Междисциплинарность — один из трендов в науке, который набирает обороты. Чем глобальнее задача, тем больше специалистов необходимо не только для её решения, но и для качественного перехода на новый уровень. Новые агротехнологии объединили в Красноярске не только институты сельского хозяйства, химии, вычислительного моделирования, физики, биофизики, леса, но и представителей других институтов и агропроизводителей. Что же за задачи стоят перед нашими учеными в сфере сельского хозяйства?

Своим видением задач и перспектив в области селекции и сельского хозяйства на открытом заседании Ученого совета ФИЦ КНЦ СО РАН, которое собрало ведущих представителей сектора науки и технологий в этой сфере, поделился директор Красноярского научно-исследовательского института сельского хозяйства (КрасНИИСХ) кандидат сельскохозяйственных наук Алексей Липшин: «Климатические условия у нас, если сравнить с Краснодарским краем, где 250–300 дней безморозных, довольно суровые. Короткий вегетационный период, холодная дождливая осень в период уборки, низкая биологическая активность — все это подвигает ученых на создание более скороспелых сортов. За 80 лет в среднесибирском регионе урожайность выросла более чем в 4 раза с 7,7 до 33 центнеров с гектара. Этапы развития селекции были связаны с тем, что в начале прошлого века не было, практически ни одного научного учреждения, потом они начали зарождаться, начала появляться методичная селекционная работа, и сейчас мы находимся в научном центре с опытно-производственными площадками и с огромной приборной базой. Только сейчас начинается новый виток развития, так называемой «Зеленой революции», от которой в ближайшие годы будут серьезные результаты. Основные наши задачи — это селекция зерновых и зерново-бобовых культур ячменя, пшеницы, овса, гороха, ржи, различных плодово-ягодных культур. Мы работаем над повышением скороспелости, урожайности, устойчивости к полеганию, толерантности к поражению болезнями и, конечно, улучшением качества продукции.

Все наши достижения были построены на моделях Николая Ивановича Вавилова и Сергея Ивановича Вавилова, который, совместно с ним, занимался фотосинтезом. У биологов и физиков было разное представление об этом процессе до появления электронных микроскопов. Благодаря им стало возможно изучить структуру хлоропластов. Сейчас эта работа ведется совместно с селекционерами, биологами, физиками ФИЦ КНЦ СО РАН. На данный момент мы обнаружили, что нужно упорядочить структуру и тогда стабильность и эффективность сорта будет на много выше. Нами было выведено в лабораторных условиях 60 форм, которые превосходят донорские генотипы по скороспелости и ряду параметров урожайности. В этих формах, с физической точки зрения, более упорядоченная структура хлоропластов. Чтобы более масштабно все это определять, у нас создан Центр дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), который интегрирует три уровня: спутниковые наблюдения, измерения с беспилотных летательных аппаратов, наземный уровень (анализ почв, в том числе с небольшим калибровочным отбором материала, который изучается на электронных микроскопах).

Одним из важных технологических моментов является совместная работа большого количества учреждений. Это современная технология возделывания пшеницы, гордость нашего края, которая собрала и моменты по технологии дистанционного зондирования земли.

Для чего всё это делается? Важный показатель доктрины продовольственной безопасности — это семенной фонд, который должен быть обеспечен на определённом уровне. По данным Россельхозцентра у нас все еще в большом количестве используются иностранные сорта картофеля, кукурузы, подсолнечника, рапса, сои, гороха. Если границы окончательно закроют и западные регионы страны будут оставлять свои сорта у себя, мы ощутим недостаток этих семян, поэтому работу необходимо усиливать локально на территории Сибири.

Сейчас производительность селекционной работы поднялась за счет новых селекционных комбайнов, появилась техника в рамках национального проекта «Наука и университеты», другие проекты краевой программы Министерства сельского хозяйства, которое оказывает помощь в модернизации».

Александр Коломейцев, проректор по науке Красноярского ГАУ отметил ценность сотрудничества с ФИЦ КНЦ СО РАН, выразил надежду, что с коллегами будут формироваться новые и новые коллективы и поделился успехами своих специалистов: «Селекцией картофеля наш университет занимается с 1998 года. Достигнуты определённые успехи. Красноярские сорта, по признанию наших потребителей, показывает неплохие результаты. Особенностями нашего подхода в селекции картофеля является то, что во главу угла мы положили биотехнологии и очень тщательно следим за тем, чтобы получать безвирусный семенной материал. Эта задача успешно решена. С нашим производственным партнером СХП «Дары малиновки» мы постарались внедрить этот материал в массовое производство.

