Поедая растительную или животную пищу, животные используют энергию съеденных органических соединений, окисляя их внутри своего организма и получая, таким образом, необходимую им энергию. Как и всякое животное, человек расходует энергию, получаемую им от окружающей природы, на строительство организма, на механические перемещения, на самовоспроизводство. Человек должен компенсировать свои энергозатраты, затраты на совершение механической работы по перемещению веществ и собственному передвижению, на осуществление вегетативных процессов, нервных процессов, теплопотерю. Все эти затраты и покрываются пищей, которую человек должен добыть и съесть; пища же преобразуется в нужные формы энергии в человеческой энергомашине. Это предполагает определенную работу человека по самообеспечению. Кроме того, молодые и старые члены коллектива не способны добыть пищу. Если общество решает, что их надо кормить, то необходимо увеличивать производство съедобных веществ и других продуктов, необходимых для жизнедеятельности человека, то есть один работоспособный должен прокормить больше, чем одного себя.

Дело, однако, осложняется тем, что большая часть энергии солнца запасается именно в несъедобных веществах. Съедобные органические вещества могут быть как растительного, так и животного происхождения. Но далеко не все растения и животные их образуют, а только некоторые из существующих. Для человека спектр съедобных веществ ограничен. Например, очень сложно употреблять в пищу некоторые виды насекомых (хотя, конечно, можно). Здесь мы впервые встречаемся с понятием полезности в данном случае съедобного вещества: уже на уровне первичных съедобных веществ возникает понятие большей полезности (к которым человек имеет больше предпочтений) одних представителей растительного и животного мира и меньшей полезности других. Другими словами, некоторые растения или животные более полезны с точки зрения пропитания человека, несмотря на одинаковый запас энергии в соответствующих органических веществах. Например, можно, конечно, какое-то время питаться хвоей, но удобнее и безопаснее делать это, поедая зерно, а еще лучше — мясо животных. Итак, среди органических веществ, образуемых растениями и животными, не все могут быть использованы человеком в пищу. В свою очередь, доля съедобных веществ в растениях разная, причем, энергии в съедобных веществах всегда меньше общего количества энергии, запасаемой растениями.

Кроме пищи, человек нуждается в защитных приспособлениях, препятствующих его переохлаждению или перегреванию в местах, не оптимальных с точки зрения биологии человека. Наконец, человек сам нуждается в передвижениях для удовольствий, а не только для выполнения всех видов механической работы, направленной на увеличение доли съедобных веществ. Человек уже длительное время живет в ноосфере, представление о которой сформулировано замечательным советским ученым Вернадским. Если мы подсчитаем, какое количеств энергии (через ее эквивалент — теплоту) вырабатывается человеком, то станет ясно, что тепловая продукция, потребляемая одним человеком, давно превосходит все возможности выработки такой продукции самой человеческой энергомашиной (теплопродукция человеческой энергомашины позволяет грубо оценить всю энергию, прямо использованную человеком для строительства организма и совершения механической работы). Причем, если учесть, что основная часть энергии тратится не для того, чтобы перемещать человека, а на создание искусственной жилой среды и производство приспособлений для защиты от холода и на производство большего количества съедобных веществ, то станет ясно, что человек давно уже живет в долг у природы.

Итак, для того чтобы выжить, человек должен находить съедобные органические вещества, съедать их, используя затем заключенную в них энергию для совершения механической работы и для строительства собственного тела. По сути, человек является энергетической машиной по превращению химической энергии в работу. Однако человеческая энергомашина способна перерабатывать не все органические вещества, а только съедобные, то есть те, которые организм человека способен расщеплять. Потребляя съедобные органические вещества, человек использует запасенную в них энергию солнца.

Он может также использовать для производства механической работы и создание нужных несъедобных вещей другие энергетические машины, как, например, домашних животных, двигатель внутреннего сгорания и др., расходуя в них энергию несъедобных веществ или органических веществ, запасенную природой ранее, или используя солнечную энергию, запасаемую в несъедобных органических веществах

Для того чтобы понять сущность поведения человека, надо уяснить, что перед человеком как животным (мы пока не касаемся его социальной сути) все время стояла и стоит задача улучшить свой энергобаланс — сделать так, чтобы доля съедобных (а сейчас и других полезных для человека) веществ на земле увеличилась. Суть эволюции человека как биологического существа— это конкуренция с другими видами за пищу и пространство. Правда, некоторые животные, живущие рядом с человеком, например, коровы и крысы, тоже получили преимущество. Рост населения и новых потребностей привели к тому, что энергии только съедобных и других органических веществ, которые используются для обогрева, перестало хватать даже для воспроизводства.

Какие же способы борьбы с энергодефицитом использовались или будут использованы человечеством? Можно вычленить два главных способа увеличения или перераспределения в пользу человека доли съедобных веществ и других продуктов, необходимых человеку для выживания.

Борьба с видами-конкурентами за съедобные органические вещества, синтезируемые без какого-либо участия человека. В настоящее время у человека почти нет конкурентов в животном мире. Тем не менее борьба с саранчой, вредными насекомыми или крысами и мышами, поедающими зерно в амбарах, относится к этому способу. Борьба с конкурентами ведет к тому, что человек постепенно вытесняет весь остальной животный и растительный мир, не способный создавать съедобные для человека органические вещества и другие полезные вещества.

Наконец, можно увеличить долю съедобных и других полезных веществ, получаемых на Земле растениями и животными. Для этого есть несколько путей.

А. «Биологический путь».

