, are considered as stochastic factors. Unlike the methodology outlined in the 2006 IPCC Guidelines (Intergovernmental Panel on Climate Change) for calculating greenhouse gas emissions from crop production, the developed methodology addresses more complex scenarios associated with processes containing simultaneously the elements that are both continuous and discrete in nature. As an example, the paper presents calculations for estimating greenhouse gas emissions from potato cultivation using the proposed methodology. (Conclusions) The calculated probability coefficient, with a value exceeding 2.21, indicates that the technology used does not meet environmental standards. To reduce greenhouse gas emissions, it is necessary to develop technical and technological solutions that optimize the indicators utilized in this methodology.

изменение климатапарниковые газырастениеводствокритерии оценкиметодика оценкивероятностный коэффициентобобщенные показателиclimate changegreenhouse gasescrop productionassessment criteriaassessment methodologyprobability coeffi cientgeneralized indicatorsReferencesКсенофонтов Б.С., Таранов Р.А., Козляева Е.А. Проблема изменения климата из-за выбросов парниковых газов и возможные пути ее решения // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 2022. N6. С. 28-32. DOI: 10.37882/2223–2966.2022.06.23.Ksenofontov B., Taranov R. Kozlyaeva E. The problem of climate change due to greenhouse gas emissions and possible solutions. Modern Science: Current Issues of theory and practice. Series: Natural and Technical Sciences. 2022. N6. 28-32 (In Russian). DOI 10.37882/2223–2966.2022.06.23.Romanovskaya A.A., Korotkov V.N., Polumieva P.D. et al. Greenhouse gas fluxes and mitigation potential for managed lands in the Russian Federation. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. 2020. Vol. 25(8). 661-687. DOI: 10.1007/s11027- 019-09885-2.Romanovskaya A.A., Korotkov V.N., Polumieva P.D. et al. Greenhouse gas fluxes and mitigation potential for managed lands in the Russian Federation. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. 2020. Vol. 25(8). 661-687 (In English). DOI:10.1007/s11027- 019-09885-2.Carlson K.M., Gerber J.S., Mueller N.D. et al. Greenhouse gas emissions intensity of global croplands. Nature Climate Change. 2017. Vol. 7. 63-68. DOI: 10.1038/NCLIMATE3158.Carlson K.M., Gerber J.S., Mueller N.D. et al. Greenhouse gas emissions intensity of global croplands. Nature Climate Change. 2017. Vol. 7. 63-68 (In English). DOI: 10.1038/NCLIMATE3158.Кудеяров В.Н. Эмиссионный фактор закиси азота при применении азотных удобрений в земледелии России // Агрохимия. 2021. N11. С. 3-15. DOI: 10.31857/S0002188121110089.Kudeyarov V.N. Nitrous oxide emission factor from Russian arable soils at the fertilizers application. Agrohimiâ. 2021. N11. 3-15 (In Russian). DOI: 10.31857/S0002188121110089.Махныкина А.В., Прокушкин А.С., Меняйло О.В. и др. Влияние климатических факторов на эмиссию СО2 из почв в среднетаежных лесах Центральной Сибири: эмиссия как функция температуры и влажности почвы // Экология. 2020. N1. С. 51-61. DOI: 10.31857/S0367059720010060.Makhnykina A.V., Prokushkin A.S., Verkhovets S.V. et al. The impact of climatic factors on CO2 emissions from soils of middle-taiga forests in Central Siberia: emission as a function of soil temperature and moisture. Russian Journal of Ecology. 2020. Vol. 51. N1. 46-56 (In Russian). DOI: 10.31857/S0367059720010060.Baresel C., Andersson S., Yang J., Andersen M.H. Comparison of nitrous oxide (N2O) emissions calculations at a Swedish wastewater treatment plant based on water concentrations versus off-gas concentrations. Advances in Climate Change Research. 2016. Vol. 7(3). 185-191. DOI: 10.1016/J.ACCRE.2016.09.001.Baresel C., Andersson S., Yang J., Andersen M.H. Comparison of nitrous oxide (N2O) emissions calculations at a Swedish wastewater treatment plant based on water concentrations versus off-gas concentrations. Advances in Climate Change Research. 