proanarisПроблемы анализа рискаIssues of Risk Analysis1812-52202658-7882ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)proanaris-822Research ArticleРИСК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙENVIRONMENTAL RISKМоделирование органического вещества для управления рисками эмиссии парниковых газов в экосистемахModeling of Organic Matter to Manage the Risks of Greenhouse Gas Emissions in Ecosystemshttps://orcid.org/0000-0001-5656-3011БашкинВ. Н.BashkinV. N.

Башкин Владимир Николаевич - доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник Количество публикаций: более 400Область научных интересов: геоэкологические риски, газовая промышленность, биогеохимия

Researcher ID: J-4621-2018Scopus Author ID: 7005340339142292, Московская обл., г. Пущино, ул. Институтская, д.2-1, ИФХБПП РАН

Vladimir N. Bashkin Institutskaya str., 2-1, Pushchino, Moscow region, 142290

vladimirbashkin@yandex.ruИнститут физико-химических и биологических проблем почвоведения РАНРоссияInstitute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science RASRussian Federation2024210620242131023Copyright © Башкин В.Н., 20242024Башкин В.Н.Bashkin V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.risk-journal.com/jour/article/view/822

Статья посвящена особенностям моделирования органического вещества. Углеродный и азотный почвенные циклы, которые формируются в результате сельскохозяйственного и природного использования, должны учитываться при моделировании, включая оценку выбросов парниковых газов в пахотных и целинных почвах. Рассматриваются математические, имитационные и физические модели. Рассмотрены подходы к количественной оценке компонентов биогеохимического углеродного цикла, включая двойную роль почвы как поглотителя и источника парниковых газов. Оценено взаимодействие углерод- и азот-минерализующей способности почв, показаны возможности оценки влияния на них климатических и антропогенных факторов. Предлагаются биогеохимические технологии и модели для управления экологическими рисками, связанными с выбросами парниковых газов.

The article is devoted to the features of the organic matter modelling. Carbon and nitrogen soil cycles, which are formed as a result of agricultural and natural use must be taken into account during mathematical simulation of arable and virgin soils. Mathematic, imitation and physical models are considered. Approaches to the quantitative assessment of the components of the biogeochemical carbon cycle, including the dual role of soil as a sink and a source of greenhouse gases, are considered. The interaction of the carbon- and nitrogen-mineralizing ability of soils is evaluated, and the possibility of assessing the influence of climatic and anthropogenic factors is shown. The biogeochemical technologies and models are suggested for managing the environ[1]mental risks related to GHG emissions.

