Страница:
И еще от множества свойств конкретного биоценоза, частью которого и являются данные естественные кормовые угодья.
Именно поэтому и приобретают в наши дни важное значение комплексные исследования по оценке и разработке в системе "почва - животное животноводческая продукция". Несколько упрощенно, в переложении на наши с вами, ежедневные потребности и гастрономические запросы, в окончательном виде решение этой архиважной проблемы представляется так: если сгущенное молоко, которое вы добавляете утром в кофе, пахнет медом и солнцем корова кормилась на лугу клевером, именуемым в простонародье белым, если сыр не крошится под ножом, а режется ровными, маслянистыми, но тугими, не липкими пластами - благодарите пастбище, на котором в избытке цвела фацелия. И тысячу раз прав В. Р. Вильяме, не устававший повторять, - все от земли, от ее щедрот людские богатства.
Формируя луг, пастбище, определяя, чем и как засеять пойму, - помнить о том надо непрестанно. Нельзя забывать и об особенностях интенсификации и специализации самого животноводства. Приходится думать и над тем, какой скот, молочный или молодняк, будет пастись на будущем культурном пастбище.
Только такой дифференцированный подход к земле, к ее возможностям и особенностям эксплуатации и способен дать наивысший экономический результат. Ибо только он и соответствует законам природы. А для нее, как известно, мелочей не бывает. И то, что порой среди многочисленных забот кажется нам пустяками, что упускаем в погоне если не за сиюминутным, то быстрым результатом, оборачивается для земли бедой. Это тоже убедительно доказали ученые.
Взять хотя бы, говорят они, те зоны страны, где традиционно занимаются овцеводством. Как правило, для выпаса животных здесь используют низкопродуктивные угодья, почти непригодные для земледелия. Как же совместить полезное с необходимым? Да и возможно ли такое?
Есть верный и старый способ превращения малоурожайных почв в высокоурожайные - засеять их многолетними травами. Но время торопит, и в надежде обогнать его хозяйства нередко подменяют многолетние травы однолетними кормовыми культурами. Они действительно дают более высокие урожаи. И в скошенном виде - прекрасный корм для животных. А пастбище? Что ж, пастбище при такой неразумной эксплуатации продолжает деградировать.
Но ведь земля дана нам природой одна-единственная на все времена, и никто нам ее не заменит! Да и грядущие поколения спасибо не скажут за то, что мы с вами передне руководствовались только собственной выгодой. Так что же делать в данном конкретном случае? Засевать пастбище многолетними травами, спасая его плодородие, или отдать предпочтение однолетним кормовым культурам, памятуя о продуктивности того же овцеводства?
Ученые давно ответили на этот вопрос. Конечно, следует выбрать многолетние. Да и продуктивность животноводства при умелом ведении хозяйства нисколько при этом не пострадает.
Есть, например, в Омской области совхоз "Русско-Полянский". Поливных земель в хозяйстве нет, осадков выпадает крайне мало - 400 миллиметров в год, а стадо овец из 12400 голов кормится. И приносит сибирякам миллионные доходы. А если посмотреть глубже, то за такую прибыль благодарить нужно все те же многолетние злаковые травосмеси - их здесь почти пять тысяч гектаров. Они - основа здоровья почв, химического сбалансирования в них минеральных веществ.
Впрочем, решение продовольственной проблемы - и в стране, и в глобальных масштабах - отнюдь не сводится только к традиционным способам. И здесь прежде всего необходимо решить проблему выделения и концентрирования пищевых веществ, особенно белков, из зеленой массы растений, древесины и морских растений, а также превращение химическим или биохимическим способом непригодной для пищи органической массы в пищевые продукты. Иными словами, необходимо решить проблему более полного использования растительных веществ.
В принципе все вещества, содержащиеся в растениях, пригодны для питания. Если не животных, то по крайней мере микроорганизмов. А они концентрированный корм для сельскохозяйственных животных.
Современный уровень химической технологии, биотехнологии и микробиологии позволяет получать в большом промышленном масштабе из непищевого растительного сырья моносахариды, этиловый спирт, глицерин, кормовые дрожжи, аминокислоты, белково-витаминные препараты. Сырьем для них служат ежегодно возобновляемые ресурсы полисахаридосодержащих растительных материалов в виде отходов лесозаготовок, деревообработки, промышленной переработки початков кукурузы, шелухи подсолнечпиковых и хлопковых семян и других видов сельскохозяйственного сырья, а также дикорастущих трав и кустарников.
Основной метод переработки растительных отходов - гидролиз (обменная реакция соединений с водой) растворами соляной и серной кислот до моносахаров. Причем водные растворы последних используются в качестве питательной среды для выращивания пищевых и кормовых дрожжей. Именно на этой основе в нашей стране создана мощная микробиологическая промышленность.
Но синтез пищевых продуктов целесообразен, вероятно, в первую очередь в тех случаях, когда возникает необходимость в отдельных компонентах пищи аминокислотах, витаминах, некоторых белковых препаратов и т. п. Причем при разработке всех этих проблем мы должны позаботиться о научных исследованиях, одна из важнейших задач которых - изучение химической структуры и свойств соединений, лежащих в основе жрвой материи. И, разумеется, познание механизма действия различных физиологически активных соединений.
Именно эти работы станут теоретической опорой для понимания процессов жизнедеятельности. Они способны привести к прогрессу не только самой биологии, но и химической промышленности, ибо позволят создать искусственные промышленные катализаторы, характеризующиеся необычайной активностью и специфичностью.
Химии все чаще приходится решать задачи вне всяких планов. Их ставит перед ней сама жизнь. Так, например, случилось с разработкой и созданием оригинального процесса получения эффективнейшего консерванта - муравьиной кислоты.
Какая же нужда заставила ученых взяться за разработку именно этой проблемы? Все та же - неотложная потребность сельского хозяйства, стремление в кратчайшие сроки развязать наиболее тугие узлы отечественного животноводства.
Несколько забегая вперед, скажу, что задача эта усилиями нашего института и Бориславского филиала ГосНИИХлорпроекта (здесь надо в первую очередь назвать Ю. А. Подзерского и О. А. Тагаева) успешно решена, защищена авторскими свидетельствами СССР и патентами ряда других стран, а фирма "Зальцгиттер"
(ФРГ) приобрела на него лицензию. Инженеры фирмы в содружестве с советскими учеными разработали промышленное производство, с макетом которого мог познакомиться каждый, кто побывал в свое время в Москве па международной выставке "Химия-82" (или на такой же выставке в Дюссельдорфе-"Ахема-82").
Но почему все-таки она так нужна животноводству - муравьиная кислота? И что это за "экзотическое вещество", без которого современному кормопроизводству обходиться действительно чрезвычайно сложно?
В том-то и дело, что никакой экзотики в нем нет.
И она, по сути дела, знакома каждому. По крайней мере, отыскать человека, хоть раз в жизни не соприкоснувшегося с ней, довольно трудно. Припомните-ка, сколько раз в жизни вы обстрекались крапивой? Это вас "обжигала" муравьиная кислота. А муравьи кусали? Наверняка. Значит, встреча с этой кислотой в вашей жизни состоялась. Не раз и не два. Так что экзотическим данное вещество никак не назовешь. Известно оно людям с незапамятных времен. А вот получено в чистом виде только в конце XVИI столетия. И нужно сказать, самым варварским способом - путем перегонки рыжих муравьев. С тех пор она так и называется - "муравьинкой".
Это одна из самых сильных органических кислот (в десять раз "крепче" того же уксуса), круг ее применения чрезвычайно широк. Эту кислоту используют в медицине (так называемый муравьиный спирт), для производства растворителей, фото- и кинопленки. Без нее не обходится получение натурального каучука, выделка кож.
Но подлинный "расцвет" муравьиной кислоты наступил в наши дни. И если совсем недавно человечеству хватило бы для удовлетворения своих потребностей в ней и ста тысяч тонн в год, то теперь такое количество представляется всем страждущим просто мизером. Дело в том, что, используя опыт стран Скандинавии и Англии, кормопроизводство многих других стран стало применять кислоту в качестве консерванта при заготовке силоса, а словосочетание "консервы для животных" получило широкое распространение.
Заготовке кормов впрок уделяется теперь повсеместное внимание. Конечно, и в прежние времена коров зимой чем-то кормили, заготавливая, скажем, с тех же лугов сено. Но высокую продуктивность животного одним сеном не обеспечить. Корове круглый год нужны корма, сбалансированные по белкам, протеину, углеводам. Такой корм способны давать луга и культурные кормовые угодья, если все, что с них собрано, будет сохранено.
Насколько эта проблема важна, в частности, для животноводства нашей страныг можно судить по тому, что еще в прошлой пятилетке в практику земледелия прочно вошли специализированные кормовые севообороты. В настоящее время они введены на площади 18 миллионов гектаров. На ближайшую перспективу (до 1990 г.) под кормовыми севооборотами в стране будет занято около 42 миллионов гектаров. Это позволит только дополнительно получить 100-120 миллионов тонн кормовых единиц, то есть столько же, сколько мы получаем сейчас со всей площади, занятой кормовыми культурами.
А что это такое кормовой севооборот и чем он отличается от традиционных лугов и пастбищ? Прежде всего тем, что он занимает пашню, то есть специально отведенную и специально для него вспаханную землю. Это значит, что от кормового севооборота нужно обязательно взять обильный урожай, поставляя сельскому хозяйству в достатке зеленые корма, сенаж, гранулы, корнеплоды.
Без грамотно организованного севооборота современное высокоинтенсивное животноводство просто невозможно.
Здесь-то и возникает вопрос о консервантах, потому что для хранения и приготовления зеленых кормов, полученных с вновь включенных в пользование угодий, они необходимы. А сельское хозяйство страны получает сейчас консервантов, мягко говоря, в недостаточном количестве. К тому же низкого качества.
Между тем, хорошие консерванты есть. Во Всесоюзном институте кормов имени В. Р. Вильямса, к опыту которого я постоянно в этой части рассказа обращаюсь, разработаны, например, препараты ВИК-1 (для кукурузы и другого сахаристого сырья) и ВИК-2 (для высокобелковых трав). Эти препараты обеспечивают сохранность питательных веществ исходного сырья на 95-98 процентов, в том числе до 95 - сахара, который при обычном силосовании полностью теряется.
Учеными института разработана и методика силосования с помощью созданных консервантов. А ведь одна из главных проблем кормопроизводства повышение качества кормов и сокращение потерь при их заготовке и хранении (к сожалению, в стране в настоящее время теряется по разным причинам более четверти выращенного урожая). Так что насколько выгодно внедрение в производство способа хранения зеленых кормов с помощью консервантов, совершенно очевидно. Тем более что он позволяет полностью сохранить протеин в "консервах" и получить корм с питательностью до 0,45 кормовой единицы в одном килограмме, при высочайшем содержании в нем перевариваемого протеина - 110-140 граммов.
К тому же и по консервирующему эффекту оба препарата превосходят чистую муравьиную кислоту.
Но в ВИКе-1 "муравьинки" - 27 процентов, а в ВИКе-2 и того больше - до 80. Значит, обойтись без нее даже эти, очень хорошие препараты все равно не могут. А вот сама "муравышка" без всяких традиционных добавок (все консервирующие композиции состоят из кислот, препятствующих процессу гниения, плюс восстановителей - формальдегида, соединений четырехвалентной серы) прекрасно обходится, потому что и сама она - отличный восстановитель.
