Прикладные аспекты экологии будущего

2010-01-26 Владимир Кирюшин

Нынешний мировой кризис во многом связан с развитием безудержного потребления, а оно, в свою очередь, с резким возрастанием потребления и расходования ресурсов. Какой же ресурс сегодня является ключевым? Что является материальной основой сегодняшнего общества?

Любое общество существует за счет энергии, извлекаемой из экосистемы Земли. Эта энергия - энергия химических связей - "законсервированный" солнечный свет. С возникновением сельского хозяйства человек получает эту энергию, выращивая и потребляя растения и животных. Пищу человек получает при этом, извлекая ее из специально воссозданных им биоценозов - агроэкосистем.

Кроме того, человек освоил и другие источники энергии: силу мышц, воды, ветра, энергию угля, нефти, газа и урана, но зависимость человека от агроэкосистем отнюдь не уменьшилась.

Совершенно очевидно, что увеличение производительности труда напрямую связано с энерговооруженностью общества. При этом именно доминирующий источник энергии определяет базис данной культуры и, во многом, общественные отношения в ней. Это дало возможность увеличить производство пищи в 19-20-м веках, и обеспечить популяционный взрыв человечества путем возрастания доли "энергетических субсидий" в агроэкосистемы, когда к энергии Солнца, усваиваемой растениями, добавляется энергия из других источников. Такая "субсидия" в развитых странах обеспечивается, в основном, за счет энергии нефти, газа и угля.

в середине 20-го века была освоена атомная энергия, но все же «кровью» и «лицом», основой современной цивилизации остается нефть.

К сожалению, пик добычи нефти сегодня пройден, либо мы близки к этому, и ее известные запасы больше не увеличиваются, а начали сокращаться.

Встает новый вопрос: как можно увеличить продуктивность агроэкосистемы БЕЗ нефтяной энергетической субсидии. Это частный вопрос того, как мы будем жить в мире без нефти. Предположим, что человечеству не удалось найти столь же удобный источник энергии для субсидий агроэкосистемам, как нефть.

Каково же в таком случае будет сельское хозяйство?

На этот вопрос предлагается 2 ответа. Один - капиталистический. Например, производство биодизеля из масличных культур и топливного спирта - из углеводистых.

Однако мало кто задается вопросом, при каких условиях и где это возможно и к чему может привести. Предлагаю рассмотреть его с точки зрения эколога.

Итак, как же происходит производство продукции в агроэкосистемах развитых стран? При интенсивном ведении хозяйства, которое только и обеспечивает высокие урожаи, устойчивость сельскохозяйственных монокультур обеспечивается огромной поддержкой со стороны человека: культивация машинами, обеспечение минеральным и органическим питанием, защита от сорняков и вредителей с применением гербицидов и пестицидов, наличие развитой системы хранения, транспортирования и сбыта продукции. При этом доля ручного труда сводится к минимуму, что и позволяет 4-5% населения производить продовольствие для остальных 95%, да еще и на экспорт.

Как же удается достигать такой производительности труда? С помощью огромных, несопоставимых расходов энергии, необходимой для работы сельхозмашин, водокачек, производства удобрений. При этом энергия получается в основном из тех же невозобновимых источников - нефти и газа.

По данным Одума на одну произведенную пищевую калорию в США в 1980-е годы расходовалось более 10 минеральных калорий. В то же время, еще в 1900 году это соотношение было близко к 1.

Суть высокоиндустриального сельского хозяйства именно в преобразовании энергии ископаемых в энергию сельскохозяйственных растений и животных путем энергетической субсидии в агроэкосистемы, которая составляет до 80-90% потока энергии через экостему. В ходе же «зеленой революции» 70-х, а также идущего сейчас внедрения генетически модифицированных сортов растений проводится, в основном, адаптация этих растений и животных к потреблению и усвоению большей доли такой субсидии. (Bouvonder,1979) Так, выведенные в Европе сорта риса без агротехники, применяемой в индустриальных странах, оказались менее продуктивны, чем местные, традиционные для стран 3-го мира. С другой стороны, до 80% генетически модифицированных сортов кукурузы и до 90% сортов сои модифицируются на устойчивость к гербицидам и пестицидам для более эффективной химической борьбы с сорняками и вредителями. Это связано с тем, что к выведенным на устойчивость к вредителям сортам, вредители из-за жесткого отбора приспосабливаются за 3-5 лет, и сорняки уже выдерживают дозы гербицидов, токсичные для самих культурных растений.

