Продовольственная проблема и зелёные революции

Сельскохозяйственное производство требует наличия достаточных земельных, водных и энергетических ресурсов и тем самым из всех видов человеческой деятельности создаёт наибольшую нагрузку на природную среду.

Принципиальная проблема, с которой сталкивается сельское хозяйство, — это необходимость удерживать в равновесии искусственно созданные антропогенные экосистемы, которыми в сущности являются любые сельскохозяйственные угодья, будь то заливное рисовое поле, поле, засеянное пшеницей, фруктовый сад или огород. Все эти экосистемы имеют очень малое видовое разнообразие, то есть в них нарушено основное условие устойчивости экосистем (см. п. 1.6). Более того, внешние условия, как правило, не соответствуют оптимумам на кривых толерантности для возделываемых культур, и фактически человек вынужден создавать и поддерживать целые искусственные биогеоценозы. Понятно, что такая деятельность неизбежно требует серьёзных затрат.

Само по себе производство продовольствия не исчерпывает проблемы питания человечества. Огромное значение имеет качество пищи, прежде всего достаточное количество в ней необходимых белков, витаминов и минеральных веществ. Недостаток

последних приводит к массовым эндемическим (то есть свойственным данной местности) заболеваниям. Так, например, многие регионы мира испытывают дефицит химически связанного йода[33], что ведёт к распространению заболеваний щитовидной железы и другим гормональным патологиям у населения, включая врождённый кретинизм. В странах, где рис является основным и почти единственным продуктом питания большинства жителей, широко распространена болезнь бери-бери, являющаяся следствием дефицита витамина В, (тиамин) и способная привести к смерти от паралича и сердечной недостаточности.

Другая проблема, с которой человечество сталкивается на протяжении всей своей истории, — это проблема хранения и транспортировки продуктов питания.

Человеку известны десятки тысяч съедобных растений, однако только 30 из них широко используется в качестве сельскохозяйственных культур. Четыре культуры — пшеница, рис, кукуруза (маис) и картофель — в основном кормят человечество. Продукты животного происхождения (мясо, рыба, молоко, яйца) обходятся гораздо дороже в производстве, а потому до сих пор малодоступны для большинства людей. Дело в том, что для получения мясо-молочных продуктов домашним животным скармливается большое количество зерна (кукурузы и сои) и значительная часть (до 30 %) мирового улова рыбы. В соответствии со вторым началом термодинамики и правилом «10 %» (см. п. 3.2) доля изначальной солнечной энергии, получаемая конечным потребителем — человеком от животной пищи, в целом оказывается в 10 раз меньше, чем при вегетарианской диете. Это можно

видеть из схемы пищевых цепей человека, показанной на рис. 5.7. В результате продукты животного происхождения оказываются до сих пор недоступны большинству населения планеты просто по экономическим причинам.

Тем не менее в опасной гонке между ростом народонаселения и производством продуктов питания, предсказанной Мальтусом (см. п. 1.2 и рис. 1.3), человечество пока умудряется не проиграть. Это достигается за счёт развития сельского хозяйства, которое может идти двумя путями: экстенсивным и интенсивным. Их сравнительные характеристики приведены на рис. 5.8.

Экстенсивный путь развития состоит попросту в увеличении площадей, занятых под сельскохозяйственное производство.

Рис 5 7 Две основных пищевых цепи человека. При питании растительной пищей человек получает 10 калорий из каждых 100 калорий солнечной энергии, военной полевыми культурами (рис, пшеница, картофель, кукуруза », . д.),, * 90 калорий растения рассеивают в виде тепла в основном за счетЛиспарения воды При питании продуктами животноводства человек получает только 1 калорию из 100, полученных растениями от Солнца

Рис. 5.8. Сравнительные удельные уровни экологического ущерба, затрат труда, капитала, энергии (в виде горючего или электроэнергии) и земли на единицу продукции при различных типах сельскохозяйственного производства

ципе, так как площади, пригодные для распашки или под пастбища, ограничены. Большая часть этих площадей в настоящее время занята тропическими лесами, вырубка которых может привести к тяжелейшим природным катастрофам. И вместе с тем печальный опыт человечества показывает, что такое развитие оказывается экономически неэффективным в перспективе и экологически убийственным даже на коротких отрезках времени.

