Современное состояние и перспективы повышения производства органической растениеводческой продукции в России на основе применения цифровых и умных технологий

Полный текст

Введение

В России отмечается ежегодное увеличение производства сельскохозяйственной продукции: так, в 2023 г. сбор зерна составил 142,6 млн тонн, в том числе: 92,8 млн тонн пшеницы, 14,4 млн тонн кукурузы, 16,7 млн тонн подсолнечника, 6,7 млн тонн сои и т.д. В соответствии с Доктриной продовольственной безопасности страны базовые показатели обеспеченности должны составлять 90 %, но по итогам 2023 г. наблюдается превышение производства по всем видам продукции отрасли за исключением молока (85,7 %), овощей (88,5 %), фруктов и ягод (47,3 %). Вместе с тем дальнейшему развитию производства сельскохозяйственной продукции и увеличению экспортного потенциала страны препятствуют введенные против нашей страны санкции, ограниченный объем потребностей внутреннего рынка, нестабильные закупочные цены и др.

Учитывая достигнутые в стране результаты производства аграрной продукции, сложившуюся внешнюю ситуацию по сдерживанию дальнейшего его увеличения, а также для перехода к наращиванию более качественной и безопасной продукции отрасли правительство приняло в июле 2023 г. «Стратегию развития производства органической продукции в Российской Федерации до 2030 года» (далее – Стратегия).

Производство отечественной органической продукции в 2021 г. составило 9,1 млрд рублей, а к 2030 г. намечено довести до 114,5 млрд рублей. Площадь земель, на которых применяется технология органического земледелия, с 655,5 тыс. га будет увеличена до 4292 тыс. га к 2030 г., средний ежегодный прирост достигнет 20,7 % [1].

Для решения задач, поставленных в Стратегии по значительному увеличению производства органической продукции, сельскохозяйственным предприятиям необходимо располагать определенными финансовыми ресурсами, научным потенциалом, техническими возможностями, позволяющими соблюдать технологию, и др. Однако такими ресурсами располагают в основном только крупные агрокомпании и агрохолдинги, которые могут поддерживать биоразнообразие экосистем и соблюдать все требования к производству органической продукции.

Отечественные ученые отмечают, что применение современных цифровых технологий обеспечивает планирование и рациональное использование производственных процессов, рост производительности и качества труда [2]. По мнению экспертов, использование цифровых технологий в растениеводстве привлекательно для производителей с общей площадью от 500 гектаров. В зависимости от наличия сельскохозяйственных угодий выше обозначенного порога меняется приоритетность технологий и продолжительность их внедрения. Средняя площадь предприятий отрасли, занятых производством органической продукции, по стране превышает 3400 га [3]. Следовательно, по указанному критерию они подходят для массового применения цифровых технологий в органическом производстве.

В рейтинге цифровизации АПК Россия в 2022 г. заняла 8-е место, обогнав Китай и Индию, а лидерами являются США, Австралия, Канада, Израиль и Германия. Дальнейшее внедрение цифровых технологий в отечественном АПК обеспечит к 2030 г. прирост производительности труда на 15,6 %, объемов производства – на 3–5 % и снижение себестоимости продукции на 5–20 %, что принесет сельхозпроизводителям от 800 млрд рублей дополнительного дохода ежегодно¹.

Материал и методы исследований – изучение научной и методической литературы по проблемам производства органической растениеводческой продукции, агротехническим приемам и методам, вопросам цифровизации, автоматизации и роботизации сельского хозяйства; проведение анализа научных публикаций по указанной проблеме и статистических данных, обобщение и систематизация теоретических и практических знаний по теме исследования, выработка на их основе рекомендаций по повышению эффективности производства органической продукции.

Цель исследования – совершенствование системы производства органической растениеводческой продукции путем разработки эффективных агротехнических приемов и методов, цифровых и «умных» технологий.

1. Современное состояние и тенденция развития производства органической продукции в России и в мире

Производство органической продукции динамично развивается и привлекает внимание ученых и производителей во всем мире [4, 5, 6, 7]. Сегодня 179 стран мира производят органическую продукцию, а 89 стран имеют собственные законы в сфере ее производства и оборота [8]. Продиктовано это тем, что продукция признается органической только после прохождения процедуры сертификации в специальных аккредитованных органах по соответствующим стандартам полного цикла, соблюдение которых необходимо от поля до прилавка.

