Текст книги "Яблони на Марсе"

Автор книги: Юрий Чирков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 18 страниц)

Эффективность фотосинтеза оказалась очень высокой: 75 процентов! Аналогов этому в технике в начале нашего века не существовало. Тепловые электростанции той поры преобразовывали химическую энергию угля с КПД не более 10 процентов. Да и ныне КПД лучших тепловых электростанций не превышает 40 процентов.

4 кванта или 81

Около 15 лет никто не сомневался в результатах, полученных Варбургом. Однако в 1939 году другие исследователи, в основном американские, нашли для квантового расхода величины, близкие к восьми. Научный интерес к проблеме резко возрос.

Критикующие Варбурга исследователи, их идейным вождем стал американский ученый Роберт Эмерсон, считали его выводы артефактом, методической ошибкой. Однако в ответ на каждое критическое замечание Варбург и его сотрудники ставили новые опыты, свободные от недостатков прежних экспериментов. И – удивительно! – всякий раз получались значения квантового расхода, близкие к четырем.

Четыре или восемь? И сегодня нет однозначного ответа. Измеряемые эффекты оказались очень тонкими. Поэтому в научной литературе можно встретить величины квантового расхода самые разные, от 3 до 12.

– Насколько важна эта проблема? – спросил я у Белла.

– Ну, прежде всего, мне кажется, – отвечал он, – здесь уместно будет вспомнить слова Тимирязева, который писал о том, что каждый луч солнца, не уловленный зеленой поверхностью поля, луга или леса, – богатство, потерянное навсегда, что это «кусок хлеба, вырванный изо рта отдаленного потомка».

Растения все еще остаются для человека высоким образцом, – продолжал ученый. – И знать, что обещает самое лучшее и совершенное в природе, крайне важно. Во всем мире сейчас начинается настоящий солнечный бум. Причины тут коренятся в энергетических и экологических трудностях. Многие ученые, инженеры, конструкторы и изобретатели строят различные варианты искусственных листьев, которые должны использовать даровую энергию Солнца. Поэтому проблема квантового расхода остается актуальной: нам надо твердо знать, на что мы тут можем надеяться…

Вот теперь, познакомившись с понятием квантового расхода, уже можно оценить потенциальный КПД растений. Приведем простые соображения, они принадлежат академику Александру Абрамовичу Красновскому.

Чтобы связать между собой молекулы воды и углекислого газа и образовать молекулу глюкозы, достаточно трех квантов красного света. Растения же реально поглощают больше: от 8 до 12. Возьмем среднюю величину – 10 квантов. Таким образом, они действуют с КПД примерно 30 процентов.

Но растения способны использовать далеко не всякое излучение. Ультрафиолет, хотя здесь энергия лучей наибольшая, для них недоступен. Не по вкусу растениям и инфракрасная область спектра. Инфракрасные лучи очень бедны энергией, их утилизируют лишь некоторые виды фотосинтезирующих бактерий.

Итог: лишь половина доступной для растений энергии солнечного излучения, та, что лежит в видимой области солнечного спектра, является для растений фотосинтетически полезной радиацией. А посему и получается: максимально возможный КПД растений при фотосинтезе составляет примерно 30 : 2 = 15 процентов.

Термодинамика растении

Дальше рассказ хотелось бы вести столь же бесхитростно, как бесхитростно, незатейливо рисуют маленькие дети… Вот паровоз с трубой, из трубы валит черный дым. А рядом оранжевый цветок – головка на тонком стебле с зелеными ручками-листиками.

Если поглядеть на эту картинку глазами взрослого, можно отметить классификационное свойство, включающее в некое единство и цветок, и паровоз. Ведь и то, и другое в конце концов – энергетические машины. Паровоз преобразует в движение запасенную в угле химическую энергию. А растение превращает энергию световых квантов в химическую энергию продуктов фотосинтеза.

Максимально возможный КПД тепловой машины определил, как известно, французский физик Сади Карно (1796–1832). Еще в 1824 году. Его расчеты покоились на законах тогда только зарождавшейся науки – термодинамики. Сейчас наши познания в ней обширны. Так нельзя ли попытаться приложить те же законы к растениям? Ведь добились же ученые и инженеры того, что КПД современных тепловозов в несколько раз выше, чем у паровоза!