Но муравьиная кислота - вещество едкое. Как же ею пользоваться, не сжигая зеленой массы? Во-первых, осторожно. А во-вторых, применяя в ничтожно малых количествах: доли процента ее спасают от гниения целую траншею силоса. А как выглядит пролежавший зиму силос, хранившийся по традиционной методике, животноводам напоминать не приходится. Один его запах отбивает аппетит у коров. Другое дело - консервированный зеленый корм. Его коровы едят очень охотно, что сразу же сказывается на их продуктивности. До 16 процентов прибавляют животные в надое и на 15-25 возрастают привесы молодняка.
В общем, применение для консервации кормов чистой муравьиной кислоты или "виковских" препаратов - необходимо. Любое из этих веществ хорошо, за любое животноводы скажут химикам спасибо.
Но до недавнего времени мы ничего конкретного по этому поводу сказать и пообещать представителям сельского хозяйства не могли. Потому что проблема промышленного синтеза муравьиной кислоты наталкивалась на трудности, хотя несколько схем синтеза кислоты давным-давпо известны.
Так, в учебниках органической химии предлагается получать муравьиную кислоту действием углерода на щелочь. Но эта классическая пропись грешит некоторой неточностью, поскольку конечный продукт названной реакции не сама "муравьинка", а лишь соль, служащая исходным сырьем. И для дальнейшего процесса потребуется затратить другую кислоту - серную, и утилизировать отход - сульфат щелочного металла.
Советский академик Н. М. Эмануэль разработал и предложил свой способ получения "муравьинки", в основе которого - процесс окисления бензина. Но, к сожалению, и этот метод оказался неприемлемым для крупномасштабного производства. Да к тому же муравьиная кислота здесь - продукт побочный, а основной - кислота уксусная. Мало и, главное, дорого.
И все же оба эти способа и сегодня применяются для получения муравьиной кислоты. Невыгодно, конечно/ такое производство, нерентабельно, но что поделать! Раз нужно - приходится идти на малоэффективные способы. Но все это приемлемо до тех пор, пока не очень велики объемы потребления. А для удовлетворения сегодняшней потребности и завтрашних народнохозяйственных нужд страны ни тот, ни другой способ не годится: слишком много понадобилось бы непроизводительно тратить серной или другой минеральной кислоты, слишком много оказалось бы трудноутилизируемых сульфатов, слишком много пришлось бы окислять бензина.
Существует и третий способ получения столь желанной "муравьинки" разложение формамида серной кислотой. Но его еще нужно получить из метилформиата, а тот - из окиси углерода иметанола... Одним словом, огород городим большой, а урожай снимаем мизерный.
Но существует ли, хотя бы теоретически, прямой способ получения муравьиной кислоты, да такой, чтобы годился не в лаборатории, а в промышленности?
Существует. Но для реализации идеи присоединения воды к окиси углерода необходимо ни мало ни много, как преодолеть некоторые ограничения термодинамики, "разрешающие" подобную реакцию лишь под большим давлением и при очень низких температурах. А поскольку активных катализаторов для таких условий пока не найдено, приходится вместо прямых искать окольные пути. Применительно к промышленному производству муравьиной кислоты такой компромисс означает включение в технологический цикл все тех же промежуточных стадий. Правда, уже в меньших количествах и без отходов.
Таким компромиссным способом стало получение муравьиной кислоты путем двухстадийного синтеза. В первой стадии из метанола и оксида углерода получают метнлформиат, а во второй последний подвергают гидролизу. Образующийся при этом метанол - это не побочный продукт: его можно вновь использовать в замкнутом цикле. Однако реализация такого способа наталкивалась па значительные трудности, так, первая стадия синтеза оказалась на поверку не очень-то приемлемой для массового производства. Например, полностью освободить вещества, участвовавшие в технологическом процессе от воды и С02, затруднительно. Чем это чревато, понятно и нехимику: образующиеся соли - формиат и карбонат натрия - нерастворимы в метаноле, их осадки забивают время от времени трубопровод и аппаратуру, останавливая все производство.
Вызывала тревогу и вторая стадия. Имевшиеся в литературе (преимущественно патентной) рекомендации предлагали осуществлять ее при очень высоких температурах и, следовательно, повышенном давлении. Но все это приводит к сильной коррозии металлов, из которых сделана технологическая аппаратура.
Так было до той поры, пока данной проблемой не занялись советские инженеры и ученые. Специальные добавки на стадии синтеза метилформиата позволили предотвратить выделение осадков. Трубопроводы перестали забиваться плотной пробкой. Сам процесс гидролиза был значительно усовершенствован, были найдены катализаторы, позволяющие осуществлять гидролиз в мягких условиях. А в итоге производство муравьиной кислоты стало рентабельным в промышленных масштабах. Эта задача была решена в ИОНХ-е учеными под руководством профессора И. И. Моисеева.
Так отечественная химия преодолела очередной барьер на пути решения Продовольственной программы.
Пожалуй, нет ни одной науки, которая не внесла бы своей лепты в дело обеспечения человечества продуктами питания, Химия - среди лидеров. Ее "почерк" где только не обнаруживается! Я позволю себе еще не раз остановиться на некоторых из проблем аграрного производства, открывающих свои тайны с помощью химического "ключа". Пока же хочу вновь вернуться к теме возможностей растительного мира. Только на сей раз поглядим на нее в несколько ином ракурсе, уже зная, что общее количество биомассы, продуцируемой лугами, лесами, пастбищами, океанами, вполне достаточно, чтобы раз и навсегда снять с повестки дня продовольственную проблему, вычеркнув ее вообще из списка тяжелых глобальных проблем, решаемых человечеством. Ракурс этот позволяет разглядеть то, что обычно прячется за частоколом разнообразных проблем, громоздящихся вокруг проблемы номер один. Что ж открывается пытливому взгляду исследователя?
Нечто потрясающее: из всей солнечной энергии, доходящей до поверхности Земли, растительность усваивает путем фотосинтеза не более 0,1-0,2 процента. Сельскохозяйственные, то есть культурные растения используют ее гораздо полнее дикорастущих. Зерновые в среднем 0,5-1,5 процента, а такие высокопродуктивные, как рис, сахарный тростник, сахарная свекла и некоторые другие культуры - до 4 процентов.
