Научно об АПК: что нового на ниве идей и патентов

Технологии нового времени обеспечивают морозоустойчивые растения и теплицы на борту МКС. Не всё, что придумали ученые, уже есть на полях и в колхозах, но очень многое уже служит аграрной сфере России. Рассказываем о научных новинках.

Удобрения из отходов

Научные специалисты из Новосибирского государственного университета (НГУ) получили патент на инновационную технологию производства удобрений, основанную на использовании сельскохозяйственных отходов. Эта новая разработка, объединяя отходы тепловой электростанции (ТЭЦ) и птицефабрик, демонстрирует значительные преимущества по сравнению с традиционным компостом, как сообщили в пресс-службе университета.

Конкретно, композиция, созданная на основе птичьего помета и модифицированной золы уноса ТЭЦ, превосходит традиционный компост по нескольким параметрам. Ученые НГУ уже запатентовали эту технологию производства удобрений и теперь работают над разработкой технических характеристик для широкого применения нового продукта.

Работа по созданию удобрений объединила два ключевых направления исследований, проведенных в рамках промышленного сотрудничества НГУ. Первое направление связано с утилизацией золошлаковых отходов от сжигания бурого угля на ТЭЦ Сибирской генерирующей компании. Второе направление включает в себя исследования по переработке помета цыплят-бройлеров, производимого в больших объемах на птицефабриках, с участием крупнейших предприятий птицеводства в регионе.

Путем объединения этих исследований ученые предложили технологию создания органоминеральной композиции на основе помета с добавлением небольшого количества золы уноса от сжигания бурого угля. Это удобрение может быть успешно использовано на полях.

Сергей Пащенко, ведущий специалист Центра трансфера технологий и коммерциализации НГУ, отметил, что новое удобрение имеет существенно более низкую себестоимость по сравнению с рыночной ценой обычных минеральных удобрений, и его производство легко масштабировать на открытых пометохранилищах птицефабрик. Технология успешно прошла испытания на одном из пометохранилищ Искитимского района, и в настоящее время рассматривается вопрос о ее внедрении в масштабное производство.

Прицельная безопасность

Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) успешно разработали нанокомпозит на базе глинистого минерала галлуазита, как сообщили в пресс-службе университета.

Особенные характеристики материала обусловлены уникальной морфологией минерала - наличием нанотрубок, которые представляют собой эффективные «контейнеры» для наполнения разнообразными химическими веществами, с последующей возможностью контролируемого высвобождения.

Это свойство делает композит перспективным для создания экологически чистых наноудобрений нового поколения с функцией точной доставки растениям питательных микроэлементов. Ученые объясняют, что галлуазит представляет собой уникальный слоистый материал, состоящий из свернутых в нанотрубки слоев алюмосиликатной глины. Эти нанотрубки являются природными аналогами углеродных нанотрубок, не токсичны, обладают более высокой плотностью и имеют внутренние полости. Кроме того, они являются доступным и экономически эффективным материалом.

В ходе исследования ученые из Томского политеха исследовали возможность химической активации композита на основе галлуазита.

«Уникальность этого метода химической активации заключается в использовании сульфата цинка в виде раствора, что обеспечивает эффективное заполнение пор галлуазита и способствует проникновению вещества в межслоевое пространство микропор. Это также дает эффект инъекции для растений: нанотрубочки надежно прикрепляются к тканям растений, проникают в них и остаются на поверхности листьев, обеспечивая постепенное высвобождение цинка и питательных веществ», - рассказал Максим Рудмин, руководитель проекта и доцент отделения геологии в ТПУ.

Нанотрубки галлуазита, распыленные поверхностью, позволяют точно доставлять цинк к растениям, предотвращая загрязнение почвы и подземных вод, что повышает экологическую устойчивость будущих удобрений. Кроме того, благодаря микро-игольчатой морфологии исходных минеральных форм, такие удобрения более устойчивы к смыванию дождевой водой в сравнении с традиционными удобрениями, находящимися в почве.

Ученые также объявили о намерении провести аналогичные исследования для создания нанокомпозитов с другими питательными элементами. При этом они будут экспериментировать с не только положительно заряженными ионами, но и отрицательно заряженными.

Ферма по-уму

Научные специалисты из Школы компьютерных наук ТюмГУ разработали подходы для решения проблем, возникающих при эксплуатации современных «умных» ферм 4.3, таких как сбои оборудования, заболевания растений и дефицит питательных веществ. Процесс цифровизации в сельском хозяйстве и агропромышленном комплексе с использованием методов искусственного интеллекта становится значительным трендом в развитии отрасли. Современные сельскохозяйственные предприятия, такие как городские фермы (контейнерные, вертикальные Сити-фермы), умные фермы и аквафермы (smart farms), становятся сложными, высокотехнологичными комплексами с высоким уровнем автоматизации рабочих процессов.

