Статья:

Перспективы применения гидропонных систем в современном сельском хозяйстве Казахстана

Конференция: XXXVI Студенческая международная научно-практическая конференция «Естественные и медицинские науки. Студенческий научный форум»

Секция: Сельскохозяйственные науки

Выходные данные
Толымгожинова Д.Б., Муканова К.А. Перспективы применения гидропонных систем в современном сельском хозяйстве Казахстана // Естественные и медицинские науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. XXXVI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 2(36). URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_nature/2(36).pdf (дата обращения: 27.10.2021)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Перспективы применения гидропонных систем в современном сельском хозяйстве Казахстана

Толымгожинова Данара Бауржановна
магистрант, Евразийский национальный университет Л.Н. Гумилева, Казахстан, г. Нур-Султан
Муканова Куралай Айтжановна
магистрант, Евразийский национальный университет Л.Н. Гумилева, Казахстан, г. Нур-Султан
Акбаева Ляйля Хамидуллаевна
научный руководитель, канд. биол. наук, доцент, Евразийский национальный университет Л.Н. Гумилева, Казахстан, г. Нур-Султан

 

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]

Период

2020-2039

2040-2059

2060-2079

Зима

весна

лето

Осень

зима

весна

лето

осень

зима

весна

Лето

осень

1.7

1.6

1.8

1.6

2.4

2.6

2.6

2.2

3.2

3.0

3.1

2.6

 

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]

Период

2020-2039

2040-2059

2060-2079

Зима

весна

лето

Осень

зима

весна

лето

осень

зима

весна

лето

осень

12,54

9,59

6,96

5,81

15,81

10,82

5,33

7,53

20,91

16,58

8,51

7,71

 

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]

Название культуры

Урожайность на гидропонике(кг/га)

Урожайность в открытом грунте (кг/га)

Рис (Oryza sativa)

13456,56

841.03-1009.25

Кукуруза (Zea mays)

8971

1682.07

Пщеница(Triticum aestivum)

5606,9

672,83

Овес (Avena sativa)

3364,14

953,18

Горох (Pissum sativum)

15699,32

2242,76

Томат (Lycopersicon lycopersicum)

403335,81

11203,75-22407,47

Свекла(Beta vulgaris crassa)

22097,96

10092,42

Картофель(Solanum tuberosum)

156852,29

17925,98

Капуста(Brassica oleracea var. capitate)

20184,84

14577,94

Огурец (Cucumis sativus)

31398,64

7849,66

Латук (Lactuca sativa)

23548,98

10092.42

 

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.

 

Список литературы:
1. Стратегия развития акционерного общества «Национальный управляющий холдинг «КазАгро» на 2020 – 2029 годы: утв.постановлением правительства РК от 4 февраля 2020 года, №33.
2. Байшоланов С.С. О повторяемости засух в зерносеющих областях Казахстана//Гидрометеорология и экология.-2010.- № 3. - С.27-37.
3. Мирсаитов Р.Г.Снижение эффективности использования орошаемых земель вследствие ухудшения их мелиоративного состояния//Наука и Мир.- 2017.- № 12(52). - С.33-37.
4. Седьмое Национальное Сообщение и третий двухгодичный доклад Республики Казахстан Рамочной конвенции ООН об изменение климата[электронный ресурс].- Режим доступа: http://sustainable.eep.kz/ (дата обращения 09.02.2021).
5. Байшоланов С.С., Муканов Е.Н. Оценка влияния изменения климата на оросительную норму сельскохозяйственных культур в Алматинской области Республики Казахстан//Труды главное геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова.- 2020. - № 597. -С.104-117.
6. Бентли М. Промышленная гидропоника. Москва : Колос, 1965.- 819 с.
7. 2020. Hydroponics Market Analysis Report By Type, By Crops, By Region And Segment Forecasts From 2019 To 2025. [online] Grand View Research. Available at: <https://www.millioninsights.com/industry-reports/hydroponics-market> [Accessed 8 February 2021].
8. Sharma N., Acharya S., Kumar K. Hydroponics as an advanced technique for vegetable production: An overview//Journal of Soil and Water Conservation. 2018. V.17 N 4. P. 364-371.
9. Khan, F. A. A Review an Hydroponic Greenhouse Cultivation for Sustainable Agriculture//International Journal of Agriculture, Environment and Food Sciences.2018. V.2 N 2. P.59–66.