Биологизация - путь к сближению экономики и экологии

Солнечная энергия, водно-воздушный обмен, почвенный покров, растительный и животный мир, переработанная часть минерального сырья участвуют в процессах агропромышленного производства. Изменение состояния окружающей среды и ее природных компонентов непосредственно влияет на результативность используемых технологий и качество получаемых продуктов. Научно-технический прогресс, особенно достижения биологических наук, ускоряют темпы интенсификации производственных процессов, способствуют механизации работ и внедрению новых сортов возделываемых культур и пород домашних животных. С ростом масштабов агропромышленного производства и проникновением в тайны генетических закономерностей живых организмов становятся более отчетливыми последствия современных техногенных воздействий. Проявляясь в виде загрязнения или нарушения (истощения), эти воздействия становятся причиной экологической ситуации, неблагоприятной и для производства продовольствия, и для здоровья населения.

Получение продукции от земледелия, животноводства, дикой фауны и флоры зависит от природных условий, используемых в конкретных регионах способов и технического уровня ведения хозяйства. В африканских странах 75 процентов животного белка поставляли дикие животные. В 32 странах мира около 34 процентов животного белка поступало с морскими продуктами. Сейчас в среднем 17 килограммов продовольственной продукции на каждого жителя планеты добывается в морях и океанах. Но главным источником производства продуктов питания остаются по-прежнему обрабатываемые земли. По данным советских ученых, пашня дает человечеству 88 процентов пищевой энергии, около 10 процентов приходится на пастбищные экосистемы и 2 процента - на Мировой океан. Поэтому любые негативные воздействия на состояние экосистемы достаточно быстро сказываются на обеспечении биологическими ресурсами.

В 70-е годы выявились предельные количественные и качественные возможности основных биологических систем Земли, которые дают людям пищу и сельскохозяйственное сырье. Их приближение к пределу естественных возможностей свидетельствует о том, что на данном этапе развития производственных сил общества сложившиеся технологии уже не способны обеспечить требуемый уровень производительности общественного труда. Поэтому должен наступить новый этап развития, основанный на новых технологиях.

На совещании в Целинограде (1985 год) М. С. Горбачев сказал: "Сегодня я вновь хочу подчеркнуть: погоду нам не удастся переделать. Путь один - в конкретных, порой сложных условиях надо находить наиболее эффективные приемы и методы получения высоких урожаев". Речь идет, таким образом, о переходе на новые прогрессивные технологии в сельском хозяйстве, позволяющие использовать не только земельные ресурсы, но и капитальные вложения в них.

В настоящее время прогресс в познании живой материи в значительной степени обусловлен интенсивным развитием взаимосвязанных научных направлений, исследующих основы жизнедеятельности. Развитие биохимии, биофизики, молекулярной биологии и молекулярной генетики, иммунологии, биоорганической химии, технических наук способствовало образованию нового технологического направления в общественном производстве - биотехнологии. Но оно возникло не на пустом месте. В хозяйственной деятельности биотехнологические процессы использовались на всем протяжении сознательной жизни человека. Без них не было бы, например, таких древних производств, как хлебопечение, виноделие, сыроварение, и многих других.

Современная биотехнология - многопрофильная область деятельности, основанная на последних достижениях научно-технического прогресса. Она включает микробиологический синтез, генетическую и клеточную инженерию, инженерную энзимологию и другие разделы, способствующие реализации Продовольственной программы, решению целого ряда проблем медицины, энергетики, охраны окружающей среды.

На основе фундаментальных исследований разработаны методы трансплантации эмбрионов домашних животных, вегетативного размножения растений, использования микроорганизмов для получения биомассы, обработки отходов производства и т. д.

Среди наиболее важных достижений биотехнологии в медицинской промышленности можно назвать переход к изготовлению витамина В12, ряда антибиотиков и вакцин (против полиомиелита, менингита и т. п.) на основе методов ферментации. В СССР и ряде стран освоено производство инсулина в ферментерах с помощью бактерий, получивших способность вырабатывать этот препарат за счет внедрения в их структуру специальных генов. Прежде же, по традиционной технологии для изготовления 100 граммов инсулина требовалась 1 тонна свиной поджелудочной железы.

Курица с яйцом

Генетическая инженерия, представляющая собой искусственное конструирование наследственного материала (дезоксирибонуклеиновой кислоты - ДНК), позволила создать бактерии, выделяющие различные виды интерферона, которые используются в борьбе с вирусными заболеваниями. Биосинтетический интерферон выпускается в промышленных масштабах. Однако сфера его использования ограничена пока лишь медицинскими научно-исследовательскими центрами. Дальнейшее развитие этих работ позволит найти эффективные методы борьбы с наследственными болезнями человека.

В пищевкусовой промышленности микроорганизмы (дрожжи или бактерии) применяются при производстве белка для животных и человека (в виде добавок в соусы, бульоны, колбасные изделия и т.д.). Ученые создали искусственный ген, стимулирующий синтезирование молекул аспартама, способного заменить сахар. Его пересадка в наследственный аппарат бактерий открывает перспективу производства нового продукта для кондитерской и других отраслей промышленности. Активно ведутся работы по созданию заменителя натурального фермента, используемого при изготовлении сыров.

В сельском хозяйстве в широком масштабе ведутся работы по использованию различных методов ускорения процесса размножения животных и растений. В животноводстве задача решается главным образом за счет пересадки эмбрионов элитных животных менее породистым экземплярам. Это направление позволяет резко ускорить рост высокопродуктивного поголовья, так как от одной коровы в течение ее жизни можно получить не 10, а 60 - 70 телят. Следует также учесть возможность создания банка элитных эмбрионов в замороженном виде и деления их при пересадке.

