Страница:
Долго шли поиски заместителя подсолнечника. Не один и не два претендента были забракованы. Остановились на довольно редком госте местной флоры - горчице сизой. Оказалось, она хороша не только как острая приправа, но, что гораздо важнее в данном случае, может оказать неоценимую услугу в развитии животноводства Хакасии. Но об этом несколько позже.
А пока о том, что дало внедрение на поля Хакасии, казалось бы, скорее экзотического, чем пригодного на какие-либо хозяйственные нужды растения, тем не менее хорошо оправдавшего возложенные на него надежды. Начать хотя бы с того, что его развитие, вегетативный период, уложилось в рекордно сжатые сроки. Высевают горчицу в начале июля, когда осень уже не за горами. И все равно растение успевает еще до заморозков отцвести, дать плоды и задревеснеть. Словом, идеально подготовиться к капризам местного климата.
Но надо было еще найти наилучшие размеры защитных полос. Слишком малы будут "мини-полосы" из горчицы - проку вовсе не будет. Слишком велики займут много плодородной земли. По ходу дела убедились, насколько бережно горчица сохраняет комковатую структуру почвы - самую благотворную для воздушного и теплового обмена почвы с окружающей средой.
А ведь это тоже способствует получению устойчивых урожаев. И резко сокращает дефляцию. Ту влагу, что горчица вынуждена забрать из пашни на свое произрастание, растение сторицей восполняет зимой за счет эффективного снегозадержания. Более того, в почве окультуренных полей стало наблюдаться заметное накопление некоторых микроэлементов. В том числе фосфора, чрезвычайно важного для нормального вызревания пшеницы. Известно, что фосфор, кроме того, в какой-то степени способен восполнять дефицит влаги. Качество весьма ценное в засушливые годы.
До исследований сибирских ученых граница чистого пара и посевов зерновых оставалась неухоженной, и "заселяли" ее сорняки. Бороться с ними было очень невыгодно, так как техника с большим трудом маневрировала на узких полосах.
Теперь боевые действия против сорняков приняли на себя шеренги горчичных кулис. Они глушат сорняки, не позволяя им развиваться и набирать силу.
В свою очередь, отсутствие сорняков позволило неожиданно и эффективно преобразовать следующее звено севооборота - отвальную зяблевую вспашку.
Взамен плуга перед посевом пшеницы пускают на поле лущильщики.
Они уже не тормошат самые плодородные верхние слои почвы, не нарушают сложившуюся годами структуру, а всего лишь подрезают корневую систему отавы - травы, готовой тронуться по весне в рост. Отава может составить нежелательную конкуренцию для нежных ростков пшеницы.
Скошенная же отава, словно легкая шаль, прикрывает землю и превращается уже в мульчу - защитницу почвы от излишнего испарения.
Вы замечаете, как хорошо здесь видна вся сложность сельскохозяйственных забот. Одно звено, на первый взгляд незначительное,- выбор растений для кулисной защиты полей, влечет за собой цепь важных изменений в севообороте, в применении механизмов, в системе защиты от эрозии почвы и так далее. Одновременно ясно, что мероприятия, оправдавшие себя в одной местности, с большой осторожностью следует "перебазировать" в другие края и области. Но всякий опыт ценится, всякая возможность получения устойчивых урожаев полезна и своевременна.
А цепь мероприятий, начавшись с горчичного зернышка, продолжается.
И овцы рады
С незапамятных времен жителей Хакасии кормили и одевали кочующие по долам и весям крупные отары овец.
Не забыто это направление животноводства и в нынешние дни. Несмотря на то, что более двух третей Причулымья занято под посевные культуры и многие отгонные пастбища прекратили свое существование. Куда деваться поголовью овец?
Комбикормовый рацион требует затрат ценных пищевых продуктов и, что не менее важно, снижает качество шерсти и выделанных шкур. Тех самых, что служат полуфабрикатом для изготовления не выходящих из моды дубленок.
Вольного выпаса ничем не заменить - к такому выводу пришли селекционеры известного далеко за пределами Красноярского края Учумского племовцезавода и обратились за помощью к сотрудникам Красноярского НИИСХ.
Прежде из создавшегося положения пробовали выходить путем устройства искусственных пастбищ на полосах черного пара. Но, если можно так сказать, только портили "шкуру зебры". Отдыхающие земли приспосабливали под посевы однолетних трав, пригодных для выпаса только до первых заморозков. В отличие от горчицы сизой традиционное разнотравье мирно уживалось с сорняками. И, как уже говорилось, даже пасовало на межах, разделяющих посевы. Обычные травы плохо противостояли дефляции, в результате чего опять же на разделительных линиях севооборота, получивших название буферных, росли бугры так называемого мелкозема - разрушенных комочков почвы, перенесенных ветрами или смытыми паводками и уже навсегда ни на что не пригодными.
А что получается при посевах той же горчицы сизой? Теперь на обнаженный слой почвы ложится крупноячеистая сетка из корней и стеблей, образованная пересекающимися шеренгами кулис. Сетка эта закрепляет податливые рыхлые частички, оберегая их от разрушительных сил паводка и ветра.
Но самая ощутимая ценность новой для Хакасии культуры выразилась в том, что она послужила питательным и сочным кормом для скота вплоть до весеннего таяния снега. Животные теперь пасутся всю зиму, не испытывая надобности в дополнительном рационе. Но не просто кормятся, не "на дармовщину". Взамен отары равномерно удобряют почву, именно накануне посева зерновых культур. Оставляя на каждом гектаре не менее десяти тонн первоклассного навоза. Более совершенного и действенного удобрения, чем органическое, пока еще, пожалуй, не придумано. Не говоря уж о том, что достается оно в прямом смысле бесплатно. Благодаря гармоничному симбиозу животных и растений впервые удалось существенно повысить урожайность главной зерновой культуры - пшеницы на три-четыре центнера с гектара.
Так что в недалеком будущем, пролетая над просторами Хакасии, вы уже, вероятно, не встретите "зебру". Это будет означать лишь одно - новая схема землепользования оправдывает себя.