Есть все основания считать, что полное раскрытие наукой механизма процессов фотосинтеза и овладение управлением им даст возможность повысить коэффициент использования солнечной энергии сельскохозяйственными растениями в два и более раза. Академик А. А. Красновский, например, основываясь на экспериментальных данных по измерению квантового выхода фотосинтеза для одноклеточных водорослей, считает, что максимально достижимый коэффициент полезного действия фотосинтеза - преобразования поглощенной солнечной энергии в потенциальную химическую энергию - 30 процентов. Остальные 70 процентов энергии квантов солнечного света, поглощенного хлорофиллом, в конечном счете преобразуются в тепло. Куда и на что тратит растение эту избыточную энергию?
На преодоление потенциальных барьеров промежуточных реакций, на обратные реакции активных продуктов фотосинтеза, наконец, на внутренние нужды зеленой клетки. Но ведь приблизительно половина энергии солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, лежит в видимой области спектра и представляет собой фотосиптетически активную радиацию (ФАР). Поэтому, вероятно, максимально возможное использование солнечной энергии при фотосинтезе не превышает 15 процентов.
Но и эта величина свидетельствует об огромных резервах в более интенсивном использовании солнечной энергии при фотосинтезе на суше и океанах Земли.
Создание сортов сельскохозяйственных культур, максимально усваивающих солнечную радиацию за вегетационный период - наипервейшая задача селекции и химии, работающей на ее нужды...
Помнящая родство
В самом начале теперь уже далеких 20-х годов в одном из номеров журнала "Человек и природа" появилась статья под довольно странным по тем временам названинием: "Нужна ли для России химия и химическая промышленность?" Ее автор - выдающийся русский ученый Лев Александрович Чугаев, удостоенный в последствии первой в стране премии имени В. И. Ленина, поднимал вопрос о необходимости органического развития экономики страны, ее промышленности и земледелия. Статья появилась не случайно, а "подвела черту"
под бурными спорами, потрясавшими тогда и студенческие общежития, и профессорские гостиные: оставаться ли России традиционно земледельческой или служить "умножению фабрик и заводов".
Вроде бы наивный и даже смешной, каким он кажется сейчас, через призму десятилетий, этот вопрос был накрепко связан с такими проблемами и такими вопросами, к решению которых следовало приступать незамедлительно. И прежде всего предстояло определить, как и за счет чего нужно налаживать химическое производство и какие научные и инженерные кадры следует готовить, дабы реализовать эти планы.
Впрочем, в той же статье Лев Александрович четко и определенно указывал и материальную основу той колоссальной перестройки народного хозяйства, что получпт в дальнейшем имя индустриализации.
"Сделать это, - писал ученый, - можно, только обратив самое серьезное внимание на те ископаемые богатства, которые испокон лежали под спудом, начиная от самой земли нашей, веками худо обрабатывавшейся и почти не удобрявшейся. Если мы не хотим погибнуть, мы должны... без устали строить новые фабрики и заводы, созидать такие отрасли промышленности, которые у нас были слабо развиты или которых совсем не существовало. Советская химическая промышленность должна прежде всего заняться производством серной кислоты, получением из каменноугольной смолы красителей и лекарственных веществ, переработкой древесины на целлюлозу, спирт и ацетон, производством синтетического каучука и т. д. ...Россия не только может обладать огромным запасом сырья для синтеза каучука, но на ее территории разработан способ, с помощью которого это сырье может быть превращено в ценный каучук... Было бы крайне важно, чтобы на этом предмете были сосредоточены силы русских химиков и инженеров. В случае удачи, в которой нет основания сомневаться, решение "каучуковой"
проблемы обещало бы России огромные выгоды".
Эти мысли Л. А. Чугаева удивительным образом перекликаются с идеями Д. И. Менделеева, который в конце жизни, подводя итог своей деятельности, отмечал, что первая его служба Родине - это наука, вторая - народное просвещение и третья - промышленность... "Третья моя служба наименее видна, хотя заботила меня с юных лет... Эта служба по мере сил и возможности на пользу роста русской промышленности, начиная с сельскохозяйственной, в которой лично действовал, показав на деле возможность и выгодность еще в 60-х годах интенсивного хозяйства по разведению хлебов. Личные усилия убедили меня очень скоро в том, что одним земледелием Россия не двинется к надобным ей прогрессу, богатству и силе, останется бедной, что настоятельнее всего рост других видов промышленности: горного дела, фабрик, заводов, путей сообщения и торговли... Наука и промышленность - вот мои мечты..."
Постоянная забота об органическом развитии этих трех столпов научного и социального прогресса стали основой молодого Советского государства в подготовке своих собственных высококвалифицированных кадров, создании мощной индустрии.
Но как ни важна и близка автору этих строк тема развития химии и химической промышленности, только рассказ об их становлении в изоляции от огромной работы, осуществленной в те годы по реорганизации всей, уже имеющейся науки и созданию ее новых основ, исказил бы существо проблемы. Вот почему я и позволю себе общий ретроспективный взгляд на судьбу и развитие науки тех времен.
В. И. Ленин всегда рассматривал науку как необходимое условие построения социализма, как орудие создания его материально-технической и духовной основы.
С именем вождя неразрывно связана разработка принципов государственной организации науки и генеральной линии взаимодействия органов власти с научными учреждениями и прежде всего с Академией наук.
В конце ноября 1917 года в Комиссии по народному просвещению создается специальный отдел, в ведении которого в числе других научных учреждений оказывается и Академия наук. В соответствии с принципиальными ленинскими указаниями о привлечении научных учреждений к социалистическому строительству вновь организованный отдел сразу же начинает консолидацию научных сил, а в начале 1918 года обращается к Академии наук с предложением совместной работы с Советской властью.
