Технический очерк
Друзья земляне!
Предлагаю вашему вниманию решение глобальной проблемы голода. Решение основано на переходе от полевого земледелия к новой системе агропромышленного растениеводства в контролируемых условиях.
Аннотация
Дается краткое описание принципиально нового способа крупномасштабного растениеводства, а именно, агропромышленного растениеводства в контролируемых условиях. Полная независимость условий, создаваемых в специализированных помещениях, от внешних погодных и климатических факторов, включая световые, тепловые и влажностные, от наличия сельскохозяйственных угодий, от характеристик местных почв, от местного природного светового режима и от всех других базовых составляющих традиционного полевого земледелия – вот основа предлагаемого нового способа агропромышленного растениеводства.
Поддержание безупречного генетического качества посевного материала, отсутствие болезней растений, отсутствие насекомых-вредителей и сорняков, создание для выращиваемых культур идеального почвенного микробиоценоза, выбор идеального режима освещенности в соответствии с фазой вегетационного периода растений, поддержание идеальных тепловых и влажностных характеристик почвы и атмосферы, химического состава атмосферы, применение новых способов и технологических приемов скоростной, щадящей индивидуальной обработки растений и почвы – вот далеко не полный перечень тех нововведений, которые позволяют говорить с одной стороны о принципиально новом, агропромышленном растениеводстве с беспрецедентно высокой продуктивностью, с другой стороны, - о возможности создать во всех без исключения регионах мира собственную гарантированную по количественным и качественным показателям продовольственную базу и тем самым обеспечить продовольственную безопасность мира.
Введение. Мальтус, ты не прав.
Проблемы ведения сельского хозяйства на открытых грунтах хорошо известны. Важнейшие из них – неустойчивость и слабая предсказуемость погодных и климатических условий, сезонная цикличность работ и их неизбежная синхронизация на огромных территориях, истощение и разрушение почв, их низкая продуктивность на единицу площади, малая площадь территорий с высоким уровнем благоприятствования для полевого земледелия, трудозатратность и энергозатратность технологических приемов, применяемых для обработки почвы и растений, низкая продуктивность и низкое качество продуктов растениеводства по сравнению с теоретически возможными. К этим факторам добавляется огромное число вторичных факторов, таких как болезни растений, насекомые-вредители, животные и птицы, сорняки, низкое генетическое качество посадочного материала, большая доля ручного труда, низкая квалификация работников.
В качестве альтернативы традиционному полевому земледелию нами были сформулированы новые принципы крупномасштабного интенсивного растениеводства - агропромышленного растениеводства в контролируемых условиях. Контролируемые условия могут быть созданы только в специализированных зданиях с использованием специального оборудования. Подчеркнем сразу, что речь не идет о тепличном или парниковом способе выращивания сельскохозяйственной продукции. Светопрозрачные покрытия, применяемы в строительных конструкциях при этих способах, имеют один фундаментальный недостаток: через светопрозрачное покрытие на приходящий один ватт световой энергии уходят и теряются десятки ватт тепловой энергии, что слишком затратно. Кроме того, возникает привязка к природному световому дню, его продолжительности, привязка к интенсивности светового потока. Наконец, доля энергии солнечного светового потока, идущая на фотосинтез, очень мала – около 0,4%. Указанные особенности говорят о низкой технологической эффективности парников и теплиц.
Специализированные здания для предлагаемого нового вида интенсивного растениеводства должны отвечать многочисленным, разнообразным и весьма жестким специальным требованиям. Детальный и обширный анализ строительных материалов и систем, применяемых сегодня в АПК для возведения зданий различного назначения, показал, что здания с требуемыми характеристиками на их основе построены быть не могут. Требуемый высочайший уровень специализированного строительства может быть обеспечен только применением новой суперкомпозитной строительной системы.
Суперкомпозиты – это новый класс конструкционных строительных материалов. Эти материалы обладают физико-техническими свойствами, многократно превышающими свойства бетона и железобетона. В частности, эти материалы являются гидроизоляторами и совершенно не пропускают воду. Они стойки к химически агрессивным средам, к грунтовым водам, к морской воде, не подвержены коррозии и стойки к биокоррозии. Они обладают очень высокой трещиностойкостью, ударной прочностью, высочайшей морозостойкостью. Даже этот краткий перечень свойств показывает, что суперкомпозиты пригодны для строительства в любой климатической зоне, на любых грунтах, при любых геологических и гидрогеологических условиях. Кроме того, они могут использоваться не только как конструкционные материалы, не требующие дополнительной специальной защиты, но и как кровельные и облицовочные материалы. Новейшие конструкционные решения на основе суперкомпозитов обеспечивают беспрецедентно высокий коэффициент теплового сопротивления всех элементов производственных зданий: фундамента, полов, стен, перекрытий, кровли, - при многократно меньших затратах ресурсов всех видов: материальных, трудовых, энергетических, финансовых и др.
Один квадратный метр производственных площадей в контролируемых условиях будет эквивалентен по своей годовой производительности участку площадью от 200 до 500, а по некоторым культурам до 3000 квадратных метров в условиях Краснодарского Края при гораздо более высоком качестве и разнообразии производимой продукции. Эта высочайшая интенсивность нового способа растениеводства будет результатом действия огромного числа факторов, в частности, таких, как:
• изготовление и использование плодородных почв, специализированных под отдельные культуры,
• поддержание оптимальных тепло-влажностных условий почвы и воздуха,
• применение специального режима освещения для интенсивного фотосинтеза,
• возможность полной роботизации и автоматизации,
• использование автоматизированной системы управления технологическими процессами,
• отсутствие вредителей, сорняков и болезней растений,
• применение технологии «многоуровневого поля» с полицикличным севооборотом,
• многократно более высокая урожайность,
• получение от четырех до двенадцати и более урожаев в год.
Под неблагоприятными условиями для ведения традиционного сельскохозяйственного производства в форме полевого земледелия мы понимаем всю совокупность природных, инфраструктурных и социальных условий:
• погодных,
• климатических,
• природно-почвенных,
• гидрологических,
• ветровых,
• рельефных,
а также
• транспортных,
• энергетических,
• демографических,
• кадровых,
• ценовых и структурно-ценовых, в том числе цен на ГСМ, технику, на продукцию растениеводства,
и т.д.
