Жизнь в почве

Агроценозы сегодня и завтра

В. Р. Вильямс, создавший в 30-е годы учение о плодородии почв, определял плодородие как способность почвы удовлетворять потребности растения в воде и питательных веществах. Сейчас в понятие «плодородие почв» включают правильно организованную технологию выращивания сельскохозяйственных растений, не зависящую от капризов природы. Естественное же плодородие рассматривается лишь как часть потенциала почвы.

Почва — продукт длительного изменения поверхностного слоя горных пород под действием живых организмов, воды, воздуха. Не будем забывать, что и сами горные породы — плод биосферы, таков же воздух, таков же химический состав веществ грунтовых вод.

А вот организмы, которые живут в почве, меняются очень мало. «Сонное царство», «заторможенная эволюция», «живые ископаемые» — такие выражения здесь вполне правомочны. Древнейшие из известных ученым экосистем — прокариотные, состоящие из микроорганизмов, существ безъядерных, — прекрасно чувствуют себя в почве. До сих пор микроорганизмы связывают воедино все круговороты органических веществ, осуществляют фиксацию азота, регулируют круговорот фосфора, обеспечивают разложение органических соединений.

Именно микробы, их биоценозы из сине-зеленых водорослей и бактерий, которые существовали в мелких водоемах на протяжении трех миллиардов лет в гордом одиночестве, подготовили условия для появления животных и растений. Эти новые высокоорганизованные существа не заменили прежние микробные экосистемы, а только усложнили, надстроили их, удлинили в них пищевые цепи.

Функцию переработки органики, которую образуют растения, со временем взяли на себя животные, но они не доводят разложение до конца, работают «рука об руку» с микробами. Только так обеспечивается круговорот веществ. Если мы говорим, что нет почв без животных, то в еще большей степени это относится к микробам, которые участвуют в биогенном круговороте. И гораздо активнее.

Все это необходимо иметь в виду, говоря о диалектике плодородия: оно менялось в разные геологические периоды по мере эволюции почвенного покрова. Не сразу у наземных растений развились мощные корни, способные высасывать воду и питательные вещества с большой глубины. Не сразу сформировались комплексы микробов и животных, способные перерабатывать растительные остатки. Поэтому в палеозое, как полагают, почвы были маломощные, поверхностные, сплошь покрытые толстым слоем мертвого растительного опада.

Теперь в агроценозах плодородие почв во многом обеспечивает человек, помогая живым организмам почвы удовлетворить потребности сельскохозяйственных растений в минеральных солях, воде, воздухе, для дыхания корней.

Но уже сейчас возникают ситуации, когда человек вынужден сам сотворить землю, не прибегая к помощи других живых существ, но искусственно создавая условия для роста растений, аналогичные природным. Такие почвы создали белорусские химики на основе ионитов — искусственных материалов, напоминающих своеобразную химическую губку. Разница в том, что впитать эта «губка» может любые химические вещества, а выжать из нее ничего не удастся, разве только обменять один ион на другой.

Внешне эта почва оказалась похожей на вату, на ней хорошо росли капуста, укроп, другие овощи. Ее можно в избытке насытить нужными растениям ионами на многие годы, а в обмен она будет связывать ненужные ионы корневых выделений. Такие почвы побывали уже на космических кораблях, с ними работали космонавты Климук и Коваленок, Губарев и Гречко, Рюмин и Попов. Найдут они применение и в земных теплицах.

Но пока на Земле заботой земледельцев является повышение плодородия естественных почв на десятках и сотнях миллионов гектаров. Решить проблемы повышения плодородия почв может только тесный союз земледельцев с наукой, необходимость которого так требовательно была подчеркнута на апрельском Пленуме ЦК КПСС 1985 года.

Под пашней сейчас в СССР занято 227 миллионов гектаров, то есть на каждого жителя приходится 0,84 гектара. Однако в целом по стране природные возможности далеко не идеальны. Достаточно сказать, что две трети посевов зерновых размещается в зоне недостаточного увлажнения. Потенциальное плодородие наших почв вдвое ниже, чем, скажем, в США. Следовательно, на единицу продукции требуется двое больше затрат труда. Восполнение, умножение силы пашни — важнейшая задача растениеводства.

За последние годы удалось резко повысить продуктивность многих сортов прежде всего за счет улучшения питания. Но чудес в природе не бывает: взятое у земли надо вернуть с лихвой. В Нечерноземной зоне за сезон расходуется с гектара свыше тысячи килограммов гумуса. Возвращается же в почву примерно половина.

Ничего страшного, уверяют агрономы, все можно поправить с помощью минеральных удобрений, паров. Опасное заблуждение: туки без органики малоэффективны. Ее применение, правда, постоянно растет и достигло миллиарда тонн. Многие хозяйства Белоруссии, Подмосковья на гектар вносят по 13–19 тонн компостов, а вот в Рязанской, Тульской и ряде других областей — всего лишь по 4 тонны — втрое-вчетверо меньше нормы.

Наука и практика располагают богатым арсеналом средств для повышения плодородия, роста урожайности. Среди них надо особо отметить новые способы обработки почвы, открытые дважды Героем Социалистического Труда Т. С. Мальцевым.

Разработанные им методы по праву стали называться мальцевской системой земледелия. На его идеях воспитывалось не одно поколение сибирских агрономов, мастеров высоких урожаев. Еще в начале 40-х годов он пришел к выводу о необходимости заменить пахоту безотвальной и поверхностной обработкой. Проведенные в колхозе «Заветы Ленина» опыты, когда зерновые засевались по непаханой почве, показали, что многолетние и однолетние растения, которые раньше делили на «разрушителей» и «восстановителей» плодородия, оставляют органических веществ в земле больше, чем потребляют их.

Так Т. С. Мальцев сформулировал главную задачу безотвальной обработки — помогать однолетним растениям систематически улучшать почвенное плодородие. Широко известной на Западе теории «убывающего плодородия» Т. С. Мальцев противопоставил теорию плодородия возрастающего. В основе ее — мысль о том, что необходимо максимально учитывать закономерности почвообразовательного процесса и приспосабливать к ним агротехнику.

Традиционная вспашка резко изменяет условия жизнедеятельности микроорганизмов, усиливает аэробные процессы, разрушает структуру почвы. Т. С. Мальцев пришел к выводу, что ежегодно глубоко поле пахать нельзя, нужно проводить лишь мелкое поверхностное лущение. Чтобы окультуривать не только верхний, но и нижние слои, создать более благоприятный водно-воздушный и пищевой режимы, наряду с поверхностной обработкой он предложил в паровом поле глубокое безотвальное рыхление.

Открытие Т. С. Мальцева стимулировало поиски других ученых. Исходя из почвенно-климатических условий Северного Казахстана, во ВНИИ зернового хозяйства под руководством академика ВАСХНИЛ, Героя Социалистического Труда А. И. Бараева разработали почвозащитную систему, основанную на плоскорезной обработке с максимальным сохранением стерни. Это новшество позволило приостановить на огромных площадях ветровую эрозию.

Со временем безотвальная обработка распространилась в Западной Сибири, на Алтае, в Поволжье, на Северном Кавказе, в Нечерноземной зоне, на Украине и в других районах.

Рекомендуя свой метод, Т. С. Мальцев, однако, предостерегает от его слепого копирования. «Одно мы считаем делом общим, — пишет он, — это стремление заставить однолетние растения систематически улучшать условия почвенного плодородия. От этого нужно и отправляться».

Но новая система пробивает себе дорогу медленно. Нелегко избавляться от старых привычек, от глубокого плуга. По мнению А. И. Бараева, такой плуг, некогда изобретенный в странах, где выпадает много осадков, поначалу сыграл положительную роль, подняв из более глубоких слоев питательные вещества. Сейчас же этот резерв в значительной мере исчерпан. Теперь надо делать ставку на растительный покров, который обеспечит почву нужным количеством гумуса. И тут на помощь приходит почвозащитная система.

Высокопродуктивные почвы — важнейшая предпосылка человеческой жизни и основа экологических процессов, благодаря которым люди извлекают из биосферы жизненно необходимые питательные вещества. И значение почв отнюдь не снижается, как бы ни были велики научно-технические достижения современного сельского хозяйства. Ибо, несмотря на новейшие методы производства пищевых продуктов, не зависящие от почвенных условий, все же в обозримом будущем никакой практической альтернативы почвам соответствующего качества не видно.

Совместное творение природы и человека — так называемые огородные почвы. Люди сумели добиться того, что они стали намного плодороднее всех почв лесной зоны. Орошаемые почвы Средней Азии — тоже результат многовековой земледельческой культуры.

Чтобы вести правильную экономическую политику, необходимо знать, какова площадь обрабатываемых земель и возможность расширения земельного фонда, какова продуктивность почв и насколько она может быть увеличена.

История сельского хозяйства красноречиво свидетельствует о том, что человечество, стремясь освоить как можно больше земель, распахивало почвы, не обращая внимания на отрицательные последствия своей деятельности. Между тем развитие земледелия «вширь» имеет свои пределы. Площадь равнин, пригодных для земледелия, составляет более 40 процентов всей поверхности суши. Но многие территории слишком холодны для земледелия, другие заболочены. И на поверку оказывается, что площади, которые можно распахать, составляют всего шесть процентов поверхности суши, то есть около девяти миллионов гектаров. При этом большая часть еще не распаханных земель или используется под пастбища, или занята лесами.

Сокращать же площадь лесов явно нецелесообразно. Помимо того, что леса являются источником самых разнообразных продуктов и древесины, они выполняют такое множество охранных функций в природе и так благотворно влияют на все другие ресурсы, что их уничтожение, как правило, себя не оправдывает.

И тем не менее история земледелия была, по существу, историей сведения лесов. В зоне смешанных и широколиственных лесов их площади сократились на 40–50, в зоне средиземноморских сухих лесов — на 70–80, в зоне муссонных лесов (особенно в зарубежной Азии) — на 85–90 процентов. На Великой Китайской и Индо-Гангской равнинах осталось менее пяти процентов лесов. И сейчас их энергично продолжают уничтожать в тропических странах, где потребности в продовольствии настолько остры, что единственным средством обеспечения населения продуктами питания при существующем уровне развития сельского хозяйства является расширение посевных площадей.

Одна треть распаханных почв — в Европе, одна пятая — в Азии, одна пятая — в Америке, одна десятая — в Африке, и одна двадцатая — в Австралии и Океании. На одного человека в мире в среднем приходится 0,35 гектара. Правда, в эту площадь входят почвы, занятые хлопчатником и льном, а также другими техническими, непродовольственными культурами, но зато в нее не включены пастбища и сенокосы, продукция с которых идет для выращивания и откорма скота. Если же учитывать пастбища и сенокосы, то площадь такого участка возрастет до одного гектара.

