Уже очень давно вместо поверхностного способа орошения было предложено орошение подпочвенное.
Здесь вода подается из отверстий труб, положенных на глубину 40-60 сантиметров. Потерь влаги почти нет; полностью автоматизирован процесс полива, и поэтому, несмотря на высокую стоимость строительства, оно быстро окупается. При подземном орошении грунт не переувлажняется, на поверхности не образуется корка. Поскольку оросительная система упрятана под землю, ничто не препятствует работе сельскохозяйственных машин.
В этом способе есть лишь один существенный недостаток (кроме стоимости) - забивание отверстий в трубах землей. Правда, можно чистить подземный водопровод сжатым воздухом, но все же надежность очистки остается низкой...
Описанная система еще больше приближает поле к...
городской квартире со всеми удобствами и с соответствующей квартирной платой. Последнее обстоятельство можно было бы еще пережить, если бы оно устраняло старые недостатки поверхностного полива. Раз этого не случилось, пришлось вновь трансформировать систему, еще раз переместив трубы под землю. В результате появилась техника так называемого капельного орошения.
Устроена новая система следующим образом: от магистральных подземных водопроводов, протянувшихся вдоль рядов растений, отходят трубы небольшого диаметра с простеньким "капельником" на конце. Вода поступает по ним непосредственно к корням растений медленно, но непрерывно и буквально по каплям. Она не стекает по поверхности земли, а вся впитывается в почву. Воды требуется в несколько раз меньше, чем при обычном дождевании. Кроме того, между растениями почва всегда сухая, отчего сорняки попадают в неблагоприятные условия по сравнению с культурными растениями.
Орошение "по каплям" успешно испытали на помидорах, цветах, землянике, перце, сейчас его применяют и в полевых условиях - в садах и ягодниках, для выращивания кукурузы и других растений. Решает оно и самую важную задачу: подачу воды точно по расписанию, когда это нужно. В результате растение перестает выполнять бессмысленную работу перекачивания влаги из земли в атмосферу и полностью "сосредоточивается" на выполнении основной функции - накоплении питательных веществ, росте.
РАСТЕНИЕВОДСТВО
ИЛИ
РАСТЕНИЕПРОИЗВОДСТВО?
- Каждому стеблю - водопровод? Добавьте еще индивидуальное питание... порционными блюдами и, конечно, мусоропровод...
- Зато гарантированный урожай - и при этом ни эрозии, ни засоления почвы!
- Еще бы! Да это и не почва совсем, а чистое золото! По ней же страшно в поле за урожаем идти! Не лучше ли уж как в старину зинджи - и ее, и урожай в мешок, да и...
- С поля прямо в амбар?.. Не лишено смысла!
Человека, впервые попавшего на машиностроительный завод, металлургический или химический комбинат, поражает обилие техники: машин, механизмов, разнообразных транспортеров, передач, трубопроводов... Поразительно, думает он, как это проектировщику удалось представить мысленно и перенести на чертеж подобное нагромождение стали, бетона, грохочущих и сыплющих искрами гигантских установок, за которыми и людей-то не видно!.. Недоуменно оглядевшись и присмотревшись к окружающему непонятному хаосу, человек убеждается: кое-где люди здесь есть... И ему хочется скорее бежать отсюда в поле, где стоит густая рожь, где нет грохота и гари...
В развитых странах на одного сельскохозяйственного рабочего приходится лишь немногим меньше техники, чем в промышленности. А в США энерговооруженность одного работающего в сельском хозяйстве в два раза выше, чем индустриального рабочего. Вот вам и тишина во ржи!
Впрочем, это еще не значит, что сельское хозяйство уже перегоняет промышленность. Ведь чтобы удвоить продуктивность сельскохозяйственного гектара, следует удесятерить вложения энергии в него. А для удвоения "продуктивности" в сфере промышленности достаточно лишь немногим более чем удвоить энерговооружение. Откуда такое несоответствие?
По последним данным антропологической науки род человеческий существует на Земле по крайней мере 1,5 миллиона лет. Писаная история человека насчитывает около 10-12 тысяч лет. За истекшее время им совершено множество технических революций: человек научился летать в воздухе и абсолютной пустоте, плавать по водной поверхности и под ней, достиг неимоверных глубин земных и океанических. Скорость перемещения собственного бренного тела в пространстве повысил в тысячи раз. И вместе с тем никак не изменил (в качественном смысле) основного способа, с помощью которого добывает хлеб свой насущный. Как и одну, две, десять и пятнадцать тысяч лет назад, человек повторяет один и тот же стереотипный технологический процесс, по одну сторону которого находится он сам с его требующим наполнения желудком, а по другую стоит природа, земля... Вот этот процесс:
вспаши, взрыхли землю...
брось в нее семена...
взрасти, сохрани и защити урожай...
Лишь после этого ты сможешь пожать плоды своего труда и отмахнуть хрустящую горбушку от еще теплого высокого каравая.
Так было, так есть и так, вероятно, еще долго будет.
И все операции в этом технологическом процессе осуществляются, как и тысячи лет назад, орудиями и машинами. Изменились они за этот срок, конечно, неузнаваемо: как и весь современный мир, стали автоматизированными, кибернетизированными... Однако от этого содержание процесса нисколько не изменилось: и сегодня, как и тысячи лет назад, вспаши, посей, сохрани...
Изобретение колеса - неимоверный скачок вперед.
С колесом в мир человека пришла качественно новая вещь, позволившая в корне перестроить саму технологию передвижения по суше. Точно так же, создав крылья, человек не просто получил опору в воздухе - появился принципиально новый способ передвижения в пространстве.
Но вот мы заменили конный плуг на тракторный, выбросили лукошко и послали на поля сеялки, не захотели руками выдергивать сорняки и создали культиватор, перестали отряхать с деревьев и топтать ногами зловредных гусениц - в саду появился опрыскиватель...
И все равно способ, технология воздействия на почву с целью получения урожая остались все теми же: вспаши, посей, защити...