Дело в том, что сведение лесов и распашка целинных степей без принятия соответствующих мер ведёт к сильнейшей эрозии почв, при которой тонкий плодородный слой не столько даже истощается, сколько смывается поверхностными водами и уносится ветром при пыльных бурях. В результате недавно освоенные земли теряют плодородие и часто забрасываются, но при этом далеко не всегда на них восстанавливаются природные экосистемы. В совсем недавнем прошлом, в начале XX века, такая судьба постигла огромные пространства прерий в Северной Америке. Они были распаханы и уничтожены (при этом погибло множество уникальных видов животных и дикорастущих растений), а потом из-за эрозии почв и пыльных бурь заброшены и

только теперь медленно восстанавливаются.

Альтернатива состоит в интенсивном развитии сельскохозяйственного производства, основанном на повышении урожайности возделываемых земель и разведении высокопродуктивных пород скота. В 50-х годах XX века этот процесс происходил в индустриально развитых странах, и его основой послужили широкое внедрение новых высокоурожайных сортов и массированное применение минеральных удобрений и ядохимикатов — пестицидов для борьбы с «вредителями» и сорняками»[34] и болезнями растений {пестициды — от латинских слов pestis — зараза и caedo — убивать). Одновременно в практику земледелия вводи- [ись щадящие методы обработки земли, минимизирующие нарушения структуры почвы и снижающие её эрозию. За счёт этого в 1950—70 гг. произошёл многократный рост урожайности в индустриально развитых странах Северной Америки и Европы. Эту перестройку сельского хозяйства назвали «первой зелёной революцией». Однако она требовала значительных капиталовложений в новую сельскохозяйственную технику, развития соответствующих отраслей химической промышленности и больших затрат энергии, получаемой от ископаемого топлива (горючее для техники и электроэнергия для оросительных систем и индустриального животноводства). Поэтому эта схема оказалась «по карману» только экономически развитым, богатым странам. Проблем относительно бедных и густонаселённых стран Юга она не решила, и там продолжал практиковаться экстенсивный подход.

В конце 1960-х годов многолетними усилиями генетиков и селекционеров были получены совершенно новые сорта риса и пшеницы, отличающиеся высокой урожайностью, устойчивостью к болезням и коротким периодом созревания (время вегетации). У этих сортов стебли короче и механически прочнее, чем у обычных, а потому способны нести очень крупные и тяжёлые колосья.

Две зелёные революции, существенно облегчив решение проблемы питания быстрорастущего человечества (мировое производство зерна выросло более чем пятикратно), привели, однако, к возникновению новых проблем.

Во-первых, резко возросла энергоёмкость сельского хозяйства, на нужды которого расходуется примерно 12 % мирового производства нефти.

Во-вторых, примерно десятикратный рост применения азотных и фосфатных удобрений привёл к засорению ими пресных, а в некоторых случаях и морских вод. В результате водоёмы эвт- рофицируются, в них гибнет рыба, а вода становится непригодной для использования или требует сложной и дорогой очистки.

В-третьих, качество продуктов питания во многих случаях снижается. Например, многие растения поглощают соединения азота по принципу «сколько дадут», и плоды насыщаются нитратными соединениями. При этом не только ухудшаются их вкусовые качества. Нитраты, попав в организм человека, превращаются в нитриты (соли азотистой кислоты HN02). опасные соединения, обладающие, помимо общей токсичности, канцерогенным действием, то есть способные провоцировать возникновение раковых опухолей. Другим примером может служить использование для ускоренного выращивания скота и птицы гормональных добавок. У людей, систематически потребляющих это мясо, часто возникают гормональные отклонения.

В-четвёртых, широкое применение пестицидов связано с опасностью отравления людей, как острого в результате небрежности, так и систематического, ведущего к опасным хроническим заболеваниям.

