В наш цифровой век уже трудно удивить людей электронными гаджетами, применяемыми в высокотехнологичном сельском хозяйстве. В свое время мы уже писали о «хайтековых» теплицах, напичканных всевозможными датчиками, через которые – с помощью специальных компьютерных программ – осуществляется полный автоматический контроль по выращиванию растений. Мало того, в современную земледельческую отрасль начинают входить умные машины, способные заменить не только обычных работников, но даже квалифицированных специалистов. Роботы, оснащенные особыми сканерами, фиксируют текущее состояние выращиваемых культур, выявляют наличие болезней и определяют степень зрелости урожая. Такая техника, например, несколько лет назад демонстрировалась в Новосибирском Академгородке на Международной конференции, посвященной генетике и селекции растений.
В общем, футуристические прогнозы начинают сбываться. Но вот что показательно: как уже было неоднократно замечено, все современные инновации являются реализацией научных разработок и научных предложений как минимум полувековой давности. Нынешний земледельческий «хай-тек» также не является исключением. Исследовательская работа в этом направлении проводилась еще в 1950-е годы, причем, на фундаментальном уровне. И этот уровень далеко не случаен, если участь, что в нашей стране весомый вклад в зарождение данного направления внес знаменитый физик Абрам Иоффе, признанный чуть ли не «патриархом» советской точной науки.
Принято считать, что растениеводство – сфера деятельности биологов и химиков, но никак не физиков. В нашем сознании физика ассоциируется с машинами и прочими неживыми объектами. Поэтому нам трудно представить, какой вклад могут внести физики в совершенствование агрокультуры. Однако это является предубеждением. Академик Иоффе исходил из того простого факта, что урожай сельскохозяйственных культур в такой же степени зависит от физических факторов, как и от химического питания и от биологического сорта семян. В числе этих факторов – свет, тепло, вода и воздух. И физики, считал ученый, должны научиться УПРАВЛЯТЬ ИМИ и научить этому других.
Чтобы понимать, как это сделать, нужно изучить и уметь регулировать условия, в которых живет растение. Эту задачу в конце 1950-х годов пытались решить сотрудники Агротехнического института Академии сельскохозяйственных науки имени В. И. Ленина. В частности, разрабатывались системы измерений таких принципиально важных величин, как температуры и влажности почвы на различных глубинах, степень освещенности, направления и спектральный состав света и так далее. В ходе подобных исследований, подчеркивал академик Иоффе, замечательные возможности открывает применение полупроводников. Их главная особенность заключается в высокой чувствительности к внешним воздействиям. Благодаря данному свойству можно измерять эти воздействия и передавать полученные результаты на большие расстояния. Причем, эти измерительные приборы, отмечает ученый, очень малы, а потому их можно разместить где угодно. Подобно стражам, они будут следить за всеми изменениями, даже весьма незначительными. Система таких полупроводниковых датчиков позволяет из одного наблюдательного пункта вести систематическую запись ВСЕХ ДАННЫХ, характеризующих состояние ЛЮБОГО ПО РАЗМЕРАМ ПОЛЯ.
Как видим, более шестидесяти лет назад знаменитый физик уже вел разговор о «диджитализации» сельского хозяйства и автоматизированной обработке больших данных, собираемых с полей. Здесь были поставлены как раз те вопросы, которым в наши дни посвящают престижные международные конференции, собирающие под одной крышей биологов, генетиков, селекционеров, математиков, физиков и программистов. По мысли академика Иоффе, используя показания измерительных приборов, разбросанных по всему полю, ученые в состоянии проследить за взаимосвязью света, тепла, влажности, а также за реакцией растений на внешние условия.
В качестве наглядной иллюстрации им приводился конкретный пример, когда использовался мизерный датчик (размером меньше миллиметра), измеряющий влажность и температуру в данной точке. Поместив этот прибор в непосредственной близости к листу или стеблю растения, можно было следить за ходом испарения влаги листьями, определяя влияние на данный процесс температуры, освещения и других внешних факторов. В ходе исследований выяснилось, что освещение в несколько раз повышает испарение. Но это правило действовало только в определенное время суток, в зависимости от свойств конкретного растения. После того, как растение использовало необходимую «порцию» света, испарение прекращалось само собой, переходя на обычную ночную норму.
Ссылаясь на данный пример, академик Иоффе указал на то, что при помощи света у растений можно вызывать явления (напоминающие условные рефлексы у животных), регистрируемые специальными приборами. Благодаря данному свойству был создан автомат для оранжерей, способный включать и выключать свет по «указанию» самого растения. То есть растение освещается до тех пор, пока нуждается в свете, а затем само его «выключает», как только прекращается процесс испарения. Такой режим освещения, отмечает ученый, заметно отличается от физических условий, которые мы насильно навязываем растениям.
По словам ученого, как раз в оранжереях имеются все возможности для того, чтобы подобрать необходимые сочетания света, тепла и влаги. Путем систематических исследований на данном направлении ученые смогут досконально разобраться в том, чего «хочет» конкретное растение, при каких условиях оно лучше всего развивается, накапливает наибольшее количество полезных веществ (включая сахара и витамины) и приобретает наиболее хороший вкус плодов. Только выяснив все эти вопросы, можно организовать светокультуру на подлинно научной основе, считал академик Иоффе.
Интересно отметить, что результаты опытов не всегда совпадали с общепринятыми в биологии положениями. Так, выяснилось, что усиление освещения необходимо совмещать с низкими, а не с высокими температурами, как считалось ранее. Скажем, осенью, зимой и ранней весной, когда освещенность пониженная, для успешного выращивания некоторых овощей необходимы повышенные температуры. При учете реальных потребностей конкретных культур можно было значительно ускорить сроки созревания. Как утверждал академик Иоффе, при грамотной организации светокультуры удавалось доводить томаты до полной спелости всего за 60 дней. При этом урожай оказывался больше обычного, а вкусовые качества плодов - выше.
Еще одной важной физической задачей, полагал ученый, является изучение теплового режима почвы и математическая формулировка запасов почвенного тепла. Важной стороной таких исследований (особо актуальных для умеренных широт, включая Сибирь) являлось создание математической модели, позволяющей точно предсказывать ночные температуры и утренние заморозки. Помимо этого, можно было следить и за ходом испарения почвенной влаги. Причем, наличие полупроводниковых приборов давало возможность автоматически включать в правильном режиме необходимое орошение.
Как видим, еще шестьдесят лет назад был осуществлен очень важный, поистине революционный задел, направленный на развитие агротехники. Во многом академик Иоффе даже опередил наши дни. Ведь электронные гаджеты сами по себе являются не просто составной частью технологии выращивания растений – они являются предпосылкой для очень важных ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. И пока что работа здесь далека от завершения. Растениеводы начинают обращаться к физике, однако важные прорывные открытия еще ждут нас впереди. Заслуга знаменитого советского академика именно в том, что он указал этот путь.
Николай Нестеров
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии