Агрономи працюють над тим, щоб зрозуміти та оптимізувати складну взаємодію між рослинами, ґрунтами з власною екосистемою та навколишнім середовищем, щоб підвищити врожайність, оптимізувати здоров'я ґрунтів, покращити продовольчу безпеку та сприяти екологічній стійкості. Із зростаючим попитом на продукти харчування та зростаючим тиском на сільськогосподарські ресурси галузь агрономії стала більш важливою, ніж будь-коли, у вирішенні глобальних проблем, таких як зміна клімату, продовольча безпека та погіршення навколишнього середовища.
Сільське господарство є одним із найважливіших досягнень в історії людства, забезпечуючи стабільне та надійне джерело їжі, яке дозволило зростати людській популяції та створювати осілі громади. Більшу частину історії людства люди жили невеликими кочовими групами, які для виживання покладалися на збирання диких рослин, риболовлю та полювання. Ці суспільства були дуже мобільними, групи часто переміщалися в пошуках їжі та інших ресурсів. Приблизно 12 000 років тому, під час так званої неолітичної революції, люди почали одомашнювати рослини, відбираючи та культивуючи рослини з бажаними властивостями, такими як більші насіння та легші для збору плоди. Це дозволило отримати більш надійне джерело їжі та перехід від кочового до осілого способу життя. Невдовзі після цього відбулося приручення тварин, коли люди вибірково розводили диких тварин, таких як овець, кіз і велику рогату худобу, щоб бути більш слухняними та легшими для керування. Це дозволило більш ефективно використовувати такі ресурси, як молоко, вовна та м’ясо. Зі створенням осілих громад люди розробили нові сільськогосподарські методи, такі як зрошення, сівозміну та використання плугів і тяглових тварин для підвищення врожайності та продуктивності. Ці методи дозволили більш масштабне землеробство та більш ефективне використання землі та ресурсів.
Сільське господарство поширилося по всьому світу, у різних регіонах розвивалися власні культури та сільськогосподарські методи. В Америці, наприклад, сільське господарство розвивалося незалежно, і такі культури, як кукурудза, квасоля та кабачки, стали основними продуктами харчування індіанців. В Азії поширилося вирощування рису, а в Європі основними культурами були пшениця і ячмінь.
Розвиток сільського господарства сприяв зростанню людської популяції та створенню більш складних суспільств. Сільське господарство також призвело до розвитку торгівлі та спеціалізації праці, а також негативному впливу на навколишнє середовище, таких як вирубка лісів та ерозія ґрунту.
Розвиток селекції рослинництва
Селекція сільськогосподарських культур — це процес відбору та розвитку сортів рослин із бажаними властивостями, такими як висока врожайність, стійкість до хвороб або покращений вміст поживних речовин. Цей процес триває тисячоліттями і зіграв вирішальну роль у розвитку сільського господарства та людської цивілізації.
Найперші форми селекції сільськогосподарських культур, ймовірно, були ненавмисними, коли ранні фермери зберігали та пересаджували насіння з найкращих рослин на своїх полях. Згодом ці рослини розвивали характеристики, які добре підходили до місцевого середовища та сільськогосподарської практики. Деякі ранні фермери також практикували навмисну селекцію, використовуючи такі методи, як вибіркове запилення або гібридизація для виведення нових сортів.
Традиційні методи, такі як гібридизація та селекція, удосконалювалися протягом століть сільськогосподарської практики. Ці методи включають схрещування рослин із бажаними ознаками для отримання потомства з комбінацією цих ознак. Завдяки повторному відбору найкращих нащадків фермери та селекціонери могли поступово виводити нові сорти, які були краще адаптовані до місцевих умов вирощування та мали бажані характеристики.
У 20 столітті прогрес у генетиці та біотехнології призвів до розробки нових методів селекції, таких як селекція за допомогою маркерів та генна інженерія. Ці методи дозволяють селекціонерам ідентифікувати та маніпулювати конкретними генами, пов’язаними з бажаними ознаками, такими як стійкість до шкідників або посухостійкість. Незважаючи на суперечливість, ці методи мають потенціал значно прискорити темпи покращення врожаю та забезпечити вирішення деяких із найактуальніших світових проблем сільського господарства.