Рис 5 9 Пищевые пирамиды, на вершине которых находится человек. Приведены средниГоцёнки увеличения концентраций. Последовательная кумуляция опасного токсиканта в каждом звене приводит к росту его концентрации в

100 000—1 000 000 раз

В-пятых, кумуляция пестицидов ведёт к вырождению и гибели многих видов высших животных. Грызуны, насекомые, растения и бактерии, для уничтожения которых предназначены пестициды, сравнительно быстро вырабатывают устойчивость к ним. В тоже время естественные враги этих фитофагов накапливают в своих организмах большие концентрации ядохимикатов, гораздо менее способны выработать устойчивость к пестицидам и погибают (рис. 5.10). В результате возникает порочный замкнутый круг: для сохранения урожая приходится прибегать к всё более сильным пестицидам во всё больших количествах, но эти меры оказываются всё менее эффективными. Вместо желаемой гибели вредителя происходит раскачка численности его популяции, и провоцируются процессы, подобные показанным на рис. 1.6 и 1.12.

Указанные обстоятельства привели к тому, что в конце XX века фактически началась и сейчас развивается «третья зелёная революция», отличительными особенностями которой являются: внедрение методов генной инженерии в практику созда ния новых сортов и даже видов сельскохозяйственных ку льтур и высокопродуктивных пород скота[35]; отказ от массированного применения химических удобре ний и замена их по возможности биогенными удобрениями (навоз, компост и т. д.), возвращение к практике севообо ротов, когда с целью насыщения почвы связанным азотом вместо внесения азотных удобрений производится перио дический посев клевера, люцерны (служащих прекрасным кормом для скота) и других растений семейства бобовых; создание особо нетребовательных, но высокоурожайных сортов, устойчивых к засухе и болезням; замена пестицидов узконаправленными биологическими методами борьбы с вредителями посевов, а при необходи мости использование только короткоживущих пестицидов, распадающихся на безвредные вещества под действием света или вследствие окисления в течение нескольких ча сов или дней.

Рис 5 10 Пищевые цепи, по которым движутся пестициды. Последовательная кумуляция в каждом звене приводит к росту их концентраций в живых организмах в 100-1 000 000 раз (сравните с рис. 5.9). Соответственно от них больше всего страдают насекомоядные и крупные хищники - естественные враги кровососущих насекомых, насекомых-фитофагов и грызунов

С природоохранной точки зрения наиболее существенными чертами третьей зелёной революции является резкое снижение объёмов применения химических удобрений и пестицидов. Это приводит к резкому улучшению состояния пресноводных экосистем и вообще всех природных биоценозов, соседствующих с сельскохозяйственными угодьями. Среди биологических методов борьбы с насекомыми-вредителями наибольшее развитие получили:

. разведение и распространение возбудителей заболеваний конкретного вида вредных насекомых-фитофагов или раз- ведение и привлечение на поля их природных врагов — хищных насекомых;

• обеспечение благоприятных условий для насекомоядных птиц в частности, с помощью лесонасаждений, создающих места для гнездовий, - приём хорошо известный с давних времён;

использование домашней птицы для очистки садов от на секомых, слизней и сорных трав; использование феромонов и гормонов.

Последний метод постепенно получает всё большее распространение. У большинства насекомых самка, готовая к спариванию, вырабатывает несколько микрограмм специфического для данного вида летучего феромона — аттрактанта, который самцы данного вида обнаруживают на расстоянии до километра (см. п. 3.6). Синтезированные феромоны используют для заманивания самцов в ловушки с сильными токсическими веществами, чем практически полностью лишают популяцию вредителей возможности размножаться. Другой подход заключается в использовании феромонов для привлечения на поля хищных насекомых. С помощью гормонов вызывают отклонения в жизненном цикле насекомых, что также приводит к гибели их популяции.

Основные преимущества этого вида защиты заключаются в его абсолютной избирательности. Уничтожая вредителя, эти вещества никак не действуют на другие виды. Кроме того, вредитель не может выработать генетической (врождённой) устойчивости к этим веществам в отличие от обычных пестицидов.

Новые подходы, особенно в части использования методов генной инженерии, подвергаются достаточно яростной критике. И далеко не всегда по существу, а в силу того, что ущемляют экономические интересы целых отраслей промышленности и стран-экспортёров сельскохозяйственной продукции. Особым атакам подвергаются полученные трансгенным путём новые сорта и даже виды растений и сельскохозяйственных животных, что вряд ли обосновано. Вместе с тем применение генной инженерии в ряде случаев и прежде всего в медицине действительно может привести к труднопредсказуемым негативным последствиям как биологическим, так и социальным.