Модель ландшафтного растениеводства

Ландшафтное растениеводство предусматривает создание агроэкосистем с оптимальной структурно-временной органи­зацией, многокомпонентными сообществами организмов, вы­сокой стабильностью эколого-ландшафтной пространственной структуры и входящих в нее экосистем, оптимальных в био­логическом и агротехнологическом аспектах, экологически и экономически обоснованных.

Исследователи отмечают, что основой оптимизации эко­систем является разработка структурно-функциональной орга­низации ландшафтов, изучения механизмов их саморегулиро­вания.

Нарушение соотношения между экосистемами приводит к дестабилизации экологического равновесия и снижает их при­родный биоэнергетический потенциал. В этой связи для по­вышения биоэнергетики структурированных экосистем необ­ходимо построить модель ландшафтного растениеводства и определить биоэнергетический потенциал экосистем (природ­ных и антропогенных), их структурирование по агроэкологи- ческим зонам.

Ландшафт это единая биоструктура, состоящая из компо­нентов (экосистем) и комплексов, с присущими им динамич­ными дифференциацией и интеграцией. Ландшафт не биокос­ная, а биоэдафоэкоинформационная система и, следователь­но, ему необходимо биоэкологическое обоснование.

Эколого-ландшафтная пространственная структура, в ос­нове которой находится ландшафтная ячейка (оптимальный комплекс или сочетание экосистем), будет активизировать ста­билизационные биоэнергетические процессы, впрочем, так же, как и ландшафтная организация территории, оптимизирую­щая соотношение экосистем (пашни, лесов, лугов, пастбищ и т.д.). Для повышения биоэнергетических процессов необхо­димо проведение ландшафтного (биологического вместо тех­нологического) землеустройства, обозначение агроценозных провинций, определение модели ландшафтного растениевод­ства, а также внедрение биоэдафоконтурно-корреляционной организационно-технологической агросистемы ландшафтных агротехнологий.

Эколого-ландшафтная пространственная структура - это конструкционная схема, на которой создается ландшафтное растениеводство. Поэтому определяющее значение имеет обо­значение и параметрирование процессов и потоков, определе­ние направления потоков энергии стабилизации эколого-лан­дшафтной пространственной структуры. При этом обязатель­но не только хозяйственный, но и биоэнергетический учет про­цессов взаимодействия структурированных экосистем. Важное значение имеет структурное ббоснование ландшафтного расте­ниеводства.

Модель ландшафтного растениеводства

A.M. Изотов, Б.А. Тарасенко и A.B. Рогозенко (2008 г.), считают, что разработанные и внедренные в последние деся­тилетия XX века так называемые «интенсивные технологии» выращивания сельскохозяйственных культур, в том числе и главной продовольственной культуры - озимой пшеницы, несмотря на некоторое повышение ее урожайности, оказались весьма энерго- и ресурсозатратными, а также экологически небезопасными. Они вобрали в себя, преимущественно, наи­более простые, доступные и легкие приемы, способы повы­шения урожайности и качества зерна - повышенные дозы удоб­рения, орошение, пестициды и некоторые другие. Их созда­ние явилось вершиной движения растениеводческой науки в ложном направлении - по пути покорения, подчинения и пре­образования природы. При этом напрочь было потеряно и пре­дано забвению изначальное, правильно выбранное сельскохо­зяйственным производством направление - направление адап­тивности. В конечном итоге растениеводство в своем стремле­нии полнее обеспечить потребности человеческого общества в продуктах питания и перерабатывающей промышленности в сырье, стало наносить окружающей среде ощутимый ущерб, расточительно расходуя невосполнимые природные богатства, что сделало его в определенных ситуациях не только эконо­мически невыгодным, но и довольно небезопасным для су­ществования самого человека. В тоже время, бесконечное уве­личение норм внесения минеральных удобрений, пестицидов, оросительных норм и т.п., которые в этих технологиях оказа­лись уже практически максимально предельными, перестало сопровождаться адекватным ростом продуктивности пшени­цы и других сельскохозяйственных культур. В конечном сче­те, нерациональное расходование средств и ресурсов, наряду с другими объективными и субъективными причинами, приве­ло к тому, что государство попало в затяжной социально-эко­номический и энергетический кризис.

