Инновацию в аграрной сфере следует понимать как конечный результат внедрения новой или усовершенствованной продукции (услуги), техники, технологии, сорта, породы, организации производства, системы его управления с целью получения различных видов эффекта и обеспечения процесса расширенного воспроизводства. Применительно к отрасли растениеводства можно выделить пять основных групп факторов инновационного развития: технологические, технические, биологические, химические и организационно-экономические. Новые направления развития, которые помогут в короткие сроки повысить объемы и качество продукции, снизить производственные затраты, обеспечить быструю окупаемость капиталовложений.
■Технологические инновации предполагают использование более совершенных технологий возделывания полевых культур, обеспечивающих снижение их себестоимости и рост конкурентоспособности растениеводства. Технологические инновации предусматривают освоение ресурсосберегающих приемов и технологий.
■Технические инновации охватывают совершенствование существующих и создание новых типов машин, механизацию и автоматизацию отрасли растениеводства, внедрение современной техники и освоение новых источников энергии. Они неразрывно связаны с технологическими факторами, определяют качество производственного процесса и его результативность. Технические инновации направлены на реализацию технологических нововведений и проявляются в разработке и внедрении новых технических средств, источников энергии, формировании доступной и надежной системы сервисного обслуживания техники.
■Биологические инновации - использование новых сортов (гибридов), биопрепаратов, микроорганизмов и продуктов их деятельности для улучшения роста, развития и продуктивности растений. Селекционно-генетические инновации – специфический тип нововведений, присущий только аграрному сектору. Улучшить продуктивность растений, качество продукции за счет более рационального использования почвенно-климатических ресурсов позволяет целенаправленная селекция. Внедрение и производство новых сортов, обладающих значительно лучшими качествами, способствует целенаправленному развитию отрасли, а их повышенная устойчивость к болезням и вредителям существенно уменьшает опасность загрязнения окружающей среды.
■Химические инновации направлены на использование новых минеральных удобрений, микроудобрений, пестицидов, способов их применения. Использование нанопрепаратов в качестве микроудобрений обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и увеличению урожайности полевых культур. Эффект достигается благодаря более активному проникновению микроэлементов в растение за счет наноразмера частиц и их нейтрального (в электрохимическом смысле) статуса.
■Орагнизационно-управленческие инновации – это изменение в системе управления предпринимательской структурой с целью повышения эффективности ее функционирования и конкурентноспособности. Основными организационно-экономическими инновациями являются повышение производительности труда и экономия ресурсов, совершенствование и улучшение организации и управления производством, механизмов инновационной деятельности, организация системы хранения, переработки и реализации продукции растениеводства, улучшение условий труда и повышение гео безопасности. Основными направлениями орагнизационно-управленческих инноваций являются: применение новых технических средств в управлении (средств связи, фиксации, передачи и хранения информации); изменение методов управления, технологии и методов принятия решений; внедрение новых компьютерных программ и систем поддержки управленческих решений; изменения в организационной структуре управления; изменения в структуре персонала и порядка его работы; введение новых методик мотивации и стимулирования персонала и др.
■■■■ Нанотехнологии в растениеводстве. В настоящее время наноматериалы и нанотехнологии находят применение практически во всех областях сельского хозяйства, в том числе и в растениеводстве. Согласно общепринятой научной терминологии продукт может считаться «нанопродуктом», если при его выращивании, производстве, переработке или упаковке использовались наночастицы, нанотехнологические разработки и инструменты. Под термином «нанотехнология» подразумевают совокупность методов и приемов, обеспечивающихвозможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие микросистемы. Частицы, размерами от1 до 100 нанометров обычно называют «наночастицами).
В растениеводстве нанотехнологии помогут увеличить урожайность полевых культур, сократить применение минеральных удобрений и пестицидов, увеличить производство натуральных продуктов и др. Применение нанотехнологий позволит изменить технологии возделывания сельскохозяйственных культур за счет использования наносенсоров, нанопестицидов, биосовместимых наноматериалов и др. С помощью нанотехнологии возможно лечение растений на генном уровне, создание высокоурожайных сортов, устойчивых к неблагоприятным экологическим условиям.
Нанотехнологии в растениеводстве предполагают использование для защиты растений препаратов новейшего поколения, которые отличаются максимальным проникновением в листья, стебли и корни активных действующих веществ за счет необычайно малых размеров. Проводится разработка проектов с использованием наноматериалов для более точной и безопасной доставки пестицидов к биологическим мишеням, питательных веществ – к растениям. Широко применяются наноэмульсии при обработке пестицидами полевых культур.
Получены хорошие результаты по применению микроудобрений на основе коллоидных растворов наночастиц биоэлементов (железа, меди, марганца, цинка, молибдена, селена, серы, магния, кремния, серебра и др.).Микроудобрения на их основе широко используются при обработке семян и растений. Их применение позволяет повысить холодостойкость, выносливость к жаре и засухе, стрессам, усиливает защитные функции растений к болезням и вредителям и снимает угнетающее действие химических реагентов на растения.
