Концепт-основа пошуку та екодіагностики ризик-зон водозборів
Анотація
Мета. Створити та обґрунтувати концепційну основу нового підходу до екологічної діагностики антропогенного забруднення ґрунтів (земель) «ризик-критичних зон» екологічної взаємодії ґрунту і води на водозборах, як способу оптимізації системи інтегрованого екологічного управління, захисту природи та підвищення екологічної безпеки територій в Україні.
Методи. Системний аналіз, порівняльний аналіз-синтез з акцентом на формування цілеспрямованої просторової вибірки із використанням повністю розподіленого та напіврозподіленого моделювання в кінцевому алгоритмі; екстраполяція та адаптивний трансфер процедурно-аналітичних підходів вибору діагностичної мережі; методи концепційного конструювання та візуальної репрезентації.
Результати. На підставі системного аналізу публікацій Google Scholar, Scopus, Web of Science, Springer, а також вітчизняних джерел за напрямками оцінювання забруднення ґрунтів і вод з визначенням уразливих (чутливих) територій та гарячих точок «hot spots», пріоритетних зон управління (APMA) та критичних зон (CSA) представлено альтернативну концепційну основу підходу до інтегрованої екологічної діагностики забруднення ґрунтового покриву, поверхневих та підземних вод, якій передує автоматизований програмний пошук гідрологічно чутливих ризик-зон екологічної контактної взаємодії ґрунту і води, що важливо для екологічного управління та відновлення екосистем. Механізм просторового автоматизованого пошуку цих зон орієнтований на найуразливіші (гідрологічно чутливі зони та території), де контактна взаємодія ґрунту і води в умовах забруднення ґрунту, може створювати ризики для екосистеми та громадського здоров'я, починаючи від масштабу окремих територіальних громад.
Висновки. Більша увага до гідрологічно чутливих зон та процесів взаємодії ґрунту і води в умовах забруднення дозволить контролювати та зменшувати міжсередовищний трансфер забруднювальних речовин. Запропонований концепт в практичному аспекті відповідає цілям басейнового управління і покликаний підвищити екологічну ефективність земельної та водної екологічної політики як особливо важливих елементів управління екологічною безпекою екосистем.
Завантаження
Посилання
Yuan, L., Sinshaw, T., & Forshay, K. J. (2020). Review of watershed-scale water quality and nonpoint source pollution models. Geosciences, 10(1), 25.https://doi.org/10.3390/geosciences10010025
Wiering, M., Kirschke, S., & Akif, N. U. (2023). Addressing diffuse water pollution from agriculture: Do governance structures matter for the nature of measures taken?. Journal of Environmental Management, 332, 117329. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.117329
Nsenga Kumwimba, M., Zhu, B., Stefanakis, A. I., Ajibade, F. O., Dzakpasu, M., Soana, E., ... & Agboola, T. D. (2023). Advances in ecotechnological methods for diffuse nutrient pollution control: wicked issues in agricultural and urban watersheds. Frontiers in Environmental Science, 11, 1199923. https://doi.org/10.3389/fenvs.2023.1199923
Foster, S., & Bjerre, T. K. (2023). Diffuse agricultural pollution of groundwater: addressing impacts in Denmark and Eastern England. Water Quality Research Journal, 58(1), 14-21. https://doi..org/10.2166/wqrj.2022.022
Locke, K. A. (2024). Impacts of land use/land cover on water quality: A contemporary review for researchers and policymakers. Water Quality Research Journal, 59(2), 89-106. https://doi.org/10.2166/wqrj.2024.002
Dressing, S. A., Meals, D. W., Harcum, J. B., Spooner, J., Stribling, J. B., Richards, R. P., ... & O’Donnell, J. G. (2016). Monitoring and Evaluating Nonpoint Source Watershed Projects. United States Environmental Protection Agency: Washington, DC, USA, 40, 2016-06.5 Retrieved from https://www.epa.gov/sites/default/files/2016-06/documents/nps_monitoring_guide_may_2016-combined_plain.pdf
SWD(2022). SWD/2022/167 final. COMMISSION STAFF WORKING DOCUMENT IMPACT ASSESSMENT Accompanying the proposal for a Regulation of the European Parliament and of the Council on nature restoration. Retrieved from https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX:52022SC0167