Именно поэтому и приобретают в наши дни важное значение комплексные исследования по оценке и разработке в системе "почва - животное животноводческая продукция". Несколько упрощенно, в переложении на наши с вами, ежедневные потребности и гастрономические запросы, в окончательном виде решение этой архиважной проблемы представляется так: если сгущенное молоко, которое вы добавляете утром в кофе, пахнет медом и солнцем корова кормилась на лугу клевером, именуемым в простонародье белым, если сыр не крошится под ножом, а режется ровными, маслянистыми, но тугими, не липкими пластами - благодарите пастбище, на котором в избытке цвела фацелия. И тысячу раз прав В. Р. Вильяме, не устававший повторять, - все от земли, от ее щедрот людские богатства.
Формируя луг, пастбище, определяя, чем и как засеять пойму, - помнить о том надо непрестанно. Нельзя забывать и об особенностях интенсификации и специализации самого животноводства. Приходится думать и над тем, какой скот, молочный или молодняк, будет пастись на будущем культурном пастбище.
Только такой дифференцированный подход к земле, к ее возможностям и особенностям эксплуатации и способен дать наивысший экономический результат. Ибо только он и соответствует законам природы. А для нее, как известно, мелочей не бывает. И то, что порой среди многочисленных забот кажется нам пустяками, что упускаем в погоне если не за сиюминутным, то быстрым результатом, оборачивается для земли бедой. Это тоже убедительно доказали ученые.
Взять хотя бы, говорят они, те зоны страны, где традиционно занимаются овцеводством. Как правило, для выпаса животных здесь используют низкопродуктивные угодья, почти непригодные для земледелия. Как же совместить полезное с необходимым? Да и возможно ли такое?
Есть верный и старый способ превращения малоурожайных почв в высокоурожайные - засеять их многолетними травами. Но время торопит, и в надежде обогнать его хозяйства нередко подменяют многолетние травы однолетними кормовыми культурами. Они действительно дают более высокие урожаи. И в скошенном виде - прекрасный корм для животных. А пастбище? Что ж, пастбище при такой неразумной эксплуатации продолжает деградировать.
Но ведь земля дана нам природой одна-единственная на все времена, и никто нам ее не заменит! Да и грядущие поколения спасибо не скажут за то, что мы с вами передне руководствовались только собственной выгодой. Так что же делать в данном конкретном случае? Засевать пастбище многолетними травами, спасая его плодородие, или отдать предпочтение однолетним кормовым культурам, памятуя о продуктивности того же овцеводства?
Ученые давно ответили на этот вопрос. Конечно, следует выбрать многолетние. Да и продуктивность животноводства при умелом ведении хозяйства нисколько при этом не пострадает.
Есть, например, в Омской области совхоз "Русско-Полянский". Поливных земель в хозяйстве нет, осадков выпадает крайне мало - 400 миллиметров в год, а стадо овец из 12400 голов кормится. И приносит сибирякам миллионные доходы. А если посмотреть глубже, то за такую прибыль благодарить нужно все те же многолетние злаковые травосмеси - их здесь почти пять тысяч гектаров. Они - основа здоровья почв, химического сбалансирования в них минеральных веществ.
Впрочем, решение продовольственной проблемы - и в стране, и в глобальных масштабах - отнюдь не сводится только к традиционным способам. И здесь прежде всего необходимо решить проблему выделения и концентрирования пищевых веществ, особенно белков, из зеленой массы растений, древесины и морских растений, а также превращение химическим или биохимическим способом непригодной для пищи органической массы в пищевые продукты. Иными словами, необходимо решить проблему более полного использования растительных веществ.
В принципе все вещества, содержащиеся в растениях, пригодны для питания. Если не животных, то по крайней мере микроорганизмов. А они концентрированный корм для сельскохозяйственных животных.
Современный уровень химической технологии, биотехнологии и микробиологии позволяет получать в большом промышленном масштабе из непищевого растительного сырья моносахариды, этиловый спирт, глицерин, кормовые дрожжи, аминокислоты, белково-витаминные препараты. Сырьем для них служат ежегодно возобновляемые ресурсы полисахаридосодержащих растительных материалов в виде отходов лесозаготовок, деревообработки, промышленной переработки початков кукурузы, шелухи подсолнечпиковых и хлопковых семян и других видов сельскохозяйственного сырья, а также дикорастущих трав и кустарников.
Основной метод переработки растительных отходов - гидролиз (обменная реакция соединений с водой) растворами соляной и серной кислот до моносахаров. Причем водные растворы последних используются в качестве питательной среды для выращивания пищевых и кормовых дрожжей. Именно на этой основе в нашей стране создана мощная микробиологическая промышленность.
Но синтез пищевых продуктов целесообразен, вероятно, в первую очередь в тех случаях, когда возникает необходимость в отдельных компонентах пищи аминокислотах, витаминах, некоторых белковых препаратов и т. п. Причем при разработке всех этих проблем мы должны позаботиться о научных исследованиях, одна из важнейших задач которых - изучение химической структуры и свойств соединений, лежащих в основе жрвой материи. И, разумеется, познание механизма действия различных физиологически активных соединений.
Именно эти работы станут теоретической опорой для понимания процессов жизнедеятельности. Они способны привести к прогрессу не только самой биологии, но и химической промышленности, ибо позволят создать искусственные промышленные катализаторы, характеризующиеся необычайной активностью и специфичностью.
Химии все чаще приходится решать задачи вне всяких планов. Их ставит перед ней сама жизнь. Так, например, случилось с разработкой и созданием оригинального процесса получения эффективнейшего консерванта - муравьиной кислоты.
Какая же нужда заставила ученых взяться за разработку именно этой проблемы? Все та же - неотложная потребность сельского хозяйства, стремление в кратчайшие сроки развязать наиболее тугие узлы отечественного животноводства.