Формы любой техники обусловлены свойствами тех материалов, тех предметов труда, для изменения свойств или формы которых эта техника предназначена. В. Ленин писал: "ТЕХНИКА МЕХАНИЧЕСКАЯ И ХИМИЧЕСКАЯ потому и служит целям человека, что ее характер (суть) состоит в определении ее внешними условиями (законами природы)".
И тем не менее техника технике, машина машине - рознь.
Человек не подражал в беге самому быстрому на Земле четвероногому гепарду. Однако научился двигаться по суше в несколько раз быстрее его. Люди не слишком хорошо знали механику движения рыб в водной среде, когда построили первые быстроходные суда.
Великий Леонардо да Винчи изучил механику полета птиц, мечтая о том времени, когда человек сумеет оторваться от Земли. И эта мечта свершилась, хотя двигатели наших летательных аппаратов не похожи на крылья птиц. Одним словом, в своей технологической практике человек далеко не всегда подражал природе, постоянно избирая свои собственные пути. И на них он достиг очень многого. А вместе с тем есть и такая отрасль его производственной деятельности, которую можно было бы назвать нетехнологической, отрасль, в которой человек изменил самому себе. Этой отраслью является сельское хозяйство.
Совершенно несравнимо воздействие на почву плуга и на металл - резца, хотя и в том, и в другом случаях мы имеем дело с одними и теми же принципами обработки материалов. Токарь твердо знает, что выйдет изпод его инструмента, пахарь далеко не столь же уверен в результатах своего труда, так как он держится лишь за одну рукоятку плуга. На другую нажимает сама Природа - полноправная участница техиолошческого процесса, который многие тысячелетия осуществляется человеком в целях собственного пропитания.
Именно с этих позиций земледельческая техника стоит особняком в бесконечном ряду машин, созданных человеческим гением. По существу, мы не можем рассматривать изолированно один только плуг так, как это допустимо делать по отношению к токарному станку. Мы должны рассматривать его, в комплексе с той средой, которую он изменяет и с которой он составляет единую систему.
Система эта состоит из пас, нашей технологии сельскохозяйственного производства с его машинами, возделываемых растений и солнца. Продуктивность системы определяется продуктивностью фотосинтеза, коэффициент полезного действия которого чрезвычайно мал.
Отсюда и малость отдачи процесса дополнительных энерговливаний в сельскохозяйственное производство.
Но это не все.
Характер функционирования системы растение - солнце определяет и характер сельскохозяйственной техники. Так, поскольку система работает не круглый год, а сезонно, постольку точно так же работает и техника.
Токарный станок может работать круглосуточно, домну нельзя останавливать и на минутный отдых; плуг, сеялка, культиватор или комбайн работают от нескольких дней до нескольких недель в году. А это значит, что "лошадиные силы" только числятся за механизатором. Более 90 процентов времени своей службы они стоят без движения.
И наконец, "размазанность" сельскохозяйственной техники, ее "невидность" среди бескрайних полей, от которой эта самая тишина во ржи... Техника сельского хозяйства не может концентрироваться в пространстве и времени, как это умеет делать индустриальная техника.
И это тоже снижает ее отдачу.
До появления сложных сельскохозяйственных машин уборка урожая распадалась на две четко разграниченные фазы: полевые работы и работы на току (по В. Далю, "ток" - от "торкать", "тукать", "стучать" - место, расчищенное и "убитое", утоптанное, где молотят хлеб, "тукая" по нему цепами). В поле хлеб косили или срезали серпами, вязали в снопы и перевозили на ток, где и обмолачивали.
С появлением молотилок место обмолота иногда начали переносить с тока в поле: молотилка перемещалась от одного участка к другому, к ней подвозили снопы...
Но вот 24 октября 1869 года "Санкт-Петербургские ведомости" сообщили, что "департамент земледелия и сельской промышленности выдал Власенко Андрею десятилетнюю привилегию на изобретенную им машину, которая сразу выполняет работу жнейки и мологилки...".
Зерноуборочный комбайн позволил совместить ток и поле. За сто лет своего развития он превратился в настоящий "степной лайнер" - достаточно мощный, сложный и... несовершенный.
Самые лучшие короткостебельные урожайные сорта пшениц имеют длину стебля, вдвое превышающую размеры колоса. Обычно же разница в длинах измеряется отношением 1:5, а то и 1:10. Сколько же в таком случае соломы и сколько зерна попадает в комбайн? Если считать по массе, то соломы в полтора-два раза больше (зерно тяжелее). А это приводит к тому, что минимум 50 процентов энергии комбайна затрачивается на совершенно бесполезный "обмолот" пустой соломы.
Между тем урожаи растут. Сегодня требования к производительности комбайнов в два-три раза превышают требования вчерашнего дня. Кроме того, больший урожай требует резкого сокращения потерь.
Чего только не придумали конструкторы, создавая комбайн, который бы умел убирать с поля одни колосья и оставлять стебли стоять на корню! Тут и пневмо-, и вибро-, и электроустройства, сложнейшие механизмы, мудреная автоматика. Пока все напрасно: новые машины если и работали, то давали слишком много потерь (оставались "подслеповатыми" и "видели" не все колосья). Не могли они и развить высоких скоростей. Последний порок, очевидно, органический: за большую избирательность машине приходится платить меньшей производительностью. А это значит, что жатка, скашивающая в поле все подряд, всегда будет двигаться быстрее разборчивого уборщика колосков.
А что, если отказаться от услуг комбайна? Представьте себе: хлеб в поле убирается простыми скоростными жатками. Они быстро срезают стебли, измельчают их и полученную однородную массу (она более транспортабельна, чем снопы или целые стебли) бросают в кузов автомашины или прицепа. Собранный урожай сводится на ток, где работает настоящий завод автоматизированный, электрифицированный и даже кибернетизированный. "На приколе" - не на ходу: большинство проблем автоматизации и необходимого усложнения конструкции решается проще, главное же - соблюдается принцип максимально возможной концентрации техники.
Доведенный "до идеала", этот принцип приводит к перефразировке известного древнего правила относительно горы и одного гражданина, претендовавшего на звание пророка: "Если Магомет не идет к горе, то гора идет к Магомету!" Если машина не идет в поле, то поле идет к машине! И это не парадокс...