Именно такова «норма» на человека в большинстве стран Центральной Европы. Но амплитуда колебаний здесь очень велика. В Японии этот показатель составляет 0,07 гектара, в Египте — 0,10, в СССР и США — более 2, в Канаде — более 3, в Аргентине — более 6 и в Австралии — более 40 гектаров.

Сколько человечество еще может освоить земель? И в каких местах? В полярном поясе, где распространены арктические пустыни и тундры, общая площадь земель — шесть миллионов квадратных километров. Из них используются всего около двух процентов — в основном как оленьи пастбища. Именно их можно увеличить, доведя до трех-четырех процентов.

В северной и центральной частях таежной зоны резервы более основательны: от двух процентов в северной части и до пятнадцати — в южной части тайги. Ввести в строй эти земельные площади поможет осушение заболоченных почв.

Основные массивы пахотных земель располагаются в южной части умеренного и наиболее увлажненных частях субтропического пояса северного полушария. Наиболее широко используются в земледелии черноземы, бурые и серые лесные почвы. К северу и югу от этих зон площадь пашни и степень земледельческого использования территорий уменьшаются.

Наиболее полно в умеренном поясе используются степи, площадь которых равна почти двум миллиардам гектаров.

Чернозем издавна был главной «хлебной» почвой России. Его происхождение научно обосновывал еще М. В. Ломоносов, писавший, что он возникает от «согнития растительных остатков». До революции 100–200-пудовые урожаи (16–32 центнера) пшеницы с одного гектара без внесения удобрений с затратами только на вспашку делали чернозем действительно «царем почв» (такое определение дал чернозему В. В. Докучаев).

Производить зерно в степи оказалось выгоднее, чем в других зонах; здесь без всяких удобрений удавалось получить до 40 центнеров первоклассного зерна знаменитых русских «твердых» пшениц, без которого невозможно ни выпекать высшие сорта хлеба, ни готовить лучшие макаронные изделия.

Изучение черноземных почв навсегда связано с именем великого русского почвоведа В. В. Докучаева.

Человечество давно интересовалось этими почвами. Но только у Докучаева они стали объектом научных исследований. Над своей книгой «Русский чернозем» Докучаев работал более пяти лет. Он объездил почти всю черноземную зону европейской части страны, изучал по заказу земства также почвы Нижегородской губернии, совершенствовал методы полевых исследований, создавал основы генетической классификации почв.

К осени 1883 года книга была закончена. Ее издало Вольное экономическое общество, и она сразу же привлекла к себе внимание.

Защищать русский чернозем Докучаеву пришлось не только тогда, но и всю жизнь. С горечью писал он о хищническом отношении к почвам, об их истощении, называл прямых виновников, вырубавших лесные насаждения — хранителей влаги в степных районах.

Собранные Докучаевым образцы почв, дополненные образцами из других, нечерноземных губерний, были показаны на Всероссийской промышленно-художественной выставке в Москве в 1882 году и на Всемирной выставке в Париже в 1889 году. На обеих выставках образцы были отмечены золотыми медалями. Докучаев так подробно описал чернозем (его строение, распространение, плодородие, образование), что даже спустя сто лет после выхода его работы мало что можно прибавить к его характеристике.

Труды ученого не утратили актуальности и поныне. В «Русском черноземе» приведены данные о содержании гумуса в 290 почвенных разрезах. Сопоставляя их с нынешними, исследователи получили возможность определить, как изменился плодородный слой за сто лет. Итоги, к сожалению, не всегда оказывались удовлетворительными. В ряде мест содержание гумуса понизилось. Причина — недостаточное внесение органических удобрений, последствия эрозии пашни, нарушение севооборотов.

Помимо чернозема, осваивались и другие, в частности, более южные почвы — каштановые. С их обработкой связана великая целинная эпопея 50-х годов.

Ныне грандиозные проекты связаны с освоением еще более южных полупустынной и пустынной зон. Почвы там плодородные, тепла достаточно, чтобы собирать два урожая в год, так что при правильном орошении можно планировать только за счет этой природной полосы расширение посевов еще на 1 миллион квадратных километров.

О том, что растениям необходима влага, знали еще древние земледельцы Шумера, Китая и Египта. Но сколько ее нужно? Пшеница на широте Москвы поглощает на одном гектаре тысячу тонн воды, в сухих степях Заволжья — две тысячи тонн (могла бы и больше, но в почвах ее уже не хватает). Таким образом, для орошения тысячи гектаров требуется в течение лета два миллиона тонн воды. Если учесть, что часть ее испаряется, не попадая в растения, часть фильтруется в глубокие слои почвы и тоже проходит мимо растений, то эту цифру надо увеличить.

Сейчас в мире орошается не менее 100 миллионов гектаров. Красно-бурые почвы пустыни, сероземы, светло-каштановые почвы испытывают постоянную нехватку воды, орошение вторгается в пустыни. Но чтобы расширить его площадь, надо строить каналы, а обходится это очень дорого.

Ожившие пустыни северного Прикаспия, в Каракалпакии и северном Дагестане, Каракумский канал в Туркмении — убедительные доказательства того, какое это благо — орошение засушливых земель. Но откуда же взять воду для полива, которой не хватает и в других зонах? Немалые надежды связаны сейчас с проектом переброски части стока северных рек на юг. Проект этот очень сложен и требует оценки всех экономических и экологических исследований.

География поливов расширяется. Орошение продвинулось не только на юг, но и далеко на север. В летние месяцы поливают даже дерново-подзолистые почвы. Но в этом случае орошение должно обязательно сопровождаться внесением удобрений.

На всем земном шаре почва подвергается губительным воздействиям. Продуктивность ее падает из-за эрозии, сведения лесов, засоления, подкисления, расширения городов, строительства дорог, аэропортов и промышленных предприятий, а также в результате применения химикатов.

В ряде районов планеты почва страдает от неправильной обработки и от чересчур интенсивной эксплуатации.

Почва нуждается в бережном отношении и заботливом уходе. Высокие урожаи обеспечивают прежде всего удобрения, восполняющие потерю питательных элементов, которые уходят с урожаем. Там, где выпадает много осадков, например на подзолистых почвах, удобрения могут очень быстро вымываться из верхних горизонтов и попадать в грунтовые воды. И тогда они бесполезны для растений. Более того, накапливаясь в грунтовых водах, нитраты, соли азотной кислоты, становятся вредными для человека и животных.

Большое количество осадков, превышающее испарение, и плохой отток воды из почвы с грунтовыми водами приводят к заболачиванию территории. Почва так пропитывается водой, что из нее вытесняется весь воздух, и здесь могут развиваться только болотные растения. В лесной зоне очень часто заболачиваются сплошные вырубки, выемки вдоль железных дорог.

Заболачиванию в других зонах способствует неправильное орошение.

В засушливых районах почву подстерегают беды прямо противоположного характера — накопление солей в верхних горизонтах почвы и их иссушение, а это приводит к гибели растений.

Одна из главных опасностей, угрожающих почве, — эрозия.

Водная эрозия — смыв верхнего слоя почвы, разрушение ее поверхности, почвенных комков, нарушение связи между отдельными частицами, перенос частиц на более низкие участки и в реки. Когда смывается верхний плодородный слой, урожайность снижается на 60–70 процентов. Стекая по бороздам, колеям от колес, неглубоким западинам вдоль склонов, вода сначала образует промоины, которые постепенно увеличиваются. Если промоина глубоко врезалась в почву, так, что ее нельзя выровнять распашкой, она кладет начало оврагу. Овраги могут достигать в длину сотни километров. Известен случай, когда за одно лето стекающая после дождя с крыши фермы вода вырыла промоину, превратившуюся затем в овраг длиной в несколько километров.

Не менее вредна ветровая эрозия, так называемая дефляция. Воздушные потоки могут перекатывать почвенные частицы и отрывать их от земли. Ветер переносит их довольно далеко: известны случаи, когда они оказывались на расстоянии до 400 километров. При этом ветер подхватывает обычно самые мелкие и самые богатые питательными веществами частицы почвы. В результате плодородие снижается на 40–60 процентов. Ветер «выдувает» посевы, обнажая корни растений в одном месте, а в других местах наносит целые «сугробы» из почв, нередко высотой до одного-двух метров.

Исследования показали, что гумусовый слой черноземов — основной источник их плодородия — частично или полностью снесен примерно на половине их площади.

Эрозия столь же стара, как и земледелие, и является обычным следствием стихийной распашки земель. Она особенно усилилась в эпоху капитализма. Стремясь получить максимальную прибыль, владельцы земли уничтожали леса и производили распашку склонов. В царской России без всяких предосторожностей распахивались склоны крутизной до 15–20 градусов, в то время как агрономическая наука считает крайним пределом крутизну 6–8 градусов. В итоге эрозия поразила лучшие земли Украины и Центральной России. Там и сейчас можно встретить овраги глубиной до 70 метров. За один только год такой овраг может «съесть» до 10–15 гектаров пахотных земель.

За последнее столетие водная и ветровая эрозия в мире уничтожила около 2 миллиардов гектаров земель, то есть площадь, равную территории СССР, или 27 процентов всех сельскохозяйственных земель планеты. Убытки от эрозии составляют во всем мире около 100 миллиардов долларов в год.

Несмотря на ряд мер, площадь эродированных земель в США составляет около 300 миллионов гектаров, из них более 110 миллионов — пахотные земли. Но первое место в мире по масштабам ускоренной эрозии принадлежит зарубежной Азии. Развитию эрозионных процессов там благоприятствуют сплошная распашка земель (в муссонных районах), вырубка лесов на водоразделах, преобладание пересеченного рельефа (³/₄ территории зарубежной Азии располагаются на высоте более 200 метров), наличие огромных площадей рыхлых отложений, сухость климата в сочетании с ливневым характером осадков.

Эрозия, как пишет член-корреспондент АН СССР В. А. Ковда, — это расплата за ошибки в земледелии, и борьба с ней требует серьезного научного, инженерного и экономического обоснования и больших капитальных затрат.

В нашей стране борьбе с эрозией уделяется большое внимание. ЦК КПСС и Совет Министров СССР в марте 1967 года приняли постановление «О неотложных мерах по защите почв от ветровой и водной эрозии», в котором указывается на необходимость применения на сельскохозяйственных землях всего комплекса противоэрозионных мероприятий с учетом природных и социально-экономических факторов, для того чтобы превратить эродированные земли в высокопродуктивные сельскохозяйственные и лесные угодья.

В истории нашей страны накоплен достаточный печальный опыт, связанный с воздействием засухи на урожаи.

