Удобряя — управляй: как новые подходы в аграрной науке повышают урожайность

Клонирование и облучение семян, сити-фермы — ученые активно ищут новые способы повысить урожайность. Особое внимание уделяют созданию удобрений. Многие современные подкормки для растений растворяются в почве слишком быстро: из них усваивается лишь половина, остальная часть вымывается, загрязняя окружающую среду. Решить эту проблему предложили специалисты Всероссийского научно-исследовательского института мелиорированных земель (ВНИИМЗ) — филиала ФГБНУ ФИЦ «Почвенный институт им. В. В. Докучаева». Они разработали «умные» удобрения, которые помогают растениям получать питание в полном объеме.

В чем особенность такой разработки, при чем здесь полимеры и с какими вызовами сталкиваются агрохимики? Об этом порталу Наука.рф рассказал руководитель проекта, директор ВНИИМЗ, доктор биологических наук Ибрагим Баматов.

Секретный ингредиент

На первый взгляд, новинка, разработанная учеными ВНИИМЗ, по составу почти не отличается от традиционных удобрений. Как и классические минеральные добавки, препарат содержит полный набор необходимых элементов: азофоску*, моноаммонийфосфат, нитрат калия, аммиачную селитру.

Но сколько бы производители ни добавляли в состав подкормок питательных веществ, при разовом использовании растение не может усвоить их в полном объеме, объясняет доктор биологических наук Ибрагим Баматов. «Это как если бы человек за один прием пищи попытался наестся на неделю вперед. На следующий день он снова будет голодным», — отмечает ученый.

В качестве дополнительного ингредиента специалисты использовали поливиниловый спирт: полимер формирует вокруг полезных компонентов матрицу, которая замедляет растворение удобрения в почве. Таким образом минеральные элементы высвобождаются небольшими порциями и питают растение в течение всего периода вегетации. В зависимости от технологии производства, действие такого препарата можно запрограммировать на срок до шести месяцев.

«Эти удобрения можно настраивать под конкретную культуру и продолжительность ее вегетации. Скорость процесса зависит от состава концентрации полимера, температуры, влажности и технологических режимов производства», — говорит эксперт.

Опасаться синтетического полимера в составе не стоит. В отличие от обычного пластика, поливиниловый спирт водорастворим и способен полностью разлагаться под действием почвенных микроорганизмов. Оболочка исчезает постепенно, по мере выполнения своей функции, поясняет автор разработки. В состав «умных» удобрений также входит крахмал и кислоты. Они помогают регулировать кислотность и повышают устойчивость получаемой полимерной структуры.

Богатый урожай

Эффективность новых удобрений специалисты проверяли сразу на нескольких видах культур: озимой пшенице, садовой землянике и плодовых — яблоне, груше, сливе, черешне и нектарине. Испытания проходили в Чеченской Республике на базе научно-производственной фирмы «Сады Чечни», в Ставропольском крае, а также в Тверской области — на производственных полях Всероссийского НИИ мелиорированных земель (филиал Почвенного института имени В. В. Докучаева).

«Результаты показали уверенный рост урожайности. Для сравнения, на озимой пшенице обычная азофоска дала пять тонн с гектара, а наше удобрение — от 5,8 до 6,3 тонны. Фермер будет получать дополнительно 1,3 тонны зерна с каждого гектара. Это на 26% больше, чем при использовании стандартным удобрением. На ремонтантной* садовой землянике урожайность выросла в среднем на 23%», — подчеркивает Ибрагим Баматов.

Оказалось, что новые удобрения не только повышают урожайность, но и влияют на вкус и качество плодов. Например, у яблони сортов Ренет и Семеренка средняя масса плода увеличилась со 151 до 174 граммов. У зерновых выросло содержание белка и сырой клейковины, у плодовых культур повысилась сахаристость.

Эксперт предупреждает: инновационные удобрения не исключают подкормки полностью, но заметно сокращают их количество. Например, такую добавку можно использовать зимой, а весной подкормка уже не понадобится. Наилучшего эффекта можно достичь, если смешивать удобрения с разными сроками действия: одна часть начинает работать раньше, другая — в период активного роста и цветения. Так можно создать систему питания, которая будет работать точнее, экономичнее и экологичнее.

Почва для исследований

«Умные» удобрения, разработанные учеными ВНИИМЗ, оказались полезными не только для растений, но и для почвы. Исследования показали, что на участках, где выращивались культуры, повысилась доступность фосфора, поддерживался стабильный уровень гумуса, активизировались внутренние резервы плодородия.

«Благодаря нашему препарату снижается экологическая нагрузка на почву. Фосфор поступает к растениям в более доступной форме. За счет повышения плодородия почв такая экономическая выгода может проявляться в течение следующих десяти лет. Это соответствует задачам, заложенным в действующей научно-технической программе повышения плодородия почв в нашей стране», — подчеркивает доктор биологических наук Ибрагим Баматов.