2016. Vol. 7(3). 185-191 (In English). DOI: 10.1016/J.ACCRE.2016.09.001.Charles A., Rochette P., Whalen J.K. et al. Global nitrous oxide emission factors from agricultural soils after addition of organic amendments: A meta-analysis. Agriculture, Ecosystems and Environment. 2017. Vol. 236. 88-98. DOI: 10.1016/J.AGEE.2016.11.021.Charles A., Rochette P., Whalen J.K. et al. Global nitrous oxide emission factors from agricultural soils after addition of organic amendments: A meta-analysis. Agriculture, Ecosystems and Environment. 2017. Vol. 236. 88-98 (In English). DOI:10.1016/J.AGEE.2016.11.021.Ding W., Luo J., Li J., et al. Effect of long-term compost and inorganic fertilizer application on background N2O and fertilizer-induced N2O emissions from an intensively cultivated soil. Science of the Total Environment. 2013. Vol. 465. 115-124. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2012.11.020.Ding W., Luo J., Li J., et al. Effect of long-term compost and inorganic fertilizer application on background N2O and fertilizer-induced N2O emissions from an intensively cultivated soil. Science of the Total Environment. 2013. Vol. 465. 115-124 (In English). DOI: 10.1016/j.scitotenv.2012. 11.020.Дёмин Е.А., Ахтямова А.А., Каюгина С.М. Влияние минеральных удобрений на эмиссию углекислого газа в посевах яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья // Международный научно-исследовательский журнал. N1. (139). С. 1-6. DOI: 10.23670/IRJ.2024.139.112.Dyomin Y.A., Akhtyamova A.A., Kayugina S.M. Influence of mineral fertilizers on carbon dioxide emission in spring wheat crops in the forest-steppe zone of the Trans-Ural region. International Research Journal. N1 (139). 1-6 (In Russian). DOI: 10.23670/IRJ.2024.139.112.Кусаинова М.Д., Тойшиманов М.Р., Таменов Т.Б. и др. Изучение эффективности различных систем землепользования для смягчения климата посредством измерения эмиссии парниковых газов // Центрально-азиатский журнал исследований водных ресурсов. 2023. N9(2): С. 17-33. DOI: 10.29258/CAJWR/2023-R1.v9-2/17-33.rus.Kussainova M.D., Toishimanov M.R., Tamenov T.B. et al. Studying the climate mitigation efficiency of various landuse systems by measuring greenhouse gas emissions. Central Asian Journal of Water Research Journal. 2023. 9(2). 17-33 (In Russian). DOI: 10.29258/CAJWR/2023-R1.v9-2/17-33.rus.Wachiye Sh., Merbold L., Vesala T. et al. Soil greenhouse gas emissions under different land-use types in savanna ecosystems of Kenya. Biogeosciences. 2019. 17. DOI: 10.5194/bg-17-2149-2020.Wachiye Sh., Merbold L., Vesala T. et al. Soil greenhouse gas emissions under different land-use types in savanna ecosystems of Kenya. Biogeosciences. 2019. 17 (In English). DOI: 10.5194/bg-17-2149-2020.Сычёв В.Г., Налиухин А.Н., Ерегин А.В. и др. Углерод-секвестрирующая оценка различных систем удобрения и определение эмиссии N2O в длительном полевом опыте // Плодородие. 2022. N6 (129). С. 73-77. DOI: 10.25680/S19948603.2022.129.19.Sychev V.G., Naliukhin A.N., Eregin A.V. et al. Carbon sequesting evaluation of various fertilizer systems and determination of N2О emissions in long-term field experience. Plodorodie. 2022. N6 (129). 73-77 (In Russian). DOI: 10.25680/S19948603.2022.129.19.Семенов В.М. Функции углерода в минерализационно-иммобилизационном обороте азота в почве // Агрохимия. 2020. N6. С. 78-96. DOI: 10.31857/S0002188120060101.Semenov V.M. Functions of carbon in the mineralization–immobilization turnover of nitrogen in soil. Agrohimia. 2020. N6. 78-96 (In Russian). DOI: 10.31857/S0002188120060101.Ogle S.M., Alsaker C., Baldock J. et al. Climate and soil characteristics determine where No-till management can store carbon in soils and mitigate greenhouse gas emissions. Sci Rep. 2019. Vol. 9:11665. DOI: 10.1038/s41598-019-47861-7.Ogle S.M., Alsaker C., Baldock J. et al. Climate and soil characteristics determine where No-till management can store carbon in soils and mitigate greenhouse gas emissions. Sci Rep. 2019. Vol. 9:11665 (In English). DOI: 10.1038/s41598-019-47861-7.