Картофелеводство в России: основные проблемы и поиск научно-технологических решений

Россия и сопредельные государства бывших союзных республик (Беларусь, Украина, Казахстан и т. д.) традиционно являются крупнейшими производителями и потребителями картофеля с масштабами годового производства в десятки миллионов тонн. Селекционные разработки, научные исследования и внедрение современных средств защиты растений (СЗР) здесь активно проводятся известными бюджетными организациями:

• ГНУ ВНИИ картофельного хозяйства им. А. Г. Лорха;
• НПЦ НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству;
• Казахский НИИ картофелеводства и овощеводства;
• ВНИИ фитопатологии ФАНО;
• СПб ВНИИ защиты растений;
• ГНУ Костромской НИИСХ ФАНО;
• ГНУ ТатНИИСХ ФАНО;
• ИФР РАН им. К. А. Тимирязева;
• РГАУ–МСХА им. К. А. Тимирязева;
• МГУ имени М. В. Ломоносова и др. в контакте с многочисленными коммерческими фирмами и агропредприятиями.

Являясь лидерами по посевным площадям и валовому производству картофеля, РФ и сопредельные государства по средней урожайности (12-16 т/га), а также по обеспеченности производства высокопродуктивными, устойчивыми к негативным факторам окружающей среды сортами, невырожденным от вегетативного размножения семенным материалом значительно отстают от передового мирового уровня стран Запада [1]. Доминирующим негативным фактором здесь являются многочисленные болезни картофеля, возбудители которых — патогенные микроорганизмы, которые быстро адаптируясь к традиционным СЗР, поражают как вегетирующие растения, так и продукцию клубнеплодов при их вызревании и хранении. По данным многолетнего мониторинга ежегодные потери урожая картофеля от патогенов в зависимости от сорта составляют 20-30%, а в некоторые годы превышают 50% [4, 6]. В период хранения развитие гнилей достигает 30-40%. Общие потери в России в годы, благоприятствующие развитию патогенных организмов, могут достигать 4 млн т/год или превышать суммарное производство картофеля в такой республике, как Казахстан. В соседней Беларуси ущерб, причиняемый инфекционными болезнями, также составляет 20-30% урожая, а в отдельные неблагоприятные годы до 80% [7].

Особый вред патогенные микроорганизмы могут наносить семенному картофелю, поскольку через зараженные клубни посевного материала возбудители болезни могут распространяться в разные районы картофелеводства, приводя к серьезным ущербам отрасли [1, 8]. Среди наиболее опасных возбудителей — патогенные грибы, в т. ч. оомицеты, вызывающие фитофтороз (возбудитель Phytophthora infestans), альтернариоз (Alternaria solani, A. tenuissima, A. alternata), ризоктониозы и фузариозы (Rhizoctonia solani, Fusarium solani), антракноз (Colletotrichum coccodes) и серебристую паршу (Helminthosporium solani), бактерии, приводящие к таким заболеваниям, как черная ножка, бурая и концевая гниль, рак картофеля (Pectobacterium carotovorum, P. atrosepticum, Dickeya dianthicola, D. solani, Сlavibacter michiganensis и др.), золотистая картофельная нематода (Globodera rostochiensis), вирусы мозаичной группы (Y, X, S, M, L), вызывающие полосчатую и морщинистую мозаику и другие вирусные заболевания [1, 4, 7, 8, 9]. Эти болезни не только причиняют огромный ущерб производству, но и служат причиной вырождения картофеля и преждевременной выбраковки его ценных сортов.

В последние десятилетия фитосанитарная ситуация при выращивании картофеля в РФ серьезно обострилась, что связано как с ростом численности и вредоносности ряда аборигенных вредителей и патогенов, так и с появлением новых вредоносных видов, ранее здесь не обитавших [12]. Вспышкам болезней сопутствуют климатические изменения и участившиеся неблагоприятные сочетания погодных условий (предшествующая теплая зима и влажная теплая погода в период вегетации — фитофтороз, засухи и утренние росы — альтенариоз, бактериальные инфекции), а также низкий уровень агротехники.

