КазНАИУ: об исследовательских центрах устойчивого земледелия и растениеводства
Климат в Казахстане резко континентальный, на практике из 5 лет 2-3 года бывают засушливыми. Поэтому из-за изменения климата в республике происходят процессы опустынивания, эрозии почвы и уменьшения поверхностного плодородного слоя, что приводит к деградации земли, в частности, пастбищ. Все это влияет на развитие сельскохозяйственной отрасли. На решение вышеперечисленных проблем направлена деятельность Исследовательского центра устойчивого земледелия и Международного исследовательского центра управления производством продукции растениеводства Казахского национального аграрного исследовательского университета (КазНАИУ).
Цель Исследовательского центра устойчивого земледелия – изучение экосистемы для эффективного использования природных ресурсов (земельных и водных), проведение мониторинга и оценки состояния почв для устойчивого развития АПК страны.
Центр оснащен современным оборудованием, которое позволяет с помощью беспилотного летательного аппарата и роботизированных платформ оценивать состояние полей. Полученные данные используются для прогнозирования урожайности, расчета нормы высева семян, внесения удобрений и средств защиты растений, расчета необходимого объема финансирования для возделывания сельскохозяйственных культур.
Ученые центра тесно сотрудничают с международными партнерами. Например, в центре реализуется проект по линии Азиатского Банка Развития, Департамента Сельского Хозяйства США (USDA) и Университета Штата Мичиган (MSU) по оценке ресурсного потенциала отрасли животноводства в Акмолинской области. В результате реализации проекта на основе собранных данных была создана Система поддержки принятия решений (Decision Support System), с помощью которой можно провести оценку устойчивости пастбищ с использованием функции гидрологических процессов, процессов эрозии почвы. В рамках проекта создан Казахстанско-Американский исследовательский центр оценки и восстановления деградированных пастбищ.
Был реализован проект, финансируемый Азиатским Банком развития, при поддержке ученых Университета Штата Мичиган, отечественных и международных экспертов по моделированию и прогнозированию наводнений в целях снижения риска чрезвычайных ситуаций. В результате была создана геопространственная база данных для моделирования результатов, дана оценка факторов наводнения и приведены расчетные параметры потенциальных наводнений на примере Алматинской области. Данный проект был предложен для внедрения органом ЧС данного региона.
Ученые центра работают над международным проектом по линии NASA совместно с учеными Университета Штата Мичиган, Гуманитарным университетом Монголии и Монгольской академии наук по теме: «Взаимозависимая динамика продуктов питания, энергии и воды в Казахстане и Монголии: связанная с изменением в землепользовании и земном покрове с переходными социально-экологическими системами». В рамках проекта функционирует Международный исследовательский центр мониторинга экосистем (США, Монголия).
Цель данного проекта – изучить изменения, которые произошли за последние 40 лет в продуктивности пастбищ, использовании энергии и воды при ведении кочевого животноводства Казахстана и Монголии и установить их взаимозависимость.
Были проведены измерения чистой первичной продукции пастбищ, которая является важным для выявления антропогенного воздействия на экосистему. По результатам непрерывного дистанционного измерения первичной продукции пастбищ с помощью использования спутниковой системы MODIS составлены карты распределения биомассы, количества испаренной влаги, а также определены самые продуктивные экосистемы в Акмолинской, Алматинской и Актюбинской областях.
Для исследования были взяты данные из метеорологических станций, ведущие наблюдения по единой программе и в строго установленные сроки для определения возможности оценить влияние климатического изменения на продуктивность пастбищных угодий. Результаты мониторинга позволили установить периоды продуктивности пастбищ и разработать график выпаса животных.
Изучена активность использования чабанами пастбищ в Алматинской области с применением GPS-трекеров. Учеными было проведено социально-экономическое анкетирование более 100 чабанов по использованию пастбищ в перечисленных регионах. По результатам полученных данных разработаны рекомендации и сценарии по продуктивности пастбищ Казахстана и Монголии в предстоящие годы.
Учеными центра реализуется научный проект «Влияние чрезмерного водопользования и интенсификации сельского хозяйства на высыхание Аральского моря: динамика СЭС в бассейне реки Сырдарьи» по Программе «Налаживание партнерства для повышения участия в научных исследованиях» (PEER), финансируемое Национальной академии наук, техники и медицины США (“NAS”) при поддержке Агентства США по Международному Развитию (USAID).