В настоящий момент авторы разработки запатентовали препарат. Удобрения с пролонгированным действием уже используют на фермах в Тверской области, Ставропольском крае и Чеченской республике. Ожидается, что в скором времени их будут использовать в Московской области и других регионах. Но до масштабного производства эффективных добавок пока далеко.

«Интерес со стороны сельхозпредприятий есть, к нам обращается много компаний. Но до внедрения предстоит пройти долгий путь, включая регистрацию агрохимикатов. Это сложный этап. Мы продолжаем исследования на демонстрационных участках и готовы предоставлять партнерам партии удобрений, разработанных с учетом особенностей культур и климатических условий в регионах их выращивания», — комментирует специалист.

Системная работа

Помимо «умных» подкормок, в научно-исследовательском институте мелиорированных земель занимаются разработкой отечественных сортов для нечерноземной зоны. По словам директора НИИ, это одна из главных задач в современной агрономии. К такой зоне относятся сельскохозяйственные районы европейской части России, в том числе северные (например, Мурманская и Архангельская области), центральные (Московская, Ивановская, Нижегородская и другие области) и южные (в частности, Брянская, Орловская и Тульская области). Эти регионы отличаются прохладным, нестабильным климатом и малоплодородными кислыми почвами. Для них важно выращивать адаптированные сорта, устойчивые к холоду, болезням и неблагоприятным почвенным условиям.

«Мы занимаемся районированием* сортов, разрабатываем технологии мелиорации* и составляем рекомендации по выращиванию отечественных культурных растений в конкретных агроклиматических зонах. Наши исследования показывают положительную динамику: переход на отечественные сорта и удобрения без потери плодородия почвы возможен», — отмечает эксперт.

Долгое время для этой территории актуальной считалась проблема переувлажнения. Поэтому в сельском хозяйстве использовались технологии прежде всего для отвода избыточной воды. Но за последние годы климат изменился. Сегодня продолжительные влажные периоды могут легко сменяться дефицитом осадков и засухой.

«Наша главная задача — не просто осушать или орошать землю, а создавать управляемую систему, способную поддерживать оптимальный водно-воздушный режим почвы, ее плодородие и устойчивость урожая при меняющихся погодных условиях. Такие системы могут отводить в нужный момент избыток влаги, а в засушливый период удерживать ее в почве», — поясняет директор института Ибрагим Баматов.

Формула успеха

Для современной мелиорации нужны и новые кадры. Недостаточно разработать технологию — важно доказать, что она эффективна экологически безопасна и доступна производителям, считает эксперт. Для этого формируют команды специалистов на стыке разных дисциплин: агрохимиков, гидрологов, инженеров, биологов, почвоведов, программистов, специалистов по анализу данных и экономистов.

«В отечественной аграрной науке есть сильные ученые и перспективные идеи. Но между лабораторным результатом и готовой технологией для хозяйства часто остается большая дистанция. Необходимо объединять науку и бизнес. Прежде всего — обеспечить долгосрочное финансирование полного цикла исследований: от фундаментальной идеи до опытных промышленных установок, многолетних полевых испытаний и серийного производства», — утверждает Ибрагим Баматов.

Помимо этого, важную роль в развитии аграрной науки играет современная экспериментальная база. Мелиорацию невозможно оценить за один сезон. Нужно проводить долгосрочные наблюдения: отслеживать уровень грунтовых вод, влажность почвы, содержание питательных веществ, урожайность. Для этого, в свою очередь, требуется инфраструктура: мелиоративные полигоны, датчики, беспилотники, спутниковые данные, геоинформационные системы и современные модели прогнозирования.

Успехи в этом направлении уже есть — развитие информационных систем, реконструкция и капитальный ремонт объектов мелиоративного комплекса предусмотрены на уровне государственной программы, уточняет эксперт.

«На примере наших „умных“ удобрений видно, что одной формулы недостаточно. Нам потребовались разработать и запатентовать специальные реакторы, наладить программное обеспечение, провести многолетние испытания на зерновых, плодовых и ягодных культурах. Благодаря поддержке Минобрнауки такие возможности у нас есть, и это помогает в долгосрочной работе. Но чтобы довести разработку до реального производства, требуются дополнительные механизмы», — говорит Ибрагим Баматов.

Среди них: упрощение процедур регистрации агрохимикатов, расширение инструментов софинансирования опытных внедрений и сокращение дистанции между научным результатом и его коммерциализацией, но с сохранением требований экологической и биологической безопасности.

Важную роль в этих решениях играет Федеральная научно-техническая программа развития сельского хозяйства, действующая до 2030 года. Она ориентирована на создание отечественных технологий и укрепление технологического суверенитета. Однако настоящий прорыв произойдет, когда поддержка полного инновационного цикла станет постоянным механизмом, уверен ученый.