Подобные попытки делаются давно. О выводах, которые следуют, если приложить законы термодинамики к биологическим объектам, говорили и писали, в частности, еще Климент Аркадьевич Тимирязев, Владимир Иванович Вернадский (1863–1945) и другие наши ученые. В Днепропетровском химико-технологическом институте имени Дзержинского новое научное направление – термодинамику растений – стал развивать доктор химических наук, профессор Октавиан Станиславович Ксенжек.

– Располагаясь на границе между почвой и атмосферой (борода корней в земле, шевелюра листьев в воздухе), растения обеспечивают интенсивный обмен веществом между ними, – рассказывал Ксенжек. – Все эти процессы должна рассматривать термодинамика растений. Надо детально разобраться в структуре энергетических затрат отдельного растения.

Эти слова Ксенжека свидетельствуют: ученые сейчас хотят понять, куда теряются кванты света и нельзя ли уменьшить величину этих потерь. Ведь тогда, очевидно, максимально возможный КПД растений значительно возрастет. А вместе с ним поднимутся реальные урожаи.

Если же заглянуть еще дальше, то, учитывая тенденцию к возрастанию энергетической цены единицы урожая при интенсификации сельскохозяйственного производства, нужно будет термодинамическими методами рассмотреть и общие принципы, определяющие условия энергообмена между биологической и технической подсистемами сельского хозяйства. Таким образом можно будет оценить уровни неизбежных затрат энергии и, сравнивая их с реальными, судить о степени совершенства различных процессов сельскохозяйственного производства с точки зрения энергетики.

Добавим к этому: кто самый крупный потребитель энергии? Не металлургия, не транспорт, не химическая промышленность, а… сельское хозяйство! За несколько летних месяцев растительный покров – эта гигантская энергопреобразующая машина, распластавшаяся по поверхности земли, получает от солнца в тысячу раз больше энергии, чем ее вырабатывают за целый год все электростанции страны.

Как в пчелином улье

Оперируя первым и вторым началами термодинамики, удается дать ответ не на один «наивный» вопрос. Скажем, отчего одиночная клетка микроскопически мала? Да потому что количество световой энергии, поглощаемой клеткой, пропорционально квадрату ее радиуса, а диффузионный поток необходимых клетке веществ этому радиусу обратно пропорционален. И с увеличением размера клетки быстро нарастает диспропорция между обилием энергии и скудостью материального баланса, оттого-то клетка и обречена быть столь ничтожно малой.

Иной энергетический расклад существует для многоклеточных организмов, растений, например. Количество энергии, поступающей к растению, приближенно пропорционально квадрату его размеров, а объем зон питания – корни, листва – даже пропорционален кубу размеров. И все же растений-гигантов мы не наблюдаем. Отчего? Дело в том, что при достаточно больших размерах транспортная система растения становится лимитирующим звеном: энергозатраты на поддержание работы транспортной системы – подача в растение минеральных солей, воды, отвод продуктов – растут пропорционально третьей степени размера растения, то есть возрастают быстрее, чем увеличиваются его энергоресурсы.

Ксенжек, делая простейшие оценки, приводя несложные формулы, демонстрирует мне (все это похоже на ловкие термодинамические фокусы, трюки), как ладно, тонко сообразованы отдельные звенья и узлы растительной машины. Допустим, проблема «лист – стебель»: оказывается, между радиусом стебля и площадью листьев имеется четко прослеживаемое соответствие, эти параметры ювелирно подогнаны друг к другу.

Говорил Ксенжек и о проблемах интеграции, о том, как из малого, из крох возникает большое, величественное.

На небольшой лист растения площадью 50 квадратных сантиметров под прямыми лучами солнца за одну секунду падает около 10¹⁹ квантов света. Столько же капель дождя выпадает за целый год на весь бассейн Волги – на треть европейской территории СССР.

