Ефективні методи раціонального використання водних ресурсів в аграрному секторі Казахстану
Анотація
Метою дослідження було визначення ефективних методів раціонального використання водних ресурсів в аграрному секторі Казахстану. Проаналізовано вплив сучасних технологій зрошення, таких як крапельне та дощувальне зрошення, а також автоматизованих систем моніторингу на продуктивність сільськогосподарських культур, стан ґрунтів та адаптивність господарств до зміни клімату. Було відзначено, що крапельне зрошення зменшує втрати води до 40%, тоді як дощувальні системи забезпечують рівномірне покриття великих площ, оптимізуючи використання водних ресурсів. Автоматизовані системи моніторингу з використанням датчиків вологості ґрунту та прогнозування погоди зменшили споживання води на 25-50% та підвищили врожайність на 15-30 %. Дослідження також визначило, що впровадження таких систем покращило якість ґрунту, зменшивши його виснаження та забезпечивши довгострокову продуктивність. Аналіз досвіду фермерських господарств Казахстану, Ізраїлю, Іспанії та Китаю підтвердив економічну доцільність таких підходів за рахунок зменшення операційних витрат, а також залежності від зовнішнього фінансування та підвищення стійкості до кліматичних стресів. Зокрема, автоматизація водопостачання знизила витрати на воду, енергію та обслуговування системи, що забезпечило довгострокову стабільність фермерських господарств. Практична цінність роботи полягає у формуванні науково обґрунтованих рекомендацій щодо впровадження інноваційних технологій зрошення для підвищення ефективності аграрного сектору Казахстану, зменшення впливу зміни клімату та забезпечення сталого розвитку
Ключові слова
зрошення; продуктивність ґрунту; автоматизовані системи; урожайність; оптимізація
[1] Abraliyev, O., Baimbetova, A., & Kusmoldayeva, Z. (2024). Optimising the use of irrigated lands in Kazakhstan: System analysis and resource management. Journal of Economic Research & Business Administration, 2(148), 115-129. doi: 10.26577/be.2024-148-b2-10.
[2] Adeniran, A., Daniell, K.A., & Pittock, J. (2021). Water infrastructure development in Nigeria: Trend, size, and purpose. Water, 13(17), article number 2416. doi: 10.3390/w13172416.
[3] Atakulov, T., Erzhanova, K., Smanov, A., Duman, J., Tolekov, A., & Nazarov, H. (2023). Organizing a green conveyor in the south-east of Kazakhstan. Izdenister Natigeler, (3(99)), 219-227. doi: 10.37884/3-2023/22.
[4] Baiserke-Agro: Drip irrigation. (2024). Retrieved from https://bayserkeagro.kz/projects/test/.
[5] Berezhniak, Y., Naumovska, O., & Bеrezhniak, M. (2022). Degradation processes in the soils of Ukraine and their negative consequences for the environment. Biological Systems: Theory and Innovation, 13(2), 96-109. doi: 10.31548/biologiya13(3-4).2022.014.
[6] Bhavsar, D., Limbasia, B., Mori, Y., Aglodiya, M.I., & Shah, M. (2023). A comprehensive and systematic study in smart drip and sprinkler irrigation systems. Smart Agricultural Technology, 5, article number 100303. doi: 10.1016/j.atech.2023.100303.
[7] Bureau of National Statistics. (2024). Ensure availability and sustainable use of water and sanitation for all. Retrieved from https://stat.gov.kz/ru/sustainable-development-goals/goal/6/.
[8] Bwambale, E., Abagale, F.K., & Anornu, G.K. (2022a). Smart irrigation monitoring and control strategies for improving water use efficiency in precision agriculture: A review. Agricultural Water Management, 260, article number 107324. doi: 10.1016/j.agwat.2021.107324.
[9] Bwambale, E., Naangmenyele, Z., Iradukunda, P., Agboka, K.M., Houessou-Dossou, E.A., Akansake, D.A., & Chikabvumbwa, S.R. (2022b). Towards precision irrigation management: A review of GIS, remote sensing and emerging technologies. Cogent Engineering, 9(1), article number 2100573. doi: 10.1080/23311916.2022.2100573.
[10] Chauhdary, J.N., Li, H., Jiang, Y., Pan, X., Hussain, Z., Javaid, M., & Rizwan, M. (2023). Advances in sprinkler irrigation: A review in the context of precision irrigation for crop production. Agronomy, 14(1), article number 47. doi: 10.3390/agronomy14010047.
[11] Dai, L. (2021). Implementation constraints on Israel-Palestine water cooperation: An analysis using the water governance assessment framework. Water, 13(5), article number 620. doi: 10.3390/w13050620.
[12] Farms in North Kazakhstan region are introducing advanced irrigation methods. (2023). Retrieved from https:// tengrinews.kz/news/hozyaystva-sko-vnedryayut-peredovyie-metodyi-orosheniya-505985/.