Создавшаяся ситуация порождает объективную необходи­мость скорейшего возврата нашего сельскохозяйственного про­изводства на путь более полного использования «всемогуще­ства приспособляемости» всех биологических компонентов аг- роэкосистем и факторов, приемов воздействия на них, что даст возможность вывести растениеводство из того тупика, в кото­ром оно находится, позволит полнее использовать смежные с ним науки для дальнейшего совершенствования технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

Предпосылкой для этого служит более глубокое понима­ние биологии культуры и довольно высокий современный уровень развития компьютерной техники, ее математического обеспечения, позволяющих на данном этапе своевременно по­лучать и оперативно анализировать информацию о состоянии основных факторов жизни растений, с высокой точностью и достоверностью определять для конкретных, а не средне го­довых (на которые ориентированы интенсивные технологии и которых в природе практически не бывает) условий вегетации оптимальные параметры комплексов взаимосвязанных элемен­тов технологии выращивания сельскохозяйственных культур, в том числе и озимой пшеницы.

Оперативное управление технологией выращивания ози­мой пшеницы позволяет адаптировать к фактически склады­вающимся условиям (прежде всего погодным, почвенным, экономическим, хозяйственным и др.) и тем самым не только более полно удовлетворять потребности пшеницы на различ­ных этапах ее роста и развития, но и более рационально расхо­довать материальные и энергетические ресурсы, получая при этом максимально возможный для них по величине и количе­ству урожай зерна, а, значит, и наибольший экономический эффект, что является главной задачей производства в услови­ях рыночной экономики.

Неблагоприятные тенденции в современном растениевод­стве - рост затрат невосполнимой энергии, нарушение эколо­гического равновесия в агроэкосистемах, загрязнение и разру­шение природной среды, опасность для здоровья человека, рост вариабельности величины и качества урожая от нерегу­лируемых абиотических и биотических факторов, водная и вет­ровая эрозия и другие делают разработку основ управления агротехническими приемами технологий выращивания сельс­кохозяйственных культур, особенно озимой пшеницы, весьма актуальной.

Но особенно важно, то обстоятельство, что природные фак­торы определяющие формирование величины и качества уро­жая постоянно варьируют, а растения в филогенезе и онтоге­незе выработали к этому приспособляемость. Присущая расте­ниям способность к адаптации лежит в основе формирования.

Отсюда технология возделывания культуры должна это учи­тывать, быть адекватной этим изменениям, то есть адаптив­ной. Ее элементы, их параметры с помощью оперативного управления, основанного на математическом моделировании и информационных технологиях, должны быть приспосабли­ваемы к изменяющейся среде произрастания, дифференциро­ваны по периодам вегетации в соответствии со складывающи­мися метеорологическими и хозяйственными условиями, с состоянием агрофитоценоза и обеспеченностью его элемента­ми минерального питания.

В связи с тем, что урожай является результатом взаимо­действия множества факторов, как поддающихся, так и пока еще не поддающихся регулированию человеком, большое зна­чение приобретают комплексность и систематичность в управ­лении адаптивными реакциями культивируемых растений, их агрофитоценозов, применение для этой цели современной ком­пьютерной техники. Обойтись без нее при оперативном управ­лении параметрами элементов технологии практически невоз­можно, так как для принятия рационального агрономического решения необходимо учитывать очень большое количество показателей.

На факультете землеустройства Политехнического инсти­тута восточного Лондона (Англия) разработана лазерно-ком- пьютерная система «Лазартрак», которая руководит движени­ем трактора по полю и определяет его положение с точностью до 25 см. Эта система предназначена для обработки почвы, посева, сбора урожая, дозированного внесения минеральных удобрений и пестицидов с учетом конкретных, определенных почвенных точек с датчиками на поле. Пучок лазерного света посылается из прибора, размещенного на крыше трактора, на угловые призмоотражатели, которые находятся по краям поля. Отраженный свет воспринимается фотоприемником, сигнал передается на бортовой компьютер, который определяет поло­жение трактора на поле и сравнивает его с «электронной кар­той» поля, находящейся в его памяти, или в памяти централь­ного компьютера фермы. На картах записана необходимая для каждого вида работ информация о содержании влаги в почве, химическом составе и прочие особенности. Компьютер опре­деляет также точное количество семян или препаратов, кото­рые необходимо внести на каждый дюйм поля. Как установи­ли канадские исследователи, подобные системы могут более чем вдвое сократить затраты фермеров на производство сельс­кохозяйственной продукции. Уменьшаются затраты семян, удобрений и пестицидов, а главное создается более выровнен­ный технологический фон, сокращаются проходы трактора по полю, уменьшается отрицательное влияние сельскохозяйствен­ных машин и орудий на почву и растения, экономится горю­чее; при более точном и полном использовании влаги в почве, удобрений и пестицидов увеличивается урожайность сельско­хозяйственных растений.