К территориям с неблагоприятными погодными и климатическими условиями, с неблагоприятными природно-почвенными, гидрологическими, рельефными условиями можно отнести:
• территории пустынь всех видов, от жарких песчаных, солончаковых, каменистых до холодных снежных, ледяных, горных;
• территории с бедными, слабыми, несформировавшимися, нарушенными почвами;
• территории с высоким риском наводнений, заморозков, засухи, града, катастрофического размножения насекомых и т.п.;
• территории с дефицитом подземной, наземной, атмосферной воды;
• территории с высокой ветровой эрозией почвенного слоя;
• территории с пересеченным рельефом местности и т.п.
Предлагается начать Международную Программу по обеспечению мировой продовольственной безопасности. Глобальную проблему голода можно и нужно решить в кратчайшие сроки на всех континентах и во всех странах. Отсутствие в этих странах условий для традиционного земледелия отныне не является препятствием. На любых территориях с самыми неблагоприятными условиями для ведения традиционного сельскохозяйственного производства можно создать принципиально новое агропромышленное растениеводство в контролируемых условиях. Реализация предлагаемой Международной Программы позволит создать реальные производственные мощности для гарантированного полного и окончательного решения проблемы голода независимо от численности населения Земли. Мальтус, ты не прав!
Цель Международной Программы
Основная Цель Международной Программы – решение основополагающей задачи мировой продовольственной безопасности, а именно: повсеместное, круглогодичное, надежное, достаточное, гарантированное по потребительским характеристикам снабжение продовольствием всего населения планеты.
Повсеместность, круглогодичность, надежность означают обеспечение полной независимости агропромышленного растениеводства от природных, социальных, экономических, финансовых, политических, международных условий.
Достаточность и гарантированность по потребительским характеристикам означает наличие гарантий населению со стороны национальных государств не только по количественным, качественным, ассортиментным показателям продукции растениеводства, но и наличие гарантий по ее ценовой доступности для всего населения с учетом реальной, в том числе минимальной, покупательной способности населения в каждом регионе.
Концептуальная основа Программы
В основе Программы лежит Концепция интенсивного растениеводства в контролируемых условиях (Концепция агропромышленного растениеводства Краснова). Результативность традиционного полевого растениеводства в решающей степени определяют исходные почвенные, гидрологические, ветровые, рельефные условия, климатические, погодные условия и их текущие колебания, сезонные колебания численности вредителей, сорняков, наличие болезней культивируемых растений, наличие или отсутствие районированных культур, качественного посадочного материала, квалифицированных кадров и т.п.
Предлагаемая Концепция ведения интенсивного растениеводства в контролируемых условиях имеет своей целью обеспечить технологическую независимость растениеводства от полного набора внешних условий, от полного набора неблагоприятных условий и возможность получать гарантированно круглый год растительную продукцию максимально высокого качества. Концепция может быть реализована только на основе принципиально нового способа производства растительной продукции – агропромышленного производства в специально создаваемых и регулируемых условиях.
Контролируемые условия,
их создание, оптимизация, выполнение
Впервые сформулированное требование к аграрному производству – его независимость от внешних условий, звучит на первый взгляд нелепо. На практике оно означает требование создания и поддержания в заданных производственных пространственных объемах условий, оптимальных для выращиваемых растительных культур. Подчеркнем, что не только на заданных производственных площадях, а именно в пространственных объемах. Отметим среди них ряд важнейших:
• характеристики почвы, в том числе по химическому составу, структуре, влажности, температуре, микробиоценозу;
• характеристики воздушной среды, в том числе по химическому составу, температуре, влажности;
• характер и режим освещенности;
• полное отсутствие конкуренции и паразитизма: сорняков, болезней растений, насекомых-вредителей;
• безупречное генетическое качество посадочного материала;
• роботизация и автоматизация полного производственного цикла, исключение ручного труда (как слишком медленного, непроизводительного, нетехнологичного, некачественного).
Очевидно, выполнение всех этих условий возможно только в специализированных помещениях на основе использования системы комплексов специализированного оборудования.
Концепция интенсивного растениеводства в контролируемых условиях предполагает:
• проектирование и строительство специализированных одноэтажных и многоэтажных производственных комплексов с использованием новейших конструкционных строительных материалов и строительных технологий;
• формирование полноценного и разнообразного растительного ассортимента;
• создание производства специализированных плодородных почв;
• создание специализированного производства посадочного материала;
• разработку и изготовление комплексом светотехнологического оборудования для обеспечения фотосинтеза выращиваемых растений;
• разработку и изготовление роботизированных и автоматизированных агропромышленных обрабатывающих и транспортных комплексов оборудования;
• разработку специализированных комплексов климатического оборудования;
• разработку специализированного программного обеспечения и оборудования для АСУ ТП;
• строительство вспомогательных систем и сооружений, например, противосолнечной защиты производственных помещений от избыточного нагревания в дневное время; создание систем аккумулирования тепла для защиты производственных помещений от избыточного охлаждения в ночное время, и др.
Новейшие российские технологии
для превращения растениеводства в агропромышленное производство
В идейную основу Концепции положено значительное число принципиально новых подходов и решений. Основу практической реализации Концепции составляют новейшие, в первую очередь, российские технологии. Дадим краткую характеристику важнейших из них.
Строительные технологии
Очень важную роль в пакете новых российских технологий играют строительные технологии. Широкий спектр жестких требований к замкнутым производственным объемам в виде специализированных зданий, в которых будет разворачиваться новый сложный и интенсивный агропромышленный процесс, не может быть реализован в традиционных строительных материалах и решениях. Строительной основой, создающей возможность реализации предложенной Концепции, являются суперкомпозиты - новое поколение конструкционных строительных материалов. Суперкомпозиты представляют собой новый класс конструкционных строительных материалов, по своим физико-техническим свойствам многократно превосходящих бетон и железобетон. Гораздо более высокий уровень свойств создает предпосылку для совершенно новой эффективной строительной системы – ячеистой строительной системы. Строительство представляет собой высокотехнологичную сборку ячеистых структур всех элементов зданий: фундамента, стен, перекрытий, кровли. Удельная конструкционная прочность ячеистых структур многократно превышает аналогичную характеристику железобетонных и стальных конструкций. Суперкомпозиты не содержат металла, поэтому не подвержены коррозии. Суперкомпозиты полностью водонепроницаемы, поэтому они не требуют дополнительной гидроизоляции. Высокая биокоррозионная стойкость этих материалов обеспечит долговечность конструкций и покрытий зданий, следовательно, обеспечит небольшие текущие затраты на их поддержание и ремонт.
