Как беспилотники и модифицированные бактерии развивают сельское хозяйство

Фото: ИОХ РАН 

О важности сельского хозяйства можно говорить много – эта область оказывает большое влияние на ключевые сферы жизнедеятельности человека: от экономики до вопросов устойчивого развития окружающей среды. О том, какие научные исследования сегодня проводят в области сельского хозяйства – в нашем материале. 

Беспилотники и самолеты для борьбы с сорняками 

Химическая обработка полей от вредителей, мониторинг состояния агрокультур, борьба с сорняками – все эти виды работ требуют эффективных высокотехнологичных решений. Поэтому в Московском авиационном институте разрабатывается ряд беспилотных систем для сельскохозяйственных нужд. Например, они могут решить проблему возникновения очагов сорных растений в глубине поля, обнаружить которые можно только с воздуха или при помощи спутниковых снимков.

В МАИ предложили комплекс с БПЛА мультироторной (вертолетной) и самолетной схем:  беспилотный самолет осуществляет съемку полей, при обработке данных выявляются очаги загрязнения, а для внесения гербицидов в район отправляется мультикоптер с запасом действующего вещества.

Помимо этого, Московский авиационный институт и Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ договорились о разработке системы борьбы с борщевиком с применением нового подхода. Существующие средства позволяют уничтожать только стебли и корни растения, оставляя нерешенной проблему распространения семян. Специалисты ВИМ и МАИ разработали комплексную методику борьбы с борщевиком и его семенами, основанную на применении беспилотных наземных и воздушных средств. В настоящее время авиационные химические работы проводятся с использованием самолетов Ан-2, вертолетов Ми-2 и сверхлегких летательных аппаратов. Они не имеют систем автоматического пилотирования, что снижает качество распыления за счет неравномерного внесения действующих веществ. «Специалистами Центра беспилотных летательных аппаратов МАИ была разработана регистрирующая аппаратура, устанавливаемая на пилотируемые воздушные суда, которая позволяет визуализировать траекторные параметры, зону, в которую были внесены препараты, и оценивать качество внесения», – рассказывает заместитель директора центра БПЛА МАИ Максим Калягин.

В рамках развития этого проекта ведется работа над прибором для осуществления авиахимработ на более качественном уровне. Совместно с центром БРЭО МАИ была разработана эргономическая система индикации и программно-аппаратная часть. В настоящее время идет сборка опытного образца. По оценкам специалистов центра БПЛА, применение этого решения позволит увеличить урожайность на 10–15 %. 

Микробы на страже сельского хозяйства 

Микробы и бактерии – это не всегда плохо. Есть такие микроорганизмы – и их немало – которые помогают человечеству. Нужно только суметь поставить их на службу прогрессу, как это делают в Тульском государственном университете.

Коллективом кафедр химии и биотехнологии ТулГУ разработан экспресс-анализатор токсичности водных сред, который позволяет проводить оценку загрязнения воды в течение нескольких минут, используя биопрепараты биолюминесцентных бактерий.

Из-за активного использования в сельском хозяйстве различных химических веществ – пестицидов и гербицидов – возможно загрязнение поверхностных вод. Поэтому сегодня исследователи работают над улучшением методик оценки вод по показателям безопасности для здоровья человека. Традиционные химические методы показывают меньшую эффективность по сравнению с применением микроорганизмов, поэтому ученые ТулГУ предложили использовать микробные биосенсоры. 

Примером успешного использования микроорганизмов для оценки токсичности является британский прибор Microtox, стоимость которого превышает 1,5 млн рублей. Цена отечественного аналога Биотокс-10М – порядка 380 тыс. рублей. «Созданная нами модель позволит еще более удешевить процесс анализа, сделать его проще и быстрее, что будет способствовать более массовому внедрению таких систем, а, значит, в перспективе положительно скажется и на сельском хозяйстве, и на здоровье людей», – объясняет доцент кафедры химии ТулГУ Вячеслав Арляпов.

Научная группа уже создала  анализатор кюветного типа, который включает в себя измерительную кювету, измерительный биоэлектрод, хлоридсеребряный электрод сравнения, магнитную мешалку, электронный блок и компьютерную программу управления режимами работы, регистрации и обработки данных. Лабораторная модель работает относительно просто, а используемые микроорганизмы дешевле, чем на существующих аналогах. Следующий шаг для ученых – разработка концепции серийного выпуска экспресс-анализатора и запуск его производства. 

Новые химические соединения для защиты растений 

Современное растениеводство невозможно представить без применения химических средств защиты растений – фунгицидов. Грибы, бактерии, насекомые, нематоды и другие фитопатогены могут значительно снижать качество урожая и угрожать продовольственной безопасности страны. Одной из основных проблем химической защиты растений является выработка устойчивости – резистентности – у фитопатогенов. Решить проблему поможет создание принципиально новых классов средств защиты растений. 

Исследователи из Института органической химии РАН под руководством член-корреспондента Александра Терентьева совместно с сотрудниками ВНИИ Фитопатологии и РХТУ имени Менделеева разработали новый класс фунгицидов для обработки семян перед посевом. Новые соединения созданы на основе стабильных циклических органических пероксидов для защиты растений и повышения урожайности. Предварительные полевые исследования ряда веществ, использованных в качестве протравителей семян пшеницы, позволили повысить урожайность на 5-8%. Более того, циклические пероксиды безопасны для насекомых-опылителей. 

«Мы разработали принципиально новые и в то же время простые в технологическом исполнении и малоотходные подходы к синтезу новых типов органических соединений для защиты растений — циклических органических пероксидов. Эта находка открывает перспективу создания на их основе эффективных агропрепаратов, которые существенно отличаются по структуре от существующих агентов и могут быть использованы самостоятельно или в композициях с целью защиты сельскохозяйственных культур», — комментирует Александр Терентьев, член-корреспондент РАН, заместитель директора ИОХ РАН, доктор химических наук.

Система навигации для сельского хозяйства 

Ученые Пензенского государственного университета создают первую в России систему навигации для сельского хозяйства. «Над ней работают теоретики и практики, собирая воедино все знания об обработке почвы. Система призвана облегчить фермерам принятие ежедневных решений, от которых в итоге зависит урожайность», – рассказывает доцент кафедры «Транспортные машины» ПГУ Александра Генералова.

Система будет обеспечивать навигацию и позиционирование повышенной точности сельскохозяйственной техники. Дополнительной функцией системы будет формирование и визуализация 3D-карты местности, что позволит производить работы в любое время суток, а также более точно, с учетом неровности ландшафта, планировать посевные и уборочные работы.

Разработкой ученых можно будет комплектовать как уже разработанные и эксплуатируемые виды техники, так и вновь проектируемые.