В растениеводстве процесс выведения новых сортов и их распространения значительно ускорился благодаря активному использованию методов выращивания растений из клеточных культур. Применение культур клеток - очень перспективная область для сельскохозяйственной практики. Выращенные на искусственных питательных средах, они могут продуцировать ценнейшие вещества, производимые в естественных условиях только целым организмом. Уже несколько лет на предприятиях микробиопрома получают настойку женьшеня из клеточной биомассы на основе метода, разработанного в Институте физиологии растений имени К. А. Тимирязева. Кроме того, разрабатываются способы культивирования некоторых других растений, применяемых для получения лекарственных препаратов. В практике растениеводства уже используется уникальное свойство растительной клетки - способность дать начало целому растению. Это позволяет с помощью селекции и гибридизации на клеточном уровне быстро создавать новые высокоурожайные и устойчивые к болезням и вредителям сорта сельскохозяйственных растений. Используя такой метод, можно эффективно организовать размножение посадочного и селекционного материала картофеля, сахарной свеклы, люцерны и некоторых других культур. Ведутся интенсивные работы по выведению сортов, устойчивых к вирусным заболеваниям, методами микроклонального размножения. Достигается это созданием больших количеств генетически одинаковых копий исходного растения в результате культивирования в питательной среде наиболее активно растущих участков растений (например, почек). В результате получается не зараженный вирусами посадочный материал. Для борьбы с вирусными заболеваниями растений созданы высокочувствительные методы диагностики с использованием иммуноферментного анализа и некоторых других методов.

На основе ферментативного синтеза разработана технология промышленного производства простагландинов - биологически активных веществ, имеющих большое практическое значение для медицины, а также для животноводства и ветеринарии. Такие работы выполнены в Институте химии Академии наук Эстонской ССР. Важную роль в интенсификации животноводства играет создание сбалансированных по белку кормов. С этой целью разрабатывается технология получения полноценных кормовых белков из растительного сырья, например из люцерны и клевера.

Одной из крупнейших задач, которая может быть решена в этой сфере с помощью методов генной инженерии (но не раньше, чем в следующем веке), ученые считают создание растений, способных усваивать азот из атмосферы и позволяющих экономить удобрения.

Мировая практика показала, что очень большие возможности биотехнологии у энергетики, например производство метана из отходов (только в КНР действует около 5 миллионов ферментеров), а также синтетического жидкого топлива (этилового спирта из сахаросодержащих растений, ацетон-бутанола из соломы, шелухи кукурузы, отходов сахарной свеклы), которое в смеси с бензином может применяться в автомобильных двигателях.

В процессе практического освоения достижений биотехнологии приходится сталкиваться и с целым рядом проблем: с безопасностью и регламентацией работ; с особенностями патентования нововведений; с определением экономического эффекта; с разработкой проблем ее дальнейшего развития. Беспокойство относительно возможных опасных последствий работ по биотехнологии высказывалось учеными еще в 1973 году. В итоге в 1975 году на международной конференции в Асиломаре (США, штат Калифорния) были утверждены меры безопасности, которые должны соблюдаться в ходе лабораторных экспериментов с организмами с измененной наследственностью. Решениями законодательных органов многих стран запрещено проведение некоторых работ. В частности, например, американское правосудие в 1983 году выступило против намерения Национального института здравоохранения использовать на практике микроорганизмы с видоизмененной наследственностью, способные защитить растения от заморозков. Позднее, также в США, судебные органы наложили запрет на проведение экспериментов по введению животным человеческого гена, ответственного за выработку гормона роста. В настоящее время особое внимание обращается на вопросы безопасности при промышленном использовании методов биотехнологии. Это объясняется трудностями обеспечения надежного контроля над производственными процессами, осуществляемыми в крупных масштабах.

Опасения возникают и в связи с применением методов биотехнологии в сельском хозяйстве, а также в сфере охраны окружающей среды - используемые здесь микроорганизмы отличаются высокой жизнеспособностью, и их поведение не всегда поддается учету. Существенные трудности в оценке возможных последствий обусловлены невероятной сложностью процесса взаимодействия между живыми организмами и экологической системой и практически отсутствием соответствующей информации.

Некоторые проблемы были решены соглашением, подписанным в 1977 году представителями 15 стран и получившим название "Будапештский договор о международном признании депонирования микроорганизмов при оформлении заявки на патент". Однако это не устранило значительных межстрановых различий в регламентации актов депонирования микроорганизмов. Они касаются выбора момента депонирования и предоставления доступа к хранящимся культурам после первой публикации заявки или после выдачи патента. Возникают опасения относительно того, что воспроизводство микроорганизмов может быть налажено конкурентами либо до получения патента, либо, в нарушение правил, после его предоставления.

Влияние экологии на окружающую среду

Еще одна проблема - определение экономической эффективности от внедрения биотехнологий в различные отрасли экономики. В последнее время полемика вокруг этого вопроса утихла, и расхождения наблюдаются только в определении сроков, в течение которых проявится заметное влияние биотехнологий на экономику, и определении отраслей экономики, где можно будет рассчитывать на наибольший эффект (здравоохранение, пищевкусовая промышленность, сельское хозяйство). По мнению ученых и специалистов, уже в ближайшее время биотехнология обеспечит экономистов необходимой исходной информацией - ведь многие ее методы достигли стадии промышленного освоения. В настоящее время интенсивно изучаются следующие основные аспекты проблемы: влияние биотехнологии на капитало- и энергоемкость производства, на занятость и на структуру сельского хозяйства.

В тесной взаимосвязи с проблемами определения долговременных последствий развития биотехнологии находятся вопросы выбора приоритетов научно-технической политики в этой области. По мнению ученых целого ряда стран, в ближайшем будущем в сельском хозяйстве должна произойти новая "зеленая революция", связанная с внедрением биотехнологии, что позволит решить проблему голода в мире. Так, например, решение задач по фиксации азота, то есть по искусственному повышению усвояемости атмосферного азота растениями, прежде всего кукурузой и пшеницей, может резко увеличить объемы их производства и улучшить экономику химизации. В производстве семян - наиболее динамичной отрасли сельского хозяйства - уже достигнуты значительные результаты. На рынке США действуют около 500 фирм, занимающихся производством и продажей семян, полученных с помощью биотехнологий.

Вернемся к проблеме плодородия земель. Известно, что в целом ряде регионов за последние несколько десятков лет с урожаем выносилось из почвы больше элементов питания, чем вносилось с органическими и минеральными удобрениями. При отрицательном балансе питательных веществ в почве невозможно программировать урожайность сельскохозяйственных культур. Заботиться о плодородии почв, эффективно использовать каждый гектар пашни - обязанность каждого сельскохозяйственного предприятия. Важным фактором улучшения использования земельных ресурсов могло бы стать научно обоснованное планирование основных показателей работы хозяйства с учетом качества угодий. Но из годовых отчетов колхозов и совхозов изъяты показатели, характеризующие работы хозяйств по повышению плодородия почв, внесению удобрений, особенно органических. Поэтому и скапливаются у ферм сотни тысяч тонн органических удобрений - единственного источника увеличения гумуса в почве.

