«Альтернатива химическим препаратам»: директор ВНИИ агрохимии — о новых удобрениях и об инновациях в сельском хозяйстве
Директор ВНИИ агрохимии — о новых удобрениях и об инновациях в сельском хозяйстве
- Gettyimages.ru
- © Vitalii Dedov
— Сергей Иванович, насколько сельское хозяйство сегодня зависит от современных агрохимических препаратов, включая удобрения, пестициды, фунгициды и т. д.? Какие компоненты — удобрения или другая агрохимия — особенно критичны для российского агросектора?
— Решение проблемы продовольственной безопасности невозможно без применения средств интенсификации: минеральных удобрений, средств защиты растений, орошения, научно обоснованных севооборотов, энергонасыщенных агротехнологий.
Рост урожайности сельскохозяйственных культур на 30% зависит от внесения минеральных удобрений, на 15—20% — от средств защиты растений и на 15—20% от агротехники агрокультуры.
Минеральные удобрения — главный ресурс управления продукционным процессом (совокупность взаимосвязанных процессов, происходящих в растении. — RT) в современных агротехнологиях.
Мировой рынок минеральных удобрений стремительно развивается. Основная движущая сила развития — увеличение населения земного шара, существенно опережающее расширение площадей пахотных земель и быстро растущий спрос на продукты питания. Без применения удобрений удовлетворить этот спрос невозможно. Повышение интенсивности земледелия, в том числе использование удобрений, пестицидов, химических мелиорантов и регуляторов роста растений, является единственным решением проблемы обеспечения продовольствием.
В Российской Федерации производится 20 млн т минеральных удобрений в год в пересчёте на питательные вещества, что составляет 10 % от мирового производства, однако внутреннее использование не превышает 3 млн т NPK (минеральные комплексы, включающие три основных компонента: азот, фосфор и калий. — RT).
Большая часть урожая сельскохозяйственных культур формируется за счёт внесения и вынесения элементов питания в почву с помощью удобрений. Однако сегодня из почвы забирается в два-три раза больше питательных веществ, чем вносится с удобрениями. Это приводит к отрицательному балансу питательных веществ и гумуса и к постепенной деградации почв.
Баланс питательных веществ в целом по стране остаётся стабильно отрицательным. Поэтому повышение внутреннего использования минеральных удобрений и средств защиты растений в настоящее время является критичным, так как это основа обеспечения продовольственной безопасности РФ.
- Gettyimages.ru
- © Bloomberg Creative
— Насколько наукоёмка сфера разработки новых препаратов для растениеводства?
— Новейшие достижения науки, в том числе агрохимии, позволяют обеспечить продовольственную безопасность страны и выходы на мировые рынки. Сейчас разрабатываются конкретные системы удобрений для сельскохозяйственных культур в агроценозах (искусственных экосистемах. — RT), а также регулируется круговорот элементов минерального питания растений в агроландшафтах.
«В сырье нет недостатка»: представитель отрасли — о взлёте мировых цен на неон и другие инертные газы
Для создания новых препаратов и рецептур необходимо учитывать не менее 20 различных факторов, в том числе повышение плодородия почв с учётом особенностей конкретного поля, биологических особенностей культур и других условий. В России с её различными почвенно-климатическими условиями и в современными экономическими реалиями каждого региона это требует много ресурсов, постановки огромного количества опытов, учёта всех полученных данных. Поэтому любые новые препараты и технологии достаточно наукоёмки, их разработка занимает не менее пяти — семи лет.
— Какие самые интересные, инновационные и перспективные направления и разработки в этой сфере можно выделить?
— Современные исследования, с одной стороны, направлены на снижение затрат на производство продукции, с другой — на повышение адаптивного потенциала агроценозов за счёт внедрения инновационных препаратов. К таким веществам относятся не только удобрения, содержащие макро- и микроэлементы, но и фитогормоны, гуминовые и фульвокислоты, аминокислоты, ультрамикроэлементы.