Наши три главные направления это: столовые сорта; сорта, предназначенные для промышленной переработки (крахмал и хрустящий картофель); специфические узконаправленные сорта, предназначенные для диетического питания с низким содержанием крахмала и сахара.

Кроме картофеля мы получаем выдающиеся результаты по селекции сои. Мы работаем сейчас над тем, чтобы обеспечить хорошим семенным материалом наш край и ближайшие регионы. Несколько сортов находятся в сортоиспытании, вы их сможете увидеть на Дне поля».

Также Александр Коломейцев отметил ряд острых моментов, рассказал о тех проблемах, с которыми они постоянно сталкиваются. Например, Красноярский ГАУ получает государственное задание на селекцию картофеля, а вот на селекцию сои нет. Её ведут инициативно на протяжении многих лет. Финансирование не соответствует и не пропорционально распределяется между регионами. На экономическую ситуацию в сельском хозяйстве, по мнению проректора, влияет и несформированность рынка результатов интеллектуальной деятельности. В регионе и в стране не сформирована система роялти, за счёт которых живет основная масса западных селекционеров. Есть сложности в отношениях между селекционерами и теми, кто внедряет результат их работы — сельхозтоваропроизводителями, которые должны просчитать, что именно этот сорт даст хороший экономический эффект. При этом производитель, реализовав продукт, сможет поделиться прибылью с селекционером.

Не менее острый вопрос для сельскохозяйственных наук — это кадровое обеспечение. Мало молодежи. Учась в аспирантуре, молодой ученый-селекционер не может получить за три года серьезный результат, требуется 8–10 и более лет. Поэтому селекционеров приглашают как в аспирантуру, так и на защиту в Красноярский ГАУ.

Руслан Барышев, проректор по научной работе СФУ, представил в рамках R&D парка университета приоритетные стратегические проекты и наукоёмкие агротехнологии для повышения качества питания и обеспечения пищевой безопасности, которая представляет сегодня основу одного из российских стратегических проектов. Он представил четыре направления — экология, цифровые гуманитарные проекты, материаловедение и гастрономический R&D парк. Отметил другие проекты, которые ведутся в коллаборации с разными институтами РАН. Предложил сделать СФУ площадкой, где аграрии и ученые, представители других сфер объединят свои усилия.

Многолетний партнёр ФИЦ КНЦ СО РАН председатель совета директоров ООО СХП «Дары Малиновки» Василий Герман подробно в цифрах показал насколько дорого стоит выведение новых сортов: «Хороший сорт с себестоимостью в 50 миллионов рублей окупится через 11 лет. Без кооперации с наукой невозможно получить хороший результат. Если мы хотим, чтобы у нас по картофелю к 2030 или 2040 году было 75% отечественных семян, нужно многое изменить, как с точки зрения работы ученых, так и работы сельхозбизнеса и всех органов. Первое и самое простое, чего у нас в России нет — переработки картофеля на чипсы и на фри. У нас большое количество непатентованных импортных сортов картофеля. Есть сорт картофеля специальный для производства чипсов и в России он занимает 50% рынка для производства чипсов. Из-за того, что он не патентован, его можно считать российским. Нам для России очень важны эффективные решения, которые дадут нам результат. Улучшение сорта картофеля даже на 1% даст через 20 лет серьезный экономический эффект. У нас зона очень сложная. Уже к началу августа можно получать собственный картофель в Красноярске для продажи в супермаркетах. У нас выпадает полмесяца — месяц, поэтому нам очень нужен ранний сорт.

Наша наука на таком уровне сейчас, что могут скопировать какой-то сорт очень быстро. Об этом нужно думать уже сейчас и совершенствовать систему лицензирования. Потому что через 20–50 лет у нас будет совсем другое сельское хозяйство».

Директор ещё одного партнера в области сельского хозяйства, птицефабрики «Заря», Игорь Исаев так же выступил с докладом: «Мы сотрудничаем с Красноярским научным центром, новосибирскими, и алтайскими селекционерами, проводим экологическое испытание новых линий и уже на этапе до сортоиспытания мы понимаем и оцениваем эти линии, насколько они раскрывают потенциал, насколько они могут быть конкурентоспособны. На сегодняшний день в экологическом сортоиспытании у нас находятся новые линии алтайской, красноярской и новосибирской селекции пшеницы, ячменя и овса. Алтайским и новосибирским селекционерам интересно работать с нами, потому что они получают площадку для экологического испытания, отличную от их площадки, и они понимают, насколько их сорт проявляется в сравнении со стандартом.