агроэкосистемыбиогеохимические циклыизменение климатаимитационное моделированиеорганическое вещество почвыпарниковые газыэкологический рискбиогеохимические технологии.agroecosystemsbiogeochemical cyclesclimate changesimulation modelingsoil organic mattergreenhouse gasescarbon dioxide emissionsenvironmental riskbiogeochemical technologiesСтатья подготовлена в рамках темы госзадания Миннауки РФ: Биогеохимические процессы трансформации минерального и органического вещества почв на разных этапах эволюции биосферы и техносферы (0191-2021-0004).The article was prepared within the framework of the topic of the Ministry of Science of the Russian Federation: Biogeochemical processes of transformation of mineral and organic soil matter at different stages of the evolution of the biosphere and technosphere (0191-2021-0004).ReferencesBashkin V.N. Modern biogeochemistry: Second edition: Environmental risk assessment . 2006. P. 1–444. https://doi.org/10.1007/1-4020-4586-7Bashkin V.N. Modern biogeochemistry: Second edition: Environmental risk assessment . 2006. P. 1–444. https://doi.org/10.1007/1-4020-4586-7Безрукова М.Г., Быховец С.С., Грабарник П.Я. [и др.] Анализ неопределенности параметров модели разложения органического вещества: байесовский подход // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. Т. 11. № 1–7. С. 1424–1429Bezrukova M.G., Bykhovets S. S., Grabarnik P. Ya. [et al.] Analysis of uncertainty of parameters of a decomposition organic matter model: bayesian approach // Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2009;11(1–7):1424–1429. (In Russ.)Campbell E.E., Paustian K. Current developments in soil organic matter modeling and the expansion of model applications: a review. 2015 Environ. Res. Lett. 10 123004. https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/12/123004Campbell E.E., Paustian K. Current developments in soil organic matter modeling and the expansion of model applications: a review. 2015 Environ. Res. Lett. 10 123004. https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/12/123004Суховеева О.Э. Проблемы моделирования биогеохимического цикла углерода в агроландшафтах // Ученые записки Казанского университета. Серия естественные науки. 2020. Т. 162. № 3. С. 473–501. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2020.3.473-501Sukhoveeva O. E. Problems of modeling carbon biogeochemical cycle in agricultural landscapes // Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki. 2020;162(3):473–501. (In Russ.). https://doi.org/10.26907/2542-064X.2020.3.473-501Friedlingstein P., Jones M.W., O’Sullivan M. et al. Global Carbon Budget 2019. Earth Syst. Sci. Data, 2019;11(4): 1783–1838. https://doi.org/10.5194/essd-11-1783-2019Friedlingstein P., Jones M.W., O’Sullivan M. et al. Global Carbon Budget 2019. Earth Syst. Sci. Data, 2019;11(4): 1783–1838. https://doi.org/10.5194/essd-11-1783-2019Заварзин Г.А. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России. М.: Наука. 2007. 315 с.Zavarzin G.A. (Ed.) Carbon Pools and Fluxes in Russian Terrestrial Ecosystems]. M.: Nauka. 2007. 315 p. (In Russ.)Volodin E. M. Atmosphere-ocean general circulation model with the carbon cycle. Izv., Atmos. Oceanic Phys., 2007;43(3):266–280. https://doi.org/10.1134/S0001433807030024Volodin E. M. Atmosphere-ocean general circulation model with the carbon cycle. Izv., Atmos. Oceanic Phys., 2007;43(3):266–280. https://doi.org/10.1134/S0001433807030024Chen S., Zou J., Hu Z., Chen H., Lu Y. Global annual soil respiration in relation to climate, soil properties and vegetation characteristics: Summary of available data. Agric. For. Meteorol., 2014;198–199:335–346. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2014.08.020Chen S., Zou J., Hu Z., Chen H., Lu Y. Global annual soil respiration in relation to climate, soil properties and vegetation characteristics: Summary of available data. Agric. For. Meteorol., 2014;198–199:335–346. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2014.08.020Суховеева О.Э., Карелин Д.В. (2019). Параметризация модели DNDC для оценки компонентов биогеохимического цикла углерода на Европейской территории России. Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле, 64 (2), 363–384. https://doi.org/10.21638/spbu07.2019.211Sukhoveeva O.E., Karelin D.V. (2019). Parametrization of the model DNDC for evaluating components of carbon biogeochemical cycle in the European part of Russia. Vestnik of Saint Petersburg University. Earth Sciences, 64 (2), 363–384. https://doi.org/10.21638/spbu07.2019.211 (In Russ.)Müller C., Bondeau A., Popp A., Waha K., Fader M. Climate Change Impacts on Agricultural Yields: Background Note to the World Development Report. Washington, DC, World Bank, 2010. 12 p. Available at: https://openknowledge.worldbank.org/handle/10986/9065Müller C., Bondeau A., Popp A., Waha K., Fader M. Climate Change Impacts on Agricultural Yields: Background Note to the World Development Report. Washington, DC, World Bank, 2010. 12 p. Available at: https://openknowledge.worldbank.org/handle/10986/9065Cantelaube P., Terres J.M. Seasonal weather forecasts for crop yield modeling in Europe. Tellus, 2005;57(3):476–487. https://doi.org/10.3402/tellusa.v57i3.14669Cantelaube P., Terres J.M. Seasonal weather forecasts for crop yield modeling in Europe. Tellus, 2005;57(3):476–487. https://doi.org/10.3402/tellusa.v57i3.14669Oettli P., Sultan B., Baron C., Vrac M. Are regional climate models relevant for crop yield prediction in West Africa? Environ. Res. Lett. 2011;6(1). art. 014008, pp. 1–9. https://doi.org/10.1088/1748–9326/6/1/014008Oettli P., Sultan B., Baron C., Vrac M. Are regional climate models relevant for crop yield prediction in West Africa? Environ. Res. Lett. 2011;6(1). art. 014008, pp. 1–9. https://doi.org/10.1088/1748–9326/6/1/014008Gardner, J.B. and Drinkwater, L.E., The fate of nitrogen in grain cropping systems: a meta-analysis of 15N f i e l d e x p e r i m e nt s , E c ol . Appl . , 2 0 0 9 , vol . 1 9 , n o. 8 , pp. 2167–2184. https://doi.org/10.1890/08–1122.1Gardner, J.B. and Drinkwater, L.E., The fate of nitrogen in grain cropping systems: a meta-analysis of 15N f i e l d e x p e r i m e nt s , E c ol . Appl . , 2 0 0 9 , vol . 