- Клубеньковые бактерии
- Legion-Media
- © Nigel Cattlin
Во всём мире разрабатываются высокотехнологичные, полифункциональные удобрения, которые дают большой экономический эффект.
Препараты способны целенаправленно обеспечивать активацию механизмов фотосинтеза, а также механизмов антиоксидантной и антитоксической защиты. Они пользуются популярностью у агропроизводителей, поэтому число подобных удобрений на рынке быстро растёт (сегодня зарегистрировано около 150 продуктов).
— Одна из интересных технологий в области агрохимии — это создание средств защиты растений на основе коллоидных растворов металлов — меди или серебра. Считается, что такие препараты могут ещё и стимулировать иммунитет растений. Такие разработки ведутся в ряде научных центров. Что можно сказать об этом направлении, могут ли такие препараты заменить традиционные пестициды?
— Экологическая безопасность сельскохозяйственного производства требует сокращения объёма использования химической защиты растений. В качестве альтернативы химическим препаратам выступают регуляторы роста растений с эффектом индуцирования (усиления) устойчивости к болезням и активации защитных реакций растений к неблагоприятным условиям внешней среды.
Серебро и его соединения занимают уникальное место в ряду биологически активных веществ. Этот элемент не относится к жизненно важным, но при контролируемом поступлении в растение способен оказывать заметное положительное влияние на протекание многих физиологических процессов.
Однако фитотоксичность больших доз серебра и изменение интенсивности его действия при небольшом увеличении его дозировки до недавнего времени делало практически нерешаемой задачу разработки препаративных форм на основе растворимых соединений этого металла.
- Изучение эффективности применения лантаноидов на рассаде огурца сорта Герман
- © ВНИИ агрохимии им. Д. Н. Прянишникова
Преодолеть затруднения, связанные с точностью дозировки и негативным действием больших доз серебра, стало возможно только с появлением принципиально нового класса серебросодержащих препаратов — коллоидных растворов, содержащих частицы металлического серебра.
Такие частицы служат своеобразным контейнером: постепенно под действием кислорода или в результате окисления эндогенными активными формами кислорода, в частности пероксидом водорода, серебро окисляется — и в раствор поступают ионы серебра.
Механизм действия коллоидных препаратов основан на формировании у растения неспецифической (к грибам, бактериям, вирусам), системной, продолжительной (в течение одного-двух месяцев) устойчивости и активации ростовых и биологических процессов, что должно благоприятно сказываться на увеличении урожайности и улучшении качества продукции.
Бурное развитие методов получения таких дисперсных систем привело к тому, что в настоящее время они являются одними из наиболее используемых среди всех доступных новых материалов.
Тем не менее многие аспекты биологического действия коллоидных частиц серебра на высшие растения недостаточно изучены.
— Ещё одно направление — производство бактериальных удобрений, где клубеньковые бактерии вступают в симбиоз с корневой системой растений, обеспечивая их питательными веществами. Насколько это эффективный подход? И какие ещё технологии такого рода существуют?
— Для сохранения плодородия почвы и предотвращения её деградации необходимо, чтобы землепользование было экологичным, основанным на естественных природных процессах.
Здесь особое место занимает биологический азот, поскольку более 70—90% азота пахотных почв и почти весь его запас в естественных условиях вырабатываются симбиотическими микроорганизмами.
В общем объёме мирового биологического азота основная доля принадлежит числу клубеньковых бактерий, расположенных на корнях бобовых растений. Такие микроорганизмы стимулируют рост и развитие растений, повышают их устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды, подавляют развитие патогенной микрофлоры.
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), вклад биологической фиксации азота (процесс поглощения микроорганизмами почвы азота атмосферы и трансформация его в органические и минеральные вещества. — RT) в сельскохозяйственное производство примерно вдвое превосходит химические азотные удобрения. В ежегодном общем потоке азота бактериальные удобрения выделяют газа в три раза больше, чем минеральные.