а) Расширение круга органических веществ, которые через ряд промежуточных стадий можно превратить в съедобные органические вещества или предметы, необходимые для защиты от окружающей среды. Например, засеивается поле травы. Трава поедается жвачными домашними животными, которые, в свою очередь, поедаются людьми. Тем самым трава, которая не может поедаться человеком, превращается жвачными животными в молоко или мясо, уже пригодные для поедания человеком. В общем случае несъедобные вещества перерабатываются в съедобные с помощью других биологических организмов.

б) Увеличение количества съедобных веществ с помощью использования привлекаемых энергомашин, способных использовать для своей работы органические вещества, несъедобные для человека. Например, лошадь пасется на лугу и питается травой, которую человек все равно не съест. Она съедает целлюлозу, которую человек не может переварить, но с помощью лошади вспахивается поле и выращивается пшеница, съедобная для человека.

в) Та же целлюлоза может быть использована для обогрева человека или человеческого жилища либо через сжигание и нагрев, либо через создание одежды, защищающей от охлаждения, что позволяет человеку расширить среду обитания и поле добычи съедобных веществ.

г) Наконец, в список мер по расширению доступной и удобной энергии входит борьба с теми растениями (сорняками), которые дают мало съедобных веществ, и поощрение роста тех растений и животных, которые дают много съедобных веществ. Увеличение доли съедобных органических веществ, производимых природой, возможно, например, путем замены леса пшеничным полем, что позволяет увеличить долю съедобных веществ, генерируемых растительным миром на данном участке земли. Другой путь — растения, продуцирующие низкое количество съедобных органических веществ, заменяются (через создание новых сортов и т. п.) новыми видами/сортами растений. Путем изменения наследственности растений и животных можно увеличить их способности производить именно съедобные и другие полезные вещества. Все эти способы требуют совершения большого количества механической работы: для борьбы с растениями-сорняками надо перепахивать почву, тратить много сил на научные исследования, позволяющие вывести новые сорта.

Б. «Потребление „исчерпаемых“ ресурсов». Использование для совершения механической работы запасов органических веществ, ранее накопленных растениями: нефти, угля, газа… Использование атомной энергии (атомная энергия была запасена при образовании Земли в тяжелых атомах, таких, как атом урана), использование термальной энергии, использование химической энергии, запасенной неживой природой со времен образования Земли. Также можно использовать эту энергию для прямого синтеза съедобных органических веществ.

В. «Потребление „неисчерпаемых“ ресурсов». Использование для совершения механической работы энергии ветра и воды, всей или даже дополнительной энергии, получаемой от солнца, термоядерной энергии.

Ведь, как уже указывалось, кроме солнечной энергии, запасенной в органических веществах, есть еще энергия воды и воздуха, образующаяся при нагреве атмосферы солнцем. Она также может быть использована человеком для совершения механической работы. Кроме того, возможно использование солнечной энергии для прямого синтеза съедобных органических веществ в искусственных системах, например, на искусственных мембранах, содержащих хлорофилл, а также использование химической энергии, уже накопленной растениями, для прямого синтеза съедобных органических веществ.

Способы, связанные с непосредственным промышленным синтезом съедобных веществ, имеют скорее теоретическое, чем практическое значение, поскольку пока существенно уступают по экономической эффективности натуральным процессам. Наконец, поток солнечной энергии, падающий на Землю, изменить пока невозможно, но вот использовать более эффективно падающую и ту часть энергии, которая не попадает на Землю, можно путем применения космических аппаратов.

В начале своего развития первобытный человек жил чаще всего в пещерах, не имея одежды, и потреблял энергию только в виде съедобных веществ. Однако по мере накопления знаний человек мог улучшить свой энергобаланс. Человек мог выкапывать коренья рукой, обдирая ногти, мог делать это с помощью палки или, наконец, с помощью лопаты. В этом ряду с каждым новым усовершенствованием на единицу затраченной энергии, произведенной человеческой энергомашиной, получалось все больше полученных для съедения питательных веществ (при прочих равных условиях). Поработав часок с палкой, человек мог сделать столько же, сколько при работе в течение 4 часов с использованием только пальцев и ногтей. Следовательно, орудия труда, сделанные на основе опыта поколений, помогали экономить энергию съедобных веществ, используемую для добывания пищи.

Затем, по мере расширения ареала обитания, человек стал нуждаться также в одежде. Вначале одежда делалась из шкур убитых животных. После изобретения прядения и ткачества она стала производиться из волокон растительного и животного происхождения. Все эти предметы и продукты питания добывались человеком таким образом, что он вынужден был тратить энергию для их добычи. Он тратил энергию на передвижение, на наклоны, когда собирал коренья, на лазание по деревьям за орехами, на преследование зверей во время охоты и т. д. Таким образом, человек тратил часть энергии, произведенной его энергомашиной из съеденных веществ, на то, чтобы добыть новые источники энергии, а также средства для защиты себя от окружающей среды, либо средства на изготовление этих средств. Энергия пищи преобразовывалась в орудия труда, одежду. Развитие человеческого сообщества (вне сообщества человек не может стать человеком) привело к тому, что появилась масса новых потребностей, зачастую действительно необходимых для самовоспроизводства при новых условиях обитания, зачастую — нет. Прекратите отапливать квартиры в России— и люди будут гибнуть, уходить в частные жилые дома или двинутся в южные страны. С другой стороны, вполне возможно прожить без личной автомашины или без видеомагнитофона.

Существует несколько общих способов повышения эффективности выполнения механической работы (с точки зрения экономии затрат человеческого труда, то есть с точки зрения экономии энергии съедобных органических соединений).

Повышение эффективности труда самого человека путем создания более совершенных орудий труда и быта. Например, лопата, лебедки или ткацкие станки с мускульным приводом существенно увеличивают количество продукта труда на единицу энергетических затрат человеком.

