CC BY
72Ш'МШИРУМ
_ АГРОТЕХНОЛОГИИ
СЕМЕЙНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА ПРОФЕССОРА АЛИМОВА
К.Г. Алимов, Заслуженный агроном РСФСР, доктор с.-х. наук, к.э.н. Г.К. Алимова, к.э.н. К.К. Алимов
ПРИРОДОПОДОБНАЯ АГРОТЕХНОЛОГИЯ: КОНВЕРГЕНТНЫЙ ПОДХОД К ЗАКЛАДКЕ КАРБОНОВЫХ ПОЛИГОНОВ
Фото 1. Земледел-хлебопашец К.Г. Алимов на авторской хлебной ниве.
На современном этапе развития АПК с частно-долевой формой собственности на земли сельхозназначения и непредсказуемыми рыночными отношениями, что усугубляется резким глобальным изменением климата, актуальной задачей является получение стабильно высоких урожаев зерновых культур. Назрела необходимость модернизации научных основ управления продуктивностью агроландшафта с использованием экологически безопасных приемов и способов воспроизводства плодородия почвенного покрова пахотных земель. Однако практика освоения научных разработок и обеспечение их технологическими ресурсами до сих пор низка в агропроизводстве, что не только обостряет проблему продовольственной безопасности страны, но и снижает устойчивость агроэкосистем к климатической трансформации. Надежда на то, что наука станет товаром и производительной силой экономики в условиях рынка не оправдалась.
В советское время активное освоение результатов научных исследований проводили посредством создания в структуре отраслевых НИИ внедренческих подразделений в форме НПС и др., где ученые могли коммерциализировать авторские разработки с адаптацией их к конкретным производственным условиям. Таким путем осуществляли диффузию инноваций в массовое производство, практически обучая аграриев прорывным технологиям.
Приоритетом в отечественном земледелии стали западные технологии, которые сопровождались обеспечением безопасными и эффективными технологическими ресурсами, качественными семенами, агромашинами с комплексными рабочими органами и электронным контролем режима технологических операций, мощными тягловыми орудиями, что оказалось более действенным в период реформы для увеличения
результативности интенсивного зернопроизводства. Вследствие этого, произошел значительный рост эффективности зернового комплекса страны с достижением урожайности зерновых до 25 ц/га, но преимущественно за счет повышения цен и наращивания экспорта зерна.
Научные исследования по оценке и управлению продуктивностью агроландшафта проводятся нами на протяжении десятилетий, обеспечивая инновационно-практическое обоснование в решении проблем развития богарного земледелия и существенного повышения производительности землепользования. Однако, по нашей оценке, достигнутый показатель (25 ц/га) свидетельствует о том, что естественная продуктивность агроландшаф-тов реализуется лишь на 25-30 %, а биологический потенциал сортов зерновых культур на 22-26 %, что подтверждает информацию о больших неиспользованных резервах земельного и растениеводческого ресурса страны.
С введением экономических санкций европейских стран поступление эффективных материально-техногенных средств ста-
ло ограниченным. Как следствие, наблюдается ухудшение фитоса-нитарного состояния посевов сельхозкультур, повсеместное падение плодородия почвенного покрова и спад агропроизводства в целом. Такое положение должно настораживать главное аграрное ведомство, отвечающее за продовольственную безопасность страны.
Наш многолетний научно-инновационный опыт непосредственно на производстве от Западной Сибири до регионов ПФО и ЦЧЗ европейской части страны, включающий разработку и активное внедрение авторских подходов с постоянным совершенствованием базовых технологий, свидетельствует о высокой производительности землепользования и демонстрирует последовательный рост урожайности хлебных злаков от 10-12 ц/га до 36, 45, 48, 50, 56, 62, 71, 74, 76, 82-83 и мах. - 90 ц/га. На фоне высоких агротехнологий авторов средняя урожайность зерновых за последние 30 лет составила 72,5 ц/га, что в два раза превышает целевые индикаторы (35,3 ц/га), обозначенные в Долгосрочной Стратегии развития зернового комплекса
август 2021
лтширим
РФ до 2035 года. Наши прорывные разработки всегда были востребованы массовыми сельхозпроизводителями, и взаиморасчет мы осуществляли от прибавки зерна свыше 40 ц/га. Однако практика последних лет показывает, что у хозяйствующих субъектов пропал интерес к новациям, эффективным разработкам, которые, остерегаясь последствий глобального изменения климата и погодного риска, с учетом длительных засух, скатываются на традиционные методы ведения агропроизводства.