Виникнення наукового землеробства
Хоча перші згадки системного підходу до сільського госпорадства були з часів Стародавньої Греції та Стародавнього Риму, виникнення наукового сільського господарства можна віднести до 18 століття, коли такі вчені, як Джетро Талл і Антуан Лавуазьє, почали застосовувати наукові принципи для вивчення сільського господарства. Англійський фермер Талл пропагував використання кінних сівалок для підвищення ефективності посіву насіння, а французький хімік Лавуазьє визнавав важливість кисню в диханні рослин.
У 19 столітті вивчення сільського господарства почало набувати більш формалізованої та інституціоналізованої форми. Створення сільськогосподарських дослідних станцій і заснування сільськогосподарських університетів і коледжів допомогло створити новий клас професійних аграрних учених і дослідників.
Еволюція агрономії як дисципліни
Агрономія виникла як окрема галузь наприкінці 19-го та на початку 20-го століть, коли були створені сільськогосподарські науково-дослідні установи та розроблено нові технології. Ранні дослідники сільського господарства зосереджувалися на підвищенні родючості ґрунту, створенні нових сортів сільськогосподарських культур і вдосконаленні систем зрошення.
Наприкінці 19-го та на початку 20-го століть сільськогосподарські науково-дослідні установи були створені по всьому світу, зокрема в Європі, Сполучених Штатах та Азії. Ці установи зосереджувалися на вивченні фізіології рослин, ґрунтознавства та управління рослинництвом з метою підвищення продуктивності сільського господарства та продовольчої безпеки.
Сьогодні агрономія є міждисциплінарною галуззю, яка включає вивчення фізіології рослин, генетики, ґрунтознавства, метеорології тощо. Агрономи працюють над розведенням нових сортів сільськогосподарських культур, які є більш стійкими до зміни клімату, зменшують вплив сільськогосподарських методів на навколишнє середовище та підвищують продовольчу безпеку.
Історія агрономії в Україні
Піднесення агрономії припадає на період 1918–1929 рр. до початку колективізації, коли українські дослідники використовували широкі можливості науково-дослідницької роботи, що було зумовлене кінечністю для більшовицької влади інтенсивно відбудовувати сільське господарство. В ці роки агрономія в Україні набирає планомірного характеру, обіймаючи всі її галузі. Створена мережа метеорологічної служби. Розгорнулася ґрунтознавча робота, що дала в 1920-х рр. першу зведену карту ґрунтів України і 10 томів «Матеріалів дослідження ґрунтів України» Українські селекціонери створили ряд високо-цінних сортів с-г культур («українка», «кооператорка» та ін.) Науково-дослідницькі станції (в 1927 р. вже 35) працювали за єдиною програмою. Організовано було кілька заповідників: Асканія Нова, цілющі степи Старосамбірщини, Надозв'я.
Від другої половини 1920-х років починаються переслідування українських учених в УССР, а робота установ дедалі перебудовується в зв'язку з переходом до колективізації.
Початок розвитку агрономії в Україні зв'язаний з організацією цукробурякового виробництво і створенням дослідних станцій.
Видатним агрономом-дослідником у 2-й пол. 19 ст. в Україні був О. О. Ізмаїльський — віце-президент Полтавського с. -г товариства. Розроблені Полтавською дослідною станцією способи обробітку ґрунту і внесення добрив (1884) лягли в основу тодішньої системи землеробства і були використані багатьма дослідними установами і господарствами царської Росії. В сітці Всеросійського товариства цукрозаводчиків у кін. 19 ст. використовувались результати досліджень А. Є. Зайкевича, який розробив рядковий спосіб внесення добрив. О. І. Душечкін (1907), вивчаючи живлення цукрових буряків, встановив, що вони засвоюють поживні речовини протягом усього періоду вегетації. Цим було доведено потребу внесення добрив з осені під глибоку оранку і весною в рядки. В. В. Бутов на Синельниківській дослідній станції розробив карбідний метод визначення вологи в ґрунті. Але найбільшим досягненням дореволюційної агрономії в Україні було створення наукової класифікації парів.
У розробці основних положень наукової агрономії велику роль відіграли М. В. Ломоносов, А. Т. Болотов, І. І. Комов, М. І. Афонін, О. В. Совєтов, В. В. Докучаєв, П. А. Костичев, І. О. Стебут, К. А. Тімірязєв та ін. Найкращі традиції були сприйняті І. В. Мічуріним, В. Р. Вільямсом, Д. М. Прянішніковим, Т. Д. Лисенком та ін. Важливою особливістю радянської агрономії є те, що вона робила широкі теоретичні узагальнення, спираючись на безприкладний в історії землеробства досвід колгоспів і радгоспів, на масовий рух новаторів с.-г виробництва.