Новая конструкционная строительная система обеспечивает значительно более высокий коэффициент теплового сопротивления по полному контуру специализированных зданий. Это очень важно как для районов Крайнего Севера, для районов жарких песчаных пустынь, для высокогорных районов. Сочетание новых теплоэффективных конструкционных решений с полным отсутствием остекления обеспечит минимизацию энергетических затрат и экономичность круглосуточного поддержания в помещениях заданной температуры и влажности.
Материалоемкость суперкомпозитного специализированного агропромышленного строительства будет во много раз меньше, чем любого другого способа строительства. Снижение материалоемкости неизбежно влечет за собой многократное снижение общей ресурсоемкости строительства, включая трудовые, энергетические, финансовые и временные ресурсы. Это означает, что новая эффективная экономика (суперэкономика) агропромышленного растениеводства в контролируемых условиях закладывается уже на стадии строительства и капитальных затрат. Только из суперкомпозитов возможно скоростное малозатратное строительство специализированных зданий и сооружений для крупномасштабного агропромышленного растениеводства.
Технология интенсивного фотосинтеза
при искусственном освещении
Остекление в теплицах и парниках с энергетической точки зрения очень не эффективно, поскольку на один ватт солнечной световой энергии через остекление теряется несколько десятков ватт тепловой энергии. От общего потока световой солнечной энергии доля, идущая на фотосинтез, составляет около четырех тысячных. Это означает, что для создания интенсивного растениеводства нужны другие способы обеспечения фотосинтеза. Такие светотехнические технологии разработаны достаточно давно в рамках отечественных программ подготовки длительных космических экспедиций. Необходимость обеспечить на борту обитаемой станции замкнутый круговорот вещества потребовала решить проблему фотосинтеза. Были созданы специализированные светильники, у которых доля световой энергии, идущей на фотосинтез, составляет 16%, т.е. превышает показатель по солнечной световой энергии в 40 раз. На основе использования таких эффективных и экономичных светильников может быть обеспечен фотосинтез растений в производственных помещениях, не имеющих остекления и доступа естественного солнечного света. Подчеркнем, что именно это обстоятельство позволяет исключить остекление большой площади и создать тепловую изоляцию по полному контуру производственных объемов.
Технологии производства
искусственных плодородных почв,
их использования и восстановления
Проблемы низкого и непрерывно падающего плодородия почв хорошо известны. Для обеспечения интенсивного, продуктивного растениеводства должны использоваться искусственные плодородные почвы. Плодородие почвы определяется не только химическим составом, структурой, температурой, влажностью, но в первую очередь полноценной сформированной микробиотой. Следовательно, в первую очередь внимание и усилия должны быть направлены на микробиоценоз. Целенаправленное формирование микробиоценоза почвы впервые предлагается включить в единый технологический процесс и рассматривать его как важнейшую неотъемлемую часть всего агропромышленного растениеводства.
Различные выращиваемые растительные культуры требуют различных почв. Различий в характеристиках почв, в их составе, величине очень много. По этой причине в агропромышленном растениеводстве впервые предлагается создать производство плодородных искусственных почв, причем специализированных под различные агрокультуры.
Это, казалось бы, вспомогательное производство почвы на самом деле является базовым и ему в Концепции придается очень большое значение. Поддержание плодородия почвы, быстрое и полноценное восстановление при интенсивном растениеводстве - важнейшая производственная и технологическая задача. Предполагаются специальные непрерывные технологические мероприятия, направленные на ее решение. Важнейшим обстоятельством является то, что микроорганизмы, обитающие в почве и обеспечивающие ее плодородие, обладают высокой способностью к размножению. Есть микробиологические технологии, обеспечивающие их культивирование. По этой причине, управляемое изменение параметров почвы в процессе ее эксплуатации, например, температуры и влажности, будет происходить с детальным учетом не только особенностей физиологии растений, фазы их вегетационного цикла, но также впервые с учетом состояния и потребностей микробиоты почвы.
Энергоинформационные технологии в растениеводстве
Для целей контроля и управления микробиологическими сообществами в почве, воде, воздухе, в растениях, в плодах предполагается применить также новейшие российские разработки в области энергоинформационной медицины, позволяющей культивировать или угнетать выбранные классы и виды микроорганизмов. По сути, речь идет о развитии новой науки - энергоинформационной агромикробиологии, и об использовании новых, не имеющих аналога в мире, микробиотехнологиях.
Эти технологии позволят контролировать в реальном масштабе времени бактериальный и вирусный фон в посадочном материале и в самих растениях, чтобы предотвратить их болезни и не допустить ухудшение качества и уменьшение количества растительной продукции. Эти технологии позволят также контролировать микробиологический фон в применяемой воде, в воздушной газовой атмосфере.
Можно видеть, что глубина контроля и точность управления в растениеводстве становятся всеобъемлющими, поскольку осуществляется учет всех важнейших факторов, влияющих на рост, развитие и продуктивность растений.
Новая приборная и измерительная техника
Качество обработки каждого растения при традиционном полевом земледелии является слабо контролируемым, а по сути, неконтролируемым параметром. Некоторое усредненное по полю качество обработки проявится через значительный промежуток времени в конце сезона в виде полученного урожая, когда ничего уже исправить нельзя. Более того, зачастую невозможно точно установить, в какой агротехнической операции был допущен брак, были нарушены или не соблюдены технологические режимы.
При организации растениеводства в помещениях появляется возможность применить всевозможные датчики, которые в реальном времени будут передавать текущую информацию о состоянии растений, почвы, о качестве выполняемых работах, о текущих параметрах растений и плодов. Это позволит вносить своевременные коррективы в текущие технологические процессы. Новая приборная и измерительная техника обеспечит текущей информацией автоматизированную систему управления агропромышленным комплексом на всех уровнях принятия решений.