– Слияние мириадов капель в могучую реку, – объясняет Ксенжек, – происходит как многоуровневый иерархический процесс: отдельные капли сливаются в мелкие струйки, струйки объединяются в ручейки, ручейки – в ручьи покрупнее, ручьи – в речушки, в реки и т. д. Иерархический характер с неизбежностью приобретают любые транспортные системы, будь то естественные или технические, если масштабы потоков на входе и выходе системы сильно различаются. Возьмем систему электропередачи: на дальние расстояния электроэнергия передается напряжением в сотни киловольт, на средние расстояния – десятки киловольт, в пределах городского района порядка 6 киловольт, и, наконец, потребители в жилых домах имеют напряжение 0,22 киловольта…

В этой беседе узнал я о многом. Особенно запомнилось мне то, как изящно решает растение проблему сбора солнечного урожая и его последующей переработки. Пигментный аппарат растений прошел долгий путь эволюционных изменений. Постепенно происходило разделение труда между различными молекулами хлорофилла, которые, когда их еще было мало, в примитивных перворастениях, возможно, все выполняли одинаковые функции, совмещая непосредственное улавливание световой энергии и фотохимический катализ. Однако эти молекулы хлорофилла, действующие по принципу «и швец, и жнец, и на дуде игрец», не могли обеспечить в достаточной степени снабжения организма растений световой энергией. Пришло время специализации. И с возрастанием мощи фотосинтетического аппарата все большая часть молекул хлорофилла получала вспомогательную роль.

В пчелином улье на одну матку трудятся многие десятки тысяч рабочих пчел. Они собирают нектар, пыльцу, выкармливают личинок… Нечто подобное наблюдается и при фотосинтезе. Подавляющее большинство молекул хлорофилла выполняет лишь обслуживающие функции – сборщиков квантов света. Перебрасывая фотоны, словно мячики, хлорофиллы-сборщики практически без потерь доносят поглощенную энергию до так называемых реакционных центров. И вот в этих-то центрах несколько молекул хлорофилла (химически они ничем не отличаются от молекул-сборщиков) способствуют стоку и переработке энергетического урожая.

Каждый центр может в секунду переработать около 50 квантов света. Их надо собрать, что непросто, ибо даже при ярком освещении на каждую молекулу зеленого пигмента приходится лишь один поглощенный квант в секунду, а при слабом освещении даже за десятки секунд. Если бы фотохимическая реакция шла в той же молекуле хлорофилла, которая только что поглотила фотон, то подобная система работала бы очень неэффективно, простаивая большую часть времени. Оттого-то каждый реакционный центр и обслуживает сотни молекул-сборщиков…

На инженерную основу

– Когда о человеке образно говорят, что он живет растительной жизнью, – помню, шутил Ксенжек, – сразу становится ясно, что он пассивен и бездеятелен. Но реальная жизнь растений отнюдь не пассивна и вовсе не бездеятельна…

Да, хлопотлива жизнь растений. Они извлекают из почвы, прокачивают сквозь свои тончайшие сосуды и выбрасывают в атмосферу в виде паров громадное количество воды – порядка тысячи тонн на тонну урожая. Впитывают из почвы минеральные вещества, «разбавленные» землей в миллионы раз. Буквально по крохам собирают из воздуха углекислоту и делают многое другое. Самое же главное – растения выполняют важнейшую для человечества функцию – фотосинтез. И все это требует затрат энергии. К сожалению, «энергоемкость» тех или иных функций у растения известна лишь очень приближенно и недостоверно.

Чтобы просветлить темные места в энергетике растений, Ксенжек взялся за термодинамические расчеты. И сразу возникло много недоуменных вопросов. Так, скажем, выяснилось, что если даже в процессе дыхания растение «сожжет» все накопленные им ранее продукты фотосинтеза, то и тогда оно будет не в состоянии энергетически обеспечить комплекс идущих в нем активных процессов жизнедеятельности. Накапливая в виде зерна одну тонну органических веществ, растения прокачивают сквозь свои структуры до тысячи и более тонн воды. Количество тепла, расходуемое на испарение этой воды, примерно в 100 раз превосходит количество энергии, запасаемой в урожае. Напрашивается предположение, что большая часть полезной работы совершается растением не через цикл связывания углекислоты и последующего окисления продуктов фотосинтеза, а минуя его. Но что это за загадочные механизмы, позволяющие растению как будто непосредственно использовать солнечную энергию? Ответа пока нет.

Так же неясна судьба большей части энергии, поглощенной растительными пигментами. Обычное объяснение, что эта энергия, 50–60 процентов энергии, поглощенной растением, просто превращается в тепло, в сущности, ничего не объясняет. Оно только переводит проблему из сферы физики в сферу биологии: если высокоспециализированные светопоглощающие системы растения работают в значительной мере вхолостую и даже нагружают растение избыточным теплом, температура листьев растений в солнечный день может быть на 10, на 15–20 градусов выше температуры окружающего воздуха, то почему эти системы не были отбракованы эволюцией?