Amin, M. M., Veith, T. L., Collick, A. S., Karsten, H. D., & Buda, A. R. (2017). Simulating hydrological and nonpoint source pollution processes in a karst watershed: A variable source area hydrology model evaluation. Agricultural Water Management, 180, 212-223. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2016.07.011
McDowell, R., Kleinman, P. J., Haygarth, P., McGrath, J. M., Smith, D., Heathwaite, L., ... & Nash, D. (2024). A review of the development and implementation of the critical source area concept: A reflection of Andrew Sharpley's role in improving water quality. Journal of Environmental Quality. https://doi.org/10.1002/jeq2.20551
Service, T., Cassidy, R., Atcheson, K., Farrow, L., Harrison, T., Jack, P., & Jordan, P. (2024). A national-scale high-resolution runoff risk and channel network mapping workflow for diffuse pollution management. Journal of Environmental Management, 368, 122110. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.122110
Qiu, Z., Lyon, S. W., & Creveling, E. (2020). Defining a topographic index threshold to delineate hydrologically sensitive areas for water resources planning and management. Water Resources Management, 34(11), 3675-3688.https://doi.org/10.1007/s11269-020-02643-z
Kenessov, B., Koziel, J. A., Bakaikina, N. V., & Orazbayeva, D. (2016). Perspectives and challenges of on-site quantification of organic pollutants in soils using solid-phase microextraction. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 85, 111-122. https://doi.org/10.1016/j.trac.2016.04.007
Ministry of Environmental Protection and Natural Resources of Ukraine. (2023). Analytical note on the state and prospects of development of the state environmental monitoring system. Ministry of Environmental Protection and Natural Resources of Ukraine. Retrieved from https://mepr.gov.ua
Walter, M. T., Walter, M. F., Brooks, E. S., Steenhuis, T. S., Boll, J., & Weiler, K. (2000). Hydrologically sensitive areas: Variable source area hydrology implications for water quality risk assessment. Journal of soil and water conservation, 55(3), 277-284. https://www.jswconline.org/content/55/3/277
Wang, Y., Lin, J., Wang, F., Tian, Q., Zheng, Y., & Chen, N. (2023). Hydrological connectivity affects nitrogen migration and retention in the land‒river continuum. Journal of Environmental Management, 326, 116816. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.116816
Wang, Y., Yu, Y., Luo, X., Tan, Q., Fu, Y., Zheng, C., ... & Chen, N. (2024). Prioritizing ecological restoration in hydrologically sensitive areas to improve groundwater quality. Water Research, 252, 121247.https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121247
Giri, S., Qiu, Z., Prato, T., & Luo, B. (2016). An integrated approach for targeting critical source areas to control nonpoint source pollution in watersheds. Water resources management, 30, 5087-5100.https://doi.org/10.1007/s11269-016-1470-z
Thomas, I. A., Jordan, P., Mellander, P. E., Fenton, O., Shine, O., Ó hUallacháin, D., ... & Murphy, P. N. (2016). Improving the identification of hydrologically sensitive areas using LiDAR DEMs for the delineation and mitigation of critical source areas of diffuse pollution. Science of the Total Environment, 556, 276-290..https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.02.183
Jin, L., Higgins, S. J., Thompson, J. A., Strager, M. P., Collins, S. E., & Hubbart, J. A. (2024). SWAT Model Performance Using Spatially Distributed Saturated Hydraulic Conductivity (Ksat) and Varying-Resolution DEMs. Water, 16(5), 735.https://doi.org/10.3390/w16050735
Soares, M. F., Siqueira, T. M., Nunes, R. F., Pedrollo, O. C., Reichardt, K., Barros, W. S., & Timm, L. C. Artificial Neural Network Models to Examine the Relationship between Saturated Soil Hydraulic Conductivity and Co-Driven Factors at the Watershed Scale. Available at SSRN 4508940. https://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4508940