Объем текущей первичной информации будет огромным, поэтому планируется использовать самые современные вычислительные системы, методы обработки информации, программное обеспечение. Будут, в частности, использоваться методы статистического анализа и теории распознавания образов, методы теории прогнозирования и методы теории принятия решений. Напомним, что российские программисты и алгоритмисты являются наиболее востребованными во всем мире, что связано с их высоким творческим потенциалом и качеством профессиональной подготовки. Есть творческие коллективы, которые готовы создать самое современное программное обеспечение по всему спектру поставленных здесь задач. Разработка программного продукта может быть осуществлена отечественными специалистами за очень короткие сроки.
С полным правом можно сказать, что из относительно отсталой отрасли экономики растениеводство в виде агропромышленного интенсивного производства превратится в одну из самых технологически развитых и продуктивных отраслей. Такой отрасль станет не только благодаря смене всех технологических процессов, но и благодаря ее глубокой информатизация. Агропромышленное растениеводство сразу шагнет на передовые позиции научно-технического прогресса, будет одним из самых заинтересованных потребителей достижений в области приборостроения, компьютеризации, информатики.
Роботизация и автоматизация
в агропромышленном растениеводстве:
индивидуальная обработка растений
Все работы в агропромышленном комплексе нового типа необходимо будет выполнять на совершенно новой технологической и машинной основе. Впервые предлагается использовать робототехнику для выполнения всего цикла агротехнических работ, от посадки до уборки урожая и удаления остатков растений из почвы. Именно в специализированных помещениях текущая обработка растений впервые сможет выполняться не людьми, а специализированными робототехническими комплексами. Робототехнические комплексы в отличие от людей и сельскохозяйственной техники в агропромышленных комплексах будут перемещаться над обрабатываемыми растениями без опоры на почву. Это обеспечит сохранение структуры почвы, ее микробиоценоза и ее плодородия. Комплексы будут иметь значительно меньшие габариты, вес и энергопотребление, чем тракторная и комбайновая техника. Электродвигатели и электроприводы в новой растениеводческой отрасли полностью заменят жидкотопливные двигатели внутреннего сгорания и гидроприводы.
Управление комплексами будет полностью автоматизированным. Комплексы будут оснащены манипуляторами, имеющими высокую трехмерную пространственную точность перемещения и ориентации в реальном пространстве, высокую скорость выполнения операций, высокую экономичность. Затраты энергии на обработку растений благодаря роботизации резко снизятся. Комплексы будут эксплуатироваться в помещения, поэтому будут ограждены от воздействия погодных и климатических факторов. Следствием будут высокая надежность и долговечность оборудования. Достижения последних лет в разработке робототехники впечатляющи. Основные производственные задачи, которые предстоит решать робототехническим комплексам, не представляют в свете этих достижений особой или принципиальной сложности. Поэтому разработка комплексов может быть осуществлена за короткое время на основе использования многочисленных стандартных решений.
Впервые благодаря роботизации ставится задача и появляется соответствующая возможность обработки индивидуально каждого растения. Применение телевизионного оборудования, лазерных измерительных устройств позволяет в реальном масштабе времени распознавать отдельные растения и строить трехмерную модель каждого растения, заводить буквально на каждое растение электронный паспорт, следить за развитием каждого растения. Появляется возможность распознавать отдельные плоды (скажем, помидоры, огурцы, перцы), определять их размеры, степень зрелости, ориентацию в пространстве. Это создает возможность, с одной стороны, точно прогнозировать урожай, с другой стороны, организовать постепенную уборку урожая, по мере созревания каждого плода, производить их сортировку в процессе уборки. Огромную роль будут играть разнообразные методы дистанционного контроля растений, отдельных его частей и систем, а также методы и устройства технологического, точно направленного воздействия на них.
Увеличение интенсивности растениеводства, усложнение агротехнологических приемов потребуют постоянного совершенствования и усложнения роботизированного оборудования. Это вызовет бурное развитие многочисленных направлений отечественной робототехники.
Новая энергетика растениеводства
Формирование агропромышленного растениеводства в контролируемых условиях повлечет кардинальные изменения в энергетике растениеводства. Для сравнения перечислим кратко основные направления затрат энергии в традиционном растениеводстве. Это затраты энергии на изготовление сельхозтехники, т.е. добычу угля и руды, выплавку металла, собственно изготовление техники и ее транспортировку к месту эксплуатации, затраты энергии на эксплуатацию техники. Далее, за этим следуют затраты энергии на обработку почвы, обработку растений, уборку и переработку урожая, затраты на хранение продукции. Сюда нужно добавить многочисленные затраты, а по-существу потери энергии вследствие низкой урожайности, вследствие различных видов потерь урожая и низкого качества растительной продукции. Кроме того, добавляются затраты энергии на борьбу с вредителями, болезнями, сорняками. Наконец, добавляются огромные затраты мускульной физической и психической энергии людей на всех технологических этапах выращивания очередного урожая. В результате суммарные затраты энергии на полевое растениеводство очень велики.
Переход на агропромышленное растениеводство в контролируемых условиях принципиально меняет энергетику всей отрасли растениеводства. Многие статьи энергозатрат, очевидно, исчезнут полностью. В частности, исчезнет сельскохозяйственное растениеводческое тракторостроение и комбайностроение, а с ними и все виды соответствующих затрат энергии. Принципиально изменятся:
• виды энергетических затрат; большинство традиционных основных видов энергозатрат исчезнут полностью и появятся совершенно новые;
• структура энергетических затрат, в частности, соотношения между видами энергетических затрат;
• распределение энергетических затрат по времени суток и по году; отсутствие сезонности в новом растениеводстве превращает агропромышленное производство именно в промышленного потребителя с гораздо более равномерной структурой суточного и годового потребления;
• понадобятся значительные затраты энергии на фотосинтез;
• понадобятся существенные затраты энергии в процессе работы климатического оборудования;
• понадобятся затраты на производство почвы и поддержание ее плодородия;
• понадобятся затраты энергии на обработку индивидуально каждого растения;
• добавятся затраты энергии на все виды информационных и управляющих процессов;
• значительно уменьшатся общие энергетические затраты на единицу продукции;
• значительно уменьшатся общие энергетические затраты на производство в масштабах отдельных производственных комплексов и в масштабах отрасли в целом;
На освобождающихся из под полевого земледелия территориях необходимо, как нам представляется, в обязательном порядке проводить крупномасштабные работы по восстановлению лесного покрова. Это потребует разработки и производства огромными тиражами разнообразной лесотехнической техники.