1 9 , n o. 8 , pp. 2167–2184. https://doi.org/10.1890/08–1122.1Башкин В.Н. Увеличение эффективности использования азота: оценка азотминерализующей способности почв // Российская сельскохозяйственная наука. 2022. № 3. С. 45–50. https://doi.org/10.31857/S2500262722030097Bashkin V. N. Increasing the efficiency of nitrogen use: assessment of the nitrogen mineralizing ability of soils // Russian Agricultural Science. 2022;(3):45–50. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S2500262722030097Башкин В.Н. Оценка величин азотминерализующей способности в различных почвенно-экологических регионах // Использование и охрана природных ресурсов в России. 2022. № 3(171). С. 117–122Bashkin V.N. Estimation of nitrogen mineralizing capacity in various soil-ecological regions // Use and Protection of Natural Resources of Russia. 2022;(3):117–122. (In Russ.)Семенов В.М. Функции углерода в минерализационно-иммобилизационном круговороте азота в почве // Агрохимия. 2020. № 6. С. 78–96. https://doi.org/10.31857/S0002188120060101Semenov V.M. Functions of carbon in the mineralization– immobilizationturnover of nitrogen in soil // Agrohimia. 2020;(6):78–96. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0002188120060101Кузнецова Т.В., Семенов А.В., Ходжаева А.К. [и др.] Накопление азота в микробной биомассе серой лесной почвы при разложении растительных остатков // Агрохимия. 2003. № 10. С. 3–11Kuznetsova T. V., Semenov A. V., Khodzhaeva A. K. [et al.] Nitrogen accumulation in the microbial biomass of gray forest soil during the decomposition of plant remains // Agrohimia. 2003;(10):3–11. (In Russ.)Komarov A., Bykhovets S., Frolov P. [et al.] Romul_Hum model of soil organic matter formation coupled with soil biota activity. I. Problem formulation, model description, and testing // Ecological Modelling. 2017;345:113–124. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2016.08.007Komarov A., Bykhovets S., Frolov P. [et al.] Romul_Hum model of soil organic matter formation coupled with soil biota activity. I. Problem formulation, model description, and testing // Ecological Modelling. 2017;345:113–124. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2016.08.007Chertov O., Komarov A., Bykhovets S. [et al.] Romul_Hum — A model of soil organic matter formation coupling with soil biota activity. II. Parameterisation of the soil food web biota activity // Ecological Modelling. 2017;345:125–139. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2016.10.024Chertov O., Komarov A., Bykhovets S. [et al.] Romul_Hum — A model of soil organic matter formation coupling with soil biota activity. II. Parameterisation of the soil food web biota activity // Ecological Modelling. 2017;345:125–139. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2016.10.024Моделирование биогенных циклов углерода в лесных почвах с учетом структуры растительных сообществ / И.В. Припутина, В.Н. Шанин, П.В. Фролов, С.С. Быховец // Эволюция биосферы, биогеохимические циклы и биогеохимические технологии: связь фундаментальных и прикладных исследований: Материалы XIII Международной биогеохимической школы-конференции, посвященной 160-летию со дня рождения В. И. Вернадского, Пущино, Московская обл., 25–29 сентября 2023 года.— Пущино: ООО «Товарищество научных изданий КМК». 2023. С. 150–152.Modelling the biogenic cycles of carbon in forest soils taking into account spatial structure of plant communuties / I.V. Priputina, V.N. Shanin, P.V. Frolov, S. S. Bykhovets // In the collection of Materials of the XIII International Biogeochemical school-conference. The evolution of the biosphere, biogeochemical cycles and biogeochemical technologies: the connection between fundamental and applied research. Pushchino, September 25–28, 2023. Р. 150–153. (In Russ.)Bashkin V, Alekseev A, Levin B, Mescherova E. Biogeochemical Technologies for Managing CO2 Flows in Agroecosystems. Adv Environ Eng Res 2023; 4(1): 012; https://doi.org/10.21926/aeer.2301012Bashkin V, Alekseev A, Levin B, Mescherova E. Biogeochemical Technologies for Managing CO2 Flows in Agroecosystems. Adv Environ Eng Res 2023; 4(1): 012; https://doi.org/10.21926/aeer.2301012Башкин В.Н., Припутина И.В., Галиулина Р.А. Управление природными и экологическими рисками при усилении континентальности климата // Проблемы анализа риска. 2023. Т. 20. № 2. С. 68–85, https://doi.org/10.32686/1812-5220-2023-20-2-68-85Bashkin V.N., Priputina I.V., Galiullina R.A. Management of natural and environmental risks in the Context of Increasing Continentality of the Climate // Issues of Risk Analysis. 2023;20(2):68–85. (In Russ.) https://doi.org/10.32686/1812-5220-2023-20-2-68-85Башкин В.Н., Галиулина Р.А. Оценка риска загрязнения окружающей среды и биологических субстратов человека пестицидом ДДТ и его метаболитами // Проблемы анализа риска. 2023. Т. 20. № 4. С. 28–42. https://doi.org/10.32686/1812-5220-2023-20-4-28-42Bashkin V.N., Galiullina R.A. Assessment of the risk of the environmental and human biological substrates by the pesticide DDT and its metabolites // Issues of Risk Analysis. 2023;20(4):28–42. (In Russ.). https://doi.org/10.32686/1812-5220-2023-20-4-28-42Bashkin V.N. Biogeochemical Engineering: Technologies for Managing Environmental Risks. Adv Environ Eng Res 2022; 3(4): 040; doi:10.21926/aeer.2204040Bashkin V.N. Biogeochemical Engineering: Technologies for Managing Environmental Risks. Adv Environ Eng Res 2022; 3(4): 040; doi:10.21926/aeer.2204040Xu X, Xu Z, Chen L, Li C. How Does Industrial Waste Gas Emission Affect Health Care Expenditure in Different Regions of China: An Application of Bayesian Quantile Regression. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2019; 16(15):2748. https://doi.org/10.3390/ijerph16152748Xu X, Xu Z, Chen L, Li C. How Does Industrial Waste Gas Emission Affect Health Care Expenditure in Different Regions of China: An Application of Bayesian Quantile Regression. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2019; 16(15):2748. https://doi.org/10.3390/ijerph16152748

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