2. Агросистемы

В процессе исторического формирования агропромышленный комплекс прошел три фазы - от использования природных систем, через изменение экосистем сельскохозяйственным воздействием, к современному полностью техногенному агропроизводству. Он должен обеспечить все население Земли растительными и животными продуктами питания.

Растениеводство обеспечивает примерно 90% энергии в структуре питания. Растительная продукция составляет 93% рациона человека.

Однако, в 1928 г. голодало и недоедало 2/3 населения планеты; в 1970-е гг. хронически недоедало 36% жителей; в 1990-е - 20%. Потребление продуктов крайне наравномерно. Промышленно развитые государства, насчитывающие 15% от всего населения мира, потребляют 3/4 его мирового производства. Причем максимум получения сельскохозяйственной продукции, на который возлагалось столько надежд, был связан с идеологией так называемой "Зеленой революции".

Идея была предельно ясна. Следует селекционировать такие сорта культивируемых растений, которые обладают максимумом фитомассы, что зависит, в первую очередь, от освоения растениями N, P, K. Собирая урожай, вместе с овощами и плодами, с полей удаляются и многие питательные элементы, такие как N, P, K, менее - S, Ca, Mg и многие микроэлементы. Поэтому их необходимо восполнять, восстанавливая плодородие почв. А для этого следует, прежде всего, восполнить в почвах потери тех же самых N, P, K и др., для чего нужно вносить соответствующие минеральные (или органические) удобрения. Для того, чтобы растительная продукция как можно менее повреждалась "вредными" организмами, поля должны быть обработаны соответствующими химическими соединениями - пестицидами. Таким образом восполняется экспорт биопродукции и вводятся необходимые для роста урожаев и их сохранности соответствующие добавки. Это способствует росту продукции и одновременно сохраняет качественно агросистему от деградации. Природное равновесие будет поддерживаться, а загрязнение экосистем будет минимальным.

Однако, практика показала, что концепция "Зеленой революции" при ее реализации, привела лишь к временному росту эффективности сельского хозяйства, через пару десятилетий сменившегося еще более явным спадом урожайности и резким снижением качества продукции. В связи с этим проблема продовольственной безопасности выдвинулась на передний план.

Оказалось, что при существующих технологиях урожайность сортов и гибридов реализуется всего на 20-30%. Кроме того, новые сорта должны постоянно обновляться, иначе они теряют свои лучшие свойства и подвержены различным заболеваниям, в связи с чем нуждаются в прививках дикорастущих родичей.

При использовании химических удобрений нарушается естественный процесс обмена веществ. При вводе азота в форме нитратов происходит сдвиг равновесия в системе нитрификации-денитрификации. Попытка увеличить скорость миграции азота столкнулась с самым медленным звеном в почвенном цикле - высвобождением нитратов из гумуса, который обладает главным запасом почвенного азота. Специальные изотопные исследования показали, что минимум 60% вносимых нитратов обогащают грунтовые и поверхностные воды, не участвуя в формировании производимой продукции. Кроме того, в присутствии неорганического азота фиксация бактериями органического азота в почве прекращается. В этом отношении минеральные удобрения подобны наркотикам: чем больше их используют, тем в больших дозах они требуются.

В отличие от азота, который извлекается из воздуха, резервуаром удобренческого фосфора служат фосфориты - горные породы прошлых геологических эпох. В них фосфор находится не в виде тех соединений, которые характерны для почв, а в форме былых морских осадков. Они формировались в принципиально иных "парагенетических" ассоциациях. И отсюда - внесение с ними в почвы ксенокомпонентов, таких как Zn, Cr, V, Cd, Pb, Cu, Ni, Co, Se, As (перечисленных в порядке убывания). И, кроме того, многие типы фосфоритов обогащены радиоактивными элементами, на чем, в частности, основана методика их поиска. Это приводит к изменению геохимического типа почв, что может привести к заражению культивируемых почв токсичными микроэлементами.

3/4 P выносятся из удобренных почв континентальными водами и подобное загрязнение гидросферы принимает массовый характер.

Калийными удобрениями являются по преимуществу также минеральные соли, среди которых доминируют галогениды. Поэтому внесение подобных удобрений, помимо прочего, ведет к повышению кислотности почв.

Таким образом, из вносимых удобрений теряется 20-60% азотных, 70-80% фосфорных и более 50% калийных вносимых веществ и 60-90% поливной воды.