К слову, с увеличением энергетической и химической субсидий эффективность их влияния на урожай падает, то есть каждый новый процент прироста требует все больших и больших затрат, возрастающих экспоненциально.

Что же происходит при сельскохозяйственном производстве в доиндустриальных^[1] странах? Рассматривая агроэкосистемы 3-го мира, например комплексный огород на Новой Гвинее, видно, что при расходе 1,4 калории энергии, в основном, ручного человеческого труда, получается 24 калории энергии, заключенной в продуктах питания, без учета энергии, находящейся в соломе, волокнах и др. (Одум, 1986^[2], Rappaport, 1971^[3]). Таким образом, этот огород служит эффективным механизмом преобразования солнечной энергии в энергию пищи с минимальной энергетической субсидией из возобновимых источников.

Конечно, это крайний случай, но очевидно, что в системе хозяйства, не применяющей значительных энергетических субсидий, агроэкосистема на выходе дает больше энергии, чем получает на входе, преобразуя солнечную энергию в энергию химических связей. Такая энергия может использоваться человеком как в виде пищи, так и для иных целей.

При этом трудоемкость такого производства будет очень значительной. Энергетическая субсидия производится за счет мышечных усилий человека и животных, что обусловливает значительную занятость в доиндустриальном сельском хозяйстве, а прибавочная стоимость, извлекаемая в этих регионах - недопустимо низкая, по меркам современного капитализма.

Итак, после анализа особенностей преобразования энергии в 2-х типах агроэкосистем мы можем видеть, что производство топлива из спирта или рапсового масла в развитых странах - невыгодно с энергетической точки зрения. Собственно, оно и практиковалось ранее только при избытке таких продуктов - как мера по их утилизации и уменьшению потерь при невозможности сбыта.

В то же время, при использовании ручного труда и минимальной механизации, производство этих продуктов оказывается выгодным для получения из них топлива - подчеркиваю, не с точки зрения цены, а с точки зрения соотношения между затраченной энергией и энергией, полученной в результате.

Очевидно, что Европа и США не планируют производить деиндустриализацию своего сельского хозяйства, которое обеспечивает святое - продовольственную независимость их стран, равно как и менять свой образ жизни, основанный на непомерно расточительном расходе энергии на комфорт, обеспеченный автомобилем, избыточным рационом питания, одноразовыми продуктами потребления.

С другой стороны, в скором времени ископаемые источники энергии - в первую очередь, нефть - не смогут обеспечить такого образа жизни, который сейчас существует в развитых странах.

Можно заменить их биотопливом. При этом биотопливо планируется производить из продуктов питания, произведенных в странах периферии глобального капитализма.

В то же время, по данным ряда авторов, приведенных в монографии Одума^[4], это приведет к еще большему углублению раскола по уровню жизни между развитыми странами и странами периферийного капитализма. А значит такой путь является принципиально порочным и закрывает возможности для повышения уровня жизни в странах-производителях носителей такой «экологически чистой» энергии. Происходит консервация этих стран на доиндустриальном уровне при фактическом уменьшении доступа населения к пище.

Этот ответ - путь к дальнейшему расслоению населения Земли на золотой миллиард и нищий «хвост». Теперь и пища стран третьего мира будет использоваться не для еды, а для поддержания уровня комфорта Запада. При реализации этого варианта продуктивность западной агроэкосистемы будет повышена с помощью сельского хозяйства, в котором используется ручной труд. Консервированная же в растениях энергия используется машинами Запада. Таким образом, когда закончатся ископаемые запасы, энергия будет добываться из сельского хозяйства 3-го мира, еще больше ухудшив его положение.

Об этом стоит задуматься и нам, участвуя в реализации проектов ЕС по выращиванию рапса для производства биодизеля. Оно будет энергетически выгодным только при условии минимизации машинной обработки земли, минимальном потреблении топлива нашим собственным сельским хозяйством, максимальном использовании ручного труда. При этом полученное топливо будет вывозиться и потребляться в странах ЕС.

Нужен ли нам такой рапс и такой биодизель?

Кстати, с удешевлением нефти во время мирового кризиса проекты переработки выращиваемого на Украине рапса в моторное топливо были свернуты, цена рапса резко снизилась, и его производители остались у разбитого корыта.

Каков же другой ответ? Попытаемcя здесь, хотя бы тезисно сформулировать основные требования к агроэкосистеме будущего.

Такая система не может основываться на монокультурах.

Монокультуры, по сравнению со сложными природными экосистемами, хуже используют энергию солнечного света, за счет того, что имеют только один уровень, где можно ее улавливать. Противоположным полюсом является тропический лес, имеющий 4-5 воздушных ярусов с отдельными биотопами, последовательно «фильтрующими» через себя солнечную энергию.