Несколько забегая вперед, скажу, что задача эта усилиями нашего института и Бориславского филиала ГосНИИХлорпроекта (здесь надо в первую очередь назвать Ю. А. Подзерского и О. А. Тагаева) успешно решена, защищена авторскими свидетельствами СССР и патентами ряда других стран, а фирма "Зальцгиттер"
(ФРГ) приобрела на него лицензию. Инженеры фирмы в содружестве с советскими учеными разработали промышленное производство, с макетом которого мог познакомиться каждый, кто побывал в свое время в Москве па международной выставке "Химия-82" (или на такой же выставке в Дюссельдорфе-"Ахема-82").
Но почему все-таки она так нужна животноводству - муравьиная кислота? И что это за "экзотическое вещество", без которого современному кормопроизводству обходиться действительно чрезвычайно сложно?
В том-то и дело, что никакой экзотики в нем нет.
И она, по сути дела, знакома каждому. По крайней мере, отыскать человека, хоть раз в жизни не соприкоснувшегося с ней, довольно трудно. Припомните-ка, сколько раз в жизни вы обстрекались крапивой? Это вас "обжигала" муравьиная кислота. А муравьи кусали? Наверняка. Значит, встреча с этой кислотой в вашей жизни состоялась. Не раз и не два. Так что экзотическим данное вещество никак не назовешь. Известно оно людям с незапамятных времен. А вот получено в чистом виде только в конце XVИI столетия. И нужно сказать, самым варварским способом - путем перегонки рыжих муравьев. С тех пор она так и называется - "муравьинкой".
Это одна из самых сильных органических кислот (в десять раз "крепче" того же уксуса), круг ее применения чрезвычайно широк. Эту кислоту используют в медицине (так называемый муравьиный спирт), для производства растворителей, фото- и кинопленки. Без нее не обходится получение натурального каучука, выделка кож.
Но подлинный "расцвет" муравьиной кислоты наступил в наши дни. И если совсем недавно человечеству хватило бы для удовлетворения своих потребностей в ней и ста тысяч тонн в год, то теперь такое количество представляется всем страждущим просто мизером. Дело в том, что, используя опыт стран Скандинавии и Англии, кормопроизводство многих других стран стало применять кислоту в качестве консерванта при заготовке силоса, а словосочетание "консервы для животных" получило широкое распространение.
Заготовке кормов впрок уделяется теперь повсеместное внимание. Конечно, и в прежние времена коров зимой чем-то кормили, заготавливая, скажем, с тех же лугов сено. Но высокую продуктивность животного одним сеном не обеспечить. Корове круглый год нужны корма, сбалансированные по белкам, протеину, углеводам. Такой корм способны давать луга и культурные кормовые угодья, если все, что с них собрано, будет сохранено.
Насколько эта проблема важна, в частности, для животноводства нашей страныг можно судить по тому, что еще в прошлой пятилетке в практику земледелия прочно вошли специализированные кормовые севообороты. В настоящее время они введены на площади 18 миллионов гектаров. На ближайшую перспективу (до 1990 г.) под кормовыми севооборотами в стране будет занято около 42 миллионов гектаров. Это позволит только дополнительно получить 100-120 миллионов тонн кормовых единиц, то есть столько же, сколько мы получаем сейчас со всей площади, занятой кормовыми культурами.
А что это такое кормовой севооборот и чем он отличается от традиционных лугов и пастбищ? Прежде всего тем, что он занимает пашню, то есть специально отведенную и специально для него вспаханную землю. Это значит, что от кормового севооборота нужно обязательно взять обильный урожай, поставляя сельскому хозяйству в достатке зеленые корма, сенаж, гранулы, корнеплоды.
Без грамотно организованного севооборота современное высокоинтенсивное животноводство просто невозможно.
Здесь-то и возникает вопрос о консервантах, потому что для хранения и приготовления зеленых кормов, полученных с вновь включенных в пользование угодий, они необходимы. А сельское хозяйство страны получает сейчас консервантов, мягко говоря, в недостаточном количестве. К тому же низкого качества.
Между тем, хорошие консерванты есть. Во Всесоюзном институте кормов имени В. Р. Вильямса, к опыту которого я постоянно в этой части рассказа обращаюсь, разработаны, например, препараты ВИК-1 (для кукурузы и другого сахаристого сырья) и ВИК-2 (для высокобелковых трав). Эти препараты обеспечивают сохранность питательных веществ исходного сырья на 95-98 процентов, в том числе до 95 - сахара, который при обычном силосовании полностью теряется.
Учеными института разработана и методика силосования с помощью созданных консервантов. А ведь одна из главных проблем кормопроизводства повышение качества кормов и сокращение потерь при их заготовке и хранении (к сожалению, в стране в настоящее время теряется по разным причинам более четверти выращенного урожая). Так что насколько выгодно внедрение в производство способа хранения зеленых кормов с помощью консервантов, совершенно очевидно. Тем более что он позволяет полностью сохранить протеин в "консервах" и получить корм с питательностью до 0,45 кормовой единицы в одном килограмме, при высочайшем содержании в нем перевариваемого протеина - 110-140 граммов.
К тому же и по консервирующему эффекту оба препарата превосходят чистую муравьиную кислоту.
Но в ВИКе-1 "муравьинки" - 27 процентов, а в ВИКе-2 и того больше - до 80. Значит, обойтись без нее даже эти, очень хорошие препараты все равно не могут. А вот сама "муравышка" без всяких традиционных добавок (все консервирующие композиции состоят из кислот, препятствующих процессу гниения, плюс восстановителей - формальдегида, соединений четырехвалентной серы) прекрасно обходится, потому что и сама она - отличный восстановитель.