На базе птицефабрики так же организован сортоиспытательный участок. Мы продолжаем испытания новых сортов для выявления тех, которые превосходят стандарт. У нас достаточно богатая база по испытанию сортов, и мы делимся имеющейся информацией. В рамках неисключительного лицензионного договора птицефабрика ведет полный цикл семеноводства. Птицефабрика за несколько последних лет достаточно активно наращивает базу по производству элитных семян. Строится селекционно-семеноводческий центр с потенциалом производства 20 тысяч тонн элитных семян в год».

В работе открытого учёного совета приняли участие и представители опытных хозяйств, которые входят в состав ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и помогают проверять наработки учёных в поле. Так директор ОПХ «Курагинское» Владимир Вагнер в своем докладе рассказал о производстве оригинальных и элитных зерновых семян, зернобобовых и технических культур, а также многолетних трав. Совместно с учеными специалисты хозяйства заложили опыт по внекорневым подкормкам: на площади 270 га пшеницу посеяли по овсу. На этом участке чистый пар был 12 лет назад. В прошлом году на пшенице по пару был проведен производственный опыт, который показал рост урожайности на 10 центнеров с гектара с увеличением подкормок. Специалисты ОПХ «Курагинское» сделали вывод, что прибавка урожая при применении на всей площади зерновых может составить 5239 тонн. С ОПХ так же активно работают ученые Института биофизики СО РАН, которые ведут наблюдения и ведут аэрофотосъёмку. Проводят оценку влияния листовых подкормок на спектральные характеристики посевов. В прошлом году в хозяйстве приобрели оборудование и сравнили экономику: сменную выработку, расход топлива и затраты на заработную плату на один гектар. Уже за первое лето экономия составила 257 тысяч рублей. Таким образом, применение современных технологий, в том числе увеличение производства элитных семян, производство молока и мяса дает результат. Благодаря этому при стабильном количестве людей в ОПХ растет заработная плата.

На полях птицефабрики «Заря» можно было оценить вживую качество сортов, где и прошел в этом году День поля. Так же здесь гости смогли познакомиться с системой цифрового земледелия, о которой подробно рассказал Юрий Трубников, доктор сельскохозяйственных наук главный научный сотрудник лаборатории космических систем и технологий ФИЦ КНЦ СО РАН: «Цифровое земледелие сегодня включает четыре уровня зондирования. Первый — это космическая съёмка, далее аэросъёмка (беспилотники, самолёты), наземное зондирование — это зондирование растительного покрова с помощью приборов типа N-тестер (для оценки содержания хлорофилла в листьях растений и определения необходимого для внесения в почву количества азотного удобрения), и четвертое — зондирование почвы (определение производительной способности почв).И только сопряженный анализ всех уровней зондирования позволит сформировать технологическую платформу цифрового земледелия.

В этом году мы впервые участвуем в Дне поля. Таких экспонатов и результатов, как у нас, здесь нет ни у кого. На сортоиспытательном участке, который расположен на полях птицефабрике «Заря», мы еженедельно проводим наземное и дистанционное зондирование. Идея в том, чтобы дистанционными методами научиться определять не только культуры, но и сорта. Здесь идеальные для этого условия — большой набор культур и сортов, высокий уровень агротехники, полный цикл сопутствующих наблюдений. Мы работаем также на полях самого северного Казачинского ГСУ (с. Вороковка) и самого южного — Бейского (Хакасия). Также ведём дистанционный и наземный мониторинг в агроценозах ОПХ Михайловское» и ОПХ «Курагинское» ФИЦ КНЦ СО РАН. Все получаемые сведения необходимы для реализации программы цифровой системы земледелия. Наша основная задача на современном этапе — это отработка методических и инструментальных вопросов, а также усовершенствование программного обеспечения».

Дистанционное зондирование земли (ДЗЗ) — это основа для создания системы цифрового земледелия. Важный элемент цифрового земледелия — это картографическая основа для оперативного использования, которая переведена в электронный вид. Сенсорная система, которая считывает с карты информацию о плодородии почв, позволяет корректировать дозы удобрений или средств защиты растений. Цифровая система земледелия, по сути, это усовершенствованный и углублённый вариант адаптивно-ландшафтной системы, то есть технология адаптируется к местным агроландшафтным условиям с помощью цифровизации.

Данными ДЗЗ уже пользуются некоторые хозяйства, за этим будущее. Внедрение технологий ДЗЗ и ГЛОНАСС/GPS в решение задач сельского хозяйства становится все более массовым на западе и в России, в том числе и в Красноярском крае. В частности, уже перестало быть экзотикой движение сельскохозяйственной техники по полям с использованием средств спутниковой навигации по заранее запрограммированному маршруту.

