Россия обладает разнообразными аграрными ресурсами, которые формируют основу продовольственной безопасности и поддерживают развитие сельскохозяйственного сектора. Важно не только осваивать эти ресурсы, но и совершенствовать методы их эффективного использования и защиты. Так, природно-климатические особенности Крымского полуострова открывают возможности для развития винодельческой отрасли за счет поиска оптимальных условий выращивания сортов с учетом климатических изменений. Вместе с тем главным ресурсом сельского хозяйства остается почва, которая подвержена загрязнению и истощению. О современных подходах к выявлению идеальных условий для выращивания винограда и разрабатываемой системе комплексной доставки агрохимических препаратов рассказывают грантополучатели РНФ Евгений Рыбалко, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Всероссийского национального научно-исследовательского института виноградарства и виноделия «Магарач» НИЦ «Курчатовский институт» и Татьяна Бауэр, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории «Агробиотехнологии для повышения плодородия почв и качества сельскохозяйственной продукции» Южного федерального университета.
Поделиться
Источник: Пресс-служба РНФ
Евгений Рыбалко: «Знания о закономерностях формирования виноградных терруаров позволят эффективно использовать ресурсы и получать хороший урожай»
Глобальное изменение климата влияет на то, как растет и развивается виноград, когда он зацветает и созревает, а также на состав ягод. Это отражается на питательной ценности винограда, качестве урожая и в итоге на вкусе и характеристиках вина. Чтобы страна имела собственное качественное вино и не зависела от импорта, нужно точнее изучать, где именно можно выращивать тот или иной сорт винограда. Важно подобрать такие районы, где климат и природные условия лучше всего подходят для растений. Это позволит эффективно использовать ресурсы, получать хороший урожай и выпускать винодельческую продукцию высокого качества.
Одно из ключевых направлений стратегии научно-технологического развития России — переход к высокопродуктивному и экологически чистому агрохозяйству, производство безопасных и качественных продуктов питания, в том числе за счет создания отечественных высокоэффективных цифровых, интеллектуальных технологий производства и переработки сельскохозяйственного сырья. В виноградарстве и виноделии это выражается в развитии сектора высококачественного производства с географическим и органическим статусом.
Источник: Издательство «Редколлегия»
В настоящий момент в России утверждено деление земель, пригодных для выращивания винограда, на зоны, районы и терруары. Напомню, что терруар — это комплекс природных факторов, влияющих на характеристики винограда и вина, таких как климат, почва и рельеф. При этом границы терруаров в стране до сих пор не определены. Кроме того, пока нет единой методики определения терруаров, поскольку взаимодействие растения с окружающей средой слишком сложно. Задача науки — выявить терруары и дать им характеристику, а также рекомендовать оптимальный для данных природных условий сорт винограда и направление его переработки. Это может быть употребление в свежем виде или производство определенных типов вин.
.png)
Сегодня в арсенале ученых появляется все больше инструментов и методов для проведения исследований. Большую роль сыграло появление и развитие географических информационных систем — компьютерных программ для анализа, хранения и визуализации пространственных данных. Сейчас важным источником информации для исследований являются данные дистанционного зондирования Земли. Они позволяют получать сведения об особенностях рельефа, климата и других параметров на больших территориях в разные временные промежутки и в цифровом виде, удобном для анализа.
Об актуальности этих вопросов свидетельствует большое количество исследований, посвященных изучению влияния агроэкологических условий на формирование качественных показателей урожая, разработку методик зонирования территорий и выделение наиболее благоприятных для винограда участков. Например, пространственная изменчивость климата в винодельческих районах может быть значительной. Причем некоторые регионы включают в себя до пяти климатических классов, пригодных для виноградарства. При этом применяется много разных подходов и нет единой системы: различаются методы, по которым сравнивают природные условия между метеостанциями, используют разные наборы факторов для зонирования винодельческих территорий.
В рамках проекта, поддержанного РНФ, мы планируем выделить на Крымском полуострове терруары по критериям Международной организации винограда и вина. Для этого нужно проанализировать закономерности пространственного варьирования трех климатических индексов — Хуглина, сухости и прохладности ночей. Индекс Хуглина показывает, хватает ли тепла в регионе для вызревания винограда. Если тепла мало, ягоды не накапливают сахар, если слишком много — вино теряет кислотность. Индекс сухости отражает, достаточно ли влаги для лозы. При недостатке влаги требуется дополнительное орошать поля или выращивать устойчивые к засухам сорта. Индекс прохладности ночей помогает оценить, насколько ночные температуры позволяют ягодам «отдохнуть» от жары. Прохладные ночи помогают сохранить аромат и кислотность винограда, что особенно важно для белых сортов.
