Размещено на http://allbest.ru

О совершенствовании технологий производства сельскохозяйственной продукции на современном этапе развития агропромышленного комплекса

В.М. Ковалев

Аннотация

Анализируются организационно-экономические и почвенно-климатические условия на современном этапе развития агропромышленного производства в России. Рассматриваются факторы, которые могут привести к снижению уровня и стабильности сельскохозяйственного производства и продовольственной безопасности в стране.

Обсуждается возможность комплексного и дифференцированного использования генетических и природных ресурсов, а также техногенных факторов. Большое внимание уделено вопросам оптимизации генетических параметров растений, применения различных способов повышения устойчивости растений к абиотическим и биотическим стрессам, выведения устойчивых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, повышения плодородия почв и др.

Современный этап агропромышленного производства сопровождается развитием следующих неблагоприятных тенденций: удорожание средств производства; снижение плодородия почв и качества производимой сельскохозяйственной продукции; ухудшение экологии окружающей среды; прогнозируемое глобальное изменение климата. Все это вместе взятое выдвигает на первый план проблему продовольственной безопасности и здоровья населения страны.

В этих условиях ведущая роль отводится научно-техническому прогрессу, разработке и освоению новаций. В общем инновационном потоке особое значение приобретают система подготовки соответствующих специалистов, каналы распространения научной информации, способы активации научного поиска и др.

Главным объектом агропромышленного производства являются живые организмы (растения, животные, микроорганизмы), которые представляют собой открытую, неравновесную, саморегулирующуюся и саморазвивающуюся систему, способную к самовоспроизведению (1).

Способность живых организмов избирательно потреблять из окружающей среды доступную свободную энергию, необходимую для роста и развития, а также использовать последнюю на построение и поддержание жизнеспособности структур обусловлена наличием управляющих (информационных) систем, способных воспринимать, хранить, перерабатывать и использовать информацию.

Только благодаря этому живые организмы являются самоорганизующимися и самовоспроизводящимися.

Общепризнано, что наиболее важная и общая задача управляющих систем -- это сохранение и поддержание в работоспособном состоянии энергетической основы организмов, создание благоприятных условий для устойчивого постоянного функционирования последних при изменяющихся условиях внешней среды (2).

Целостность организмов обеспечивается системами регуляции, управления и интеграции, важнейшими из которых являются генетическая, гормональная, метаболическая, мембранная, трофическая и электрофизиологическая (1).

Усиливая или ослабляя рост, развитие и другие процессы, эти системы при взаимодействии с факторами внешней среды и приемами агротехники определяют тип морфогенеза, структуру, продуктивность и адаптацию растений.

В связи с возникшей в последнее время проблемой глобального изменения климата, вызванного воздействием антропогенных факторов на среду, в различных странах ведутся исследования по прогнозу возможных последствий в агроэкосистемах.

Специалисты отмечают в связи с этим тенденцию увеличения содержания СО₂ в атмосферном воздухе (3). Углекислый газ является очень сильным поглотителем тепловой длинноволновой радиации, что приводит к разогреву атмосферы и повышению содержания в ней паров воды (парниковый эффект). В то же время повышение содержания СО₂ в воздухе оказывает положительное влияние на фотосинтез растений. Следует отметить, что увеличение содержания СО₂ в естественных условиях сопровождается также накоплением различного рода загрязнителей в атмосфере (озон, окислы углерода и азота).

Поэтому при обсуждении данных, полученных в фитотронах, следует иметь в виду, что часть выявленного эффекта от повышения концентрации СО₂ в естественных условиях будет «съедаться» в результате отрицательного воздействия на растения загрязнителей.

В связи с тем, что парниковый эффект приводит к проявлению различных, порой разнонаправленных факторов, его нельзя прогнозировать чисто умозрительными методами. Точные расчеты можно произвести только с помощью динамических математических моделей, имитирующих реальные биосферные процессы.

Так, в Институте сельскохозяйственной метеорологии с помощью имитационной географической системы климат--почва--урожай рассчитали эффект взаимодействия двух типов агроэкосистем (зерновые культуры и сеяные травы) при различных схемах возможного изменения климата и плодородия почвы в России к 2030 году (4). Изменение воздействия даже одного фактора оказывает существенное влияние на продуктивность сельскохозяйственных культур (табл.).

Табл. Варьирование урожайности (%) зерновых и кормовых культур при возможных изменениях экологических условий в России к 2030 году (цит. по 4)

Необходимо заметить, что ни один из факторов нельзя исключать из анализа. Так, аридное потепление сопровождается засухами, в результате чего снижается средняя урожайность зерновых культур на 15 %, а сеяных трав -- всего на 3 % (I вариант). Преимущество многоукосных трав заключается в их способности более полно утилизировать ресурсы вегетационного периода.