Цель проекта – изучить изменения климата и ландшафтов в пределах водных ресурсов бассейна реки Сырдарьи, питающей Аральское море, а также социально-экологические последствия для экосистем данного бассейна.
Изучено влияние климата на качество воды путем моделирования различных сценариев, таких как изменение климата, управление водными ресурсами для обводнения пастбищ. Результаты исследования представлены работникам аграрной сферы для разработки возможных мер по адаптации данных сценариев. Были установлены специализированные сенсоры с метеорологическим измерениями (Campbell Scientific) в Арало-Сырдарьинском районе для непрерывного измерения эффективности использования водных ресурсов в трех исследуемых участках для орошения сельскохозяйственных культур. По данному проекту был проведен сбор данных для моделирования. Эта работа выполнялась совместно с учеными из университета Штата Южной Дакоты (США).
Учеными также проводятся исследования по проекту на тему «Оценка эффективности различных систем землепользования для смягчения изменение климата посредством снижения выброса парниковых газов и увеличение альбедо». В учебно-опытном хозяйстве университета установлены измерительные камеры по сбору образцов выброса парниковых газов разными сельскохозяйственными культурами, а также метеорологические станции с сенсорами, которые определяют влажность и температуру почвы. Сенсоры позволяют непрерывно измерять изменение показателей в почвах.
Цель исследования: провести оценку эмиссии парниковых газов (CO2, CH4 и N2O) и альбедо в пахотных почвах при использовании удобрений и применении различных видов обработки почвы для разных сельскохозяйственных культур. Такие исследования позволяют оценить влияние традиционных и эффективных методов на выбросы, а также снизить негативное влияние сельского хозяйства на глобальное изменение климата.
Коллабораторами из Государственного университета штата Мичиган были предоставлены измерители выбросов парникового газа CO2 от почвенного покрова компании LICOR. Они позволяют изучить влияние выбросов из почвы, занятой покровными культурами (кукуруза, пшеница, рожь) с внесением органических и минеральных удобрений.
На базе центра внедрена акселерационная программа стартап проектов, которая занимается их реализацией, начиная от идеи и до коммерциализации. Один из самых успешных реализованных проектов является «UAV GROUP», в рамках которого молодые ученые занимаются внедрением цифровых технологий в различные сферы экономики. За короткое время ими выполнен ряд работ в агропромышленном, индустриальном и градостроительном секторах.
Центр также занимается дистанционным зондированием земли с использованием беспилотных летательных аппаратов со специализированными сенсорами на борту. В результате исследований составляются интерактивные карты полей, по которым можно произвести оценку растительного покрова, а также точечно определить участки поля, поврежденные вредителями или болезнями. Данные технологии помогают фермерам оптимизировать внесение удобрений, гербицидов, что позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных культур.
Все карты идентифицируются точечно GPS координатами, что позволяет ученым-почвоведам и агрономам точечно брать пробы почв и наземной части растений, а затем в лаборатории проводить анализы.
Например, проведено исследование на 120 га люцерны в ТОО «Амиран». Зондирование полей и анализ вегетационного индекса NDVI позволил определить зоны стресса растительности. Наземные пробы выявили причину угнетенности культуры. Благодаря своевременно принятым мерам фермеры смогли сократить количество вносимых гербицидов и пестицидов на 20%, снизить расходы на ГСМ и тем самым повысить урожайность люцерны на 30%.
Такие исследования позволяют проводить инвентаризацию земель, определять экспозицию склона и угол наклона местности, что важно для организации системы орошения.
Детальный ортофотоплан полей с максимальной детализацией объектов, в частности, позволяет определить степень всхожести сельскохозяйственных культур, создать топографический план местности, провести мониторинг земель, подсчитать количество деревьев и др. Все карты имеют GPS привязку в местной системе координат WGS-84. Карты высокого разрешения и составляет 2-5 см/пиксель.
Выполняется новый перспективный проект, где с помощью дронов в автоматическом режиме определяется местонахождение крупного рогатого скота, можно посчитать их поголовье, а также найти потерявшихся животных.
В состав центра входит исследовательская лаборатория управления природными ресурсами и устойчивого развития экосистем. Лаборатория проводит анализ образцов почв, растений и воды по заказу фермерских и крестьянских хозяйств. Преимущество лаборатории заключается в том, что можно за 3-4 часа получить результаты анализов 100 образцов почвы.