В условиях экстенсивного производства, вне зависимости от формы хозяйствования, формируется слабый урожай 16-10 ц/га, в соответствии с уровнем текущего плодородия почвенного покрова и с учетом его повсеместной деградации. Аналогичная ситуация отмечается при освоении интенсивных технологий, где бессистемное и «слепое» внесение минеральных удобрений и средств защиты растений не дает ожидаемого результата, напротив, загрязняя сельхозпродукцию и нарушая экологию агропроиз-водства.
Расширение представления о продуктивности агроландшафтов натолкнуло нас на поиск нестандартных подходов к комплексной оценке пахотных земель, как источника получения безопасной и качественной сельхозпродукции для обеспечения населения здоровыми продуктами питания. В этом аспекте, мы основывались на фундаментальной идее Президента РФ В.В. Путина «о конвергентных подходах и природо-подобных технологиях», которая оказалась более эффективной «в живой»системеагроэкоценоза, и адаптировали ее применительно к развитию сельского хозяйства в целях повышения производительности землепользования.
В этом контексте, преимуществом авторских подходов является разработанная система природных критериев производства (СПКП), которая позволяет реально оценивать и визуально устанавливать верхние и нижние пороги сезонной продуктивности агроландшафтов. Вследствие этого, наименьшие глобальные природные факторы, которые характеризуются агроклиматическими ресурсами, по возобновляемым влагозапасам пахотных земель определяют потенциал агропро-изводства.
Нами установлено, что в иерархии СПКП почвенный фактор по ресурсам плодородия является слабым звеном и отражает нижний порог продуктивности агроландшафта. «Рукотворный» биологический фактор занимает высшее положение и представляет собой генофонд культурных растений, обусловленный высоким генетическим потенциалом количества и качества урожая. Они осуществляют геномное управление потреблением совокупности техногенных и природных ресурсов для формирования высокого урожая зерна. Подбор сортов по экотипу осуществляется по его биологической продуктивности на 20 % выше верхнего порога продуктивности конкретного агроландшафта, чтобы при возможном варьировании условий среды, они не сдерживали реализацию его потенциала. СПКП позволяет управлять естественной продуктивностью агроландшафта, которая имеет сезонную и пространственную изменчивость. Эти научные положения «раскрывают глаза» сельхозпроизводителям на реальную продуктивность землепользования, минимизируя погодные риски в достижении устойчиво высокой урожайности зерновых культур.
В прикладных исследованиях отталкивались от того, что в традиционных технологиях в формировании сельхозпродукции участвуют все жизненно необходимые биогенные и подвижные ресурсы, но они включаются в продукционный процесс на уровне фактора в первом минимуме, что не дает проявляться значению избыточной части природных ресурсов. Чтобы это исправить, необходимо знать, какие природные ресурсы сдерживают рост урожайности, а какие полноценно участвуют в реализации естественной продуктивности агроландшафта. Такое возможно при условии прецизионной диагностики параметров исходных природных ресурсов и определения их функциональной роли в управлении продуктивностью агроландшафтов. И это можно выявить построением цифровой модели взаимодействия исходных природных ресурсов конкретного агроландшафта с приведением их параметров к одинаковой сопоставимой единице измерения (ц/га з.е.).
На основе результатов прецизионного мониторинга построили
модель, включающую 50 релевантных природных ресурсов, с ранжированием их показателей в нарастающем порядке в диапазоне от 12-16 до 270 ц/га з.е., которые составляют цифровую природоподобную платформу управления сезонной продуктивностью агроландшафта. Наложением на нее основного природного критерия по климатическому фактору, оценивающего его потенциал, модель трансформируется в инструментарий, который выявляет «белые пятна» среди исходных природных ресурсов. Но их цифровые значения по разным агрофонам контрастно отличались, поэтому путем дифференциации по отношению к сезонной продуктивности устанавливали их функциональное значение. В результате цифровые показатели совокупности природных ресурсов, находящихся ниже данного уровня, обозначены нами лимитирующими факторами, на его уровне - стабилизирующими, а выше - избыточными и неисчерпаемыми. Методический инструментарий позволил выявить причины, сдерживающие рост урожая в богарном земледелии, что в дальнейшем дало возможность разработать прецизионные способы управления продуктивностью агроландшафта и повышения урожайности сельхозкультур.
