Здоровье почвы и экология в Казахстане

Казахстан — страна с богатой историей и разнообразным ландшафтом. Обширные степи, горные хребты и засушливые пустыни являются домом для уникального разнообразия флоры и фауны. Однако методы ведения сельского хозяйства и индустриализация страны нанесли ущерб здоровью почвы и экологическим системам. В этой статье мы разберем, как современная наука способствует оздоровлению почв и улучшает экологию, познакомимся с известными деятелями этой сферы и узнаем, кто в Казахстане делает агростартапы.

В чём проблема?

По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO), мировые площади больных и деградированных почв превысили 1,2 млрд га. Это более 20% площадей мировых агроугодий. Прямые потери от почвоутомления (токсикоза почв), в том числе из-за остатков стойких гербицидов, оцениваются в ~25% мирового урожая.

Казахстан имеет долгую историю сельского хозяйства, восходящую к бронзовому веку. Однако политика индустриализации Советского Союза в 20 веке привела к крупномасштабной монокультуре, чрезмерному использованию синтетических удобрений и пестицидов. Это оказало пагубное воздействие на почву, что привело к деградации и эрозии и, в конечном итоге, снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

Известные деятели науки в Казахстане

В Казахстане есть деятели науки, которые внесли большой вклад в здоровье почв и экологию в стране. Один из них — доктор Марат Омаров, известный почвовед и профессор Казахского национального аграрного университета. Он провел обширные исследования в области микробиологии и биоремедиации почвы и разработал несколько инновационных биотехнологических решений для повышения плодородия почвы.

Другой заметной фигурой является доктор Жанар Секербаева, химик и профессор Казахского национального университета имени Аль-Фараби. Она провела исследования по использованию природных материалов, таких как цеолиты и глины, в качестве почвенных добавок для улучшения здоровья почвы и снижения воздействия загрязняющих веществ.

Международные практики

В мире есть примеры успешного применения биотехнологии и природных материалов для улучшения здоровья почвы и экологии. Вот некоторые из них:

• Биоуголь в Бразилии. Биоуголь — это разновидность древесного угля, изготовленного из органических отходов. Он используется в Бразилии для повышения плодородия почвы. В исследовании, опубликованном в журнале «Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда», исследователи обнаружили, что добавление биоугля в почву увеличивает количество углерода и азота, а значит, приводит к повышению урожайности. Кроме того, биоуголь уменьшает количество парниковых газов, выбрасываемых из почвы.

• Фиксация азота в Индии. Азот является ключевым питательным веществом для роста растений. Многие растения полагаются на бактерии для преобразования атмосферного азота в форму, которую они могут использовать. В Индии фермеры используют технику под названием «биоудобрение», которая заключается в добавлении в почву азотфиксирующих бактерий. Исследование, опубликованное в журнале Crop Production, показало, что биоудобрения повышают урожайность до 80%.

• Компостирование в Соединенных Штатах. Компостирование — это процесс переработки органических отходов в почвенную добавку, богатую питательными веществами. В Соединенных Штатах многие города внедрили программы компостирования для удаления органических отходов со свалок. В исследовании, опубликованном в журнале Soil Science Society of America Journal, ученые обнаружили, что почва с добавлением компоста имеет более высокий уровень питательных веществ и лучшую структуру почвы, чем почва без компоста.

• Комплексная борьба с вредителями в Китае. Комплексная борьба с вредителями (IPM, Integrated pest management) представляет собой стратегию, в которой для борьбы с вредителями используется сочетание методов, включая биологический контроль и химические пестициды. В Китае фермеры используют ИЗР (Интегрированная система защиты растений), чтобы сократить использование химических пестицидов и защитить здоровье почвы. Исследование, опубликованное в журнале Crop Protection, показало, что IPM повышает урожайность и снижает использование пестицидов на 80%.

• Микоризные грибы в Австралии. Микоризные грибы — это тип грибов, которые образуют симбиотические отношения с корнями растений, помогая им поглощать питательные вещества из почвы. В Австралии исследователи изучают использование микоризных грибов для улучшения здоровья почвы и снижения потребности в химических удобрениях. В исследовании, опубликованном в журнале Plant and Soil, исследователи обнаружили, что микоризные грибы увеличивают рост растений и поглощение питательных веществ.

Научные разработки в Казахстане

Популярность набирают биоудобрения, которые представляют собой микробные инокулянты, способствующие росту растений и улучшающие плодородие почвы. Они позволяют сокращать использование синтетических удобрений и способствуют устойчивому развитию сельского хозяйства.

Также на горизонте есть несколько многообещающих разработок. Одна из них — использование технологий точного земледелия, которые включают применение биотехнологических и химических средств защиты растений для оптимизации производства сельскохозяйственных культур при минимизации воздействия на окружающую среду. Здесь используются датчики, дроны и другие технологии для мониторинга состояния почвы, роста урожая и поглощения питательных веществ.