Несмотря на широкое использование технологий мониторинга и анализа данных в операциях высокотехнологичных комплексов, возможны нештатные ситуации, связанные с заболеваниями растений, неисправностями оборудования или авариями.

Ученые из Школы компьютерных наук ТюмГУ предложили методы обнаружения и распознавания болезней растений с использованием искусственных нейросетей, особенно глубоких сверточных сетей, интегрированных в системы видеонаблюдения. Однако, хотя эти нейросети способны выявлять проблемы, они не предоставляют конкретных рекомендаций для их решения.

В статье «Сравнение и отбор ситуаций в системах вывода решений на прецедентах для 'умной' фермы» ученые представили метод CBR (Case-Based Reasoning) с представлением ситуаций в виде векторов, содержащих информацию о состояниях элементов и значений оцениваемых параметров. Этот метод применяется для ситуационного вывода решений при эксплуатации умной фермы.

Проведенные эксперименты подтвердили эффективность предложенных моделей. Ученые разработали ансамблевую архитектуру нейросети для сравнения и отбора ситуаций из базы знаний в процессах принятия решений. Использование нейросетей для количественной оценки схожести ситуаций позволяет избежать трудоемкого экспертного оценивания и создания критериев и алгоритмов их сравнения в сложных условиях.

Предложенный подход может применяться для разработки баз знаний и систем поддержки принятия решений в сложных ситуациях, возникающих при эксплуатации умных ферм. Результаты исследования могут улучшить оперативность и качество принимаемых решений, а также изменить требования к компетенциям специалистов и персонала умных ферм в сторону цифровых технологий.

Ученый Китай

Ученые из Китайской академии сельскохозяйственных наук провели обширный анализ 22 крупнейших сельскохозяйственных стран в мире, как сообщает портал chinadaily, ссылаясь на пресс-службу академии.

Исследование выявило, что китайские ученые занимают первое место в мире по количеству научных работ и патентов в области сельского хозяйства. С 2018 по 2022 год было опубликовано более 303 тысяч статей по сельскохозяйственной тематике, что ставит Китай в лидеры. На втором месте по этому показателю находятся США с 211 тысячами научных материалов, за которыми следуют Бразилия, Индия и Германия.

Также отмечено, что Китай лидирует по числу высокоцитируемых научных работ, с общим числом 2926 статей, что является важным показателем инноваций. США и Великобритания занимают второе и третье место соответственно.

Пресс-служба академии также подчеркнула, что Китай имеет самое большое количество статей, опубликованных в наиболее рейтинговых научных журналах мира.

Кроме того, китайские исследователи достигли еще одного важного результата: за последние пять лет Китай подал 576,7 тысячи заявок на патенты в области сельского хозяйства, что в 3,7 раза больше, чем у США, занимающих второе место по этому показателю.

Научные прогнозы

За последние десять лет количество ученых и исследователей в области сельского хозяйства в России уменьшилось на треть. Об этом сообщил президент Российской академии наук (РАН) и академик Геннадий Красников на заседании Межведомственного координационного совета, посвященного кадровому обеспечению сельскохозяйственной отрасли, согласно информации от ТАСС.

«За последние 10 лет количество исследователей в нашей стране сократилось на 10%. В области сельскохозяйственных наук сокращение составляет порядка 33%», - отметил академик, подчеркнув, что РАН активно работает над решением этой проблемы.

Геннадий Красников также подчеркнул, что РАН поддерживает инициативы по привлечению молодого поколения в сельскохозяйственную науку. Он упомянул проект ранней профориентации под названием «Агропромышленные классы», который в настоящее время реализуется совместно с Минсельхозом и Минпросвещением России. Академик подчеркнул готовность РАН присоединиться к этому проекту в роли интеллектуального партнера.

Президент РАН также высказал обеспокоенность по поводу кадрового дефицита на российском рынке труда, который, по его словам, серьезно тормозит экономическое развитие. Он подчеркнул, что проблемы с кадрами затрагивают не только сельское хозяйство, но и высокотехнологичные секторы, такие как обработка, логистика, IT и беспилотные летательные аппараты, что делает конкуренцию за кадры в сельском хозяйстве особенно сложной.

Источник: «АПК Эксперт. Растениеводство»