Амбициозный проект. Как ученые Алтайского края исследовали Кулундинскую степь

В 2011 году начал работу междисциплинарный проект «Кулунда», объединивший ученых Алтайского края и Германии. В разработке 11 подпроектов приняли участие более 20 научно-исследовательских институтов и университетов. Об опыте работы самой крупной на Алтае научной аграрной коллаборации рассказывают кандидат технических наук, доцент кафедры теоретической кибернетики и прикладной математики АГУ Елена Владимировна Понькина и кандидат географических наук, доцент кафедры экономической географии и картографии АГУ, координатор проекта «Кулунда» Андрей Александрович Бондарович. Аграрная наука – приоритетное направление развития «Научно-образовательного центра «Алтай».

Германия приходит на Алтай

- ЕП: Большие научные деньги даются на исследование глобальных проблем изменения климата на планете. Кулундинская степь -  большая территория, которая испытывала постоянное воздействие человека. Адаптация сельского хозяйства под конкретные условия даст возможность выбрасывать меньше углерода в атмосферу, улучшит экологию, будет полигоном для применения новейших технических изобретений, которые экономят природные ресурсы.

- АБ: Немецким ученым было интересно посмотреть, как меняются типы сельского хозяйства от сухой степи к лесостепной зоне. Интересно было сравнить схожие земли в Германии. В самой сухой части страны земле Саксония-Анхальд находится наш главный научный партнер -   университет Мартина Лютера Галле-Виттенберг. Коллегам стало интересно сравнить, тем более, что многие предсказывают аридизацию (усушение) климата, поэтому в перспективе природные условия этой немецкой земли могут максимально приблизиться к Кулундинским.

- Почему в двери именно алтайских ученых постучали коллеги из Германии?

- АБ: В 2007 году у нас была первая образовательная программа «Менеджмент природных ресурсов», совместно с Университетом Мартина Лютера. Некоторые модули читались на немецком языке. Следующим шагом стало создание большого междисциплинарного проекта между странами. Большую роль сыграли дружеские и научные контакты с доктором Тобиасом Майнелем – учеником Манфреда Фрюауфа – почетного профессора АГУ.

Пахать от крыльца

- В свое время Кулундинская степь была запахана во время знаменитой Целины. Есть мнение, что освоение этой территории во многом породило экологическую катастрофу.

- АБ: У власти была краткосрочная перспектива накормить народ хлебом. Степная залежь, в первый год обработки дает хороший урожай, а потом идет истощение почв. Пошли чудовищные экологические последствия. Пыльные бури, заиливание малых рек, изменение традиционного уклада. Планировали распахать 13 миллионов каштановых почв, по факту распахали 20 миллионов, опираясь на лозунг «Пахать от крыльца». А можно было посмотреть на опыт в северо-американских прериях за 25 лет до целины. Были чудовищные последствия в Аризонской пыльной чаше – 2 миллиона эмигрантов, дома засыпало верхним слоем почвы по самые окна, дети ходили в противогазах и в масках в школу. Голливудский «Интерстеллар» один из вариантов переосмысления этой катастрофы. И мы отчасти наступили на те же грабли. Нам «повезло» - у нас огромная страна.

- ЕП: В плане социально-экономического развития получился интересный эксперимент. Образовалось большое количество новых сел, которые, с приходом рыночной экономики и переходу на самообеспечение, через 50-60 лет стали снова исчезать с карты России. Освоение целины и негативные явления, в связи с этим возникшие, стимулировали развитие аграрной науки, в частности почвоведения. Стали садить лесополосы, возникли кулисные посевы, плоскорезная обработка пашни и многое другое. К восьмидесятым годам количество пыльных бурь сократилось. Если оценивать используются ли эти земли сегодня, то в настоящее время это никто не исследовал. Поэтому мы точно не знаем сколько запаханных в 50-60-е годы земель используются по сей день.