Гумус - важнейший компонент почвы, главный элемент ее плодородия. Содержание гумуса колеблется от 1,5 - 2,0 процентов в дерново-подзолистых почвах до 10 и более процентов в черноземах. Гумусный слой почвы предотвращает вымывание питательных веществ, улучшает физические свойства почвы, повышает ее теплоемкость и уменьшает теплопроводность, а следовательно, снижает вымерзание культурных растений.

Практика доказала, что пора менять отношение к органическим удобрениям. Минеральные удобрения, внесенные на хорошо заправленное органикой поле, действуют гораздо эффективнее. Опыт латвийского колхоза "Лачимсис" (Огрский район) свидетельствует, что 1 тонна навоза, внесенная под сельскохозяйственные культуры, дает возможность получить более 4 рублей чистого дохода. Парадоксально, что на добычу, производство и транспортировку азота, фосфата и калия затрачиваются колоссальные средства, а в то же время огромные запасы органики, скопившиеся на фермах и комплексах, почти не используются. Снижение содержания гумуса в почве сопровождается уменьшением урожая сельскохозяйственных культур, так как между этими величинами существует тесная связь. Так, например, в Ставропольском крае на черноземах с содержанием гумуса 9 процентов зерновые дают урожай 27,8 центнера с гектара без применения удобрений, а на землях с содержанием гумуса 3,2 процента урожай составил только 17 центнеров с гектара.

Увеличение содержания гумуса дерново-подзолистых почв до 2 и более процентов обеспечивает значительное повышение урожая зерновых и пропашных культур.

Повышение экономического плодородия земель весьма актуально для Нечерноземной зоны РСФСР, где особенно наглядно проявляются процессы деградации почв. Пахотный слой дерново-подзолистых и серых лесных почв потерял за последние годы от 20 до 30 процентов запаса гумуса. В Брянской, Ивановской, Костромской, Смоленской, Кировской областях в пахотном слое содержится всего лишь 1,6-1,9 процента гумуса. Потери гумуса на гектаре составляют по тонне и больше в год при общих запасах его около 30-60 тонн на гектар.

Потери гумуса зависят от структуры посевных площадей. Выше всего они в орошаемой зоне республик Средней Азии и Закавказья в связи с преобладанием в посевах пропашных культур. По данным Всесоюзного института удобрений и агрохимии (ВИУА), потери гумуса здесь восполняются лишь на 33 процента, на всей же остальной территории страны - не более чем на 54 - 65 процентов.

Необходимо увеличить внесение в почву органического вещества, используя для этого не только органику ферм, но и все отходы растениеводства, животноводства и пищевой промышленности. Об эффективности таких мер можно судить по показателям колхоза "Заря" Починковского района Смоленской области. В конце X пятилетки урожайность зерновых составляла 14,7 центнера с гектара, в 1984 - 40, а в 1985 году достигла 41,2 центнера с гектара. Картофеля в неблагоприятный 1985 год собрали по 232,2 центнера с гектара. Средний сбор льноволокна в том же году достиг 11,2 центнера с гектара, семян льна - 6,6 центнера с гектара. Это очень высокие результаты для Нечерноземья. В основе их - высокая культура земледелия. Колхоз полностью освоил севообороты и внедрил научно обоснованную систему химизации. Только под картофель здесь вносят по 70 - 80 тонн органики на гектар, что позволяет затем в течение нескольких лет использовать эти поля для выращивания зерновых и кормовых культур. В среднем в хозяйстве вносят до 12 тонн органики на гектар. Ежегодно известкуется 300 - 400 гектаров, благодаря чему кислотность почв снижена до нормы. Это позволяет растениям более эффективно использовать органические и минеральные удобрения.

Много говорится о необходимости разработки системы рационального использования удобрений. Но ее эффективность без анализа движения питательных элементов в круговороте веществ будет условной. Анализ же позволит дать оперативные рекомендации по уменьшению непроизводительных потерь питательных веществ, загрязнения подпочвенных вод, водостоков, почвы и растительной продукции при увеличивающемся использовании химических удобрений. На основе анализа можно установить научно обоснованные нормы внесения удобрений сообразно с конкретными почвенно-климатическими условиями, выращиваемыми и предшествующими культурами, коэффициентом использования удобрений, уровнем агротехники; уточнить картограммы внесения удобрений; пересмотреть нормы и ввести строгий контроль за содержанием вредных компонентов в используемых удобрениях; усовершенствовать способы, сроки и формы внесения азотных удобрений; усилить участие биологического азота в земледелии, расширяя площади под бобовые культуры, использовать бактериальные удобрения, биопрепараты и стимуляторы; расширить применение медленно действующих азотных удобрений, ингибиторов нитрофикации, что приведет к более экономному их использованию и повышению урожаев; создать современную материальную базу, включающую транспорт, средства погрузки, склады для хранения минеральных удобрений и препаратов, технику для внесения удобрений на современном научно-техническом и экологическом уровнях.

Рассмотрим еще один пример сочетания экономики и экологии. Известно, что крупные животноводческие комплексы экономически эффективны. Здесь ниже трудоемкость производства и себестоимость продукции, выше рентабельность. Но при сложившихся технологиях в животноводстве и земледелии они стали мощными источниками загрязнений. Концентрация животноводства остро ставит вопрос о рациональном использовании жидких отходов и навоза, который сейчас накапливается близ ферм и комплексов, затрудняет их нормальное функционирование и загрязняет окружающую среду. Например, по данным болгарских ученых, свиноводческий комплекс, рассчитанный на содержание 10 - 40 тысяч животных, является источником пыли, аммиака и микроорганизмов, которые поступают в атмосферу. Стоки откормочных площадок содержат фекальные бактерии. В период оттепелей теряется треть годового объема органики, в том числе более трети содержащегося в ней фосфора и азота. Поэтому, прежде чем говорить об их широкомасштабном развитии, необходимо разработать и внедрить эффективные способы обеззараживания и утилизации образующихся отходов.