Процессы, происходящие в самой энергетике, конечно, не могут не затронуть новое агропромышленное растениеводство. В новом технологическом контексте целесообразно поставить фундаментальные вопросы о смене способов энергогенерации, о переходе на новые возобновляемые источники энергии, по крайней мере для электро- и теплоснабжения агропромышленного производства. Первое, на что необходимо обратить внимание, это то, что вследствие общего сокращения энергозатрат, экономически приемлемым становится использование других источников энергии, пусть более дорогих, но обладающих какими-то важными для агропромышленного растениеводства преимуществами. Одним из таких преимуществ является полная самостоятельность источника энергии, отсутствие его привязки к крупным энергосистемам и распределительным сетям, приближенность источника к месту использования энергии. Привлекательность по этой группе свойств возобновляемых источников энергии - ветровой, солнечной, биоэнергии, гидроэнергии, и их возможная роль, безусловно, возрастают.
В качестве варианта в проекте предусматривается строительство собственного независимого генерирующего энергетического комплекса. В качестве источника энергии может использоваться любое органическое сырье: уголь, попутный газ, метан, газовый конденсат, торф, отходы деревопереработки, отходы растениеводства и животноводства камыш, городские бытовые отходы и др. в различных сочетаниях. Новейшие технологии газификации этих топлив при высокой температуре в отсутствии кислорода позволяют получить синтез-газ. Затем из синтез-газа с использованием катализаторов нового поколения можно получать самые разнообразные ценные химические продукты и полуфабрикаты. Вся эта технологическая цепочка приводит к выделению огромного количества тепла, часть которого подается на вход цепочки для инициирования технологического процесса, а остальная часть используется для производства электроэнергии и теплоснабжения производственных объемов агропромышленного комплекса.
Отметим особо, что все вышеописанное возможно только на основе катализаторов, которые разработаны российскими химиками и технологами. Именно уникальные катализаторы являются основным инструментом создания новых процессов, отвечающих современным экологическим, энергетическим, производственным и экономическим требованиям. Это исключительно российское направление в каталитической химии и технологии сформировалось на границе большого числа научных дисциплин и технологий. Многократное повышение эффективности этих катализаторов по сравнению с зарубежными связано с успешным решением ряда сложнейших научных и технологических задач, в частности, с получением развитой микропористой структуры носителя катализаторов и равномерным внедрением катализатора в поры носителя в количестве нескольких атомов. Оперирование с такими количествами вещества и с такими размерами вполне укладывается в определение нанотехнологий. Необходимо также отметить, что указанное направление сформировалось задолго до создания Государственной Корпорации «Роснанотех».
Впервые в мире все эти процессы не будут сопровождаться никакими выбросами в атмосферу! Иными словами, речь идет о полной переработке всего органического вещества в ценную продукция. Стоимость на рынке этих продуктов весьма высока, что делает проекты по созданию перерабатывающих мощностей экономически выгодными. Примером может служить производство высокооктанового бензина класса Евро-4 и Евро-5 из легких углеводородов с высокой производительностью без вспомогательного производства водорода и использования платины. Два последних обстоятельства резко удешевляют производство топлив и существенно сокращают размеры капитальных затрат на организацию производства. Приведем еще ряд примеров:
• производство метанола, легких спиртов и современных моторных топлив из метана без выбросов парниковых газов с одновременным производством тепла и электроэнергии;
• переработка метанола в базовые продукты химической и нефтехимической промышленности: этилен, пропилен, ароматические углеводороды, оксигенатные экологически чистые моторные топлива;
• производство бензола и других ароматических соединений из легких углеводородов;
• переработка избыточной двуокиси углерода в синтез-газ с последующим его превращением в моторное топливо.
Интересными вариантами являются такие сочетания исходных веществ: метан + отходы растениеводства + бытовые отходы, торф + отходы растениеводства + бытовые отходы, уголь + бытовые отходы + отходы растениеводства, и далее самые разнообразные сочетания с отходами животноводства, камышом, отходами древесины и проч. Это полностью решает проблему переработки бытовых отходов экологически безупречным образом.
Цифровые информационные технологии
Ведение нового способа растениеводства будет сопровождаться значительными потоками текущей производственной информации, требующей различных видов обработки, принятия решений, архивирования, различных уровней доступа и принятия решений. Все это потребует использования современных цифровых информационных технологий, специализированного программного обеспечения и оборудования.
Видеокамеры и лазерные сканеры обеспечат точное трехмерное построение изображений растений в заданной системе координат. Компьютерные программные комплексы обеспечат распознавание изображений, и точное управление манипуляторами в реальном масштабе времени.
Результатом будет, подчеркнем, впервые, индивидуальная и полноценная обработка каждого растения на протяжении всего его жизненного цикла, контроль процесса созревания урожая, контроль и обеспечение высочайшего качества урожая, его невероятно точный количественный учет, быстрая уборка, сортировка, закладка на хранение, минимизация потерь при хранении.
Новые производственно-технологические
транспортные технологии
В традиционном полевом растениеводстве присутствуют многочисленные транспортные технологические операции. Некоторые из них выполняются как отдельные и самостоятельные операции, другие выполняются как вспомогательные, как компоненты в составе иных технологических задач. Важно подчеркнуть, что эти операции требуют специализированной материально-технической базы, многочисленной специальной энергоемкой и массоемкой техники (автомобили, трактора, прицепы, конвейеры, и т.д.), специальных кадров, и транспортной инфраструктуры. Многие транспортные операции связаны с перемещением вещества в значительных объемах и весах на значительные расстояния. У всех этих транспортных задач есть сезонная цикличность и зависимость от погодных, климатических, инфраструктурных, кадровых и многих других факторов. В итоге все это приводит к значительным ресурсным затратам и издержкам: трудовым, времен`ым, финансовым, вещественным, энергетическим.