Использование для этой цели других энергетических машин. Энергомашина — это искусственное или естественное (биологическое) устройство, которое целенаправленно использует энергию энергоресурсов (осуществляет переход одного вида энергии в другой) для перемещения и преобразования вещества для того, чтобы придать ему форму полезного человеку продукта в виде вещества или информации. Человек сам по себе как биологическое существо является энергомашиной. Кроме собственной энергомашины, можно выделить привлекаемые энергомашины, которые могут быть естественного или искусственного происхождения.

Энергомашины естественного происхождения. К ним мы относим домашних животных, микробиологические организмы и растения. Например, лошадь преобразует энергию, запасенную в сене, в полезную для человека работу.

Искусственные энергомашины — это механические устройства, обладающие свойствами энергомашин, то есть способностью преобразовывать один вид энергии в другой (не только за счет органических веществ, создаваемых растениями), вещества и тела из одного вида в другой, способствуя экономии съедобных органических веществ.

В нашем понимании рычаг — это не энергомашина, потому что непосредственно в самом рычаге нет перехода одного вида энергии в другой. Энергия при применении рычага видоизменяется не в самом рычаге (хотя в нем есть потери от трения, механическая энергия переходит в тепловую), а в энергомашине человека или привлекаемой энергомашине (химическая энергия переходит в механическую). Искусственные энергомашины позволяют использовать другие виды энергии (не только органические вещества, создаваемые растениями) для выполнения механической работы. Парус позволяет с меньшими затратами съедобных соединений перевозить продукты труда. Так же ветряная мельница, водяная мельница, паровая машина, электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания и другие машины позволяют использовать потенциальную и кинетическую энергию ветра, воды, угля, нефти и газа, ядра для выполнения механической работы, связанной с созданием продукта труда.

Среди энергоносителей можно выделить пищу для человека, пищу для рабочих домашних животных, уголь (паровая машина), ветер (ветряные мельницы и паруса), дрова, воду (водяные движители и гидроэлектростанции), нефть (двигатель внутреннего сгорания), атомную энергию (АЭС), а в будущем, возможно, тяжелые атомы водорода в термоядерной энергетике. В целом современный человек тратит на механическую работу гораздо больше энергии через различные небиологические энергомашины, чем через биологические энергомашины. Очень интересен пример парусника. Технология по расположению и конструкции парусов позволила исключить мускульную силу гребцов (энергию человеческой энергомашины) в качестве основного движителя корабля. Энергия ветра улавливается парусами и умножает силу матросов. С созданием современного парусного вооружения появилась возможность с достаточно небольшим экипажем совершать дальние плавания. Небольшой экипаж позволял брать запасы продовольствия, пригодные для дальних путешествий. Но в данном случае используется (эксплуатируется), в конечном счете, энергия Солнца. Энергозатраты матросов, управляющих современным парусником, ни в какое сравнение не идут с энергозатратами гребцов на галерах. Однако получаемая работа на одного матроса в сотни раз выше, чем на одного гребца, да и качество транспорта (скорость доставки, надежность) гораздо выше. Работа, которая произведена с помощью одного грузового автомобиля, гораздо больше, чем суммарные энерготраты на его производство. Общим в этих примерах является то, что человек использует в своем труде энергию солнца и ветра, продуктов переработки нефти, угля, газа и взрывчатых веществ для совершения полезной механической работы. Используется все: и машины, и человеческий труд.

Исследователь Подолинский первым обратил внимание на то, что результат трудовых усилий человека превышает его собственные энергозатраты. Чтобы подчеркнуть эту мысль, Кузнецов в предисловии к книге Подолинского образно пишет, что КПД труда человека выше 100 % (здесь имеется в виду отношение результата труда человеческой энергомашин к затратам самой энергомашины, без учета других источников энергии). Подолинский анализирует этот вывод в своей книге на примере выращивания зерна пшеницы. Точно так же можно вывести, что если суммировать энергозатраты взрывника и даже энергетические затраты других людей на производство взрывчатых веществ в целом, то они будут гораздо меньше работы, произведенной взрывником с помощью взрыва. Управляя искусственной или естественной энергомашиной, человеческий труд действует как переключатель, триггер, малыми усилиями направляющий энергию этой энергомашины на созидание, на пользу человеку.

Под энергоресурсом мы понимаем источник энергии, расходуемой на производство продукта труда. Энергоресурсы — это дрова, ветер, вода (мельницы и гидроэлектростанции), уголь, газ и нефть, уран и внутренняя энергия Земли… Наиболее удобной формой энергии с точки зрения передачи и превращения ее в механическую работу является в настоящее время электричество. Паруса, ветряки, водяные мельницы, гидроэлектростанции, тепловые электростанции, атомные электростанции — вот последовательный ряд энергомашин, созданных трудом человека. За последние 200 лет энергопотребление цивилизации возросло в пять раз. Это привело к увеличению средней продолжительности жизни вдвое, в два раза сократило рабочую неделю и позволило не только обеспечить продуктами питания возросшее в шесть раз население планеты, но и существенно улучшить его быт, облегчить условия труда.

В истории человечества можно условно выделить следующие эры технологии на основе смены основных источников энергии, используемых в производственных процессах:

1. Домашние животные и земледелие.

2. Древесный уголь (плавление бронзы и железа).

3. Водяные мельницы.

4. Ветряные мельницы. Уже требуется железо для создания более совершенных механизмов.

5. Каменный уголь как заменитель дров (отопление).

6. Каменный уголь как источник энергии пара (паровые машины).

7. Гидроэлектроэнергия и нефть, газ (двигатель внутреннего сгорания).