Осторожно: амброзия
Успешная борьба с сорняками на пашне и других угодьях была и остается важнейшим условием повышения культуры земледелия, роста их продуктивности. Ведь среди сорных трав немало опасных, причиняющих большой ущерб урожаю. К их числу относят и амброзию. На юге европейской части страны, включая Северный Кавказ, на Дальнем Востоке и в ряду других регионов распространены три вида этого карантинного сорняка: полыннолистная, трехраздельная и многолетняя амброзия.
Больше всего расселилась первая.
Завезенная в начале нашего столетия С Американского континента, она, не встречая на территории нашей страны своих естественных врагов - природных регуляторов ее численности, образовала ряд опасных очагов. В последние годы их площади, занятые в основном амброзией полыннолистной, заметно расширились в ряде зон РСФСР, УССР и некоторых других республик. Она неприхотлива и растет тут на полях, лугах и пастбищах, по берегам рек, водоемов и каналов, в полосах отвода железных и шоссейных дорог, в лесополосах, на пустырях и огородах, во дворах и на газонах городов и поселков. При сильном засорении, иссушая и обедняя почву, амброзия может полностью погубить урожай. Не имея никакой кормовой ценности, она к тому же опасна для здоровья людей, особенно тех, кто подвержен воздействию ее пыльцы. В период массового цветения у них проявляется аллергическая "сенная лихорадка". А цветет амброзия полыннолистная с июля по октябрь.
Семянки ее (до 100 тысяч на растение)
созревают в сентябре-октябре. Прорастают они с глубины не более 8 сантиметров в марте - мае при температуре почвы 6-8 градусов и выше.
Усилиями специалистов против амброзии разработана и теперь применяется система мер, позволяющая выявлять, подавлять или уничтожать как вегетирующие растения, так и семена сорняка в почве, очагах его распространения. В районах, где имеются такие очаги, меры борьбы с амброзией должны проводиться в комплексе. Тогда она сравнительно легко уничтожается доступными методами и средствами. В этом отношении заслуживает широкого распространения опыт организации защиты от опасного сорняка земельных угодий, в том числе и пашни, в Краснодарском крае. Уничтожение карантинных сорняков - задача большой экономической важности.
В последние годы успешнее стали бороться с карантинными сорняками в Ставропольском крае, Ростовской и Куйбышевской областях, где наряду с агротехническими мерами применяются и химические.
Одно из условий успешной борьбы с амброзией - это не дать ей обсемениться. На землях несельскохозяйственного пользования посевами многолетних трав и их смесей с бобовыми компонентами удается сравнительно быстро, дешево и эффективно подавить рост амброзии. Для таких посевов подходят кострец безостый, житняк, пырей, овсяница, люцерна и эспарцет.
Снижению засоренности благоприятствуют обработки почвы. Так, боронованием уничтожают на 80-90 процентов всходов амброзии, а лущением стерни, культивациями и вспашкой подавляют как растущие растения, так и проростки.
Наилучшие результаты получают от сочетания разноглубинной обработки почвы с внесением соответствующих той или иной культуре гербицидов:
амибена, атразина, базаграна, 2, 4-Д, ДНОК, дэпра, линурона, пирамина, прометрина, симазина, эптама, сангора, а также некоторых их смесей. Не всегда, понятно, представляется возможность применить все указанные приемы и средства. В таких случаях растения амброзии выпалывают вручную или 3-4-кратным снашиванием сдвигают их цветение, не допускают плодоношения. Нередко сорняк уничтожают всеми имеющимися средствами, привлекая к этой важной работе трудоспособное население и учащихся.
Усиливая борьбу с амброзией и другими карантинными сорняками, повышают отдачу пахотных и других земель, их продуктивность и, что не менее важно, сберегают здоровье людей.
"Хайпоника":
чудо XX века
В городе Цукуба близ Токио растет помидорный куст, вернее, дерево, крона которого раскинулась почти на 10 метров, а высота около трех метров. Ветви помидора-гиганта не способны сами себя поддерживать - они тянутся по специально изготовленным подпоркам. Диаметр ствола этого удивительного растения не меньше, чем у иной яблони,- 20 сантиметров у основания.
Под стать размерам и урожайность у помидорного Гулливера. Если обычный куст дает 20-30 плодов за все время своего роста, то на чудо-дереве только за три месяца созрело около 4 тысяч томатов. А за сезон биоинженеры рассчитывают собрать с него не менее 14 тысяч помидоров!
Помидорное дерево - не чудо кропотливой работы селекционера-одиночки. Это обычный огородный сорт томата, рост которого на земле не превышает 60-70 сантиметров. Секрет гигантских размеров помидорного дерева в "хайпонике". По сути дела это уже широко известная гидропонная техника, только помноженная на 20-летние эксперименты и новейшие методы контроля и управления за состоянием среды. Поэтому метод и получил название "хайпоника" - от слов "хай текнолоджи" (высокая технология) и "гидропоника".
- Новым методом можно выращивать любое растение,- рассказывает инженер компании "Киова"
X. Окуно.- Мы выбрали именно помидор, потому что он особенно ярко демонстрирует особенности "хайпоники". Если обычный помидор растет 12 месяцев, то наше дерево продолжает плодоносить год за годом, как, скажем, яблоня. Но мы можем показать вещи не менее замечательные, чем помидорное дерево. Например, дынную лозу, с которой собираем по 90 плодов. Их вес в среднем достигает одного килограмма двухсот граммов.
Обычная лоза приносит всего один плод. Если перевести эти цифры в проценты, то за счет нового метода, можно сказать, ученые добились просто фантастического увеличения урожайности.
Подобные урожаи специалисты "Киовы" не раз получали на своих экспериментальных плантациях. Объектом их исследований стали самые различные сельскохозяйственные культуры. Например, каждое огуречное дерево с помощью "хайпоники" дает больше трех тысяч плодов.
