Андрей Кузин и Андрей Нагдалян о настоящем и будущем агробиотехнологий

// Андрей Кузин: «Настоящий суверенитет страны определяется не нефтью или ядерным оружием, а способностью прокормить себя»

Примерно в середине XIX — начале XX века началась своеобразная революция, связанная с открытиями в области минерального питания растений. Они заложили основы агрохимии и позволили перейти от эмпирического земледелия к управляемому процессу. Однако сам процесс внедрения удобрений оказался далеко не простым, каким остается и сейчас: одно средство в одних условиях дает впечатляющий эффект, а в других — почти нулевой, что подчеркивает сложность и многогранность аграрного производства.

В СССР велись масштабные исследования в области изучения удобрений, но разработанные микробиологические препараты так и не стали массовой практикой ни в России, ни в мире. Однако сегодня специалисты возвращаются к этим идеям, что обусловлено не столько ностальгией, сколько реальными вызовами: истощением природных ресурсов, в частности фосфорных месторождений, и необходимостью снижать антропогенную нагрузку на почвы. В 2023 году мировой рынок удобрений оценивался в 202 млрд долларов, при этом доля микробиологических удобрений составляла всего около 0,5 млрд в 2021 году. К концу десятилетия прогнозируется удвоение этого сегмента.

Плоды сорта «ветеран». Источник: авторы исследования

Важно понимать, что микробиологические препараты — это не удобрения в классическом смысле: они не содержат азота, фосфора или калия, а привносят в почву живые микроорганизмы, способные, например, переводить недоступные формы фосфора в усвояемые растениями. Это особенно актуально для регионов с кислыми почвами, где интенсивное садоводство и капельное орошение с одновременным внесением удобрений усиливают закисление. При этом такие препараты не вызывают избыточного загрязнения почвы и могут оказывать сопутствующие положительные эффекты — от стимуляции роста до подавления патогенов. Но их применение сопряжено с множеством нюансов: живые организмы чувствительны к температуре, влажности, составу почвы, взаимодействию с другими микроорганизмами и даже с минеральными удобрениями. Опыты показывают: совместное внесение микробиологических и минеральных средств может снижать эффективность первых, тогда как раздельное применение дает лучший результат.

Таким образом, сельское хозяйство остается областью, где наука сталкивается с непредсказуемостью природы: даже самый точный расчет может быть сведен на нет заморозками, засухой или дождливым летом. Урожай яблони, например, зависит не только от удобрений, но и от условий закладки плодовых почек за год до сбора, устойчивости к зимним холодам и защиты от болезней в период вегетации. Поэтому агрономия по-прежнему сочетает в себе элементы точной науки и своего рода колдовства — искусства управлять множеством переменных, большинство из которых человек контролировать не в силах. В этих условиях микробиологические удобрения не становятся панацеей, но представляют собой важный инструмент в стремлении к более устойчивому, экологичному и ресурсосберегающему земледелию. Их перспектива — не в замене традиционных методов, а в их разумном сочетании, в поиске баланса между научной строгостью и природной сложностью.

В рамках проекта, поддержанного РНФ, мы тестируем разные рыночные препараты. У каждого свой состав. Есть удобрения, состоящие из нескольких микроорганизмов — фиксирующие азот, растворяющие фосфор, повышающие доступность калия. А есть однокомпонентные, которые не влияют напрямую на количество поступающих к растению минеральных веществ, а подавляют болезнетворную микрофлору, то есть защищают корни от гнили. 

Научный коллектив лаборатории (слева направо), нижний ряд: м. н. с. Екатерина Грошева, руководитель лаборатории Андрей Кузин, с. н. с Марина Маслова. Верхний ряд: м. н. с. Владимир Назаров, м. н. с. Светлана Карпухина, м. н. с. Анастасия Шмакова. Источник: авторы исследования

Наша задача — понять, как внесение таких культур влияет не только на урожай, но и на саму почвенную микробиоту. Это крайне важно, поскольку, с одной стороны, мы говорим об экологизации, с другой — никто толком не знает, какие долгосрочные последствия может иметь регулярное внесение «чужих» штаммов. Например, есть данные о многолетнем применении микробиологического препарата, который сначала обеспечивал рост урожайности, а потом стал угнетать культуры, возможно, из-за подавления аборигенной микрофлоры. Поэтому наши исследования рассчитаны не на один год: урожай яблони — это результат как текущего сезона, так и условий предыдущих лет, особенно закладки плодовых почек.

