Светлое будущее. Как аграрии могут получать высокие урожаи без химии

Цель встречи – переформатирование агробиофотоники в практическое русло, что, по словам начальника управления науки департамента внутренней и кадровой политики области Екатерины Журавлёвой, может быть полезно тепличными хозяйствам и агрокомбинатам. Есть в этом и ещё один интерес – это направление поспособствует развитию физики, биологии, генетики, селекции, физиологии и, соответственно, в перспективе позволит увеличить научный потенциал региона.

Мы попросили рассказать об агробиофотонике и её возможностях почётного участника круглого стола, одного из создателей этого направления, научного руководителя Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН, академика РАН Юрия Кульчина.

Из физики в биологию

«Началось всё с того, что мы с коллегами занимались разработкой управляемого широкополосного источника света для проведения спектральных исследований. Нужен был свет, похожий по параметрам на солнечный, но с возможностью регулировать его спектральный состав, интенсивность и время освещения. В результате получился «хитрый» светодиодный широкополосный светильник», – рассказал предысторию исследований в области агробиофотоники Юрий Кульчин.

Разумеется, напрашивалось применение чудо-прибора где‑то помимо физики.

«Мы предложили биологам исследовать, как изменения светового спектра влияют на рост растений. Оказалось, что, настроив его определённым образом, можно добиться вытягивания стебля, роста листвы или мощной корневой системы. Раннее цветение, раннее плодоношение – всё это, как показали опыты в фитолаборатории, можно регулировать, задав определённые параметры света», – поясняет академик.

Также выяснилось, что если подсвечивать овощные культуры в теп­лицах в нужном режиме, можно в полтора раза сократить сроки плодоношения и при этом добиться того, что плоды будут вкусными и ароматными.

Фото: Наталия Козлова

После первых экспериментов стало ясно, что необходимы более глубокие, фундаментальные исследования.

«Нужно было выяснить, как свет влияет на геном, точнее на ДНК, спрятанную в ядре клетки растения. Пришло понимание, что существовавшая до этого наука биофотоника не затрагивает в полной мере эту сферу знаний, поскольку, главным образом, ограничивается исследованиями в области воздействия излучений на биологические ткани, благодаря чему развиваются лазерные терапия, хирургия и диагностика человека. Поэтому появилась агробиофотоника и её «дочернее» направление – оптогенетика растений. Они в самом начале своего пути», – пояснил Юрий Кульчин.

Без химии и удобрений

Даже без глубинных исследований преимущества агробиофотоники в производстве чистых и здоровых продуктов очевидны для любого просвещённого человека.

«Мы не меняем геном, не модифицируем его, что на самом деле опасно, а просто стимулируем светом раскрытие его потенциальных возможностей», – объясняет Юрий Николаевич.

Ещё одно неоспоримое преимущество агробиофотоники – в её абсолютной экологичности: светодиодный метод стимулирования развития растений не требует дополнительного внесения удобрений. Есть и экономическая выгода – по всем подсчётам, с применением этих технологий расход электроэнергии снижается в три–четыре раза, что существенно для любого производства.

Технологии и знания

Учёный видит дальнейшее развитие практической агробиофотоники в нескольких направлениях.

«В тех случаях, когда теплицы уже построены и запущены, можно добавить «умные лампы» к уже имеющимся. Это позволит усовершенствовать используемые технологи, например, воздействовать на вкусовые или другие качества плодов», – поясняет Юрий Кульчин.

Можно использовать не только светодиодное освещение, но и другие технологии, способные повлиять на изменение спектра солнечного света. Например, задействовать светотрансформирующие плёнки. Днём они преобразуют солнечный свет в излучение нужного спектрального состава. А вечером, когда естественного освещения уже не хватает, добавлять подсветку, считает академик Кульчин.

 Следующий шаг в развитии агробиофотоники – получение обратной связи от растений. Для этого необходимо научиться понимать, что с ними происходит в процессе роста и плодоношения. И на основе анализа полученной информации перепрограммировать освещение в теплице, чтобы корректировать нужные параметры.

Уже сегодня специалисты в агробиофотонике создают базы знаний о факторах, влияющих на состояние тепличных овощей, зелени и даже зерновых (возможно, что в ближайшем будущем в теплицах будут выращивать и их). Учёный подчёркивает, что эти и другие задачи решают физики в содружестве с коллегами других областей науки.

Юрий Кульчин / Фото: https://mephi.ru/

Все предпосылки есть

По мнению академика, конечной точкой приложения всех усилий в этом направлении должно стать появление тепличных хозяйств полного цикла.

«Это будут автоматизированные и роботизированные предприятия с использованием запрограммированного светодиодного света и других разработок, которые можно будет подстраивать под любые требования производителя, – уточняет Юрий Николаевич. – В условиях рискованного земледелия и истощения земных ресурсов такие технологии необходимы и востребованы».

Говоря о перспективах развития агробиофотоники в нашем регионе, академик Юрий Кульчин отметил, что все необходимые предпосылки для этого есть:

«В Белгородской области наблюдается хорошая динамика развития агрокомплексов. Кроме того, у вас есть замечательный научно-образовательный центр, работа в котором ведётся под патронажем губернатора: с серьёзным научным потенциалом на базе НИУ «БелГУ», индустриальными партнёрами. Для любого учёного это очень важный и благоприятный показатель того, что его труды действительно будут оценены, поддержаны и востребованы».