Повышение запроса на органическую продукцию во всем мире связано со стремлением населения к здоровому образу жизни и укреплению иммунитета (рис. 1). Согласно актуальному исследованию научно-исследовательского института органического сельского хозяйства (Fibl) и Международной федерации органического сельскохозяйственного движения (IFOAM) «The world of organic agriculture 2022» продажи органической продукции продолжают расти и достигли рекордного уровня – 129 млрд долларов. По данным маркетинговой компании Mordor Intelligence, объем рынка органических продуктов питания и напитков в 2024 г. оценивается в 174,4 млрд долларов, а к 2029 г., как ожидается, достигнет 233,6 млрд долларов при среднегодовом темпе роста 6,0 %².

 

Рис. 1. Продажа органических продуктов и занимаемая площадь

Fig. 1. Sales of organic products and occupied space

 

В 2022 г. в мире было зарегистрировано 96,4 млн га земель для производства органической продукции, что составляет всего 2,05 % от общей площади сельскохозяйственных угодий. Однако для удовлетворения растущих потребностей рынка в будущем производители органической продукции могут столкнуться с дефицитом пригодных земель, так как производственный потенциал основных стран-производителей и потребителей уже исчерпан [8].

Сегодня в 22 странах мира органическим способом возделываются свыше 10 % всех сельскохозяйственных угодий. Больше всего площадей под органическое производство отведено в Океании – 53,2 млн га, в странах ЕС – 18,5 млн га и Латинской Америки – 9,5 млн га [9]. Для производства органической продукции в России зарегистрировано 615,5 тыс. га, или всего 0,3 % от общей площади сельскохозяйственных угодий. При этом, по оценке Минсельхоза, в стране имеется более 10 млн га, которые могут быть введены в оборот, большая часть из них – земли, пригодные для органического земледелия, куда продолжительное время не вносились минеральные удобрения. С точки зрения стратегической оценки потенциала, подобная ситуация с землями, не требующими соблюдения конверсионного периода, для развития органического сегмента АПК выгодна [3], чем обязательно должны воспользоваться аграрии страны.

В России доля отечественной органической продукции в 2021 г. составила 37 % от общего объема ее потребления, остальную часть занимает импортная продукция, сертифицированная за рубежом [1]. При этом органическую продукцию потребляет менее 1 % населения, а в среднем на душу населения приходится 1,4 евро в год. В мире потребление органической продукции в среднем составляет 16 евро на человека в год, а лидируют по этому показателю Швейцария – 437 евро и Дания – 365 евро.

Возрастающий спрос населения страны по использованию в рационе питания экологически безопасных и полезных продуктов стимулирует увеличение производства органической продукции. Так, в 2022 г. в России было выдано 262 сертификата на органическую продукцию, а в 2023 г. количество сертификатов выросло на 123, достигнув 385. В мире насчитывается 4,5 млн производителей, из которых, 2,5 млн приходится на Индию.

Лидирующие позиции по производству органической продукции в России занимают: Воронежская область – 15 производителей, Московская область и Краснодарский край – по 12 производителей, Ярославская и Новосибирская области – по 8 производителей, Республика Татарстан, Калужская область и Ханты-Мансийский автономный округ – Югра имеют по 7 производителей. Из общего объема сертифицированной органической продукции 53 % приходится на продукцию растениеводства, 37 % – продукты переработки, а 8 % – на продукцию животноводства.

2. Перспективы повышения производства органической продукции с использованием агротехнических, цифровых и умных технологий

Традиционно при производстве органической продукции в растениеводстве используют различные агротехнические технологии и вместо химических удобрений, стимуляторов и пестицидов применяют органические удобрения, биопрепараты и энтомофаги. При этом соблюдение отмеченных условий снижает урожайность и доходы сельскохозяйственных компаний. Проблема решается за счет применения эффективных агротехнических приемов и технологий. Например, осуществляют повышение плодородия почвы: путем ее рыхления не глубже 5 см, использования сидератов («зеленых удобрений») и препаратов эффективных микроорганизмов.