8. Информационная эра (увеличение КПД двигателей, экономия энергоресурсов и открытие принципиально новых, таких, как атомная энергия, улучшение управления).

К настоящему времени человечество освоило следующие способы извлечения энергии из природы:

ЭНЕРГИЯ СВЕТОВОГО ДНЯ. Способы: охота, рыболовство и собирательство, скотоводство и земледелие; домостроительство. Источники: солнечный свет, растения и животные.

ЭНЕРГИЯ ОГНЯ. Способы: отопление жилища, освещение жилища, приготовление пищи, плавление металлов, двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели. Источники: растения, каменный и древесный уголь, нефтепродукты и природный газ)

ЭНЕРГИЯ ВОДЫ. Способы: водяные мельницы, гидроэлектростанции. Источники — движения водных толщей.

ЭНЕРГИЯ ВОЗДУХА. Способы: парус, ветряные мельницы, воздухоплавание, ветряные электростанции. Источники — ветры и воздушные потоки.

ЭНЕРГИЯ МОЛЕКУЛЫ, АТОМА И ЯДРА. Способы: аккумуляторы, электродвигатели-генераторы, трансформаторы, ускорители элементарных частиц, лазеры. Источники: неподвижные и движущиеся заряды (потенциалы).

В этой главе мы сделаем следующий шаг к рассмотрению влияния сельского хозяйства на развитие общества. Для этого нам придется привести ряд сведений из учебников, которые, мы уверены, читатели уже подзабыли. Эти сведения необходимы для понимания нашей логики.

Каждый народ, нация, государство находятся на определенной территории, характеризующейся своей продуктивностью (на данный момент времени и при данной технологии) сельского хозяйства. Эта территория отличается своим климатом, продуктивностью почв.

Главной отличительной чертой деятельности человека в области земледелия (особенно на территории России) является почти полное отсутствие контроля непосредственного производителя над ходом «производственного процесса» — развития растений — по сравнению, например, с промышленной деятельностью. Человек бессилен в создании оптимальных климатических условий для этого развития, достаточно слаба зависимость между вложением труда в земледелие, с одной стороны, и результатом этой деятельности в виде урожая, с другой.

Важнейшим фактором является выбор главной технологии сельского хозяйства. Как показал опыт, выбор цивилизации во многом является производным, зависимым от выбора сельскохозяйственной технологии, хотя очень часто сказать, что первично: курица или яйцо, невозможно. Пшеница, рис и кукуруза явились результатом очень долгого и трудного отбора и бессчетного ряда экспериментов, определив выбор цивилизации. Пшеница, требующая, чтобы земля регулярно отдыхала, позволяет и предполагает занятие животноводством: можно ли вообразить историю Европы без домашних животных, плугов, упряжек, повозок? Культура же риса возникает на основе своего рода огородничества, интенсивного земледелия, не оставляющего места для животных. Интересно, что система латифундий, крупных сельскохозяйственных предприятий, в рисопроизводстве не утвердилась. Что касается кукурузы, то, по мнению Броделя, это, несомненно, самая удобная культура, из нее легче всего готовить повседневные блюда, ее возделывание оставляет немалый досуг — отсюда привлечение крестьян к государственным работам и циклопические памятники индейских цивилизаций.

Растения, создающие съедобные для человека вещества, растут на территории, которая характеризуется определенной площадью, степенью плодородия почвы, в том числе наличием минеральных веществ, главным образом, солей калия, азота и фосфора; доступностью солнечных лучей и воды. В отличие от горной породы, характерным и неотъемлемым свойством почвы является ее плодородие — способность обеспечивать растущие растения питательными веществами и влагой и тем самым участвовать в создании урожая. В зависимости от условий образования почвы природное плодородие может достигать различного уровня. Почва служит основным средством сельскохозяйственного производства и всеобщим предметом человеческого труда. Подвергаясь воздействию человека, она приобретает эффективное плодородие, которое зависит от уровня науки и техники, от системы обработки и используемых культур. Если вода не является дефицитом, солнечный свет одинаково доступен, а среднегодовые температуры более или менее одинаковы, то главным становится наличие минеральных веществ. Основным источником фосфора и калия являются грунт, камни, содержащие соединения фосфора, и находящиеся в глубине минералов соли калия. Хотя обычно фосфорные соли плохо растворимы, но в целом их хватает для определенного уровня синтеза органических и, прежде всего, белковых веществ. Точно так же ведут себя соли калия, также необходимые растениям. Соли азота встречаются в минералах на поверхности земли достаточно редко, а в почве они быстро поглощаются растениями, однако существенная часть нитратов попадает в почву из атмосферы — так называемый азотофиксирующие бактерии могут превращать азот воздуха в нитраты.

К безусловно необходимым для растений относятся семь элементов: азот, фосфор, калий, сера, железо, кальций, магний. В значительных количествах растения потребляют кальций и магний. При урожаях зерновых 20–30 ц с 1 га они выносят за год из почвы от 20 до 40 кг СаО и почти столько же магния (MgO), а бобовые травы и овощи поглощают кальция в 10 раз больше, чем зерновые. Много потребляют растения и серы: от 15 до 75 кг S03 на 1 га. При научно обоснованной системе питания растений требуется учитывать нуждаемость их во всех питательных веществах и удовлетворять ее путем применения различных органических и минеральных удобрений.