Не хуже, чем в тропиках, растет в японских условиях гидропонная папайя. А ведь здесь гораздо меньше солнца, которое необходимо для этого теплолюбивого растения. Зимняя температура опускается до 10 градусов мороза, что вообще неприемлемо для папайи. Обычный сахарный тростник вместо 2-3 метров на экспериментальных плантациях вымахал на 6 метров. Причем почти в два раза быстрее, чем в привычных условиях. Такие же поразительные результаты получены и с тыквой, табаком, цветами. В чем же секрет "хайпоники"?
Ее изобретателя Сигэо Нодзава давно захватила парадоксальная и на первый взгляд противоестественная идея.
Он пришел к выводу, что земля не помогает, а... мешает растению полностью проявить потенциал своего роста.
Поэтому надо убрать землю, а растению дать только то, что ему действительно необходимо. В самом деле, почва затрудняет доступ кислорода и света к корням. В земле практически невозможно поддерживать на постоянном, необходимом уровне содержание воды, не говоря уж о температуре, минеральных солях и микроэлементах.
Через почву проникают многие болезнетворные бактерии и насекомые.
Растение может и должно показать чудеса роста, если ему предоставить такую возможность, решил ученый. Через 20 лет после начала экспериментов с "хайпоникой" он смог доказать правильность своих оригинальных предположений. Сейчас Сигэо Нодзава - президент процветающей компании "Киова".
Все выглядит, казалось бы, довольно просто: строго рассчитанное количество минеральных солей и микроэлементов в растворе стерилизованной воды точно определенной температуры насыщается пузырьками воздуха и по капиллярным трубкам подается к корням помидора. Смесь непрерывно циркулирует, обогащая растение только теми веществами, которые ему необходимы именно в данный период развития. Их концентрация в несколько раз превосходит то, что даже при самых благоприятных условиях культура могла бы получить в почве под открытым небом. Специальные устройства создают оптимальную среду для растения, автоматически подстраивая температуру, влажность, питание и другие химические характеристики. В результате скорость развития и созревания плодов у таких растений в 3-4 раза выше, чем у их собратьев, растущих на земле.
Чтобы разработать состав раствора для каждой культуры, понадобились тысячи экспериментов и долгие годы поисков. Формула раствора-главная тайна "хайпоники", и она охраняется очень строго и тщательно. О ней известно только одно - никаких стимуляторов, гормональных или других подобных препаратов, искусственно ускоряющих рост, в ней не применяется.
В короб, заполненный белой, никогда не утрачивающей своей свежести корневой системой помидорного дерева, поступают только те вещества, которые растение может получить, но, как правило, не получает в природных условиях. Поэтому никаких скрытых опасностей или побочных эффектов для человека плоды деревьев, выросших на "хайпонике", не несут. Ну а по вкусу ничуть не уступают, а может, и превосходят лучшие томаты с рынка. Плоды помидорного дерева богаты растительным сахаром, витаминами, другими питательными веществами. У них красивый, истинно помидорный цвет и душистый аромат.
Любой огородник знает, сколько ухода требует обычный помидор. Сначала надо вырастить рассаду, потом пересадить ее на грядку, постоянно пропалывать, регулярно поливать. Окучивание, внесение удобрений, опыление ядохимикатами, защита от вредных насекомых, болезней, птиц - все это сложная, неподдающаяся полностью механизации, не говоря уже об автоматизации, работа.
"Хайпоника" избавляет человека от этих операций. Аппарат, контролирующий подачу смеси и ее состав, в общих чертах повторяет те автоматизированные системы управления, которые уже используются на крупных промышленных предприятиях. Непрерывная подача к корневой системе концентрированного питательного раствора, отсутствие внешних факторов, подавляющих в обычных условиях биохимические процессы,- все это резко усиливает процесс фотосинтеза в растениях, Они активно и быстро развиваются даже при недостаточной освещенности.
Инженеры "Киова" предлагают две "хайпоники" - вертикальную и горизонтальную. Горизонтальная "хайпоника" дает возможность развивать растению свою крону вширь. В этом случае урожай примерно в два раза выше, чем при вертикальном методе выращивания. Но размер плодов неодинаков - чем дальше от ствола, тем меньше становятся плоды. Вкусовые качества тоже снижаются. При вертикальной "хайпонике" помидор вырастает до 5 метров. Преимущество этого способа в строгой однородности урожая и экономии места. Все помидорное дерево при вертикальном способе умещается на площади примерно в один квадратный метр. Поэтому на сравнительно небольшой площади может быть создан мощный овощной цех.
Широкое распространение "хайпоники" пока сдерживает система мелких фермерских хозяйств, характерная для Японии. Мелкому собственнику не под силу провести капитальные вложения, необходимые для открытия "хайпонного" производства. Уже существующие хозяйства не могут в полной мере показать превосходство новой технологии из-за ограниченных масштабов. Однако уже сейчас ясно, что "хайпоника" может найти широкое применение в засушливых районах земли, Антарктиде и даже на крышах городских кварталов. Для членов будущих длительных космических экспедиций она может стать источником обильной и вкусной пищи.
6. ГДЕ ВЗЯТЬ ТЕПЛО?
"Токамак":
проблемы и перспективы
Рассказывает академик Е. В е л и х о в.
Исследования в области управляемого термоядерного синтеза (УТС)
имеют более чем тридцатилетнюю историю. Начатые почти одновременно и совершенно независимо в СССР, США и Англии, они в течение нескольких лет проходили в условиях абсолютной секретности. В это же время в мире интенсивно велись работы, завершившиеся демонстрацией термоядерной реакции в форме неуправляемого разрушительного взрыва водородной бомбы. В отличие от этого исследования по УТС имели целью разработку способа получения энергии, выделяющейся при слиянии ядер легких элементов, в режиме с контролируемой мощностью. В случае успеха в руках человечества оказался бы источник энергии с огромными ресурсами топлива, распространенного повсеместно, в том числе в воде Мирового океана.
В 1956 году во время посещения английского научного центра в Харуэлле академик И. Курчатов по поручению Советского правительства впервые сообщил зарубежным коллегам о работах по УТС, ведущихся в СССР. Так по инициативе Советского Союза было положено начало широкому научному сотрудничеству ученых различных стран мира, направленному на овладение колоссальной энергией термоядерного синтеза в интересах мира, прогресса и благосостояния.
