Энергосбережение в сельском хозяйстве

Человек всегда оставлял на семена самые урожайные растения. При этом он ухаживал за растениями – обрабатывал почву, поливал, боролся с сорняками и насекомыми-вредителями, вносил удобрения. И чем урожайнее были культурные растения, тем больше они требовали вложений антропогенной энергии.

Урожайность сельскохозяйственных культур и общая продуктивность агроэкосистемы с увеличением вложений энергии вначале возрастала довольно быстро. Но со временем новые вложения антропогенной энергии стали давать все меньшую прибавку урожая. Чтобы повысить урожай в 2 раза, приходится увеличивать вложения энергии в 10 раз. Энергия добывается из нефти, газа, угля, а количество этих энергоносителей ограничено.

Агроэкология разрабатывает способы получения высоких урожаев при снижении затрат антропогенной энергии. Познакомимся с основными приемами энергосбережения в сельском хозяйстве.

Правильное размещение сельскохозяйственных культур. Чем лучше подходят растению условия произрастания, тем оно продуктивнее и меньше затраты на получение урожая. Сегодня в Нечерноземье уменьшают долю посевов яровой пшеницы и больше высевают озимой ржи (в особенности сорта «Чулпан»), дающей с 1 га на 10–20 ц зерна больше, чем пшеница. Затраты энергии на выращивание при этом одинаковы. Значит, для получения 1 кг ржаного зерна нужно в 1,5–2 раза меньше энергии. В южных районах страны пшеницу заменяют на сорго, которое за высокую засухоустойчивость академик Н.И. Вавилов назвал «верблюдом растительного мира».

Селекция сортов с повышенной конкурентной мощностью и устойчивостью к засухе, заболеваниям и насекомым-вредителям. Засухоустойчивые сорта не нужно поливать, следовательно, экономятся затраты энергии на подачу воды. Сорта, защищающие себя от грибных заболеваний или вредителей, не требуют применения пестицидов, на производство которых затрачивается много энергии.

Смешанные посевы. В их состав включают растения с разными экологическими нишами – более и менее засухоустойчивые, с глубокой корневой системой и поверхностно укореняющиеся, высокие и низкие (например, эффективны смешанные посевы высокорослой и низкорослой кукурузы). Для получения корма (на зеленую массу, силос) высевают смесь разных культур (например, в степных районах – смесь кукурузы и сои, в Нечерноземье – вики или гороха с овсом). Такие посевы значительно полнее используют ресурсы света и почвы, более урожайны и меньше засоряются сорняками, так как в них меньше свободных ниш для поселения сорных растений.

Повышение энергетической эффективности животноводства. Энергосбережение возможно и при разведении скота. На производство кормов затрачивается энергия, и потому предпочтение отдается тем видам сельскохозяйственных животных и тем их породам, которые на производство единицы продукции расходуют меньше корма. Породы коров, специализированные для производства мяса или молока, экономнее расходуют корма, чем мясомолочные.

Энергосбережение в сельском хозяйстве можно осуществлять, используя адаптивный подход. При этом ставится задача повысить КПД агроэкосистемы и на каждую единицу вводимой в нее антропогенной энергии фиксировать максимально возможное количество солнечной энергии (т.е. получить больше растениеводческой и животноводческой продукции).

Адаптивная система ведения сельского хозяйства (табл. 3) позволяет уменьшить затраты антропогенной энергии и активизировать жизнедеятельность всех полезных организмов, входящих в состав агроэкосистемы.

Таблица 3

Основные черты адаптивной системы ведения сельского хозяйства

Обработка почвы		Растениеводство		Животноводство
Использование рыхлителей вместо плугов		Селекция сортов на устойчивость		Селекция пород с высокой эффективностью откорма
Применение занятых паров		Размещение и районирование сортов с учетом их экологии		Использование полноценных кормовых рационов
Использование сидератов		Использование смешанных посевов		Полное использование на корм всех растительных остатков
Использование севооборотов		Использование промежуточных культур		Равномерное размещение небольших ферм на территории

Контрольные вопросы

1. Почему ставится задача повышения энергетической эффективности сельского хозяйства?

2. Как можно повысить энергетическую эффективность растениеводства?

3. Как можно повысить энергетическую эффективность животноводства?

4. В чем заключается адаптивный подход в сельском хозяйстве?

