Перспективы применения гидропонных систем в современном сельском хозяйстве Казахстана

Аннотация. В данной статье проанализированы перспективы применения гидропонных систем в сельском хозяйстве Казахстана. Было изучено текущее состояние отрасли растениеводства, а также сценарии изменения климата в республике. Среди отраслей экономики сельское хозяйство является наиболее уязвимой к изменению климата. Возрастание средней годовой температуры воздуха, увеличение повторяемости засух, дефицит водных ресурсов и деградация земель оказывает негативное влияние на условия произростания сельскохозяйственных культур.Сделан вывод о том , что гидропоника является перспективным направлением в Казахстане, которое представляет собой большое пространство для исследований.

Ключевые слова: гидропоника, сельское хозяйство, изменение климата, перспективы, Казахстан.

Цель статьи: оценить перспективы применения гидропоники в современном сельском хозяйстве Казахстана.

Сельское хозяйство является одним из приоритетных направлений развития государственной экономики. В Стратегии «Казахстан – 2050» поставлена задача по проведению масштабной модернизации сельского хозяйства в условиях растущего спроса на сельхозпродукцию.

Анализ текущего состояния агропромышленного комплекса Казахстана показал наличие следующих проблем [1]. Для сельского хозяйства страны характерна низкая производительность труда и невысокая урожайность сельскохозяйственных культур, использование устаревших труднозатратных технологий и недостаточная инновационная активность. Растениеводство находится в зависимости от природно-климатических условий, что вызывает колебания урожайности основных сельскохозяйственных культур. Атмосферная и почвенная засуха составляют 80% среди опасных агроклиматических условий Казахстана, затем по распространнености следует ливневый дождь и град(14%), заморозки (2%), переувлажнение почвы (2%), сильные морозы и сильные ветры(1%)[2].Территорию страны можно отнести в зонам критического земледелия, так как в неблагоприятные годы возможна значительная потеря урожая, в основном, по причине засух.

Вместе с тем на ухудшение продуктивности сельскохозяйственных угодий также влияет мелиоративное состояние земель республики. Нарушение правил водопользования и агротехнических мероприятий приводит у увеличению площадей засоленных и солонцеватых почв. В целом, около 41 % орошаемых земель на юге Казахстана подвержены засолению в разной степени [3]. При засолении почв снижается содержание гумуса, калия, азота и фосфора, в корнеобитаемом слое почвы гибнут важные микроогранизмы. На сильнозасоленной почве снижение урожайности достигает 80%. Неблагополучное мелиоративное состояние орошаемых земель приводит к недобору сельскохозяйственной продукции с орошаемых земель.

Стоит упомянуть проблему, связанную с дефицитом свежих овощей в период межсезонья.Согласно докладу президента Ассоциации теплиц Казахстана, общая площадь теплиц в республике в 2018 году составила 1061 гектар, что в 18 раз больше, чем в 2008 году. Несмотря на это, наблюдается дефицит свежих овощей в межсезонное время , связанных с недостатком теплиц и их низкой производительностью.Импорт тепличных овощей из Узбекистана и Туркменистана на казахстанском рынке занимает большую долю. Неконкурентность казахстанской тепличной продукции происходит вследствие низкого объема производств и ее высокой себестоимости. В настоящее время потребность в овощах превышает объем производимой тепличной продукции. В зимний период ощущается недостаток овощей местного производства, в частности томатов, огурцов, баклажанов и сладкого перца.

Урожайность сельскохозяйственных культур напрямую зависит от применяемых технологий и природных условий. Среди отраслей экономики сельское хозяйство является одной из самых уязвимых к изменению климата.