Мы работаем с двумя типами садов: традиционным — с объемными кронами и большим расстоянием между деревьями сорта «Ветеран», — и интенсивным, где посажен сорт «Рождественское». Минеральные удобрения вносим через капельное орошение, а микробиологические — отдельно, гербицидником в приствольную полосу, так как их совместное применение снижает эффективность. Мы тестируем три микробиологических препарата в сочетании с пониженными дозами минеральных удобрений, чтобы найти баланс, позволяющий снизить дозы химии без потери урожайности. Также мы исследуем удобрения в лаборатории: в контролируемых условиях проверяем, как они работают без влияния погоды, влажности и других полевых факторов.

Внесение микробиологических удобрений в пристальную полосу. Источник: авторы исследования

По прогнозам, рынок микробиологических и органических удобрений будет расти в разы. Это не просто тренд, а необходимость. За последние десятилетия в Центральном черноземье и на юге страны заложено огромное количество садов, но часто без должного научного сопровождения. Многие саженцы завозили из-за рубежа — например из Сербии, поэтому они плохо адаптированы к нашим условиям. Кроме того, возникли серьезные проблемы с кислотностью почв: внесение удобрений через систему капельного орошения, особенно с промывками системы азотной или фосфорной кислотой, постепенно подкисляет почву. Традиционное известкование не всегда подходит. Здесь альтернативой могут стать микробиологические препараты — не просто как источник питания, а как инструмент регулирования почвенного фона и подавления патогенов.

Кандидат сельскохозяйственных наук Иван Шамшин в лаборатории. Источник: авторы исследования

Однако сегодня российский рынок еще невелик, а эффективных, по-настоящему универсальных штаммов недостаточно. Как не хватает и исследований для разработки рекомендаций по внесению таких удобрений в промышленных садах. В связи с чем нужно проводить целенаправленные работы в области селекции и адаптации микроорганизмов не только под культуру, но и под конкретный тип почвы. Это сложная задача, но она жизненно важна, особенно на фоне исчерпания фосфорных ресурсов и растущего понимания, что настоящий суверенитет страны определяется не нефтью или ядерным оружием, а способностью прокормить себя.

У России для обеспечения суверенитета есть все основания: огромные территории, плодородные земли. И микробиологические удобрения — хоть и малая часть, но важная часть в масштабах агросистемы. Как говорил в мультипликационном фильме «Вокруг света за 80 дней» персонаж Филеас Фогг: «Жизнь — цепь, а мелочи в ней — звенья. Нельзя звену не придавать значения».

Даже при рекордных урожаях — около 4 миллионов тонн — нам не хватает яблок: потребность страны составляет порядка 5 миллионов тонн. Так что впереди еще много работы с сортами, технологиями, кадрами. И микробиологические удобрения — лишь небольшая, но важная часть этого большого пути.

// Андрей Нагдалян: «Методы модификации семян стимулируют рост и развитие растений, а также обогащают их полезными веществами»

Технологический прорыв в области агробиотехнологий стал возможен благодаря ряду фундаментальных открытий. Системные изменения в методах исследований привели к появлению новых подходов в агросекторе. Внедрение цифровых технологий, развитие методов точного земледелия и применение искусственного интеллекта для анализа данных позволили создать принципиально новую модель сельскохозяйственного производства. Например, CRISPR-технологии дают возможность точечно модифицировать геном растений, создавая устойчивые сорта. Метагеномные исследования раскрывают потенциал почвенных микроорганизмов, искусственный интеллект интегрируется в системы управления агропроизводством. 

Особое значение имеют достижения в области нанотехнологий, позволяющие создавать целевые формы микроэлементов с повышенной доступностью для организма. При поддержке РНФ мы разрабатываем новые высокостабильные, биологически активные наноразмерные формы эссенциальных микроэлементов для биологической модификации пищевых и кормовых сельскохозяйственных культур и повышения их устойчивости к стрессовым условиям окружающей среды. Речь идет о важных минеральных веществах, таких как железо, цинк, йод и других, необходимых нашему организму для нормальной работы органов и поддержания здоровья. 