Великі соціалістичні перетворення на селі розкрили горизонти для подальшого розвитку агрономічної науки. Вже в перші роки Рад. влади в Україні комплексно обґрунтовувались агрономічні заходи. Численними дослідженнями було показано велику роль мікроорганізмів у створенні структури ґрунту і запасів поживних речовин. В 20-х рр. 20 ст. на Носівській дослідній станції К. К. Гедройц розробив теорію колоїдного вбирного комплексу ґрунту, на якій базується вапнуваннякислих і гіпсуваннясолонцюватих ґрунтів. Теоретичними дослідженнями показано велике значення органо-мінеральної системи добрив.
Розвиток агрономії в Україні характеризується розробленням для окремих природно-економічних зон системи заходів, спрямованих на одержання максимальної кількості с.-г продукції на кожні 100 га зем. угідь і зниження її собівартості.
Тісний зв'язок агрономії з життям, узагальнення досвіду передових колгоспів і радгоспів забезпечили розширення теоретичих досліджень і ефективне застосування досягнень науки у виробництві.
«Рідний край» (Полтава 1906–1907 рр., Київ — 1908–1914 рр.)
«Громадська думка» (Київ 1905 р.)
«Рада» (Київ 1910–1914 рр.)
«Українське Бджільництво» (Київ 1910–1914 рр.)
«Українське Пасічництво» (Київ 1914–1919 рр.)
в 1920-х роках в УРСР постали численні періодичні видання, зокрема «Вісник с-г науки та досвідної справи», «Сільський Господар», «Вісник садівництва, виноградарства та городництва», «Український Аґроном», «С-г машина», «Механізація сільського господарства», «Меліоративні питання» і ряд ін. у Харкові «Вісник Пасічництва» в Києві та ін. На Зах. Україні виходили «Сільський Гсподар» (Львів — Ярослав 1925–1944 рр.) «Український пасічник» (1928–1944 рр.), «Хліборобська молодь» (1934–1939 рр.) «Український агрономічний вісник» (1934–1938 рр.)
Напрямки агрономії
Агрономія є міждисциплінарною галуззю, яка охоплює широкий спектр областей, пов'язаних з вивченням рослин та їх середовища. Деякі з ключових областей агрономії включають селекцію рослин, фізіологію сільськогосподарських культур, ґрунтознавство, метеорологію та екологію.
Селекція рослин – це процес виведення нових сортів культур, які є більш продуктивними, стійкими до хвороб і шкідників і краще пристосованими до конкретних умов вирощування. Селекціонери використовують різні методи для виведення нових сортів, включаючи схрещування, генну інженерію та молекулярну селекцію. (Див. також: Генетика, Селекція, Біотехнологія, Біоінженерія)
Ґрунтознавство – це дослідження фізичних, хімічних і біологічних властивостей ґрунтів та їхньої ролі в рості та розвитку рослин. Ґрунтознавці працюють над тим, щоб зрозуміти родючість ґрунту, кругообіг поживних речовин і методи збереження ґрунту для підвищення продуктивності та сталості сільського господарства. (Див. також: Родючість ґрунту,Меліорація, Агрохімія, Відновлювальне землеробство)
Агрометеорологія вивчає атмосферу та погодні умови. В агрономії метеорологи вивчають погодні умови та їхній вплив на сільськогосподарські культури, включаючи температуру, кількість опадів і вітер. Вони також використовують моделі прогнозу погоди для прогнозування врожайності та керування сільськогосподарськими методами.
Екологія – це вивчення взаємозв'язків між живими організмами та їх середовищем. В агрономії екологи вивчають взаємодію між рослинами, тваринами та їхнім середовищем для розробки стійких методів ведення сільського господарства, які захищають біорізноманіття та сприяють здоров’ю екосистем. (Див. також: Агроекологія)
Агрономія – це широка та міждисциплінарна галузь, яка охоплює багато різних областей дослідження. Поєднуючи знання з селекції рослин, фізіології сільськогосподарських культур, ґрунтознавства, метеорології та екології, агрономи працюють над розробкою сталих методів ведення сільського господарства, які можуть прогодувати зростаюче населення світу, одночасно захищаючи природні ресурси нашої планети.
