Николай Печуркин - Энергия и жизнь

• Название: Энергия и жизнь
• Автор: Николай Печуркин
• Издательство: Наука, сибирское отделение
• Жанр: Биофизика
• Год: 1988

Что движет эволюцию жизни на нашей планете? В каком направлении развивается жизнь? Отчего «процветают» примитивные паразиты? Может ли разум человека влиять на судьбы Вселенной? На эти (и близкие им) вопросы делает попытку ответить автор, развивая энергетический подход к изучению живой природы.

Книга будет интересна для биологов, физиков, химиков, биофизиков, а также всех интересующихся общими вопросами развития.

---

Действительно, площадь засеянных угодий составляет около 10% наземной части биосферы. А для сбора урожая и выпаса используется уже около 30% суши. Если учесть, что для хозяйственных нужд пригодно менее половины поверхности суши, а для интенсивного земледелия только около 25%, то и по этим оценкам человек практически занял всю пригодную территорию. Эра экстенсивного земледелия кончилась, оно постепенно переходит на рельсы интенсивного развития. Но этот путь требует другого подхода и другого типа мышления. Простая переэксплуатация земель быстро приводит к истощению почвы, ее эрозии, вплоть до полного уноса с пылевыми бурями. Хорошо известны пыльные бури на Великой американской равнине, в Средней Азии, на Северном Кавказе. В засушливых песчаных районах разрушение поверхностного слоя поразительно быстро приводит к появлению зыбучих песков и полному опустыниванию территорий. Идет «наступление» песков Сахары, растут пустыни Юго-Восточной Азии, Северной и Южной Америки. Ежегодно потери продуктивных земель по земному шару только вследствие опустынивания составляют 50—70 тыс. км2, а общая площадь «искусственных» пустынь, возникших в результате деятельности человека,— более 9 млн км2. (Эта величина уже сравнима с площадью нынешних посевных угодий.)

Может быть, еще большую опасность для решения продовольственных задач населения Земли представляет разрушение самых плодородных почв — черноземов в результате их переэксплуатации. Поскольку не менее половины всех черноземных земель расположено в Советском Союзе, то для нашей страны эта проблема приобретает самое злободневное звучание (из 300 млн га черноземных почв в Советском Союзе находится более 150 млн га). Если сопоставить со всей пахотной площадью (225—227 млн га), то черноземы составят около 70% ее. По разным оценкам, около 80% всей продовольственной продукции страны производится и выращивается на черноземах.

Учитывая большие запасы гумуса в черноземах, можно подсчитать, что количество энергии, запасенной в черноземах, в 20 раз и более выше, чем в суммарной биомассе высших и низших растений и животных этих ландшафтов. Впечатляющие данные. Можно провести некоторые аналогии с запасом в океане тепловой энергии, который тоже в 20 раз больше, чем ежегодный приход от Солнца. Следовательно, можно говорить о том, что, используя черноземы, и по энергетике, и по веществу мы живем за счет прошлых биосфер, как и при использовании органических ископаемых типа нефти и угля. Правда, в данном случае это не столь отдаленные времена — на образование чернозема требуется «всего лишь» сто-двести лет. Недаром великий русский почвовед В. В. Докучаев называл русский чернозем «главным основным богатством России, стоящим неизмеримо выше богатств Урала, Кавказа, богатств Сибири».

В настоящее время много энергии и вещества уносится с урожаями из черноземов. Например, чтобы компенсировать унос 30 ц зерна с 1 га или 100 ц картофеля, или 200 ц сахарной свеклы, нужно вносить эквивалентное количество органики, которое должно исчисляться тоже десятками центнеров на 1 га. При посевах монокультур необходимо именно внесение органики извне, но откуда ее столько взять? Для бездефицитного баланса гумуса по стране в целом требуется 1,5—3 млрд т органики в год, всего удобнее ее применять в форме твердого подстилочного навоза, а его «производство» в животноводстве достигает лишь 300—400 млн т в год, т. е. в 5—10 раз и меньше. Явное несоответствие потоков налицо. Поэтому необходимо иметь ориентацию на естественное возобновление плодородия почв, запасов гумуса «биологическим путем», а именно за счет сбалансированных севооборотов. Применение в них бобовых растений позволяет накапливать в почве столь дефицитный органический азот, другие компоненты питательных веществ пополняются корневой массой, которая остается в поле. Честь разработки севооборотов с использованием азотфиксирующих бобовых растений принадлежит нашей стране, достаточно вспомнить В.В.Докучаева, Б.Б.Полынова, В.Р.Вильямса. Однако практическое использование таких севооборотов явно недостаточно [Ковда, 1985]. Монокультуры имеют явное предпочтение. Однако не следует забывать грозного, но верного предостережения основоположника научного земледелия Ю. Либиха: «Нет более прямого пути к абсолютному обнищению народа, чем беспрерывная культура однолетних растений» (цит. по [Усольцев, 1985, с. 152]).