Нанотехнологии используются для решения проблемы с нитратами в сельскохозяйственной продукции.
Представляет интерес технология заключения нанопорошков удобрений в микрокапсулы, разработанная в Санкт-Петербурге (ГАУ). Активная часть удобрений включена в оболочки из малорастворимых восков, при этом питательные вещества выделяются постепенно, существенно снижая химическую нагрузку на почву.
Использование наноэлектротехнологии в растениеводстве связало молекулярную и клеточную биологию с помощью внешних электромагнитных полей и биополей живых клеток в общем нанопроцессе. Электрофизическое воздействие на семена способствует увеличению водопоглощения, энергии прорастания, всхожести, ускорению прорастания и обеззараживанию семян. Наилучшие результаты стимуляции данный метод показывает на наихудшем посадочном материале. Разработаны установки для магнитной обработки семян, которые легко устанавливаются напогрузчик или протравливатель, не требуют энергозатрат при обработке. Обработку магнитным полем можно отчасти использовать как альтернативу химическому протравливанию семян.
Метод диэлектрического сепарирования семян разработан и применяется для повышения качества семенного материала. В процессе сепарирования удаляются травмированные, поврежденные и карантинные семена.
Обработка семян электромагнитными излучателями СВЧ-диапазона при закладке на хранение обеззараживает их от патогенной микрофлоры и насекомых-вредителей, что исключает применение ядохимикатов и фумигацию.
Наноэлектротехнология комбинированной сушки зерна осуществляется циклично: конвективный нагрев зерна до 50оС, а затем кратковременная СВЧ обработка его, при которой в нагретом зерне создается избыточное давление влаги при температуре ниже температуры кипения воды. Вследствие этого ускоряется фильтрационный перенос влаги из зерновки на поверхность в капельно-жидком состоянии. С поверхности влага удаляется подогретым воздушным теплоносителем. При этом снижается расход энергии на 30-50%, микроповреждения семян – до 6%, их посевные качества улучшаются на 5%.
Наноэлектротехнологии СВЧ-микронизации зерна основана на эффекте декстринизации зерен крахмала – расщепление полисахаридов крахмала и переход их вусвояемые питательные вещества. Степень декстринизации увеличивается с 12 до 80%, энергосодержание корма с 7,7 до 15,7 МДж/кг.
Установлено, что каротиностабилизирующая СВЧ-обработка витаминной травяной муки сокращает потери каротина в процессе сушки в 2,5 раза с 10 до 4%, а в период шести- семимесячного хранения обеспечивается сохранность каротина в муке до 9%.
При предпосевной подготовке семян и при производстве удобрений применяют многостенныеуглеродныенанотрубки. Благодаря своим микроскопическим размерам нанотрубки легко проникают сквозь кожицу семян, способствуя лучшему проникновению воды и питательных веществ внутрь семян. Это и сказывается на скорости прорастания семян.
Нанотехнология в основе препарата Nano-Gro компании AgroNanotechnology повышает урожайность полевых культур на 15-16% и стимулирует иммунную систему. В момент, когда раствор ингридиентовNano-Gro в наномолекулярной концентрации попадает на растение или семя, растение воспринимает их присутствие как определенный фактор стресса. Данный стресс является лишь воображаемым, тем не менее растение начинает готовиться к борьбе за существование, что выражается в увеличении массы и длины корней, усилении физиологических процессов, поглощении питательных веществ и увеличении урожайности.
Наиболее востребованы нанотехнологии в области биотехнологии и генной инженерии. Нанобиотехнология объединяет достижения нанотехнологии и молекулярной биологии. В ней широко используется способность биомолекул к самосборке в наноструктуры. Нанобиотехнология занимается биообъектами и биопроцессами на молекулярном и клеточном уровнях. Растительные клетки из зон роста могут служить источником генетического потенциала, свойственного данному растению. Используя способность растительных клеток меристемной зоны превращаться в специальных средах в сформированное растение, меристемные клетки применяют для получения безвирусных растений и в селекционной работе для получения растений с заранее нужными свойствами.
Ведущее направление нанобиотехнологии – создание гибридов устойчивых к насекомым-вредителям и сорной растительности. Созданы трансгенные гибриды растений, устойчивые к гербицидам, на основе глифосфата путем введения в клетку генов гербицид-толерантности. Введение генов инсектицидного белка-токсина и растительных белков защищает генетически модифицированные (ГМ) растения от вредных насекомых.
Изменяя соотношение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в мембранах растительных клеток, были выведены холодоустойчивые, засухоустойчивые и устойчивые к засолению формы ГМ растений, что значительно расширило ареал произрастания многих культурных растений.
Нанотехнологии применяют при послеуборочной обработке подсолнечника, табака и картофеля, хранении яблок в регулируемых средах, озонировании воздуха, для дезинфекции помещений и инструментов, при упаковке и хранении пищевых продуктов (напримернаносеребро и наномедь).