Соблюдение севооборота также способствует сохранению и повышению почвенного плодородия, улучшению ее структуры, а также помогает в борьбе с сорняками, вредителями и болезнями [10].

В растениеводстве одним из приоритетных вопросов является накопление, сохранение и рациональное использование влаги. Так, для предупреждения испарения влаги с поверхности почвы после уборки зерновых культур проводят измельчение соломы и растительных остатков, которые равномерно распределяются, образуя мульчирующий слой.

Важнейшее внимание при производстве органической продукции уделяется вопросам защиты от сорняков, болезней, вредителей и паразитических нематод. В интегрированных системах защиты культур в качестве замены химических пестицидов используются биопестициды, отличающиеся экологической безопасностью. Для защиты посевов сельскохозяйственных культур от вредителей в России финансово благополучные производители растениеводческой продукции применяют 26 видов насекомых-энтомофагов. К основным энтомофагам относятся трихограмма, габробракон и златоглазка. Их используют для защиты посевов злаковых, подсолнечника, сои, картофеля, овощей, плодовых деревьев, винограда и др. культур. Они не только уничтожают вредителей, но еще и блокируют распространение болезней многих растений, переносчиками которых являются насекомые-паразиты.

Качество семян, их подбор и методы обработки определяют не только урожайность, но и степень устойчивости к болезням, вредителям, различным внешним стрессам.

Вместе с тем следует обратить внимание производителей органической продукции на использование современных цифровых технологий, которые представляют определенный интерес [11, 12, 13]. Их разработка для производства органической продукции благодаря созданию оптимальных условий может значительно увеличить объемы производства сельскохозяйственной продукции и снизить ее себестоимость. К числу наиболее перспективных современных цифровых решений относятся: использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для мониторинга и защиты растений, аналитики данных, цифровых технологий, искусственного интеллекта, роботизированных устройств и др.

Сотрудники КБНЦ РАН в 2022–2024 гг. проводили исследования по применению различных цифровых решений при производстве зерна кукурузы по традиционной технологии. Так, беспилотные летательные аппараты (БПЛА) с камерами и датчиками осуществляли видео- и фотосъемку, измеряли и передавали параметры почвы, данные о состоянии растений, наличии вредных объектов (сорняков, болезней, вредителей) и другие показатели. Информацию расшифровывали с помощью компьютерных программ, анализировали, устанавливали отклонения от регламентов, затем с помощью искусственного интеллекта или агрономов-технологов передавали рекомендации по осуществлению оптимальных решений. Съемки на посевах сельскохозяйственных культур проводили с использованием БПЛА DJI Mavic 3 Multispectral (рис. 2).

 

Рис. 2. Снимок посевов

Fig. 2. Photo of crops

 

По результатам съемок определяли индекс NDVI, позволяющий оценивать состояние растений для контроля вегетации в течение сезона, вырабатывать рекомендации для локальной подкормки и защиты от сорняков, болезней и вредителей различных сельскохозяйственных культур.

Один БПЛА может обследовать 90 га в течение 1,5 час., а агроному необходимо затратить целый день на мониторинг такой площади, то есть наблюдается значительное повышение производительности труда. Кроме того, человеческий глаз и обычные камеры не способны воспринимать те излучения, которые фиксирует мультиспектральная камера этого дрона, что позволяет получать наиболее точную и полезную информацию по ходу вегетации сельскохозяйственных культур.

Для защиты посевов от сорняков, болезней и вредителей использовали агродрон DJI Agras T40 (рис. 3), средняя производительность составляла 15 га/час. При производстве органической продукции агродроны можно эффективно использовать для опрыскивания посевов биопестицидами.

За последние годы особое внимание уделяется технологиям комплексного использования цифровых технологий и искусственного интеллекта для разработки интеллектуальных интегрированных систем (ИИС) сельскохозяйственного производства. Активнее всего IT-технологии применяются при выращивании зерновых культур путем контроля и автоматизации процесса с помощью различных «умных» устройств [14].