Обозначенные выше проблемы восприняты властями РФ на высшем уровне, что нашло отражение в ряде постановлений Правительства РФ, указов и поручений Президента РФ за 2015-2016 г. по научно-техническому обеспечению развития сельского хозяйства, включая указ Президента от 21 июля 2016 г. «О мерах по реализации государственной научно-технической политики в интересах развития сельского хозяйства», предусматривающий разработку Правительством РФ Федеральной научно-технической Программы развития сельского хозяйства на 2017-2025 гг. Ключевым аспектом Программы для институтов РАН и ФАНО является научное обеспечение деятельности по созданию отечественного посевного и племенного фондов, средств защиты растений и животных в целях производства российскими производителями конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции, а также по созданию технологий производства, хранения и переработки такой продукции.

Российский научный фонд поддержал в 2016 г. 10 инициативных проектов в рамках конкурса «Проведение фундаментальных и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента РФ в области картофелеводства», направленных на разработку инновационных технологий и средств защиты картофеля от патогенных организмов, на повышение устойчивости к неблагоприятным факторам окружающей среды, сохранность урожая при зимнем хранении, редактирование генома при производстве семенного материала (микроклубней), экспресс-диагностику заболеваний и контроля ГМО в картофелеводстве. Эти разработки отражают современные поисковые научно-технологические направления в решении основных проблем картофелеводства РФ.

Однако, на наш взгляд, они так и останутся поисковыми научными разработками без должной системы мер со стороны государства по организации (реорганизации) этой отрасли народного хозяйства в масштабах страны. По негласным экспертным данным до 80% производства картофеля в стране приходится на частный сектор, а это означает, что любые попытки директивного управления в данной сфере через сертификацию семенного материала и получаемой продукции, внедрение новых сортов, современных экологически безопасных СЗР и технологий борьбы с вредителями, улучшение почвенно-экологических факторов и так далее будут сдерживаться чисто рыночными, конкурентными отношениями для крупных производителей и нищетой, крайней ограниченностью возможностей для мелких хозяйств, включая дачные и фермерские. Отсюда ясно, что успешное развитие отрасли потребует серьезной государственной поддержки — от организации льготного, централизованного снабжения частного сектора сертифицированным качественным семенным материалом, современными СЗР, агротехникой коллективного пользования до логистики, оборудованных на современном уровне коллективных центров хранения и переработки продукции, а также ее преимущественного на фоне зарубежных поставщиков сбыта на внутреннем рынке при жестком, опять-таки государственном контроле качества.

По нашему мнению, картофелеводство — это та отрасль, которая может стать главным механизмом возрождения российского села в Нечерноземье, сняв колоссальную сельскохозяйственную нагрузку, под которой в условиях рыночной экономики оказалась черноземная зона с неизбежной деградацией ее земельного фонда [11]. Формы развития — коллективные или частные (фермерские) хозяйства — должны определяться на местах с учетом исторической предрасположенности населения, но в любом случае без централизованной государственной поддержки здесь не обойтись. Популярность среди населения, универсальность культуры картофеля и возможность ее успешного возделывания в различных климатических условиях на бедных почвах, преимущественно легкого гранулометрического состава, с одной стороны, являются гарантией повсеместного распространения картофелеводства и возрождения села на этой основе, а с другой, требуют инновационных технологий, направленных на преодоление неблагоприятных эдафических факторов (низкой водоудерживающей и поглотительной способности, недостатка питательных веществ, включая микроэлементы, в легких почвах) и на борьбу с возбудителями болезней картофеля, причем не только в растительном ярусе, но и в ризосфере. В связи с этим в заключительной части обзорного сообщения рассмотрим перспективные разработки в данной области, включая небольшой задел нашей исследовательской группы по влагоаккумулятивным защитным гидрогелевым композициям для ризосферы.

Среди современных СЗР в картофелеводстве используется широкий спектр фунгицидов, антивирусных и антибактериальных препаратов, преимущественно синтетического происхождения, индукторы, иммуностимуляторы, адъюванты СЗР, ротация и сочетания СЗР, трансгенные технологии, превентивные меры [1, 2, 5, 7, 9, 10, 13-17]. Широко распространены фунгициды на основе меди (Абига-Пик, Азофос, Косайд 2000, Купроксат), манкоцеба (Дитан, Трайдекс), флуазинама (Зуммер, Ширлан), метирама (Полирам), азоксистробина (Квадрис), мандипропамида (Ревус), тебуконазола (АлтСил), комбинированные препараты трансламинарного действия — цимоксанил с фамоксадоном (Танос, Улис), манкоцебом (Курзат), хлорокисью меди (Ордан), пропамокарб гидрохлорид с флуопиколидом (Инфинито), фенамидоном (Консенто), цимоксанилом (Проксанил 450), диметоморф с манкоцебом (Акробат), аметоктрадином (Орвего), мефенокс и металаксил с манкоцебом (Ридомил голд, Синекура, Метаксил, Метамил).