В 1891 году, например, засуха охватила 20 губерний. Россия недобрала полмиллиарда пудов зерна. Крестьянские хозяйства были разорены, опустели целые деревни. Причем засухи повторялись часто. И тогда подняли голос ученые. Докучаев писал: «Враги нашего хозяйства — ветры, бури, засухи — страшны нам только потому, что мы не умеем владеть ими». В статьях, публичных выступлениях ученый дал конкретные рекомендации, как предупредить трагические последствия засух.

Вскоре выходит его новая книга «Наши степи прежде и теперь». Весь доход от нее Докучаев передал в помощь голодающим. Блестяще написанная, убедительная, она и сегодня читается с захватывающим интересом. По его инициативе создается особая экспедиция департамента земледелия по изучению причин засухи. Организуются три опытные станции (участки) в Каменной степи под Воронежем, на водоразделе рек Дон — Донец и в сухой степи возле Таганрога. Под руководством Докучаева разводят лесополосы для защиты полей от суховеев, задержания талых вод. Закрепляются овраги, строятся водоемы, испытывается лиманное орошение. Лесополосы, посаженные Докучаевым, и ныне служат сельскому хозяйству.

Родиной степного лесоразведения является Россия. Начало ему положил еще Петр I, заложивший в 1696 году в степи близ Таганрога дубовую рощу, которая должна была давать корабельный лес для Черноморского флота. Однако все попытки лесоразведения, которые предпринимались впоследствии в Южной России, диктовались именно потребностью в строительном и топливном материале. Поворотным моментом в истории отечественного лесоразведения стали работы экспедиции В. В. Докучаева. В работе «Наши степи прежде и теперь» он в качестве одного из путей борьбы с засухой и неурожаями назвал степное лесоразведение.

В широких масштабах полезащитное лесоразведение начало развиваться после Великой Октябрьской социалистической революции. В постановлении Совета Труда и Обороны от 29 апреля 1921 года «О борьбе с засухой», подписанном В. И. Лениным, говорилось о необходимости развивать в государственных масштабах работы по облесению и укреплению оврагов и песков, особенно в районах Среднего и Нижнего Поволжья и Придонья.

В 1948 году Советом Министров СССР и ЦК ВКП(б) было принято постановление «О плане полезащитных лесонасаждений, внедрения травопольных севооборотов, строительства прудов и водоемов для обеспечения высоких и устойчивых урожаев в степных и лесостепных районах Европейской части СССР», которое дало новый толчок развитию теории и практики степного лесоразведения.

Полезащитные лесные полосы, заметно ослабляя скорость ветра, регулируют температурный режим, способствуют равномерному распределению снега, повышают влажность воздуха и почвы в межполосном пространстве. Благодаря лесным насаждениям значительно улучшаются физические свойства степных почв.

Под защитой лесных насаждений в зонах недостаточного увлажнения урожаи зерновых повышаются на 20–30, овощных — на 50–75, кормовых трав — на 200 процентов.

Для полезащитных лесонасаждений требуется подбор местных засухоустойчивых сортов, тщательный уход за посадками, особенно в первые годы, правильный выбор мест для организации полос — преимущественно в низинах, куда поступает больше влаги с поверхностным стоком.

Очень важным средством борьбы с эрозией является безотвальная вспашка, предложенная Т. С. Мальцевым, которая оказалась очень эффективным средством, позволяющим противостоять засухе и пыльным бурям. При безотвальной обработке почвы на поле остается стерня, которая уменьшает скорость ветра над полем, задерживает снег и поверхностный сток с полей.

Очевидно, что борьба с эрозией почв в районах засушливого климата должна проводиться на больших площадях, и эффективной она может быть только в условиях общественной собственности на землю. При раздробленном, частнособственническом землепользовании неурожаи в зонах неустойчивого увлажнения неизбежны.

Процесс обработки почвы приводит к усилению минерализации органических и гумусовых остатков, распылению и потере питательных веществ. В результате потери гумуса из-за нерационального использования земель составляют 0,25–0,5 тонны на гектаре в год. Это отрицательно сказывается на сельскохозяйственном производстве, так как приводит к снижению урожаев в два-три раза.

Сокращение запасов гумуса в биосфере имеет не только хозяйственное, но и большое экологическое значение. Биологическая продуктивность всей нашей планеты опирается на нормальное функционирование почвенного покрова, которое в первую очередь определяется состоянием гумусового слоя. Именно благодаря наличию гумусового горизонта почвы выступают как универсальный общеземной аккумулятор и распределитель энергии, необходимой для нормального обмена и круговорота вещества в ландшафтах.

Когда человек обрабатывает землю с помощью сельскохозяйственных орудий, почвенные частицы неизбежно разрушаются и почва превращается в плотную, бесструктурную массу, что ухудшает ее водно-физические и воздушно-физические свойства. Истощенные почвы гораздо сильнее подвержены эрозии, больше страдают от ветра, на них бурно растут сорняки. Все это, естественно, снижает урожаи. Многие века человек не умел управлять этими процессами, что неизбежно обрекало землю на истощение. Содружество науки и практики позволило создать рациональную систему земледелия, предусматривающую внесение органических и минеральных удобрений, периодическое травосеяние, высококачественную агротехнику. Стало возможно не только сохранение плодородия почв, но и существенное улучшение их свойств. Последнее чрезвычайно важно, если учесть, что во многих районах планеты территория, пригодная для посевов, не расширяется, а сокращается. Стремительно растут города — и не только ввысь, но и вширь, прокладываются дороги, строятся заводы, аэродромы и масса других объектов. Многие уникальные месторождения полезных ископаемых открыты именно там, где плодородные нивы. В нашей стране только за последние три пятилетки у села изъято около 5,5 миллиона гектаров угодий. А если взять всю планету, то ежегодно исчезает 14 миллионов гектаров пахотных земель, 6 миллионов гектаров пастбищ и 18 миллионов гектаров лесов. Если к этому прибавить еще потери, связанные с биологической деградацией, то станет ясно, насколько снижается способность нашей планеты производить пищевые продукты, не говоря уже о нарушениях в жизненно необходимом круговороте веществ через биосферу.

Стремительный XX век с его огромными техническими достижениями и поразительными открытиями принес с собой и немало проблем, вызывающих все большую тревогу. Одна из них связана с охраной окружающей среды и рациональным использованием природных ресурсов. Покорение природы, которым так гордится человек, нередко оборачивается расхищением ее богатств.

А ведь от сохранения и приумножения биологических ресурсов земли в конечном счете зависит судьба всего человечества. И здесь роль науки трудно переоценить.

Проблемами, связанными с использованием природных ресурсов, в той или иной мере занимаются многие науки. У каждой из них свой круг теоретических и практических вопросов, чаще всего связанных с определенной отраслью народного хозяйства. Общие же проблемы решает экология — наука об управлении живым покровом Земли.

Экологию интересует взаимодействие организмов и среды, которое определяет развитие, размножение и выживание особей, структуру и динамику популяций, развитие сообществ животных, растений и микроорганизмов, а также воздействие на все эти организмы хозяйственной деятельности человека.

Эта ныне бурно развивающаяся наука возникла на стыке нескольких отраслей знания. Формальной датой ее рождения обычно считают 1869 год, когда выдающийся немецкий эволюционист и зоолог Э. Геккель придумал сам термин «экология», дословно обозначающий: наука о жилище, местопребывании, убежище. Геккель определил задачу экологии: изучение взаимоотношений с органической и неорганической средой, с другими организмами. Сейчас взаимоотношениями организма с окружающей его средой, путями приспособления, механизмами адаптации занимается так называемая факториальная экология, экология особей.

Но особи в природе не существуют сами по себе, они живут общностями, популяциями, которые развиваются по своим законам, и законы эти должна раскрыть тоже экология, правда, во взаимодействии со смежными науками — демографией, популяционной генетикой и т. д. Так возник в начале XX века второй раздел экологии — экология популяций.

Однако и популяции не существуют в отрыве от окружающей среды. Вода, почвы, воздух, климат определят, где им жить, а где — нет. Да и в своей «экологической нише» популяция любого вида обитает не одна, ей приходится делить место под солнцем с бесчисленным множеством других живых существ, жить в составе сообществ, тесно взаимодействующих с неживой средой. А это предмет исследований еще одной области науки — биогеоценологии. Так предложил ее называть выдающийся советский ботаник и лесовед Герой Социалистического Труда академик В. Н. Сукачев.

Впервые понятие «биогеоценоз» Сукачев употребил в 1940 году. Так стали обозначать однородный участок земной поверхности с определенными, притом неслучайными живыми (микробы, растения, животные) и косными (почва, вода, воздух) компонентами в их динамическом взаимодействии.

Несколько раньше, в 1935 году английский ботаник А. Тенсли ввел в научный обиход термин «экосистема». Им он обозначил единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и неживые компоненты связаны между собой через обмен вещества и энергии. В отличие от биогеоценоза экосистема «безразмерна», она не ограничена рамками конкретного ландшафта. Экосистемой можно называть и Мировой океан, и комнатный аквариум. Именно поэтому таким понятием удобно пользоваться при теоретических изысканиях, в математических моделях.

В каждом конкретном биогеоценозе изменение условий существования влияет на численное соотношение видов и даже видовой состав. За примерами ходить недалеко — достаточно вспомнить, к чему приводит заболачивание или высыхание водоемов. Этот общеизвестный процесс принято называть сукцессией. В результате сукцессионных изменений не только существование отдельных видов в данном биогеоценозе, но и само существование биогеоценоза ограничено во времени.

Конечно, не все виды одинаково реагируют на изменения среды. Одни переносят их легко и дольше сохраняются на данном участке, другие не выдерживают и либо гибнут, либо переселяются в другие места. Это относится не только к отдельным особям, но и ко всей популяции, которая обречена на вымирание, если хотя бы часть ее не спасется. Так что расселение наряду с размножением можно считать одной из основных функций живого организма.

Расселение играет определенную роль в эволюции видов. Осваивая новую территорию, животные приспосабливаются к новым условиям, вырабатывая в себе новые качества. В свою очередь, благодаря им может изменяться и окружающая среда.

Степь рассматривают как растительную формацию, способную существовать длительный срок. Однако устойчивость ее как биогеоценоза связана с теми изменениями растительного покрова, которые вызываются деятельностью других компонентов. Например, копытные, грызуны и даже саранчовые, влияя на состояние степного покрова, способствуют стабилизации степной растительности. Локальные изменения растительного покрова (и соответствующие изменения других компонентов биогеоценоза) очень важны для сохранения общего облика степного биогеоценоза. На пороях грызунов возникают специфические микроассоциации растений. Так, в ковыльно-типчаковых степях Восточной Украины на пороях слепышей появляются всходы многих растений, в том числе таких видов, которые становятся сорняками на освоенных землях и не встречаются на задерненных участках.