[13] Fito, J., & Van Hulle, S.W. (2021). Wastewater reclamation and reuse potentials in agriculture: Towards environmental sustainability. Environment, Development and Sustainability, 23(3), 2949-2972. doi: 10.1007/s10668-020-00732-y.
[14] Guo, B., Zhou, B., Zhang, Z., Li, K., Wang, J., Chen, J., & Papadakis, G. (2024). A critical review of the status of current greenhouse technology in China and development prospects. Applied Sciences, 14(13), article number 5952. doi: 10.3390/app14135952.
[15] Habib-ur-Rahman, M., Ahmad, A., Raza, A., Hasnain, M.U., Alharby, H.F., Alzahrani, Y.M., & El Sabagh, A. (2022). Impact of climate change on agricultural production; Issues, challenges, and opportunities in Asia. Frontiers in Plant Science, 13, article number 925548. doi: 10.3389/fpls.2022.925548.
[16] Ingrao, C., Strippoli, R., Lagioia, G., & Huisingh, D. (2023). Water scarcity in agriculture: An overview of causes, impacts and approaches for reducing the risks. Heliyon, 9(8), article number e18507. doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e18507.
[17] Israeli Climate Innovation for Energy and Water Security Solutions. (2024). Retrieved from https:// startupnationcentral.org/hub/blog/climate-change-israeli-innovation/.
[18] Jin-Yan, L., Lan-Bo, C., Miao, D., & Ali, A. (2021). Water resources allocation model based on ecological priority in the arid region. Environmental Research, 199, article number 111201. doi: 10.1016/j.envres.2021.111201.
[19] Kenzhegulova, G., Bekturganova, M., & Imangali, Z. (2023). Analysis of environmental factors in the development of the regions of Kazakhstan. Eurasian Journal of Economic and Business Studies, 67(2), 94-106. doi: 10.47703/ ejebs.v2i67.282.
[20] Kravchenko, M., & Tkachenko, T. (2024). Analysis of alternative approaches to stormwater management and prospects for their implementation in Ukraine. Ecological Safety and Balanced Use of Resources, 15(1), 53-63. doi: 10.69628/esbur/1.2024.53.
[21] Li, H., Mei, X., Wang, J., Huang, F., Hao, W., & Li, B. (2021). Drip fertigation significantly increased crop yield, water productivity and nitrogen use efficiency with respect to traditional irrigation and fertilization practices: A meta-analysis in China. Agricultural Water Management, 244, article number 106534. doi: 10.1016/j. agwat.2020.106534.
[22] Li, M., Cao, X., Liu, D., Fu, Q., Li, T., & Shang, R. (2022). Sustainable management of agricultural water and land resources under changing climate and socio-economic conditions: A multi-dimensional optimization approach. Agricultural Water Management, 259, article number 107235. doi: 10.1016/j.agwat.2021.107235.
[23] Liu, X., Liu, W., Tang, Q., Liu, B., Wada, Y., & Yang, H. (2022). Global agricultural water scarcity assessment incorporating blue and green water availability under future climate change. Earth’s Future, 10(4), article number e2021EF002567. doi: 10.1029/2021EF002567.
[24] Loiskandl, W., & Nolz, R. (2021). Requirements for sustainable irrigated agriculture. Agronomy, 11(2), article number 306. doi: 10.3390/agronomy11020306.
[25] Lowe, M., Qin, R., & Mao, X. (2022). A review on machine learning, artificial intelligence, and smart technology in water treatment and monitoring. Water, 14(9), article number 1384. doi: 10.3390/w14091384.
[26] Mallareddy, M., Thirumalaikumar, R., Balasubramanian, P., Naseeruddin, R., Nithya, N., Mariadoss, A., Eazhilkrishna, N., Choudhary, A.K., Deiveegan, M., Subramanian, E., Padmaja, B., & Vijayakumar, S. (2023). Maximizing water use efficiency in rice farming: A comprehensive review of innovative irrigation management technologies. Water, 15(10), article number 1802. doi: 10.3390/w15101802.
[27] Manda, R.R., Addanki, V.A., & Srivastava, S. (2021). Role of drip irrigation in plant health management, its importance and maintenance. Plant Archives, 21(Supplement 1), 1294-1302. doi: 10.51470/ PLANTARCHIVES.2021.v21.S1.204.
[28] Maraseni, T., An-Vo, D.A., Mushtaq, S., & Reardon-Smith, K. (2021). Carbon smart agriculture: An integrated regional approach offers significant potential to increase profit and resource use efficiency, and reduce emissions. Journal of Cleaner Production, 282, article number 124555. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.124555.
[29] Mengistu, D., Bewket, W., Dosio, A., & Panitz, H.J. (2021). Climate change impacts on water resources in the upper Blue Nile (Abay) river basin, Ethiopia. Journal of Hydrology, 592, article number 125614. doi: 10.1016/j.jhydrol.2020.125614.