Однако широкое использование современных технологий дистанционного зондирования Земли в агропроизводстве пока только начинается – для достижения успеха в этом направлении необходимо активное вовлечение в решение этих задач специалистов из IT-сферы, о чем подробнее рассказал Олег Якубайлик, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией космических систем и технологий Красноярского научного центра СО РАН: «ДЗЗ, цифровое земледелие имеет междисциплинарный характер — с одной стороны оно связано с компетенциями в области сельского хозяйства, с другой стороны нужно быть специалистом по технологиям сбора и обработки данных со спутников и беспилотников, с третьей стороны — необходимо быть программистом, уметь анализировать и интерпретировать большие данные. Данные, которые мы получаем со всех спутников и беспилотников очень объемные, у нас система хранения постоянно растет и уже приближается к петабайту (ПБ, Пбайт — единица измерения количества информации, равная 1000 терабайт или 1015 (квадриллион) байт). Возникает отдельная большая и сложная задача — формирование соответствующей информационно-вычислительной инфраструктуры, которая должна обеспечивать эффективную загрузку и хранение, предобработку и оперативную обработку, извлечение и визуализацию информации, размещенной в системе хранения данных. Важнейшим компонентом в этих задачах являются создаваемые нами веб-сервисы. На их основе мы разрабатываем программное обеспечение для стандартного веб-браузера, строим такие веб-карты, которые можно просматривать на любом стационарном или мобильном устройстве — компьютере, смартфоне, планшете. Современные технологии позволяют конструировать гибко настраиваемые веб-приложения с элементами интерактивной веб-картографии, с возможностью выбора пользователем, «включения/выключения» каких-либо тематических данных. К примеру, на полученный несколько дней назад актуальный спутниковый снимок или обычную топографическую основу мы можем «сверху положить» данные по контурам полей и севооборотам, о характеристиках почвы, сведения об урожайности за последние годы, осадках и накопленных температурах, среднемноголетней динамике вегетационного индекса NDVI, и прочее. Можно сформировать запрос — в каком году где была рожь или пшеница, в какой год выбранное поле было под парами. Каждое поле каждый год становится другим, контуры полей могут меняться из года в год. Вся подобная информация может храниться в формируемой геопространственной базе данных.

Исследования и разработки, выполняемые в нашей лаборатории космических систем и технологий ФИЦ КНЦ СО РАН, направлены на решение рассматриваемой междисциплинарной задачи — разработку системы оперативного агромониторинга — информационно-аналитическую системы для выработки обоснованных оптимальных решений, рекомендаций в сельхозпроизводстве. Начинав с системы для ОПХ (опытно-производственные хозяйств) ФИЦ КНЦ СО РАН, мы в настоящее время уже переходим к масштабу всей земледельческой зоны Красноярского края. В рамках этой работы формируется программные сервисы и интерфейсы, каталоги спутниковых снимков, цифровые модели рельефа, наборы тематических карт, и прочее».

Главная цель Дня поля — демонстрация последних достижений селекции наших ученых. О новом сорте ярового ячменя «Оплот» рассказал Сергей Герасимов, кандидат сельскохозяйственных наук заведующий лабораторией селекции ячменя КрасНИИСХ: «Это сорт раннеспелого типа, то есть он созревает довольно рано. Стандарт, с которым его сравнивают —новосибирский сорт Тонай. Преимущества этого сорта: во-первых, скороспелость — в среднем, у него вегетационный период на 3–5 дней быстрее, чем у близких по качеству сортов, примерно 68–70 дней. Даже 3–5 дней дают значительную разницу, потому что за это время может измениться погода, а значит, мы уменьшаем риски и можем раньше собрать урожай. У нового сорта довольно крупное зерно. Он будет испытываться с 2024 года. Этот сорт — один из результатов моей докторской научной работы, которая готовится к защите. Эти исследования ведутся под руководством академика РАН доктора сельскохозяйственных наук, руководителя научного направления КрасНИИСХ Николая Сурина, который посвятил селекции более 60 лет жизни».

Очень важно в таких мероприятиях, как День поля, участие представителей администрации. Вот, что сказал в своем выступлении Леонид Шорохов, и.о. заместителя председателя Правительства Красноярского края, министр сельского хозяйства и торговли Красноярского края: «Мы обязаны создать по региону тот фундамент, который бы помог нам обеспечить и получить качественное зерно. Мы входим в пятерку по объему государственной региональной поддержки в число лучших регионов России. Но всегда говорим при этом, что нужно не только увеличивать объемы господдержки, а главное найти пути эффективного вложения государственных денег. Постараемся в этом году, даже с отложенными обязательствами на весенний период наработать тот норматив, который бы позволил не уронить тот высокий уровень, который достиг Красноярский край по всем направлениям».

Источник: КНЦ СО РАН.