 

Рис. 3. Опрыскивание посевов агродроном DJI Agras T40

Fig. 3. Spraying crops with a DJI Agras T40 agrodrone

 

Большой интерес вызывает разработка КБНЦ РАН ИИС «Умное поле»: на поле и БПЛА устанавливаются сенсоры для получения оперативных данных о состоянии посевов. С их помощью определяют готовность к посевным работам; отслеживают ход вегетации растений, появление сорняков, болезней и вредителей растений; планируют агротехнические мероприятия; принимают эффективные решения по управлению ресурсами предприятий. На протяжении 2022–2024 гг. при создании ИИС «Умное поле» на посевах кукурузы рядом с полевой метеостанцией подключали стационарные датчики для измерения СО₂, солнечной радиации, содержания в почве азота, фосфора, калия, с помощью которых контролировали вегетацию растений и принимали соответствующие решения (рис. 4).

 

Рис. 4. Полевая метеостанция для ИИС «Умное поле»

Fig. 4. Field weather station for the IIS "Smart Field"

 

Одним из наиболее востребованных и базовых в АПК цифровых технологий является создание и широкое применение в растениеводстве наземных мобильных автономных роботов для отбора образцов почвы, мониторинга вредных объектов, защиты растений, уборки урожая и др. Исходя из этого в КБНЦ РАН разработаны различные робототехнические установки: агромультибот, подвесная транспортная платформа мостового земледелия, роботы по сбору овощей, почвоотборник, по удалению метелок кукурузы (при получении гибридных семян), а также многофункциональный автономный мобильный «Робот-агрозащитник» [15]. Указанные разработки по применению в аграрной сфере цифровых технологий, автоматизации и роботизации могут стать основой для значительного повышения производства органической растениеводческой продукции, получения дополнительного дохода сельхозтоваропроизводителями и увеличения рентабельности отрасли.

Заключение

Сельскохозяйственное производство сегодня находится в сложном положении, что связано с ухудшением плодородия почв, состояния окружающей среды, нестабильностью реализационных цен, кадровым дефицитом, ростом стоимости логистики и другими проблемами, поэтому выполнение задач, обозначенных в Стратегии, требует разработки новых подходов к производству органической продукции.

При выращивании органической продукции применяют высокотехнологичные подходы, включающие использование: экологически безопасных и природосберегающих технологий, севооборотов, максимально щадящих методов возделывания почвы, органических и микробиологических удобрений, агрохимикатов биологического происхождения. Но дальнейшему повышению объемов производства органической продукции препятствует низкий уровень автоматизации, роботизации и применения цифровых решений предприятиями отрасли.

Внедрение прогрессивных технологий органического производства растениеводческой продукции требует тщательного научного обоснования, включающего оценку агротехнологической, технической, экономической эффективности проводимых мероприятий в условиях конкретного региона и для каждой культуры. Сочетание такого подхода и комплексного применения новейших агротехнических, цифровых и умных технологий при производстве органической продукции будет способствовать значительному повышению урожайности сельскохозяйственных культур, рентабельности предприятий и восстановлению плодородия почвы.

 

¹ Цифровизация АПК России: проблемы и предлагаемые решения [Электронный ресурс]. URL: https://yakov.partners/publications/digitalizing-russia-s-agricultural-sector-challenges-and-solutions/.

² Обзор мирового органического рынка и рынка России на конец 2023 года [Электронный ресурс]. URL: https://rbc-ru.turbopages.org/rbc.ru/s/economics/11/09/2024/66dedb969a794773a43ba6a0).

Об авторах

Владислав Миронович Шуганов

Кабардино-Балкарский научный центр РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vmshuganov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5189-998X

д-р с.-х. наук, зав. научно-инновационным центром «Интеллектуальные системы и среды производства и потребления продуктов питания»

Россия, 360010, Нальчик, ул. Балкарова, 2

Аслан Мухамедович Лешкенов

Кабардино-Балкарский научный центр РАН

Email: aslan.leshckenov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9516-3213

науч. сотр., зав. лабораторией «Сельскохозяйственной робототехники» начно-инновационного центра «Интеллектуальные системы и среды производства и потребления продуктов питания»

Россия, 360010, Нальчик, ул. Балкарова, 2

Список литературы

Дополнительные файлы