Веками отрабатывался на практике безотходный принцип сельскохозяйственного производства. Домашний скот всегда был источником органических удобрений, которые использовались в растениеводстве. Однако в последние годы оказалась нарушенной связь между животноводством и растениеводством. Чтобы сделать современное сельскохозяйственное производство безотходным, требуется соединить эти разрозненные сегодня отрасли сельского хозяйства. Связующим звеном должно стать современное производство органических удобрений и биогаза. Только в РСФСР крупные животноводческие фермы и птицефабрики дают более 150 миллионов тонн навоза в год, именуемого в официальных документах "навозосодержащими стоками". Для его хранения создаются специальные резервуары, возводятся дамбы. Экологи называют такие хранилища "минами замедленного действия". Например, в 1983 году в Томской области прорвало земляную перемычку пруда-накопителя на свинокомплексе "Томский". В реку Томь и ее притоки хлынуло 92 тысячи кубометров стоков, естественно, погубивших всю рыбу. Случаи сбросов животноводческих стоков в реки отмечались также в Кировской, Новгородской, Рязанской, Смоленской областях, Чувашской и Кабардино-Балкарской АССР. Пригородные хозяйства для обезвреживания этих "мин" идут на хитрость: подключаются к очистным сооружениям соседних городов, не только перегружая их, но и создавая опасность вторичного загрязнения воды. Другие используют дорогостоящие системы биологической очистки. В решении возникшей проблемы интересен опыт Белгородской области. При животноводческих комплексах на 20 тысячах гектаров созданы земледельческие поля орошения. Орошаются они навозосодержащими стоками. Для этой цели ученые разработали специальную технологию и оснастили ее необходимой техникой. На орошаемых полях почти без удобрений и с незначительным расходом воды получают урожаи кормовых трав, свеклы, кукурузы в 2 - 3 раза выше, чем на богарных.

Срок, за который в области окупаются капиталовложения в системы орошения животноводческими стоками, колеблется в разных хозяйствах от 4 до 10 лет при затратах на гектар от 1500 до 2500 рублей.

Использование огромного количества питательных веществ, содержащихся в навозе,- актуальнейшая задача современного сельского хозяйства. Эффективные технологии очистки, хранения и использования навоза позволят ликвидировать загрязнения поверхностных и подземных вод, создадут необходимые санитарные условия возле крупных животноводческих комплексов и отдельных ферм. Для не пропускающих воду слоев грунта можно использовать технологию глубокого "депонирования" жидкого навоза, шире внедрять технологии с применением сухой подстилки и с меньшим использованием воды.

Очень перспективен принципиально новый, наиболее прогрессивный метод переработки навоза, названный академиком М. С. Гиляровым "методом зоологического компостирования". В его основе - использование некоторых видов дождевых червей. В последнее десятилетие эти обитатели земли стали привлекать внимание не только ученых, но и специалистов - почвоведов, агрохимиков и даже... диетологов.

Еще Чарлз Дарвин в 1881 году писал, что беспозвоночные, в частности черви, сыграли немалую роль в истории развития живого мира: "Плуг принадлежит к числу древнейших и имеющих наибольшее значение изобретений человека, но еще задолго до его изобретения почва обрабатывалась червями и всегда будет обрабатываться ими". Можно предположить, что земляной червь сможет сыграть существенную роль и в разрешении актуальных продовольственных проблем современного мира. Это не просто научно-хозяйственная гипотеза. Разведение и продажа земляного червя, по мнению целого ряда специалистов, весьма выгодный бизнес, приносящий в год до миллиарда долларов прибыли. По мнению специалистов по охране окружающей среды, выращивание земляных червей - не только высокодоходный, но и "экологичный" промысел. В гектаре полевой почвы живет 350 килограммов дождевых червей, а в огородной - до 1 тонны. Около 100 тонн земли в год проходит через их пищеварительный тракт.

Разведение земляных червей - последний "крик экономической моды", охвативший целый ряд стран (Италия, Франция, ФРГ, США, Канада, Япония и другие). Для многих производителей эта новая сфера экономической деятельности стала чем-то вроде "золотых приисков". В городах, пригородах и в сельской местности возникают новые фирмы и объединения. Уже ведется международная торговля технологией выращивания и переработки земляного червя. На Западе говорят о возникновении новой отрасли хозяйства. Производители земляного червя - небольшие группы, возникающие на базе семьи. Червей разводят на приусадебных участках, в садах и даже в подвалах.

Чем же интересно выращивание земляного червя? Дело в том, что помимо аминокислот тело червя более чем на 70 процентов состоит из белков (протеинов). После очистки и сушки биомассу можно использовать (и используют) в качестве добавок в хлеб, бисквиты, макаронные изделия, мясную гастрономию. Уже разработаны и применяются рецепты добавления переработанной биомассы в мясной фарш при изготовлении котлет.

В качестве пищевого продукта использование биомассы земляных червей остается все же достаточно ограниченным, однако она может найти более широкое применение в качестве корма для животных и рыб - порошок, изготовленный из биомассы хорошо обработанного земляного червя, содержит больше протеина, чем рыба (69 процентов), соя (45 процентов) или добавки, приготовленные из костей (50 процентов) . Земляной червь - превосходнейший "механизм", созданный самой природой не только для очистки почвенного покрова, но и для повышения его плодородия. Этот организм способен переработать практически все органические материалы. По данным зарубежных ученых, 20 секстиллионов червей способны каждый день переваривать 80 тонн отработанного машинного масла - 5 граммов в день на одну особь, выделяя при этом превосходное органическое удобрение.

В природе существует несколько тысяч разновидностей земляного червя, но с точки зрения эффективного ведения "червекультуры" наибольший интерес представляют только 7 видов. В настоящее время пытаются приспособить для коммерческого использования их местные разновидности. Выращивание червя с технологической точки зрения не представляет никакой сложности. Размножаются они на редкость быстро и фактически каждый месяц удваивают свою численность, питаясь при этом продуктами собственного распада и выделений. Каждые 7-10 дней взрослый червь откладывает небольшой мешочек с яйцами, из которых примерно через 3 недели появляются до 200 новых червей. Через 3 месяца "новорожденные" уже сами способны приносить потомство. Таким образом, один фермер, начав "дело" с 1000 особей, через год может иметь в качестве "основного капитала" около миллиона червей. На Филиппинах уже разработана достаточно завершенная технология выращивания земляного червя.

