«Альтернатива химическим препаратам»: директор ВНИИ агрохимии — о новых удобрениях и об инновациях в сельском хозяйстве

— 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.

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

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.

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.

Изучение эффективности применения лантаноидов на рассаде огурца сорта Герман © ВНИИ агрохимии им. Д. Н. Прянишникова

— 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.

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.

Источник