[30] Mustafayeva, E., & Tagiyev, A. (2023). Perspective of using groundwater in the Ganikh-Ayrichay Foothills. Reliability: Theory and Applications, 18(Special Issue 5), 136-141. doi: 10.24412/1932-2321-2023-575-136-141.
[31] Netafim. (2024). Retrieved from https://www.netafim.com/ru-ru/Netafim-irrigation-company-about-us/.
[32] Obaideen, K., Yousef, B.A., AlMallahi, M.N., Tan, Y.C., Mahmoud, M., Jaber, H., & Ramadan, M. (2022). An overview of smart irrigation systems using IoT. Energy Nexus, 7, article number 100124. doi: 10.1016/j.nexus.2022.100124.
[33] Palakshappa, A., Nanjappa, S.K., Mahadevappa, P., & Sinchana, S. (2024). Smart irrigation with crop recommendation using machine learning approach. Bulletin of Electrical Engineering and Informatics, 13(3), 1952-1960. doi: 10.11591/eei.v13i3.6103.
[34] Pichura, V., Potravka, L., Stratichuk, N., & Drobitko, A. (2023). Space-time modeling and forecasting steppe soil fertility using geo-information systems and neuro-technologies. Bulgarian Journal of Agricultural Science, 29(1), 182-197.
[35] Poveda-Bautista, R., Roig-Merino, B., Puerto, H., & Buitrago-Vera, J. (2021). Assessment of irrigation water use efficiency in citrus orchards using AHP. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(11), article number 5667. doi: 10.3390/ijerph18115667.
[36] Quon, H., & Jiang, S. (2023). Decision making for implementing non-traditional water sources: A review of challenges and potential solutions. npj Clean Water, 6, article number 56. doi: 10.1038/s41545-023-00273-7.
[37] Ray, S., & Majumder, S. (2024). Water management in agriculture: Innovations for efficient irrigation. In Modern agronomy (pp. 169-185). Delhi: SSPH.
[38] Safoevna, S.Z., & Juraevna, M.N. (2021). Analysis of economic efficiency of the use of irrigated land in agriculture and factors on them. Journal of Contemporary Issues in Business and Government, 27(2), 4055-4061. doi: 10.47750/cibg.2021.27.02.419.
[39] Shandong Green Agriculture. (2024). Retrieved from https://www.garlic-china.com/about_about/.
[40] Skendžić, S., Zovko, M., Živković, I.P., Lešić, V., & Lemić, D. (2021). The impact of climate change on agricultural insect pests. Insects, 12(5), article number 440. doi: 10.3390/insects12050440.
[41] Srivastav, A.L., Dhyani, R., Ranjan, M., Madhav, S., & Sillanpää, M. (2021). Climate-resilient strategies for sustainable management of water resources and agriculture. Environmental Science and Pollution Research, 28(31), 41576-41595. doi: 10.1007/s11356-021-14332-4.
[42] Valencia’s Citrus Coast. (2024). Retrieved from https://www.cyclingforsofties.com/destinations/spain-cyclingholidays/valencia-tours/valencias-citrus-coast.
[43] Xiang, X., Li, Q., Khan, S., & Khalaf, O.I. (2021). Urban water resource management for sustainable environment planning using artificial intelligence techniques. Environmental Impact Assessment Review, 86, article number 106515. doi: 10.1016/j.eiar.2020.106515.
[44] Yang, P., Wu, L., Cheng, M., Fan, J., Li, S., Wang, H., & Qian, L. (2023). Review on drip irrigation: Impact on crop yield, quality, and water productivity in China. Water, 15(9), article number 1733. doi: 10.3390/w15091733.
[45] Yeraliyeva, Z.M., Kurmanbayeva, M.S., Makhmudova, K.K., Kolev, T.P., & Kenesbayev, S.M. (2017). Comparative characteristic of two cultivars of winter common wheat (Triticum aestivum L.) cultivated in the southeast of Kazakhstan using the drip irrigation technology. OnLine Journal of Biological Sciences, 17(2), 41-49. doi: 10.3844/ ojbsci.2017.40.49.
[46] Zhang, T., Zou, Y., Kisekka, I., Biswas, A., & Cai, H. (2021). Comparison of different irrigation methods to synergistically improve maize’s yield, water productivity and economic benefits in an arid irrigation area. Agricultural Water Management, 243, article number 106497. doi: 10.1016/j.agwat.2020.106497.
[47] Zhao, Y., Wang, Y., & Wang, Y. (2021). Comprehensive evaluation and influencing factors of urban agglomeration water resources carrying capacity. Journal of Cleaner Production, 288, article number 125097. doi: 10.1016/j. jclepro.2020.125097.
[48] Zhovtonog, O., Nechyporenko, O., Levkovska, L., & Ryzhova, K. (2022). Implementation of irrigation and drainage strategy: Political, economic and cultural aspects. Ekonomika APK, 29(2), 51-59. doi: 10.32317/22211055.202202051.