Небольшая "ферма" представляет собой огороженное пространство, защищенное от солнца, жары, дождя и достаточно хорошо проветриваемое. Простейшей "фермой" для начала служит обычный деревянный ящик, изнутри обшитый каким-либо пластическим материалом. Такой ящик можно поставить в гараже, в подвале или, как это чаще всего делается, разместить в тени дерева. Кормят червей всякого рода отходами: очистками и отбросами овощей и фруктов, банановой кожурой, разрезанной на куски, навозом. Спустя 90 дней ящики, в которые были запущены черви, оказываются доверху заполненными. Тогда содержимое ящика делят на несколько новых ящиков, и процесс начинается снова. В США, на Филиппинах "урожай" червей собирается при помощи механизмов. Япония считается в настоящее время крупнейшим в мире потребителем земляного червя.

Использование дождевых червей для переработки различных отходов в ценные органические удобрения

Во многих странах (США, ФРГ, Англии, Италии, Испании и других) все чаще используют дождевых червей для переработки различных отходов в ценные органические удобрения. Ими стали заселять почву на переуплотненных животными пастбищах. Разрыхляя влажную почву и перерабатывая неразложившиеся растительные остатки, дождевые черви заметно повышают урожаи трав на таких угодьях. Например, в Нидерландах на "обработанных" червями участках урожай пастбищных трав повысился на 10 процентов. С помощью этих неприхотливых существ можно быстро и без больших затрат перерабатывать в органические удобрения огромные массы осадков, образуемых сточными водами, различные твердые бытовые отходы.

Ученые итальянского института биохимии и физиологии растений несколько лет проводили эксперименты с различными видами отходов в полевых условиях. Каждый кубометр отходов заселяли 40 тысячами дождевых червей. В процессе питания черви измельчали и перерабатывали отходы в ценные органические удобрения, богатые минеральными элементами питания в доступной для растений форме, а также ферментами и полезными микроорганизмами. В Италии создано самое крупное предприятие по компостированию отходов с помощью дождевых червей. Его производительность - 15 - 25 тысяч тонн органических удобрений в год. Очень перспективны разрабатываемые способы переработки с помощью дождевых червей животноводческих отходов в компост. Компостирование отходов проводится в невысоких (0,5 метра) хорошо аэрируемых буртах. По мере переработки в бурты постепенно добавляются новые отходы, что исключает самонагревание компоста и образование токсичных газов. Влажность компоста поддерживается на уровне, близком к уровню предельной полевой влагоемкости. Плотность заселения червей колеблется от 5 до 30 тысяч штук на кубометр отходов.

В Италии (провинция Форли) с помощью червей в удобрения перерабатывают даже городские отходы. Этот процесс осуществляют в стальной конусообразной башне высотой 10 метров, диаметром в верхней части 2 метра, в нижней - 0,5 метра. Отходы сточных вод, заселенные червями, загружают в башню, с помощью шнека перемешивают и аэрируют, обеспечивая благоприятные условия для жизнедеятельности червей. В нижнюю часть башни воздух не подается, в результате чего готовый компост уплотняется, и черви перемещаются в вышележащие проветриваемые слои. Выгрузка компоста осуществляется из нижней части башни. Ежесуточно на такой установке перерабатывается до тонны отходов.

В США дождевых червей используют при рекультивации нарушенных земель, в Нидерландах - при освоении польдерных земель. Эксперименты, проведенные учеными ФРГ, показали, что дождевые черви способны превратить в плодородную почву даже сыпучие пески. Так, в пустыне Абу-Даби на участке площадью 100 квадратных метров сняли 30-сантиметровый слой песка и на его место установили плоскости из искусственного материала, куда высыпали пищевые отходы - яичную скорлупу, луковую шелуху, картофельные очистки, осадки кофе, чая и так далее. На них поместили несколько десятков тысяч дождевых червей, которых затем засыпали 25-сантиметровым слоем песка. Эффект "работы" червей оказался весьма высоким - за сутки один червь "производил" 2,4 килограмма почвы.

В Испании "червекультурой" занимаются уже более трех лет. В основе технологии - эффективное использование положительных качеств красного калифорнийского червя. Рентабельность красного червя связана с его чрезвычайной плодовитостью и дешевизной содержания. Каждый червь дает в год полуторатысячное потомство. Черви разводятся в коробах площадью по 2 квадратных метра. Для взрослых особей питательной средой служит солома и навоз. В благоприятных условиях влажности они перерабатывают в год примерно 1200 килограммов органических веществ (навоза или отбросов) в 400 - 600 килограммов "вермикомпоста". В качестве питательной среды применяют также смесь органики животного и расти тельного происхождения. Один червь в день перерабатывает около 0,7 грамма органических веществ, то есть столько же, сколько весит сам. Полученный органический состав, влажность которого должна быть примерно 15 процентов, проветривают, затем просеивают и получают "биоудобрение" с влажностью 45 - 50 процентов. Оно проходит лабораторную проверку на качество, упаковывается и доставляется потребителям. По данным испанских специалистов, на обслуживание одного короба требуется не более 400 минут в год. Поэтому один человек, работая вручную, при наличии хорошей системы полива может обслужить без особого труда до 700 коробов.

Подобный способ получения гумуса может оказаться весьма ценным вкладом в интенсификацию сельского хозяйства в нашей стране. Область его применения очень обширная: переработка отходов населенных пунктов, древесных отходов, растительной массы, отходов плодоовощных баз и многое другое. Это поможет шире внедрить безотходную технологию, сделать охрану окружающей среды более эффективной.

Успехи в использовании биологических средств и опасения переноса в продукты питания химических веществ способствовали появлению понятий органического, или биологического, типа сельскохозяйственного производства. Вот его технологические особенности: полный или частичный отказ от применения химии; стимулирование почвенной микрофлоры посредством особой обработки почвы и севооборотов; аэробная обработка, хранение и внесение органических удобрений; использование биологических средств борьбы с вредителями растений; прогрессивная обработка почвы.

