Профессор ЮФУ: «Искусственный интеллект остановит деградацию почв»
В условиях обеспечения продовольственной безопасности страны качество почв приобретает высокую значимость. Завкафедрой почвоведения и оценки земельных ресурсов Академии биологии и биотехнологии им. Д. И. Ивановского ЮФУ, профессор, доктор биологических наук Татьяна Минкина рассказала о способах восстановления земельного фонда АПК в условиях антропогенного опустынивания.
— Деградация почв на территориях сельхозназначения является одной из острых проблем в сегменте АПК. В общероссийских масштабах потери оценивают в 1,6 млн га за 2017–2019 годы. По вашим оценкам, насколько велика проблема в Ростовской области, а также в ЮФО и СКФО в целом? Какие факторы играют решающую роль в ухудшении качества почв — природные или техногенные?
— Деградация почв действительно очень серьезная проблема современности. Так, по оценке Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (ФАО), деградация уже необратима на 15% земельного фонда. Человечество утратило около 2 млрд га некогда плодородных почв, превратив их в антропогенные пустыни, а ведь это больше всей суммарной площади мирового земледелия, которая составляет 1,5 млрд га. Что особенно важно, в наше время процесс деградации почв идет с возрастающей скоростью.
Основные причины деградационных процессов — природные и антропогенные. Здесь нужно сказать, что геоморфологически территория Ростовской области представляет собой равнину, расчлененную долинами рек и балок. Восточные отроги Донецкого кряжа, Сальско-Манычской гряды и Ергенинской возвышенности предопределяют развитие эрозионных процессов и явлений. Это природные факторы.
В ЮФО, согласно результатам исследований, водная эрозия распространена на 23% территорий всех сельхозугодий. В СКФО — на 26%
Также одной из основных проблем является распаханность территорий. В Ростовской области самый большой процент распаханных земель по сравнению со всеми другими регионами — 74%. Процессам эрозии также подвержены территории Ставропольского края (1,6 млн га) и Краснодарского края (1,8 млн га). В Кабардино-Балкарии доля таких земель составляет около 600 тыс. га, в Карачаево-Черкесии — 500 тыс. га. В Калмыкии и Дагестане опустынивание распространено более чем на 50% территорий.
Самое главное, что эта проблема принимается, проводятся мероприятия по ее решению. В январе 2020 года указом президента утверждена новая Доктрина продовольственной безопасности РФ. Среди ее долгосрочных задач значится повышение плодородия сельхозземель, их рациональное использование, а также защита угодий от эрозии и опустынивания.
— В августе 2023 года председатель Комитета Госдумы по аграрным вопросам Владимир Кашин отмечал, что в стране существует большой дисбаланс плодородия почв, и заявил, что черноземы в настоящее время деградируют. Верно ли это в отношении Юга России?
— Содержание гумуса в 50% почв всей Европейской России за последние 100 лет упало на треть. В оборот вводятся новые неиспользуемые сельхозземли, но в Центральном Черноземье практически исчерпаны возможности расширения площадей для сельхозугодий за счет освоения новых территорий. При этом потенциал уже задействованных площадей в значительной степени истощен. По данным министерства сельского хозяйства, истощение запасов питательных элементов гумуса в той или иной степени характерно для всей пашни России, включая Юг, где расположена значительная часть почв. Это обусловлено некомпенсируемым выносом урожайных элементов питания при возделывании сельхозкультур. Растения для формирования урожая потребляют из почвы питательные вещества, которые сельхозпроизводители должны компенсировать внесением удобрений. Что особенно важно, производители испытывают большой недостаток именно в органических удобрениях.
— Какие решения могут остановить этот процесс? Какие разработки готовы к внедрению в настоящее время?
— Большой вклад в решение вопросов повышения плодородия почв вносит ФГУ ГЦАС «Ростовский» под руководством доктора наук, профессора Ольги Назаренко. Она является одним из разработчиков и инициаторов госрегулирования обеспечения плодородия земель сельхозназначения.
