Естественные науки
313

Лазер для роста урожая: Как новгородские учёные придумали выращивать овощи с использованием дронов

Лазер для роста урожая: Как новгородские учёные придумали выращивать овощи с использованием дронов
Лазер для роста урожая: Как новгородские учёные придумали выращивать овощи с использованием дронов

Сотрудники и студенты Новгородского университета разработали новую технологию обработки растений, чтобы увеличить урожай и повысить качество продукции. Авторы разработки придумали, как можно стимулировать рост растений с помощью лазерного устройства, которое крепится к квадрокоптеру.

Обычно люди настороженно реагируют, когда слышат слова «лазер» и «облучение», говорят разработчики прибора. Но такой метод безопаснее, чем использование химических веществ. Учёные ищут способы перехода к экологически чистому агрохозяйству и увеличению доли органического земледелия.

Выпустить дроны в поля

Применять лазерную обработку в сельском хозяйстве начали ещё в 70-е годы в Австралии. Новгородские учёные предложили, как использовать этот метод с помощью современных технологий и обрабатывать при этом большие площади.

Ирина Лиханова, Вероника Филина, Наталья Севостьянова и Михаил Даниловских

По словам авторов проекта, на квадрокоптер крепится блок со сканирующим лазерным устройством. Когда дрон подлетает к растениям на высоте 15 метров, формируется световое пятно размером 50×10 метров. Такое воздействие ускоряет рост растений и помогает активировать их «генетический потенциал».

 — Это происходит в ночное время. Воздействие солнечного света запускает процессы фотосинтеза, в результате которого происходит превращение световой энергии в биохимически доступную форму энергии, за счет чего в конечном итоге в клетках синтезируются органические соединения. Ночью же происходит переключение фотосистемы на поглощение лазерных лучей и активация синтеза дополнительных источников энергии, используемых в дальнейшем на образование конечных продуктов фотосинтеза.

Наталья Севостьяноваруководитель проекта и научно-исследовательской работы, профессор кафедры биологии,биохимии и биотехнологий Новгородского университета

Ранее использовали устройства для лазерного облучения тепличных растений. Также задействовали установки на тракторах в полях, но они были громоздкие, травмировали растения и требовали больше энергии и трудозатрат.

Вероника Филина и Наталья Севостьянова

— У нас прибор усовершенствован, — комментирует одна из участниц проекта, студентка кафедры биологии НовГУ Вероника Филина. — Если раньше подобные установки крепились к трактору и имели большие размеры и вес, то у нас легковесное оборудование, монтируемое на квадрокоптер.

Сейчас разработан и испытан опто-механический блок управления лучом лазера. Макет прибора изготовил радиоинженер, доцент кафедры информационных технологий и систем НовГУ Михаил Даниловских. Он занимается изучением воздействия лазерного излучения около двадцати лет. До этого исследования проводили в животноводстве. Несколько лет назад учёные сотрудничали с птицефабрикой, чтобы развивать это направление.

— В Божонке на птицефабрике была внедрена технология лазерной стимуляции, — рассказывает Наталья Севостьянова. — Потом сменился собственник, и данное направление уже не развивалось на предприятии. Никакого взаимодействия в развитии научно-исследовательского потенциала не было. Исследования прекратились, но результаты были хорошие, защищено большое количество диссертаций.

Как сообщил Михаил Даниловских, фермеры утверждают, что им не выгодно использовать изобретение. Позже исследователи решили экспериментировать с растениями.

Замена химикатов

Студентка кафедры биологии НовГУ Ирина Лиханова, также изучающая влияние лазерного излучения, подчёркивает, что обработка овощей таким прибором направлена на то, чтобы не использовать химические средства. «Они наносят вред экологии, самим растениям и людям», — говорит девушка. А новый метод предотвращает и механические повреждения, потому что обработка бесконтактная.