Сближение экономики и экологии

В настоящее время на Западе идут продолжительные дискуссии о преимуществах традиционных, интенсивных и биологических систем, которые охватывают значительный круг вопросов экологического и экономического характера. Качество продукции, выращенной без применения химических средств, но при усилении фонового загрязнения, подвергается сомнению. Однако проведенные исследования этих сомнений не подтвердили. Поэтому для более объективной оценки влияния пищевых продуктов на здоровье людей нужно исходить из ситуации в целом, принимая во внимание количество и состав диеты при обычных, традиционно сложившихся условиях питания и содержание веществ, важных с точки зрения физиологии питания.

Почвенно-климатические и социально-экономические условия большинства регионов нашей страны вполне благоприятны. Но успехи сельского хозяйства в будущем зависят от того, как мы сумеем сохранить основное и неизменное средство производства - землю.

Плодородие почв оценивается количественным измерением ее биологических, физических и химических свойств. К сожалению, в настоящее время совсем не используются такие приемы, как опесчанивание, применение химических, физико-химических и органических почвоулучшателей. Исходя из зарубежного опыта и проведенных в нашей стране экспериментов, можно уже сейчас рекомендовать, например, минеральные почвоулучшатели - промышленные шлаки, содержащие кальций, магний, фосфор, кремний, железо, бетонит, вермикулит, пермет, цеолиты. Они способствуют инактивации ионов марганца и алюминия, переходу азота и фосфора в доступные для растений формы, повышают водоудерживающую способность почв, что особенно важно для наших основных зернопроизводящих районов. Так, доменные шлаки богаты окисью кальция, магния, кремния. Они мало чем отличаются по своей эффективности от обычных известковых материалов, применяемых для раскисления почв в Нечерноземной зоне. При внесении в эти шлаки дозы кальция, необходимой для создания оптимальной реакции почвенного раствора, получают такие же прибавки урожая, как и при применении извести.

Эффективность использования шлаков подтвердили специалисты ФРГ, обобщившие результаты десятилетних полевых опытов на различных типах почв. В этих опытах прибавка урожая сельскохозяйственных культур после внесения известковых доменных шлаков составляла от 2,4 до 4,6 центнера с гектара (в пересчете на зерно). Исследования показали, что при внесении шлаков повышалась доступность питательных веществ удобрений, улучшалась структура тяжелых и водоудерживающая способность легких почв. На полях, произвесткованных шлаками, растения меньше поражаются грибковыми заболеваниями. Органические почвоулучшатели - это органические отходы растениеводства и животноводства, торф (обязательно пропущенный через ферму), лингит, древесные отходы пищевых отраслей. При внесении в почву они увеличивают ее поглотительную и буферную способности, предотвращают фиксацию фосфатов и служат источником энергии для развития почвенных микроорганизмов. Синтетические почвоулучшатели - поливиниловые, полиакриловые и другие полимеры можно применять в основном для улучшения физических свойств почв.

Монокультура в земледелии чаще всего имеет отрицательные последствия - уменьшение урожайности, ухудшение качества продукции, появление сорняков, развитие патогенных микроорганизмов, истощение запасов питательных веществ, неоправданное и подчас опасное для потребителя увеличение норм минеральных удобрений и химических средств защиты, накопление биотоксических метаболитов, что в совокупности уменьшает почвенное плодородие. В нашей стране проводится уникальный эксперимент, который начат 100 лет назад в Полтаве (Украинская ССР). В 1884 году на участке площадью всего 0,40 гектара впервые была посеяна рожь. Здесь создали одну из первых в России опытную сельскохозяйственную станцию, работающую и сейчас. С тех пор ведется уникальный по продолжительности опыт "незаменимая рожь". Главная его цель - проследить, как воздействует на плодородие длительное выращивание монокультуры. Рожь избрана для исследований не случайно - в XIX веке она среди злаковых культур считалась наиболее устойчивой к неблагоприятным условиям погоды.

Система возделывания растений (система земледелия) в настоящее время опирается на результаты большого количества научных исследований. Чтобы оценить преимущества того или иного приема в системе земледелия, сравнивают их результативные показатели. Для того чтобы иметь возможность в динамике проследить развитие изменений среды, необходимо иметь оценки изменений почвенного плодородия. Это позволит определить степень риска продолжения использования сложившихся технологий. При оценке состояния плодородия почв очень важно знать положительный или отрицательный баланс питательных веществ в почве, то есть сколько вносится и сколько выносится с урожаем питательных веществ. Если он отрицательный, то необходимо пересмотреть структуру выращиваемых культур, например увеличить площадь под бобовые культуры, обратить основное внимание на внесение органики, которая лучше всего влияет на почвенное плодородие.

Современному земледельцу необходимы обширные знания об имеющихся в мировой практике методах возделывания растений, о самих растениях, климатических условиях, почвах и многое другое. К сожалению, он не всегда имеет достаточно широкую информацию, поэтому чаще всего вынужден прибегать к своему опыту и производственной "интуиции". Искусство земледельца состоит в том, чтобы в рамках выполнения обязательств перед государством разработать такой план, который позволил бы получить максимальную прибыль.

Практика свидетельствует, что, например, для получения высокого дохода в животноводстве необходимо соблюдать следующие условия: не превышать предельной нагрузки животных на гектар пастбищ, постоянно вести работу по повышению их продуктивности, развивать кормовую базу, эффективно использовать технические средства, оборудование и рабочую силу. По мнению некоторых советских ученых, наибольшее значение имеет правильное ведение сенокосно-пастбищного хозяйства. Такое хозяйство - наиболее экономичный источник питания для жвачных животных. Преимущественное использование пашни в решении проблем кормообеспечения привело к сокращению естественных кормовых угодий и, как следствие, к высокому содержанию концентратов в рационе животных. Анализ деятельности некоторых высокорентабельных животноводческих хозяйств в Прибалтике показал, что эффективность их работы тесно связана с прекрасным состоянием имеющихся естественных кормовых угодий.

Стремление повысить плодородие почвы любой ценой привело к тому, что минеральные удобрения стали вносить в количествах, значительно превышающих норму и не соответствующих почвенным особенностям. Это вызвало целый ряд отрицательных изменений в окружающей среде. В последнее время проводятся исследования по содержанию нитратного азота в сельскохозяйственных продуктах - следствия широкомасштабной химизации сельского хозяйства.