С любым биологическим видом, не успевающим за слишком быстрым изменением среды, происходит то, что на языке биологии вежливо называется элиминацией. На обычном языке - это уничтожение, исчезновение. Не успел отрастить более длинные когти - элиминируйся.
Технические "части тела" человека в этом отношении более совершенны. Сроки "выращивания" новой машины куда короче, чем сроки выращивания новых когтей. К сожалению, иногда они слишком уж коротки, и поэтому биологический вид Homo sapiens, случается, обгоняет изменяющуюся среду своей жизни. И, обгоняя, деформирует.
Техника не только преобразует среду, но и зависит от нее, приспосабливается к ней. В этом отношении она ведет себя ничуть не лучше любого биологического вида, пытающегося приспособиться к изменениям среды, виновником которых является человек. Вот, к примеру, на Чукотке вследствие хозяйствования людей площадь, занятая лишайником - основным кормом северных оленей, - сократилась за последние сто лет в десятки раз и составляет сейчас 1-3 процента. Изменилась растительность, изменились и олени: появилась новая порода - харгин, которая может обходиться без лишайников и питаться травами. Для этого олени "сочли необходимым" укоротить конечности, увеличить размеры туловища, обрести способность к быстрейшему увеличению веса...
А теперь вспомним, как развивалась техника обработки почвы...
Во время оно, когда наши предки поселились на сплошь заросших лесами европейских землях, основными техническими средствами их воздействия на среду были топор, кресало с трутом и мотыга. Позднее, когда предки немного утомились от непрерывного махания топором, а размеры лесов поуменьшились, они изобрели рало (славяне - соху).
Этих технических средств хватило на несколько тысячелетий, поскольку устройству периодических, все уничтожающих лесных пожаров ничто особенно не мешало.
Огонь удобрял землю золой, "элиминировал" сорняки, а заодно, несколько размягчая почву, облегчал внедрение в нее сошников рал и сох.
Минули тысячелетия. Европа "вошла в возраст" и полысела. Не стало леса, не стало условий и для разведения приличных пожаров. От степных пожог больше вреда, чем золы.
Но если нет огня, значит, нечем бороться с сорняками. Пришлось придумать плуг с отвалом, который мог бы, во-первых, хоронить сорняки, переворачивая пласт земли "вверх дном", а во-вторых, запахивать навоз и вообще хоть немного мобилизовать и пополнить утраченное былое плодородие.
Соха жила несколько тысячелетий, срок жизни плуга, кажется, будет на порядок меньше: уже в XVIII столетии изменившаяся среда познакомила человека с неприятным и незаконным его же детищем, которое окрестили эрозией... Главным се виновником был признан отвальный плуг. К середине нашего века пришло время "укоротить" его, трансформировать в...
Скажите, разве "поведение" орудий для обработки почвы не напоминает поведение чукотского оленя?
И если да, то почему же люди столь непоследовательны в своем постоянном стремлении преобразовывать природу? Почему нужно обязательно приспосабливать плуг к земле, а не наоборот - земпю к плугу?
Впрочем можно ли действительно решить эту задачу (и таким образом перевезти поле к плугу)? Ведь нужно прежде всего решить другую задачу энергетическую. Значит, снова трактор...
Наиболее старый и, пожалуй, до сего времени наиболее радикальный способ научить горы ходить к человеку - это террасное земледелие. В некоторых районах Центральной и Юго-Восточной Азии все мало-мальски пригодные горы уже очень давно прошли школу выучки у человека. Теперь они больше напоминают известные всему миру ступенчатые пирамиды Египта и Мексики, нежели естественные образования.
Конечно, древние террасы рассчитывались на столь же древнюю и, с нашей точки зрения, примитивную технику обслуживания. И тем не менее они ориентировались на самую интенсивную (до сего времени!) форму земледелия огородничество на грядках. Их ширина не более одного метра, друг от друга они отделены тропками. Тропки позволяют "не удобрять" поле следами своих ног, а лишь осторожно касаться его легкими орудиями, а то и просто руками, превращая землю в пух, перебирая ее, убирая все лишнее.
Огородничество всегда и везде давало наибольший выход продукции с единицы площади. Правда, при наибольших затратах труда. Ну а если попытаться модернизировать старый принцип? Что, если увеличить ширину грядки с одного до 30, 60 или 120 метров и попробовать дотянуться "автотяпкой" до ее середины, чтобы не топтаться по ней? Как это сделать? Очень просто, превратить трактор в подобие мостового крана. Основной его частью станет длинная ферма, повисшая над полем и опирающаяся по его краям на колеса или гусеницы. Тропки между грядками сделать постоянными дорогами с твердым покрытием, а может быть, даже рельсовым путем. Длина "грядки" может быть любой:
на индивидуальном огороде - несколько метров, в "мостовом земледелии" несколько километров.
Осуществим ли мы тем самым "идею переноса горы"?
Да, в какой-то степени. Ведь теперь мобильное энергетическое средство (бывший трактор) "привязано" к своей грядке и стало куда более стационарным, чем его предшественник. Раз так, появилась возможность более полной автоматизации; рабочие органы навешенных ца ферму машин стали такими же или даже более чуткими, внимательными к земле и растению, как и человеческие руки. Главное же, что произошло: удалось оторвать сельхозмашину от земли, она не опирается теперь на нее, не уплотняет ее (вспомните о постоянных колеях, по которым американские фермеры предпочитают водить свои трактора), значит - обеспечивает больший урожай.
Есть и еще одно важнейшее преимущество новой системы, предложенной почти 50 лет тому назад советским инженером М. Провоторовым. Речь идет о ликвидации "органического эгоизма", присущего культуре растениеводства, о котором говорилось выше и который приносит так много бед.
На "грядке", обрабатываемой мостовым кран-трактором, можно выращивать растения не сплошным массивом, а пятнами, по квадратам: квадрат No 1 пшеница, No 10 - свекла, No 113 - гладиолусы и т. д.
Вместо уязвимой по отношению к внешним воздействиям монокультуры получается устойчивая многообразная экологическая система. Обслужить квадрат No 335 так же легко, как и No 1, потому, что кран-трактор по полямгрядкам не топчется. Кроме того, его можно снабдить и вычислительной машиной (это ведь не обычный трактор, а целая система механизации сразу!), которая бы помнила, где что растет, какие операции и когда следует выполнить.