Засоби та методи агрономії
Агрономія, як наука та технологія виробництва та використання рослин для їжі, палива, корму та волокна, вимагає використання різноманітних інструментів і методів для оптимізації виробництва сільськогосподарських культур та екологічної стійкості. У цьому розділі представлено огляд основних інструментів і методологій, які використовують агрономи для підвищення продуктивності сільського господарства, збереження ресурсів і пом’якшення наслідків зміни клімату.
Випробування та аналіз ґрунту
Тестування та аналіз ґрунту є основними інструментами для агрономів, оскільки вони допомагають визначити вміст поживних органічних і мінеральних речовин, стан екосистеми ґрунту (макро- та мікроорганізмів), рівень рН, структуру ґрунту, щільність, ємність катіонного обміну та інші показники. Ці аналізи дозволяють розробити індивідуальні рекомендації щодо внесення органічних та мінеральних добрив і вапнування для оптимізації росту рослин і врожайності. Загальні методи дослідження ґрунту включають:
Відбір проб ґрунту з різних глибин і місць у межах поля для забезпечення надійних репрезентативних даних.
Польський Pteryx UAV — цивільний БПЛА для аерофотозйомки та фотокартографії зі стабілізованою головкою камери.
Технології дистанційного зондування, такі як супутникові зображення та камери на базі дронів, надають детальну інформацію про здоров’я врожаю, вологість ґрунту та зараження шкідниками. Ці технології дозволяють агрономам швидко й точно контролювати великі площі землі. Поєднуючи дані дистанційного зондування з обладнанням із підтримкою GPS і системами підтримки прийняття рішень, методи точного землеробства дозволяють цілеспрямовано вносити добрива, воду, та засоби захисту, зменшуючи витрати та негативний вплив на навколишнє середовище. Ключові компоненти точного землеробства включають:
Технологія змінного внесення (VRT): дозволяє точно застосовувати вхідні дані на основі конкретних польових умов і вимог.[20][21]
Моніторинг урожайності та картографування: використання датчиків і технології GPS для запису та аналізу даних про врожайність культур для прийняття управлінських рішень.
Селекція рослин і біотехнологія
Селекція рослин і біотехнологія відіграють важливу роль в агрономії, оскільки вони дозволяють виводити сорти сільськогосподарських культур[25] з бажаними властивостями, такими як висока врожайність, стійкість до хвороб і стійкість до абіотичного стресу. Інструменти та методи, які використовуються в цій області, включають:
Традиційне розведення рослин: контрольоване перехресне запилення та відбір рослин із бажаними ознаками протягом кількох поколінь.
Відбір за допомогою маркерів: використання молекулярних маркерів для відстеження конкретних генів і відбору рослин із бажаними ознаками під час процесу селекції.
Інтегрований захист рослин (ІЗР) — це комплексний підхід до боротьби зі шкідниками, спрямований на мінімізацію використання шкідливих хімічних пестицидів і зменшення негативного впливу на навколишнє середовище та здоров'я споживачів сільськогосподарської продукції. Він передбачає моніторинг популяцій шкідників, встановлення економічних порогів для втручання та використання комбінації біологічних, культурних та хімічних методів контролю. Ключові компоненти ІЗР включають:
Культурний контроль: маніпуляції з навколишнім середовищем або методами управління врожаєм для зменшення популяції шкідників і шкоди.[33] Може включати сівозміну, посадку стійких до шкідників сортів, коригування дат посадки, оптимізацію зрошення для зменшення росту шкідників та інші методи.
Фізичний контроль: використання бар'єрів, пасток, методів точного землеробства та робототехніки.
Хімічний контроль: цілеспрямоване та розумне використання пестицидів з акцентом на мінімізацію впливу на навколишнє середовище та розвитку стійкості. Використовується в останню чергу.
Стале та відновлювальне сільське господарство
Стале сільське господарство та відновлювальне сільське господарство — це набір методів управління, спрямованих на підтримку та покращення здоров’я ґрунту, родючості ґрунту, зменшення ерозії та підвищення ефективності використання води. Принципи включають мінімальне порушення екосистеми ґрунту (мінімізація оранки), постійне ґрунтове покриття та сівозміну.[34][35][36][37] Інструменти та техніки включають:
Пермакультура (від англ.permaculture — permanent agriculture — «Стале сільське господарство») — підхід до проектування сталих систем і система ведення сільського господарства, що працює в гармонії з природними процесами з мінімальними витратами праці і без шкоди для довкілля.