Закономерно направленные изменения биогеоценозов — фактор, влияющий на популяции отдельных видов, на ход естественного отбора. Особый интерес вызывают изменения, связанные с сельскохозяйственной практикой, кардинально меняющей условия существования всех компонентов биоценоза и качественно изменяющей биотоп.

Существует довольно распространенный взгляд, будто естественные биоценозы и комплексы организмов, возникающие на полях и в садах в результате деятельности человека, — явления принципиально отличные. Это не так. Во-первых, все без исключения биогеоценозы в той или иной степени уже практически затронуты человеческой деятельностью. А во-вторых, между более или менее ненарушенными биогеоценозами и комплексами организмов, возникшими вместо них на освоенных землях, — сложная гамма переходов: например, от естественных лугов или степей через сенокосы и пастбища к многолетним сеяным травосмесям, многолетним травам, непропашным культурам и, наконец, к пропашным культурам, если говорить о землях, занятых под полевые культуры.

Аналогичные ряды прослеживаются от лесов, искусственно восстановленных на месте сведенных, через лесные монокультуры к садам с задерненными междурядьями и т. д.

Основное отличие агроценоза от естественного биогеоценоза в том, что вместо исторически сложившегося обычно многовидового растительного покрова участок поверхности суши, представляющий агроценоз, занят посевом растения, однородный характер которого иногда нарушен только сопутствующими сорняками. Культивируемому растению человек облегчает борьбу за существование. Формирование комплексов организмов, заселяющих посевы культурных растений и выживающих на них, подчиняется тем же закономерностям, которые управляют и формированием естественных биоценозов. Значит, все посевы и посадки культурных растений можно рассматривать как своеобразные «вторичные» биоценозы.

Каждая наука, и это ясно видно на примере экологии, вызывается к жизни потребностями общества, производства, вырастает из той сокровищницы знаний, которые были накоплены ранее в процессе хозяйственной деятельности. Факториальная экология опиралась на опыт животноводства, популяционная экология — на опыт охотничьего хозяйства и борьбы с вредителями, биогеоценология выросла из практики лесоводства, генетического почвоведения В. В. Докучаева и из биогеохимии В. И. Вернадского. Но ведь и биогеохимии предшествовала полувековая практика применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве.

В конце 60-х годов создателем первого в нашей стране центра экологических исследований — Института экологии растений и животных Уральского научного центра Академии наук СССР в Свердловске — академиком С. С. Шварцем было сформулировано положение об «антропогенизации» экологии, то есть о том, что экология должна обратиться к решению проблем, которые рождает взаимодействие человека и живой природы. Уточним: бездумное «взаимодействие» сплошь и рядом может оказаться печальным для обеих сторон: дикие растения и животные погибнут, а человек окажется на самим собой созданном пустыре.

Какое же отношение имеет экология к нашей теме? Самое непосредственное. Ведь почвенное плодородие — результат не только продуманной заботы земледельца, но и итог жизнедеятельности сообщества организмов — обитателей почвы. Управлять почвенными экосистемами можно, только базируясь на принципах экологии, обеспечить плодородие земель на многие годы вперед способен лишь этот путь.

Интересно, что почвенные обитатели не только очищают почву от гниющих растительных и животных остатков. Многие из них могут разлагать ДДТ и другие органические ядохимикаты, используемые в сельском и лесном хозяйстве, захоранивать продукты промышленных загрязнений. Именно эти незаметные существа поддерживают в чистоте наш общий дом — Землю.

И именно почвенные животные первыми принимают на себя удар, когда человек неразумно относится к природе. Ведь всякое изменение, любые нарушения окружающей среды отражаются на почве, любые частицы, загрязняющие воздух, в конце концов попадают в почву. Поэтому почвенные животные — универсальный биоиндикатор, сигнализирующий о состоянии окружающей среды и даже о направлении почвообразовательного процесса.

Экологию и сельское хозяйство роднят не только общие фундаментальные идеи в настоящем, не только одни заботы на будущее, но и… общее прошлое. Выдающийся генетик Н. И. Вавилов говорил, что в сельском хозяйстве основа — растениеводство. Не земледелие, которое является всего лишь способом обеспечить рост растений, а именно выращивание сельскохозяйственной продукции. Не случайно растениеводы пришли к мысли о биологической продуктивности, которая регулируется и человеком, и природными факторами.

В сельском хозяйстве возникли идеи о минеральном питании растений, о биогенном круговороте элементов и о том, что его можно регулировать, внося органические и минеральные удобрения. Здесь же нашли первое применение идеи о потоке энергии в сообществе живых организмов — то, что сейчас называют экологической биоэнергетикой. Так что принципы экологии рождались на основе огромного опыта сельскохозяйственной науки и практики, которыми они уже располагали к середине прошлого века.

Как обращаться с землей, чтобы добиться наибольшего плодородия? Испокон веков это было главной заботой земледельца. Современная наука экология распространила принципы разумного хозяйствования на всю биосферу. И речь уже идет не только о получении нужной человеку продукции, но и о воздействии на среду обитания самого человека. Академик С. С. Шварц писал, что миллионы веков биосфера поддерживала оптимальное соотношение важнейших для жизни элементов, но нескольких десятков лет промышленной революции оказалось достаточно, чтобы нарушить это равновесие. А оно грозит такими глобальными последствиями, как, например, неблагоприятные изменения климата.

Поскольку биосфера не имеет территориальных границ, многие экологические проблемы могут быть решены только совместными усилиями на базе широкого международного сотрудничества. По существующим расчетам, уже сейчас США и ФРГ потребляют больше кислорода, чем вырабатывается растительностью этих стран, и, следовательно, они бесплатно «эксплуатируют» кислород, поступающий извне. Международный характер имеет и проблема эксплуатации живых ресурсов Мирового океана, а также стад мигрирующих животных, которые к тому же переносят из страны в страну многие инфекционные заболевания.

Борьба с загрязнением окружающей среды — предмет заботы каждого государства. Но не только его! К сожалению, опасность становится все более глобальной. Считается, например, что многие скандинавские озера лишились рыбы в результате отравления воды загрязненными осадками, но не своими, а чужими: их источниками являются Англия и центральноевропейские страны. Еще больше страдают реки, протекающие по территории нескольких государств (например, Рейн или Дунай). Это, так сказать, стихийные процессы. Еще страшнее — сознательное уничтожение природы путем применения дефолиантов, разрушения оросительной и дренажной систем, сведения лесов и т. д. Так действовал американский империализм во Вьетнаме, чтобы подорвать его экономику.

Советский Союз в 1974 году предложил заключить конвенцию о запрещении воздействия на природную среду и климат в военных и иных целях, несовместимых с интересами обеспечения международной безопасности, благосостояния и здоровья людей. Эти предложения одобрила XXIX сессия Генеральной Ассамблеи ООН подавляющим большинством голосов.

О бережном использовании природных ресурсов ярко и убедительно говорилось на XXV съезде КПСС: «Можно и нужно облагораживать природу, помогать природе полнее раскрывать ее жизненные силы. Есть такое простое, известное всем выражение „цветущий край“. Так называют земли, где знания, опыт людей, их привязанность, их любовь к природе поистине творят чудеса. Это наш, социалистический путь. Следовательно, мы должны рассматривать сельское хозяйство как огромный, постоянно действующий механизм охраны, культивирования живых природных богатств. И природа воздаст нам сторицей».

Чтобы на научной основе в широких масштабах решать поставленные задачи, необходимо дальнейшее развитие экологической науки. Когда речь идет о сельском хозяйстве, то низшей ячейкой экологического подразделения земель можно считать агроценоз — созданную человеком на ограниченном участке земной поверхности экологическую систему для производства той или иной продукции.

Сельскохозяйственная деятельность — древнейшая форма воздействия человека на окружающую среду. Изучение агроценозов и в традиционных земледельческих районах, и на вновь осваиваемых землях дает возможность понять те глубокие изменения, которые происходили и происходят в естественной среде, определить их направление и избавиться от некоторых их отрицательных последствий.

Именно агроценология должна стать фундаментальной биологической основой многих сфер современной сельскохозяйственной науки (организация сельского хозяйства, полеводство, луговодство, защита растений и т. д.). Немецкий зоолог К. Мебиус, который в 1890 году ввел термин «биоценоз», указывал, что деятельность человека вовсе не обязательно должна противостоять естественному развитию.

В нашей стране горячим пропагандистом агроценологии как важного направления экологии выступал крупный энтомолог, президент Энтомологического общества СССР, член-корреспондент Академии наук СССР Г. Я. Бей-Биенко. Его исследования саранчовых насекомых в 1952 году отмечены были Государственной премией СССР, они во многом способствовали искоренению этого давнего врага южного земледелия, о котором едко и образно писал А. С. Пушкин:

На примере саранчи и других вредителей растений Бей-Биенко доказывал закономерный характер образования сообществ насекомых на полях, как и в естественных биогеоценозах.

Интереснейшие явления наблюдаются в таких своеобразных агроценозах, какими являются поливные земли, особенно рисовые поля. Рис — самая урожайная зерновая культура на земле, к тому же в тропиках он дает два урожая в год. Рисовые поля большую часть времени залиты водой, поэтому на них формируется совершенно особый биоценоз — из пресноводных и из почвенных животных.

Из тех водоемов (рек, каналов, озер), откуда поступает поливная вода, заносится множество пресноводных животных: личинки амфибий, пиявки, водяные насекомые, моллюски, рыбы, водяные ужи и т. д., которые в мелких, хорошо прогреваемых солнцем и хорошо снабжаемых кислородом водоемах (а именно таковы рисовые поля) обретают прекрасные условия для развития и размножения. Не случайно везде в тропиках с рисовых полей получают еще и дополнительный урожай в виде пресноводных животных: рыб, моллюсков, лягушек, ракообразных. Что же касается почвенных животных, то им зачастую живется совсем неплохо: на поливных землях расселяются дождевые черви, влаголюбивые насекомые и клещи, некоторые моллюски.

Случается, что на поливные земли проникают и размножаются там весьма нежелательные существа, например, на рисовых полях в Каракалпакии в массе развиваются личинки слепней, которые становятся бичом для крупного рогатого скота. Взрослые слепни тоже хорошо себя чувствуют при обилии влаги: в жаркий день они «пикируют» на поверхность водоема и пьют воду на лету, едва коснувшись ее.

Слепни — назойливые кровососы, не щадящие ни человека, ни домашних животных, особенно коров и лошадей. В южных оазисах они могут превратить весной и в начале лета жизнь в сущий ад. Вспоминается курьезный случай: один из наших зоологов в Бадхызском заповеднике в южной Туркмении решил избавить обитателей одного из кордонов от слепней и отравил теофосом единственную лужицу, из которой слепни пили воду. Каково же было удивление обитателей кордона, когда на следующий день они собрали 7 ведер мертвых слепней — такая масса кровососов ежедневно обрушивалась на обитателей двух маленьких домиков в пустыне.

