Прогнозирование миграции пестицидов в почве

Пестициды являются ключевым сельскохозяйственным ресурсом, необходимым для защиты семян и защиты урожая от нежелательных растений, насекомых, бактерий, грибков и грызунов. В то же время пестициды могут оказывать негативное воздействие на здоровье и окружающую среду за счет загрязнения почвы, воды и нецелевых растений и животных, что может привести к снижению биоразнообразия и нанести вред живым организмам, включая человека.

В настоящее время математическое моделирование стало неотъемлемой частью процедуры оценки экологических рисков при регистрации пестицидов. Впервые оно было внедрено в регистрационный процесс в Европейском Союзе в 2000 году, когда для применения были рекомендованы четыре модели. Сегодня имитационные модели используются для оценки потенциального риска миграции пестицидов в таких странах, как США, Великобритания, Канада, Китай и Российская Федерация (Колупаева В. Н. и Кокорева А. А., 2025).

В течение 2000—2026 гг. научные исследования в России и за рубежом по данной тематике активно развивались: Сметник, 2000; Сметник и др., 2005; Кокорева, 2009; Семенова и др., 2016; Шеин и др., 2017, 2018; Белик, 2019; Кокорева и др., 2022; Колупаева и др., 2024; Сметник и Шеин, 2026; Jarvis et al., 2000; Kolupaeva et al., 2022 и др.

За прошедшие 26 лет многое изменилось в области химической защиты растений:

— в 2023 году применение пестицидов в мире составило 3,73 млн тонн по действующему веществу, что на 58 % больше, чем в 2000 году (2,18 млн. т) (https://www.fao.org/faostat/en/#data/RP);

— появились новые математические модели миграции пестицидов в почве;

— ужесточились экологические требования к пестицидам. Вышло учебно-методическое пособие по «Экологической оценке пестицидов» в 2023 году (Аптикаев и др., 2023);

— 21 раз выходили новые редакции закона Российской Федерации «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами», от 19 июля 1997 г. N 109-ФЗ, последняя редакция ФЗ от 28.12.2024 (с изменениями и дополнениями, вступающими в силу с 01.09.2025);

— ежегодно выходит новый «Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешённых к применению на территории Российской Федерации».

Модели, описывающие перенос пестицидов в почве, условно делятся на две категории:

— Хроматографические модели, основанные на конвективно- диффузионном уравнении, и

— Модели преимущественного потока, учитывающие перенос растворов по макропорам и структурным трещинам (Шеин и др., 2009; Scorza, Boesten, 2005).

Ряд исследований (Bouraoui et al., 2003; Scorza, Boesten, 2005; Tiktak et al., 2011) продемонстрировал недостаточную точность хроматографических моделей при прогнозировании миграции для структурных трещиноватых почв. В ответ на это в последние два десятилетия наблюдается устойчивая тенденция к разработке и внедрению моделей, способных учитывать явление преимущественного переноса.

Таким образом, существуют разные физические обоснования и подходы к моделированию этого сложного и неоднозначного явления — быстрого переноса веществ по макропорам. Более точные модели сложны в использовании из-за множества трудноопределяемых параметров, которые важны с точки зрения устройства их физического обоснования и конечных результатов. Возможным выходом из данной ситуации может стать физические понимание и настройка более простых моделей путем физического обоснования и экспериментального определения значений тех параметров, которые отвечают за перенос мигранта (пестициды) и способны физически учесть вынос пестицида с быстрыми потоками воды, что, в результате, улучшило бы качество прогноза.

В монографии Сметника и Шеина (2026) достаточно подробно рассмотрены вопросы параметризации, калибровки и оценки прогностической способности различных моделей при моделировании миграции пестицидов с учётом преимущественного потока по макропорам.

Литература

• Белик А. А. Миграция пестицида циантранилипрола в суглинистых почвах: экспериментальные исследования и математическое моделирование: диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук. 2019. — 128 с.

• Кокорева А. А. Экспериментальное исследование и математическое моделирование миграции имидаклоприда в дерново-подзолистых почвах. Кандидатская диссертация (биол. науки). Москва, 2009. — 139 с.