Наиболее доступной для практического использования является термоядерная реакция в смеси тяжелых изотопов водорода - дейтерия и трития. В результате слияния ядер этих элементов на единицу веса топлива выделяется примерно в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сгорании обычного органического топлива. Однако для зажигания такой смеси требуется нагреть ее до температуры "всего" около 100 миллионов градусов, при которой вещество может существовать только в виде плазмы. Поэтому, прежде чем перейти к практическому освоению управляемого термоядерного синтеза, ученым пришлось научиться получать в лабораторных условиях новый физический объект - высокотемпературную плазму, исследовать ее свойства и создать новую главу физики - науку о плазме, сегодня уже нашедшую многочисленные практические применения.
Существуют две принципиальные возможности осуществления управляемой термоядерной реакции: спокойное длительное горение термоядерного топлива в так называемых магнитных ловушках, в которых горячая плазма изолируется от контакта со стенками реактора с помощью магнитного поля /магнитное удержание плазмы/, и непрерывная серия микровзрывов твердых топливных таблеток, воспламеняемых с помощью мощных лазерных пучков, пучков заряженных частиц или при быстром сжатии магнитным полем, причем образовавшаяся плазма имеет возможность свободно разлетаться в пространстве инерционное удержание плазмы/.
В настоящее время наиболее близко к достижению условий осуществления управляемой термоядерной реакции подошли системы первого типа /системы с магнитным удержанием плазмы/, среди которых лидирующее положение занимает "Токамак", идея которого была выдвинута и практически осуществлена коллективом ученых Института атомной энергии имени И. В. Курчатова в Москве под руководством выдающихся советских физиков академиков Л. Арцимовича и М. Леонтовича.
"Токамак" представляет собой замкнутую в кольцо вакуумную камеру, помещенную внутрь тороидального соленоида. В камере в разреженном газе, как во вторичной обмотке обычного трансформатора, возбуждается электрический разряд с током, текущим вдоль ее оси. Создаваемое соленоидом магнитное поле изолирует плазму разряда от стенок камеры.
При соблюдении некоторых дополнительных условий для равновесия плазменного кольца плазма должна нагреваться текущим по ней током. Нагрев плазмы можно увеличить, вводя в нее интенсивные пучки быстрых атомов или высокочастотную мощность.
Понадобились многолетние усилия советских специалистов, пока наконец в 1968 году на "Токамаке" Т-3 удалось нагреть водородную плазму до температуры 10 миллионов градусов. В "Токамак" поверили во всем мире, и 70-е годы прошли под знаком его последовательных успехов. На использование систем типа "Токамак" были переориентированы национальные программы США, Японии, Франции, ФРГ, Англии и ряда других стран.
Сегодня в мире насчитывается более 70 действующих "Токамаков". В СССР завершается сооружение "Токамака" предреакторного масштаба Т-15, особенностью которого является сверхпроводящий тороидальный соленоид, прототип аналогичной системы термоядерного реактора.
Совместные усилия ученых многих стран привели к быстрому прогрессу в понимании физических процессов в "Токамаках". Температуру плазмы удалось поднять до 80 миллионов градусов. Показано, что потери из плазмы находятся на допустимом уровне. Накоплен большой инженерный опыт по проектированию и сооружению установок в целом и эксплуатации их отдельных систем. В целом до настоящего времени экспериментальные результаты, полученные на "Токамаках", не обнаружили принципиальных препятствий к созданию термоядерного реактора.
В 1978 году Советский Союз предложил Международному агентству по атомной энергии /МАГАТЭ/ объединить усилия стран, активно ведущих термоядерные исследования, в деле создания первого демонстрационного термоядерного реактора. Об этом говорил с трибуны специальной сессии Генеральной Ассамблеи ООН 31 мая 1978 года А. А. Громыко.
Инициатива СССР была поддержана правительствами США, Японии и ряда стран Западной Европы, входящих в Евроатом. Был создан объединенный коллектив ведущих специалистов этих стран для разработки проекта первого в мире термоядерного реактора, получившего название ИНТОР. В таком реакторе должны быть получены параметры плазмы и осуществлены плазмофизические режимы работы, близкие к соответствующим параметрам и режимам будущих энергетических реакторов. Он должен содержать все основные системы и узлы, присущие энергетическим реакторам, должна быть проверена работоспособность этих систем и узлов, исследована работоспособность первой стенки реактора при высоких циклических нейтронных нагрузках. ИНТОР должен продемонстрировать надежность производства электроэнергии и воспроизводства трития, а также дать опыт эксплуатации и дистанционного обслуживания термоядерного реактора.
На основе проведенного анализа специалисты Международной рабочей группы ИНТОРа показали, что накопленный экспериментальный и теоретический опыт позволяет разработать проект такого реактора "Токамака", базируясь в основном на современном уровне развития техники. В 1982 году был завершен эскизный проект ИНТОРа, после этого проводились работы по оптимизации основных технических решений реактора.
Проектные параметры ИНТОРа: объем плазмы более 200 кубических метров, длительность горения реакции 200 секунд, термоядерная мощность 620 мегаватт, электрическая мощность экспериментального электрического модуля 50 мегаватт, коэффициент воспроизводства трития 0,65. Стоимость такого реактора оценивается около 3 миллиардов долларов. В научных кругах, руководствующихся прежде всего здравым смыслом и принципом рациональности, идея ИНТОРа пользуется популярностью и поддержкой. Сложность технологии и высокая стоимость демонстрационного реактора при реализации проекта делают весьма выгодным не соперничество, а объединение усилий различных стран.
Лучом лазера
Ученые лаборатории квантовой радиофизики Физического института имени Лебедева АН СССР предложили идею лазерного управляемого термоядерного синтеза и получили приоритетные результаты в этой области. На крупнейшей в мире лазерной термоядерной установке "Дельфин" ведутся эксперименты по нагреву и сжатию плазмы для получения термоядерного синтеза. Результаты этих исследований находят широкое применение в разработке новых приборов, технологических процессов, в получении веществ с новыми свойствами в медицине, метрологии и в новейших методах обработки информации.