3D-визуализация терруара. Источник: Евгений Рыбалко
После работы с показателями мы построим карты для каждого отдельного индекса, а затем объединим их в комплексную карту. В итоге будут сформированы рекомендации по оптимальному набору сортов винограда и направлению использования урожаев для каждого участка, предназначенного под виноградники. Это позволит рациональнее использовать природные ресурсы территории и раскрыть биологический потенциал сортов, что повысит эффективность виноградарства и виноделия в России.
Результаты исследований могут служить научно-методологической платформой для структурной реорганизации сырьевой базы виноделия для устойчивого развития, в том числе с использованием цифровых технологий при принятии решений.
Полученные фундаментальные знания лягут в основу будущих научных исследований в сфере виноградарства, виноделия и агроэкологии. Перспективным направлением развития проекта станет сравнительный анализ качественных параметров виноградарско-винодельческой продукции в терруарах и оптимизация ее производства с учетом агроэкологических ресурсов местности.
Источник: Издательство «Редколлегия»
Мы рассчитали значения изучаемых климатических индексов по данным 15 метеорологических станций Крымского полуострова за последние 30 лет. Выявили факторы, которые оказывают влияние на пространственную изменчивость индексов: параметры рельефа, широта местности, наличие поблизости крупных водных объектов и расстояние до них и других. Построили цифровые карты пространственного распределения этих факторов. Вывели математические модели, описывающие влияние орографических, географических и гидрологических параметров местности на величину изучаемых климатических индексов. На основе этой информации методами геоинформационного моделирования построили цифровые карты пространственного распределения индексов Хуглина, сухости и прохладности ночей. У этих карт высокая пространственная детализация.
Сейчас растет интерес к вопросам выделения терруаров как со стороны фундаментальной науки, так и со стороны практиков — производителей сельскохозяйственной продукции. Поэтому мы ждем в ближайшее время получения новых знаний о закономерностях формирования терруаров, что послужит основой для разработки методологий выделения и определения оптимального направления их использования.
Татьяна Бауэр: «Почва будет рассматриваться не как безликий субстрат, а как живой воспроизводимый ресурс»
Современное почвоведение и сельское хозяйство переживают фундаментальный сдвиг: от химико-ориентированной модели к биоинженерии почв, направленной на решение задач их восстановления, повышение плодородия и безопасности. Это стало возможным благодаря синергии цифровых, геномных и нанотехнологий, что позволяет перейти к устойчивому высокопродуктивному земледелию. Именно этот комплексный подход помогает ученым решать такие амбициозные задачи, как регенеративное земледелие, превращая почву из пассивного субстрата в активный и воспроизводимый капитал.
Последние достижения науки в области нанотехнологий, новых материалов и биотехнологий позволяют развивать сельское хозяйство путем разработок и внедрения в агрономическую практику мультифункциональных платформ. Они способны к связыванию токсичных загрязнителей, таких как тяжелые металлы, а также являются носителями важнейших агрохимических препаратов с контролируемым высвобождением их в прикорневой зоне растений. Внедрение таких разработок в сельское хозяйство имеет решающее значение для продовольственной безопасности за счет экономичного и точного использования препаратов, повышения урожайности и устойчивости культур к стрессам.
Участники исследовательского коллектива. Источник: Владимир Поляков
В рамках проекта, поддержанного РНФ, наш коллектив разрабатывает и всесторонне исследует многофункциональную систему комплексной доставки агрохимических препаратов. Она направлена на повышение продуктивности и стрессоустойчивости зерновых культур в условиях засушливого климата. В основе системы лежат металл-органические каркасы — класс современных гибридных материалов с регулируемой пористостью. Они состоят из металлических и металл-кислородных центров, связанных между собой органическими молекулами-линкерами в трехмерный каркас, пронизанный полостями и каналами. Эти полимеры имеют самые высокие сорбционные характеристики среди всех пористых материалов: площадь удельной поверхности до 10 000 м2/г. По размеру это сопоставимо с полутора футбольными стадионами, помещенными в один грамм вещества. Благодаря этим свойствам каркасы могут выступать как сверхэффективные ловушки для загрязняющих веществ, снижая токсичность почвы и улучшая ее экологическую безопасность.
