Анализ и решения экологических проблем в животноводстве

Интенсификация сельскохозяйственного производства привела к нарушению циклов биогенных веществ в агроэкосистемах. В животноводстве одной из ключевых проблем стала низкая степень использования органических удобрений на основе навоза и помета. (Цель исследования) Обосновать основные принципы оценки экологической устойчивости агроэкосистем и разработать инженерные методы обеспечения экологической безопасности в животноводстве. (Материалы и методы) Для решения задач агроэкологической оценки, выбора эффективных технологий и создания интеллектуализированных систем использовали показатели: удельную плотность животных (преимущественно для макрооценки); баланс питательных веществ (разницу между количеством азота в органических удобрениях и экологически безопасным потреблением); потери азота при утилизации органических отходов животноводства; эффективность внедрения наилучших доступных технологий. (Результаты и обсуждение). Выявили, что по первым двум показателям три района Ленинградской области относятся к территориям с чрезмерным риском для окружающей среды, один район – с высоким риском, пять – с допустимым и восемь районов – с незначительным риском. Для решения проблем в районах с чрезмерной и высокой нагрузкой провели оценку по третьему и четвертому показателям. Исследовали технические решения и подобрали наилучшие доступные технологии для снижения нагрузки на окружающую среду. Показали преимущества основных технических решений в области утилизации органических отходов животноводства – биоферментации и внесения жидких органических удобрений. Определили, что биоферментационные установки позволяют сократить выбросы загрязняющих газов в 2 раза и более, ускорить процесс переработки в 60 раз. Для работы с жидкой органикой разработали интеллектуализированные машины с низкоэмиссионными рабочими органами, позволяющие снизить потери азота при внесении до 50 процентов. Разработали цифровую систему для моделирования сценариев технологического развития и их влияния на экологическую устойчивость агроэкосистем. (Выводы) Сформулировали принципы системного анализа экологической устойчивости агроэкосистем с предложением конкретных технических и оптимизационных решений для животноводства.

1. Briukhanov A., Vasilev E., Kozlova N., Shalavina E., Subbotin I., Lukin S. Environmental assessment of livestock farms in the context of BAT system introduction in Russia. Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 246. 283-288.

2. Danilov-Danilyan V.I., Venitsianov E.V., Belyaev S.D. Some Problems of Reducing the Pollution of Water Bodies from Diffuse Sources. Water Resources. 2020. N47. 682-690.

3. Nainggolan D., Hasler B., Andersen H.E., Gyldenkarne S., Termansen M. Water Quality Management and Climate Change Mitigation: Cost-effectiveness of Joint Implementation in the Baltic Sea Region. Ecological Economics. 2018. Vol. 144. 12 26.

4. Kontsevoi G.R., Ermakov D.N., Rylova N.I., Leoshko V.P., Safonova M.F. Management accounting of agricultural production: improving planning and standardization of costs in the management information system. Amazonia Investiga. 2020. Vol. 9. N27. 284-293.

5. Ghimire S., Wang J., Fleck J.R. Integrated Crop-Livestock Systems for Nitrogen Management: A Multi-Scale Spatial Analy­sis. Animals. 2021. N11. 100.

6. Porter S.A., James D.E. Using a Spatially Explicit Approach to Assess the Contribution of Livestock Manure to Minnesota’s Agricultural Nitrogen Budget. Agronomy. 2020. N10(4). 480.

7. Franzluebbers A., Hunt D., Telford G., et al. Integrated crop-livestock systems: lessons from New York, British Columbia, and the South-Eastern United States. Frontiers of Agricultiral Science and Engineering. 2021. N8(1). 81-96.

8. Schut A.G.T., Cooledge E.C., Moraine M., et al. Reintegration of crop-livestock systems in Europe: an overview. Frontiers of Agricultiral Science and Engineering. 2021. 8(1). 111-129.

9. Pozdynakov Sh.R., Briukhanov A.Yu., Kondratev S.A., Ignateva N.V., Shmakova M.V., Minakova E.A., Rasulova A.M., Oblomkova N.S., Vasilev E.V., Terekhov A.V. Perspectives of the reduction of nutrient export from river watersheds through the introduction of best available technologies for agricultural production: based on modeling results. Water Resources. 2020. Vol. 47. N5. 771-784.

10. Kondratyev S.A., Ershova A.A., Ekholm P., Victorova N.V. Nutrient load from the Russian territory on the gulf of Finland. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2019. Т. 12. N2. 77-87.

11. Kebede A.S., Nicholls R.J., Clarke D., Savin C., Harrison P.A. Integrated assessment of the food-water-land-ecosystems nexus in Europe: Implications for sustainability. Science of The Total Environment. 2021. Vol. 768. 144461.

12. Bleischwitz R., Spataru C., VanDeveer S.D., et al. Resource nexus perspectives towards the United Nations Sustainable Development Goals. Nat Sustain 1. 2018. 737-743.

13. Kiryushin V.I. Ecological functions of landscapes. Eurasian Soil Science. 2018. Vol. 51. N1. 14-21.

14. Брюханов А.Ю., Шалавина Е.В., Васильев Э.В., Обломкова Н.С. Показатели негативного воздействия на окружающую среду при производстве сельскохозяйственной продукции // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. N2(99). C. 250-260.

15. Bittman S., Dedina M., Howard C.M., Oenema O., Sutton M.A. (Eds.) Options for Ammonia Mitigation: Guidance from the UNECE Task Force on Reactive Nitrogen; Centre for Ecology and Hydrology (CEH): Edinburgh, UK. 2014. 82.

16. Santonja G.G., Georgitzikis K., Scalet B.M., Montobbio P., Roudier S., Delgado Sancho L. Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Intensive Rearing of Poultry or Pigs. Publications Office of the European Union: Luxembourg. 2017.

17. Субботин И.А., Васильев Э.В. Модель прогнозирования комплексного негативного воздействия технологий сельхозпроизводства на водные объекты // Инженерные техологии и системы. 2021. N31(2). С. 227-240.

18. Суханов П.А. Земля и почва, почва и земля – двуединый ресурс? // Агрохимический вестник. 2020. N3. С. 3-6.

19. Briukhanov A., Dorokhov A., Shalavina E., Trifanov A., Vorobyeva E., Vasilev E. Digital methods for agro-monitoring and nutrient load management in the Russian part of the Baltic sea catchment area. IOP CONFERENCE SERIES: Earth and Environmental Science. 2020. N578. 012011.