Система нульового обробітку ґрунту (No-till), або Strip-till, або мінімальний обробіток: використання спеціалізованого обладнання для посіву насіння або вирощування культур із мінімальним порушенням структури та екосистеми ґрунту.
Сидерати: посів покривних культур сидератів між сезонами товарних культур для захисту та покращення ґрунту, запобігання ерозії та придушення бур’янів.
Сівозміна: практика вирощування різних культур у запланованій послідовності на одній і тій самій ділянці землі, щоб порушити цикли шкідників, зменшити тиск хвороб і зберегти родючість ґрунту.
Іригація та водне господарство
Ефективне управління водними ресурсами має вирішальне значення для сталого сільського господарства, особливо в регіонах з дефіцитом води. Агрономи використовують різні інструменти та технології для оптимізації використання води та мінімізації відходів.[38] Деякі з них включають:
Датчики вологості ґрунту: пристрої, які вимірюють рівень вологості ґрунту, допомагаючи фермерам визначати, коли та скільки зрошувати.[39]
Планування зрошення: використання даних про випаровування врожаю, прогнозів погоди та інформації про вологість ґрунту для планування заходів зрошення та оптимізації використання води.[40][41]
Системи крапельного зрошування та мікрозрошування[42]: методи, які доставляють воду безпосередньо до кореневої зони рослин, зменшуючи втрати на випаровування та підвищуючи ефективність використання води.[43][44][45]
Інженерія біологічних систем та агроінженерія
Інженерія біологічних систем (ІБС) та агроінженерія відіграють важливу роль в агрономії, надаючи інноваційні рішення для оптимізації сільськогосподарської продуктивності та стійкості. ІБС поєднує інженерні принципи з біологічними та фізичними науками для вирішення проблем у рослинництві, екологічному менеджменті та збереженні ресурсів.[46] (див. такожТочне землеробство, Вертикальна ферма). Основні напрямки в агрономії включають:
Yara N-Sensor ALS, встановлений на куполі трактора – система, яка реєструє відбиття світла від посівів, розраховує рекомендації щодо внесення добрив, а потім змінює кількість розкиданих добрив. (Див.Точне землеробство)Сенсорні технології та автоматизація: розробка та застосування датчиків, технологій візуалізації та автономних систем для таких завдань, як моніторинг вологості ґрунту, оцінка здоров’я рослин і операції точного землеробства.[47] (див. такожАвтоматизація технологічних процесів, Автоматизація виробництва)
Сільське господарство з контрольованим середовищем: проектування та оптимізація систем для вирощування сільськогосподарських культур у контрольованому середовищі, включаючи контроль клімату, доставку поживних речовин та енергоефективність.[48][49][50][51]
Циркулярне (циклічне) сільське господарство — це підхід, спрямований на мінімізацію і переробку відходів, і максимізацію ефективності використання ресурсів шляхом замикання циклів у сільськогосподарській системі. Це може передбачати використання сільськогосподарських відходів як сировину для виготовлення біопалива, біополімерів й біопластику, промислової хімії[52][53], оптимізацію виробничих процесів, мінімізацію використання синтетичних матеріалів, та технології відновлення ресурсів, таких як системи управління гноєм, виробництво біогазу та відновлення поживних речовин із потоків сільськогосподарських відходів.[54][55][56][57][58] (див. також.Пермакультура, Циркулярна економіка, Біопаливо, Сталий розвиток)
Адаптація до зміни клімату та пом’якшення наслідків
Агролісівництво (агролісомеліорація): включення дерев і кущів у сільськогосподарські системи для забезпечення різноманітних переваг, таких як поглинання вуглецю, покращення ґрунту та забезпечення середовища існування для запилювачів і природних ворогів шкідників.
Вуглецеве землеробство: впровадження практик, які збільшують накопичення вуглецю в сільськогосподарських ґрунтах, наприклад, нульовий обробіток ґрунту (No-till), біочар (біовугілля), сидерати, багаторічні рослини та органічні добавки. (див.Вуглецевий цикл)
Підсумовуючи, інструменти агрономії різноманітні та постійно розвиваються завдяки прогресу, інноваціям та підривним інноваціям в технології та нашому розумінню наук про рослини та ґрунти. Ці інструменти дозволяють агрономам розробляти та впроваджувати стратегії, які оптимізують виробництво сільськогосподарських культур, одночасно зберігаючи навколишнє середовище та природні ресурси для майбутніх поколінь. (див. Перспективні технології, Соларпанк)