Перспективны экологически чистые препараты на основе серебра, в том числе в виде коллоидных растворов, обладающие комплексным анитимикробным (фунгицидным, антибактериальным, антивирусным), а также иммуностимулирующим и ростовым эффектами широкого действия (российские и международные препараты «Аргумистин», «ЗеребраАгро», «Зерокс») [10, 15, 16]. Однако все эти препараты либо распыляются над поверхностью почвы и растений, либо вносятся в борозды. В результате для токсичных фумигантов остается проблема экологических рисков загрязнения окружающей среды и вреда здоровью человека, а для экологически чистых — неэффективности по отношению к ризосферным организмам, поражающим корни и корнеплоды, а также быстрой вымываемости (смываемости).

Предлагаемая в рамках авторского инициативного проекта РНФ «Защитные гелевые композиции для борьбы с негативными биологическими и эдафическими факторами картофелеводства» разработка позволяет решать эти проблемы с использованием сильнонабухающих полимерных гидрогелей (СПГ) [18]. При этом созданные в 2016 г. совместно со специалистами ИТХ УроРАН амфифильные гелевые композиции с СЗР можно рассматривать в качестве универсального агента, сочетающего защиту растения от вредных организмов с оптимизацией неблагоприятных эдафических факторов роста и формирования иммунитета растения (дефицита влаги, макро- и микроэлементов минерального питания, отсутствия агрономически ценной структуры). Особый интерес в этой связи представляет ноу-хау проекта — создание и использование влагоакуммулятивных СПГ в комбинации с СЗР, что, с одной стороны, должно сохранить качество СПГ как почвенных кондиционеров и носителей СЗР, а с другой, усилить их стойкость в почвенной среде по отношению к лимитирующему фактору биодеструкции.

Отметим, что СПГ давно и успешно используются в земледелии не только для улучшения водоудерживания и структуры, но и в чисто агрохимических целях — в частности, для микроудобрения пролонгированного действия. Причем отечественные СПГ ИХФ РАН на основе радиационносшитого полиакриламида (ПАА) с противосолевым эффектом, испытанные в ЦИНАО, здесь оказались существенно лучше зарубежных аналогов [3]. Емкость поглощения микроэлементов в СПГ настолько высока, что позволяет вводить микроэлементы в количествах, превышающих в 10-100 раз дозы, необходимые растениям на один вегетационный период. Эти работы составляют прототип базового варианта предлагаемой технологии с внесением в ризосферу в составе СПГ ионного и/или коллоидного серебра, которое также является микроэлементом [18]. Только, в отличие от гидрофильного ПАА, здесь предлагается использовать более совершенные амфифильные гидрогели, способные к структурным взаимодействиям с почвой и устойчивые не только к осмотическому стрессу, но к главному лимитирующему фактору — биодеструкции.

Применение гелевых композиций для внесения и фиксации в корневой зоне СЗР и элементов минерального питания, по-видимому, будет также более эффективно, чем традиционное использование твердофазных носителей (цеолиты, перлит, вермикулит), поскольку на них СЗР, вода и микроэлементы будут располагаться по поверхности, а не в объеме, как в СПГ. Отсюда защита гелевыми композициями, вмещающими корни и клубни, должна быть более совершенной из-за более тесного и повсеместного (не точечного) контакта подземных органов растений с СЗР. Подробная информация о разработке и количественная характеристика защитных антимикробных свойств гелевых композиций, наряду с их позитивным влиянием на водоудерживающую, поглотительную способность и гидравлические свойства почвенных субстратов, представлены на конференции в отдельных сообщениях нашей исследовательской группы по секции «Способы восстановления почвенного плодородия и защиты растений в агроландшафтах».

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ, грант № 16-16-04014.

Полный список.