Например, в случае гумидного потепления (эемское межледниковье) реализация урожайности зерновых культур и сеяных многоукосных трав возрастет соответственно на 9 и 20 %.

Ожидаемое к 2030 году увеличение содержания в воздухе СО₂ на 20 % (при сохранении глобальной эмиссии на уровне 1990 года) при нынешних климатических условиях способствовало бы повышению урожайности зерновых культур и сеяных трав соответственно на 15 и 13 % (II вариант).

При этом обогащение атмосферы СО₂ компенсирует отрицательные последствия изменения климата у зерновых культур, а для трав возможно даже повышение урожайности на 9 %. Однако положительный эффект действия атмосферного СО₂ может быть нейтрализован не только ухудшением климатических условий, но и в результате загрязнения атмосферы и деградации почв (IX вариант).

Максимальное уменьшение урожайности как при аридном, так и гумидном потеплении отмечено в XI варианте у зерновых культур (соответственно -35 и -17 %). Этот гипотетический вариант может реализоваться в том случае, если содержание СО₂ не увеличивается, а процесс потепления из-за инерции океанов или других причин не прекратится и будет продолжаться загрязнение приземного воздуха и деградация почв.

При оптимизации почвенных условий (V, VIII и XV варианты), когда не лимитируется минеральное питание растений, можно ожидать повышения урожайности зерновых культур и трав до 100-120 %. Такие условия достигнуты в ряде стран Западной и Северной Европы в результате планомерного окультуривания почв, массированного, но сбалансированного применения минеральных и органических удобрений, повсеместного использования севооборотов, борьбы с эрозией почв и т.п. Правда, ожидаемый в условиях более теплого и сухого климата прирост урожайности зерновых культур и трав составит соответственно только 74 и 100 %; в условиях более теплого влажного климата продуктивность может возрасти в 1,5 раза.

Наряду с отрицательными последствиями снижения урожайности сельскохозяйственных культур продовольственная безопасность страны определяется прежде всего повторяемостью показателей урожайности ниже определенных критических значений. На основе выявленной зависимости урожайности яровой пшеницы от климатических параметров показано, что коэффициент вариации (С_v) возрастает при повышении температуры и уменьшении количества осадков. По расчетным данным, повторяемость низкой урожайности зерновых культур на территории северо-западного экономического района при потеплении уменьшится в среднем в 2 раза, на Северном Кавказе -- возрастет в 3,5-4,5 раза, в Краснодарском крае -- может увеличиться в 5-7 раз при уменьшении среднего показателя на 30 %. В целом для России стабильность производства зерна в этом случае снизится в 2 раза.

Однако при повышении плодородия почв даже при самом неблагоприятном изменении факторов природной среды продуктивность сельскохозяйственных культур в России может увеличиться на 60-70 %. Еще более значительных результатов можно ожидать, если будет реализована программа адаптации сельского хозяйства страны к новым условиям, предусматривающая перераспределение посевных площадей, разработку влагосберегающих технологий, внедрение сортов и культур, более приспособленных к теплому и сухому климату, а также других приемов, обеспечивающих устойчивость растений к стрессовым факторам (3, 5).

Важнейшим резервом повышения урожайности посевов является наиболее полная реализация потенциальной продуктивности возделываемых сортов и гибридов, эффективное использование почвенно-климатических ресурсов и техногенных факторов. Адаптивное районирование сельскохозяйственных угодий предполагает возделывание каждой культуры и сорта в наиболее благоприятных почвенно-климатических зонах (5). В настоящее время общепризнана необходимость перехода к так называемой биологизации технологий, то есть к стратегии адаптивной интенсификации растениеводства, предусматривающей комплексное и дифференцированное использование генетических, природных ресурсов и техногенных факторов. Такой подход предполагает оптимизацию генетических параметров растений, повышение их устойчивости к абиотическим и биотическим стрессам. При этом роль биологических факторов должна повышаться при неблагоприятных почвенно-климатических условиях.

В экономически развитых странах с целью достижения максимальной эффективности земледелия все большее применение находит математическое моделирование, позволяющее управлять формированием урожая и прогнозировать урожайность различных сельскохозяйственных культур. Потребность в разработке и совершенствовании таких математических моделей обусловлена непрерывным усложнением задач, имеющих системный характер и возникающих во всех отраслях сельского хозяйства, ужесточением требований к корректности и обоснованности принятия решений (3).