Суммарное количество и объем лимитирующих факторов определяется по отношению к уровню сезонной продуктивности, получившему название - Заданные параметры урожая (ЗПУ). К примеру, при ЗПУ - 60 ц/га з.е. суммарный объем лимфакторов составляет 320 ц/га з.е., а при 90 ц/га з.е. - 605 ц/га з.е. В то время как цифровые показатели оставшихся природных ресурсов урожая характеризуются избыточностью по отношению к ЗПУ, соотношение которых к комплексу лимфакторов составляет 74 : 26 %, что в 2,8 раза выше. Но они запускаются в действие только при определенных технологических режимах, составляющих «know-how».
В научном аспекте были озадачены поиском методики рационального использования избыточной части «даровых» природных ресурсов в продукционном процессе и повышения приро-доемкости агропроизводства. В этом плане, разработанный
Ш'МШИРУМ
АГРОТЕХНОЛОГИИ
Фото 2. Фотосинтетический потенциал на хлебных полях с урожайностью 65-82 ц/га.
нами методический инструментарий позволяет прецизионно определять количество и цифровые параметры синтетических аналогов, необходимых для системного устранения совокупности лимфакторов конкретного уровня ЗПУ. Например, при ЗПУ - 60 ц/га з.е. требуется химико-техногенных средств в агрегированном объеме 220 ц/га з.е., а при 90 ц/га з.е. - 565 ц/га з.е. При этом совокупность избыточной части природных ресурсов вовлекается, в первом случае, в объеме -2780 ц/га з.е., что в 4,3 раза больше, чем при традиционной технологии, а во втором - 3935 ц/га з.е., или в 6,1 раза, соответственно. В результате прецизионного мониторинга удалось цифрови-зировать параметры исходных природных ресурсов урожая, что исключает «слепую» работу на земле, а также разработать конвергентные подходы и технологические механизмы и ресурсы для аддитивного использования их избыточной части в рамках управления продуктивностью агроландшафта.
На стыке смежных наук конвергентный подход дает возможность предложить новую парадигму развития богарного земледелия на цифровой приро-доподобной платформе реализации продуктивности конкретного агроландшафта. Данное научное положение позволило разработать практическую концепцию закладки, формирования и сохранения заданных параметров урожая (ЗПУ - 40-90 ц/га з.е.) зерновых культур на основе природопо-добных агротехнологий, где при ЗПУ - 60-90 ц/га з.е. потребление
избыточной части природных ресурсов возрастает в 4,0-6,0 раз, по сравнению с традиционными технологиями. В этом проявляется уникальность природоподобных агротехнологий, которые на основе цифровизации исходных природных ресурсов создают условия рационального использования их «даровой» избыточной части, повышая экологизацию агропро-изводства, с увеличением темпов роста урожайности и производством безопасной, натуральной и «зеленой» продукции со снижением себестоимости зерна в два раза.
Преимущество данной парадигмы еще и в том, что она включает специфические технологические приемы, направленные на осмотический и диффузный подъем влаги из нижних горизонтов почвы до семенного ложе, в засушливых условиях начального периода роста злаков. Это обеспечивает формирование «сильной» корневой системы с проникновением в глубокие горизонты почвы для снабжения культуры влагой и питательными веществами, а также мощного габитуса злаковых растений с пропорциональным увеличением фотосинтетической площади листьев (фото 2). В результате повышается продолжительность и интенсивность процесса фотосинтеза здоровых растений с образованием избытка его продуктов, часть которых по нисходящим токам и корневыми выделениями попадает в почву и служит идеальной углеводно-белковой пищей для почвенной ми-кробиоты, создавая вспышку их размножения, которые усиливают микробиологическую активность
почвы. Это ускоряет минерализацию органики непосредственно под посевами с выделением биогенных питательных веществ, которые становятся доступными и усваиваются растением на последних этапах органогенеза для улучшения качества зерна. Наряду с увеличением темпов роста урожая за счет дополнительно привлеченного объема природных ресурсов, создается высокая биомасса его незерновой части (в 2-4 раза больше нормы), которая во время уборки измельчается и равномерно разбрасывается по полю с последующей заделкой в почву. Накопленные запасы биомассы растительных остатков на фоне высоких агротехнологий относительно стерильны от фи-топатогенных инфекций и интенсивно минерализуются почвенной микробиотой. В результате выделяется более 16 биогенных элементов, которые перекрывают объемы текущего выноса подвижных почвенных ресурсов и стабилизируют исходное плодородие, в дальнейшем способствуя его поступательному воспроизводству со скоростью 1,5-2,0 ц/га з.е. в год.