Как видим, на рисовых полях создается совершенно особый комплекс животных, не похожий ни на что в прежнем естественном ландшафте.

Были выяснены и общие закономерности заселения пахотных земель «дикими» видами растений (сорняками), животными и микроорганизмами на всех широтах и во всех приходных зонах. Оказалось, что исходными ландшафтами, откуда издавна шло заселение сельскохозяйственных земель и образование агроценозов, были поймы рек, лесные поляны, остепненные участки среди лесной зоны, побережья моря. В результате хозяйственной деятельности древних земледельцев (выжигание и раскорчевка леса, регулирование пойм, осушение болот, распашка и использование под пастбища естественных лугов, создание участков поливных земель) складывались сообщества организмов, происхождение которых сейчас не составляет труда восстановить.

Но формирование агроценозов активно происходит и в наше время. Применение гербицидов, высоких доз минеральных удобрений, глубокая, многократная механическая обработка почвы, все более полное использование наземной растительной массы заметно изменяют экологическую ситуацию на полях. Постепенно сокращается и исчезает фауна, связанная с сорняками; складывается комплекс видов, которые способны быстро заселять поля, где есть полезащитные полосы, межи, сады; с юга активно продвигаются теплолюбивые виды микрофауны (в пахотных почвах европейской части СССР успешно расселяются средиземноморские виды клещей); новые организмы появляются на полях вместе с посадочным материалом.

К окружающей среде успешно приспосабливаются даже пришельцы с других материков: колорадский жук и филлоксера (вредитель корней винограда) в Европе, тропические виды дождевых червей рода феретима в теплицах и т. д.

Чтобы пресечь распространение вредных для человека видов, создана особая служба защиты растений, специальный контроль установлен на всех государственных границах, карантинные обязанности возлагаются и на таможенную службу. Все это дает весьма ощутимые результаты: в нашей стране нет многих опаснейших вредителей хлопчатника, технических культур, овощей и т. д. — пересечь границу им не удалось.

Таким образом, на обрабатываемых землях формируются комплексы видов, столь же закономерные и повторяющиеся в сходных условиях, как и в естественных ландшафтах.

Сельскохозяйственная практика — это не что иное, как своего рода грандиозный экологический эксперимент. На посевах и посадках культурных растений формируются особые биоценозы — агроценозы, в которых человек создает благоприятные условия только для возделываемых растений. Но при этом начинает действовать дополнительный жестокий фактор естественного отбора. Многие виды организмов, приспосабливающихся к жизни на земле под культурными растениями, становятся вредителями, возбудителями заболеваний, сорняками.

Как предвидеть все эти последствия, как подавить вредные виды и создать благоприятные условия для полезных — одна из самых актуальных проблем экологии наземных организмов. Ведь какой бы ни выдался год — погожий или непогожий, с полей, садов и огородов удается убрать далеко не все, что могло быть выращено. Часть урожая, притом довольно значительную, у людей отнимают непрошеные сотрапезники — вредители и возбудители болезней растений.

В нашей стране, например, потенциальный недобор зерна превышает ежегодно 25 миллионов тонн. Этим количеством зерна можно целый год кормить свыше 150 миллионов человек.

Урожай картофеля из-за болезней снижается ежегодно почти на пять миллионов тонн. В плодоводстве и виноградарстве годовой ущерб превышает два миллиарда рублей. Хлопка-сырца теряется больше миллиона тонн. Это значит, что население СССР ежегодно недополучает 2,5 миллиарда метров тканей. Кроме того, народное хозяйство лишается 90 тысяч тонн масла и большого количества другой продукции, вырабатываемой из хлопчатника.

Урожай сахарной свеклы, если бы не вредители и болезни, мог быть на девять миллионов тонн выше, и сахарные заводы получили бы возможность ежегодно вырабатывать дополнительно около 1250 тысяч тонн сахара — по 4,5 килограмма на каждого человека.

Чем продуктивнее культурные растения, чем больше содержат белка и других питательных веществ, тем привлекательнее они для вредителей. Если в высокоурожайном сорте много питательных веществ, то рано или поздно всегда найдется вредитель или возбудитель болезни, приспособившийся к новым условиям. Следовательно, на полях, занятых лучшими сортами и возделанных по всем правилам агротехники, постоянно сохраняется угроза неожиданного появления вредных насекомых и микроорганизмов. Человек изобретает все новое и новое оружие для борьбы с ним. Но он не пренебрегает и помощью естественных врагов наших врагов — наших союзников в охране урожая. Среди них:

бактерии, грибы и вирусы, вызывающие заболевания и гибель вредных видов насекомых, грызунов и микроорганизмов;

хищные птицы, насекомые, лягушки, жабы, пауки — все, кто питается вредными насекомыми и грызунами-вредителями;

насекомые-паразиты вредных насекомых — они питаются соками тела, тканями и переваренной пищей вредителей.

100 лет минуло с тех пор, как И. И. Мечников открыл микроскопический гриб, зеленую мюскардину, вызывающий болезнь и гибель личинок хлебного жука кузьки, и успешно применил препарат гриба против этого опасного вредителя. С тех пор в нашей стране и за рубежом изучены разнообразные инфекционные заболевания вредных насекомых и грызунов. Для борьбы с вредителями изготовляются препараты живых бактерий, микроскопических грибов и вирусов, способные возбуждать массовые заболевания и даже опустошительные эпизоотии (эпидемии) в стане врагов урожая.

В США для борьбы с японским жуком используют два вида спорообразующих бактерий, которые несут этим опасным вредителям губительную для них молочную болезнь.

Большая часть других бактериальных препаратов имеет в своей основе споровые бактерии, впервые обнаруженные Пастером.

Среди растительноядных насекомых, размножающихся на полях и наносящих ущерб сельскому хозяйству, одни губительно действуют на все кормовые растения, другие специализируются на определенных видах.

Полевые насекомые на ранних стадиях развития (личинки, нимфы) меньше способны к расселению, взрослые же стадии передвигаются более активно, поскольку умеют летать. Поэтому, если продолжительность жизни личинки больше года или если ее развитие включает два вегетационных периода, в условиях севооборота могут выжить только виды, способные переносить резкую смену кормовых растений, то есть полифаги, которые отличаются всеядностью.

Таковы, например, широко распространенные на полях европейской территории СССР проволочники (личинки щелкунов), циклы развития которых составляют четыре-пять лет. Они известны как поистине универсальные враги всех наших культурных растений.

Для вредителей, которые способны в массе размножаться на полевых культурах и становиться важными компонентами агроценоза, характерно, что у них личинка живет меньше года и развивается в пределах одного вегетационного периода, а взрослая стадия может расселяться благодаря способности к полету.

Таковы, в частности, вредители, специализирующиеся на хлебных злаках (черепашка, шведская и гиссенская мушки, хлебные блошки и др.), сахарной свекле (свекловичный долгоносик, свекловичные блошки, свекловичная щитоноска и др.) и т. д.

В изменяющихся условиях полевого севооборота, и прежде всего ввиду смены растительного покрова, естественный отбор форм, способный выжить, определяется не одним, а многими признаками, либо прямо зависящими от изменения среды, либо непосредственно не связанными с этим фактором (способность к расселению, длительность цикла развития).

Для современного культурного ландшафта характерны лесопосадки, защитные лесополосы и т. п. Благодаря им увеличивается многообразие видов, что, в свою очередь, повышает устойчивость биоценозов. В лесополосах поселяются насекомоядные птицы, насекомые-энтомофаги, истребляющие вредителей, — все это факторы естественной защиты растений, которые трудно переоценить.

Правильная организация всего ландшафта, а не только севооборота — основная предпосылка успешной борьбы с вредителями, при которой используются и наши союзники — птицы и насекомые, и целый комплекс агротехнических приемов, а применение пестицидов ограничивается своевременной обработкой тех мест, где появились вредители. Такая экологическая система была с успехом осуществлена в ряде хозяйств Средней Азии под руководством Институтов зоологии академий наук Таджикистана и Туркмении и Зоологического института Академии наук СССР.

Сейчас все чаще говорят о необходимости сократить, а то и вовсе отказаться от химических средств защиты, которые нередко причиняют вред тем или иным элементам природы. Им противопоставляют биологические методы борьбы с вредителями полей, лесов, садов.

Увы, химический метод был, есть и, по-видимому, еще долго будет оставаться самым эффективным средством борьбы с вредителями, массовое размножение которых создает угрозу для урожая, ибо пока только так можно справиться с нашествием орд насекомых достаточно быстро и на обширных территориях. Но у химического метода действительно много недостатков. Прежде всего ядохимикаты убивают не только вредных насекомых, но и полезных, в частности опылителей, без которых невозможны высокие урожаи ни плодовых культур, ни бобовых, ни гречихи, а также естественных врагов вредителей — насекомых: хищников и паразитов, полезных почвообразователей. Кроме того, химикалии скапливаются порой в пищевых продуктах, что отнюдь не безразлично для здоровья человека.

Химический метод пытаются рационализировать, подбирая ядохимикаты, которые действуют избирательно, только против вредных насекомых. Но уравнение это со стольким количеством неизвестных, что отыскать верное решение очень сложно.

То, что «химию» надо сокращать, ясно каждому. А вот как обойтись вообще без нее, пока еще не придумали. Но более эффективно использовать помощь наших естественных союзников все же возможно. Способы здесь довольно просты (это и устройство гнездований, и охрана насекомоядных птиц), но применяются они далеко не везде. Размножению энтомофагов способствуют специально подобранные цветущие растения — они, как правило, обеспечивают высокую численность популяции таких перепончатокрылых — естественных врагов многих вредных насекомых.

На Украине уже десятки лет специально разводят наездников-яйцеедов трихограмм. Это небольшие перепончатокрылые насекомые. Развиваются они в яйцах вредных чешуекрылых, поедая зародышей и гусениц до их вылупления. А в Молдавию завезли других наездников для уничтожения кровяной тли, опасного вредителя яблони.

Биологические методы борьбы применяют и в закрытом грунте. Сотрудники Ленинградского сельскохозяйственного института «подсеяли» в теплицах к тлям и другим вредителям огурцов и помидоров хищных и паразитических насекомых. Несложная в общем-то работа позволила определить наиболее эффективные виды и сочетания насекомых для борьбы с вредителями, она уже принесла миллионы рублей экономии.

Тем не менее биологическому методу — несомненно перспективному и важному — присущ один весьма существенный недостаток: развитие естественных врагов нередко отстает по времени от размножения самого вредителя. И тогда приходится все же обращаться к химии.

Самый прогрессивный на сегодня способ — интегрированный, объединяющий агротехнические и химические средства.

