— Расскажите, пожалуйста, о проекте, в рамках которого были разработаны инновационные решения для сельского хозяйства. Традиционно аграрная отрасль воспринимается людьми как сфера не самая технологичная. Однако при этом есть высокопроизводительное сельское хозяйство, а есть малоэффективное. Насколько наукоёмкими отраслями сегодня являются животноводство и растениеводство?
— Развитие сельского хозяйства невозможно без внедрения новых технологических решений. Сейчас некоторые технологии традиционного аграрного производства достигли предела своего развития. Это проявляется в замедлении роста продуктивности растений и животных, а также в обострении экологических проблем: загрязнении почв, воды, воздуха и болезнях биоты. Улучшить ситуацию может применение новых природоподобных, экологически безопасных технологий.
В рамках нашего проекта мы создаём лазерные и спектральные технологии, позволяющие полностью раскрыть биологический потенциал растений и животных. Применение таких наукоёмких решений поможет нарастить производство продуктов питания, а также уменьшить зависимость российского агрокомплекса от зарубежных технологий. Решение этих задач очень важно с точки зрения продовольственной безопасности страны.
— Какие разработки были созданы в рамках проекта?
— Например, за последние два года нами была создана интеллектуальная система светодиодного освещения теплиц. Её принцип действия основан на том, как спектральный состав света влияет на растения. Применяя разные спектры, мы можем управлять ростом и развитием растений, состояние которых отслеживается с помощью сенсоров и датчиков. Это позволит снизить энергопотребление теплиц, повысить продуктивность растений и уменьшить потери от заболеваний.
— Можно ли с помощью освещения влиять на вкусовые качества овощей, например томатов?
— Источником энергии для фотосинтеза у растений служат в основном красные и синие лучи спектра дневного света. Их поглощает пигмент хлорофилл, который сам зелёного цвета. Соответственно, увеличив в спектре света красный и синий компоненты, можно усилить фотосинтез и повысить урожайность растений.
Помимо хлорофилла, свет поглощают другие пигменты растений: каротиноиды, антоцианы, флавоноиды и так далее. Они чувствительны к другим участкам спектра — ультрафиолетовому, жёлтому, оранжевому. Эти пигменты напрямую в фотосинтезе не участвуют, но могут влиять на биосинтез кислот, сахаров и эфирных масел, которые и определяют вкус. Конечно, только с помощью света кардинально повлиять на вкус томатов не получится, но усилить аромат и сладость вполне возможно.
Причём спектр света необходимо подбирать с учётом сортовых особенностей и фазы роста растений. Поэтому нами разрабатываются технологии и технические средства для выращивания растений в контролируемых условиях.
Ещё одно решение для закрытого грунта — применение фотоконверсионных покрытий, которые могут менять или конвертировать спектр света в теплице. Например, переводить ультрафиолетовое и фиолетовое излучения в красную область видимого спектра, наиболее важную для растений — выше я уже упоминал об этом. Это способствует приросту биомассы от 20 до 55% по сравнению с обычными теплицами.
Наши учёные разработали новую технологию изготовления таких плёнок путём модификации фторполимера специальными наночастицами.
— Какие ещё технологические направления были разработаны?
— Создан ряд технических решений для снижения потерь продукции в растениеводстве. Например, разработаны методики контроля качества семян за счёт оценки их спектральных и люминесцентных характеристик. Они отличаются у здоровых и заражённых патогенами семян, поэтому такой анализ позволяет отсеивать некачественные зёрна.
Кроме того, быстро оценить состояние плодов и овощей при их закладке в хранилища позволяют гиперспектральные технологии — гиперспектральное изображение объединяет визуальные и спектральные данные об объекте. Сканирование продукции таким методом позволяет снизить потери овощей и фруктов при хранении.
Для нужд животноводства наш коллектив разработал систему, которая анализирует поток молока в трубопроводах доильной установки у каждой конкретной коровы. Это нужно, чтобы выявлять примеси крови для ранней диагностики воспалительных процессов вымени, а также оценить качество молока. В рамках проекта уже разработан прототип тест-системы для раннего выявления мастита у коров. Такой мониторинг не только не даст запустить болезнь у животного, но также решит другую задачу — не допустить попадания низкокачественного молока в общий танк-охладитель.
Кроме того, мы предложили применять спектральные технологии для оценки общего состояния здоровья животных. Спектральным методом мы можем дистанционно измерять температуру вымени и копыт, что является важным показателем здоровья коров. Спектральные технологии также позволяют определять качество и состав корма для скота на предмет опасных примесей. В перспективе будет либо создан портативный переносной прибор для проведения полевых измерений, либо встраиваемый модуль для технологических линий и роботизированных машин для приготовления кормов.
— Также среди созданных разработок упоминается обработка саженцев холодной плазмой. Сейчас это передовое направление исследований в мире. Расскажите, пожалуйста, что такое холодная плазма и почему она благотворно действует на растения?
— Да, применение холодной плазмы и плазменно-активированных жидкостей (PAW — plasma-activated water) является сегодня предметом особого интереса учёных и аграриев.
Холодная плазма — ионизированный газ, в котором электроны имеют высокую температуру, а ионы и нейтральные частицы — низкую, в отличие от горячей плазмы. Энергия электронов возбуждает молекулы и атомы на поверхностях, с которыми взаимодействует плазма, но не обжигает их. Плазменно-активированные жидкости — это растворы или жидкости, подвергшиеся такому воздействию.
Испытания показали, что в растениеводстве наилучший результат даёт комбинированная обработка и холодной плазмой, и плазменно-активированной жидкостью. Такая обработка ускоряет заживление прививок на плодовых саженцах и деревьях. Эффект объясняется бактерицидными свойствами низкотемпературной плазмы, а также её способностью стимулировать физиологические процессы растений активными формами кислорода, озона и перекиси водорода. Обработка также позволяет снизить риск заболевания растений. Мы предложили новый метод обработки саженцев плодовых культур с помощью специального портативного устройства.
— Есть ли интерес к разработкам со стороны аграрного сектора, крупных агрохолдингов и промышленников, которые должны наладить выпуск оборудования?
— Наши разработки ориентированы на производителей сельхозпродукции, крупные агрохолдинги заинтересованы в таких технологиях. Полученные нами результаты уже были презентованы представителям отрасли на всероссийских агропромышленных выставках.
После ухода из России ряда иностранных поставщиков сельскохозяйственного оборудования агропроизводители столкнулись с необходимостью как-то поддержать работу ранее закупленной импортной техники, а также искать замену иностранной аппаратуры на будущее. Поэтому отечественные разработки в данной сфере сегодня востребованы как никогда.