В лаборатории проводится агрохимический анализ почвы. В частности, используются космические снимки и съемки с беспилотных летательных аппаратов или дронов сверхвысокого разрешения, на которые наносятся контуры каждого поля хозяйства и накладывается цифровая карта почв. Это позволяет заблаговременно определить места отбора проб почвы, обозначить их географические координаты и сформировать план-задание на выполнение полевых работ. По результатам агрохимического анализа почвы разрабатывается электронная интерактивная карта полей хозяйства, которая содержит схему с информацией по каждому полю, контуры грунтовых участков с их названиями и точками сбора проб с агрохимическими показателями.
Результаты агрохимического анализа почвы позволяют сделать точные расчеты доз минеральных удобрений для внесения под планируемый урожай. Это позволят предпринимателям сэкономить на закупке минеральных удобрений.
Таким образом, формируется электронная геопространственная база данных хозяйства. Ее можно ежегодно или ежемесячно пополнять информацией, которая интересует землепользователя – погодные условия, агротехнические, организационные мероприятия, применение пестицидов, удобрений или любой другой. Электронная карта полей позволяет оперативно получать информацию по каждому полю или точке отбора почвы, не прибегая к неудобным в использовании таблицам.
Обострение мировой продовольственной проблемы в XXI веке обусловлено, главным образом, более высокими темпами роста численности населения по сравнению с низкими темпами роста производства продуктов питания и резким сокращением основных ресурсов, необходимых для производства сельскохозяйственной продукции.
Поэтому для дальнейшего качественного развития сельского хозяйства в республике необходимо в:
– технологической сфере – развивать ресурсосберегающие технологии, применять мультиоперационные сельхозмашины и оборудования, космическое зондирование и мониторинг экосистем, дифференциации агротехнологий в соответствии почвенно-климатическими условиями регионов;
– образовательной сфере – вести подготовку и повышение квалификации кадрового потенциала АПК, усилить сотрудничество с образовательными учреждениями стран ближнего и дальнего зарубежья;
– научной сфере – создать международный научный консорциум с ведущими зарубежными и отечественными экспертами и организациями с целью внедрения инновационных технологий.
Для эффективного управления сельскохозяйственным производством, в частности, продукцией растениеводства, в университете создан Международный исследовательский центр управления производством продукции растениеводства, который осуществляет научно-исследовательские работы по производству продукции растениеводства.
Целью центра является развитие инновационных технологий в области управления производством продукции растениеводства, в т.ч. внедрение инновационных ресурсосберегающих технологий, агроландшафтных, биологических и экологических систем земледелия, диверсификация посевных площадей сельскохозяйственных культур, разработка альтернативных систем земледелия, с привлечением ведущих международных экспертов и организаций, а также трансферт передовых технологий в производство.
Деятельность центра направлена на усиление международного сотрудничества с ведущими зарубежными, отечественными экспертами и организациями, организацию стажировки специалистов и обучение студентов, магистрантов и докторантов теоретическим и практическим основам растениеводства.
Совместно с Институтом полеводства и овощеводства (IFVC) (Сербия) учеными проводятся научно-исследовательские работы по экологическому испытанию и адаптации сортов и гибридов зерновых, зернобобовых и кормовых культур.
Научные исследования направлены на повышение конкурентоспособности растениеводческой продукции с использованием лучших сортов озимого гороха Сербской селекции, которые в наибольшей степени адаптивны к условиям ее возделывания. По результатам исследований выявлена адаптационная способность сортов озимого гороха зернового и кормового направления по хозяйственно-ценным показателям, а именно по зимостойкости, полегаемости, высокому качеству и повышению урожайности в условиях предгорно-степной зоны на юго-востоке Казахстана.
Увеличение растительного белка в выделенных адаптированных сортах озимого гороха позволит укрепить кормовую базу и решить биолого-экологические проблемы современного земледелия. Также они могут быть использованы для дальнейшей селекции отечественных сортов озимого гороха нового поколения, которые пользуются большим спросом у сельхозтоваропроизводителей Казахстана. Поэтому полученные результаты научных исследований планируется тиражировать агроформированиям на коммерческой основе.
В учебно-опытном хозяйстве университета создан «Агротехнологический парк» по направлению земледелия и растениеводство.
Цель парка – популяризация и рекомендация инновационных технологий сельскохозяйственных культур через создание демонстрационной площадки для сельских предпринимателей, что позволит повысить производительность труда в отраслях сельского хозяйства, в частности, растениеводства. На полях агротехнопарка ученые, студенты, магистранты и докторанты в течение всего вегетационного периода выполняют свои научно-исследовательские работы и проходят все виды практик.