Искусственные растительные сообщества, высокоурожайные, богатые по видовому составу - великолепный и к тому же вполне естественный барьер на пути сельскохозяйственных вредителей и сорняков. Создав его с помощью самой современной (и отчасти пока еще фантастической) техники, мы в то же время как бы вновь возвращаемся к дикой природе, богатой разнообразием и потому малочувствительной к нашествиям гусениц и мышей.
А точность? Помните, каковы требования к точности работы машинно-тракторного агрегата и как ему трудно их выполнить? Причина тоже известна: мобильность трактора, неровность земли, сложность рельефа. У обычного трактора нет тех идеально ровных направляющих, которые есть у суппорта токарного станка и которые обеспечивают ему микронную аккуратность. А у мостатрактора они есть: зоны работы жестко разделены на функционально-биологическую и инженерную. В первой растут растения, здесь организуется управляемый биохимический процесс. Вторая - для колес и коммуникаций, труб и электрокабелей, водопроводов и пневмопроводов, для автотранспорта, наконец.
У мостового земледелия много преимуществ, о которых можно было бы написать еще целую книгу, но есть, конечно, и недостатки. Главный стоимость, необходимость огромных капиталовложений, высокая металлоемкость. Зато гарантированный и даже запрограммированный урожай...
- Гарантированный и даже запрограммированный урожай! Не слишком ли смело? Вы, наверное, видели такую клоунаду: клоун делает несколько шагов за мячом, но у него падают штаны; он подтягивает их до нужного уровня, но теряет шляпу; наклоняется за ней - с носа падают очки. Не так ли и мы...
- Вы забываете, что клоунада запрограммирована клоуном.
- Вот именно. А можно ли запрограммировать неожиданности, подстерегающие сельское хозяйство?
- Можно.
"Истинный кормилец крестьянина - не земля, а растение, - пишет К. Тимирязев, - и все искусство земледелия состоит в том, чтобы освободить растение, и следовательно, и земледельца от "власти земли".
Как известно, пословицы и поговорки - плоды фольклора. Правом на фольклорное творчество пользуются все. Пользуются им и ученые. Одной из рожденных (и очень любимых) ими поговорок является следующая:
"Нет ничего практичнее чистой теории". Приняв ее за правило, попробуем рассчитать, каким же теоретическим урожаем может одарить человека растение, если полностью освободить его от "власти земли".
Освободить - значит обеспечить всем необходимым.
Представим себе, что нам удалось полностью решить эту задачу. От чего же тогда будет зависеть урожай?
Очевидно, от единственного фактора, изменить который мы не в силах, от солнечного излучения.
Из всего широкого спектра солнечных лучей, достигающих поверхности Земли, растения умеют использовать только некоторую часть, которую называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР). Она изменяется прежде всего в зависимости от географической широты местности, а также от высоты над уровнем моря, частоты появления на небе облаков и т. п.
Зависит продуктивность растений и от степени усвоения ФАР растениями, то есть КПД фотосинтеза. Принято считать, что если он равен 0,5-1, то мы имеем дело с низкой продуктивностью, если 1-2 - со средней. Хорошая продуктивность - это КПД ФАР, равный 2-3, высокая - 3-4 и очень высокая 4-5. Выше 5 процентов КПД ФАР в естественных условиях не поднимается.
Зависит КПД ФАР и от географического положения района, и от сорта растения, и от все той же почвы, и еще от многих условий, о которых разговор ниже. Пока же примем для расчетов границу между средней и хорошей продуктивностью, то есть 2 процента; применительно к условиям большей части территории пашей страны такой КПД просто великолепен.
Пусть на один гектар ежегодно (за время вегетации)
приходит 2,57*10^9 килокалорий фотосинтетнчески активной радиации. Если растение способно аккумулировать 2 процента ее, то это значит, что оно сможет потребить из указанного количества всего лишь 1/50 часть, то есть 51,4*10^6 килокалорий на гектаре.
Известно, что в 1 килограмме абсолютно сухой органики содержится определенное число килокалорий У яровой пшеницы один такой килограмм "стоит" что-то около 4 тысяч килокалорий. Делим 51,4*10^6 на 4 тысячи и получаем 128,5 центнера абсолютно сухой биомассы с гектара. При отношении зерна к соломе 1 : 1,5 и влажности зерна 14 процентов приведенная цифра означает 60 центнеров зерна с гектара.
Академик А. Ничипорович подсчитал, пользуясь аналогичным методом, что при всех вышеперечисленных условиях теоретический урожай озимой пшеницы для Подмосковья равен 44 центнерам (учтите, что это "средний максимальный", фактический же может уклоняться от него). Для северных границ нечерноземной зоны урожай, естественно, ниже (для Коми АССР, например, 12 центнеров), а для юга - выше (Украина - до 70, Средняя Азия до 110 центнеров с гектара).
Как видите, цифры не столь уж велики. Кстати, они подтверждены и практикой: урожаи в 60-70 центнеров с гектара на юге Украины вовсе не редкость для передовых хозяйств, а на Кубани отдельные поля дают до 100, хотя в среднем в тех же районах они не выше 30-40 центнеров.
Пожалуй, первым, кго задумался над проблемой, как приблизить средний фактический урожай к максимальному теоретическому, был житель Древней Эллады Феофраст. В одном из своих ботанических сочинений он писал: "Удобрение посевов должно соответствовать почве.
В некоторых местах, например, в Сирии, нехорошо пахать глубоко, в других, например, на Сицилии, слишком тщательная обработка приносит вред. Итак, все зависит от места".
К той же теме, но уже на другом научном уровне, вернулся известный французский агробиолог Ж. Буссенго. В 1837 году в результате проведенных им полевых экспериментов он пришел к выводу, что "надо установить нечто вроде баланса между урожаем и удобрением". К нашему времени простая эта мысль была развита в целую теорию программирования урожаев, основные принципы которой сформулировал академик И. Шатилов. По его мнению, урожай - интегральная величина, определяемая целым комплексом факторов внешней среды, агротехникой и природой выращиваемого сорта...