На X Международном конгрессе почвоведов, состоявшемся в 1974 году в Москве, был подведен баланс земельных ресурсов планеты. Общая площадь потенциально пригодных для земледелия почв в мире — 3,2 миллиарда гектаров, обрабатывается 1,5 миллиарда. На каждого человека при нынешней средней урожайности требуется 0,4–0,5 гектара земли для производства пищи, около 0,1 гектара под жилье, дороги и другие несельскохозяйственные нужды. В 1974 году население Земли составляло 4 миллиарда. К 2000 году ожидается двухмиллиардный прирост. Это означает, что понадобится еще один миллиард гектаров — в том случае, если не будут расти урожаи.

Следовательно, уже в начале XXI века человечество исчерпает земельные ресурсы, пригодные для пахоты. И тогда единственным способом увеличить количество продуктов питания станет интенсивное земледелие, позволяющее с единицы площади пашни получить больше сельскохозяйственной продукции. Практически это возможно, если уже сегодня систематически увеличивать плодородие почвы. И здесь ведущая роль принадлежит удобрениям. Вот почему в практике мирового земледелия, в том числе и в нашей стране, производству и применению минеральных удобрений уделяется столь пристальное внимание.

Об интенсивном развитии земледелия еще в 1915 году Владимир Ильич Ленин писал: «Это означает технические изменения в земледелии, интенсификацию его, переход к высшим системам полеводства, усиленное употребление искусственных удобрений, улучшение орудий и машин, рост употребления их…»

На октябрьском (1984 года) Пленуме ЦК КПСС принята долговременная программа мелиорации, реализация которой во многом обеспечит создание устойчивого, неподвластного непогоде сельского хозяйства. За годы Советской власти сделано было немало. Достаточно сказать, что только в РСФСР протяженность каналов на мелиорированных землях превышает 400 тысяч километров — это больше, чем расстояние от Земли до Луны!

В каждом звене народного хозяйства есть изначальная основа, которую, по образному выражению журналистов, зачастую именуют «хлебом» отрасли. У самого хлеба, который всему голова, «хлеб» — земля, хорошо ухоженная, удобренная, снабженная достаточным количеством влаги.

Есть удобрения органические, есть минеральные. В течение тысячелетий для повышения плодородия пахотных земель использовались послеуборочные остатки, такие, как солома, а также естественная растительность и экскременты животных — основа для приготовления органических удобрений. Мергель и другие известковые материалы применялись уже в Римской империи для обеспечения культур кальцием и улучшения физических свойств почвы.

То были единственные удобрения, применявшиеся до начала XIX столетия, когда впервые использовали природные отложения натриевой селитры и кости животных. При растворении костей в серной кислоте содержащийся в них фосфат переходит в водорастворимую форму и образуется суперфосфат. Этот процесс, разработанный Лоозом на Ротамстедской опытной станции в 1840-х годах, положил начало производству химических удобрений. Они намного превосходят по своей эффективности органические, и, пользуясь ими, земледелец резко уменьшил зависимость урожая от почвенных запасов питательных веществ.

Впрочем, это вовсе не означало, что химия полностью заменит органику. А. Н. Энгельгардт, начавший одним из первых в России работать с минеральными удобрениями, в своей книге «Из деревни. 12 писем» (ее много раз цитировал в своих произведениях В. И. Ленин) еще в 1881 году писал: «Химическая теория совершенно верна. Истощенные почвы могут быть исправлены удобрением, но к удобрению искусственными туками можно прибегнуть только вовремя, при известном состоянии культуры… искусственные туки не исключают удобрение навозом, они должны быть употребляемы вместе с навозом для усиления его действия… Конечно, можно составить тук, так называемое полное удобрение, который может заменить навоз на хорошо обработанной почве, но невозможно было бы достать материалов для приготовления туков в том количестве, какое бы потребовалось».

Рассуждения А. Н. Энгельгардта были абсолютно верными. Но требования нынешнего века породили индустрию минеральных удобрений. К началу второй мировой войны сельское хозяйство планеты использовало девять миллионов тонн питательных веществ для растений (в пересчете на 100-процентное содержание азота, фосфора, калия), а в 1985 году только в нашей стране их будет произведено примерно вчетверо больше.

Столь резкое увеличение производства туков вызвано необходимостью преобразования сельского хозяйства. Появились новые интенсивные сорта культур, химические средства для борьбы с сорняками, вредителями и болезнями растений, на поля пришла мощная техника, разработаны новые системы земледелия — все это сильно увеличило потенциал сельскохозяйственного производства. Однако даже при наличии таких серьезных перемен невозможно было бы добиться высоких сегодняшних урожаев без минеральных удобрений.

В среднем за 10-ю пятилетку ежегодно в земледелии использовалось 18,1 миллиона тонн минеральных удобрений; за счет них дополнительно получено 32 миллиона тонн зерна, 26 миллионов тонн сахарной свеклы, 9 миллионов тонн картофеля и другой сельскохозяйственной продукции — всего на сумму 10 миллиардов рублей.

Чистый доход от применения минеральных удобрений составил 4,1 миллиарда рублей, окупаемость одного рубля затрат за счет дополнительной продукции — 2,17 рубля. Дополнительное применение каждой тонны минеральных удобрений в 11-й пятилетке должно дать не менее 4,4 тонны зерна или другой продукции в переводе на зерно.

Расширенное воспроизводство почвенного плодородия чрезвычайно важно само по себе. Но оно дает результат, если включено в хорошо продуманную сбалансированную систему земледелия, где одинаково значимы сорт, севооборот, техника, культура механизатора, работающего на земле.

Высокоурожайные и высокоиммунные сорта сельскохозяйственных культур, и прежде всего зерновых, способных противостоять вредителям и болезням, вынести капризы погоды, крайне необходимы для интенсивного земледелия.

Чтобы картина стала более ясной, рассмотрим обширный нечерноземный регион нашей страны — Нечерноземную зону РСФСР, Белоруссию, Прибалтийские республики и Полесье Украины.

Площадь сельскохозяйственных угодий Нечерноземья европейской части СССР составляет около 70 миллионов гектаров, в том числе 47,4 миллиона гектаров пашни. Нечерноземье занимает видное место в сельскохозяйственном производстве страны. Только в Нечерноземной зоне РСФСР сосредоточено почти пять тысяч колхозов и более четырех тысяч совхозов. Значение этой зоны в решении Продовольственной программы трудно переоценить.

На две тысячи километров с запада на восток и полторы тысячи с севера на юг протянулся древний край земли российской — Нечерноземье, лежащий «на худых» почвах — сильнокислых, бесплодных.

Сегодня здесь растут новые, преображаются старые города и поселки, заметно повысилась урожайность сельскохозяйственных культур.

Опыт земледелия Белоруссии и Прибалтийских республик показывает, что для этой зоны реальны устойчивые урожаи зерновых, превышающие 40 центнеров с гектара, картофеля — 350 центнеров, 400 центнеров и более — корнеплодов. Но это возможно, если упорно и систематически улучшать землю, удобрять ее, повышать плодородную силу. Около 8 миллионов гектаров сельскохозяйственных угодий региона уже осушены. Построены современные мелиоративные системы с орошением. Созданы системы двойного действия — осушительно-оросительные.

Но чтобы еще более активно воздействовать на почвообразовательный процесс, необходимы удобрения. За 15 лет каждый гектар интенсивно используемых сельскохозяйственных угодий западного региона стал получать вдвое больше минеральных удобрений, улучшилось соотношение в них азота, фосфора и калия. Однако это отнюдь не умалило значения органики. В Белоруссии на гектар площади севооборота в 7-й пятилетке вносили 7 тонн органики, а в 10-й — 13.

Проблемой номер один считается научно обоснованное повышение почвенного плодородия и для Полесья Украины — зоны, занимающей четвертую часть территории республики. Академик ВАСХНИЛ Г. А. Богданов привел такие расчеты: чтобы не уменьшалось количество гумуса, на каждый гектар здесь требуется 18 тонн органических удобрений. Но пока поля не получают столько органики, и потому особенно важно рационально распорядиться имеющимися удобрениями.

Недешев гектар, к которому приложили руку мелиораторы. Тем весомее должна быть отдача. Роль науки здесь огромна. Прежде всего нужно обосновать, какие земли, какими способами и для каких отраслей сельскохозяйственного производства улучшать. Для одних угодий достаточны культуртехнические работы, другие ждут осушения, третьим требуется орошение, четвертым — двойное регулирование водного режима, то есть осушение в сочетании с орошением.

Что прежде всего размещать в этой зоне на мелиорированных площадях? Научные расчеты показывают — сенокосы, пастбища и кормовые культуры на пашне. В 11-й пятилетке для них предполагается отвести каждые семь гектаров из десяти осушенных и орошаемых в зоне. На последних в основном будут размещены плантации овощных культур.

С вводом в действие гидромелиоративных систем забота о мелиорированных гектарах лишь начинается. А дальше нужно прокладывать дороги, строить склады, хранилища и т. д.

Однако, к сожалению, и мелиорированные земли далеко не всегда оправдывают ожидания. И здесь свое слово должны сказать почвенные биологи. Лишь они могут определить, какими микроорганизмами и животными надо заселить мелиорированные почвы, чтобы обеспечить эффективно действующий круговорот биогенных элементов, утилизацию мертвой органики, чтобы помешать размножению вредителей и создать благоприятные условия для организмов-почвообразователей. Биологическая мелиорация почвы должна, следовательно, идти рука об руку с агромелиорацией.

Один из проверенных путей повышения биологической активности почвы — улучшение ее механического состава, известкование, внесение природной, накопленной в болотах и озерах органики, особенно торфа и сапропеля.

Наши пресные озера богаты жизнью. Многочисленные растения стелются по поверхности воды, пронизывают всю ее толщу, скапливаются клубками на дне. В грунте и в воде обитают мириады существ. Каждую осень значительная часть растений и животных умирает и опускается на дно. Сюда же попадают сносы с берегов. И здесь, на дне, в результате сложного и длительного биохимического процесса образуется ценнейший природный концентрат — сапропель.

Часто сапропели путают с донными илами. Но эти отложения различны и по составу, и по своим свойствам. Донные илы — это все, что сносится в водоем с берегов и откладывается по течению рек, ручьев, сильно проточных озер. Сапропели же образуются только в озерах, стоячих или со слабыми течениями. Встречаются озера, где на дне откладываются и илы, и сапропели. В донных илах обычно содержится до 15 процентов органических веществ, в сапропелях же — до 96. Различны и физические свойства. Высохший донный ил рассыпается в порошок, высушенный сапропель превращается в камень. Если влажный сапропель проморозить, а затем высушить, он становится рассыпчатым.