В земледелии после получения урожая обычно основная масса органики вывозится с поля для поедания людьми или животными. Это приводит к тому, что почвы быстро истощаются по азоту, фосфору и калию (для простоты здесь мы не разбираем проблемы засоленности почв и проблему микроэлементов). Но если соли азота могут производиться особыми азотофиксирующими бактериями, живущими в корнях ряда растений и поэтому после их посева содержание нитратов в почве может быть со временем восстановлено, то для фосфора и калия эта проблема так просто решена быть не может. Поэтому для того, чтобы иметь большую урожайность, необходимо заботиться о постоянном внесении удобрений Или, по крайней мере, резком уменьшении удаления данных минеральных веществ из почвы. Для этой цели в почву вносится навоз, фекалии крупного рогатого скота, в котором стебли и листья растений, содержащие калий, азот и фосфор, уже частично переработаны бактериями. При внесении навоза почва делается более «доброй», поэтому процесс внесения навоза назван удобриванием почвы, а вещества, улучшающие плодородие, удобрениями.

При уборке урожая с поля увозят только часть растений; их корни и начальная часть стебля остаются на поле. Они разрушаются бактериями. Плодородие почвы создается микроскопическими тружениками — живыми организмами, обитающими в ней. Общая численность микроорганизмов в почве очень велика. В одном грамме хорошей пахотной почвы насчитываются миллиарды микробов, что может сравниться с численностью населения всего земного шара. Поэтому, несмотря на ничтожный размер каждого организма в отдельности, общий вес массы микробных тел в почве составляет весьма внушительную величину. Так, например, в пахотном слое одного гектара чернозема он может достигать 100 тонн. В почве всегда можно найти главнейшие группы микроорганизмов: различные бактерии, дрожжи, плесневые грибки. Вся масса микроорганизмов распределена в почве неравномерно. Поверхностные слои почвы, благодаря иссушению, действию солнечных лучей, содержат меньше микроорганизмов, чем слои, непосредственно под ними лежащие. Больше всего микробов содержится в пахотном слое 5–15 см. И конечно, излюбленное место их обитания — это корни растений. Наибольшее количество микроорганизмов в почве обнаруживается весной и осенью. Необходимые питательные вещества растения получают из почвы в виде простых, легко усвояемых веществ, благодаря минерализации микроорганизмами более сложных соединений. Разложение попадающих в почву растительных и животных остатков происходит под воздействием микроорганизмов постоянно. Добывая из этих сложных соединений нужные для своего существования вещества, микроорганизмы при этом образуют и соединения, необходимые для питания растений. Отмирая каждые 20 минут, из своих тел они формируют плодородный слой в виде гумуса. Поэтому, питание растений тесно связано с работой микробов почвы.

Почвенно-поглощающий микробиологический комплекс находится в известном симбиозе с растением и поставляет ему элементы питания в наиболее приемлемых для растения формах, причем самому растению зачастую совершенно не обязательно получать и иметь эти элементы для нормального функционирования в органической форме, оно может получать и иметь их и в минеральной форме. Отсутствие почвенно-поглощающего комплекса в гидропонной системе питания интенсивной светокультуры заставляет растение иначе реагировать на элементы питания, которые ему дает человек.

Наиболее важны азотфиксирующие бактерии, которых очень много в корнях некоторых растений, таких, как, например, клевер, гречиха, которые поэтому не нуждались в азотных удобрениях и, напротив, увеличивали после себя содержание азота в почве. Тем самым, эти растения используется для повышения урожайности. Гречиха хороша также и для борьбы с сорняками, поскольку ее густая листва не пропускает солнечные лучи к сорнякам и не дает им произвести семена. Именно из-за вышеописанных свойств она была широко распространена в России, а не из-за своей крупы, из которой делали знаменитую кашу. Но для того чтобы эти бактерии могли химически связывать азот, почва должна быть хорошо аэрирована, то есть обогащена воздухом. Часть растений: их корни и начальная часть стебля остается на поле. Они разрушаются бактериями. Процесс переработки бактериями растительных остатков ведет к освобождению азота, фосфора и калия в верхнем слое глубиной до 6 см в 24 раза активнее, чем в слое ниже глубины 14 см. Бактерии, разрушая органические вещества, приводят к повышению двуокиси углерода в тонком слое над поверхностью земли. Воистину, земледелие — самое большое микробиологическое производство на земле.

Интересно, что из насыщенного органикой поверхностного слоя почвы двуокиси углерода выделяется в 2–4 раза больше, чем при глубокой вспашке с оборотом пласта. Фосфор и калий могут также извлекаться из глубины земли длинными корнями деревьев. Вследствие этого продуктивность биологической массы (всех органических веществ в целом), создаваемая лесом, выше, чем травой на поле, именно поэтому в средней полосе России лес быстро вытесняет луг. В засушливой же зоне деревьям труднее поддерживать жизнь в период относительного безводья и поэтому степные травы, приспособленные к малому количеству выпадающих осадков за счет быстрого периода роста и образования семян, успешно противостоят лесу.

Когда урожай вывозится с поля, то часть азота, фосфора и калия удаляется и, следовательно, в следующий раз урожайность почвы будет снижаться. Этого не будет наблюдаться, если только оставить почву долго «отдыхать», пока составляющие ее породы будут разрушаться далее, высвобождая дополнительные фосфор и калий, а достаточное количество азота будет помещаться туда азотсодержащими бактериями. Это и есть естественное восстановление плодородия через разложение составляющих почву кусочков на минералы. Пусть этот процесс и медленный, но он идет и очень важен. А в случае засоления почвы из-за чрезмерного полива и растворения минералов, наоборот, этот процесс идет слишком быстро (что тоже плохо). Однако, земля давно уже заселена настолько плотно, что ее заведомо не хватает на то, чтобы полагаться на многолетнее естественное восстановление плодородия почвы; обрабатывать ее приходится намного больше.