Здесь вода подается из отверстий труб, положенных на глубину 40-60 сантиметров. Потерь влаги почти нет; полностью автоматизирован процесс полива, и поэтому, несмотря на высокую стоимость строительства, оно быстро окупается. При подземном орошении грунт не переувлажняется, на поверхности не образуется корка. Поскольку оросительная система упрятана под землю, ничто не препятствует работе сельскохозяйственных машин.
В этом способе есть лишь один существенный недостаток (кроме стоимости) - забивание отверстий в трубах землей. Правда, можно чистить подземный водопровод сжатым воздухом, но все же надежность очистки остается низкой...
Описанная система еще больше приближает поле к...
городской квартире со всеми удобствами и с соответствующей квартирной платой. Последнее обстоятельство можно было бы еще пережить, если бы оно устраняло старые недостатки поверхностного полива. Раз этого не случилось, пришлось вновь трансформировать систему, еще раз переместив трубы под землю. В результате появилась техника так называемого капельного орошения.
Устроена новая система следующим образом: от магистральных подземных водопроводов, протянувшихся вдоль рядов растений, отходят трубы небольшого диаметра с простеньким "капельником" на конце. Вода поступает по ним непосредственно к корням растений медленно, но непрерывно и буквально по каплям. Она не стекает по поверхности земли, а вся впитывается в почву. Воды требуется в несколько раз меньше, чем при обычном дождевании. Кроме того, между растениями почва всегда сухая, отчего сорняки попадают в неблагоприятные условия по сравнению с культурными растениями.
Орошение "по каплям" успешно испытали на помидорах, цветах, землянике, перце, сейчас его применяют и в полевых условиях - в садах и ягодниках, для выращивания кукурузы и других растений. Решает оно и самую важную задачу: подачу воды точно по расписанию, когда это нужно. В результате растение перестает выполнять бессмысленную работу перекачивания влаги из земли в атмосферу и полностью "сосредоточивается" на выполнении основной функции - накоплении питательных веществ, росте.
РАСТЕНИЕВОДСТВО
ИЛИ
РАСТЕНИЕПРОИЗВОДСТВО?
- Каждому стеблю - водопровод? Добавьте еще индивидуальное питание... порционными блюдами и, конечно, мусоропровод...
- Зато гарантированный урожай - и при этом ни эрозии, ни засоления почвы!
- Еще бы! Да это и не почва совсем, а чистое золото! По ней же страшно в поле за урожаем идти! Не лучше ли уж как в старину зинджи - и ее, и урожай в мешок, да и...
- С поля прямо в амбар?.. Не лишено смысла!
Человека, впервые попавшего на машиностроительный завод, металлургический или химический комбинат, поражает обилие техники: машин, механизмов, разнообразных транспортеров, передач, трубопроводов... Поразительно, думает он, как это проектировщику удалось представить мысленно и перенести на чертеж подобное нагромождение стали, бетона, грохочущих и сыплющих искрами гигантских установок, за которыми и людей-то не видно!.. Недоуменно оглядевшись и присмотревшись к окружающему непонятному хаосу, человек убеждается: кое-где люди здесь есть... И ему хочется скорее бежать отсюда в поле, где стоит густая рожь, где нет грохота и гари...
В развитых странах на одного сельскохозяйственного рабочего приходится лишь немногим меньше техники, чем в промышленности. А в США энерговооруженность одного работающего в сельском хозяйстве в два раза выше, чем индустриального рабочего. Вот вам и тишина во ржи!
Впрочем, это еще не значит, что сельское хозяйство уже перегоняет промышленность. Ведь чтобы удвоить продуктивность сельскохозяйственного гектара, следует удесятерить вложения энергии в него. А для удвоения "продуктивности" в сфере промышленности достаточно лишь немногим более чем удвоить энерговооружение. Откуда такое несоответствие?
По последним данным антропологической науки род человеческий существует на Земле по крайней мере 1,5 миллиона лет. Писаная история человека насчитывает около 10-12 тысяч лет. За истекшее время им совершено множество технических революций: человек научился летать в воздухе и абсолютной пустоте, плавать по водной поверхности и под ней, достиг неимоверных глубин земных и океанических. Скорость перемещения собственного бренного тела в пространстве повысил в тысячи раз. И вместе с тем никак не изменил (в качественном смысле) основного способа, с помощью которого добывает хлеб свой насущный. Как и одну, две, десять и пятнадцать тысяч лет назад, человек повторяет один и тот же стереотипный технологический процесс, по одну сторону которого находится он сам с его требующим наполнения желудком, а по другую стоит природа, земля... Вот этот процесс:
вспаши, взрыхли землю...
брось в нее семена...
взрасти, сохрани и защити урожай...
Лишь после этого ты сможешь пожать плоды своего труда и отмахнуть хрустящую горбушку от еще теплого высокого каравая.
Так было, так есть и так, вероятно, еще долго будет.
И все операции в этом технологическом процессе осуществляются, как и тысячи лет назад, орудиями и машинами. Изменились они за этот срок, конечно, неузнаваемо: как и весь современный мир, стали автоматизированными, кибернетизированными... Однако от этого содержание процесса нисколько не изменилось: и сегодня, как и тысячи лет назад, вспаши, посей, сохрани...
Изобретение колеса - неимоверный скачок вперед.
С колесом в мир человека пришла качественно новая вещь, позволившая в корне перестроить саму технологию передвижения по суше. Точно так же, создав крылья, человек не просто получил опору в воздухе - появился принципиально новый способ передвижения в пространстве.
Но вот мы заменили конный плуг на тракторный, выбросили лукошко и послали на поля сеялки, не захотели руками выдергивать сорняки и создали культиватор, перестали отряхать с деревьев и топтать ногами зловредных гусениц - в саду появился опрыскиватель...
И все равно способ, технология воздействия на почву с целью получения урожая остались все теми же: вспаши, посей, защити...
Формы любой техники обусловлены свойствами тех материалов, тех предметов труда, для изменения свойств или формы которых эта техника предназначена. В. Ленин писал: "ТЕХНИКА МЕХАНИЧЕСКАЯ И ХИМИЧЕСКАЯ потому и служит целям человека, что ее характер (суть) состоит в определении ее внешними условиями (законами природы)".