Амбициозный проект. Как ученые Алтайского края исследовали Кулундинскую степь
Амбициозный проект. Как ученые Алтайского края исследовали Кулундинскую степь

No-Till

- В чем была суть эксперимента, реализованного в рамках проекта Кулунда?

- АБ:Пожалуй, ядром стала модель обработки земли. Создали делянки с четырехкратной повторностью. Исследовалась три типа обработки: глубокая вспашка, промежуточная технология и No-Till. Затем разные типы севооборота и защита растений – использовались гербициды для подавления сорняков. Различался и севооборот: по глубокой вспашке – пар и 3 раза пшеница, при чистом No-Till – парового поля не было, засевали рапсом, горохом и две делянки пшеницы. С 2013 по 2016 год мы наблюдали за почвенной влагой и ее доступностью, а коллеги из АГАУ за урожайностью.

- No-Till - технология без глубокой обработки почвы. Посевной агрегат устроен таким образом, что делает небольшие углубления в почве (4-5 сантиметров), высевает семена и распределяет удобрения?

- ЕП: У нас в Алтайском крае у каждого фермера свой No-Till. И каждый понимает под этим свой способ обработки почвы. Сейчас говорят «чистый No-Till», когда кроме посева никакие вмешательства на почву не оказываются и «mini Till» с рыхлением и культивацией почвы на небольшую глубину.

-  АБ: Важно сохранить влагу в почве, а для этого по технологии оставляют стерню и мульчу - растительные остатки, которые измельчаются и разбрасываются по полю. Стерня задерживает снег, а мульча дает влагу и азот.

- ЕП: Такой подход дает возможность стимулировать развитие почвенной биоты, как следствие, увеличивается гумусный слой.

- Недостатки этой технологии?

- АБ: Специалисты говорят, что почва твердеет. Когда происходит вспашка – почва рыхлится, а без этого она слеживается и становится плотной. Поэтому отдельные кулундинские аграрии раз в три года применяют глубокое рыхление, что не является «чистым» No-Till-ом.

- ЕП: В моем понимании, - механическое воздействие на почву –разрушение той естественной среды, которая там сложилась. А ведь эта структура очень долго формируется! При этом, рыхление усиливает испарение влаги.

Мы считали деньги

- Елена Владимировна, ваша группа занималась анализом социально-экономической составляющей?

- ЕП: Мы работали c фермерами, анализируя экономическую эффективность внедрения No-Till относительно других технологий. Оказалось, что mini-Till привлекательнее, так как для полного внедрения технологии No-Till требуется новая дорогостоящая техника, которую сейчас могут себе позволить только крупные хозяйства. Вторая составляющая исследования базировалась на анализе факторов повышения урожайности. Одним из таких факторов является внесение удобрений. По статистике Алтайский край по количеству внесенных удобрений сильно отстает от других регионов, как и по средней урожайности культур. У фермеров нет уверенности, что стоит тратиться на удобрения. Трудно предсказать эффект удобрений еще из-за климатических условий. Нет осадков – сухие удобрения в почве не работают. 

- Вы собрали данные, увидели проблемные зоны и к каким выводам пришли?

- ЕП: Мы построили модель территории, из которой стало понятно, что просто факт внесения удобрений (даже без учета дозы и количества) дает положительный результат. Тех же результатов мы достигли и по применению средств защиты растений. Есть факт внесения – есть увеличение урожая. Причем методы не были связаны с точными агрохимическими расчетами и таблицами, мы считали ожидаемый прирост урожая и денег в среднестатистическом хозяйстве.

- Андрей Александрович, ваша группа исследовала сохранение влаги в почве?

- АБ: Мы исследовали эту проблему при помощи современного оборудования на трех типах возделывания почвы: глубокая обработка, mini Till и No-Till. На опытных делянках 12 на 60 метров 4 года работали две станции, которые фиксировали состояние влаги.

- Это целые космические корабли?