Проблема в том, что большую часть усвоенной таким образом энергии организмы леса тратят на свое дыхание и поддержание жизнедеятельности. Чем сложнее экосистема, тем большая доля энергии расходуется на дыхание, на изъятие человеком не остается практически ничего.

По этой же причине настоящими «легкими планеты» являются не тропические леса, а океан и тайга. Они не расходуют весь вырабатываемый растениями кислород на свои нужды.

Таким образом, агросистема будущего не может быть и слишком сложной, включающей в себя много ярусов, поскольку энергию из экосистем можно эффективно извлекать только на их нижних «этажах». Например, невозможно представить себе суперхищника, который питался бы, скажем, исключительно тиграми - для прокорма тигров нужны копытные, тем - растения. При этом популяция жертвы должна быть способна поддержать существование устойчивой популяции хозяина, воспроизводясь при этом, а для существования хищников требуются огромные площади, занимаемые растениями.

Что это значит для сельского хозяйства, как сиcтемы, ориентированной на конвертирование энергии солнечного света в энергию органических связей, используемую человеком? Это значит, что сельское хозяйство будущего должно основываться на одновременном культивировании комплекса растений, подобранном так, чтобы в процессе жизнедеятельности обеспечить как получение максимума продукции, так и воспроизводство почвы. Так сказать, усовершенствованный многопольный севооборот с повышенной эффективностью. Такой комплекс растений-продуцентов должен дополняться как консументами, одним из которых является человек, так и редуцентами.

Эта система хозяйства должна включать в себя продуктивных консументов 1-го порядка - травоядных животных, поскольку только они могут обеспечить человека полноценным белком, хотя это и менее выгодно энергетически.

Система редуцентов в таком сельском хозяйстве необходима для переработки и повторного использования отходов жизнедеятельности людей и животных, растительных остатков. Ведь без нефти и газа практически не будет минеральных удобрений! Надо сказать, что сейчас этому вопросу уделяется недостаточно внимания.

Фактически, такая система утилизации органических отходов будет состоять из 2-х компонентов:

1-й компонент**, - собственно редуценты почвы** - бактерии и микрофауна, отселекционированные и специально подобранные для большей эффективности разложения растительных остатков конкретного вида. Представителями такой микрофауны могут служить почвенные клещи, олигохеты, насекомые. Необходимых представителей микрофауны можно вносить, например, при посеве данной культуры, вместе с микрофлорой, способствующей росту растений, или после уборки продукции, в конце цикла обработок.

2-й компонент, - внешний - переработка отходов жизнедеятельности человека и животных также, в основном, биологическая, происходящая в специальных коллекторах с их повторным использованием на полях взамен изымаемого органического вещества.

Очевидно, что точный учет количества изымаемых и вносимых веществ в агроэкосистему станет не просто реальностью, но и насущной необходимостью.

Еще необходимо будет ввести строжайший учет расходуемой из невозобновимых и органических источников энергии, максимально заменив ее энергией из возобновимых источников.

Кроме того, если получение энергии для промышленности можно худо-бедно обеспечить за счет сжигания угля, атомной энергии, крупных ГЭС, можно даже передать эту энергию мелким пользователям, то обеспечить такой энергией транспорт и сельхозмашины достаточно сложно и дорого, практически невозможно. Интересен в этом плане опыт Северной Кореи, ведущей плановое хозяйство в условиях изоляции и почти лишенной невозобновимых источников энергии.

Что все это значит для практики?

Это значит возвращение лошади, широчайшее использование энергии воды и ветра в хозяйстве, например в виде малых (в идеале - бесплотинных) ГЭС на малых ручьях и реках, ветряк в каждом дворе, сведение к минимуму обработок земли, требующих больших затрат энергии - например вспашки, экосистемная регуляция численности вредителей.

Такое сельское хозяйство потребует разработки принципиально новых методов беспахотного земледелия, культивирования комплекса культур одновременно, внедрения микробиологических удобрений и др., восстановления плодородия почвы в этих условиях.

А еще это значит, что 5% , даже 15% населения не смогут прокормить остальные 85%! Число прямо или косвенно занятых в сельском хозяйстве неизбежно значительно возрастет.

Конечно, это будет не 80%, как в дореволюционной России, эту долю можно будет уменьшить за счет перечисленного выше, а также за счет рационального планирования производства и распределения ресурсов, но никак не меньше 40-50%.