И тем не менее техника технике, машина машине - рознь.
Человек не подражал в беге самому быстрому на Земле четвероногому гепарду. Однако научился двигаться по суше в несколько раз быстрее его. Люди не слишком хорошо знали механику движения рыб в водной среде, когда построили первые быстроходные суда.
Великий Леонардо да Винчи изучил механику полета птиц, мечтая о том времени, когда человек сумеет оторваться от Земли. И эта мечта свершилась, хотя двигатели наших летательных аппаратов не похожи на крылья птиц. Одним словом, в своей технологической практике человек далеко не всегда подражал природе, постоянно избирая свои собственные пути. И на них он достиг очень многого. А вместе с тем есть и такая отрасль его производственной деятельности, которую можно было бы назвать нетехнологической, отрасль, в которой человек изменил самому себе. Этой отраслью является сельское хозяйство.
Совершенно несравнимо воздействие на почву плуга и на металл - резца, хотя и в том, и в другом случаях мы имеем дело с одними и теми же принципами обработки материалов. Токарь твердо знает, что выйдет изпод его инструмента, пахарь далеко не столь же уверен в результатах своего труда, так как он держится лишь за одну рукоятку плуга. На другую нажимает сама Природа - полноправная участница техиолошческого процесса, который многие тысячелетия осуществляется человеком в целях собственного пропитания.
Именно с этих позиций земледельческая техника стоит особняком в бесконечном ряду машин, созданных человеческим гением. По существу, мы не можем рассматривать изолированно один только плуг так, как это допустимо делать по отношению к токарному станку. Мы должны рассматривать его, в комплексе с той средой, которую он изменяет и с которой он составляет единую систему.
Система эта состоит из пас, нашей технологии сельскохозяйственного производства с его машинами, возделываемых растений и солнца. Продуктивность системы определяется продуктивностью фотосинтеза, коэффициент полезного действия которого чрезвычайно мал.
Отсюда и малость отдачи процесса дополнительных энерговливаний в сельскохозяйственное производство.
Но это не все.
Характер функционирования системы растение - солнце определяет и характер сельскохозяйственной техники. Так, поскольку система работает не круглый год, а сезонно, постольку точно так же работает и техника.
Токарный станок может работать круглосуточно, домну нельзя останавливать и на минутный отдых; плуг, сеялка, культиватор или комбайн работают от нескольких дней до нескольких недель в году. А это значит, что "лошадиные силы" только числятся за механизатором. Более 90 процентов времени своей службы они стоят без движения.
И наконец, "размазанность" сельскохозяйственной техники, ее "невидность" среди бескрайних полей, от которой эта самая тишина во ржи... Техника сельского хозяйства не может концентрироваться в пространстве и времени, как это умеет делать индустриальная техника.
И это тоже снижает ее отдачу.
До появления сложных сельскохозяйственных машин уборка урожая распадалась на две четко разграниченные фазы: полевые работы и работы на току (по В. Далю, "ток" - от "торкать", "тукать", "стучать" - место, расчищенное и "убитое", утоптанное, где молотят хлеб, "тукая" по нему цепами). В поле хлеб косили или срезали серпами, вязали в снопы и перевозили на ток, где и обмолачивали.
С появлением молотилок место обмолота иногда начали переносить с тока в поле: молотилка перемещалась от одного участка к другому, к ней подвозили снопы...
Но вот 24 октября 1869 года "Санкт-Петербургские ведомости" сообщили, что "департамент земледелия и сельской промышленности выдал Власенко Андрею десятилетнюю привилегию на изобретенную им машину, которая сразу выполняет работу жнейки и мологилки...".
Зерноуборочный комбайн позволил совместить ток и поле. За сто лет своего развития он превратился в настоящий "степной лайнер" - достаточно мощный, сложный и... несовершенный.
Самые лучшие короткостебельные урожайные сорта пшениц имеют длину стебля, вдвое превышающую размеры колоса. Обычно же разница в длинах измеряется отношением 1:5, а то и 1:10. Сколько же в таком случае соломы и сколько зерна попадает в комбайн? Если считать по массе, то соломы в полтора-два раза больше (зерно тяжелее). А это приводит к тому, что минимум 50 процентов энергии комбайна затрачивается на совершенно бесполезный "обмолот" пустой соломы.
Между тем урожаи растут. Сегодня требования к производительности комбайнов в два-три раза превышают требования вчерашнего дня. Кроме того, больший урожай требует резкого сокращения потерь.
Чего только не придумали конструкторы, создавая комбайн, который бы умел убирать с поля одни колосья и оставлять стебли стоять на корню! Тут и пневмо-, и вибро-, и электроустройства, сложнейшие механизмы, мудреная автоматика. Пока все напрасно: новые машины если и работали, то давали слишком много потерь (оставались "подслеповатыми" и "видели" не все колосья). Не могли они и развить высоких скоростей. Последний порок, очевидно, органический: за большую избирательность машине приходится платить меньшей производительностью. А это значит, что жатка, скашивающая в поле все подряд, всегда будет двигаться быстрее разборчивого уборщика колосков.
А что, если отказаться от услуг комбайна? Представьте себе: хлеб в поле убирается простыми скоростными жатками. Они быстро срезают стебли, измельчают их и полученную однородную массу (она более транспортабельна, чем снопы или целые стебли) бросают в кузов автомашины или прицепа. Собранный урожай сводится на ток, где работает настоящий завод автоматизированный, электрифицированный и даже кибернетизированный. "На приколе" - не на ходу: большинство проблем автоматизации и необходимого усложнения конструкции решается проще, главное же - соблюдается принцип максимально возможной концентрации техники.
Доведенный "до идеала", этот принцип приводит к перефразировке известного древнего правила относительно горы и одного гражданина, претендовавшего на звание пророка: "Если Магомет не идет к горе, то гора идет к Магомету!" Если машина не идет в поле, то поле идет к машине! И это не парадокс...