Напрашивается еще одна гипотеза: а правомерно ли рассматривать растение только как химическую машину? Не есть ли это еще одновременно и машина тепловая? Не действуют ли растения как тепловые насосы? Традиционно считается, что в процессе испарения воды листьями растение освобождается от избыточного тепла. Однако можно показать (вновь термодинамика), что при определенных условиях испарение влаги сопровождается охлаждением окружающего воздуха, а вовсе не растения!

Осознание подобных парадоксов имеет большое значение. Оно может изменить стратегию подхода к повышению продуктивности растений. Исторически получилось так, что больше всего ученые потратили сил на изучение энергетики фотосинтеза. Этот процесс создает все, что нам нужно от растений, за исключением разве тени и эстетического наслаждения! И даже сейчас все нацелено на это. А практики, следуя рекомендациям ученых, всячески стремятся облегчить растениям фотосинтез. Но, может быть, человек тут берется за дело не с того конца? Может быть, облегчив растению выполнение более трудоемких для него задач, удастся скорее добиться желаемого? И тогда мечта о КПД в 15 процентов станет реальностью?

Ксенжек полагает, что путь к решению проблемы широкомасштабного использования солнечной энергии лежит, по всей вероятности, через создание «энергетических плантаций», то есть через выращивание растений для энергетического использования биомассы. Растения, система самовоспроизводящаяся и размножающаяся и при том хорошо приспособленная для улавливания и фиксации потока солнечной энергии, позволяют создавать огромные светопоглощающие поверхности несопоставимо быстрее и дешевле, чем это возможно с помощью устройств технических.

Возможности нового, термодинамического подхода трудно переоценить. Ведь он позволит оценивать принципиальные пределы продуктивности различных видов растений в разных условиях, аналогично тому, как в технике рассчитывается предельный КПД тепловых машин. Дело будет поставлено на инженерную, технологическую основу. Конструкторы растений положат на стол «рабочие чертежи» нужных нам растений, выведут формулу их жизнедеятельности. Укажут оптимальную ширину капилляров, что облегчит испарение – этот, возможно, наиболее тяжелый для растений процесс. Жизнь возникла в воде! Растения «высадились» на сушу лишь недавно, и жить на ней им нелегко. Вычислят необходимую архитектонику листвы, позаботятся о надлежащей «фигуре» растений. Сейчас человек, заботясь лишь о плодах, делает ставку на «толстяков», а они, увы, страдают одышкой. И не только усовершенствуют конструкцию растительных машин, но и укажут правила их грамотной эксплуатации.

Пока все это только мечты. Но знание вечных законов природы, которые открывают ученые, прокладывает пути к тому, чтобы они стали реальностью.

Глава 6
И на поля выйдут роботы

Придет тот день, когда каждый будет брать на обед таблетку азота, чуть-чуть жиров, немного крахмала или сахара, бутылочку ароматического флейворинга и, смешав все это, получать кушанье по собственному вкусу. Производство всех необходимых ингредиентов на фабриках будет дешевым и неограниченным. Тем самым получение пищевых продуктов не будет зависеть от хороших или плохих сезонов, от дождей и засухи, от зноя, иссушающего растения, или мороза, губящего надежды тех, кто выращивает фрукты. И когда придет этот день, химия вызовет революционное изменение мира, результаты которого никто не может предсказать.

Пьер Бертло

Мы живем в необычное время. Население Земли умножается невиданными темпами. В 1850 году на земном шаре жил 1 миллиард человек, к 1930 году землян стало 2 миллиарда, в 1960 году – 3, а к 1990-му, полагали статистики, – нас будет 5 миллиардов.

Эксперты просчитались. «Днем рождения пятимиллиардного человека» Организация Объединенных Наций объявила 11 июля 1987 года.

Где родилось пятимиллиардное дитя? На какой широте, какой долготе? В огромном городе, крохотной деревушке? В русской, китайской, американской, индийской семье? Стало представителем большого или маленького народа? Этих подробностей никто никогда не узнает. Зато демографы уверены в том, что если рост населения пойдет с прежней скоростью, то к 2000 году (нас привораживает этот срок: стык тысячелетий!) Землю будут населять уже более 6 миллиардов человек – огромное количество!