Применение «Лазертрака» позволяет, благодаря уменьше­нию количества и равномерности внесения пестицидов и ми­неральных удобрений (в особенности азотных и фосфорных), загрязняющих почву и водохранилища, предохранять окружа­ющую среду и получать экологически чистую продукцию.

Считают, что система «Лазертрак» - шаг на пути создания автоматических сельскохозяйственных машин, которые будут работать без участия человека. Дальнейшее развитие «точное растениеводство» получило в США, где вместо лазеров ис­пользуют спутники. Здесь также применяют «электронные кар­ты» полей, позволяющие, используя точные данные о запасах влаги в почве, ее химическом составе, дифференцировать нор­му высева семян, дозы внесения удобрений, проводить сбор урожая в оптимальные сроки.

Представляет интерес «крановое растениеводство», которое интенсивно изучается уже более 50 лет. Оно позволяет диф­ференцировать применение удобрений и пестицидов, нормы высева семян, без уплотнения почвы, поскольку сельскохо­зяйственные орудия прикрепляются на кран, двигающийся по рельсам или колее.

Безусловно, повышению качества выполнения технологи­ческих операций (применения удобрений, посев и составление электронной карты полей) будет оказывать содействие «био­логическое землеустройство», которое приведет к выравнива­нию и оптимизации технологического фона новых полей.

В США при разработке современных устойчивых точных агротехнологий применяют дозированное внесение семян, удоб­рений, орошение в соответствии с потребностями растений и качеством почв.

Обязателен при этом регулярный отбор почвенных проб, для анализов не только в целом для поля, но и на отдельных его частях. Эта агротехнология предлагает использование трак­торов и сельскохозяйственных машин крупных размеров, мно­горядных, широкозахватных сеялок и т.д., оборудованных компьютерами, сенсорами и другими совершенными механиз­мами. Эти устойчивые агротехнологии уже успешно применя­ются во Франции, Германии, Великобритании. В США своев­ременность и точность выполнения сельскохозяйственных операций контролируется из космоса.

Раньше эта агротехнология внедрялась лишь на очень круп­ных фермах, а сейчас уже широко распространена, поскольку обеспечивает снижение трудовых и энергетических ресурсов, повышение урожайности сельскохозяйственных культур и эффективности производства.

Наноциация

«Нано» - греческое слово, означающее «карлик». Нанометр (нм) равен одной миллиардной части метра. Известно, что сред­няя толщина человеческого волоса составляет 50000 нм, раз­мер бактерий - около 1000 нм, вирусов - 100 нм.

Нанотехнология - совокупность научных знаний, спосо­бов и средств, и регулируемой сборки (синтеза) из атомов и молекул различных веществ таких материалов и изделий, эле­менты структуры которых имеют размеры менее 100 наномет­ров. Получены пленки, толщиной в один атом, путем испаре­ния и последующей конденсации атомов и молекул (атомно- молекулярного потока различных веществ в вакууме). Сегод­ня, по мнению академика Б.Мовчана (2009), в повестке дня уже наноэлектроника - с размерами устройств менее 100 нм. Начинается производство разнообразных материалов, облада­ющих всевозможными заданными физико-химическими свой­ствами в электронике и информатике, химической промыш­ленности и медицине, в сельском хозяйстве и производстве пищевых продуктов, экологии и т.д.

В 2007 г. глобальные инвестиции в развитие нанотехноло- гий в мире составили около 13,5 млрд. долларов, из которых 36% приходится на США. Большие суммы выделяют страны ЕС, Китай, Япония и др.

Воистину фантастические результаты в растениеводстве, в получении пищи и других отраслях ожидаются от внедрения нанотехнологий, над которыми интенсивно работают ученые экономически развитых стран.