С любым биологическим видом, не успевающим за слишком быстрым изменением среды, происходит то, что на языке биологии вежливо называется элиминацией. На обычном языке - это уничтожение, исчезновение. Не успел отрастить более длинные когти - элиминируйся.
Технические "части тела" человека в этом отношении более совершенны. Сроки "выращивания" новой машины куда короче, чем сроки выращивания новых когтей. К сожалению, иногда они слишком уж коротки, и поэтому биологический вид Homo sapiens, случается, обгоняет изменяющуюся среду своей жизни. И, обгоняя, деформирует.
Техника не только преобразует среду, но и зависит от нее, приспосабливается к ней. В этом отношении она ведет себя ничуть не лучше любого биологического вида, пытающегося приспособиться к изменениям среды, виновником которых является человек. Вот, к примеру, на Чукотке вследствие хозяйствования людей площадь, занятая лишайником - основным кормом северных оленей, - сократилась за последние сто лет в десятки раз и составляет сейчас 1-3 процента. Изменилась растительность, изменились и олени: появилась новая порода - харгин, которая может обходиться без лишайников и питаться травами. Для этого олени "сочли необходимым" укоротить конечности, увеличить размеры туловища, обрести способность к быстрейшему увеличению веса...
А теперь вспомним, как развивалась техника обработки почвы...
Во время оно, когда наши предки поселились на сплошь заросших лесами европейских землях, основными техническими средствами их воздействия на среду были топор, кресало с трутом и мотыга. Позднее, когда предки немного утомились от непрерывного махания топором, а размеры лесов поуменьшились, они изобрели рало (славяне - соху).
Этих технических средств хватило на несколько тысячелетий, поскольку устройству периодических, все уничтожающих лесных пожаров ничто особенно не мешало.
Огонь удобрял землю золой, "элиминировал" сорняки, а заодно, несколько размягчая почву, облегчал внедрение в нее сошников рал и сох.
Минули тысячелетия. Европа "вошла в возраст" и полысела. Не стало леса, не стало условий и для разведения приличных пожаров. От степных пожог больше вреда, чем золы.
Но если нет огня, значит, нечем бороться с сорняками. Пришлось придумать плуг с отвалом, который мог бы, во-первых, хоронить сорняки, переворачивая пласт земли "вверх дном", а во-вторых, запахивать навоз и вообще хоть немного мобилизовать и пополнить утраченное былое плодородие.
Соха жила несколько тысячелетий, срок жизни плуга, кажется, будет на порядок меньше: уже в XVIII столетии изменившаяся среда познакомила человека с неприятным и незаконным его же детищем, которое окрестили эрозией... Главным се виновником был признан отвальный плуг. К середине нашего века пришло время "укоротить" его, трансформировать в...
Скажите, разве "поведение" орудий для обработки почвы не напоминает поведение чукотского оленя?
И если да, то почему же люди столь непоследовательны в своем постоянном стремлении преобразовывать природу? Почему нужно обязательно приспосабливать плуг к земле, а не наоборот - земпю к плугу?
Впрочем можно ли действительно решить эту задачу (и таким образом перевезти поле к плугу)? Ведь нужно прежде всего решить другую задачу энергетическую. Значит, снова трактор...
Наиболее старый и, пожалуй, до сего времени наиболее радикальный способ научить горы ходить к человеку - это террасное земледелие. В некоторых районах Центральной и Юго-Восточной Азии все мало-мальски пригодные горы уже очень давно прошли школу выучки у человека. Теперь они больше напоминают известные всему миру ступенчатые пирамиды Египта и Мексики, нежели естественные образования.
Конечно, древние террасы рассчитывались на столь же древнюю и, с нашей точки зрения, примитивную технику обслуживания. И тем не менее они ориентировались на самую интенсивную (до сего времени!) форму земледелия огородничество на грядках. Их ширина не более одного метра, друг от друга они отделены тропками. Тропки позволяют "не удобрять" поле следами своих ног, а лишь осторожно касаться его легкими орудиями, а то и просто руками, превращая землю в пух, перебирая ее, убирая все лишнее.
Огородничество всегда и везде давало наибольший выход продукции с единицы площади. Правда, при наибольших затратах труда. Ну а если попытаться модернизировать старый принцип? Что, если увеличить ширину грядки с одного до 30, 60 или 120 метров и попробовать дотянуться "автотяпкой" до ее середины, чтобы не топтаться по ней? Как это сделать? Очень просто, превратить трактор в подобие мостового крана. Основной его частью станет длинная ферма, повисшая над полем и опирающаяся по его краям на колеса или гусеницы. Тропки между грядками сделать постоянными дорогами с твердым покрытием, а может быть, даже рельсовым путем. Длина "грядки" может быть любой:
на индивидуальном огороде - несколько метров, в "мостовом земледелии" несколько километров.
Осуществим ли мы тем самым "идею переноса горы"?
Да, в какой-то степени. Ведь теперь мобильное энергетическое средство (бывший трактор) "привязано" к своей грядке и стало куда более стационарным, чем его предшественник. Раз так, появилась возможность более полной автоматизации; рабочие органы навешенных ца ферму машин стали такими же или даже более чуткими, внимательными к земле и растению, как и человеческие руки. Главное же, что произошло: удалось оторвать сельхозмашину от земли, она не опирается теперь на нее, не уплотняет ее (вспомните о постоянных колеях, по которым американские фермеры предпочитают водить свои трактора), значит - обеспечивает больший урожай.
Есть и еще одно важнейшее преимущество новой системы, предложенной почти 50 лет тому назад советским инженером М. Провоторовым. Речь идет о ликвидации "органического эгоизма", присущего культуре растениеводства, о котором говорилось выше и который приносит так много бед.
На "грядке", обрабатываемой мостовым кран-трактором, можно выращивать растения не сплошным массивом, а пятнами, по квадратам: квадрат No 1 пшеница, No 10 - свекла, No 113 - гладиолусы и т. д.
Вместо уязвимой по отношению к внешним воздействиям монокультуры получается устойчивая многообразная экологическая система. Обслужить квадрат No 335 так же легко, как и No 1, потому, что кран-трактор по полямгрядкам не топчется. Кроме того, его можно снабдить и вычислительной машиной (это ведь не обычный трактор, а целая система механизации сразу!), которая бы помнила, где что растет, какие операции и когда следует выполнить.
