«Увидеть поля из космоса, получить картошку в пробирках»: директор Красноярского НИИ Алексей Липшин рассказал о передовых технологиях в сельском хозяйстве

Опытные и начинающие дачники в преддверии сезона только начали проверять свои запасы семян и составлять списки недостающих сортов и культур. А крупные агропромышленные предприятия и фермеры в ожидании тепла лишь планируют посевную. Зато у учёных, которые занимаются исследованиями в области агротехнологий, работа идёт круглый год. За окошком снег, а на стеллажах экспериментаторов под яркими лампами зеленеют и плодоносят растения. И конечно, исследователям есть что рассказать о современных аграрных методах, которые, возможно, в ближайшем будущем придут в АПК.

«Городские новости» побывали в Красноярском научно-исследовательском институте сельского хозяйства и побеседовали с его руководителем Алексеем Липшиным о космосе, беспилотниках, урожайных сортах злаков и здоровом картофеле.

Фотокадры здоровья

Поводом для встречи стала информация об экспериментах, которые проводились на опытных полях института. Для них привлекали космические спутники и беспилотники. В исследовании принимали участие не только учёные-аграрии, но и специалисты в области физико-математических наук.

Изначально о новой разработке рассказали в Красноярском научном центре Сибирского отделения Российской академии наук, подразделением которого является НИИ сельского хозяйства. Там имеется передовое оборудование, и его могут использовать все красноярские научно-исследовательские институты. На этой технологической базе учёные создали алгоритмы обработки данных, полученных в результате наблюдения за сельскохозяйственными посевами. Причём за полями экспериментаторы следили при помощи спутников и беспилотников — применяли так называемые методы дистанционного зондирования Земли.

Оказалось, что такой мониторинг помогает оперативно собрать актуальную информацию об изменении температуры воздуха, количестве осадков и, что особенно важно, о самочувствии растений. Как объясняют учёные, спутники оснащаются мультиспектральными приборами. Осуществляя с их помощью съёмку, можно вычислить вегетационные индексы посевов.Эти данные используются для оценки состояния растительного покрова, мониторинга здоровья растений, определения фаз роста, а также для прогнозирования урожайности и выявления признаков деградации земель. Анализ этой информации позволяет принимать решение о добавлении удобрений на тот или иной участок посевов, вовремя дать старт сбору урожая.

Чем зеленее, тем лучше

Для оценки состояния растений использовался, например, индекс NDVI. Это показатель качества и количества посевов. Он зависит от того, как растения отражают и поглощают световые волны разной длины, что в свою очередь определяет эффективность фотосинтеза — процесса образования органических веществ из углекислого газа, воды и солнечной энергии.Говоря по-простому, чем растение зеленее, тем оно лучше себя чувствует.

— Наблюдение за посевами человечество начало с того момента, как перешло от собирательства к земледелию, — говорит Алексей Липшин. — Приборов тогда, конечно, не было, но люди и без них отслеживали факторы, влияющие на состояние растений. Например, при подсечно-огневом земледелии выяснилось, что зола от выжженного леса может быть отличным удобрением. Наблюдения давали знания о том, как эффективно вести сельское хозяйство.

Любопытный факт: ещё в прошлом веке агроном — главный технолог на поле — должен был в обязательном порядке иметь водительское удостоверение. На машине он весь сезон колесил по полям, следил за состоянием посевов. Где-то с дороги поле осмотрит, где-то в глубину проберётся.

— Охватить тысячи, сотни тысяч гектаров не в состоянии ни один специалист, — отмечает Алексей Геннадьевич. — А сейчас появилась обширная приборная база вплоть до космических технологий. Такой прорыв дал возможность детализировать наблюдения. Мы к этому уже пришли. Индекс NDVI показывает отражательную способность посевов — степень их зелёности. Но на самом деле это лишь часть работы. Из космоса можно увидеть проблему, однако конкретизировать её всё равно придётся на месте, в поле: брать почву на анализ, исследовать причины, смотреть, достаточно ли растениям влаги, питания.