Поля агротехнопарка засеваются гибридами и сортовыми популяциями кукурузы, такие как «Пионер», производство США, «Maxima». FAO 580 (Венгрия), «Порумбень» (Молдова) и местный гибрид «Тулпар – 539», полученный в СПК «Будан» Алматинской области. Гибрид «Пионер» имеет высоту 2 м 68 см, длину одного початка 24 см, ожидаемый урожай – 150-170 ц/га. Гибрид Maxima имеет высоту 2 м 80 см, вегетационный период 120 дней, урожайность зерна с 1га – 120-130 ц, урожайность на силос – 500-600 ц с 1 га. Отличительной особенностью гибрида «Порумбень» является его раннеспелость по сравнению с другими гибридами, вегетационный период длится 90 дней. Из-за короткого вегетационного периода урожайность в зерне достигает до 70 ц/га, но производить его на силос нерентабельно, так как стебли относительно короткие. Гибрид «Тулпар 539» показал урожайность на силос – 400-500 ц/га, а в зерне – 80-90 ц/га.
Во время прохождения практики студенты принимают участие в полевых работах, наблюдают за ростом и развитием сельскохозяйственных культур, определяют их зимостойкость, засухоустойчивость, устойчивость к болезням, вредителям и их продуктивность.
Ученые центра оказывают практическую и теоретическую помощь фермерским и крестьянским хозяйствам, в том числе в рамках бюджетной программы повышения доступности образования и научных исследований «Информационное обеспечение субъектов АПК». Они проводят работу по оценке качества заготавливаемых кормов в хозяйствах, заготовку силоса и сенажа, разрабатывают рекомендации по соблюдению технологии приготовления кормов, внедрению новых технологий выращивания кормовых культур, а также созданию кормовых ресурсов и рациональному использованию пастбищ.
Учеными центра выполняются научные проекты по линии Министерства науки и высшего образования и МСХ РК:
– «Адаптация сортов озимого гороха Сербской селекции к условиям Казахстана». Адаптированные сорта озимого гороха «НС Мороз» зернового и «Космај» кормового направления показали высокую зимостойкость, хорошие показатели урожайности по сравнению с отечественными сортами. В дальнейшем их внедрение в производство позволит увеличить растительный белок в кормах.
– «Разработка и внедрение технологии возделывания сои с применением средств биологизации, обеспечивающие повышение урожайности и получение экологически чистой продукции в базовом хозяйстве ТОО «Балтабай 2030» Алматинской области». Изучаемая система биологизации земледелия позволяет ученым оптимизировать водно-физические свойства почвы, микробиологическую активность, обеспечить накопление биогенных ресурсов плодородия почвы для бездефицитного баланса гумуса и элементов минерального питания, усилить фитосанитарные и экологические функции за счет снижения засоренности посевов и уменьшения распространения болезней растений. В целом, эта система способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур, качества продукции и продуктивности земель сельскохозяйственного назначения.
Ученые в рамках интеграции образования, науки и производства, совместно с научно-исследовательскими организациями страны, в частности, с Казахским НИИ земледелия и растениеводства выполняют следующие работы:
– НИОКР в области АПК по линии МСХ и МОН РК;
– разработку образовательных программ, траекторий обучения, учебников, методических пособий, рекомендаций;
– организацию практик, стажировок студентов и магистрантов университета на базе НИИ;
– чтение лекций, проведение практических занятий научными сотрудниками института для обучающихся;
– руководство учеными института дипломными проектами, магистерскими и докторскими диссертациями, участие в работе ГЭК;
– проведение совместных тематических конференций, симпозиумов, круглых столов и др.;
– взаимный обмен информацией, достижениями, рекомендациями (в виде брошюр, сборников и др.) на постоянной основе.
Ученые центра тесно сотрудничают с научными структурами университета: Казахстанско-Японским инновационным центром, Казахстанско-Корейcким инновационным центром, Казахстанско-Белорусским агроинженерным инновационным центром, Международным исследовательским центром биотехнологии растений, Международным исследовательским центром-Водным хабом и другими учреждениями.
Магистранты и докторанты проводят в центрах научно-исследовательские работы по технологии возделывания и испытанию сортов и гибридов сельскохозяйственных культур отечественной и зарубежной селекции. Благодаря поддержке университета они получают бесценный опыт и готовы расширять свои исследования, открывая новые горизонты науки и образования Казахстана.
Загрузка...