Нанотехнология (сборка устройств на уровне атомов). Весьма перспективна в этой связи генная инженерия. Нанотехноло­гия и генная инженерия дают возможность полностью изме­нить окружающий мир. В перспективе возможно создание эво- люционизирующей промышленности и сельского хозяйства по законам живой материи, которая без участия человека бу­дет производить готовые вещи и изделия. Состоящие из ато­мов нанороботы - ассемблеры смогут собирать даже из отхо­дов все что угодно: от ракетных двигателей до одежды и обу­ви. Причем очень быстро, экологически чисто и дешево. Бу­дут созданы сверхпроизводительные солнечные батареи, сверхемкие аккумуляторы, сверхминиатюрные и сверхмощные компьютеры, космические спутники,величиной с яблоко, жизнь человека будет продлена до 150-200 лет и др.

Уже сейчас британским ученым удалось создать, как от­мечалось, новую, стабильную наноструктуру - пленку толщи­ной в один атом.

Новый материал уже получил название «грейфин». Это самая тонкая наноструктура из всех существующих на земле, как считают ученые, открывает революционные перспективы в компьютерной технике и медицине.

Приведу некоторые прогнозы ученых. Так к 2026 году люди научатся понимать животных, поскольку появятся цифровые устройства для распознавания, расшифровки и передачи эмо­ций и неоформившихся мыслей животных в форме, понятной человеку. Таким образом, мы будем понимать язык животных и, следовательно, человечество станет вегетарианцем. В теку­щем 2009 году Японские ученые уже создали ошейники для собак, которые позволяют им говорить по-японски 20-30 слов.

К 2026 году человечество по прогнозам должно отказать­ся от всех валют, общим эквивалентом станет мегаватт/час.

В 2030 г. из мозга человека на специальный человекоэк- вивалентный чип (чек) будет переписана необходимая инфор­мация и вот она вечная жизнь виртуальная, без тела челове­ка. Собственно говоря, ничего не остается. Но у него оста­нется самое главное - его сознание, память, представления и привычки, то есть все то, что заложено в его мозге. Правда, остается вопрос - можно ли считать таких электронных су­ществ людьми. Некоторые уже полагают, что их нельзя бу­дет допускать к выборам Президента и документам Верхов­ной Рады.

К 2040 г. ученые получат полный контроль над структу­рой атома и изобретут устройства позволяющие воспроизво­дить молекулярные дубликаты любых предметов и веществ.

В последующие годы, как прогнозируют, бриллианты и золото обесценятся, промышленность и сельское хозяйство в обычном восприятии прекратят существование, а цивилиза­ция лишится главного занятия работы.

Это прогнозы.

Ученые считают, что уже через 20 лет человек обретет веч­ную жизнь. Это станет возможным благодаря достижениям ком­пьютерных технологий, генетики и нанотехнологий.

С их помощью станет возможным создание искусствен­ных, но жизнеспособных тканей человеческого организма. Сначала процесс старения будет замедлен, а затем и вовсе ос­тановлен.

Это прогнозы.

Светлана Шаромок (2009 г.) отмечает, что наномир - это часть реального привычного нам мира, настолько малых раз­меров, что увидеть его невозможно. Впервые объекты нано- мира - нанообъекты - обнаружили в 1931 году немецкие фи­зики Макс Кнолл и Эрнст Руска - создатели первого элект­ронного микроскопа. В настоящее время используется два ос­новных способа изготовления наноустройств.

Снизу вверх. Сборка наноустройства по принципу «молеку­ла к молекуле», что напоминает сборку дома. Можно создавать наноустройства, перетаскивая отдельные атомы с помощью так называемого атомного силового микроскопа, достаточно чув­ствительного для выполнения подобных процедур.

Или сверху вниз. Эта методика предполагает использова­ние макроскопического образца для создания на его поверхно­сти обычных компонентов микроэлектронных устройств с па­раметрами наномасштабов.

Уже через несколько лет текстильная промышленность будет выпускать одежду изменяющую цвет в зависимости от настроения хозяина; белье, следящее за состоянием здоровья. В медицине с помощью нанороботов можно будет выполнять «молекулярную хирургию», создать молекулярных роботов- врачей, которые смогут находиться внутри человеческого орга­низма устраняя все возникающие нарушения.

Некоторые наночастицы способны «размножаться» - реп­лицироваться, как это делают бадстерии. Эрик Дрекслер на­звал эти наночастицы «машинами-ассемблерами», т.е. сборщи­ками. Понятно, что подобный робот должен быть изготовлен из частей с атомной точностью.

На снимках представлены механический нанокомПьютер и наноманипулятор Эрика Дрекслера.