В предлагаемом агропромышленном производстве совершенно по-новому ставятся и решаются транспортные задачи. Перечислим их основные особенности:
• в подавляющем своем большинстве они превращаются во «внутрицеховые» и «внутризаводские»;
• производственные площади для транспортного обслуживания сокращаются на несколько порядков;
• полностью исключаются перемещения различных веществ (например, урожая, удобрений, топлива), механизмов, машин и оборудования (например, уборочной техники непосредственно в процессе уборки урожая) на дальние расстояния;
• для решения транспортных задач будет в решающей степени задействовано пространство над посадками;
• перемещения «по земле» становятся минимальными, в частности, перемещение по земле механизмов и устройств для обработки почвы и растений исчезает полностью;
• основными видами транспорта становятся конвейерный транспорт и пневматический;
• основу энергетики составляет электрическая энергия, основным двигателем в производственном технологическом процессе вместо дизельного и бензинового двигателя становится электродвигатель;
• все транспортные операции становятся автоматизированными и роботизированными и, как следствие, практически безлюдными;
• распределение во времени технологических транспортных задач и транспортных операций становится гораздо более равномерным, причем более равномерное распределение происходит как внутри интервалов времени отдельных производственных циклов, так и в течение всего производственного года;
• общие затраты ресурсов всех видов на решение транспортных задач, в том числе энергетических, трудовых, финансовых ресурсов, в новом технологическом процессе многократно сокращаются;
• в себестоимости продукции доля транспортных издержек и абсолютная величина транспортных издержек резко сокращаются.
Подчеркнем, что именно использование пространства над посадками открывает возможность организации быстрого и экономичного перемещения веществ, воды, инструмента, посадочного материала, растений, урожая. Предполагается широко использовать различные транспортные технологии и соответствующие виды как традиционного, так и совершенно нового внутрицехового и внутрипроизводственного технологического транспорта:
• конвейеров различных видов и назначений;
• струнных мини- и микро- транспортных систем;
• пневматических транспортных систем;
• гидравлических транспортных систем;
• вибрационных транспортных систем и др.
Важнейшей особенностью решения всех транспортных технологических задач является полное отсутствие вредных транспортных воздействий как на внутренние производственные среды и системы, а значит и на урожай, так и на окружающую среду. Иными словами, новое агропромышленное производство своей транспортной составляющей идеально вписывается в национальную концепцию экологической безопасности.
Автоматизированная система управления
агропромышленным производством
Нет нужды доказывать важность и экономическую эффективность использования автоматизированных систем управления. В данном случае важно подчеркнуть, что глубина и широта охвата в предлагаемом производстве несопоставимо значительнее по сравнению с возможностями это сделать в традиционном полевом земледелии. Если по сравнению с ним предлагаемый новый способ растениеводства выглядит как «интенсивный», то сравнение в обратную сторону заставляет оценить полевое земледелие как неинтенсивное, «вялое», пространственно разбросанное, «рыхлое», мало результативное на единицу вложенных ресурсов. Технологии в традиционном земледелии «растянуты» в пространстве и во времени. Это создает значительные трудности для внедрения цифровых технологий управления. Автоматизируемое производство должно быть компактным, технологичным, продуктивным.
Впервые предложенный способ ведения растениеводства в контролируемых замкнутых условиях позволяет превратить растениеводство в современное агропромышленное производство с акцентом именно на промышленном аспекте. Современное промышленное производство невозможно без выверенных технологических регламентов, без детального контроля, без текущего управления в реальном масштабе времени. Наконец, появляются реальные перспективы полной автоматизации всего растениеводства.
Размещение производственных комплексов
агропромышленного растениеводства
Значение полевого земледелия в национальном продовольственном обеспечении будет падать, сначала медленно, а затем все более быстрыми темпами. Это неизбежный процесс, связанный с уходом от рисков и ненадежности в продовольственном обеспечении страны. Сегодня нам вполне по силам превратить растениеводство в одну из самых динамично развивающихся отраслей экономики, и, подчеркнем, в одну из самых доходных.
Полная независимость внутренней среды комплексов означает одновременно и полную независимость внешней среды от всего того, что происходит внутри комплексов. Это позволяет впервые разорвать связь растениеводства с сельской местностью. Агропромышленное растениеводство может быть организовано и размещено на территории города. Это размещение не является обязательным, но оно целесообразно с точки зрения обеспечения комплексов высококвалифицированными кадрами. По уровню их образования, квалификации, специализации, оплаты труда это вполне «городское» производство.
Размещение в городе целесообразно и с точки зрения энергетики комплексов, поскольку энергия потребляется только в форме электроэнергии и тепла. Эти формы и это сочетание соответствуют специфике именно городской энергетики. Далее, размещение в городе целесообразно и с точки зрения удешевления и упрощения транспортировки, переработки, хранения и реализации продукции. Суммарная экономия на транспорте и на снижении транспортных и перевалочных потерь продукции значительна.
Агропромышленные растениеводческие комплексы могут представлять собой многоэтажные и даже высотные (более 30 этажей) здания, в которых на каждом этаже ведется производство одной культуры. Один такой комплекс способен обеспечить продовольствием целый городской район.
Нам представляется, что такие комплексы нужно начинать возводить, напрмер, на северных территориях России, а это до 70 % все территории страны, в северных городах, в труднодоступных регионах с плохо развитой транспортной сетью, по окраинам государства.
Социальные эффекты
Переход к новому способу растениеводства порождает огромное количество социальных эффектов. Первый – это постепенный уход с производственной арены землепашца, хлебороба, работающего «на земле». Это означает, что исчезнет огромная прослойка сельских работников относительно низкой квалификации, работающих в тяжелых погодных и климатических условиях в поле на открытом воздухе. Эти профессии механизаторов, слесарей автотракторных станций техобслуживания и множество других вспомогательных профессий связаны с вредными производственными условиями, низкой производственной культурой, высокой профессиональной заболеваемостью, высоким травматизмом, низкой продолжительностью жизни.
Появится достаточно многочисленная прослойка высококвалифицированных специалистов, работающих на растениеводческих агропромышленных комплексах. Производительность труда одного работающего, количество и качество производимой продукции на одного сотрудника, уровень заработной платы будут несравнимо выше. Значение сельской местности, как производственной территории будет падать.
На освобождающихся территориях целесообразно восстанавливать леса из ценных в экологическом смысле пород деревьев. Значение бывших сельскохозяйственных территорий как рекреационных при этом будет возрастать. Сельская местность все в большей мере будет использоваться только для индивидуальной жилой застройки и проживания. При этом размер индивидуальных земельных участков может быть существенно увеличен. Можно было бы передавать землю в индивидуальное пользование бесплатно.