.png)
Предполагается, что система будет состоять из композитного материала: пористого металл-органического каркаса на основе ионов железа и тримезиновой кислоты MIL-100 (Fe) и биосовместимого углеродистого носителя — биочара. Последний представляет собой углеродистый материал, который получают из растительного сырья — древесины, соломы, лузги, шелухи, кожуры и прочего — методом пиролиза, то есть нагревания без доступа кислорода. В качестве агрохимического препарата для внедрения в композит и доставки растениям планируется использовать хлормекватхлорид — один из наиболее широко применяемых ретардантов (регуляторов роста), предотвращающих полегания зерновых культур.
Образец композита. Источник: Владимир Поляков
Мы обогащаем композит микроэлементами, такими как цинк, марганец, молибден, затем покрываем слоем хитозана и смесью аминокислот (глицин, пролин, глутаминовая кислота). Синергия компонентов и их контролируемое высвобождение повышают эффективность доставки ретарданта и снижают стрессовую нагрузку. Особое внимание в проекте уделяется разработке гидрофильного покрытия на основе высокопористых ковалентных органических каркасов (COF) для композита, которое может способствовать удержанию влаги. Это делает систему ценной в условиях засушливого климата, когда обычные препараты быстро теряют эффективность. Разработка особенно актуальна для южных регионов России, таких как Астраханская и Ростовская область, Ставропольский край, республика Калмыкия, часто подверженных резким температурным колебаниям и долгосрочным засухам.
За три года мы разработали метод синтеза высокотехнологичных композитных наноматериалов с управляемыми свойствами: они одновременно выполняют функцию сорбента и носителя действующих веществ. Также мы представили технологию получения биочара с заданными параметрами пористости из разнообразных отходов растениеводства — шелухи риса, лузги семян подсолнечника и соломы пшеницы, а также таких проблемных отходов, как осадки сточных вод. Для каждого типа сырья подобраны оптимальные условия пиролиза: температура, скорость нагрева и время.
Микрофотография нанокомпозита. Источник: Polyakov et al. / Environmental Science and Pollution Research, 2025
На основе проведенных многочисленных лабораторных и вегетационных экспериментов мы предложили концепцию создания многофункциональной наноплатформы на основе биочара, нанокомпозита и наноконтейнера, позволяющей подбирать оптимальные виды и дозы для загрязненных почв промышленных и сельскохозяйственных ландшафтов. В дальнейшем мы разработаем методики модификации этих функциональных нанокомпозитов, чтобы они лучше подходили к агрохимическим препаратам, а также лучше усваивались прикорневой зоной растений.
Сельское хозяйство переживает сегодня, пожалуй, самую значительную трансформацию за последние десятилетия — от экстенсивного подхода двигаемся к высокоточному, технологичному и, что крайне важно, устойчивому земледелию. Это драйвер роста и ответ на глобальные вызовы. И здесь я бы выделила несколько ключевых трендов. Первый — зеленый переход и агроэкология, в рамках которых растет осознание того, что здоровье почвы — это основа продовольственной безопасности. Второй — внедрение биопрепаратов (биоудобрений, биопестицидов) для снижения химической нагрузки.
Что можно ожидать в ближайшие 5–10 лет? Я вижу несколько четких векторов развития. Во-первых, будущее за интеллектуальными технологиями, как и во многих науках. Это разнообразные модели плодородия почвы, климата, урожайности. Создание цифровых двойников почв и полей, которые позволят моделировать сценарии и предсказывать результаты до посева культур.
Во-вторых, это роботизация и внедрение автономной техники для выполнения точечных операций. В-третьих, развитие почвенной микробиологии и персонализированные решения, где понимание роли микробиома станет ключевым. Вероятно, появятся услуги по созданию индивидуальных «микробиологических коктейлей» для каждого конкретного поля. Они помогут растениям лучше усваивать элементы питания и противостоять патогенам.
.png)
И в связи с тем, что площадь плодородных почв на душу населения планеты все время уменьшается, я уверена: будущее — за искусственными почвами. Об этом говорит все мировое сообщество. Такую амбициозную задачу поставили перед собой мы в Южном федеральном университете под руководством доктора биологических наук, профессора Татьяны Минкиной. В итоге через 5–10 лет фокус сместится с максимальной урожайности любой ценой на устойчивую рентабельность и экологическую ответственность, где почва будет рассматриваться не как безликий субстрат, а как живой воспроизводимый актив.
***
Интервью вошли в специальную рубрику «Мнение» корпоративного журнала «Открывай с РНФ» (№ 31).
В новом выпуске грантополучатели РНФ представили ход и результаты проектов в области сельского хозяйства.