Кейс казахстанского агростартапа «Agro Innovation»

Олжас Жаныбеков, СЕО казахстанского агростартапа, рассказал о том, как его команда использует биотехнологию, химию и IT-технологии для улучшения здоровья почвы и экологии. Олжас отметил, что важно различать понятия плодородие почв и здоровье почв.

Плодородие почв — это способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге и воздухе. Когда речь заходит о низком плодородии, то это решают через удобрения, средства защиты растений, стимуляторов роста, а также навыков агрономов в агротехнологиях. Здесь рассуждают категориями, сколько прибавки это дало или сколько процентов урожая это защитило.

Здоровье почв — это способность почвы, как живой биологической системы, поддерживать урожайность, обеспечивать приемлемое качество урожая, воды и воздуха, при этом также обеспечивать здоровье людей, животных и растений.

В одном случае это список характеристик, а в другом — комплексное благополучие с точки зрения биологических, химических и физических свойств, поддерживаемых живой системой почвы, аналогично здоровью человека.

Минеральными удобрениями и пестицидами потерю здоровья не решить. Имеющиеся биологические решения большинству либо не по карману, либо трудно в реальности использовать, либо и то, и другое.

Фермерам нужно рассматривать свою землю, работников, животных и отходы как взаимосвязанную сеть. Вся сельскохозяйственная деятельность должна рассматриваться как единый живой организм, где используется биологические и механические методы, способствующие круговороту ресурсов, экологическому равновесию и сохранению биоразнообразия.

Многие фермеры постоянно пытаются поддерживать плодородие почв, но почти никогда не задумываются о поддержании состояния здоровья почв. Важно помнить, что здоровые почвы всегда очень плодородны и наоборот, производство на больных почвах не рентабельно.

Проблема в том, что из 624 миллионов фермеров планеты только около 8 тысяч занимаются регенеративным земледелием, которое восстанавливает экосистему. Остальные в той или иной степени просто эксплуатируют то, что есть. Если фермер занимается органическим земледелием или производством с нулевой обработкой почвы, это не гарантирует, что у них регенеративное производство.

Регенеративное производство — это воспроизведение принципов заложенной самой природой. Оно прибыльно и почти не требует внесения пестицидов, удобрений и биопрепаратов, но требует кардинального изменения мышления самого фермера. Такое резкое изменение в мышлении всех фермеров планеты невозможно, но и соглашаться с тем, чтобы наш дом — планета Земля стремительно шла к точке невозврата, тоже нельзя. Ведь на сельское хозяйство ежегодно приходится 10-12% антропогенных выбросов парниковых газов.

«На сегодня у нас завершена разработка двух уникальных биотехнологических изобретений, выпуск которых мы планируем произвести к сезону 2024 года. Еще одно изобретение находится в процессе разработки», - рассказывает Олжас Жаныбеков.

«Также у нас есть ещё пять пусть не уникальных, но важных и адаптированных для небогатых земледельцев решений. Одно уже воспроизведено, но продажа будет только к концу 2024 года и одно в разработке, но мы надеемся выпустить в этом году», - продолжил он.

«Суть в том, что одни технологии стартапа направлены на защиту, восстановление и увеличение количества и разнообразия местных почвенных микроорганизмов, другие — на обеспечение питания и влаги почвенной биосистемы, третьи — на рост коэффициента усвоения минеральных удобрений. Также мы работаем над экспресс-тестом для определения текущего состояния здоровья почв».

Почти все решения стартапа сфокусированы на производителях зерновых, масличных и зернобобовых культур, что составляет большую часть посевных площадей планеты. Таким земледельцам, особенно если у них огромные посевные площади, очень сложно поддерживать почвы здоровыми, но это очень важно, ведь они влияют на экологию и здоровье человечества.

Преимущества и отличия от традиционных методов ведения сельского хозяйства

Клиент стартапа может заниматься любым методом земледелия, будь это традиционное земледелие, органическое, без обработки почв или регенеративное производство. Задача команды — подстроиться под его технологический процесс и органично внедрить технологии, улучшая показатели здоровья почвы и доход фермера.

«В исследованиях для меня важны показатели, влияющие на сохранение и увеличение почвенного биоразнообразия, то есть, как это влияет на бактерии, грибы, простейших организмов, почвенных клещей, личинок, червей. Влияние на прибавку текущей урожайности — второстепенно», - поделился Олжас.

«Наш подход долгосрочен и сотрудничество с нами имеет положительный накопительный эффект. Текущую прибавку мы также решаем, понимая, что экологию нельзя улучшить, если фермерам это не будет выгодно», - продолжил он.