- АБ: Скромнее. Шесть датчиков с передачей данных в земле под глубокую вспашку, и столько же под No-Till. Глубина 30, 60 и 120 сантиметров. Один датчик измерял объем влаги в процентах, температуру воздуха и электропроводность. Другой – температуру и сосущую силу почвы.

- Сосущая сила почвы?

- АБ: Эта теория давно разработана в российской гидрологии. Влага сохраняется в почве в трех формах: есть капиллярная форма, используемая животными и растениями, есть влага, которую почва связывает и не отдает. В зависимости от количества влаги и типа почв меняется пропорция – что для питания вовне, что для собственного существования. В итоге мы пришли к выводам, что почвы, обрабатываемые по системе No-Till более приспособлены к засухам и влага сохраняется дольше. При глубокой обработке почвы влага быстро становится недоступной для растений, потому что на глубине 30 сантиметров формируется плужная подошва.

- А она задерживается этим горизонтом?

- АБ: Физическими методами мы подтверждаем, что почва на этой глубине более плотная. По шкале твердости она достигает критических значений для сельхозкультур. По нашей версии – после выпадения осадков вся влага доходит до уплотненной плужной подошвы. А далее эта влага очень быстро испаряется. А при No-Till при выпадении осадков часть испаряется, а часть уходит на горизонт 60-120 сантиметров, где формируется своеобразный подземный резервуар – такой стратегический запас. Из исследуемых 4 лет два года были засушливыми, два с достаточным количеством влаги. Кроме того, делянки с No-Till имели в севообороте горох и рапс, которые требуют больше воды, чем пшеница. Но в конце вегетационного периода No-Till по объему и доступности влаги выглядел предпочтительнее, чем вариант с глубокой обработкой.

- ЕП: Влажности было больше под No-Till даже по сравнению с паровым полем с глубокой вспашкой. По пару влаги было больше весной, а потом в ходе сезона она испарялась. Можно сказать, что вся сумма осадков, которая выпадает в Кулунде за вегетацию полностью испаряется! И сохранение влаги в почве – важнейшая хозяйственная задача. А с точки зрения экономики играл еще и севооборот. Традиционно с советских времен многие фермеры сеяли в пропорции 3 пшеницы и один пар. По No-Till в эксперименте место пара занимали другие культуры (рапс и горох). Так, например, если в хозяйстве доля пшеницы в структуре посева превышала 70 %, для нас это было индикатором нерационального севооборота и, как правило, такие хозяйства имеют низкую урожайность.

- Был бы фермером в степном Алтае давно перешел на No-Till.

- АБ: Не все так просто. Дело в том, что при переходе на эту систему преимущество возникает постепенно. Понадобится 3-4 года, чтобы почва изменила свою структуру. Фермер закупает оборудование, начинает хозяйствовать по No-Till, а первые годы урожайность не растет. Требуется определенная временная дистанция.

Амбициозный проект. Как ученые Алтайского края исследовали Кулундинскую степь
Амбициозный проект. Как ученые Алтайского края исследовали Кулундинскую степь

Экономический эффект будет

- 11 научных подпроектов были задействованы в «Кулунде». Появилось множество рейтинговых статей и монографий на разных языках с определенными выводами. Сформировался научный территориальный феномен, который объединил экономистов, социологов, политологов, географов, физиков, агрохимиков, почвоведов, фермеров-практиков и многих других. Какие финальные выводы мировая наука получила?

- ЕП: Для меня это был первый опыт работы с иностранцами и разрушение барьеров. В сотрудничестве с Институтом IAMO были освоены новые методы обработки данных, которые соединяют математические методы, ГИС-технологии и прикладной анализ аграрных процессов. Аграрный экономист Норберт Хершауэр продемонстрировал как применять теоретические математические модели для решения прикладных задач. Итогами наших исследований стали формализация давно проговариваемых вещей о способах обработки пашни, об удобрениях и т.д.

