Ученые Тимирязевки раскрывают потенциал Арктики как новой житницы России

Полярное импортозамещение

В лаборатории искусственного климата Научного центра мирового уровня "Агротехнологии будущего" РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева реализуют флагманский проект "Новые агротехнологии для Арктической зоны". Для выращивания овощей и зелени в сложных климатических условиях создали умные сити-фермы — вертикальные теплицы с датчиками освещения, температуры и влажности. Это мобильные модульные системы замкнутого цикла. Им найдется место и в удаленных воинских гарнизонах, и в поселках вахтовиков, на полярных станциях, буровых платформах, в подъездах жилых домов и даже на подводной лодке.

В виде контейнеров их можно доставлять морем в арктические порты. Установленные рядом с населенными пунктами, они способны круглогодично обеспечивать местных жителей свежими овощами, ягодами, зеленью. Причем получится гораздо дешевле, чем сейчас, когда привозят на самолетах.

"Это позволит приблизить салатно-зеленую продукцию к потребителю и повысить качество жизни людей в отдаленных регионах, — говорит заведующий кафедрой физиологии растений РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева профессор Иван Тараканов.

— Такие агротехнологии востребованы не только на Крайнем Севере, но и на Юге, например, на засушливом Аравийском полуострове. Там слишком жарко и много солнечной радиации, а это плохо для растений".

Управляя природой

В лаборатории — в подвальном помещении без солнечного света — ученые выращивают салат, петрушку, руколу, базилик, томаты, ягоды. В вертикальных теплицах можно культивировать любые виды зелени, плодов и овощей. И по вкусу, содержанию полезных веществ они не уступают натуральным.

"В закрытых модулях с искусственным облучением — технологией светокультуры — мы создаем оптимальные условия, добиваемся высокой продуктивности и управляем качеством урожая", — подчеркивает профессор.

Раньше в теплицах применяли в основном натриевые лампы высокого давления. Теперь — светодиоды.

"Благодаря этому мы корректируем спектр света, меняем его: рассаде даем одно, взрослым растениям — другое, перед сбором урожая добавляем ультрафиолет. Так мы воздействуем на накопление биомассы, биосинтез целевых функциональных соединений", — объясняет ученый.

Например, в эксперименте с солодкой — лекарственным растением, из корня которого получают препарат для лечения кашля, — только за счет коррекции света вдвое увеличили содержание главного полезного вещества — глицирризина.

Меняя соотношение синего и красного, можно ускорять или замедлять фотосинтез, формирование биомассы. А оптимизируя плотность потока фотонов и суточный уровень освещения — управлять скоростью созревания плодов. В результате создали, в частности, ультраскороспелые томаты. И никакой химии!

"Светодиодные облучатели — уникальный инструмент, — отмечает профессор. — Благодаря им мы разрабатываем подходящие для каждого вида световые рецепты. У светодиодов большой срок службы и малая теплоотдача, они не перегревают растения. При этом расход электроэнергии на килограмм зеленой массы у них в два раза меньше, чем у натриевых ламп высокого давления".

"Стетоскоп" для растений

Сити-фермы оснащены гиперспектральными и RGB-камерами, а также тепловизорами. Цифровые камеры регистрируют суточные ритмы растений и их реакцию на изменение освещенности, спектра света, тепловизоры регистрируют ИК-излучение и измеряют температуру листьев.

"Температура меняется в зависимости от влагообеспеченности, освещенности, энергии, поступающей на единицу площади, — говорит Тараканов. — Это очень важный параметр. По нему мы оцениваем скорость испарения и подбираем оптимальный водный режим".

"Смена дня и ночи" на сити-фермах происходит не по часам, а так, как лучше для растений. То же самое с подкормкой и поливом. Всем управляет роботизированная система: отслеживает основные физиологические характеристики растений на протяжении всего продукционного цикла, вносит необходимые коррективы в микроклимат теплицы.

Большинство приборов и узлов автоматизированного комплекса — российского производства. Только светодиодные облучатели китайские. В промышленном варианте автономных модулей их заменят на отечественные.

Разработчики умных сити-ферм особенно гордятся программным обеспечением, созданным в сотрудничестве с коллегами из других российских институтов. Аналогов этому ПО нет. Все данные с датчиков поступают в компьютер, кодируются и затем используются для машинного обучения. Конечная цель — цифровая сити-ферма под управлением искусственного интеллекта.

"Суть в том, чтобы люди без специальных знаний и навыков могли выращивать овощи, ягоды, зелень", — уточняет инженер-исследователь лаборатории искусственного климата Иван Чуксин. 

Зелень с настраиваемым составом

В планах — менять вкус плодов, исходя из индивидуальных предпочтений.

"Нас очень интересует проблема персонализированного питания, — добавляет Чуксин. — Варьируя спектр света, можно вырастить продукцию, максимально подходящую конкретному человеку. Это касается и диетических, и даже лечебных рекомендаций".

В лаборатории уже провели успешные опыты по культивированию стевии. Соединения, получаемые из экстракта этого растения, — стевиозиды — в 250-300 раз слаще сахарозы, но безвредны для диабетиков. На очереди — эксперименты с различными ягодами и лекарственными растениями.

"Это товары с высокой добавленной стоимостью, и их производство на автономных сити-фермах экономически оправданно", — утверждает профессор Тараканов.

А еще ученые думают, что в Арктике будет выгодно выращивать семенной картофель. В лаборатории реализуют проект по получению семенных мини-клубней методом аэропоники в условиях закрытых систем с регулируемыми освещением, питанием и микроклиматом.

Родина картофеля — высокогорные районы Южной Америки. Для максимальной продуктивности ему нужны относительно низкие температуры и много света.

"Для этого необходимо постоянно охлаждать помещение и поддерживать освещение, а это огромные энергозатраты. Поэтому семенной клубень очень дорогой, — поясняет Чуксин. — Мы подсчитали, и оказалось, что в Арктике, где бесплатный холод и много энергоносителей, выйдет дешевле".

"Урожайность по нашей технологии достигает ста и более клубней с одного растения. Остается построить вблизи портов Северного морского пути умные фермы и развозить семенной картофель по всему миру", — заключает ученый.

Похоже, Арктика действительно может стать новым аграрным регионом России, "второй целиной". Звучит неожиданно, но факты говорят сами за себя.

Источник материала - https://ria.ru/20230727/arktika-1886379796