По мнению некоторых исследователей, кардинальный метод повышения и стабилизации урожайности сельскохозяйственных культур -- создание трансгенных, то есть генетически модифицированных, растений (ГМР) (6). Однако широкомасштабный перевод растениеводства на этот путь развития сдерживают высокая стоимость работ по созданию ГМР и проблемы биобезопасности. Последнее обстоятельство вызывает обеспокоенность людей в различных странах мира и протест против производства продуктов питания из ГМР. Почему это происходит? Теоретически не исключено, что в результате взаимодействия между чужеродными и собственными генами генетически модифицированного организма (ГМО), а также воздействия мутагенных факторов среды могут возникать наследственные изменения ГМО, приводящие к образованию опасных для здоровья людей и окружающей среды токсичных белков и других органических соединений. Однако следует отметить, что эти вопросы находятся под контролем специальных комиссий по биобезопасности, созданных в странах, занимающихся генно-инженерными работами, в том числе и в России.

Другой способ управления продукционным процессом растений с целью повышения продуктивности и устойчивости к стрессам -- обработка семян и посевов сельскохозяйственных культур природными и синтетическими фиторегуляторами. К недостаткам этого метода относится также опасность загрязнения окружающей среды (особенно при использовании химических аналогов фитогормонов), а также появление нежелательных наследственных изменений у растений. В связи с вышеизложенным поиск новых способов управления продукционным процессом растений является актуальным. В ряде работ последних лет показана высокая эффективность сверхслабых (нетрадиционных) физических полей определенной структуры и свойств (лазер, слабые электромагнитные сигналы, сигнал специальной формы, ультрафиолетовые лучи и др.), позволяющих управлять гормональным балансом и продукционным процессом у растений и животных (3).

Для повышения функциональной активности растений, животных (крупный рогатый скот) и птицы мы использовали квантово-резонансный излучатель сигнала специальной формы (ССФ) -- биостимулятор физической природы, оказывающий воздействие и оптимизирующий физиолого-биохимические процессы в организме с учетом индивидуальных особенностей (7-9). По физическим характеристикам этот сигнал близок к естественным волновым излучениям Земли и Солнца. Воздействие ССФ относится к фенотипическому активатору и не вызывает перестроек генотипа, что исключает образование в процессе метаболизма каких-либо непредсказуемых нежелательных (вредных) продуктов. По-видимому, этот эффект реализуется на уровне водородных связей, посредством оптимизации пространственной структуры биополимеров без разрыва химических связей (конформация) (8). сельскохозяйственный плодородие сорт генетический

ССФ используют в качестве низкоинтенсивного дополнения к традиционным технологиям производства сельскохозяйственной продукции, не нарушая сложившихся принципов земледелия (нанотехнология). К преимуществам ССФ-технологий относятся простота исполнения, экологичность и экономичность. При промышленном использовании ССФ-технологий удалось сократить сроки вегетации и созревания, повысить урожайность (на 15-45 %), а также устойчивость к стрессовым факторам и качество продукции ряда сельскохозяйственных культур -- льна, хлопчатника, пшеницы и картофеля (3, 7-9).

Литература

П о л е в о й В.В. Физиология растений. М., 1989.

С в е н т и ц к и й И.И. Принципы энергосбережения в АПК. Естественно-научная методология. М., 2001.

К о в а л е в В.М. Теория урожая. М., 2003.

С и р о т е н к о О.Д., А б а ш и н а Е.В., П а в л о в а В.Н. Чувствительность сельского хозяйства России к изменению климата, химического состава атмосферы и плодородия почв. Метеорология и гидрология, 1995, 4: 107-114.

Ж у ч е н к о А.А. Стратегия адаптивной интенсификации сельского хозяйства (концепция). Пущино, 1994.

Ш е в е л у х а В.С. Трансгеноз и биобезопасность (достижения науки и тревога общества). В сб.: Сельскохозяйственная биотехнология. М., 2001, 2: 15-24.

ССФ-технологии (SSF-technologies). Буклет /Сост. В.М. Ковалев, Д.В. Белов, А.С. Зачесов. М., 2004.

К о в а л е в В., К а л а ш н и к о в а Е., Б е л о в Д. и др. ССФ-технологии повышения урожайности хлопчатника. Междунар. с.-х. журн., 2004, 3: 54-62.

К о ч а р о в С., К о в а л е в В., К а л а ш н и к о в а Е. и др. Новая технология выращивания льна. Бизнес-газета «Крестьянские ведомости», 2004, 31: 9.

Summary

About development of technology for output of agricultural production at current state of the agroindustrial complex

V.M. Kovalev

The author analyzes the economic-organizing and the soil-climatic conditions on current stage of the agroindustrial production in Russia. It was shown, that rise in price of means of production, tendency to reduce of soil fertility, worsening of environment ecology, predictable global change of climate may cause the decrease of level and stability of agricultural production and food safety in country. In created conditions the author suggests the complex and the differential use of genetic and natural resources and also of man-caused factors. This provides for optimization of genetic parameters of plants, apply of other ways for the increase their resistance to abiotic and biotic stresses, creation of resistant varieties and hybrids of agricultural crops, rise of soil fertility and other.

Размещено на Allbest.ru