По-видимому, не меньше вещества, а с ним и энергии уносится из-за смывов черноземных почв в результате применения неправильных агротехнических приемов. Весенние смывы и изобильные поливы приводят к уносу с дождевой и поливной водой до 1,5— 1,6 млрд т почв ежегодно.

Избыточный полив или даже просто интенсивное орошение земель приводит к еще одному страшному «бичу» орошаемого земледелия — к засолению почв. (Проблема эта древняя, существовавшая еще у вавилонян.) Даже если вода, используемая для орошения, не очень соленая и относится к слабо минерализованной, все равно при большом ее расходе с орошением полей в почве накапливаются соли, и она быстро приходит в негодность, теряя плодородие. Образуемые человеком «вторичные» солончаки, к сожалению, широко распространены по всему миру.

С энергетической точки зрения интенсификация сельского хозяйства прежде всего означает привлечение дополнительных потоков энергии, повышение расхода энергии, затраченной на производство единицы продукции. Это дополнительные потоки энергии прежде всего от добываемого энергетического сырья. Так что при полной оценке по энергии производимой сельскохозяйственной продукции общие энергетические затраты возрастают многократно. «При интенсивном ведении сельского хозяйства большая часть энергии для производства картофеля, мяса и хлеба берется не от Солнца, а из ископаемого топлива. Широкая публика плохо себе это представляет. Например, многие думают, что большие успехи в сельском хозяйстве объясняются только умением человека создавать новые генетические варианты. Но использование этих вариантов рассчитано на большой расход дополнительной энергии. Деятели, пытающиеся помочь развивающимся странам поднять эффективность их сельского хозяйства, не обеспечив значительных дополнительных вложений энергии, просто не понимают положения дел. Основанные на опыте высокоразвитых стран рекомендации для развивающихся стран могут иметь успех только в том случае, если они сопровождаются подключением к богатым источникам дополнительной энергии...» [Odum H., 1967; цит. по Одум Ю., 1975, с. 64]. Эта довольно длинная цитата из работы известного американского эколога Г. Одума убедительно иллюстрирует необходимость правильного учета энергетических потоков при интенсификации процессов биосинтеза.

Одним из наиболее негативных явлений интенсификации сельского хозяйства является резкое ухудшение окружающей среды, и прежде всего ее загрязнение избыточными удобрениями и ядовитыми пестицидами. Чем больше вносится удобрений, тем меньшая доля их используется непосредственно растениями, тем большая часть уходит со смывами в водоемы, загрязняя реки, озера и даже моря и океаны.

Загрязнение внутренних водоемов материков биогенными соединениями типа нитратов и фосфатов, смываемыми с полей и культивируемых пастбищ, является одним из главных загрязнений гидросферы планеты, и об этом мы говорили в предыдущем разделе. Но еще большую опасность представляет загрязнение почвы и воды пестицидами, одним из главных источников которых также является сельское хозяйство. Обработка почвы за последние 100 лет становилась все более активной. Это означает, что мобилизовывалось естественное плодородие почвы и повышалась урожайность, по в то же время снижалось содержание почвенного гумуса и усиливались эрозионные процессы. Для восполнения потерь стали применяться искусственные удобрения, с помощью мощной сельскохозяйственной техники росли производительность труда, урожайность и эксплуатация земель. Но в целом индустриализация сельского хозяйства с очевидностью приводит к серьезным негативным последствиям. Возрастает энергетическая цена, которую надо платить, чтобы ликвидировать эти последствия: рекультивировать и восстанавливать эрозированные почвы, очищать водоемы, усложнять водозаборные и водораспределительные сооружения, совершенствовать системы очистки и т. д. Это и есть одна из важных причин снижения биоэнергетических показателей.

Для разрешения этих противоречий анализируются различные пути. Один из них связывается с созданием систем минимальной обработки почвы, чтобы не нарушать ее структуру и минимизировать кажущиеся энергетические траты (до 50% общих трат энергии при отвальной обработке почвы идет на вспашку и посев). Если, например, вносить гербициды в почти не обработанную почву (вариант нулевой обработки почвы), то затраты энергии уменьшаются в 3,5 раза. Но с одной стороны, количество гербицидов, необходимых для минимальной и нулевой обработки, столь велико, что увеличивает энергетическую цену продукции почти до тех же величин, что и при традиционных методах плужной обработки. А с другой — большое количество применяемых гербицидов представляет такую опасность для потребителей продукции сельского хозяйства, перед которой бледнеют все прочие. Гербициды, как и всякие другие «...циды», это убийцы живого. Их избирательность далеко не абсолютна, как у всех химических соединений; большинство из них имеют длительный срок жизни, канцерогенны, мутагенны и т. д. Достаточно напомнить о том же ДДТ, распространившемся по всей планете и накопленном в теле антарктических пингвинов. Сельское хозяйство имеет гораздо большие масштабы и распространенность на планете, чем другие виды деятельности человека, связанные с использованием биоцидов, поэтому приходится считаться с тем, что его «цидовая» политика представляет серьезную опасность в настоящее время. И прежде всего это относится к здоровью самого человека.