Запасы сапропеля в нашей стране велики. По прогнозам ученых, в озерах РСФСР накоплено 230 миллиардов кубических метров сапропеля (из них в Нечерноземье — 50), в Литве — 10,5, Эстонии — 3,5, Белоруссии — 3, Латвии — 2,5, в украинских озерах — 0,5. Есть сапропель и в Колхидской низменности.

Он очень ценен как удобрение (кстати, его вносили на поля еще в средние века), так как содержит почти все необходимые для развития растений вещества. Он применяется и в ветеринарии. Некоторые виды сапропелей пригодны как минерально-витаминная подкормка для всех видов сельскохозяйственных животных. Для всего этого хозяйству требуется сравнительно немного сапропеля — десятки, в крайнем случае, сотни тонн.

В значительно больших объемах сапропели используются сейчас для улучшения малопродуктивных и бросовых земель при очистке заиленных водоемов. Выгода здесь двойная: обновляется озеро, практически потерявшее свою ценность, и вовлекаются в хозяйственный оборот малопродуктивные и бросовые земли, расположенные вдоль берегов.

Еще одна активно разрабатывающаяся наукой область — биологическая фиксация азота, изучением которой много занимался почвенный микробиолог академик Е. Н. Мишустин.

Издавна ученые полагали, что существует всего несколько видов бактерий, усваивающих азот из воздуха. За последние 10–15 лет такая способность обнаружена у многих самых различных микроорганизмов. Следовательно, если агротехника сумеет учитывать «интересы» этих мельчайших существ, их многочисленная рать будет исправно работать на урожай, пополняя запасы азота.

В почве есть и разнообразные свободноживущие азотфиксирующие микроорганизмы, которые также благотворно действуют на ее плодородие.

При сегодняшней структуре посевных площадей в СССР клубеньковые бактерии, сожительствующие с бобовыми культурами на пашне, усваивают около 2,3 миллиона тонн атмосферного азота. Половина его идет в урожай, а другая половина с пожнивными и корневыми остатками запахивается в почву. Свободноживущие азотфиксаторы на каждом гектаре связывают в среднем 15–20 килограммов молекулярного азота в год. Следовательно, на всей пахотной площади страны фиксируется — если ориентироваться на минимальную цифру в 15 килограммов — около 3,4 миллиона тонн. Таким образом, общий вклад «биологического» азота доходит до 5,7 миллиона тонн. Это близко к тому, что дает полям промышленность. Конечно, выпуск минеральных удобрений будет нарастать. Но если усилить внимание к бобовым культурам, то поступление «биологического» азота можно в недалеком будущем увеличить в 1,5–2 раза.

Однако судьба поступающих в почву органических и минеральных азотсодержащих веществ неодинакова. Органические соединения азота, находящиеся в корневых и пожнивных остатках бобовых растений (около 1,2 миллиона тонн) минерализуются постепенно. Урожай следующего года использует около трети их. За последующие два-четыре года минерализуется и становится доступным растениям еще 20 процентов азота растительных остатков.

Азот, который усваивается свободноживущими микроорганизмами (около 3,4 миллиона тонн), накапливается в почве постепенно, в течение вегетационного периода, и может быть использован растениями лишь после отмирания микробов, процесса также постепенного. Этот источник азота — своего рода аккумулятор почвенного плодородия, за вегетационный период растениям становятся доступными от шести до десяти процентов ассимилированного свободноживущими микробами азота.

Вернемся снова к бактериям, образующим клубеньки на корнях бобовых культур. Долгие годы считалось, что вне организма растения они фиксировать молекулярный азот не могут. Новейшие исследования с абсолютной точностью установили, что это не так. Выяснилось также, что, хотя они избирательно относятся к растениям (предпочитают корни только сои или клевера, люцерны или люпина), их можно заставить поменять «хозяина».

Сейчас в Институте микробиологии Академии наук СССР развернуты исследования по экспериментальной селекции клубеньковых бактерий. Выведены культуры микроорганизмов, наиболее эффективно «сотрудничающих» с люцерной. Обрабатывая ими семена перед посевом, удавалось получать высокие урожаи зеленой массы.

Предпосевное «заражение» семян бобовых растений соответствующими микроорганизмами (эту операцию называют нитрагинизацией) имеет чрезвычайно важное значение: урожаи поднимаются на двадцать и более процентов. Если же в почве нет соответствующих клубеньковых бактерий, то без обработки семян вообще нельзя вырастить бобовую культуру. Мало того, сейчас накапливаются данные, что в результате нитрагинизации растения становятся более устойчивыми к заболеваниям, лучше переносят неблагоприятные условия.

Трудно переоценить роль клубеньковых бактерий и их «хозяев» — бобовых культур в повышении плодородия и улучшении структуры почв, в уменьшении вредных воздействий азотных удобрений на природу. Однако нитрагин — препарат клубеньковых бактерий для предпосевной обработки семян — выпускается у нас в очень малых количествах. Сама жизнь, развитие техники, состояние среды требуют уделить большее внимание посевам бобовых и расширению производства нитрагина.

В сельском хозяйстве сейчас ставится задача расширить посевы и значительно увеличить производство бобовых — особенно зернобобовых — культур, богатых белком. Если зерно злаков содержит его обычно 9–12 процентов, то бобовых — от 20 до 40 процентов, а иногда и больше. Втрое богаче белком и стебли этих растений. Легко усвояемый белок бобовых содержит ряд незаменимых аминокислот.

Стоимость же этого белка невысока. По примерным подсчетам, производство одной его тонны обходится в 150–200 рублей, а белка зерновых — 500–700. Для сравнения: тонна микробного кормового белка, производимого промышленностью, сейчас обходится приблизительно в 1000 рублей, хотя при совершенствовании технологии затраты можно существенно снизить. Бобовые культуры не только обеспечивают себя азотными соединениями, но и накапливают их в почве в составе удобряющих ее растительных остатков.

Пока еще посевы и производство бобовых у нас явно недостаточны. Они занимают лишь 11 процентов пахотной площади (в США — 26 процентов).

Значение бобовых в кормовом рационе у нас пока невелико. Растениеводство страны дает около 63 миллионов тонн белка в год, из них на долю бобовых культур приходится 11 миллионов. Из всего производимого белка примерно 6 миллионов тонн идет в пищу, около 48 миллионов тонн скармливается животным. В основном же скот у нас кормится злаковыми культурами, бедными белком.

На передний план все больше выдвигается биология сельскохозяйственных растений и животных. В агрономической науке происходит сейчас крутой поворот. Если раньше ученых интересовали главным образом методы возделывания растений, которые обеспечили бы наилучший урожай (правильный способ размещения посевов, сроки высева, обработка почвы, технологические операции по ее возделыванию, время уборки, переработки и т. д.), то теперь положение иное. С развитием генетики и селекции стало возможным направленно выводить сорта, обладающие невиданными ранее свойствами, и прежде всего сорта, чья продуктивность резко возрастает, если улучшить условия минерального питания.

Другая задача, ждущая своего решения и требующая объединения усилий представителей разных наук, — изучение физиолого-биохимической сущности тех процессов, которые позволяют достичь максимально возможных урожаев. То, как различные сорта реагируют на минеральное питание, зависит, судя по всему, от генетических свойств растений, от их наследственной программы. Реализуется эта программа на разных уровнях организации клеток и организма в целом (проницаемость клеток корня, скорость и эффективность фотосинтеза в клетках зеленого листа, эффективность перемещения веществ по растению, уровень ферментных систем, ведущих синтез нужных человеку веществ — белков, жиров, углеводов и т. д.).

Каждый из этих уровней изучается сейчас представителями разных дисциплин. Но только объединенными усилиями селекционеров и генетиков, с одной стороны, и агрохимиков, физиологов, биохимиков, специалистов по защите растений — с другой, можно будет создать продуктивные сорта, способные с высокой эффективностью использовать солнечную энергию и питательный режим высокоокультуренных почв и давать урожаи — для пшеницы 100–120–150 центнеров с гектара, для кукурузы — 130–150 центнеров.

Здесь резко возрастает роль молекулярной биологии, так как принципиальное улучшение растений возможно только с помощью молекулярно-генетических методов — введения в геном растения фрагментов наследственной программы, определяющей лучшее усвоение элементов питания, выработку заданных человеком веществ.

По-прежнему требует особого внимания проблема повышения плодородия почвы. Ведь если, например, хотят удвоить урожаи, то необходимо удвоить и интенсивность круговорота веществ. Добиться этого можно, увеличив внесение органических и минеральных удобрений. При этом обнаруживается, что первые зависят от вторых. С ростом минеральных удобрений будет повышаться урожайность, усиливаться обмен веществ в почве, увеличиваться количество кормов, возрастет продуктивность животноводства и как побочный продукт животноводства увеличится количество органических удобрений.

Биология почв помогает понять механизм регулирования биогенного круговорота, превращения минерального питания в органическую массу растений. Ведь плодородие почвы определяется не только динамикой питательных веществ, вносимых в почву, но и обменом веществ, совершающимся в самой почве благодаря биологическим процессам. И для того чтобы это развитие проходило в оптимальном режиме, надо, чтобы почва имела хорошие физико-химические свойства, имела, скажем, агрономически оптимальную структуру, оптимальный водный режим.

Преимущества социалистической системы ведения сельского хозяйства, многофакторная стратегия интенсификации агропромышленного комплекса служат предпосылкой рационального использования природных ресурсов, прогрессивных форм организации производства, достижений науки и техники, а следовательно, и значительного повышения, пользуясь словами К. Маркса, эффективного плодородия земли.

В последние два десятилетия ученые активно работали над созданием принципиально новых биосистем, не имеющих аналогов в природе. Речь идет главным образом о гидропонике и о биотехнологии выращивания микробов. Реальная задача, которую перед собой ставит микробиологическая промышленность, — ликвидировать тот хронический белковый дефицит, который почти во всем мире свойствен кормам домашних животных. В среднем он составляет около четверти необходимого белка в рационе скота, а такие отрасли животноводства, как птицеводство или продуктивное рыбное хозяйство, вообще невозможны без обеспечения высокобелковыми кормами. Именно здесь надежды связываются с микробиологической промышленностью, цель которой — выращивание микробов — продуцентов белка (дрожжей, водорослей, грибов, бактерий) — в заводских условиях.

Выращивая микробы на отходах сельскохозяйственного производства (солома, ботва, другие неиспользуемые части сельскохозяйственных растений), производства спирта, целлюлозы, молочных продуктов и т. д., получают микробную биомассу, исключительно богатую белком, витаминами, ферментами. Достаточно сказать, что килограмм всем известных сухих пищевых дрожжей содержит столько же белка, сколько 3 килограмма мяса. Сегодня в нашей стране микробиологическая промышленность ежегодно вырабатывает около миллиона тонн дрожжей, свыше 100 видов других продуктов.