Искусственные растительные сообщества, высокоурожайные, богатые по видовому составу - великолепный и к тому же вполне естественный барьер на пути сельскохозяйственных вредителей и сорняков. Создав его с помощью самой современной (и отчасти пока еще фантастической) техники, мы в то же время как бы вновь возвращаемся к дикой природе, богатой разнообразием и потому малочувствительной к нашествиям гусениц и мышей.
А точность? Помните, каковы требования к точности работы машинно-тракторного агрегата и как ему трудно их выполнить? Причина тоже известна: мобильность трактора, неровность земли, сложность рельефа. У обычного трактора нет тех идеально ровных направляющих, которые есть у суппорта токарного станка и которые обеспечивают ему микронную аккуратность. А у мостатрактора они есть: зоны работы жестко разделены на функционально-биологическую и инженерную. В первой растут растения, здесь организуется управляемый биохимический процесс. Вторая - для колес и коммуникаций, труб и электрокабелей, водопроводов и пневмопроводов, для автотранспорта, наконец.
У мостового земледелия много преимуществ, о которых можно было бы написать еще целую книгу, но есть, конечно, и недостатки. Главный стоимость, необходимость огромных капиталовложений, высокая металлоемкость. Зато гарантированный и даже запрограммированный урожай...
- Гарантированный и даже запрограммированный урожай! Не слишком ли смело? Вы, наверное, видели такую клоунаду: клоун делает несколько шагов за мячом, но у него падают штаны; он подтягивает их до нужного уровня, но теряет шляпу; наклоняется за ней - с носа падают очки. Не так ли и мы...
- Вы забываете, что клоунада запрограммирована клоуном.
- Вот именно. А можно ли запрограммировать неожиданности, подстерегающие сельское хозяйство?
- Можно.
"Истинный кормилец крестьянина - не земля, а растение, - пишет К. Тимирязев, - и все искусство земледелия состоит в том, чтобы освободить растение, и следовательно, и земледельца от "власти земли".
Как известно, пословицы и поговорки - плоды фольклора. Правом на фольклорное творчество пользуются все. Пользуются им и ученые. Одной из рожденных (и очень любимых) ими поговорок является следующая:
"Нет ничего практичнее чистой теории". Приняв ее за правило, попробуем рассчитать, каким же теоретическим урожаем может одарить человека растение, если полностью освободить его от "власти земли".
Освободить - значит обеспечить всем необходимым.
Представим себе, что нам удалось полностью решить эту задачу. От чего же тогда будет зависеть урожай?
Очевидно, от единственного фактора, изменить который мы не в силах, от солнечного излучения.
Из всего широкого спектра солнечных лучей, достигающих поверхности Земли, растения умеют использовать только некоторую часть, которую называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР). Она изменяется прежде всего в зависимости от географической широты местности, а также от высоты над уровнем моря, частоты появления на небе облаков и т. п.
Зависит продуктивность растений и от степени усвоения ФАР растениями, то есть КПД фотосинтеза. Принято считать, что если он равен 0,5-1, то мы имеем дело с низкой продуктивностью, если 1-2 - со средней. Хорошая продуктивность - это КПД ФАР, равный 2-3, высокая - 3-4 и очень высокая 4-5. Выше 5 процентов КПД ФАР в естественных условиях не поднимается.
Зависит КПД ФАР и от географического положения района, и от сорта растения, и от все той же почвы, и еще от многих условий, о которых разговор ниже. Пока же примем для расчетов границу между средней и хорошей продуктивностью, то есть 2 процента; применительно к условиям большей части территории пашей страны такой КПД просто великолепен.
Пусть на один гектар ежегодно (за время вегетации)
приходит 2,57*10^9 килокалорий фотосинтетнчески активной радиации. Если растение способно аккумулировать 2 процента ее, то это значит, что оно сможет потребить из указанного количества всего лишь 1/50 часть, то есть 51,4*10^6 килокалорий на гектаре.
Известно, что в 1 килограмме абсолютно сухой органики содержится определенное число килокалорий У яровой пшеницы один такой килограмм "стоит" что-то около 4 тысяч килокалорий. Делим 51,4*10^6 на 4 тысячи и получаем 128,5 центнера абсолютно сухой биомассы с гектара. При отношении зерна к соломе 1 : 1,5 и влажности зерна 14 процентов приведенная цифра означает 60 центнеров зерна с гектара.
Академик А. Ничипорович подсчитал, пользуясь аналогичным методом, что при всех вышеперечисленных условиях теоретический урожай озимой пшеницы для Подмосковья равен 44 центнерам (учтите, что это "средний максимальный", фактический же может уклоняться от него). Для северных границ нечерноземной зоны урожай, естественно, ниже (для Коми АССР, например, 12 центнеров), а для юга - выше (Украина - до 70, Средняя Азия до 110 центнеров с гектара).
Как видите, цифры не столь уж велики. Кстати, они подтверждены и практикой: урожаи в 60-70 центнеров с гектара на юге Украины вовсе не редкость для передовых хозяйств, а на Кубани отдельные поля дают до 100, хотя в среднем в тех же районах они не выше 30-40 центнеров.
Пожалуй, первым, кго задумался над проблемой, как приблизить средний фактический урожай к максимальному теоретическому, был житель Древней Эллады Феофраст. В одном из своих ботанических сочинений он писал: "Удобрение посевов должно соответствовать почве.
В некоторых местах, например, в Сирии, нехорошо пахать глубоко, в других, например, на Сицилии, слишком тщательная обработка приносит вред. Итак, все зависит от места".
К той же теме, но уже на другом научном уровне, вернулся известный французский агробиолог Ж. Буссенго. В 1837 году в результате проведенных им полевых экспериментов он пришел к выводу, что "надо установить нечто вроде баланса между урожаем и удобрением". К нашему времени простая эта мысль была развита в целую теорию программирования урожаев, основные принципы которой сформулировал академик И. Шатилов. По его мнению, урожай - интегральная величина, определяемая целым комплексом факторов внешней среды, агротехникой и природой выращиваемого сорта...