А пока о том, что дало внедрение на поля Хакасии, казалось бы, скорее экзотического, чем пригодного на какие-либо хозяйственные нужды растения, тем не менее хорошо оправдавшего возложенные на него надежды. Начать хотя бы с того, что его развитие, вегетативный период, уложилось в рекордно сжатые сроки. Высевают горчицу в начале июля, когда осень уже не за горами. И все равно растение успевает еще до заморозков отцвести, дать плоды и задревеснеть. Словом, идеально подготовиться к капризам местного климата.
Но надо было еще найти наилучшие размеры защитных полос. Слишком малы будут "мини-полосы" из горчицы - проку вовсе не будет. Слишком велики займут много плодородной земли. По ходу дела убедились, насколько бережно горчица сохраняет комковатую структуру почвы - самую благотворную для воздушного и теплового обмена почвы с окружающей средой.
А ведь это тоже способствует получению устойчивых урожаев. И резко сокращает дефляцию. Ту влагу, что горчица вынуждена забрать из пашни на свое произрастание, растение сторицей восполняет зимой за счет эффективного снегозадержания. Более того, в почве окультуренных полей стало наблюдаться заметное накопление некоторых микроэлементов. В том числе фосфора, чрезвычайно важного для нормального вызревания пшеницы. Известно, что фосфор, кроме того, в какой-то степени способен восполнять дефицит влаги. Качество весьма ценное в засушливые годы.
До исследований сибирских ученых граница чистого пара и посевов зерновых оставалась неухоженной, и "заселяли" ее сорняки. Бороться с ними было очень невыгодно, так как техника с большим трудом маневрировала на узких полосах.
Теперь боевые действия против сорняков приняли на себя шеренги горчичных кулис. Они глушат сорняки, не позволяя им развиваться и набирать силу.
В свою очередь, отсутствие сорняков позволило неожиданно и эффективно преобразовать следующее звено севооборота - отвальную зяблевую вспашку.
Взамен плуга перед посевом пшеницы пускают на поле лущильщики.
Они уже не тормошат самые плодородные верхние слои почвы, не нарушают сложившуюся годами структуру, а всего лишь подрезают корневую систему отавы - травы, готовой тронуться по весне в рост. Отава может составить нежелательную конкуренцию для нежных ростков пшеницы.
Скошенная же отава, словно легкая шаль, прикрывает землю и превращается уже в мульчу - защитницу почвы от излишнего испарения.
Вы замечаете, как хорошо здесь видна вся сложность сельскохозяйственных забот. Одно звено, на первый взгляд незначительное,- выбор растений для кулисной защиты полей, влечет за собой цепь важных изменений в севообороте, в применении механизмов, в системе защиты от эрозии почвы и так далее. Одновременно ясно, что мероприятия, оправдавшие себя в одной местности, с большой осторожностью следует "перебазировать" в другие края и области. Но всякий опыт ценится, всякая возможность получения устойчивых урожаев полезна и своевременна.
А цепь мероприятий, начавшись с горчичного зернышка, продолжается.
И овцы рады
С незапамятных времен жителей Хакасии кормили и одевали кочующие по долам и весям крупные отары овец.
Не забыто это направление животноводства и в нынешние дни. Несмотря на то, что более двух третей Причулымья занято под посевные культуры и многие отгонные пастбища прекратили свое существование. Куда деваться поголовью овец?
Комбикормовый рацион требует затрат ценных пищевых продуктов и, что не менее важно, снижает качество шерсти и выделанных шкур. Тех самых, что служат полуфабрикатом для изготовления не выходящих из моды дубленок.
Вольного выпаса ничем не заменить - к такому выводу пришли селекционеры известного далеко за пределами Красноярского края Учумского племовцезавода и обратились за помощью к сотрудникам Красноярского НИИСХ.
Прежде из создавшегося положения пробовали выходить путем устройства искусственных пастбищ на полосах черного пара. Но, если можно так сказать, только портили "шкуру зебры". Отдыхающие земли приспосабливали под посевы однолетних трав, пригодных для выпаса только до первых заморозков. В отличие от горчицы сизой традиционное разнотравье мирно уживалось с сорняками. И, как уже говорилось, даже пасовало на межах, разделяющих посевы. Обычные травы плохо противостояли дефляции, в результате чего опять же на разделительных линиях севооборота, получивших название буферных, росли бугры так называемого мелкозема - разрушенных комочков почвы, перенесенных ветрами или смытыми паводками и уже навсегда ни на что не пригодными.
А что получается при посевах той же горчицы сизой? Теперь на обнаженный слой почвы ложится крупноячеистая сетка из корней и стеблей, образованная пересекающимися шеренгами кулис. Сетка эта закрепляет податливые рыхлые частички, оберегая их от разрушительных сил паводка и ветра.
Но самая ощутимая ценность новой для Хакасии культуры выразилась в том, что она послужила питательным и сочным кормом для скота вплоть до весеннего таяния снега. Животные теперь пасутся всю зиму, не испытывая надобности в дополнительном рационе. Но не просто кормятся, не "на дармовщину". Взамен отары равномерно удобряют почву, именно накануне посева зерновых культур. Оставляя на каждом гектаре не менее десяти тонн первоклассного навоза. Более совершенного и действенного удобрения, чем органическое, пока еще, пожалуй, не придумано. Не говоря уж о том, что достается оно в прямом смысле бесплатно. Благодаря гармоничному симбиозу животных и растений впервые удалось существенно повысить урожайность главной зерновой культуры - пшеницы на три-четыре центнера с гектара.
Так что в недалеком будущем, пролетая над просторами Хакасии, вы уже, вероятно, не встретите "зебру". Это будет означать лишь одно - новая схема землепользования оправдывает себя.