- АБ: В мировой практике фермеры стали больше внимания уделять цифровизации. По моему мнению, надо начинать не столько с технологий, сколько с понимания что происходит с почвой. Важно понять, как распределяется влага, чем лучше питать почву, есть ли смысл удобрять «безнадежные» участки. Нужно выстроить корреляцию между климатом и урожайностью. Раньше был полив, который не считали. Подростком перегонял такую установку каждые полтора часа, без учета атмосферных осадков и степени увлажнённости почвы. Расценки на электроэнергию и воду были несопоставимы с современными тарифами. Да, и по сути все издержки покрывало государство.  Сейчас все требует финансов, поэтому дешевле поставить датчики, увидеть, что влага стала недоступной и организовать точечный полив. Экономический эффект будет.    

- Когда эксперимент закончился, местные фермеры воспользовались вашими научными открытиями?

- АБ: Делянки «Кулунды» перешли в новый научный проект «Разработка инновационных адаптированных к климату приемов устойчивого использования сельскохозяйственных ресурсов в засушливых степях Казахстана и Юго-Западной Сибири (ReKKS)» «Казахстан – Россия – Германия». Так что исследования продолжаются.

 

Амбициозный проект. Как ученые Алтайского края исследовали Кулундинскую степь
Амбициозный проект. Как ученые Алтайского края исследовали Кулундинскую степь

 

Магистрант – подготовленный разведчик

- В проекте принимали участие более 100 немецких ученых. Это избалованные комфортом европейцы?

- АБ: В большинстве проектов принимали участие магистранты из университетов Германии. Они сильно отличаются от наших студентов. Немецкий магистрант – хорошо подготовленный «разведчик». Ему дают деньги, ставят задачи. Он приезжает в другую страну, начинает знакомиться с теми, кто поможет решить его научную задачу. Обычно молодые ученые работают парой – русскоязычный магистрант и специалист без языка. Быстро интегрируются, не избегая пьяных вечеринок с местным населением. Потом приезжает профессор из университета и ставит им четкие задачи на конкретной территории. И они «пашут» без выходных. Почвоведы, с которыми мы работали в команде, удивляли немецкой скрупулезностью. В сухой степи выкапывали 4 почвенных профиля в день, не отойдя ни на один сантиметр от норматива.

- Полевой быт не смущал?

- ЕП: Все было хорошо. Смущало отсутствие туалетной бумаги в поездах и перспектива туалета в лесополосе. Но это не мешало всю ночь пить самогон с деревенскими маргиналами.

- Как деревенское население встречало иностранцев?

- АБ: Полевая составляющая наших совместных исследований носила сезонный характер. В Кулундинской степи мы начинали работы в мае и как правило это было 8-9 мая на праздник Великой Победы, и мы никогда не сталкивались с агрессией. Все понимали, что два народа попали в свое время в большую беду. Алтай многонационален. Оказалось, что многие хорошие механизаторы Кулунды носят немецкие фамилии. Что не механизатор, то Оскар…

- Молодежь быстро адаптируется ко всему, а уже состоявшиеся немецкие ученые демонстрировали разницу в менталитетах?

-  АБ: Они не понимают нашей специфики, связанной с законодательством. Их удивляют долгие согласования с разными службами и спецслужбами. Один из профессоров никак не мог понять формулу администраций «мы не рекомендуем эти исследования». Долго изучал законодательство, нанял неуниверситетскую команду и в итоге задачу не решил.

- Иностранцы, передача данных – все это поле спецслужб. Помогали?

- ЕП: К сожалению, мы «на берегу» не договорились о правилах, я пришла в проект уже после его одобрения и запуска, поэтому были споры, согласования и недопонимания. Но в итоге результат положительный, коллеги приняли все как есть. Исходные «сырые данные» мы обрабатываем сами и нет смысла их передавать куда либо, тем более что после аналитики это уже становится нашими научными результатами – основой для совместных научных статей.

- АБ: Благодаря контролю у нас улучшилась систематизация, сроки сделали нас более дисциплинированными. Мы где-то даже сами стали пунктуальными немцами.



Комментарии (0)

1000