В ходе проекта мы достигли значительных результатов, которые, я надеюсь, внесут существенный вклад в развитие отечественного агропромышленного комплекса. В частности, мы получили стабильные наночастицы микроэлементов и установили закономерности их взаимодействия с растительными тканями. Особое внимание уделялось определению оптимальных составов для различных культур, что имеет прямое отношение к задачам импортозамещения в агросекторе.

Мы разработали методы модификации семян и исследовали влияние наночастиц на рост и развитие растений. База данных по эффективности применения наночастиц позволяет формировать новые подходы к повышению урожайности и качества сельскохозяйственной продукции. 

Важно отметить, что предлагаемая нами методология обработки семян сельскохозяйственных культур демонстрирует двойной эффект воздействия на растения. С одной стороны, улучшаются адаптационные способности растений к различным стрессовым факторам, а также стимулируются их рост и развитие. С другой стороны, они обогащаются полезными веществами: наночастицы микроэлементов встраиваются в биологические процессы растений, формируя металлопротеины, ферменты, фитогормоны и другие важные соединения. Впервые нам удалось добиться создания биодоступной формы микроэлементов, что делает их эффективными как для животных, так и для человека. Это особенно важно для преодоления дефицита элементов в рационе населения. 

Уже в процессе работы над проектом мы выстроили диалог с сельскохозяйственными предприятиями Ставропольского края и других регионов, чтобы обсудить внедрение наших исследований. Современные реалии меняют парадигму о роли фундаментальной науки: сегодня прикладные исследования могут и должны переходить к внедрению в реальные технологии в максимально быстро. По крайней мере, в области сельского хозяйства. Рынок к этому готов. Кроме того, в ходе проекта в университете была создана новая лаборатория агробиотехнологии, а затем факультет сельского хозяйства. 

Будущее агробиотехнологий напрямую связано с развитием инноваций. Большое внимание будет уделяться созданию новых форм функциональных продуктов питания, разработке устойчивых к стрессам культур и внедрению экологически безопасных технологий. Стратегические приоритеты развития включают повышение эффективности сельскохозяйственного производства, обеспечение продовольственной безопасности и развитие экспортного потенциала. По словам министра сельского хозяйства Оксаны Николаевны Лут, внедрение современных технологий в агросектор способствует созданию новых рабочих мест в сельской местности и повышению конкурентоспособности отечественного АПК.

В ближайшие годы агропромышленный комплекс России ожидает масштабная технологическая трансформация, во многом связанная с активным внедрением искусственного интеллекта и цифровых технологий. Согласно Национальной стратегии развития искусственного интеллекта до 2030 года, сельское хозяйство входит в число приоритетных отраслей для цифровизации.

Источник: Издательство «Редколлегия»

Современные ИИ-технологии позволяют создавать интеллектуальные системы управления агропроизводством, которые анализируют огромные массивы данных и принимают оптимальные решения в режиме реального времени. Уже сегодня внедрение технологий на основе искусственного интеллекта ускоряют выявление болезней растений, оптимизируют использование удобрений, повышают точность планирования урожая, автоматизируют процессы мониторинга состояния посевов, а также совершенствуют работу сельскохозяйственной техники. В ближайшие 5–10 лет будут развиваться системы компьютерного зрения для мониторинга состояния растений, технологии создания цифровых двойников полей, машинное обучение для прогнозирования урожайности, автономная сельхозтехника с ИИ-управлением, интеллектуальные системы управления агропроизводством. 

Экологический аспект внедрения ИИ-технологий приобретает особую значимость в контексте устойчивого развития агросектора. Интеллектуальные системы помогают оптимизировать использование ресурсов, минимизировать воздействие на окружающую среду и повышать эффективность производства.

*** 

Интервью вошли в специальную рубрику «Мнение» корпоративного журнала «Открывай с РНФ» (№ 31).  

В новом выпуске грантополучатели РНФ представили ход и результаты проектов в области сельского хозяйства.