Поэтому для роста сельскохозяйственного производства нужны естественные (навоз, компост) или искусственные (минеральные) удобрения. Кроме навоза можно использовать соли калия, фосфора и азота, содержащиеся в ряде минералов, из которых готовятся фосфорная мука и калиевые удобрения. В мире есть залежи фосфатов и калийных удобрений, меньше разведано азотистых минеральных веществ, но их производство возможно (и уже широко распространено) в химической промышленности. Использование минеральных удобрений требует затрат механической энергии по их извлечению, дроблению, перевозке, разбрасыванию. Все это надо делать или используя рабочий скот, или же используя машины и невозобновляемые энергоисточники энергии. Следовательно, для применения минеральных удобрений необходимы техника и горючее. Для производства минеральных удобрений нужна не только технология и источники энергии, но нужны также подготовленные люди. Производство аммиака из воздуха, например, очень энергоемко.

Азотфиксирующих бактерий очень много только в корнях некоторых растений, таких, как, например, клевер, гречиха, которые поэтому не нуждались в азотных удобрениях и, напротив, увеличивали после себя содержание азота в почве. Периодическое высевание этих растений используется для повышения урожайности.

Когда земледелец засевает семена растений, способных давать больше съедобных веществ, чем растения, обычно растущие на данной земле, окультуренные растения конкурируют за минеральные вещества, за солнечный свет и воду с неокультуренными растениями или сорняками. Сорняками считают все дикорастущие растения, появляющиеся в посевах сельскохозяйственных культур. Сорняки менее требовательны к условиям произрастания (у них отсутствуют затраты энергии на нужные человеку питательные вещества, составляющие значительный процент массы культурных растений. Масса семян сорняков относительно ниже). Поэтому сорняки опережают культурные растения в росте и развитии. Для борьбы с сорняками крестьянин плодородных районов непосредственно перед засеванием окультуренными семенами пахал землю, то есть переворачивал почву, перемещая проросшие сорняки в глубь почвы, и тем самым существенно затруднял рост сорняков, которые обычно стартовали быстрее, чем культурные растения. Сейчас эта задача может решаться внесением гербицидов, ядовитых веществ, которые специфически затрудняют рост сорняков и мало влияют на культурные растения. Если специфичность ядов невелика, то их вносят до посева культурных растений. За время до посева они должны быть в почве разрушены. Вторая цель переворачивания почвы — это ее аэрация и предотвращение испарения воды, доставляемой на поверхность по быстро формируемым в смоченной почве капиллярным ходам, которые ведут на поверхность земли. Аэрация способствует также улучшению работы азотфиксирующих бактерий и тем самым повышает плодородие почвы (см. выше). Переворачивание почвы или, как часто его называют, вспахивание, требовало применения существенной механической работы.

Не всегда тщательное вспахивание и тем более переворачивание обязательно: порой положительный эффект от зарывания семян сорняков перекрывается негативным эффектом от помещения наверх менее аэрированного слоя, в котором, следовательно, содержится меньше азота. Мало того, плодородный слой может быть настолько тонок, что переворачивание поместит наверх неплодородную почву.

При оставлении на поверхности почвы стерни и пожнивных остатков не образуется почвенной корки, благодаря чему улучшается водопроницаемость и воздухообмен; накапливается больше влаги, и почва разуплотняется; увеличивается содержание органического вещества в верхнем слое почвы, что повышает ее структурность; при рыхлении без оборота пласта постепенно исчезает плужная подошва. Безотвальная (без переворачивания пласта при вспашке) обработка и лесные полосы снижают закисление и засоление почвы. Многолетняя распашка почвы отвальными орудиями способствовала ее выдуванию и снижению содержания гумуса (органики) в пахотном слое на 25,8–30,4 % от его содержания в почве многолетней залежи. Плоскорезная обработка способствовала увеличению содержания гумуса на 13,2 % от его содержания при отвальной вспашке в открытом поле. Отмечу, что не существует универсальных рецептов, пригодных для всех районов и выращиваемых культур.

Главной причиной снижения урожайности при бессменных посевах без внесения удобрений является одностороннее истощение почвы (как и всякое истощение вообще). Этому можно противостоять с помощью севооборота — научно обоснованного чередования сельскохозяйственных культур во времени и размещения их на полях. Положительная роль чередования тем значительнее, чем более несходны чередующиеся культуры по биологии и технологии выращивания. Если одна культура потребляет калий, но накапливает в почве азот, а другая в калии нуждается гораздо меньше, но требует много азота, то они при чередовании дадут больше питательных веществ, чем если бы постоянно выращивалась одна какая либо культура. Классическим севооборотом считается норфолский, возникший в Англии в XVIII в. (1 — клевер, 2 — озимая пшеница, 3 — турнепс, 4 — ячмень). В данном сочетании подобраны растения, имеющие разную потребность в разных элементах, что позволяет наиболее эффективно использовать возможности почвы.

При введении плодосменных севооборотов резко увеличилась обеспеченность скота кормами (зеленым кормом и сеном, богатым протеином и сочным кормом). Некоторое уменьшение площадей под зерновыми компенсировалось повышением их урожайности вследствие значительного увеличения навозного удобрения, очищения почвы от сорняков в пропашном поле и др. Было установлено, что в севообороте (по сравнению с бессменным возделыванием) зерновые культуры и сахарная свекла повышают урожайность в 1,5–2 раза, картофель — на 20–50 %. Люпин, гречиха, овес и некоторые другие культуры с помощью корневых выделений могут переводить в усвояемое состояние малодоступные соединения фосфора. Растения в процессе жизнедеятельности выделяют различные вещества: одни из них отрицательно/положительно действуют на последующие культуры, другие подавляют/ поощряют развитие полезных микроорганизмов. Введение в севооборот бобовых растений обогащает почву азотом.