В Седьмом Национальном Сообщении Республики Казахстана к Рамочной конвенции ООН об изменении климата предоставлен прогноз изменения климата на территории страны в XXI веке, рассчитанный для сценария RCP 4.5 эволюции концентрации парниковых газов в атмосфере (таблица 1). Ожидается устойчивая тенденция к увеличению среднегодовой температуры атмосферного воздуха. В случае промежуточной стабилизации радиацонной нагрузки( сценарий RCP 4.5), в первой половине столетия изменение средней годовой температуры будет находиться в пределах 2°С, к концу столетия данное значение увеличится вдвое.Наибольшее повышение температуры предполагается в Северо-Казахстанской, Павлодарской, Костанайской, Акмолинской областях, наименьшее в Мангистауской, Кызылординской, Южно-Казахстанской и Жамбылской областях.

Таблица 1.

Изменения годовой и сезонной температуры воздуха (°С) в Казахстане,  полученные по ансамблю из 21 модели CMIP5 по отношению к базовому периоду 1980-1999 гг. для сценария RCP4.5 [4]

В отношении изменения количества осадков прогнозируется незначительное увеличение в среднем на 10 % ( таблица 2).  Причем годовая сумма осадков возрастет за счет зимнего периода в юго-восточных, восточных и северных регионах. Во второй половине XXI века ожидается уменьшение летних осадков, более выраженное в юго-западных и западных регионах страны. Из чего следует, что зимы будут влажными и теплыми. В летние месяцы будет значительно теплее, но при этом менее влажно. Данная тенденция особенно характерна для южных, юго-западных и западных регионов Казахстана.

Таблица 2.

Изменения годовой и сезонных сумм осадков (%) в Казахстане, полученные по ансамблю из 21 модели CMIP5 по отношению к базовому периоду 1980-1999 гг. для сценария RCP4.5 [4]

Потепление климата может влиять на растениеводство в Казахстане различными путями. Среди возможных неблагоприятных эффектов можно выделить: усиление засушливости климата, увеличение повторяемости засух, увеличение возникновение пыльных бурь, снижение влагообеспеченности сельскохозяйственных культур в вегетационный период, сдвиг зон увлажнения на север, снижению урожайности зерновых культур, а также расширение распространенности некоторых вредителей и переносчиков заболеваний.

Казахстан относится к странам с низкой водообеспеченностью. В условиях усиления засушливости климата вопрос дефицита воды будет ощущаться острее. По расчетам экспертов ПРООН, ожидается тенденция увеличения стока рек на юге Казахстана, питающихся за счет ледников, и уменьшение стока равнинных рек северного, центрального и западного регионов страны в среднем на 3,7-15%, обусловленного широтной зависимостью от увеличения средней годовой температуры воздуха. К концу столетия ожидается истощение ледников, что приведет к , уменьшение водных ресурсов горных бассейнов примерно на 10-22,3%.

Сельское хозяйство является одним из главных водопотребителей страны, на данный сектор экономи приходится больше половины общереспубликанского забора воды.Растениеводство в Казахстана носит достаточно водоемкий характер, главным образом, за счет производства водоемких сельскохозяйственных культур, таких как рис и хлопок. Большая часть ирригационных сельскохозяйственых угодий расположена на юге страны. Несмотря на дефицит воды, наблюдается низкая эффективность водопользования в орошаемом земледелие. По данным Казахского научно-исследовательского института водного хозяйства, в мире на производство одной тонны риса расходуется около 5 тыс.м³ воды, в Казахстане объем расходуемой воды для получения одной тонны риса в два раза больше и достигает 10,4 тыс.м³. Кроме того, ожидается рост оросительной нормы сельскохозяйственных культур к 2030% на 6-10 %, к 2050 году на 14-21 % на юге страны в условиях потепления климата[5]. Данный факт свидетельствует о уязвимости растениеводства к изменению климата в условиях дефицита водных ресурсов.

Вышеописанное состояние сельскохозяйственной отрасли Казахстана говорит о необходимости внедрения новых технологий, позволяющих производство экологически чистой продукции.Среди них можно отметить, создание тепличных комлексов, применяющих гидропонные системы.