Но муравьиная кислота - вещество едкое. Как же ею пользоваться, не сжигая зеленой массы? Во-первых, осторожно. А во-вторых, применяя в ничтожно малых количествах: доли процента ее спасают от гниения целую траншею силоса. А как выглядит пролежавший зиму силос, хранившийся по традиционной методике, животноводам напоминать не приходится. Один его запах отбивает аппетит у коров. Другое дело - консервированный зеленый корм. Его коровы едят очень охотно, что сразу же сказывается на их продуктивности. До 16 процентов прибавляют животные в надое и на 15-25 возрастают привесы молодняка.
В общем, применение для консервации кормов чистой муравьиной кислоты или "виковских" препаратов - необходимо. Любое из этих веществ хорошо, за любое животноводы скажут химикам спасибо.
Но до недавнего времени мы ничего конкретного по этому поводу сказать и пообещать представителям сельского хозяйства не могли. Потому что проблема промышленного синтеза муравьиной кислоты наталкивалась на трудности, хотя несколько схем синтеза кислоты давным-давпо известны.
Так, в учебниках органической химии предлагается получать муравьиную кислоту действием углерода на щелочь. Но эта классическая пропись грешит некоторой неточностью, поскольку конечный продукт названной реакции не сама "муравьинка", а лишь соль, служащая исходным сырьем. И для дальнейшего процесса потребуется затратить другую кислоту - серную, и утилизировать отход - сульфат щелочного металла.
Советский академик Н. М. Эмануэль разработал и предложил свой способ получения "муравьинки", в основе которого - процесс окисления бензина. Но, к сожалению, и этот метод оказался неприемлемым для крупномасштабного производства. Да к тому же муравьиная кислота здесь - продукт побочный, а основной - кислота уксусная. Мало и, главное, дорого.
И все же оба эти способа и сегодня применяются для получения муравьиной кислоты. Невыгодно, конечно/ такое производство, нерентабельно, но что поделать! Раз нужно - приходится идти на малоэффективные способы. Но все это приемлемо до тех пор, пока не очень велики объемы потребления. А для удовлетворения сегодняшней потребности и завтрашних народнохозяйственных нужд страны ни тот, ни другой способ не годится: слишком много понадобилось бы непроизводительно тратить серной или другой минеральной кислоты, слишком много оказалось бы трудноутилизируемых сульфатов, слишком много пришлось бы окислять бензина.
Существует и третий способ получения столь желанной "муравьинки" разложение формамида серной кислотой. Но его еще нужно получить из метилформиата, а тот - из окиси углерода иметанола... Одним словом, огород городим большой, а урожай снимаем мизерный.
Но существует ли, хотя бы теоретически, прямой способ получения муравьиной кислоты, да такой, чтобы годился не в лаборатории, а в промышленности?
Существует. Но для реализации идеи присоединения воды к окиси углерода необходимо ни мало ни много, как преодолеть некоторые ограничения термодинамики, "разрешающие" подобную реакцию лишь под большим давлением и при очень низких температурах. А поскольку активных катализаторов для таких условий пока не найдено, приходится вместо прямых искать окольные пути. Применительно к промышленному производству муравьиной кислоты такой компромисс означает включение в технологический цикл все тех же промежуточных стадий. Правда, уже в меньших количествах и без отходов.
Таким компромиссным способом стало получение муравьиной кислоты путем двухстадийного синтеза. В первой стадии из метанола и оксида углерода получают метнлформиат, а во второй последний подвергают гидролизу. Образующийся при этом метанол - это не побочный продукт: его можно вновь использовать в замкнутом цикле. Однако реализация такого способа наталкивалась па значительные трудности, так, первая стадия синтеза оказалась на поверку не очень-то приемлемой для массового производства. Например, полностью освободить вещества, участвовавшие в технологическом процессе от воды и С02, затруднительно. Чем это чревато, понятно и нехимику: образующиеся соли - формиат и карбонат натрия - нерастворимы в метаноле, их осадки забивают время от времени трубопровод и аппаратуру, останавливая все производство.
Вызывала тревогу и вторая стадия. Имевшиеся в литературе (преимущественно патентной) рекомендации предлагали осуществлять ее при очень высоких температурах и, следовательно, повышенном давлении. Но все это приводит к сильной коррозии металлов, из которых сделана технологическая аппаратура.
Так было до той поры, пока данной проблемой не занялись советские инженеры и ученые. Специальные добавки на стадии синтеза метилформиата позволили предотвратить выделение осадков. Трубопроводы перестали забиваться плотной пробкой. Сам процесс гидролиза был значительно усовершенствован, были найдены катализаторы, позволяющие осуществлять гидролиз в мягких условиях. А в итоге производство муравьиной кислоты стало рентабельным в промышленных масштабах. Эта задача была решена в ИОНХ-е учеными под руководством профессора И. И. Моисеева.
Так отечественная химия преодолела очередной барьер на пути решения Продовольственной программы.
Пожалуй, нет ни одной науки, которая не внесла бы своей лепты в дело обеспечения человечества продуктами питания, Химия - среди лидеров. Ее "почерк" где только не обнаруживается! Я позволю себе еще не раз остановиться на некоторых из проблем аграрного производства, открывающих свои тайны с помощью химического "ключа". Пока же хочу вновь вернуться к теме возможностей растительного мира. Только на сей раз поглядим на нее в несколько ином ракурсе, уже зная, что общее количество биомассы, продуцируемой лугами, лесами, пастбищами, океанами, вполне достаточно, чтобы раз и навсегда снять с повестки дня продовольственную проблему, вычеркнув ее вообще из списка тяжелых глобальных проблем, решаемых человечеством. Ракурс этот позволяет разглядеть то, что обычно прячется за частоколом разнообразных проблем, громоздящихся вокруг проблемы номер один. Что ж открывается пытливому взгляду исследователя?
Нечто потрясающее: из всей солнечной энергии, доходящей до поверхности Земли, растительность усваивает путем фотосинтеза не более 0,1-0,2 процента. Сельскохозяйственные, то есть культурные растения используют ее гораздо полнее дикорастущих. Зерновые в среднем 0,5-1,5 процента, а такие высокопродуктивные, как рис, сахарный тростник, сахарная свекла и некоторые другие культуры - до 4 процентов.