В условиях глобального изменения климата данное направление получает новую перспективу развития, нацеленную на регулирование углеродного баланса приземного слоя атмосферы. В современные климатические проекты обоснованно встраиваются авторские разработки на природоподобных началах.
В 2015 году впервые заложили и апробировали так называемый «карбоновый полигон» на бедных почвах Республики Мордовия. В одинаковых условиях производственного поля смоделировали два агрофона хлебных злаков (традиционный и природо-подобный - фото 3). Визуальная разница хлебостоя в варианте с привлечением избыточной части природных ресурсов (фото 4) на фоне эффективного плодородия почв свидетельствует о результативности природоподобных агротехнологий ЗПУ, где сформировался здоровый хлебостой с мощным габитусом злаков с прямостоячими крупными листьями. Но из-за отсутствия измерительных приборов не смогли провести количественный учет динамики поглощения СО2 по исследуемым агрофонам. Оценку эффективности потребления парникового
август 2021
/А
лтШИНУМ
газа проводили по конечному результату - по величине биомассы растений (увеличение в 5 раз) и урожаю зерна (4,7 раза) со снопового материала, что наглядно представлено на фото 5-6.
Производственными экспериментами установлена закономерность, что с повышением уровня аддитивных природоподобных агротехнологий ЗПУ 60-110 ц/га з.е. адекватно формируется мощный габитус культурных растений с пропорциональным ростом фотосинтетической площади листьев, что позволяет создавать разного уровня агроценозы для регулирования баланса поглощения углерода из приземного слоя атмосферы. Первые опыты свидетельствуют о перспективности закладки карбоновых полигонов на природоподобной основе с расширением вариантов исследования постепенидекарбонизации в процессе фотосинтеза.
В этом контексте, разработанную нами систему природных критериев производства можно использовать как научно-методический инструментарий для адаптации природоподобных технологий к высокопродуктивным агроландшафтам, наиболее подверженным глобальному потеплению климата, которая с точностью оценивает сезонную и пространственную продуктивность по климатическим факторам, применительно к землепользованию хозяйствующих субъектов, провинции или региона. Это дает возможность составить цифровые карты производительности землепользования и планировать организацию эффективных карбоновых ферм, стабильно обеспечивающих углеродную нейтральность высоким агроце-нозом. Масштабные карбоновые фермы с набором сельхозкультур с интенсивным фотосинтезом в рамках плодосменных севооборотов на землях сельхозназначения в сочетании с окультуренными сельхозугодиями и лесными массивами будут задействованы в системе наблюдения, контроля за эмиссией парниковых газов и содействовать активной утилизации накопленной массы углерода из атмосферы производительной агроэкосистемой. Это будет способствовать снижению ее перегрева с предотвращением последствий острой засухи или переувлажнения почвы с про-
Фото 3. Карбоновый полигон на посевах хлебных злаков (1 - традиционная технология; 2 - природоподобная)
Фото 4. Уборка урожая пшеницы (1 - традиционная; 2 - природоподобная).
Фото 5-6. Сноповой материал и зерно пшеницы с карбонового полигона (1 - традиционная технология; 2 - природоподобная).
мывочным эффектом подвижных почвенных ресурсов, снижающих качество почвы.
Семейная научная школа, имея инновационный опыт по разработке и апробации уникальных природоподобных агротехноло-гий ЗПУ - 60-110 ц/га хлебных злаков, которые могут служить научно-технологической и методической базой для организации сети карбоновых полигонов и эффективных карбоновых ферм
на землях сельхозназначения, одной из первых обратилась к кураторам нового направления - Минобрнауки и Минэкономразвития РФ, а также пилотным и заинтересованным регионам с предложением услуг по реализации Климатических проектов на высокопродуктивных агроланд-шафтах для регулирования углеродного баланса и декарбонизации атмосферы на территории нашей страны.