Зинченко С.И., Бучкина Н.П. Влияние приемов основной обработки серой лесной почвы на эмиссию закиси азота // Владимирский земледелец. 2018. N4. (86). С. 7-11. DOI: 10.24411/2225-2584-2018-10032.Zinchenko S.I., Buchkina N.P. Influence of gray forest soil tillage methods on nitrogen oxide emission. Vladimir agricolist. 2018. N4. 7-11 (In Russian). DOI: 10.24411/2225-2584-2018-10032.Mei K., Wang Z., Huang H. et al. Stimulation of N2O emission by conservation tillage management in agricultural lands: a meta-analysis. 2018. Soil Tillage Res. 182. 86-93. DOI: 10. 1016/j.still.2018.05.006.Mei K., Wang Z., Huang H. et al. Stimulation of N2O emission by conservation tillage management in agricultural lands: a meta-analysis. Soil Tillage Res. 2018. 182, 86-93 (In English). DOI: 10. 1016/j.still.2018.05.006.Li Zh., Zhang Q., Li Zh. et al. Effects of no-tillage on greenhouse gas emissions in maize fields in a semi-humid temperate climate region. Environmental Pollution. Vol. 309. 2022. DOI: 10.1016/j.envpol.2022.119747.Li Zh., Zhang Q., Li Zh. et al. Effects of no-tillage on greenhouse gas emissions in maize fields in a semi-humid temperate climate region. Environmental Pollution. 2022. Vol. 309 (In English). DOI: 10.1016/j.envpol.2022.119747.Семешкина П.С., Филатов А.Н. Продуктивность звена севооборота в зависимости от энергосберегающих способов обработки почвы и удобрений // Владимирский земледелец. 2018. N4. 4-7. DOI: 10.24411/2225-2584-2018-10031.Semeshkina P.S., Filatov A.N. Efficiency of an element of crop rotation independence to energy-saving ways of soiltillage and fertilizers. Vladimir agricolist. 2018. N4. 4-7 (In Russian). DOI: 10.24411/2225-2584-2018-10031.Oertel C., Matschullat J., Zurba K. et al. Greenhouse gas emissions from soils. A review. Chemie der Erde. 2016. Vol. 76. 327-352. DOI: 10.1016/J.CHEMER.2016.04.002.Oertel C., Matschullat J., Zurba K. et al. Greenhouse gas emissions from soils. A review. Chemie der Erde. 2016. Vol. 76. 327-352 (In English). DOI: 10.1016/J.CHEMER.2016.04.002.Сычев В.Г., Налиухин А.Н. Изучение потоков углерода и азота в длительных полевых опытах Геосети с целью снижения выбросов парниковых газов и повышения депонирования диоксида углерода агроценозами // Плодородие. 2021. N6. С. 38-41. DOI: 10.25680/S19948603.2021.123.10.Sychev V.G., Naliukhin A.N. Study of flows of carbon and nitrogen in long-term field experiments of the Geoset with the purpose of reducing greenhouse gas emissions and increasing the deposition of carbon dioxide by agrocenoses. Plodorodie. 2021. N6. 38-41 (In Russian). DOI: 10.25680/S19948603.2021.123.10.Dix B.A., Hauschild M.E., Niether W. et al. Regulating soil microclimate and greenhouse gas emissions with rye mulch in cabbage cultivation. Agriculture, Ecosystems & Environment. 2024. Vol. 367. DOI: 10.1016/j.agee.2024.108951.Dix B.A., Hauschild M.E., Niether W. et al. Regulating soil microclimate and greenhouse gas emissions with rye mulch in cabbage cultivation. Agriculture, Ecosystems & Environment. 2024. Vol. 367 (In English). DOI: 10.1016/j.agee.2024.108951.Alskaf K., Mooney S.J., Sparkes D.L. et al. Short-term impacts of different tillage practices and plant residue retention on soil physical properties and greenhouse gas emissions. Soil and Tillage Research. 2021. Vol. 206. DOI: 10.1016/j.still.2020.104803.Alskaf K., Mooney S.J., Sparkes D.L.et al. Short-term impacts of different tillage practices and plant residue retention on soil physical properties and greenhouse gas emissions. Soil and Tillage Research. 2021. Vol. 206 (In English). DOI: 10.1016/j.still.2020.104803.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.