Осторожно: амброзия
Успешная борьба с сорняками на пашне и других угодьях была и остается важнейшим условием повышения культуры земледелия, роста их продуктивности. Ведь среди сорных трав немало опасных, причиняющих большой ущерб урожаю. К их числу относят и амброзию. На юге европейской части страны, включая Северный Кавказ, на Дальнем Востоке и в ряду других регионов распространены три вида этого карантинного сорняка: полыннолистная, трехраздельная и многолетняя амброзия.
Больше всего расселилась первая.
Завезенная в начале нашего столетия С Американского континента, она, не встречая на территории нашей страны своих естественных врагов - природных регуляторов ее численности, образовала ряд опасных очагов. В последние годы их площади, занятые в основном амброзией полыннолистной, заметно расширились в ряде зон РСФСР, УССР и некоторых других республик. Она неприхотлива и растет тут на полях, лугах и пастбищах, по берегам рек, водоемов и каналов, в полосах отвода железных и шоссейных дорог, в лесополосах, на пустырях и огородах, во дворах и на газонах городов и поселков. При сильном засорении, иссушая и обедняя почву, амброзия может полностью погубить урожай. Не имея никакой кормовой ценности, она к тому же опасна для здоровья людей, особенно тех, кто подвержен воздействию ее пыльцы. В период массового цветения у них проявляется аллергическая "сенная лихорадка". А цветет амброзия полыннолистная с июля по октябрь.
Семянки ее (до 100 тысяч на растение)
созревают в сентябре-октябре. Прорастают они с глубины не более 8 сантиметров в марте - мае при температуре почвы 6-8 градусов и выше.
Усилиями специалистов против амброзии разработана и теперь применяется система мер, позволяющая выявлять, подавлять или уничтожать как вегетирующие растения, так и семена сорняка в почве, очагах его распространения. В районах, где имеются такие очаги, меры борьбы с амброзией должны проводиться в комплексе. Тогда она сравнительно легко уничтожается доступными методами и средствами. В этом отношении заслуживает широкого распространения опыт организации защиты от опасного сорняка земельных угодий, в том числе и пашни, в Краснодарском крае. Уничтожение карантинных сорняков - задача большой экономической важности.
В последние годы успешнее стали бороться с карантинными сорняками в Ставропольском крае, Ростовской и Куйбышевской областях, где наряду с агротехническими мерами применяются и химические.
Одно из условий успешной борьбы с амброзией - это не дать ей обсемениться. На землях несельскохозяйственного пользования посевами многолетних трав и их смесей с бобовыми компонентами удается сравнительно быстро, дешево и эффективно подавить рост амброзии. Для таких посевов подходят кострец безостый, житняк, пырей, овсяница, люцерна и эспарцет.
Снижению засоренности благоприятствуют обработки почвы. Так, боронованием уничтожают на 80-90 процентов всходов амброзии, а лущением стерни, культивациями и вспашкой подавляют как растущие растения, так и проростки.
Наилучшие результаты получают от сочетания разноглубинной обработки почвы с внесением соответствующих той или иной культуре гербицидов:
амибена, атразина, базаграна, 2, 4-Д, ДНОК, дэпра, линурона, пирамина, прометрина, симазина, эптама, сангора, а также некоторых их смесей. Не всегда, понятно, представляется возможность применить все указанные приемы и средства. В таких случаях растения амброзии выпалывают вручную или 3-4-кратным снашиванием сдвигают их цветение, не допускают плодоношения. Нередко сорняк уничтожают всеми имеющимися средствами, привлекая к этой важной работе трудоспособное население и учащихся.
Усиливая борьбу с амброзией и другими карантинными сорняками, повышают отдачу пахотных и других земель, их продуктивность и, что не менее важно, сберегают здоровье людей.
"Хайпоника":
чудо XX века
В городе Цукуба близ Токио растет помидорный куст, вернее, дерево, крона которого раскинулась почти на 10 метров, а высота около трех метров. Ветви помидора-гиганта не способны сами себя поддерживать - они тянутся по специально изготовленным подпоркам. Диаметр ствола этого удивительного растения не меньше, чем у иной яблони,- 20 сантиметров у основания.
Под стать размерам и урожайность у помидорного Гулливера. Если обычный куст дает 20-30 плодов за все время своего роста, то на чудо-дереве только за три месяца созрело около 4 тысяч томатов. А за сезон биоинженеры рассчитывают собрать с него не менее 14 тысяч помидоров!
Помидорное дерево - не чудо кропотливой работы селекционера-одиночки. Это обычный огородный сорт томата, рост которого на земле не превышает 60-70 сантиметров. Секрет гигантских размеров помидорного дерева в "хайпонике". По сути дела это уже широко известная гидропонная техника, только помноженная на 20-летние эксперименты и новейшие методы контроля и управления за состоянием среды. Поэтому метод и получил название "хайпоника" - от слов "хай текнолоджи" (высокая технология) и "гидропоника".
- Новым методом можно выращивать любое растение,- рассказывает инженер компании "Киова"
X. Окуно.- Мы выбрали именно помидор, потому что он особенно ярко демонстрирует особенности "хайпоники". Если обычный помидор растет 12 месяцев, то наше дерево продолжает плодоносить год за годом, как, скажем, яблоня. Но мы можем показать вещи не менее замечательные, чем помидорное дерево. Например, дынную лозу, с которой собираем по 90 плодов. Их вес в среднем достигает одного килограмма двухсот граммов.
Обычная лоза приносит всего один плод. Если перевести эти цифры в проценты, то за счет нового метода, можно сказать, ученые добились просто фантастического увеличения урожайности.
Подобные урожаи специалисты "Киовы" не раз получали на своих экспериментальных плантациях. Объектом их исследований стали самые различные сельскохозяйственные культуры. Например, каждое огуречное дерево с помощью "хайпоники" дает больше трех тысяч плодов.
Не хуже, чем в тропиках, растет в японских условиях гидропонная папайя. А ведь здесь гораздо меньше солнца, которое необходимо для этого теплолюбивого растения. Зимняя температура опускается до 10 градусов мороза, что вообще неприемлемо для папайи. Обычный сахарный тростник вместо 2-3 метров на экспериментальных плантациях вымахал на 6 метров. Причем почти в два раза быстрее, чем в привычных условиях. Такие же поразительные результаты получены и с тыквой, табаком, цветами. В чем же секрет "хайпоники"?