Сельское хозяйство в наших условиях имеет также свою сезонную специфику. Так, на период пахоты, сева, уборки урожая приходятся пики загрузки людей и техники, требуя максимального числа работников. Зимой же такие нагрузки минимальны и сводятся к занятости в скотоводстве, т. е. требуется значительно меньше работников.

Решить эту проблему методом интенсификации и механизации труда крестьянина будет уже невозможно, так как ведение сельского хозяйства без энергетической субсидии потребует использования большей доли ручного и слабомеханизированного труда.

Возможное решение лежит в нескольких плоскостях

Привлечение сезонных рабочих из числа горожан на полевые работы в сезоны пиковой нагрузки, с одной стороны, и привлечение крестьян к умственному труду в зимний период. Это потребует как смены организации труда в обществе в целом, так и к концепции разделения функций города и деревни.
Развитие системы подсобного хозяйства в городах, что может значительно снизить остроту продовольственного вопроса в постнефтяном обществе.

Другая сторона этого в том, что существование городов-мегаполисов без развитого автотранспорта становится практически невозможным, а автотранспорт невозможен без нефти...

Таким образом, большая часть населения Земли будет жить в деревнях и маленьких городках, а не в мегаполисах. Возможно, что часть функций, выполняемая ныне горожанами, и связанная с работой в офисах, будет децентрализована благодаря развитию компьютерных технологий. С другой стороны, горожане будут массово привлекаться на сельхозработы в сезоны пиковых нагрузок во время полевых работ, а жители деревни (их будет, в любом случае, значительно больше, чем сейчас) в зимний период заниматься умственным и офисным трудом, а также самообразованием.

Исходя из вышеизложенного, можно резюмировать:

После «конца нефти» произойдет очередная революция в сельском хозяйстве, направленная на существование агроэкосистем с минимальной энергетической субсидией. В связи с этим значительно возрастет доля населения, полностью либо частично занятая в производстве продуктов питания. В мегаполисах жизнь начнет угасать.

Чтобы обеспечить выживание общества в таких, новых для него условиях, необходимо будет отказаться от бездумного расточения невозобновимых ресурсов, максимально использовать энергию возобновимых источников, исключая большую часть биомассы - она необходима для пищи. Провести новую программу электрификации, обеспечив замену энергии газа и нефти на электрическую из возобновимых источников и АЭС. Параллельно с этим, внедрять энергосберегающие технологии там, где это возможно, например, уменьшая потребление энергии бытовыми приборами.

Также придется обеспечить организацию производства жидкого (или другого доступного, в отличие от электричества, мелким мобильным потребителям) органического топлива из угля (синтетический бензин), и излишков биомассы растений. В первую очередь, такое топливо будет необходимо сельхозтехнике и транспорту, особенно в переходный период.

Максимально использовать в хозяйстве возобновимые источники энергии - малые ГЭС, ветроэлектростанции, дрова.

При этом очевидно, что такое общество будет беднее нынешнего, например, практически не будут использоваться одноразовые вещи, или вещи с контролируемым износом, не поддающиеся ремонту.

В расход ресурсов наверняка будет введены планирование и учет, обеспечиваемый компьютерными технологиями, и это потребление будет централизованно контролируемым.

Совершенно иной будет также и организация труда в этом обществе. Различия в функциях между городом и деревней будут, вероятно, в значительной степени, стерты.

Кредо же такого общества неизбежно сдвинется к обеспечению существования каждого своего члена, а не к бездумному потреблению ради самого потребления, т.е. «экономическому росту» по-капиталистически.

При этом, на мой взгляд, стабилизация общества в описываемом состоянии неизбежна в ближайшие десятилетия, вопрос только в том, произойдет ли это относительно мирно или через крах и катастрофу, например, после мировой войны за остатки ресурсов. Второй сценарий я считаю более вероятным...

Термин «доиндустриальный» я считаю не совсем точным, поскольку он предполагает развитие до индустриального и меньшую эффективность по сравнению с последним. Но можно ли считать эффективным в долгосрочном плане хозяйство, которое за десятилетия расходует запас ресурсов, накапливавшийся миллионы лет, и не являющееся стабильным и сбалансированным с окружающей средой? Точнее будет термин «неиндустриальный», но «доиндустриальный тип сельского хозяйства» - сложившийся и общеупотребимый терин. ↩︎
Одум Ю. Экология .- М: Мир, 1986.- т. 2, с 122-126 ↩︎
Rappaport R.A. The flow of energy in the agricultural society. Sci. Amer.,1971 224(3)? P 116-132. ↩︎
Одум Ю. Экология .- М: Мир, 1986.- т. , с 141 ↩︎