Несоблюдение технологической дисциплины, несовершенство технологии внесения минеральных удобрений приводят к тому, что в подпочвенных водах и в более глубоких водоносных горизонтах накапливаются нитраты, нитриты, аммонийные соли. Исследования ученых показывают, что в отдельных районах содержание нитратов в подпочвенных водах, в речных террасах, под теплицами с легкими почвами превышает предельно допустимые концентрации. Сейчас очень трудно понять, почему у нас вдруг утратили интерес к эффективным приемам агротехники, которые создавались веками. Но "пустоту" сразу же заполнила химия. Основным средством борьбы с сорняками стали гербициды, пестициды. Химические средства оказывают только временную помощь, так как способствуют появлению устойчивых к постоянно применяемым химическим средствам сорняков и вредителей. Это вызывает необходимость использования новых, еще более сильных веществ, которые параллельно усиливают негативное влияние на почву, воду, воздух, качество продукции, на полезную флору и фауну, тем самым ускоряя процесс нарушения биологического равновесия в природной среде. В последние годы все чаще появляются сообщения о снижении воздействия давно применяемых гербицидов на тот или иной вид сорных растений. Это подтвердили и недавние исследования, проведенные в Мэрилендском университете. Они показали, что в посевах кукурузы почти 30 видов сорняков, ранее чувствительных к гербицидам, приобрели к ним устойчивость. В их числе марь белая, куриное просо и щирица запрокинутая. Выживая даже после тщательной обработки посевов кукурузы гербицидами, они причиняют значительный ущерб урожаю. Невосприимчивость к гербицидам, как считают ученые, возникла у сорняков в результате длительного и постоянного их применения на одних и тех же полях.

Влияние пестицидов на окружающую среду

Сегодня насчитывается более 400 видов насекомых и 7 видов грызунов, включая крыс, невосприимчивых к пестицидам. Сложность нейтрализации химических средств, направленных на поддержание роста культивируемых видов растений и сохранение урожая, заключается в том, что они базируются почти на 900 и более соединениях. Стали нередкими случаи их угнетающего действия и на полезных насекомых и животных, птиц, что ведет к расстройству естественных биологических процессов в почве и воде, снижает устойчивость экологических систем. Чтобы предотвратить распространение устойчивых к пестицидам сорных трав, специалисты рекомендуют вводить севообороты с полями люцерны, зерновых культур и сои. Это позволит сочетать химическую прополку с агротехническими и другими приемами борьбы с сорняками, изменить саму практику применения гербицидов, расширить их ассортимент.

Чрезмерное использование гербицидов на одном и том же участке нарушает стабильность биологической системы растений. Известны случаи, когда в ряде районов, в которых применялось большое количество гербицидов, стали возникать крупные очаги эпидемии желтой ржавчины в результате поражения в генном аппарате растений генов сопротивляемости. Исследования зарубежных ученых показывают, что в индустриально развитых районах США и Западной Европы массовая гибель рыбы в водоемах в 57 процентах случаев происходит от поступления удобрений с полей и в 33 процентах случаев - от загрязнения вод пестицидами. Серьезный ущерб наносится дефолиантами, используемыми для обработки посевов в период уборки урожая.

Распространение пестицидов в окружающей среде происходит как физическим, так и биологическим путем. Первый способ - рассеивание с помощью ветра в атмосфере и распространение через водотоки. Второй - перенос живыми организмами по цепи питания. По мере продвижения к высшим звеньям пищевой цепи организмов концентрации вредных веществ возрастают, накапливаясь во внутренних органах, в основном в печени и почках. Результаты исследования свидетельствуют о росте заболеваемости взрослого и детского населения в зонах интенсивного применения гербицидов и пестицидов. Среди болезней наиболее часто встречаются сердечно-сосудистые, болезни печени и желчных путей, нервной системы (полирадикулиты и полиневриты), воспалительные заболевания женских половых органов.

Химизация экологически опасна для окружающей среды

Таким образом, интенсивно развивающуюся химизацию в сельском хозяйстве можно оценивать с двух позиций: как экономически выгодную и как экологически опасную для окружающей среды и самого человека. Учет этих двух сторон одной "медали" позволит в каждом конкретном случае внедрить в соответствии с местными агроэкологическими условиями прогрессивные методы химизации, которые обеспечат необходимый баланс макро- и микроэлементов и повышение качества продукции.

В последнее время в литературе появился термин "щадящая технология". Она включает: оперативное внесение питательных элементов в почву на основе результатов почвенного и листового анализов, подпочвенное рыхление; одноразовое глубокое внесение минеральных удобрений; полную механизацию работ; изменение органических удобрений; посев без оборота пласта; создание в междурядьях травяной поверхности; интегрированную, основанную на прогнозе появления вредителей систему защиты растений; современную технологию внесения химикатов; сведение к минимуму защиты, проводящейся с воздуха.

Чтобы ядовитые химикаты не попадали в почву, водоемы и подземные воды и не накапливались в биосфере, необходимо проводить комплексные координированные мероприятия по регуляции биохимических циклов обмена веществ и обеспечению экологического равновесия.

Опасность накопления в почвах и живых организмах токсичных веществ, вносимых в составе средств борьбы с сорняками и вредными насекомыми, определила поиск перспективных мер. Среди них применение биологических средств (природные рецепторы и стимулирующие вещества - адаптогены), а также физиологически активных веществ с высокой скоростью распада. Определенные успехи приносит сокращение объемов ядохимикатов за счет снижения частоты химических обработок. В 1985 году, например, в СССР отказались от применения ядохимикатов на площади более 32 миллионов гектаров.

Биологические средства более избирательны, чем химические. Сегодня известно около 50 хищников и паразитов, способных уничтожать определенные виды вредителей культурных растений, а также ряд биологических средств, нарушающих процесс воспроизводства вредителей. Но здесь необходимо иметь в виду: сокращение воспроизводства одних популяций может способствовать развитию других. Практика показала, что истребление некоторых хищников сопровождалось резким размножением тех видов, которые в основном являлись объектами их охоты. В то же время ослабление борьбы с ними способствовало резкому увеличению их численности и сказалось на количестве полезных животных и птиц. Так, обилие пищи, главным образом бытовых отходов, и отмена поощрений за уничтожение стимулировали развитие городских хищных птиц - ворон, галок. Численность их сейчас достигает 200-400 на 1 квадратный километр лесопарковой площади. В зимние месяцы она возрастает в 30-60 раз по сравнению с сельской местностью. Перезимовав без потерь, они летом уходят на гнездование в природный лес. Там, где поселились вороны, катастрофически снизилась численность соловьев, коноплянок, садовых славок, пеночек-весничек - верных защитников леса от насекомых-вредителей. Таким образом, обоснование мер по регулированию численности хищников важно для сохранения многих звеньев экосистемы.