Вероника Филина и Ирина Лиханова

— Мы все знаем, что антибактериальные препараты негативно влияют на окружающую среду, мутируют вирусы, мы это видим, — отмечает Наталья Севостьянова. — Если будут какие-то другие способы не убить бактерии, вирусы, а повысить иммунитет, изменить восприимчивость растений к патогенной флоре, мы увидим результат — повышение качества готовой продукции, биологически безопасной. Мне кажется, нужно стремиться к этому. Мировой рынок переходит на органическое земледелие, а доля России в нём не составляет даже 1%.

Наталья Севостьянова

Практические результаты

Летом 2019 года авторы проекта проводили исследования в крестьянско-фермерском хозяйстве в Ермолино. Вместе с руководством хозяйства они выбрали участки, на которых нужно провести стимуляцию лазером. Ночью обработали растения. Продолжительность воздействия длилась по 30 секунд.

На фото слева обработанные лазерным устройством растения, справа — без обработки

Были две гряды с капустой — прошедшая обработку опытная группа, а также обычная — контрольная. После обработки учёные отметили ускорение роста, развития и сроков созревания опытной группы, повышение устойчивости к негативным факторам и в конечном результате — качества продукции.

— На момент сбора урожая капусты кольраби и савойской погодные условия поменялись в худшую сторону, круглосуточно шёл дождь, — сообщает Наталья Севостьянова. — При этом в собранном урожае было большее количество белка и углеводов и меньшее количество воды. То есть растение не идёт на путь накопления всего, что есть. Происходит накопление именно тех веществ, которые необходимы для роста и развития, — максимально оптимальная стимуляция растений с меньшими затратами как по энергии, так и по материальным средствам.

На фото сверху контрольная группа, внизу — прошедшая обработку лазером опытная группа

На фотографиях результатов полевых испытаний заметна разница. Руководитель крестьянско-фермерского хозяйства Денис Павлюк оценил эффективность инновационной технологии: подтвердил рост урожайности культур по сравнению с контрольной группой в среднем на 30%.

— Плюс есть результаты оценки санитарно-гигиенической лаборатории Роспотребнадзора, подтверждающие увеличение белка и углеводов, — то, что является основным компонентом в растениях, — добавляет Наталья Севостьянова.

Студентки Вероника Филина и Ирина Лиханова сейчас продолжают анализировать собранные данные и проводить химические исследования для подтверждения результата.

Перспективы изобретения

 

Проект прибора для стимуляции роста вегетирующих растений стал финалистом конкурса «Умник», был представлен на конкурсе предпринимателей, также подавалась заявка на конкурс «StartUp: Land» в Белгороде, но авторам не удалось получить грант. Сейчас разработчики прошли отбор на «Startup Tour» от фонда «Сколково», итоги станут известны в мае 2020 года.

Исследователи говорят, что для старта необходима финансовая поддержка. Макет прибора уже отдали на новгородское предприятие, чтобы изготовить прототип, который можно будет потом сертифицировать. На квадрокоптеры сейчас нет средств.

Разработкой заинтересовались в Белгородской области, где развивают сельское хозяйство.

Наталья Севостьянова, Вероника Филина, Ирина Лиханова и Михаил Даниловских

— Сейчас в нашем проекте один гектар обрабатывается за 14 минут. Я готовлю следующий патент: с дрона будет обрабатываться сразу 10 гектаров. Это для Белгорода, у нас нет таких больших посевных площадей, — говорит Михаил Даниловских.

Предполагается изобрести прибор не только для обработки полей с дрона. Стимулятор растений хотят сделать и для дачников, чтобы проводить обработку на индивидуальных участках.

В Новгородской области большой потенциал для развития производства овощей и выращивания зерновых культур, отмечает Наталья Севостьянова. Пока ведутся переговоры о внедрении разработки учёных в фермерских хозяйствах. Как считают исследователи, её необходимо использовать шире — возделывать заброшенные свободные площади. Ведь стратегия социально-экономического развития региона подразумевает развитие агропромышленного комплекса, внедрение новых технологий и развитие органического земледелия, когда продукция должна быть хорошего качества.

Фото Светланы Разумовской и из архива героев материала