Слово «гидропоника» в переводе с греческого означает «работа с водой». Это метод выращивания растений без почвы на искусственном субстрате. Необходимые вещества для роста и развития растение получет из водного раствора. Физиологи уже более 100 лет используют гидропонные системы в лабораторных исследованиях по изучению функционирования растений.Первенство использования гидропонных теплиц в промышленном масшатабе принадлежит американцам[6].

На сегодняшний день на мировом рынке гидропоники лидируют Азиатско-Тихоокеанский регион (Южная Корея,Китай, Австралия) ,Северная Америка и Европа (Голландия, Франция, Испания). Гидропоника стала признанной отраслью агрономии, объем мирового рынка оценивался в 1,33 миллиарда долларов США в 2018 году и, как ожидается, будет расти со среднегодовым темпом роста 22,52% до 2025 года [7].

В Казахстане последние годы гидропоника набирает популярность среди частных крестьянских хозяйств. Особое место занимает производство зеленого гидропонного корма для скота в Южно-Казахстанской, Мангистауской областях. В целом, казахстанский рынок гидропоники развит слабо. По производству гидропонных установок и зеленого корма для скота лидирует компания «KazAgroGreen». Также следует отметить компанию Green Eco, производящую салат и зелень в Алматинской области.

Гидроника обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционным выращиванием растений в почве [8]. Гидропоника в Казахстане может решить следующие вопросы:

1.обеспечение продовольственной безопасности в межсезонье за счет защиты от неблагоприятных агроклиматических условий и независимости от сезонности;

2.оптимизация производства, снижение потерь благодаря автоматизации процесса;

3.производство экологически чистых продуктов в связи с исключением применения химических средств защиты растений;

4.снижение водопотребления за счет уменьшения испарения и возможности вторичного использования;

5. повышение урожайности сельскохозяйственных культур;

6. снижение антропогенной нагрузки на почву и деградации земель.

Гидропонные системы позволяют выращивать практически любые овощи, фрукты, травы или зерновые культуры. Вопрос заключается лишь в экономической прибыли производства отдельных культур. В таблице 3 изложено сравнение урожайности культур, выращенных способом гидропоники и в открытом грунте. Из таблицы видно, что урожайность растений, выращенных методом гидропоники в несколько раз превышает традиционный метод.

Таблица 3.

Сравнение урожая некоторых культур на гидропонике и в открытом грунте [9]

Существуют некоторые ограничения при выращивании растительных культур методом гидропоники. Они, прежде всего, заключаются в высокой себестоимости технологии, и необходимости в значительных технических знаниях. В гидропонных системах существует риск уничтожения растения за считанные часы по причине технических неполадок. Следовательно, гидропонная система требует тщательного обслуживания и контроля питательных растворов.

Приведенные данные позволяют наметить ряд перспективных направлений гидропоники в Казахстане. Особое внимание стоит уделить овощеводческой отрасли, в частности производству местных свежих томатов, огурцов, перцов вне зависимости от суровых климатических условий. На сегодняшний день приливно-отливные гидропонные системы являются одними из самых популярных и эффективных для выращивания любых овощей. Она работает по принципу периодического затопления лотка с растениями питательным раствором и дальнейшем сливе раствора обратно в резервуар за счет насоса, подключенного к таймеру.К тому же, изменение климата , дефицит водных ресурсов, опустынивание земель,засоление почв ставит под угрозу выращивание зерновых культур в республике. Выращивание зерновых культур, таких как риса и пщеницы, на гидропонике более сложный и затратный процесс, чем получение салата и других распространенных культур.В будущем гидропоника будет играть решающую роль по мере увеличения засухи. С целью эффективного выращивания качественных сельскохозяйственных культур в гидропонных теплицах на территории Казахстана, необходимо провести ряд экспериментальных лабораторных исследований. Они позволят правильно выбрать тип гидропонных установок, оборудование, освещение, питание и главное, протестировать разные сорта растений благоприятных для выращивания. Только в этом случае,можно успешно адаптировать гидропонику к условиям страны с учетом региональных особенностей.