Вороны

Против врагов сельскохозяйственных растений сейчас применяется около 20 биологических союзников. Белокрылку, например, атакуют с помощью двух грибных препаратов и одного вида насекомых. Благодаря комплексным мерам биозащиты появилась возможность выращивать овощи в теплицах, обходясь без ядохимикатов. Такой опыт уже есть в Челябинской, Свердловской и Омской областях.

И в полевых условиях биометоды защиты растений уже применяются примерно на 11 миллионах гектаров. Конечно, здесь работать сложнее: набор сельскохозяйственных культур гораздо разнообразнее, чем в теплицах, и врагов у них больше. Кроме того, в отличие от ядохимикатов биозащитники - живые организмы, и не все способны перенести переселение в другие климатические условия. Но законы природы едины. Практически в любом районе у вредителей растений есть местные, приспособленные именно к данным условиям биологические противники. Трихограмма - ценный энтомофаг успешно используется у нас против примерно 200 листогрызущих вредителей на миллионах гектаров. В стране организованы биологические лаборатории и созданы биофабрики по промышленному разведению трихограммы, действуют сотни хозяйственных и межхозяйственных лабораторий и цехов, в которых производятся биологические средства защиты растений. Разрабатывать новые пути борьбы с вредителями и болезнями растений - значит работать и на экономику, и на экологию. Известно, что в ходе эволюции растения "научились" вырабатывать сотни веществ, защищающих их от вредных насекомых. К этим веществам, как недавно установили ученые, относится кофеин и сходные с ним соединения. Под их воздействием у личинок комаров нарушалась способность к ориентированию, а концентрированные дозы этих веществ приводили насекомых к гибели через несколько дней и даже часов. При дальнейших исследованиях выяснилось, что кофеин подавляет способность к размножению нескольких видов опасных для урожая насекомых, а в смеси с другими природными инсектицидами его действие становится еще губительнее. Ученые Гарвардского университета, включая в корм для гусениц бражника измельченные чайные листья, в которых содержится кофеин, обнаружили серьезные нарушения в процессах роста и развития этого опасного вредителя. А опрыскивая корм чистым кофеином, они добились полной гибели прожорливых гусениц. Открытие свойств кофеина, по мнению ученых, будет способствовать созданию нового, более безопасного для окружающей среды класса инсектицидов.

Мутация растений

Специалисты считают, что повышенную чувствительность к запахам, которая служит у насекомых важным средством получения информации, можно использовать для усиления действия биологических методов защиты, заключающихся в нарушении или изменении поведения насекомых, а также непосредственно для уничтожения. Феромоны (биологически активные вещества), выделяемые животными в окружающую среду и специфически влияющие на поведение и эмоциональное состояние других особей того же вида, обладают огромной эффективностью. Ничтожного количества полового феромона достаточно, чтобы заставить насекомых лететь против ветра в поисках самки, посылающей химический сигнал, причем он может восприниматься самцом на расстоянии в несколько сотен метров.

Ученые стараются разгадать биохимический механизм, с помощью которого насекомые "декодируют" химические сигналы. Можно надеяться, что в будущем станет возможным создавать синтетические феромоны, искажающие нормальные сигналы насекомых. Таким образом может быть достигнута их полная дезориентация, ведущая к снижению воспроизводства. Известно, что тли избегают волосатых листьев дикого картофеля. Вначале полагали, что их пугают клейкие волоски. Однако оказалось, что листья этого растения вырабатывают особое вещество, вызывающее у насекомых "паническое" состояние. Теперь, когда разрабатываются методы генной инженерии, есть принципиальная возможность получения сельскохозяйственных культур, выделяющих подобные феромоны. Так, на плантациях хлопка в США и Египте феромоны служат для уничтожения розового хлопкового червя.

Борьба с вредителями

Биологический метод борьбы с вредителями и возбудителями болезней все увереннее пробивает дорогу в нашей стране. В СССР создан бактериальный инсектицидный препарат (БИП) для борьбы с плодовой молью, яблоневой листовкой, кольчатым шелкопрядом и пяденицами. В Институте экспериментальной морфологии и экологии животных имени А. Н. Северцова АН СССР разработан метод эффективного использования феромона хлопковой совки для учета ее численности и определения мест и сроков химической обработки. Феромоны могут успешно использоваться для борьбы с вредной черепашкой. В результате исследований созданы препараты для борьбы с жуком короедом-типографом. Разработаны технологические методы синтеза феромонов непарного шелкопряда, яблоневой плодожорки, лугового мотылька.

По оценке специалистов, ущерб, причиняемый нематодами урожаю сельскохозяйственных культур, исчисляется миллиардами рублей. Особенно большой урон они наносят картофелю. Так, совсем недавно удалось открыть, что личинки картофельной нематоды обычно развиваются из яичек только после воздействия на них веществ, содержащихся в выделяемом корнями самого картофеля соке.

До его появления яички могут находиться в почве в состоянии покоя до двадцати лет. Если расшифровать химический состав этих веществ и синтезировать их, то представится возможность искусственно вызывать преждевременное появление личинок нематоды и на не занятых картофелем полях. Лишенные своего корма, они, естественно, погибнут.

Учеными успешно выделена из корневого сока картофеля смесь веществ, заставляющая личинки развиваться из яичек. Изучив эту смесь и ее компоненты, определив их химический состав, ученые синтезируют эффективный препарат, который будет стимулировать развитие нематоды, например, до посадки картофеля.

Естественная последовательность перехода веществ в безвредные для окружающих организмов формы - проявление биологических сил природы. Эта способность к самоочищению и восстановлению нарушенных элементов представляет особое свойство природных ресурсов. Использовать это свойство на практике можно в разных формах, например путем подбора растительности для территорий, прилегающих к крупным источникам загрязнений. Лесополосы вдоль автомагистралей ограничивают распространение загрязняющих окружающую среду веществ, а внесение органоминеральных удобрений препятствует накоплению свинца в растениях.