Агротехнологии настоящего и будущего. Пресс-тур «Научной России» и РАН в Тимирязевской академии

4 июля в Российском государственном аграрном университете — МСХА им. К.А. Тимирязева прошел пресс-тур с участием российских и иностранных СМИ, организованный порталом «Научная Россия» совместно с Российской академией наук. Тимирязевская академия открыла для гостей свои лаборатории и теплицы, а ученые и преподаватели рассказали о новейших отечественных разработках в области сельского хозяйства, которые особенно актуальны в условиях развития импортонезависимости страны. Журналистам представили сити-фермы и вертикальные теплицы для работы в условиях Арктики, новые сорта люпина, способные заменить сою, проекты с использованием искусственного интеллекта в сельском хозяйстве, уникальный сплав для строительной и сельскохозяйственной техники на замену импортному, технологии ускоренного размножения растительных культур и многое другое. Рассказываем, как это было! 

Перед тем как отправиться в лаборатории, со вступительным словом выступил проректор по науке и инновационному развитию Алексей Владимирович Журавлев. Он, в частности, сказал: «Большое спасибо за то внимание, которое вы оказываете нашей академии. Тимирязевская академия сегодня является лидером среди научно-образовательных и научно-исследовательских институтов в области агропромышленного комплекса <…> Согласно стратегии обеспечения продовольственной безопасности страны, перед нами стоит задача по созданию и развитию новых сортов растений и животных, в том числе формирования банка отечественных семян всех культур. Мы смогли достичь больших результатов и хотим показать в комплексе, что на каком этапе у нас находится». 

Первой точкой маршрута пресс-тура стал блок исследований по Арктике «Арктика — новая целина». Ученые лаборатории искусственного климата продемонстрировали принципы работы сити-ферм, вертикальных теплиц, технологии светокультуры растений. 

Умные сити-фермы — мобильные теплицы для выращивания экологически чистых растений в черте города, в данном случае в арктических регионах России, которые позволяют не зависеть от природных условий. На основе искусственного интеллекта теплицы способны управлять продукционным процессом растений без участия человека. Одна из основных задач подобных установок — повышение качества жизни населения отдаленных регионов. «Проводя аналитику по развитию Севера, можно заметить, как много там портов, аэродромов, сколько высококвалифицированных специалистов, качество жизни которых нужно улучшать. Если они будут есть свежие ягоды, овощи, зелень, то жизнь будет приятная, и вахтовики захотят возвращаться в регион», — отметил инженер-исследователь НЦМУ «Агротехнологии будущего» лаборатории искусственного климата Иван Сергеевич Чуксин.

Ученые рассказали о возможностях технологии светокультуры растений. В частности, с помощью различных соотношений спектров света можно менять состав и вкус плодов. И даже выращивать персонализированную еду, которая подойдет под конкретного человека, например, если у него есть особые диетические предпочтения или медицинские рекомендации. «Один из примеров — выращивание стевии. Стевиозиды в 300 раз слаще сахарозы, заменители сахара, и в то же время безвредны для больных диабетом», — рассказал заведующий кафедрой физиологии растений Иван Германович Тараканов. 

В оснащении вертикальных ферм используются светодиодные облучатели. Расход электроэнергии у светодиодов на килограмм зеленой массы в два раза меньше, чем при использовании натриевых ламп высокого давления. При этом  у светодиодов высокий срок службы и малая теплоотдача, они не перегревают растения и служат наиболее подходящим источником облучения. 

К тому же в рамках лаборатории искусственного климата работают обучающие центры для детей, где они учатся новым технологическим подходам работы с растениями. «Например, в Салехарде дети обучают нейросеть, которая с помощью квадрокоптеров с камерой определяет характеристику биомассы — состояние растений. Так дети через цифровые технологии осваивают биологию и заходят в нашу область», — И.С. Чуксин.

На следующей точке маршрута ученые-селекционеры рассказали о разрабатываемых сортах люпина. По словам специалистов, в настоящее время в промышленном животноводстве остро чувствуется проблема белковой независимости, и именно люпин может стать альтернативой импортной сои. «Люпин урожайнее сои практически в два раза, его зерна вдвое крупнее зерна сои, он содержит достаточно много аминокислот белка и масла. Из 14 сортов люпина белого 8 получены в Тимирязевской академии, они созданы в засушливых условиях, поэтому отличаются засухоустойчивостью и высокой урожайностью. Бобы собраны у растений в верхней части семени, что позволяет избежать потерь при уборке, что типично для сои. Также затраты на производство в два раза ниже, так как он возделывается без применения азотных и фосфорных удобрений. То есть урожайность люпина белого в два раза выше, а стоимость возделывания в два раза ниже», — подчеркнула зав. кафедрой растениеводства и луговых экосистем Александра Васильевна Шитикова.

В отличие от сои, люпин не содержит ингибиторов трипсина и может использоваться в корме без тепловой обработки.  В последнее время в странах Евросоюза, Америки и Австралии люпиновая мука используется для приготовления пищевых продуктов. В России тоже проводятся подобные исследования и уже созданы экспериментальные партии продуктов питания на основе белка люпина белого.

«Эта перспективная культура в ближайшее время должна занять достойные площади в стране, решить проблемы белковой независимости и ограничить зависимость РФ от импорта сои», — заключила А.В. Шитикова.