В качестве пестицидов (убийц расхитителей) выступают органические синтезированные вещества различного предназначения: для уничтожения вредных насекомых - инсектициды, для борьбы с типопатогенными грибками - фунгициды, для уничтожения сорняков - гербициды, для уничтожения грызунов - родентициды, для сброса листьев растений - дефолианты и др. Потери продуктов питания без их использования достигают 60% урожая. Производство пестицидов базируется на основе более 900 неорганических, органических и металлорганических соединений Cu, Hg, Pb, As, Ba, S, кислородных кислот, Cl, карбоматов, теозинов и многих других.

Однако, здесь обычен эффект "пестицидного бумеранга": в "эволюционном танце" генотипической изменчивости растения-хозяина и паразитов явное преимущество со временем выявилось на стороне паразитов. К настоящему времени зафиксировано повышение устойчивости к пестицидам более чем у 500 видов насекомых-вредителей, десятков видов возбудителей болезней и сорняков. Это обусловлено не только многочисленностью вредных для сельскохозяйственных культур видов насекомых, грибов, вирусов, нематоз и др. (их более 100 тыс.), но и большой зависимостью их рекомбинационной и мутагенной изменчивости от условий внешней среды. Устойчивость к пестицидам популяций осуществляется достаточно быстро (10-20 поколений), что для многих плодовитых видов не представляет особой беды. Но пестициды нарушают и нормальное прохождение метаболических процессов у самих растений, являясь нередко причиной ятрогенных болезней. А численность полезных насекомых от их воздействия уменьшается обычно на 20-70%.

Очень опасно, что уже до 50% пестицидов рассеивается в воздухе при обработке полей, а общая их эффективность использования не превышает 10-20%.

Пестициды устойчивы и их более отдаленные последствия характеризуются следующими категориями рисков:

1) внедрением ксенобиотиков в биотическую среду;

2) появлением новых форм заболеваний (типа "юшо" и др.);

3) разрывом естественных пищевых цепей;

4) блокированием сукцессии и уменьшением видового разнообразия;

5) трансформацией цели и следствия (направлены против определенных популяций, но воздействуют на целые биоценозы);

6) приводят к сбоям в фотосинтезе (дефолианты);

7) ведут к разрушению естественного биологического барьера от патогенов;

8) проявляют персистентность (устойчивость) глобального воздействия;

9) приводят к вынужденому отчуждению земель (к их отравлению).

"Зеленая революция" не привела и к ожидаемому экономическому эффекту в связи с дополнительными расходами.

Если в условиях экстенсивного земледелия на вклад единицы энергии (ископаемого топлива) получали 25-50 пищевых калорий, то при современных технологиях - лишь 2-4.

Не привели к значительному увеличению мясной продукции и методы искусственных подкормов животных, с использованием гормонов, тиреостатиков и пр. Но явно сказались на качестве этой продукции.

Современное животноводство дает около 55% всей валовой продукции сельского хозяйства. Ведется оно в трех основных системах: пастбищной, стойлово-пастбищной и стойловой. Для каждой из них необходимы различные виды кормов. В связи с интенсификацией использования происходит вырождение пастбищ и сенокосов.

Причинами этого являются:

1) перевыпас и бессистемный выпас (слишком ранний и слишком поздний);

2) истощение почв от непрерывного сенокошения и выпаса по отаве без внесения удобрений;

3) запаздывание с сенокошением, неполное скашивание (оставление на "семена" сорных растений);

4) закустаривание и залесение сенокосов, закочкаривание пастбищ;

5) развитие вместо высоких хорошо поедаемых трав остаточных при выпасе растений с хорошо развитой корневой фитомассой...

На сенокосных полях наблюдается отклонение в развитии травяного покрова по сравнению с выпасными в следующих направлениях:

1) изменяется естественный круговорот веществ, сокращается период фотосинтеза, происходит обеднение почв питательными веществами;

2) происходит изменение хода вегетации, подавляется семенное возобновление, меняется флористический состав;

3) сокращаются мощности подстилки и ветоши, изменяется температурный режим и содержание влаги;

4) изменение растительности ведет к изменению состава почвенных живых организмов и т.д.

Указанные изменения заставляют пересмотреть существующие в земледелии способы и методы хозяйствования с усилением их экологической составляющей. Вырабатываются основы адаптивной, альтернативной технологий, исключающих или ограничивающих использование минеральных удобрений и химической обработки полей.