Грозный смысл этой цифры хорошо иллюстрирует то, что ежегодно, данные 1987 года, на планете появляется 80 миллионов новых жителей, ежедневно – 220 тысяч, ежесекундно примерно 2 человека, которых нужно кормить! Прежде Земля худо-бедно, но справлялась с этой задачей, а что будет в будущем? Что станет тогда привычной для обитателей Земли пищей? Какое меню предложат человеку наука и техника?

Много ли человеку земли нужно

«…Люди занимают на земле не так уж много места. Если бы два миллиарда ее жителей сошлись и стали сплошной толпой, как на митинге, все они без труда уместились бы на пространстве размером двадцать миль в длину и двадцать в ширину. Все человечество можно было бы свалить в кучу на самом маленьком островке в Тихом океане» (Антуан Сент-Экзюпери. Маленький принц).

Много ли человеку земли нужно? Еще Лев Николаевич Толстой в известном рассказе-притче размышлял об этом. В философском плане. Нас будет интересовать статистика.

Первобытный человек был охотником и собирателем дикорастущих растений. Он употреблял в пищу их плоды, семена, нежные листья, побеги и корни – все, что было съедобным. При таком образе жизни требовались большие пространства, территория, равная примерно 25 квадратным километрам на одного человека. Неудивительно, что население Земли росло тогда крайне медленно.

Ну а сколько земли человеку нужно сейчас? Ответить на это попытался голландский физиолог растений Корнелиус де Вит. Он полагает, что максимум того, что могут дать растения в идеале, это 500 центнеров в год с гектара земли. Далее этот ученый перевел центнеры в калории и пришел к выводу: в Нидерландах на площади в один гектар могут, питаясь довольно умеренно, прокормиться 50 человек.

Еще немного арифметики – и, оказывается, что суша планеты способна прокормить 1000 миллиардов человек!

Оглушительный вывод, но не очень привлекательный. Вспоминается научно-популярный фильм: показательная птицеферма, громадные постройки, где буквально крыло к крылу теснится несметное количество кур, продирающихся к медленно ползущей ленте конвейера с зерном…

А что, если наш среднестатистический гражданин захочет растительную диету сменить на мясную (не одной картошкой жив человек!), потребует фруктов… Да и одеть его не мешает – даешь площади под хлопок, лен! – вот и выходит, что среднеплодородной землицы потребуется уже гораздо больше. Накинем сюда еще гектары, занятые под дороги, города, аэродромы. Проявив человеколюбие, допустим также, что у среднестатистического гражданина есть душа, требующая отдыха на лоне природы: рыбалка там, грибы всякие, прогулки на велосипедах… Если теперь вновь вернуться к цифрам, то окажется, что величина максимально возможного населения Земли только в малой степени будет определяться площадями, отведенными для производства продуктов питания.

А конечный итог расчетов ученого таков: в некоем идеальном случае на Земле могут жить 60–80 миллиардов человек. Это не так мало, но и не так много – народонаселение Земли удваивается примерно каждые 30 лет: человечество вскоре может подойти к лимитной черте.

Кроме того, сейчас трудно представить себе потребности и запросы человека завтрашнего дня. Да и что такое природное равновесие, мы пока плохо понимаем: возможно, непроходимые заросли джунглей, тундра и бесплодные пустыни – все это очень необходимо планете. И уж во всяком случае никак нельзя представлять ее себе каким-то одним сплошным огородом!

Итак, чтобы прокормить человечество, земли пока хватает. Однако размеры планеты оказались не столь уж и велики. В СССР на душу населения в 1955 году приходилось 1,2 гектара пашни, что-то около футбольного поля по площади, в 1970-м – 0,92, в 1981-м – только 0,82, а ведь страна наша имеет самую обширную территорию: шестая часть суши! Поэтому лучше уповать не на освоение новых земель, а на увеличение урожаев.

Убивающие заразу

«Земля-тарелка: что положишь, то и возьмешь» (Владимир Даль. Пословицы русского народа). Эта простая истина стала очевидной не сразу. Вряд ли индейцы Америки, которые клали несколько рыбьих голов на каждый холмик, засеянный несколькими зернами кукурузы, имели хоть какое-то представление об агрохимии. Но уже в средние века в Европе для поднятия плодородия почвы использовали навоз животных. Он тогда был главным продуктом животноводства! А производство мяса – делом побочным. Об этом свидетельствовало, в частности, незначительное отличие цен на мясо и зерно.