Ее изобретателя Сигэо Нодзава давно захватила парадоксальная и на первый взгляд противоестественная идея.
Он пришел к выводу, что земля не помогает, а... мешает растению полностью проявить потенциал своего роста.
Поэтому надо убрать землю, а растению дать только то, что ему действительно необходимо. В самом деле, почва затрудняет доступ кислорода и света к корням. В земле практически невозможно поддерживать на постоянном, необходимом уровне содержание воды, не говоря уж о температуре, минеральных солях и микроэлементах.
Через почву проникают многие болезнетворные бактерии и насекомые.
Растение может и должно показать чудеса роста, если ему предоставить такую возможность, решил ученый. Через 20 лет после начала экспериментов с "хайпоникой" он смог доказать правильность своих оригинальных предположений. Сейчас Сигэо Нодзава - президент процветающей компании "Киова".
Все выглядит, казалось бы, довольно просто: строго рассчитанное количество минеральных солей и микроэлементов в растворе стерилизованной воды точно определенной температуры насыщается пузырьками воздуха и по капиллярным трубкам подается к корням помидора. Смесь непрерывно циркулирует, обогащая растение только теми веществами, которые ему необходимы именно в данный период развития. Их концентрация в несколько раз превосходит то, что даже при самых благоприятных условиях культура могла бы получить в почве под открытым небом. Специальные устройства создают оптимальную среду для растения, автоматически подстраивая температуру, влажность, питание и другие химические характеристики. В результате скорость развития и созревания плодов у таких растений в 3-4 раза выше, чем у их собратьев, растущих на земле.
Чтобы разработать состав раствора для каждой культуры, понадобились тысячи экспериментов и долгие годы поисков. Формула раствора-главная тайна "хайпоники", и она охраняется очень строго и тщательно. О ней известно только одно - никаких стимуляторов, гормональных или других подобных препаратов, искусственно ускоряющих рост, в ней не применяется.
В короб, заполненный белой, никогда не утрачивающей своей свежести корневой системой помидорного дерева, поступают только те вещества, которые растение может получить, но, как правило, не получает в природных условиях. Поэтому никаких скрытых опасностей или побочных эффектов для человека плоды деревьев, выросших на "хайпонике", не несут. Ну а по вкусу ничуть не уступают, а может, и превосходят лучшие томаты с рынка. Плоды помидорного дерева богаты растительным сахаром, витаминами, другими питательными веществами. У них красивый, истинно помидорный цвет и душистый аромат.
Любой огородник знает, сколько ухода требует обычный помидор. Сначала надо вырастить рассаду, потом пересадить ее на грядку, постоянно пропалывать, регулярно поливать. Окучивание, внесение удобрений, опыление ядохимикатами, защита от вредных насекомых, болезней, птиц - все это сложная, неподдающаяся полностью механизации, не говоря уже об автоматизации, работа.
"Хайпоника" избавляет человека от этих операций. Аппарат, контролирующий подачу смеси и ее состав, в общих чертах повторяет те автоматизированные системы управления, которые уже используются на крупных промышленных предприятиях. Непрерывная подача к корневой системе концентрированного питательного раствора, отсутствие внешних факторов, подавляющих в обычных условиях биохимические процессы,- все это резко усиливает процесс фотосинтеза в растениях, Они активно и быстро развиваются даже при недостаточной освещенности.
Инженеры "Киова" предлагают две "хайпоники" - вертикальную и горизонтальную. Горизонтальная "хайпоника" дает возможность развивать растению свою крону вширь. В этом случае урожай примерно в два раза выше, чем при вертикальном методе выращивания. Но размер плодов неодинаков - чем дальше от ствола, тем меньше становятся плоды. Вкусовые качества тоже снижаются. При вертикальной "хайпонике" помидор вырастает до 5 метров. Преимущество этого способа в строгой однородности урожая и экономии места. Все помидорное дерево при вертикальном способе умещается на площади примерно в один квадратный метр. Поэтому на сравнительно небольшой площади может быть создан мощный овощной цех.
Широкое распространение "хайпоники" пока сдерживает система мелких фермерских хозяйств, характерная для Японии. Мелкому собственнику не под силу провести капитальные вложения, необходимые для открытия "хайпонного" производства. Уже существующие хозяйства не могут в полной мере показать превосходство новой технологии из-за ограниченных масштабов. Однако уже сейчас ясно, что "хайпоника" может найти широкое применение в засушливых районах земли, Антарктиде и даже на крышах городских кварталов. Для членов будущих длительных космических экспедиций она может стать источником обильной и вкусной пищи.
6. ГДЕ ВЗЯТЬ ТЕПЛО?
"Токамак":
проблемы и перспективы
Рассказывает академик Е. В е л и х о в.
Исследования в области управляемого термоядерного синтеза (УТС)
имеют более чем тридцатилетнюю историю. Начатые почти одновременно и совершенно независимо в СССР, США и Англии, они в течение нескольких лет проходили в условиях абсолютной секретности. В это же время в мире интенсивно велись работы, завершившиеся демонстрацией термоядерной реакции в форме неуправляемого разрушительного взрыва водородной бомбы. В отличие от этого исследования по УТС имели целью разработку способа получения энергии, выделяющейся при слиянии ядер легких элементов, в режиме с контролируемой мощностью. В случае успеха в руках человечества оказался бы источник энергии с огромными ресурсами топлива, распространенного повсеместно, в том числе в воде Мирового океана.
В 1956 году во время посещения английского научного центра в Харуэлле академик И. Курчатов по поручению Советского правительства впервые сообщил зарубежным коллегам о работах по УТС, ведущихся в СССР. Так по инициативе Советского Союза было положено начало широкому научному сотрудничеству ученых различных стран мира, направленному на овладение колоссальной энергией термоядерного синтеза в интересах мира, прогресса и благосостояния.