Еще один важный пласт работы Тимирязевской академии — ускорение селекционных процессов растений. «Мы берем гаплоидные клетки, микроспоры, которые потом превратятся в пыльцу, высаживаем на питательную среду и получаем эмбриоиды, удваиваем их и за один год создаем чистую линию, на создание которой селекционер тратит 8-12-15 лет», — рассказала доцент кафедры ботаники, селекции и семеноводства садовых растений Анастасия Васильевна Вишнякова. 

Также биотехнологии помогают селекционерам с исходным материалом. Например, методом гибридизации передают устойчивые свойства от вида к виду. Таким способом удалось получить первые в России устойчивый к пероноспорозу и толерантный к фомозу корней гибрид лука репчатого и устойчивый к киле гибрид раннеспелой капусты белокочанной. 

Помимо лабораторий, гости посетили главные зоны полевых работ — теплицы Российского государственного аграрного университета. И.о. зав. кафедры овцеводства Вера Ивановна Терехова провела съемочную группу по теплице, где разместилось великое множество гибридов томата. Здесь на протяжении многих лет преподаватели, студенты и аспиранты совместно разрабатывают технологии по выращиванию овощных растений. В условиях определенного микроклимата на перспективных отечественных гибридах специалисты отрабатывают элементы технологии, которые должны влиять на товарные и вкусовые качества растений.

Интересный тренд последних лет, который поддерживает Тимирязевская академия, — многосортовые прививки, когда на одном растении прививаются сорта разных сроков созревания и разных окрасов. В условиях ограниченной площади, когда садоводам важна декоративная составляющая, а не промышленные масштабы, несколько таких растений станут отличным решением. Также селекционеры показали гостям гибрид грецкого ореха, подходящий для климатического потенциала средней полосы. В чистом виде он обладает невысокой зимостойкостью, поэтому его скрестили с орехом маньчжурским, серым, черным и айлантолистным. Так получилась устойчивая к холоду культура. В будущем ученые планируют создать гибридные формы, которые можно будут выращивать и в северных регионах. Растения обладают не только пищевой ценностью, все зеленые части содержат ряд летучих органических соединений, которые очищают воздух, поэтому могут использоваться для озеленения крупных мегаполисов. 

Следующая остановка в маршруте пресс-тура — лаборатория искусственного интеллекта в сельском хозяйстве. Сотрудники кафедры совместно со студентами занимаются разработками с применением ИИ. Например, применяют компьютерное зрение в управлении животноводством. Таким образом можно без участия оператора проводить исследования и регистрировать животноводческие процессы в помещении. Присутствие людей может вызвать у животных дополнительный стресс и создать заражения посетителей бактериями. «Системы компьютерного зрения позволяют минимизировать стрессовые ситуации. ПО позволяет регистрировать видеоизображения коров и анализировать их поведение в реальном времени. Здесь используется комбинация из двух нейросетей: одна выделяет слой признаков изображения, то есть обнаруживает объекты, и переносит в нейронную сеть, которая обрабатывает характер движения коровы. По движению можно определить стадию пловой охоты, наличие заболеваний. Например, если корова вялая или буйная — вызвать ветеринара», — рассказала доцент кафедры прикладной информатики зав. лабораторией искусственного интеллекта Анастасия Владимировна Греченева. 

Далее участники пресс-тура отправились в лабораторию металловедения, где разрабатывается сталь с повышенными эксплуатационными характеристиками для строительной и сельскохозяйственной техники. Улучшенные материалы должны прийти на смену российской стали, характеристики которой не менялись с 1930 г., и конкурировать с импортными сплавами. «На сегодняшний день качество сплавов не соответствует современным требованиям и по износостойкости уступает зарубежным аналогам. Большинство продукции импортируется. В строительной технике, например, зуб ковша закупается за рубежом. С такими же проблемами сталкивается сельскохозяйственная техника. Поэтому перед нами стояла задача создать такой материал, который позволил бы конкурировать с импортными изделиями и обладать высокими характеристиками. На сегодняшний день мы разработали рецептуру металлов, получили патент и проводим лабораторные, стендовые и полевые испытания. По результатам будет принято решение о серийном выпуске изделий из разработанного металла», — рассказал Сергей Михайлович Гайдар, заведующий лабораторией межфазных физико-химических процессов и кафедры материаловедения и технологий машиностроения.

Последней локацией в маршруте стали поля Экологического стационара, где проходит тестирование первый прототип агроэкологического датчика мониторинга. Он позволяет в течение всего вегетационного сезона получать информацию о высоте растительности, запасах влаги, входящей радиации, температуре и влажности воздуха, и на основе этих данных принимать агротехнические решения, чем обычно занимается агроном. Другими словами, это некий умный помощник агронома. Говорить о внедрении и искать массовых производителей можно будет после тестирования второго прототипа.

«Эти датчики — переход от интернета-вещей к интернету природы. Разработка имеет широкий спектр применений. С одной стороны, это помощник агронома, с другой — это неподкупный агроном. Устройство передает объективную информацию, которая будет интересна всем. Например, страховым компаниям, кредитующим фермеров. Мы попытались дать сельскому хозяйству в очень дешевом компактном виде как можно больше данных», ­— отметил доцент кафедры экологии Тимирязевской академии Алексей Михайлович Ярославцев.