Вторым способом повышения натурального плодородия является внесение в почву фекалий домашнего скота, которые называются навозом. Навоз является поставщиком для растений не только минеральных веществ, выделяемых бактериями из растительных остатков, особенно азотных соединений, но и углекислого газа, который выделяется в большом количестве в процессе разложения навоза и проникает в надпочвенный воздух, стимулируя процесс фотосинтеза и превращая высвобождаемый углерод в органику.

Чтобы понять суть проблем сельского хозяйства необходимо остановиться на источниках энергии, используемой для обработки земли и повышения урожайности. Назовем состояние земли, при котором для повышения плодородия не используются невозобновляемые источники энергии, натуральным плодородием, чтобы не путать наше понятие с общепризнанным термином «естественное плодородие» — такого, которое достигается без использования удобрений. Дробление фосфатного камня на водяной мельнице и развоз лошадьми— это натуральное плодородие, но на базе человеческих действий. Натуральное плодородие следует отнести на счет солнечной энергии — до сих пор невозобновляемые источники энергии не используются. Но данная система имеет предел урожайности. Чтобы увеличить производство продовольствия, приходится использовать невозобновляемые источники энергии.

Большая часть удобрений производится за счет использования энергии при сжигании нефти и газа или гидроэлектростанций. Однако при строительстве гидроэлектростанций на равнинных участках заливаются большие территории, и не всегда ясно, более ли выгодно иметь там гидроэлектростанцию или использовать эти площади для производства зерновых, овощей, древесины, сена и другой продукциии. Видимо, в России уже построенные равнинные гидроэлектростанции, как правило, экономически и экологически выгодны по следующим причинам: обеспечивают производство дешевой электроэнергии без использования невозобновляемых энергоресурсов и загрязнения окружающей среды, не требуя большого числа работников; позволяют улучшить водоснабжение населенных пунктов и орошение прилегающих сельхозугодий; смягчают климат и т. д. Невыгодность равнинных ГЭС может проявиться при достаточно плотном населении страны или региона, когда земли абсолютно не хватает. Современной России до этого состояния далеко, а, например, в Западной Европе давно освоенные земли никто затапливать не собирается — могут обойтись. Строительство в горах гидроэлектростанции очень часто выгоднее, чем производство продуктов, которые можно получать с затапливаемой территории.

Для повышения продуктивности сельского хозяйства путем создания искусственного плодородия человечество использует невосполнимые источники энергии, но сделанные природой энергозапасы иссякают. Со временем ему придется либо перейти на использование термоядерной энергии, либо значительно лучше использовать энергию солнца, которая сейчас используется не более чем на 1 %. По мере все большего использования невосполнимых источников энергии и роста населения возникает энергозависимый избыток. Потребность этой части населения в энергоносителях может быть обеспечена использованием угля, нефти и газа. Китай, например, использует пока естественное плодородие. Видимо, именно там достигнуто максимально возможное без энергетической интенсификации сельское хозяйство. Американцами подсчитано (журнал «Экономист»), что рекордный урожай 2001 года Китай мог бы обеспечить не 850 миллионами человек, а используя только 50 млн. механизированные фермеров. Однако в этом случае стране придется перейти на искусственное плодородие, основанное на использовании невосполнимых источников энергии для производства искусственных удобрений и распашки почвы. Поэтому, несмотря на низкую производительность труда в сельском хозяйстве, Китай не форсирует его механизацию, пока нет своей нефти и не на что ее купить.

Важнейшим фактором, влияющим на сельскохозяйственное производство и на историю, является выбор главной технологии сельского хозяйства, включая выбор главной культуры. По мнению многих историков, именно природно-климатический фактор оказывал важнейшее влияние на характер и темпы развития человеческого общества вообще и тех или иных народов и государств. Как показал опыт, путь цивилизации во многом является производной, зависящей от выбора сельскохозяйственной технологии, хотя это тот случай, когда невозможно определить, что первично, а что вторично (как часто говорят: «курица или яйцо?»). Выбор ржи, пшеницы, риса и кукурузы явился результатом очень долгого и трудного отбора и бессчетно— го количества экспериментов, определив становление нескольких цивилизаций. Пшеница, требующая, чтобы земля регулярно отдыхала, позволяет и предполагает занятие животноводством: можно ли вообразить историю Европы без домашних животных, плугов, упряжек, повозок? Культура же риса возникает на основе своего рода огородничества, интенсивного земледелия, не оставляющего места для животных. Это сказалось на экономическом развитии различных цивилизаций в период неустойчивого равновесия между ними в середине второго тысячелетия н. э. Интересно отметить, что система латифундий и крупных сельскохозяйственных предприятий в рисопроизводстве не утвердилась. Что касается кукурузы, то, по мнению Броделя, это, несомненно, самая удобная и продуктивная культура, из нее легче всего готовить повседневные блюда, ее возделывание требует относительно небольших затрат труда, оставляя время на досуг — отсюда привлечение крестьян к государственным работам и сооружение циклопических памятников индейских цивилизаций.