Тем не менее эти технологии при широком внедрении могут принести большую пользу сельскому хозяйству. С помощью космических снимков строятся детализированные карты полей, выявляются реальные контуры посевных площадей, залежных (то есть распаханных, но временно не используемых), целинных, заброшенных земель, смещение этих контуров, которое происходит из-за наступления леса. По словам Алексея Липшина, дистанционное зондирование Земли используется в разных регионах много лет (но нет так широко внедрено), чтобы держать под контролем реальную ситуацию с сельскохозяйственными угодьями. В случае необходимости свободные участки можно будет ввести в оборот, пользуясь сведениями из космоса.

— Что касается Красноярского края, то, по последним данным, у нас порядка миллиона гектаров залежных сельскохозяйственных земель, около 400 тысяч из них целесообразны к включению в АПК, — делится цифрами директор института.

Кроме космических спутников, на полях опытных хозяйств институт использует беспилотники. На них также установлены камеры для мониторинга состояния посевов. Учёные объединяют данные, полученные из космоса, с воздуха и от наземных наблюдений, в результате получается трёхуровневая система мониторинга. Взгляд с трёх точек делает анализ ситуации более эффективным.

Обороты АПК

В залежных землях у аграриев острой необходимости нет. Новые сорта сельскохозяйственных культур, а также применение агротехнологий позволяют российским земледельцам, в том числе красноярским, собирать рекордные урожаи. Эта отрасль в стране набирает обороты быстрее, чем во многих развитых государствах мира.

— Только за последние десять лет Россия совершила рекордный рывок, — отмечает эксперт. — Удалось нарастить урожайность и валовый сбор зерновых с 90 до 150 миллионов тонн в год.

Сейчас, по мнению Алексея Липшина, стоит особое внимание уделить развитию переработки сырья — готовую продукцию отправлять на экспорт выгоднее. Сибирское зерно охотно покупают разные страны мира, потому что в нём меньше болезней, вредителей. При его производстве используется минимум химикатов, и наша продукция считается экологически чистой, что для многих стран является большим преимуществом. Но есть большая проблема — удалённость региона от потенциальных покупателей и сложная транспортная логистика. Везти на такие расстояния гораздо выгоднее уже переработанный продукт. Кроме того, нужны технологии, которые бы сократили затраты аграриев при производстве сельхозпродукции. И уже сегодня АПК используют ГЛОНАСС, отслеживают со спутника движение автотранспорта, устанавливают на транспорт датчики топлива, датчики разгрузки зерна. На базе опытного производственного хозяйства ОПХ «Курагинское» для исследований в области агротехнологий учёные используют самоходную машину «Туман». Это наш российский агрегат — опрыскиватель. Он может точечно и очень дозированно вносить на посевы удобрения. Эффект от использования этого аппарата отличный.

— На юге края с традиционной агротехникой при благоприятных погодных условиях на сортах пшеницы сибирской селекции у нас получалось от 40 центнеров с гектара. А с применением дозированного минимального внесения удобрений урожай удалось нарастить до 60 центнеров, — делится Алексей Липшин. — В России есть меры поддержки цифровизации отрасли АПК, однако пока не все наши аграрии могут позволить себе покупку такой техники. Но у её внедрения большое будущее. Работая по детализированным картам, сделанным по космическим снимкам, подобные машины позволяют экономить на топливе и удобрениях. Сокращение этих расходов даёт снижение себестоимости продукции.

Сейчас учёные планируют создать рекомендации для аграриев по применению передовых технологий — какие машины и для чего стоит использовать, как разбить их внедрение на этапы.

— В 1990-х опытно-производственное хозяйство «Михайловское» вырастило шикарный урожай рапса, но тогда для этой продукции не было рынка, семена не пошли в разведение. Зато сейчас рапс — одна из самых востребованных культур. Так что всему своё время, — привёл пример директор института.

Крошка-картошка

Создание рекомендаций для аграриев — это работа на перспективу, она нужна, чтобы наше сельское хозяйство не отставало от прогресса. Как отмечает Алексей Геннадьевич, время для такого уровня автоматизации и цифровизации отрасли обязательно придёт, и к этому нужно быть готовыми.

Задача науки — не только думать на несколько шагов вперёд, но и создавать для реального сектора экономики технологическую базу.