Справочный материал

В России чаще разводят мясомолочные породы коров, а в США – мясные и молочные (причем на одну молочную корову приходится четыре мясных). При этом удои в США составляют 5700 л в год, а суточный привес – около 1,5 кг. В России удои ниже в 2 раза, а привесы – в 3–4 раза. В итоге на производство мясомолочной продукции (1 кг мяса и 1 кг молока) мы затрачиваем примерно в 2 раза больше энергии, чем американцы.

В США существует специальная правительственная программа охраны почв. За каждый гектар эродированной почвы, который фермер засеял травой или засадил деревьями на 10 лет, ему ежегодно выплачивается 120 долларов. Таким образом в 1990 г. из пахотного фонда было изъято 20% земель. Это позволило на одну треть сократить интенсивность процессов эрозии.

Орошение – самый эффективный прием повышения плодородия почв в районах недостаточного увлажнения, однако он требует очень больших затрат энергии и экологически опасен. В начале века общая площадь поливных земель составляла 40 млн. га, к 1950 г. она достигла 94 млн. га, а в 1980 г. уже приблизилась к 250 млн. га. В последующие 10 лет прирост составил всего 8 млн. га, а с 1990 г. идет устойчивое сокращение. Истощение водных ресурсов для полива отмечается в странах–главных производителях зерна – США и Китае. В Саудовской Аравии в результате снижения плодородия почв поливом за последние 10 лет сбор зерна упал в 2,5 раза.

Меньше всего энергии на получение зерна затрачивают в Великобритании. Затраты энергии на производство 1 т зерна в США, ФРГ и в России выше соответственно в 2, 2,5 и 9 раз.

В фермерском хозяйстве используют лошадей, работа которых обходится в 2–3 раза, а содержание (корм, уход) в 10 раз дешевле, чем мини-трактора. Лошади также перевозят разные грузы и дают навоз, качество которого выше коровьего. Особенно ценится конский навоз в тепличном хозяйстве.

Оригинальный вариант энергосбережения для получения корма животным и продукта, который может употреблять в пищу человек, предложили японцы. На специальных водных плантациях они выращивают хлореллу — одноклеточную водоросль, которая очень быстро размножается. Затраты энергии на выращивание хлореллы в 12 раз меньше, чем при производстве пшеницы. 1 га плантации-бассейна дает 25 ц биомассы в год, причем эта биомасса богата белками и углеводами.

(ДОП.) § 64. ЗЕЛЕНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ

Зеленая революция произошла в 60–70-е годы нашего столетия, ее «отцом» был мексиканский селекционер Норман Борлауг. Он вывел сорт пшеницы «Мексикале», которая давала урожай в 3 раза выше, чем старые сорта. Вслед за Борлаугом и другие селекционеры начали выводить высокоурожайные сорта кукурузы, сои, хлопка, риса и прочих сельскохозяйственных культур.

Вместе с этими сортами-рекордсменами были введены новые интенсивные системы обработки почвы с оборотом пласта, высокие дозы удобрений, полив, самые разнообразные пестициды и монокультура, т.е. выращивание на одном поле одной и той же культуры в течение многих лет. Появились и высокопродуктивные животные, для поддержания здоровья которых нужны были не только обильные корма, но и витамины, антибиотики, а для быстрого наращивания массы — стимуляторы роста. Первая зеленая революция была особенно успешной в странах тропического пояса, так как при круглогодичном выращивании растений доход от новых сортов был особенно велик.

Эта революция резко повысила урожаи сельскохозяйственных культур, но привела к ухудшению почв в результате разрушения гумуса и активизации эрозии. Увеличилось также загрязнение среды пестицидами и удобрениями. Качество продуктов сельского хозяйства ухудшилось. Для выращивания сортов-рекордсменов и животных-«монстров» требовались удобрения и пестициды, на производство которых затрачивалось слишком много энергии угля, нефти, газа. Резкое возрастание потребления исчерпаемых энергоресурсов и истощение ресурсов почвы особенно сильно проявились к началу 80-х годов.