Подлинный переворот в сельском хозяйстве произошел в 1840 году. Тогда немецкий химик Юстус Либих (1803–1873), опубликовав книгу «Химия в приложении к земледелию», создал теорию минерального питания растений. Тем самым ученый опроверг господствовавшую до него гумусовую теорию, утверждавшую, что растения питаются непосредственно перегноем – гумусом.

Растениям необходимы лишь вода и минеральные соли, учил Либих. Используя вместо навоза химикалии, возвратив пашне потерянные ею, вынесенные с урожаем минеральные вещества («закон возврата»), можно резко увеличить урожаи.

Но по-настоящему химическая революция совершилась в сельском хозяйстве примерно в середине нашего века, когда началось массовое применение химических удобрений и химических же средств для борьбы с сорняками, с вредителями и болезнями растений.

И замелькали дотоле непривычные слова: пестициды (точный перевод этого слова с латыни – «убивающий заразу»), гербициды (убивающие траву), инсектициды (убивающие насекомых), зооциды, фунгициды, репелленты (отпугивающие насекомых), аттрактанты (привлекающие их), всевозможные протравы для семян, хемостерилизаторы, дефолианты, регуляторы роста. Отметим: все это – новейшее завоевание химии. Так, первый гербицид – 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота, сокращенно 2,4-Д, был получен в 1941 году. В наши дни с его помощью уничтожают сорняки в посевах пшеницы, овса, ячменя.

Химики вложили в руки земледельца грозное оружие. Скажем, гербициды сплошного действия способны извести всю растительность, без разбора. Такие средства необходимы, когда нужно уничтожить траву, она может стать причиной аварий на аэродромах, вокруг промышленных объектов, под линиями электропередачи, на насыпях железных дорог.

Конечно, гербициды избирательного действия отличают «своих» (культурные растения) от «чужих» (сорняки), но как непросто тут выбрать правильную дозировку, учесть все последствия. Сколько надо проявить осторожности, мудрости! Ведь нарушить природное экологическое равновесие очень легко. И тогда некоторые насекомые или клещи, прежде малозаметные, могут превратиться в опасных вредителей.

А побочные действия пестицидов? Какие, казалось, надежды сулило первое успешное применение печально известного препарата ДДТ. Какой был бум! Однако изумление перед мощью этого средства вскоре сменило радужную окраску на трагическую. Уносимый талой и дождевой водой с полей, ДДТ скапливался в водоемах, отравляя там все живое, а оттуда проникал вместе с рыбой и птицей в пищу жителей окрестных мест. Оборотистые дельцы на Западе давно уже смекнули, что к чему, и пустили в продажу биологически чистую пищу. Ее получают на фермах без использования минеральных удобрений и пестицидов. Стоит она гораздо дороже.

Химики были вынуждены снова взяться за дело. Теперь они пытаются создать пестициды, четвертое их поколение, безвредные для животных и человека. Тут есть и большие успехи и немалые, понятно, трудности.

Массированное использование в сельском хозяйстве химических средств себя оправдало: урожаи возросли. А еще выше они поднялись, когда химики заключили союз с селекционерами.

Зеленая революция

Американцы считают, что сельское хозяйство США ныне подошло к рубежу третьей в XX веке революции. Первая (1920–1950) стала результатом широкой механизации, когда фермеры перешли от использования мускульной силы животных к использованию энергии машин. Производительность труда возросла еще больше в период второй революции (1950–1980), когда была проведена химизация сельского хозяйства. Сейчас же, считается, настала очередь для третьей – генетической – революции (этой теме будут посвящены главы 8–11).

Но в развивающихся странах чаще произносят другие слова: там говорят про зеленую революцию. Началась она в Мексике, в 40-х годах. В стране ощущались трудности с пшеницей. Урожаи – в среднем 7 центнеров с гектара – были низки: более половины потребного зерна приходилось ввозить из-за границы. И возникла мысль поправить положение за счет выведения новых, более урожайных сортов.