Являясь одной из самых консервативных отраслей экономики, сельское хозяйство тем не менее подверглось сильнейшему влиянию со стороны технологии. Это первым проявилось в Англии, которая в XVI–XVII веках Англия пережила самую настоящую сельскохозяйственную революцию и увеличила производство продуктов сельского хозяйства на 30 % в каждом веке. В XVIII веке производство выросло на 61 %. За это время обрабатываемые площади возросли только на 5 %, количество же работников выросло только на 8 %. Другими словами, продуктивность полей возросла на 44 %, а производительность труда в расчете на человека на 47 %. Причина революции лежала в скачкообразном развитии технологии сельского хозяйства. Было обнаружено, что выращивание клевера существенно повышало плодородие земли и урожайность зерновых и даже могло заменить внесение навоза или выгул скота на поле. Были внедрены специальные схемы посевов. В первый год сажалась пшеница, затем турнепс или репа, затем смесь ячменя, ржи и клевера и наконец, четвертый год на поле пасся крупный рогатый скот и вносились удобрения. В это время фермеры начали активно искать, а затем внедрять новые технологии сельского хозяйства. В стране постоянно проходили выставки передового опыта. В середине XIX века стало ясно, что эмпирический подход малопродуктивен и крестьяне (кстати, без всякого участия государства) начали активно финансировать научные исследования в сельском хозяйстве. В 1843 году J. B. Lawes превратил свою ферму в опытную станцию и открыл новое удобрение — суперфосфат, которое он получил при обработке костей с помощью серной кислоты. Фермеры стали привлекать химиков для таких исследований. С 1850 года продуктивность сельского хозяйства Англии ежегодно росла на 0,5 %. 1850–1875 годы названы золотым веком Британского сельского хозяйства. И хотя рост этот не был стимулирован государством, но важно отметить, что Англия в те годы была лидирующей страной и от оттока капитала не страдала.

В ходе фотосинтеза растения запасают полученную ими солнечную энергию в органических веществах, построенных из получаемого из воздуха углерода и содержащихся в почве минералов. Для благотворного протекания вегетативных процессов растениям нужна вода, свет и определенный температурный режим. Поэтому, при прочих равных условиях, урожайность участка в той или иной климатической зоне зависит от количества солнечного излучения, получаемого растениями в тот период, в котором погода допускает рост растений. Если лимитирующим фактором производительности земли является качество почвы, то ее недостатки можно восполнить внесением удобрений; если лимитирующим фактором является недостаток воды, то его можно восполнить с помощью орошения. Однако интенсивность солнечного излучения в данной климатической зоне изменить невозможно — она определяется географической широтой и количеством пасмурных дней. Почти столь же сложно изменить для большинства сельскохозяйственных культур и длину вегетативного периода — по большому счету, она определяется временем между окончанием весенних заморозков и началом осенних дождей (для зерновых) либо началом осенних заморозков (для некоторых овощей и фруктов). При этом для однолетних растений двукратное сокращение вегетативного периода, видимо, оборачивается сокращением урожайности более чем вдвое (если говорить о растениях одного и того же вида и сопоставимых сортов). Дело в том, что растениям в менее благоприятной зоне необходимо сначала вырастить те же листья, стебли и создать ту же корневую систему, что имеют растения в более благоприятной зоне (это уже занимает относительно большую долю вегетативного периода). Только затем они могут приступить к накапливанию питательных веществ в плоде (на что остается меньшая доля вегетативного периода, чем в благоприятной зоне). Следовательно, если в неблагоприятной зоне вегетативный период вдвое короче, чем в благоприятной, то на выращивание плода растению остается менее чем половина срока благоприятной зоны.

В недавней передаче по каналу Euronews показывали интервью с польским фермером, который жаловался на то, что по причине более короткого вегетативного периода польские крестьяне имеют худшие условия в работе для европейского рынка, чем немецкие конкуренты. К сожалению, ура-патриотическая пропаганда российских черноземов заслонила от обывателя тот непреодолимый факт, что в России вегетативный период еще короче, чем в Польше, даже на тех же широтах, — по причине еще большей удаленности от Гольфстрима (а значит, сокращения летнего периода без заморозков). Именно поэтому, когда в начале второго тысячелетия в Западной Европе начался подъем хозяйства, связанный с технологическим ростом в сельском хозяйстве и ремесленничестве, организации и торговле, восприятие российским сельским хозяйством технологий примерно такого же уровня тоже дало существенный прирост, но все равно обеспечило меньшую урожайность.

Большая часть операций в земледелии требует большого количества механической работы. Длинный вегетативный период позволяет равномерно распределить нагрузку в посевной и уборочной и дает увеличенный урожай; короткий — заставляет укладываться в максимально короткие сроки полевых работ и все равно не позволяет получить тот же урожай, что при более длинном вегетативном периоде.

Подводя итоги, следует сказать, что сельскохозяйственный труд существенно отличается от любого другого труда довольно слабой зависимостью между вложенным трудом и полученным продуктом труда. Кроме того, ресурсы почв быстро истощаются при интенсивном производстве и требуют постоянного инвестирования в плодородие. Наконец, имеется огромная зависимость выхода продукта от участка земли, на котором работает человек. Наконец, сельскохозяйственный труд гораздо более консервативен в своей основе чем труд умственный и индустриальный. Поэтому скорость создания избыточного и добавочного продукта в сельском хозяйстве гораздо меньше, чем в вышеуказанных видах труда. За последние 200 лет энергопотребление цивилизации возросло в пять раз. Это привело к увеличению средней продолжительности жизни вдвое, в два раза сократило рабочую неделю и позволило обеспечить продуктами питания возросшее в шесть раз население планеты.

Сельское хозяйство сильно подвержено влиянию климатических и природных условий. Урожайность отдельных культур из года в год может сильно колебаться. За среднеурожайным годом может последовать низкоурожайный год, а затем высокоурожайный. Эта проблема существует во всех странах. А в России из-за ее климатических условий и текущего низкого уровня агрокультуры стоит особенно остро. В России основной причиной неурожая является засуха. Мало того, из-за огромной территории России в среднеурожайный год в целом по стране в одних регионах может быть низкий урожай, в других высокий. Если зерно еще можно перевезти в вагонах, то сочные корма никто не перевозит.