С середины 80-х годов нашего столетия ученые заговорили о начале второй зеленой революции, в результате которой сельское хозяйство пойдет по пути снижения вложений антропогенной энергии. В ее основе – адаптивный подход, т.е. ориентация на более экологичные технологии возделывания сельскохозяйственных культур и разведения сельскохозяйственных животных. Селекционеры переключились с выведения сортов-«рекордсменов» на селекцию сортов-«тружеников», которые могут давать достаточно высокий (хотя и не рекордный) урожай при невысоких дозах удобрений и без полива, могут сами защитить себя от вредителей, болезней и сорняков. При этом, если во время первой зеленой революции селекционеры работали примерно с десятью видами культурных растений, то теперь их внимание обращено на несколько десятков видов. Ученые широко используют местные популяции («народные сорта») культурных растений. Растет доля севооборотов с восстанавливающими почву сидератами и смешанных посевов.

По мнению сторонников второй зеленой революции, перспектива земледелия – не в наращивании, а в сокращении площади пашни (в первую очередь на эродированных почвах) с заменой ее травянистыми (посевами трав, естественным путем восстановившимися лугами или степями) или лесными сообществами. В таких экосистемах (их называют лесоаграрными) останавливается эрозия почв и растет биологическое разнообразие, в составе которого много «врагов наших врагов», что позволяет снизить пестицидные нагрузки.

Особенности сельского хозяйства в видении сторонников первой и второй зеленых революций показаны в табл. 4.

Таблица 4

Сравнение сельского хозяйства после первой и второй зеленых революций

Признаки	Первая зеленая революция	Вторая зеленая революция
Вложения антропогенной энергии	Очень высокие	Умеренные
Общее биологическое разнообразие	Низкое	Высокое
Разнообразие выращиваемых культур	Низкое	Высокое
Севообороты	Не применяются	Применяются
Методы контроля вредителей, сорняков и болезней	Химические	Биологические
Доля пашни в агроэкосистеме	Высокая	Умеренная, лесоаграрные экосистемы
Основное направление селекции растений	На повышение продуктивного потенциала	На повышение адаптивного потенциала
Роль животноводства	Высокая; доля корма, получаемого с пашни, большая	Умеренная; доля корма, получаемого с пашни, небольшая

Процесс экологизации сельского хозяйства протекает очень медленно, так как рост народонаселения планеты продолжается, и потребность в продовольствии растет. Поэтому правильнее говорить не о второй зеленой революции, а об «экологической зеленой эволюции» в сельском хозяйстве.

Контрольные вопросы

1. Чем вызвана необходимость «второй зеленой революции»?

2. Как должно изменится растениеводство в результате «второй зеленой революции»?

3. Почему сторонники «второй зеленой революции» считают нужным сокращать площадь пашни?

Справочный материал

В последние 10 лет активно развиваются биотехнологические методы выведения новых сортов с использованием генной инженерии. Такие растения называются генетически модифицированными (ГМР). Генные инженеры за счет ГМР обещают накормить человечество. ГМР высокопродуктивны и устойчивы к неблагоприятным условиям, они обладают комплексом признаков, который был недостижим до развития биотехнологии. Например, удалось получить «золотистый рис», зерно которого содержит витамин В. Этого витамина хронически не хватало жителям тех стран, где рис является основным продуктом питания. Получен гибрид африканского и индийского риса, который в первую половину лета растет как «африканец» и не требует много воды, а во вторую – быстро формирует высокий урожай как водолюбивые индийские сорта. Получены десятки сортов разных видов растений, устойчивых к грибным, бактериальным и вирусным заболеваниям.

Перспектива использования ГМР является на сегодняшний день предметом жарких споров. Экологи (особенно в экономически благополучных странах со стабилизировавшейся численностью народонаселения: Западная Европа, США, Канада, Австралия) выступают против этих сортов, поскольку неизвестны последствия их использования для здоровья человека. Кроме того, есть риск гибридизации ГМР с видами естественной флоры, особенно с сорными растениями. Эти спонтанные гибриды могут быть очень агрессивными и потому экологически опасными.

Генетики-биотехнологи ратуют за повсеместное внедрение ГМР. ГМР как путь к повышению продуктивности культурных растений поддерживается общественностью в развивающихся странах (в Африке, Индии и др.), так как продовольственная ситуация в них неблагополучна.

По-видимому, с учетом того, что народонаселение планеты будет продолжать расти в ХХI веке, ГМР будут широко использоваться в странах «третьего мира». Однако необходим жесткий экологический контроль за последствиями их применения.