• Кокорева А. А., Никитина М. А., Клебанович Н. В., Колупаева В. Н., Гасина А. И., Бутылкина М. А., Плетенев П. А. Физические свойства почв Республики Беларусь для имитационного моделирования миграции пестицидов // Эволюция почв и развитие научных представлений в почвоведении: Сборник научных трудов Международной научной конференции, посвященной 90-летию со дня рождения Бурлаковой Лидии Макаровны, Барнаул, 16-21 августа 2022 года. — Барнаул: Алтайский государственный аграрный университет, 2022. — С. 292—296.

• Колупаева, В.Н., Горбатов В. С., Кокорева А. А., Ступкина А. М., Бутько Н. Н. Исследование и моделирование миграции трёх пестицидов в грунтовые воды // Достижения науки и техники АПК. — 2024. — Т. 38, № 2. — С. 11-15.

• Колупаева, В.Н., Кокорева А. А. Умеем ли мы прогнозировать транспорт пестицидов в почве? // Математическое моделирование в экологии (ЭкоМатМод-2025): Материалы Девятой Национальной научной конференции с международным участием, Пущино, 02-04 апреля 2025 года. Пущино, 2025. — С. 40-41.

• Семенова Н. Н., Жаров В. Р., Зациорский А. С. Математическое моделирование поведения пестицидов в почве агробиоценозов // Агроэкосистемы в естественных и регулируемых условиях: от теоретической модели к практике прецизионного управления: Материалы Всероссийской научной конференции, Санкт-Петербург, 21-23 сентября 2016. С. 195—199.

• Сметник А. А. Прогнозирование миграции пестицидов в почвах: автореферат диссертации на соискание учёной степени д.б.н. — Москва, 2000. — 56 с.

• Сметник А. А., Спиридонов Ю. Я., Шеин Е. В. Миграция пестицидов в почвах — М.: РАСХН-ВНИИФ, 2005. 327 с.

• Сметник А. А., Шеин Е. В. Прогнозирование миграции пестицидов в почвах — М.: Издательские решения, 2026. — 344 с. https://ridero.ru/books/prognozirovanie_migracii_pesticidov_v_pochvakh/

• Шеин Е. В., Белик А. А., Кокорева А. А., Колупаева В. Н., Количественная оценка неоднородности потоков веществ по параметру «шаг смешения» для математических моделей миграции пестицидов в почвах // Почвоведение. — 2018. — № 7. — С. 852—858.

• Шеин Е. В., Белик А. А., Кокорева А. А., Колупаева В. Н., Плетенев П. А. 2017. Прогноз миграции пестицидов в почвах: значение почвенного экспериментального обеспечения. Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение, изд-во Моск. ун-та (М.), том 17, № 4, с. 45-51

• Шеин Е. В., Кокорева А. А., Горбатов В. С., Умарова А. Б., Колупаева В. Н. Оценка чувствительности, настройка и сравнение математических моделей миграции пестицидов в почве по данным лизиметрического эксперимента // Почвоведение. 2009. № 7. С. 826—835.

• Экологическая оценка пестицидов / Р. С. Аптикаев, А. А. Астайкина, В. С. Горбатов и др. — Москва: МАКС Пресс, 2023, 144 c.

• Bouraoui F., Boesten J.J.T.I., Jarvis N. and Bidoglio G. Testing the PEARL model in the Netherlands and in Sweden. Proceedings XII symposium Pesticide Chemistry. Piacenza, Italy, 2003. P. 527—534.

• Jarvis N.J., Brown C.D., Granitza E. Sources of error in model predictions of pesticide leaching: a case study using the MACRO model // Agricult. Water Manag. 2000. Vol. 44.

• Kolupaeva Victoria, Kokoreva Anna, Belik Alexandra, Bolotov Andrei, Glinushkin Alexey. Modelling water and pesticide transport in soil with MACRO 5.2: Calibration with lysimetric data / V. Kolupaeva, A. Kokoreva, A. Belik et al. // Agriculture-Basel. — 2022. — Vol. 12, no. 4. — P. 505—530.

• Scorza R.P.J., Boesten J.J.T.L, Simulation of pesticide leaching in a cracking clay soil with the PEARL model // Society of Chemical Industry. 2005. V. 61. № 5. P. 432—448.

• Tiktak A., Hendriks R.F.A., Boesten J. J.T.I. Simulation of movement of pesticides towards drains with a preferential flow version of PEARL // Pesticide Management Science. 2011. Vol. 68. P. 290—302.