Наиболее доступной для практического использования является термоядерная реакция в смеси тяжелых изотопов водорода - дейтерия и трития. В результате слияния ядер этих элементов на единицу веса топлива выделяется примерно в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сгорании обычного органического топлива. Однако для зажигания такой смеси требуется нагреть ее до температуры "всего" около 100 миллионов градусов, при которой вещество может существовать только в виде плазмы. Поэтому, прежде чем перейти к практическому освоению управляемого термоядерного синтеза, ученым пришлось научиться получать в лабораторных условиях новый физический объект - высокотемпературную плазму, исследовать ее свойства и создать новую главу физики - науку о плазме, сегодня уже нашедшую многочисленные практические применения.
Существуют две принципиальные возможности осуществления управляемой термоядерной реакции: спокойное длительное горение термоядерного топлива в так называемых магнитных ловушках, в которых горячая плазма изолируется от контакта со стенками реактора с помощью магнитного поля /магнитное удержание плазмы/, и непрерывная серия микровзрывов твердых топливных таблеток, воспламеняемых с помощью мощных лазерных пучков, пучков заряженных частиц или при быстром сжатии магнитным полем, причем образовавшаяся плазма имеет возможность свободно разлетаться в пространстве инерционное удержание плазмы/.
В настоящее время наиболее близко к достижению условий осуществления управляемой термоядерной реакции подошли системы первого типа /системы с магнитным удержанием плазмы/, среди которых лидирующее положение занимает "Токамак", идея которого была выдвинута и практически осуществлена коллективом ученых Института атомной энергии имени И. В. Курчатова в Москве под руководством выдающихся советских физиков академиков Л. Арцимовича и М. Леонтовича.
"Токамак" представляет собой замкнутую в кольцо вакуумную камеру, помещенную внутрь тороидального соленоида. В камере в разреженном газе, как во вторичной обмотке обычного трансформатора, возбуждается электрический разряд с током, текущим вдоль ее оси. Создаваемое соленоидом магнитное поле изолирует плазму разряда от стенок камеры.
При соблюдении некоторых дополнительных условий для равновесия плазменного кольца плазма должна нагреваться текущим по ней током. Нагрев плазмы можно увеличить, вводя в нее интенсивные пучки быстрых атомов или высокочастотную мощность.
Понадобились многолетние усилия советских специалистов, пока наконец в 1968 году на "Токамаке" Т-3 удалось нагреть водородную плазму до температуры 10 миллионов градусов. В "Токамак" поверили во всем мире, и 70-е годы прошли под знаком его последовательных успехов. На использование систем типа "Токамак" были переориентированы национальные программы США, Японии, Франции, ФРГ, Англии и ряда других стран.
Сегодня в мире насчитывается более 70 действующих "Токамаков". В СССР завершается сооружение "Токамака" предреакторного масштаба Т-15, особенностью которого является сверхпроводящий тороидальный соленоид, прототип аналогичной системы термоядерного реактора.
Совместные усилия ученых многих стран привели к быстрому прогрессу в понимании физических процессов в "Токамаках". Температуру плазмы удалось поднять до 80 миллионов градусов. Показано, что потери из плазмы находятся на допустимом уровне. Накоплен большой инженерный опыт по проектированию и сооружению установок в целом и эксплуатации их отдельных систем. В целом до настоящего времени экспериментальные результаты, полученные на "Токамаках", не обнаружили принципиальных препятствий к созданию термоядерного реактора.
В 1978 году Советский Союз предложил Международному агентству по атомной энергии /МАГАТЭ/ объединить усилия стран, активно ведущих термоядерные исследования, в деле создания первого демонстрационного термоядерного реактора. Об этом говорил с трибуны специальной сессии Генеральной Ассамблеи ООН 31 мая 1978 года А. А. Громыко.
Инициатива СССР была поддержана правительствами США, Японии и ряда стран Западной Европы, входящих в Евроатом. Был создан объединенный коллектив ведущих специалистов этих стран для разработки проекта первого в мире термоядерного реактора, получившего название ИНТОР. В таком реакторе должны быть получены параметры плазмы и осуществлены плазмофизические режимы работы, близкие к соответствующим параметрам и режимам будущих энергетических реакторов. Он должен содержать все основные системы и узлы, присущие энергетическим реакторам, должна быть проверена работоспособность этих систем и узлов, исследована работоспособность первой стенки реактора при высоких циклических нейтронных нагрузках. ИНТОР должен продемонстрировать надежность производства электроэнергии и воспроизводства трития, а также дать опыт эксплуатации и дистанционного обслуживания термоядерного реактора.
На основе проведенного анализа специалисты Международной рабочей группы ИНТОРа показали, что накопленный экспериментальный и теоретический опыт позволяет разработать проект такого реактора "Токамака", базируясь в основном на современном уровне развития техники. В 1982 году был завершен эскизный проект ИНТОРа, после этого проводились работы по оптимизации основных технических решений реактора.
Проектные параметры ИНТОРа: объем плазмы более 200 кубических метров, длительность горения реакции 200 секунд, термоядерная мощность 620 мегаватт, электрическая мощность экспериментального электрического модуля 50 мегаватт, коэффициент воспроизводства трития 0,65. Стоимость такого реактора оценивается около 3 миллиардов долларов. В научных кругах, руководствующихся прежде всего здравым смыслом и принципом рациональности, идея ИНТОРа пользуется популярностью и поддержкой. Сложность технологии и высокая стоимость демонстрационного реактора при реализации проекта делают весьма выгодным не соперничество, а объединение усилий различных стран.
Лучом лазера
Ученые лаборатории квантовой радиофизики Физического института имени Лебедева АН СССР предложили идею лазерного управляемого термоядерного синтеза и получили приоритетные результаты в этой области. На крупнейшей в мире лазерной термоядерной установке "Дельфин" ведутся эксперименты по нагреву и сжатию плазмы для получения термоядерного синтеза. Результаты этих исследований находят широкое применение в разработке новых приборов, технологических процессов, в получении веществ с новыми свойствами в медицине, метрологии и в новейших методах обработки информации.