Промышленная микробиология действует в содружестве с биоорганической химией, биофизикой, физиологией человека, животных и микроорганизмов, молекулярной биологией и генетикой. Прочный сплав этих наук с микробиологическим и биохимическим производством и составляет основное содержание того нового явления, которое получило обобщенное название биотехнологии.

«Эта область, — говорил президент Академии наук СССР А. П. Александров на XXVI съезде КПСС, — в ближайшие годы станет играть особенно важную роль — уже осуществляется производство многих видов лекарственных препаратов, кормовых и пищевых веществ, новых видов соединений, синтезирующихся пока только в живых организмах».

Индустрия живых клеток призвана превратить микробов в производителей продуктов в огромных количествах — не в граммах и килограммах, а в тысячах, сотнях тысяч и даже миллионах тонн — в этом и заключается принципиальная новизна производства пищевых продуктов без традиционного сельского хозяйства.

В нашей стране вступают в строй все новые крупные заводы микробиологического синтеза. Можно только удивляться тому, что все это огромное богатство человек создает при помощи мельчайших существ — микробов. Не менее поразительно и другое. Большинству микробиологических предприятий, которые выращивают и вскармливают миллиарды микроскопических живых организмов, в основном не требуются для этого ни пищевые, ни кормовые продукты сельского хозяйства. Напротив, микробиологическая промышленность в качестве сырья для производства ценнейших кормовых и пищевых веществ использует такие ресурсы солнечной энергии, глубоко законсервированные в природе в виде соединений углерода и водорода, которые никогда ранее в истории человечества не использовались для подобных целей.

В конце 1963 года начали действовать первые опытные, а затем и опытно-промышленные установки по производству дрожжей на очищенных жидких парафинах нефти. Установлено, что дрожжи, выращиваемые на углеводородах нефти, по своему составу и благотворному действию на животных не уступают, а даже превосходят дрожжи, вырабатываемые из сахаров растительного сырья (гидролизатов древесины, сульфитных щелоков, мелассы).

Новые перспективы открывает перед человеком и широкое использование гидропоники — выращивание сельскохозяйственных растений на полностью искусственной питательной среде, зачастую в условиях искусственного подогрева и искусственного освещения. Такое круглогодичное, круглосуточное выращивание растений автоматизировано, оно не зависит от почвенных и климатических условий, оно может развиваться далеко на Севере или среди пустыни, где погодные условия исключают выращивание растений под открытым небом. На практике это выглядит так. В бетонные лотки, заполненные не почвой, а мелкими камешками или пластмассовыми шариками, по трубам к корням растений автоматически поступает питательный раствор, затем раствор откачивается и к корням периодически поступает кислород.

Гидропоника знаменует собой качественно новый этап развития тепличного хозяйства и позволяет выращивать овощи, ягоды, некоторые кормовые культуры в многоярусных теплицах, которые можно размещать и на верхних этажах больших зданий в городах. Так что и в городе можно будет получать сельскохозяйственную продукцию и обеспечивать круглый год население луком, огурцами, помидорами, перцем и другими овощами. В целом гидропонные методы позволяют получать урожаи в пять раз большие, чем дают на юге лучшие поливные почвы.

Очевидно, что такие теплицы обходятся недешево. Но не мешает вспомнить, сколько гибнет овощей за зиму в хранилищах, сколько на долгих дорогах, особенно за Полярный круг, сколько «дарового» тепла пропадает на заводах и электростанциях. А главное — насколько свежие овощи и фрукты круглый год улучшают самочувствие человека, особенно там, куда зимой их доставлять трудно!

«Расширять тепличное хозяйство, особенно с использованием тепловых отходов промышленных предприятий» — такая задача поставлена в Основных направлениях экономического и социального развития страны. Один из главных «поставщиков» этих отходов — энергетика, тепловые и атомные электростанции. Известно, что потребление энергоресурсов в современном мире быстро увеличивается. Однако коэффициент использования тепла остается низким — в целом по промышленности он сегодня не превышает 30 процентов. Тепловые отходы — это не только досадный с точки зрения расхода топлива, но и вредный фактор, получивший название теплового загрязнения окружающей среды.

Если многим промышленным предприятиям низкотемпературное тепло использовать трудно, то ряду отраслей сельскохозяйственного и биологического производств, напротив, такое тепло и необходимо для нормальной работы. Мы просто еще не научились использовать такой ресурс, как отходы АЭС и других энергопредприятий.

Расчеты показывают, что выигрыш от использования сбросного тепла можно значительно повысить, если отходы одной отрасли (цеха) сделать «сырьем» для другой.

Тремя научными учреждениями — ВНИИ прикладной молекулярной биологии и генетики ВАСХНИЛ, институтами Гидропроект имени С. Я. Жука, Московским архитектурным — разработана модель и предложен проект мощного энергобиологического безотходного комплекса при АЭС, полностью работающего на сбросном тепле.

Что представляют собою отдельные элементы комплекса?

В первую очередь это теплицы. Растениеводство в закрытом грунте позволяет увеличить продуктивность используемой для этого земельной площади. Чтобы удовлетворить потребность населения нашей страны в ранних овощах, необходимо как минимум 30 тысяч гектаров теплиц (несколько более квадратного метра на каждого человека). Но чтобы обогреть эту площадь, нужно было бы ежегодно сжигать около 50 миллиардов кубометров природного газа. Цифра огромная и, признаться, нереальная. А ведь надо выращивать под стеклом не только ранние овощи, но и другие культуры.

Сегодня, чтобы получить в теплицах нужную для развития растений температуру, в качестве теплоносителя используют воду, нагретую приблизительно до 90 градусов, а основной системой обогрева служат трубопроводы. Затраты на нее (а это 40 километров труб на каждом гектаре) вместе с котельной достигают 40 процентов затрат на сооружение тепличных комбинатов, а расходы на обогрев — половины себестоимости тепличной продукции.

Перспективы использования сбросного тепла побуждают разрабатывать конструкции принципиально новых теплиц: высотных, с обогревом от сухих градирен, гидротеплиц и теплиц-градирен. В последних теплую воду пропускают по их крыше, и, охлаждаясь, она обогревает теплицы и возвращается к энергоагрегатам. Даже зимой температура воздуха в теплицах остается всего на 1–3 градуса ниже, чем у обогревающей их воды.

Расчеты показывают, что отходов тепла обычных и атомных электростанций, а также промышленных предприятий страны достаточно для обогрева не менее 300 тысяч гектаров теплиц. Климатические условия в них будут сродни субтропическим, подчас даже лучше — ведь чаще всего в наших субтропиках невозможно выращивать без укрытия даже неприхотливые виды и сорта цитрусовых. Кроме традиционных овощных, в теплицах можно будет производить немало других ценных растений — таких, как цветочные и ягодные, лекарственные. Часть этой площади можно использовать, причем с высокой отдачей, для ускорения процесса селекции и семеноводства сельскохозяйственных растений.

Орошение теплыми водами открытого грунта даст возможность повысить урожайность культур по сравнению с обычным орошением на 20 процентов и более, а главное — продлить вегетационный период.

Сегодня достижения биологической науки, в том числе использование почвенных микроорганизмов, позволяет не только получать и перерабатывать пищевые продукты или корм для скота, они находят применение и в новых, подчас неожиданных областях. Почвенная микробиология породила не только биотехнологию, но и промышленную биоэнергетику.

Напомним, что Энергетическая программа СССР предусматривает на первом этапе создание материально-технической базы для широкого использования нетрадиционных источников энергии, в том числе энергии биомассы.

Понятие «биомасса», как известно, охватывает все вещества растительного и животного происхождения, продукты жизнедеятельности и органические отходы, образующиеся в процессе их обработки. Частично она используется в качестве кормов и продуктов питания, строительного материала, сырья для промышленности, а также в энергетических целях — путем прямого сжигания или с помощью переработки с получением спиртов и биогаза. Общее количество биомассы, ежегодно образующейся на планете, в несколько раз превышает суммарную годовую мировую добычу нефти, газа и угля.

Производство и переработка продукции сельского хозяйства дают массу отходов: навоз, солома и т. д. Нередко они либо вообще не идут в дело, либо употребляются неэффективно. В городах очень велико количество жидких стоков и твердых отходов. Органические отходы в изобилии появляются при лесозаготовках, лесопилении, деревообработке. Правда, на их базе (но это лишь небольшая их часть) развернуто довольно крупное микробиологическое производство этилового спирта и кормовых дрожжей.

Получать топливо из биомассы можно двумя способами — с помощью термотехнических процессов или путем биотехнологической переработки. К последнему относятся анаэробное сбраживание с выходом биогаза, а также гидролиз с получением этилового спирта или кормовых дрожжей, биоводорода и ряда других продуктов. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что наибольшую перспективу открывает биологическая переработка органических веществ в биогаз. Он состоит из 50–70 процентов метана и 30–50 процентов окиси углерода. Его теплотворная способность составляет 4300–6000 килокалорий на кубический метр, что эквивалентно 0,6–0,8 килограмма условного топлива.

Брожение тонны органического вещества дает от 350 до 500 кубических метров биогаза. Процесс протекает непрерывно в реакторах (метатенках) объемом от нескольких кубометров до нескольких тысяч кубометров при температурах от 30 до 35 градусов Цельсия.

Безусловное достоинство такого способа — возможность использовать остаток органического вещества, образующегося в реакторах. Это обеззараженное, без запаха удобрение, для растений более ценное, чем обычный навоз.

На различные технологические нужды в сельском хозяйстве ежегодно расходуется около 50 миллионов тонн условного топлива. Если учесть, что в 1986–1990 годах намечается построить несколько сотен свинокомплексов с годовым откормом многих миллионов свиней, то общий выход жидкого навоза составит в год десятки миллионов кубических метров. Из него можно получить до 1,5 миллиарда кубометров биогаза (что эквивалентно 1 миллиону тонн условного топлива), а кроме того — высококачественные удобрения, содержащие азот в виде аммония (200 тысяч тонн), окись фосфора (61 тысячу тонн), окись калия (84 тысячи тонн).

Предполагается также построить сотни комплексов крупного рогатого скота с откормом более 4,5 миллиона голов. Расчеты показывают, что только благодаря реализации отходов животноводческих комплексов и птицефабрик путем биологической конверсии можно получить дополнительно более, 4 миллионов тонн условного топлива (50 процентов биогаза идет на поддержание процесса брожения), а также высококачественные удобрения в количестве, эквивалентном 3 миллионам тонн в пересчете на обычное минеральное удобрение.

Таковы лишь некоторые из направлений, по которым идет поиск принципиально новых решений, связанных с использованием биологических ресурсов и повышением их качества.