Адаптация газодинамических защитных технологий для минимизации аэротехногенного загрязнения агроэкосистем

Исследование предлагает методологию снижения аэротехногенного воздействия на агроэкосистемы и рисков деградации почв через адаптацию газодинамических защитных технологий и цифрового двойника. В основе лежит киберфизическая архитектура, интегрирующая данные IoT-датчиков, дистанционного зондирования и БПЛА в геопространственную базу для калибровки моделей машинным обучением.
На гипотетическом полигоне (5000 га) проведено комплексное моделирование: CFD-анализ газодинамических экранов (ветрозащитных полос), гидрологическое моделирование в SWAT и оценка затоплений в HEC-RAS. Результаты агрегированы в интегральный индекс агрориска. CFD-моделирование выявило нелинейную зависимость эффективности экрана от пористости. Чрезмерная плотность увеличивает турбулентность и сокращает зону защиты, тогда как умеренная пористость (35–45%) обеспечивает оптимальный баланс. Трехрядная конфигурация (∼38,7%) демонстрирует максимальную эффективность. SWAT подтвердил, что переход на no-till с покровными культурами снижает сток на 64%, смыв почвы на 88% и потери биогенов на 75–77%. HEC-RAS показал значительный рост масштабов затоплений при экстремальных паводках, необходимость оптимизации землепользования.
Интегральная оценка доказала, что комбинация оптимизированных экранов с почвозащитными практиками снижает совокупный риск на 62,8%, а ожидаемые потери урожая — до 71,2%, демонстрируя синергетический эффект. Цифровой двойник служит инструментом для проектирования и адаптивного управления, перенося принципы газодинамической защиты из космической отрасли в контекст точного земледелия.

1. Михайленко И.М., Якушев В.П. Дистанционное зондирование Земли в сельском хозяйстве. Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2016; (6): 12–16. https://www.elibrary.ru/wzhnon

2. Куст Г.С., Андреева О.В., Лобковский В.А. Достижение нейтрального баланса деградации земель — путь преодоления тихого кризиса планеты. Земля и Вселенная. 2024; 5(359): 5–17. https://doi.org/10.7868/S0044394824050013

3. Гаврилова Н.Г., Мухаметзянов Р.Р. Деградация земель в макрорегионах мира и ее основные причины в Африке. Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. 2024; (11): 102–109. https://doi.org/10.31442/0235-2494-2024-0-11-102-109

4. Жумагалиева Н., Айтхожаева Г., Пентаев Т., Жилдикбаева А. Анализ проблем неиспользования земель сельскохозяйственного назначения с учетом их деградации. Izdenister Natigeler. 2024; 1(101): 220–228. https://doi.org/10.37884/1-2024/22

5. Гаврилова Н.Г. Состояние и перспективы продовольственной безопасности в странах Западной Африки в условиях деградации сельскохозяйственных земель. International Agricultural Journal. 2024; 3(67). https://doi.org/10.55186/25876740_2024_8_3_18

6. Барталев С.А., Лупян Е.А., Нейштадт И.А., Савин И.Ю. Дистанционная оценка параметров сельскохозяйственных земель по спутниковым данным спектрорадиометра MODIS. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2005; 2(2): 228–236. https://www.elibrary.ru/ndpntl

7. Блохин Ю.И., Белов А.В., Блохина С.Ю. Комплексная система контроля влажности почвы и локальных метеоусловий для интерпретации данных дистанционного зондирования. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019; 16(3): 87–95. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2019-16-3-87-95

8. Якушев В.П. и др. Новые возможности автоматизации процесса обнаружения внутриполевой неоднородности по гиперспектральным снимкам и оптическим критериям. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019; 16(3): 24–32. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2019-16-3-24-32

9. Артамонова Е.О., Шведов В.В. Управление земельными ресурсами: вызовы и стратегии решения. Экономические исследования и разработки. 2024; (3): 24–29. https://www.elibrary.ru/wrtwdi

10. Papaskiri T.V., Lipski S.A., Fatkulina A.V. Problems of information support for the implementation of the state program for the involvement of unused agricultural land in economic turnover and ways to solve them. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing. 2024; 1405(1): 012013. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1405/1/012013

11. Езиев М.И., Шекихачева Л.З., Шибзухова З.С. Экологическая безопасность аграрного землепользования в контексте системного управления. АгроЭкоИнфо. 2025; 2(68). https://doi.org/10.51419/202152208

12. Еремин С.Г. Проблемы и приоритеты совершенствования управления земельными ресурсами в России. Кузнечноштамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2025; (5): 183–188. https://www.elibrary.ru/voravo

13. Герасимов Ю.И., Ярыгин В.Н. Газодинамические защитные устройства для двигателей ориентации космических аппаратов и орбитальных станций. Концепция, модельные и натурные эксперименты. Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2016; 17(4): 473–493. https://www.elibrary.ru/ynfulv