Химия и сельское хозяйство - два тесно связанных понятия. Без применения удобрений, пестицидов и других агрохимикатов невозможно обеспечить продовольственную безопасность растущего населения планеты. Давайте разберемся в ключевых тенденциях их взаимопроникновения.
История вопроса
Химизация сельского хозяйства началась еще в XIX веке с открытия минеральных удобрений. Осознание того, что растениям для роста нужны азот, фосфор и калий, позволило вывести урожайность на новый уровень. В СССР химизация стала государственной политикой, что обеспечило продовольственную безопасность, но принесло экологический ущерб из-за чрезмерного внесения удобрений.
В развитых странах с 1960-х годов начался отказ от химизации в пользу органического земледелия. Однако низкие урожаи вынудили вернуться к сбалансированному подходу.
Сегодня акцент делается на точных методах применения химикатов, чтобы сочетать высокую урожайность и экологичность.
- 1840-е - открытие минеральных удобрений;
- 1930-1950-е - химизация сельского хозяйства в СССР;
- 1960-1970-е - развитие органического земледелия;
- 2000-е - «точное земледелие».
Химия и сельское хозяйство сегодня
Сегодня химизация охватывает все сферы АПК. В растениеводстве активно применяются удобрения, регуляторы роста, гербициды и пестициды. В животноводстве используются кормовые добавки, витамины и антибиотики.
По данным ФАО, мировые расходы на удобрения в 2019 году составили 208 млрд долларов. Более 50% пришлось на азотные, 29% - на фосфорные и 20% - на калийные удобрения. Лидером по объемам потребления был Китай.
| Мочевина | Карбамид | Аммофос |
| Гербициды | Инсектициды | Фунгициды |
В России химизация сельского хозяйства с 1990-х годов резко сократилась. Сейчас наблюдается постепенное восстановление:
Тем не менее, потенциал для роста потребления удобрений остается высоким. Так, если в среднем в мире на 1 га пашни приходится более 150 кг удобрений, то в России этот показатель не превышает 50 кг.
«Сбалансированное внесение удобрений - залог высоких и качественных урожаев», - считает академик А. Донцов.
Вызовы и решения
Химия и сельское хозяйство - союз, который несет не только пользу, но и угрозы. Чрезмерное внесение удобрений ведет к эвтрофикации водоемов, закислению почв, ухудшению здоровья людей. Пестициды также влияют на экосистемы.
Решением может стать переход к точному (precision) земледелию на основе IT и биотехнологий. Системы GPS-мониторинга позволяют оптимизировать внесение химикатов, снижая избыточное использование на 30-70%.
- Использовать удобрения строго по нормам.
- Проводить регулярный агрохимический анализ почв.
- Применять ингибиторы нитрификации для удобрений.
- Учитывать погодные условия при внесении удобрений.
«Биотехнологии открывают путь к экологичной химизации сельского хозяйства», - А. Кондратьев, д.б.н.
Наукоемкие решения
Современные достижения науки и технологий открывают новые перспективы для развития химизации сельского хозяйства. Концепция "точного земледелия" подразумевает индивидуальный подход к каждому полю и растению при внесении удобрений и химикатов.
Ключевым элементом "точного земледелия" являются "умные" системы мониторинга сельхозугодий и анализа больших данных. В качестве датчиков используются GPS, дроны и спутниковые снимки. На базе собранной информации строятся профили полей и даются рекомендации по внесению химикатов.
| Системы GPS-мониторинга | Спектральный анализ |
| Беспилотные летательные аппараты | ГИС и данные ДЗЗ |
Данные технологии показали высокую эффективность. Так, по данным ТюмГУ, в Узбекистане внедрение системы "точного земледелия" на основе технологии SMS-Agro позволило сократить использование азотных удобрений на 30% при росте урожайности на 11%.
К 2030 году мировые расходы на агрохимикаты могут вырасти до 300 млрд долларов. При этом на развивающиеся страны будет приходиться более 60% спроса.
Экологический аспект
Химия и сельское хозяйство находятся в сложных отношениях с окружающей средой. С одной стороны, повышение урожайности и производства продовольствия является важной задачей для растущего населения планеты. С другой стороны, чрезмерное применение удобрений и пестицидов несет угрозы для экосистем.
Основные экологические последствия химизации:
- Эвтрофикация водоемов из-за попадания азотных и фосфорных удобрений.
- Накопление нитратов и тяжелых металлов (Cd, Pb) в почвах.
- Закисление почв в результате использования азотных удобрений.
- Нарушение структуры и эрозия почв.
- Потеря биоразнообразия из-за применения гербицидов.
Данные Greenpeace свидетельствуют, что в районах интенсивного сельского хозяйства в России отмечается превышение ПДК нитратов в почвах и водных объектах в 3-10 раз. Это сопоставимо с уровнем развитых стран Европы и США.
Зеленая химия
Ответом на экологические вызовы стала концепция "зеленой химии" (green chemistry), подразумевающая разработку таких химических продуктов и процессов, которые снижают негативное воздействие на окружающую среду и здоровье людей.
Применительно к сельскому хозяйству, зеленая химия означает:
- Создание биоразлагаемых удобрений и пестицидов.
- Использование возобновляемого растительного сырья вместо ископаемого.
- Разработка ингибиторов нитрификации для контроля выбросов N2O.
- Применение методов "точного земледелия" для оптимизации доз химикатов.
Данный подход позволяет сочетать задачи повышения урожайности с охраной окружающей среды. Уже разработаны и проходят испытания несколько перспективных решений в этой сфере.
Биологизация земледелия
Альтернативой химизации является биологическое (органическое) земледелие, полностью отказывающееся от минеральных удобрений и пестицидов. Однако низкие урожаи не позволяют широко использовать данный подход.
Одним из компромиссных вариантов является биологизация - частичный переход к использованию биопрепаратов в дополнение к химическим средствам. К биопрепаратам относятся:
- Бактериальные удобрения (ризоторфин, азотобактерин).
- Биофунгициды на основе бактерий Bacillus subtilis.
- Регуляторы роста растений (гиббереллины, ауксины).
- Биоинсектициды (на основе Bacillus thuringiensis).
По оценкам в России доля биопрепаратов и регуляторов роста в структуре агрохимикатов не превышает 1-3%. Потенциал для наращивания производства и использования остается значительным.
Органическое животноводство
Альтернативой химизации также является органическое животноводство, полностью отказывающееся от кормовых добавок, гормональных препаратов и антибиотиков при выращивании скота.
Однако переход к такому подходу сдерживается рядом факторов:
- Снижение продуктивности и молочной/мясной продуктивности.
- Удорожание конечной продукции для потребителей.
- Ограниченность пастбищных угодий.
Таким образом, полный отказ от химизации в животноводстве в ближайшей перспективе представляется маловероятным