Обеспечение продукцией растениеводства всех людей планеты должно стать гарантированным, выстроенным по медицинским, возрастным, социальным, профессиональным, природным показателям. Можно было бы гораздо шире развивать льготное обеспечение продуктами широкого ассортимента по льготным ценам. Более того, при значительном снижении себестоимости производства продукции растениеводства можно было бы перейти к бесплатному обеспечению социально незащищенных слоев общества минимальным набором необходимых продуктов: картофель, свекла, морковь, лук, капуста, зелень и т.д.
Появляется возможность бесплатного обеспечения высококачественными продуктами всех детей планеты, независимо от социального положения родителей, в яслях, детских садах, школах, высших учебных заведениях. Современные проблемы с детским питанием, с его качеством и его полноценностью хорошо известны. Впервые можно было бы говорить о реально обеспеченной Международной Программе по охране здоровья детей и молодежи планеты. Эта программа бесплатного питания была бы реальной составляющей и программы по увеличению рождаемости в тех высокоразвитых странах, которые испытывают проблемы с воспроизводством населения.
Очень серьезной проблемой для России является проблема снижения населения на Дальнем Востоке. Бесплатные продовольственные программы для населения этих регионов, основанные на собственной гарантированной круглогодичной продовольственной базе, были бы серьезным аргументом за то, чтобы остаться жить в этом регионе, за то что бы переехать туда из других регионов на постоянное проживание.
При масштабном переходе к новой системе растениеводства потребуется подготовить значительное число высококвалифицированных специалистов самых разных профессий. Это потребует организации или перепрофилирования соответствующих средних и высших учебных заведений и создания новых учебных программ. Высокий уровень оплаты труда новых специалистов обеспечит высокий уровень престижности этих профессий и создаст многочисленную прослойку населения с высоким уровнем потребительского спроса.
Интегрированные территории развития:
новая форма урбанизации
Решение задачи гарантированного снабжения продовольствием открывает новую страницу в урбанизации. Несколько лет назад автором была разработана Концепция интегрированных территорий развития, некоторые идеи которой излагаются ниже в данном разделе. Одна из основных идей состоит в том, что создание на новых территориях собственной устойчивой продовольственной базы, не зависящей от капризов погоды и климата, является фундаментальной предпосылкой для их заселения и освоения.
Интегрированная территория развития – это объединение специализированных производственных и жилых территорий единое целое. Основных специализированных территорий три: промышленная, агропромышленная, селитебная. Объединение указанных территорий осуществляется по трем основным направлениям: пространственно-географическому, функционально-производственному и социально-демографическому. Объединение происходит в форме глубокой интеграции между тремя уровнями – территориальным, региональным и внешним:
• территориальный уровень учитывает всю сумму потребностей создаваемых на территории производств;
• региональный уровень учитывает экономическую, пространственную и социальную логику развития региона;
• внешний уровень учитывает логику экономического развития страны, логику экономических и производственных связей между регионами, логику связей с национальной экономикой, общей социально-демографической ситуацией.
Задачами и особенностями интеграции определяются все базовые характеристики производственных и жилых территорий, их размер, специализация и разнообразие размещаемых на них производств, численность занятых работников и проживающего населения в целом, темпом и перспективами развития территорий, производств и т.д. Планирование формирования и развития интегрированной территории развития включает программу промышленно-технологического, программу экономического и программу социально-демографического развития.
Зачастую в регионах не представляется возможным одновременно гармонизировать между собой все три основные компоненты: социально-демографическую, производственную и экономическую – слишком велико бывает несовпадение их текущих состояний и господствующих в них тенденций. Последовательную и глубокую гармонизацию трех компонент реально можно осуществлять на вновь создаваемых интегрированных территориях. Три программы на этапе планирования интегрируются между собой, ориентируются друг на друга и становятся зависимыми друг от друга. Такой подход, с нашей точки зрения, наиболее результативен и эффективен. Социально-демографическое развитие территории должно опираться на устойчивый и гарантированный экономический фундамент. Такой фундамент создают динамичность и эффективность производств, устойчивость и надежность хозяйственно-производственной деятельности, стабильность позиций на соответствующих сегментах внутрирегионального и межрегионального рынка, устойчивый рост финансовых показателей.
Различные интегрированные территории развития будут иметь различные наборы производств. Каждая такая территория будет иметь не только свой неповторимый архитектурно-планировочный облик, но и свой неповторимый производственный облик. В концепции интегрированных территорий развития предусмотрена отраслевая диверсификация производственного сектора, что обеспечит высокую гибкость, устойчивость и надежность экономики всей территории. Таких производств может быть от тридцати до пятидесяти. Основной экономический признак выпускаемой продукции – ее высокая конкурентоспособность.
В настоящее время в России имеется значительный нереализованный технологический потенциал. Интегрированные территории развития – универсальный механизм превращения потенциальной экономики в реальную инновационную экономику на базе использования не только новейших технологий, но и технологий, которые можно назвать инновационными. Важнейшая тенденция развития современного промышленного и агропромышленного производства – его технологическая, финансовая, ресурсная интенсификация. Это означает, что при многократном уменьшении физических параметров и масштабов производств, при многократном уменьшении ресурсоемкости производств (материалоемкости, энергоемкости, трудоемкости и т.д.) многократно увеличивается стоимость выпускаемой продукции в пересчете на одного работающего. Именно суммарная высокая потребительская и ценовая стоимость производимой продукции при невысокой, в сравнении с другими производителями, численности работающих является основной производственно-экономической целью создания интегрированных территорий развития. Именно высокая доходность, прибыльность, высокая экономическая эффективность создаваемых производств является источником и способом решения всех жилищных, продовольственных, социальных и др. вопросов, является основой социально-демографического процветания и развития территорий. Очевидно, на территории существующих городов, сформировавшихся хаотично, буквально сотканных из противоречий, реализовать предлагаемую модель глубокой многоуровневой системной интеграции невозможно.