Ключом к управлению почвенным плодородием является применение ресурсосберегающих подходов и технологий. Вопросы экологического земледелия, охраны и восстановления почв являются одними из приоритетных для Южного федерального университета и отражают задачи проекта программы развития ЮФУ «Приоритет-2030» (нацпроект «Наука и университеты») — «Управление почвенными ресурсами и агроклиматология».
В рамках этого проекта нашей научной группой была разработана технология получения углеродистых сорбентов с заданными свойствами из сельскохозяйственных отходов регионального сырья, к которому относится лузга подсолнечника, шелуха и солома риса, стебли кукурузы, а также пищевые и жилищно-коммунальные отходы. Внедрение новых технологий, биосорбентов и биоудобрений в практику сельского хозяйства позволит решить одновременно несколько задач: утилизация региональных отходов сельского хозяйства, повышение плодородия почв, качества сельхозпродукции. Таким образом, перерабатывая отходы с целью утилизации, можно не только добиться снижения объемов их захоронения со специализированных полигонов, но и получить весьма ощутимый экономический эффект.
В процессе переработки сырья мы создаем инновационную товарную продукцию — высокоуглеродистую основу — для создания полифункциональных биоудобрений пролонгированного действия
— В 2022 году сообщалось, что ЮФУ реализует проект по «Созданию профильной почвенной базы данных Ростовской области с применением методов искусственного интеллекта с целью оценки и управления земельными ресурсами региона». Можете ли вы подвести предварительные итоги проекта и оценить его результаты?
Профильная база данных была сформирована и продолжила свое развитие в рамках почвенного дата-центра ЮФУ. В настоящее время продолжается ее пополнение информацией о составе и свойствах почв Ростовской области. Привлечение ФГУ ГЦАС «Ростовский» позволило нам включить в нее не только архивную и научную информацию, но и актуальные данные почвенного покрова региона. На основе накопленной информации получили развитие алгоритмов разработки больших массивов почвенных данных, в том числе с применением методов искусственного интеллекта. Профильная база данных актуализируется, на ее основе разработан ряд веб-приложений, как, например, оценка нормативной урожайности зерновых культур, расчет доз минеральных удобрений.
С использованием авторского программного обеспечения оцифрован почвенный покров 850 хозяйств Ростовской области. Это самая большая в стране степень покрытия почвенными картами
Какие разработки и направления вы считаете наиболее перспективными? В 2016 году вы называли агроэкологическое районирование территорий сельских поселений на основе адаптивно-ландшафтного подхода и разработку системы воспроизводства плодородия почв, а также производство биоудобрений из отходов животноводства и других возобновляемых органических отходов сельхозпроизводства. Изменился ли этот список за минувшие семь лет?
За эти семь лет формулировка списка перспективных разработок не поменялась. А вот методы, подходы, а главное — полученные результаты, позволили продвинуться нам очень далеко вперед. Под руководством Ольги Назаренко разработаны системы агроэкологического районирования на основе адаптивно-ландшафтного подхода для 128 пилотных сельских поселений Ростовской области. Работа выполнялась по госконтракту с правительством региона и будет завершена в 2025 году. Разработки коснутся 397 сельских поселений с целью рационального использования земель сельхозназначения во всей Ростовской области.
Также я бы хотела отметить важность создания первой в мире метагеномной карты почв. Сейчас мы проводим исследования на особо охраняемых территориях Ростовской области, затем в исследование планируется включить земли сельхозназначения и территорий, подверженных техногенному воздействию. Микроорганизмы отвечают за процессы формирования почвы и высвобождения элементов питания растения. При этом почвенный микробиом намного сложнее человеческого. Так, с использованием высокопроизводительного секвенирования нами создаются карты микробного разнообразия почв Ростовской области. Полученные на такой базе результаты сделают возможной разработку линейки принципиально новых микробиологических препаратов для повышения плодородия почв и сельхозкультур, защиты их от широкого спектра патогенов и очищения от опасных загрязняющих веществ.