Важное направление исследований — работа по созданию высокоэффективных, экологически пластичных штаммов клубеньковых бактерий, а также разработка оптимизированных технологий применения биопрепаратов в возделывании сельскохозяйственных культур.
- Сельскохозяйственный БПЛА
- Gettyimages.ru
- © Valentin Valkov / 500px
— Сегодня в агропромышленном комплексе используются «сельскохозяйственные» беспилотники, которые анализируют состояние почвы, сажают семена, обрабатывают урожай и делают прогнозы урожайности. Будет ли сельское хозяйство полностью автоматизированным? Смогут ли сельскохозяйственные машины сами создавать удобрения, улучшать их и тому подобное?
— Сельское хозяйство будущего — это комплексная автоматизация и роботизация производства, использование автоматизированных систем для принятия решений, а также современные технологии моделирования и проектирования экосистем.
Уже сейчас агрономам, фермерам, консультантам становятся доступны мобильные или онлайн-приложения, которые при загрузке данных о поле (координаты, площадь, тип культур, урожайность прошлых лет) предоставляют точные рекомендации и последовательность действий, комбинируя данные с техники, датчиков, дронов, спутников и других внешних приложений.
«Будем максимально импортозамещаться»: как Россия развивала и будет развивать внутреннее производство
Программное обеспечение помогает не только определить лучшее время для посадки семян, объёмы внесения удобрений, увлажнения, прогнозирования урожая, но и просчитать логистику сельскохозяйственной продукции.
В настоящее время набирает популярность система точного земледелия, особая роль в котором отведена беспилотным летательным аппаратам (БПЛА). «Сельскохозяйственные» беспилотники действительно выполняют множество разных интеллектуальных функций.
При использовании различных мультиспектральных сенсоров БПЛА можно определять локальные участки, нуждающиеся в поливе или внесении удобрений, проводить мониторинг состояния сельскохозяйственных культур и оперативно реагировать на их изменение, что даёт возможность сохранить будущий урожай от болезней и вредителей.
Создание интеллектуальных систем поддержки принятия решений для сельхозпроизводителей — весьма важная, на наш взгляд, тема и для научных разработок, и для IT. Во ВНИИ агрохимии разрабатываются математические модели управления урожайностью сельскохозяйственных культур в различных почвенно-климатических зонах России, а на их основе, например, программное обеспечение для оценки урожайности в зависимости от влияния природных факторов и применения удобрений.
В настоящее время создаются и внедряются цифровые аналитические инструменты, специализированные информационные базы данных. Результатом этого внедрения становится управление производством сельскохозяйственной продукции при сохранении плодородия сельхозугодий.
— Что ещё разрабатывают специалисты ВНИИ агрохимии имени Д.Н. Прянишникова?
— Во ВНИИ агрохимии изучается влияние агрохимических показателей почвы на урожайность и экономическую эффективность применения минеральных и органических удобрений при возделывании основных сельскохозяйственных культур в различных почвенно-климатических зонах РФ.
- Определение азота по методу Кьельдаля, на приборе фирмы Gerhardt
- © ВНИИ агрохимии им. Д. Н. Прянишникова
Проблема кислотности или щёлочности почв до сих пор актуальна. Её решением является химическая мелиорация. В результате наших исследований дополнен ассортимент химических мелиорантов, позволяющий усовершенствовать приёмы экологически безопасного и агрономически эффективного применения кальций-, магний- и кремнийсодержащих материалов.
В нашем институте также разрабатываются способы повышения устойчивости яровых зерновых культур одновременно к различным видам абиотических стрессов (засуха, затопление, засоление, низкая температура, гербициды, кислотность среды). Исследуется возможность применения лантаноидов и редкоземельных элементов для повышения стрессоустойчивости сельскохозяйственных растений. Кроме того, нами разрабатываются новые типы стандартных образцов разного ранга почв, кормов, растениеводческой продукции, минеральных удобрений.