Council of the European Union. (1991). Council Directive 91/676/EEC of 12 December 1991 concerning the protection of waters against pollution caused by nitrates from agricultural sources. Official Journal of the European Communities, L 375, 1-8. Retrieved from https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A31991L0676
Arauzo, M., Valladolid, M., & Andries, D. M. (2022). Would delineation of nitrate vulnerable zones be improved by introducing a new parameter representing the risk associated with soil permeability in the Land Use–Intrinsic Vulnerability Procedure?. Science of the Total Environment, 840, 156654. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.156654
Arauzo, M., & Martínez-Bastida, J. J. (2015). Environmental factors affecting diffuse nitrate pollution in the major aquifers of central Spain: groundwater vulnerability vs. groundwater pollution. Environmental Earth Sciences, 73, 8271-8286. https://doi.org/10.1007/s12665-014-3989-8
Arauzo, M., Valladolid, M., & Martínez-Bastida, J. J. (2011). Spatio-temporal dynamics of nitrogen in river-alluvial aquifer systems affected by diffuse pollution from agricultural sources: Implications for the implementation of the Nitrates Directive. Journal of Hydrology, 411(1-2), 155-168. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2011.10.004
Orellana-Macías, J. M., Merchán, D., & Causapé, J. (2020). Evolution and assessment of a nitrate vulnerable zone over 20 years: Gallocanta groundwater body (Spain). Hydrogeology Journal, 28(6), 2207-2221. https://doi.org/10.1007/s10040-020-02184-0
Richard, A., Casagrande, M., Jeuffroy, M. H., & David, C. (2018). An innovative method to assess suitability of Nitrate Directive measures for farm management. Land Use Policy, 72, 389-401. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2017.12.059
Worrall, F., Spencer, E., & Burt, T. P. (2009). The effectiveness of nitrate vulnerable zones for limiting surface water nitrate concentrations. Journal of Hydrology, 370(1-4), 21-28. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2009.02.036
Dniester Basin Water Resources Management Authority. (2022). River Basin Management Plan for the Dniester River (2025-2030). Retrieved from https://vodaif.gov.ua
European Commission. (2022). Proposal for a Nature Restoration Law (CELEX:52022PC0304). EuropeanCommission. Retrieved from https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:52022PC0304
Rykovska, O., Fray, O., & Mykhailenko, O. (2024). Analysis of the state of agriculture in Ukraine and the implementation of EU legislative acts related to agricultural and environmental issues (M. Belkin & A. Danylyak, Eds.). Kyiv: EcoAction. Retrieved from https://ecoaction.org.ua/wp-content/uploads/2024/03/analiz-stanu-sg-ua-ta-implement-es2024.pdf
Testov, P., Harbacheuk, K., Vasilyuk, O., Belkin, M. (Ed.), Romanov, O. (Ed.), Kuchenko, B. (Ed.), & Klepko, A. (Ed.). (2024). Overview of trends in environmental legislation violations by agricultural enterprises (15 pages). Kyiv: EcoAction NGO. Retrieved from https://ecoaction.org.ua/wp-content/uploads/2024/04/ohlyad-porush-sg-pidpryemstvamy2024.pdf
Shuhui Wang, Yunqi Wang, Yujie Wang, Zhen Wang, (2022). .Assessment of influencing factors on non-point source pollution critical source areas in an agricultural watershed. Ecological Indicators. 141. 109084. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2022.109084
Ferreira, V., Albariño, R., Larrañaga, A., LeRoy, C. J., Masese, F. O., & Moretti, M. S. (2023). Ecosystem services provided by small streams: an overview. Hydrobiologia, 850(12), 2501-2535. https://doi.org/10.1007/s10750-022-05095-1
Huntington, T. G., Hooper, R. P., & Murdoch, P. S. (1996). Small watershed studies: Analytical approaches for understanding ecosystem response to environmental change. In Proceedings of the Watershed '96 Conference—Moving Ahead Together, Technical Conference and Exposition (pp. 783-786). Tetra Tech, Inc. Retrieved from https://pubs.usgs.gov/publication/70205394
Barbagli, A., Jensen, B. N., Raza, M., Schüth, C., & Rossetto, R. (2019). Assessment of soil buffer capacity on nutrients and pharmaceuticals in nature-based solution applications. Environmental Science and Pollution Research, 26(1), 759-774. https://doi.org/10.1007/s11356-018-3515-8