Красноярским учёным в этом помогает участие в национальных проектах. В 2021 году институт сельского хозяйства был включён в проект «Наука и университеты», в рамках которого была создана сеть из 35 селекционно-семеноводческих центров. Они должны обеспечить сельхозтоваропроизводителей новыми сортами и семенами с высокими репродуктивными качествами российской селекции. Всего таких центров 35, и красноярский институт один из них. С 2021 года наши селекционеры создали несколько новых сортов зерновых культур — ячменя, овса, гороха и гречихи. В ближайшее время семена станут доступными для аграриев и будут высеваться на полях, приумножая благосостояние России и усиливая продовольственную безопасность страны.

Зерновые для Сибири — это основа сельского хозяйства. Но куда же без второго хлеба? Картофелем красноярские учёные тоже занимаются. В одной из лабораторий сейчас стоят сотни пробирок, в которых этот корнеплод представлен в миниатюре. В лаборатории микроклонального размножения (да, в ней создают клонов) крошечные росточки выращивают из микроскопических почек, взятых с клубней. Процесс организован на специальном питательном растворе и нужен для того, чтобы очистить растение от вирусов.

— Если вы выращивали у себя на огороде картошку, то могли заметить, что со временем она, как говорят, вырождается, — рассказала Светлана Луговцова, старший научный сотрудник лаборатории физиологии и биотехнологии института. — Это происходит, когда корнеплод накапливает большое количество вирусов. Но если взять с клубня почки, а их размер — пара микронов, и поместить в стерильную среду, то можно очистить посадочный материал. Правда на это уходит очень много времени, бывает, что не один год, потому что операцию зачастую приходится проводить несколько раз.

С картофельных миниатюр, из пробирок, учёные собирают миниатюрные же клубни, их высаживают в субстрат, получают новые клубни, из них берут новые почки. И так по кругу. В результате получается свободный от болезней корнеплод, который на протяжении пяти лет может давать высокий и здоровый урожай.

Но суть этого эксперимента даже не в том, чтобы очистить растение от вирусов, а чтобы подобрать для этого эффективный питательный раствор, оптимизировать процесс и взять с одного клубня как можно больше почек. Кстати, после пробирок некоторые миниатюрные клубни попадают не в грунт, а на аэропонику — в специальную установку, где корни растения находятся в воздушной среде и через неё получают всё необходимое питание.

Чтобы увеличить объёмы посадочного здорового материала, учёные используют метод, который в обычной жизни с картошкой, пожалуй, вряд ли сработает. Экспериментаторы размножают это растение черенкованием! Так что с одного миниатюрного росточка они получают до тысячи новых клонов. Ну, и сорта, которые попали в исследование, — одни из самых популярных в Сибири: «рэд скарлет», «тулеевский», «вега», «коломбо» и ещё более 20 других.

Акцент

Интересно, что фотосинтезом занимаются практически все институты Красноярского научного центра СО РАН — физики, биофизики, вычислительного моделирования, леса и, конечно, сельского хозяйства. Каждый исследует этот феномен со своей точки зрения. Но для агрария главное в фотосинтезе — это урожайность возделываемых растений.

— Как говорил Тимирязев (Климент Аркадьевич Тимирязев — русский естествоиспытатель, специалист по физиологии растений, исследователь фотосинтеза. — Ред.), наша задача сделать так, чтобы там, где рос один колос, выросли два, — подчёркивает Алексей Липшин. — Сейчас, наверное, стоит ставить ещё более масштабную задачу: нам необходимы вместо одного три колоса. Для этого нужно за счёт применения современных технологий сократить нормы высева, но при этом увеличить количество продуктивных стеблей на гектаре.

Благодарность

Реализация проектов по современному научному обеспечению земледелия с учётом почвенно-климатических условий невозможна без поддержки со стороны государства. Поэтому наши учёные выражают огромную благодарность за возможность участвовать в мероприятиях, направленных на развитие научного потенциала аграрного комплекса Красноярского края, Министерству науки и высшего образования Российской Федерации, губернатору Михаилу Котюкову и региональному минсельхозу.