Стартап помогает либо обратить вспять истощение почв, либо сохранить текущую способность почвы обеспечивать урожайность, смягчая последствия изменения климата и повышая рентабельность производства. За счет снижения себестоимости и улучшения способности почвы отдавать, стартап может обслуживать миллионы гектар и удерживать миллионы тонн СО2 в приземном слое атмосферы.

Проблемы и вызовы агростартапа при разработке и внедрении технологии

Стартап обслужил с 2017 по 2021 года более 65 тысяч гектар в Казахстане продажами чужих биопрепаратов и получил более 120 000$ прибыли. Поэтому команда уверена в том, что может решить проблемы с внедрением несмотря на то, что культура потребления в Казахстане на один гектар самая низкая в СНГ. Культура потребления в стране ниже Кыргызстана в 4,5 раза и Узбекистана в 30 раз.

«Сейчас самая большая проблема — это финансирование. Нам нужны были инвестиции для научно-исследовательских работ, а инвесторы Казахстана как огня боятся всего, что связано с биотехнологией, сельским хозяйством и научными исследованиями», - рассказывает предприниматель. «Нам даже не дали шанс презентовать свой стартап. Инвесторов Казахстана сейчас интересуют IT-стартапы, постройка ресторанов, быстрые сделки и тендера», - заключил он.

«Мы сталкивались с трудностями финансирования даже при том, что на тот момент завершили самый дорогой, долгий и сложный процесс исследований. И сделали это в Германии, так как Казахстан не обладает нужной инфраструктурой для изобретения прорывных технологий», - добавил Олжас.

«При этом государственные гранты либо еще не объявлены, но и суммы там ничего не решают и условия не самые благоприятные, либо требуют научной аккредитации, так что стремление их получить перекроют нам возможность международного патентования и при этом срок их получения тоже ничего не решает для нас.

Мы прошли этап, где не было гарантий успеха в поиске технологии, сейчас мы имеем доказательства ее работоспособности и находимся на этапе организации производства, надеюсь теперь инвесторы нас поддержат».

Истории успеха и примеры из практики эффективности подхода в улучшении здоровья почвы

«Здесь надо думать не категорией рекордов урожайности, а категорией экономической целесообразности, когда прибыль с 1 гектара важнее выручки. Потому что в идеале фермер должен применять не только наши решения, но и работать с питанием микроорганизмов через выращивание разнообразных злаковых, бобовых и других культур, следить за тем, чтобы корни находились в почве как можно дольше, а также соблюдать принципы регенеративного производства. Только тогда их ждет настоящее чудо», - поделился Олжас.

«К сожалению, большинство земледельцев Казахстана — это субарендаторы у арендаторов и им нужно выжать из почвы всё, что можно», - продолжил он.

Например, соя. Есть тысячи видов азотфиксирующих бактерий, которые связывают азот из атмосферы и переводят его в усвояемые и необходимые для роста и развития растений соединения. Интересно, что 99,9% из них невозможно культивировать в лаборатории.

Поэтому при выращивании сои мы разными путями влияли на рост местных азотфиксирующих бактерий, в том числе и тех, что живут на корнях, и получали больше 300 кг на 1 гектар прибавки урожайности, затрачивая примерно 2 500 тг на 1 гектар. И нам неважно, обрабатывал фермер семена специальными порошками из лабораторных азотфиксирующих бактерий или нет. В любом случае мы получали прибавку, но там, где фермер обрабатывал порошком, результат был выше.

На луке и бахчевых за счет роста обмена веществ и уничтожения токсинов фермер получал 3, 5, а то и 25 тонн прибавки урожайности с гектара. И для кукурузы с зерном оказалось несложно увеличить урожайность на 500 кг с 1 гектара при небольших вложениях. Был также случай избавления от болезни Пузырчатой головни кукурузы без химических средств. Интересно то, что на следующий сезон эффект растет.

Сейчас команда работает над комплексом решений от экспресс-диагностики состояния здоровья до улучшения способности почвы в удержании влаги. В планах изменить бизнес-модель так, чтобы решения стали более доступными, а также подстраивались под климатические и почвенные характеристики многих клиентов.

Заключение

Новые технологии, включая биотехнологические, могут сыграть решающую роль в революционном изменении состояния почвы и экологии в Казахстане. Богатая история сельского хозяйства страны и ее переход к рыночной экономике создали благодатную почву для применения этих технологий.

Биологизация производства и вопросы окружающей среды — это мировой тренд.

Яркий пример этому Украина, где биологизация с 2017 по 2020 года выросла на 638%. Даже такой химический гигант, как Syngenta задумался о вопросе здоровья почв и проводит обучение.

Если технологии применять разумно и всегда держать в фокусе внимания количество и разнообразие почвенных микроорганизмов, думать о почве как о живой изменяющейся экосистеме, то сельское хозяйство станет стабильным и устойчивым.

Олжас Жаныбеков