Povar, I., & Spinu, O. (2015). Application of the buffer theory for evaluating attenuation and natural remediation of ionic pollutants in aquatic ecosystems. Ecological Processes, 4, 1-10. https://doi.org/10.1186/s13717-015-0043-z
Stigliani, W. M. (1988). Changes in valued “capacities” of soils and sediments as indicators of nonlinear and time-delayed environmental effects. Environmental monitoring and assessment, 10, 245-307. https://doi.org/10.1007/BF00395083
Hansen, B., Reich, P., Lake, P. S., & Cavagnaro, T. (2010). Minimum width requirements for riparian zones to protect flowing waters and to conserve biodiversity: a review and recommendations. Monash University, Melbourne. Retrieved from https://www.ccmaknowledgebase.vic.gov.au/resources/RiparianBuffers_Report_Hansenetal2010.pdf
Valera, C. A., Pissarra, T. C. T., Filho, M. V. M., Valle Júnior, R. F. D., Oliveira, C. F., Moura, J. P., ... & Pacheco, F. A. L. (2019). The buffer capacity of riparian vegetation to control water quality in anthropogenic catchments from a legally protected area: A critical view over the Brazilian new forest code. Water, 11(3), 549. https://doi.org/10.3390/w11030549
Lee, S. W., Hwang, S. J., Lee, S. B., Hwang, H. S., & Sung, H. C. (2009). Landscape ecological approach to the relationships of land use patterns in watersheds to water quality characteristics. Landscape and urban planning, 92(2), 80-89. https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2009.02.008
de Mello, K., Taniwaki, R. H., de Paula, F. R., Valente, R. A., Randhir, T. O., Macedo, D. R., ... & Hughes, R. M. (2020). Multiscale land use impacts on water quality: Assessment, planning, and future perspectives in Brazil. Journal of Environmental Management, 270, 110879. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.110879
de Mello, K., Valente, R. A., Randhir, T. O., dos Santos, A. C. A., & Vettorazzi, C. A. (2018). Effects of land use and land cover on water quality of low-order streams in Southeastern Brazil: Watershed versus riparian zone. Catena, 167, 130-138. https://doi.org/10.1016/j.catena.2018.04.027
Gupta, S., Hengl, T., Lehmann, P., Bonetti, S., & Or, D. (2020). SoilKsatDB: global soil saturated hydraulic conductivity measurements for geoscience applications. Earth System Science Data Discussions, 1-26 .https://doi.org/10.5194/essd-13-1593-2021
Selahvarzi, M., Naghedifar, S. M., Oliazadeh, A., & Loáiciga, H. A. (2024). Hierarchical Pseudo-Continuous Machine-Learning-Based Pedotransfer Models for Infiltration Curves: An Investigation on the Role of Regularization and Ensemble Modeling. Available at SSRN 4960426. https://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4960426
Laktionova, T. M., Medvedev, V. V., Savchenko, K. V., Bigun, O. M., Sheiko, S. M., & Nakisko, S. G. (2010).Structure and usage guidelines for the database "Soil Properties of Ukraine" (Instruction). Kharkiv: Apostrof,
Fodor, N., Sándor, R., Orfanus, T., Lichner, L., & Rajkai, K. (2011). Evaluation method dependency of measured saturated hydraulic conductivity. Geoderma, 165(1), 60-68. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2011.07.004
Mac Mahon, J., Knappe, J., & Gill, L. (2022). Percolation Testing of Soils for On-site Wastewater Treatment. Environmental Protection Agency, Ireland. Retrieved from https://www.epa.ie/publications/research/water/Research_Report-428.pdf
Leite, P. A., Di Prima, S., Schmidt, L. M., & Wilcox, B. P. (2024). A simple infiltrometer automated with a user‐friendly pressure datalogger. Vadose Zone Journal, e20366. https://doi.org/10.1002/vzj2.20366
Meissner, R., Rupp, H., & Haselow, L. (2020). Use of lysimeters for monitoring soil water balance parameters and nutrient leaching. In Climate change and soil interactions (pp. 171-205). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818032-7.00007-2
Авторське право (c) 2024 Микицей М. Т.
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License 4.0 International (CC BY 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