Пшеничный переворот, зеленая революция – эти названия неразрывно связаны с именем теперь всемирно известного американского селекционера Нормана Борлауга, удостоенного в 1970 году Нобелевской премии за создание высокопродуктивных карликовых, неполегающих пшениц, занимающих в настоящее время огромные площади во многих странах мира.

Успех увенчал работу, которая шла в течение последних 25 лет в Международном центре по улучшению пшениц, риса, кукурузы и ячменя в Мексике. Ученые были поставлены в довольно жесткие условия. Исследования, не относящиеся к делу, не поощрялись. Как только появлялись хорошие результаты, их тут же передавали практикам. «Мы никогда не дожидались совершенства сортов или методов, – писал впоследствии Борлауг, – а каждый год брали лучшее из того, что есть…»

И вот во многих густонаселенных странах Америки, Африки и Азии, странах, казалось, обреченных на массовый голод, урожаи зерновых резко пошли вверх. А Мексика начиная с 1956 года стала обеспечивать себя пшеницей. Урожаи тут поднялись до 30–40 центнеров с гектара. 45–50 центнеров стали давать поля Индии и Пакистана.

Оптимизму не было предела. Многие считали, что проблема питания на земном шаре решена полностью. И основания для таких прогнозов вроде бы были, так как полученные селекционерами сорта зерновых обладали завидными свойствами: урожайностью, неполегаемостью, благодаря удачной архитектонике в расположении листьев они обладали высокой интенсивностью фотосинтеза. Идеальные растения! При должном уровне агротехники и механизации эти интенсивные сорта действительно были способны увеличить производство зерновых в несколько раз.

И все же зеленая революция не решила продовольственной проблемы. Надежды наконец накормить человечество, к сожалению, не оправдались. В итоге некоторые страны, включившиеся в свое время в зеленую революцию, сейчас импортируют зерна даже больше, чем до ее начала. И дело тут не только в том, что население этих стран заметно возросло.

Зеленая революция в том виде, как она была задумана – сверхвысокоурожайные сорта, изобилие воды, ядохимикаты и достижения передовой агротехники, – все же в целом, потерпела неудачу. Почему? Сейчас расскажем.

Накормит энергия

В химическом блеске, в шуме и грохоте аграрных машин и механизмов старое доброе сельское хозяйство может показаться анахронизмом, такой же приметой давно ушедшего, как лапоть или лучина. Но так ли уж плохо то, что ушло и уходит у нас на глазах?

Первобытный человек ничегошеньки не тратил, нечего было, а лишь приобретал. Бродил себе полуголый по лесам и искал орехи, корешки разные…

С переходом к земледелию все усложнилось – леса надо было рубить, корчевать, землю пахать. Но и тогда энергозатраты были еще незначительны. В сравнении с запасанием солнечной энергии культурными растениями. Однако это выгодное соотношение постепенно изменилось. Агротехника прошлого требовала преимущественно затрат мускульной силы человека и животных, но ввиду недостаточной продуктивности она не могла удовлетворить потребности в пище быстро растущего населения Земли. Оттого-то в развитых богатых странах, в бедных и сейчас хозяйство недалеко ушло от натурального, неизбежен был переход к высокопродуктивному земледелию, которое, к сожалению, крайне энергоемко.

По данным журнала «Ambio», чтобы получить бутылку молока, в США расходуется энергия, содержащаяся в половине бутылки нефти!

Отношение запасенной в растениях солнечной энергии к энергетическим затратам имеет вид: земледелие экстенсивное (соха, лошадь) 20 : 1, интенсивное земледелие (удобрения, трактора и прочее) 2 : 1, животноводство 2 : 10, тепличное хозяйство (ранние огурцы, помидоры) 2 : 100.

Так и получается, что каждый выращенный джоуль требует сотен джоулей безвозвратно потраченной энергии. И сытно накормить человека сможет лишь изобилие, а его пока еще на Земле нет, энергии. Настоящая революция в сельском хозяйстве без этого условия немыслима.

Собственно, мысль о том, что энергия насыщает, не столь уж и нова. Слова «кормящее солнце» – почти трюизм. Труднее осознать следующий парадокс. Выходит: можно спорить о том, кто ближе к сельскому хозяйству – ученый-ядерщик, изучающий на синхрофазотроне элементарные частицы с тайной надеждой найти невиданный по мощности источник энергии, или же селекционер-практик, на опытной делянке в поле опекающий новый высокоурожайный сорт пшеницы.