Есть все основания считать, что полное раскрытие наукой механизма процессов фотосинтеза и овладение управлением им даст возможность повысить коэффициент использования солнечной энергии сельскохозяйственными растениями в два и более раза. Академик А. А. Красновский, например, основываясь на экспериментальных данных по измерению квантового выхода фотосинтеза для одноклеточных водорослей, считает, что максимально достижимый коэффициент полезного действия фотосинтеза - преобразования поглощенной солнечной энергии в потенциальную химическую энергию - 30 процентов. Остальные 70 процентов энергии квантов солнечного света, поглощенного хлорофиллом, в конечном счете преобразуются в тепло. Куда и на что тратит растение эту избыточную энергию?
На преодоление потенциальных барьеров промежуточных реакций, на обратные реакции активных продуктов фотосинтеза, наконец, на внутренние нужды зеленой клетки. Но ведь приблизительно половина энергии солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, лежит в видимой области спектра и представляет собой фотосиптетически активную радиацию (ФАР). Поэтому, вероятно, максимально возможное использование солнечной энергии при фотосинтезе не превышает 15 процентов.
Но и эта величина свидетельствует об огромных резервах в более интенсивном использовании солнечной энергии при фотосинтезе на суше и океанах Земли.
Создание сортов сельскохозяйственных культур, максимально усваивающих солнечную радиацию за вегетационный период - наипервейшая задача селекции и химии, работающей на ее нужды...
Помнящая родство
В самом начале теперь уже далеких 20-х годов в одном из номеров журнала "Человек и природа" появилась статья под довольно странным по тем временам названинием: "Нужна ли для России химия и химическая промышленность?" Ее автор - выдающийся русский ученый Лев Александрович Чугаев, удостоенный в последствии первой в стране премии имени В. И. Ленина, поднимал вопрос о необходимости органического развития экономики страны, ее промышленности и земледелия. Статья появилась не случайно, а "подвела черту"
под бурными спорами, потрясавшими тогда и студенческие общежития, и профессорские гостиные: оставаться ли России традиционно земледельческой или служить "умножению фабрик и заводов".
Вроде бы наивный и даже смешной, каким он кажется сейчас, через призму десятилетий, этот вопрос был накрепко связан с такими проблемами и такими вопросами, к решению которых следовало приступать незамедлительно. И прежде всего предстояло определить, как и за счет чего нужно налаживать химическое производство и какие научные и инженерные кадры следует готовить, дабы реализовать эти планы.
Впрочем, в той же статье Лев Александрович четко и определенно указывал и материальную основу той колоссальной перестройки народного хозяйства, что получпт в дальнейшем имя индустриализации.
"Сделать это, - писал ученый, - можно, только обратив самое серьезное внимание на те ископаемые богатства, которые испокон лежали под спудом, начиная от самой земли нашей, веками худо обрабатывавшейся и почти не удобрявшейся. Если мы не хотим погибнуть, мы должны... без устали строить новые фабрики и заводы, созидать такие отрасли промышленности, которые у нас были слабо развиты или которых совсем не существовало. Советская химическая промышленность должна прежде всего заняться производством серной кислоты, получением из каменноугольной смолы красителей и лекарственных веществ, переработкой древесины на целлюлозу, спирт и ацетон, производством синтетического каучука и т. д. ...Россия не только может обладать огромным запасом сырья для синтеза каучука, но на ее территории разработан способ, с помощью которого это сырье может быть превращено в ценный каучук... Было бы крайне важно, чтобы на этом предмете были сосредоточены силы русских химиков и инженеров. В случае удачи, в которой нет основания сомневаться, решение "каучуковой"
проблемы обещало бы России огромные выгоды".
Эти мысли Л. А. Чугаева удивительным образом перекликаются с идеями Д. И. Менделеева, который в конце жизни, подводя итог своей деятельности, отмечал, что первая его служба Родине - это наука, вторая - народное просвещение и третья - промышленность... "Третья моя служба наименее видна, хотя заботила меня с юных лет... Эта служба по мере сил и возможности на пользу роста русской промышленности, начиная с сельскохозяйственной, в которой лично действовал, показав на деле возможность и выгодность еще в 60-х годах интенсивного хозяйства по разведению хлебов. Личные усилия убедили меня очень скоро в том, что одним земледелием Россия не двинется к надобным ей прогрессу, богатству и силе, останется бедной, что настоятельнее всего рост других видов промышленности: горного дела, фабрик, заводов, путей сообщения и торговли... Наука и промышленность - вот мои мечты..."
Постоянная забота об органическом развитии этих трех столпов научного и социального прогресса стали основой молодого Советского государства в подготовке своих собственных высококвалифицированных кадров, создании мощной индустрии.
Но как ни важна и близка автору этих строк тема развития химии и химической промышленности, только рассказ об их становлении в изоляции от огромной работы, осуществленной в те годы по реорганизации всей, уже имеющейся науки и созданию ее новых основ, исказил бы существо проблемы. Вот почему я и позволю себе общий ретроспективный взгляд на судьбу и развитие науки тех времен.
В. И. Ленин всегда рассматривал науку как необходимое условие построения социализма, как орудие создания его материально-технической и духовной основы.
С именем вождя неразрывно связана разработка принципов государственной организации науки и генеральной линии взаимодействия органов власти с научными учреждениями и прежде всего с Академией наук.
В конце ноября 1917 года в Комиссии по народному просвещению создается специальный отдел, в ведении которого в числе других научных учреждений оказывается и Академия наук. В соответствии с принципиальными ленинскими указаниями о привлечении научных учреждений к социалистическому строительству вновь организованный отдел сразу же начинает консолидацию научных сил, а в начале 1918 года обращается к Академии наук с предложением совместной работы с Советской властью.