Концепция создания интегрированных территорий развития – это концепция развития эффективного малого и среднего бизнеса. Такая территория – это социально-производственная среда малого и среднего регионального бизнеса, нацеленного на решение не только собственных, но и государственных задач. Ориентация на малое и среднее предпринимательство обеспечивает высочайший динамизм, гибкость, результативность. Здесь могут быть созданы условия для высокой культуры быта и высокой культуры производства. Забота о людях - требование и экономическое и нравственное одновременно. Будет создана современная социальная инфраструктура – будут созданы условия для обучения и постоянного повышения квалификации. Высокий технологический уровень предъявляет высокие требования к квалификации производственного персонала. Предполагается использовать новейшие технологии переобучения и подготовки кадров, связанные с быстро развивающимся производством. Отбор кадров предполагается проводить на конкурсной и договорной основе. Работники предприятий будут дорожить своим рабочим местом, высокой зарплатой, высоким уровнем жизни, социальными льготами и гарантиями.
Впервые в предлагаемой концепции интегрированной территории развития ставится вопрос об экологии Человека. Экология природы в Человеке не менее важна, чем экология природы вне Человека. Концепция интегрированной территории предусматривает создание не только экологически безупречных производств, но и экологически комфортной жилой среды. Природа внутри Человека нуждается в не меньшей защите, чем природа вне Человека. Следование законам экологии Человека, учет его физиологических, психологических и социальных потребностей станут одним из важнейших градообразующих факторов. В более широком, обобщающем плане интегрирование Жизни с Гуманизмом – важнейшая задача, решаемая на интегрированной территории развития.
Интегрированная территория развития – территория интеграции экономики и бизнеса с нравственностью. Уровень жизни отдельных жителей и всего населения будет напрямую зависеть от результативности производственной и предпринимательской деятельности. Концепция Интегрированной территории развития – это концепция интенсификации жизни каждого человека и всего населения территории, это концепция создании экономики людей. В соответствии с этой концепцией, каждый человек имеет возможность своим трудом решать единую задачу создания себе и своей семье условий для полноценной, достойной жизни. Здесь потребности людей интегрированы с экономическими способами удовлетворения их потребностей.
В таких интегрированных (интеллектуальных) территориях заложен огромный потенциал развития: экономического, пространственного, демографического. Они могут послужить реальной основой широкомасштабной, экономически оправданной, быстрой и жизнеспособной основой урбанизации новых, стратегически перспективных территорий планеты. В России мы относим к ним территорию Дальнего Востока, Камчатку и Чукотку, все тихоокеанское побережье, Курильские острова.
Итоги
Многие подходы в предложенном новом способе агропромышленного растениеводства предложены впервые, в частности, это постоянное и непрерывное производство плодородных почв, производственное целенаправленное выстраивание и поддержание в почве микробиоценоза, сохранение структуры почвы за счет полного исключения механического воздействия на нее средств обработки растений, ветровых и водных потоков.
Новым в данном подходе является впервые предлагаемая индивидуальная обработка каждого растения и полный контроль над его развитием. Идея контролируемых условий последовательно проводится по всей производственной иерархии и «опускается» до уровня каждого из выращиваемых растений, до уровня почвы и микробиоты.
Высочайшая экономическая эффективность предлагаемого агропромышленного растениеводства, его высокая доходность будут обеспечены следующим:
• Круглогодичным режимом агропромышленного производства;
• Многократно более интенсивным и высокотехнологичным характером новейшего агропромышленного производства по сравнению с современным;
• Выбором наиболее технологичных и продуктивных культур и сортов без учета их районирования;
• Производством и использованием плодородных почв, специализированных под выращиваемые культуры;
• Отсутствием потерь, связанных с болезнями растений и с насекомыми вредителями;
• Использованием почвообрабатывающей, растениеводческой, уборочной высокопроизводительной робототехники;
• Использованием вычислительной техники и современного программного обеспечения, в частности, программ распознавания образов;
• Многоуровневой автоматизацией всех технологических процессов;
• Многоуровневой автоматизацией управления;
• Последовательной реализацией идеи ресурсосбережения – энергии, воды и других расходных веществ и материалов, труда, времени, финансов.
Строительство многоэтажных агропромышленных растениеводческих комплексов позволяет в регионах или в любой стране в целом полностью решить проблему отсутствия или нехватки плодородных почв для земледелия, проблему нехватки солнечного освещения, воды, трудовых ресурсов, территорий, снять все проблемы, порождаемые рисковым сельским хозяйством, основанном на полевом земледелии.
Важно подчеркнуть отдельно, что широкое развитие принципиально нового способа растениеводства в контролируемых условиях на основе системного применения большого числа достижений современной науки, техники, технологии неотвратимо превращает аграрный сектор в промышленный. Налицо все признаки промышленного производства с непрерывным технологическим процессом, с контролем технологических параметров, с автоматизированным управлением, с роботизацией, с планированием производственных результатов. Все это означает также формирование в агропромышленном секторе национальной экономики полноценной инновационной среды, ориентированной на постоянное внедрение новейших разработок из всех отраслей.
Заключение.
Основы продовольственной безопасности мира
С широким развитием агропромышленного растениеводства в контролируемых условиях решаются следующие стратегически важные задачи:
• Полное, независимое и гарантированное обеспечение любого региона мира собственной продукцией растениеводства;
• Обеспечение регионального набора продовольственных корзин, выстроенного с детальным учетом социального, возрастного, национального, конфессионального состава местного населения;
• Обеспечение для всех групп местного населения полноценного режима питания по количеству, качеству, разнообразию продукции растениеводства;
• Доступность питания по цене для всех слоев населения;
• Обеспечение продукцией растениеводства национальных и региональных социальных программ льготного и бесплатного питания;
• Реализация программ оздоровления населения и профилактики заболеваний, например, дистрофии, за счет качественного питания;
• Реализация Международных Программ защиты Детства, профилактики детской смертности от недостаточного или неполноценного питания;
• Создание национальных систем продовольственной безопасности для всех стран мира;
• Для России это освоение Дальнего Востока и Тихоокеанского побережья, их урбанизация.
Итак, намечены реальные пути создания условий полного и гарантированного национального самообеспечения продукцией растениеводства самого высокого качества, создания условий научно обоснованного, правильного и экономически комфортного питания всего населения. Впервые в национальных масштабах может быть создана система питания населения, ориентированного на экологию Человека, экологию Детства, экологию Сообщества людей.