По-прежнему требует особого внимания проблема повышения плодородия почвы. Ведь если, например, хотят удвоить урожаи, то необходимо удвоить и интенсивность круговорота веществ. Добиться этого можно, увеличив внесение органических и минеральных удобрений. При этом обнаруживается, что первые зависят от вторых. С ростом минеральных удобрений будет повышаться урожайность, усиливаться обмен веществ в почве, увеличиваться количество кормов, возрастет продуктивность животноводства и как побочный продукт животноводства увеличится количество органических удобрений.
Биология почв помогает понять механизм регулирования биогенного круговорота, превращения минерального питания в органическую массу растений. Ведь плодородие почвы определяется не только динамикой питательных веществ, вносимых в почву, но и обменом веществ, совершающимся в самой почве благодаря биологическим процессам. И для того чтобы это развитие проходило в оптимальном режиме, надо, чтобы почва имела хорошие физико-химические свойства, имела, скажем, агрономически оптимальную структуру, оптимальный водный режим.
Преимущества социалистической системы ведения сельского хозяйства, многофакторная стратегия интенсификации агропромышленного комплекса служат предпосылкой рационального использования природных ресурсов, прогрессивных форм организации производства, достижений науки и техники, а следовательно, и значительного повышения, пользуясь словами К. Маркса, эффективного плодородия земли.
В последние два десятилетия ученые активно работали над созданием принципиально новых биосистем, не имеющих аналогов в природе. Речь идет главным образом о гидропонике и о биотехнологии выращивания микробов. Реальная задача, которую перед собой ставит микробиологическая промышленность, — ликвидировать тот хронический белковый дефицит, который почти во всем мире свойствен кормам домашних животных. В среднем он составляет около четверти необходимого белка в рационе скота, а такие отрасли животноводства, как птицеводство или продуктивное рыбное хозяйство, вообще невозможны без обеспечения высокобелковыми кормами. Именно здесь надежды связываются с микробиологической промышленностью, цель которой — выращивание микробов — продуцентов белка (дрожжей, водорослей, грибов, бактерий) — в заводских условиях.
Выращивая микробы на отходах сельскохозяйственного производства (солома, ботва, другие неиспользуемые части сельскохозяйственных растений), производства спирта, целлюлозы, молочных продуктов и т. д., получают микробную биомассу, исключительно богатую белком, витаминами, ферментами. Достаточно сказать, что килограмм всем известных сухих пищевых дрожжей содержит столько же белка, сколько 3 килограмма мяса. Сегодня в нашей стране микробиологическая промышленность ежегодно вырабатывает около миллиона тонн дрожжей, свыше 100 видов других продуктов.
Промышленная микробиология действует в содружестве с биоорганической химией, биофизикой, физиологией человека, животных и микроорганизмов, молекулярной биологией и генетикой. Прочный сплав этих наук с микробиологическим и биохимическим производством и составляет основное содержание того нового явления, которое получило обобщенное название биотехнологии.
«Эта область, — говорил президент Академии наук СССР А. П. Александров на XXVI съезде КПСС, — в ближайшие годы станет играть особенно важную роль — уже осуществляется производство многих видов лекарственных препаратов, кормовых и пищевых веществ, новых видов соединений, синтезирующихся пока только в живых организмах».
Индустрия живых клеток призвана превратить микробов в производителей продуктов в огромных количествах — не в граммах и килограммах, а в тысячах, сотнях тысяч и даже миллионах тонн — в этом и заключается принципиальная новизна производства пищевых продуктов без традиционного сельского хозяйства.
В нашей стране вступают в строй все новые крупные заводы микробиологического синтеза. Можно только удивляться тому, что все это огромное богатство человек создает при помощи мельчайших существ — микробов. Не менее поразительно и другое. Большинству микробиологических предприятий, которые выращивают и вскармливают миллиарды микроскопических живых организмов, в основном не требуются для этого ни пищевые, ни кормовые продукты сельского хозяйства. Напротив, микробиологическая промышленность в качестве сырья для производства ценнейших кормовых и пищевых веществ использует такие ресурсы солнечной энергии, глубоко законсервированные в природе в виде соединений углерода и водорода, которые никогда ранее в истории человечества не использовались для подобных целей.
В конце 1963 года начали действовать первые опытные, а затем и опытно-промышленные установки по производству дрожжей на очищенных жидких парафинах нефти. Установлено, что дрожжи, выращиваемые на углеводородах нефти, по своему составу и благотворному действию на животных не уступают, а даже превосходят дрожжи, вырабатываемые из сахаров растительного сырья (гидролизатов древесины, сульфитных щелоков, мелассы).
Новые перспективы открывает перед человеком и широкое использование гидропоники — выращивание сельскохозяйственных растений на полностью искусственной питательной среде, зачастую в условиях искусственного подогрева и искусственного освещения. Такое круглогодичное, круглосуточное выращивание растений автоматизировано, оно не зависит от почвенных и климатических условий, оно может развиваться далеко на Севере или среди пустыни, где погодные условия исключают выращивание растений под открытым небом. На практике это выглядит так. В бетонные лотки, заполненные не почвой, а мелкими камешками или пластмассовыми шариками, по трубам к корням растений автоматически поступает питательный раствор, затем раствор откачивается и к корням периодически поступает кислород.
Гидропоника знаменует собой качественно новый этап развития тепличного хозяйства и позволяет выращивать овощи, ягоды, некоторые кормовые культуры в многоярусных теплицах, которые можно размещать и на верхних этажах больших зданий в городах. Так что и в городе можно будет получать сельскохозяйственную продукцию и обеспечивать круглый год население луком, огурцами, помидорами, перцем и другими овощами. В целом гидропонные методы позволяют получать урожаи в пять раз большие, чем дают на юге лучшие поливные почвы.
Очевидно, что такие теплицы обходятся недешево. Но не мешает вспомнить, сколько гибнет овощей за зиму в хранилищах, сколько на долгих дорогах, особенно за Полярный круг, сколько «дарового» тепла пропадает на заводах и электростанциях. А главное — насколько свежие овощи и фрукты круглый год улучшают самочувствие человека, особенно там, куда зимой их доставлять трудно!
«Расширять тепличное хозяйство, особенно с использованием тепловых отходов промышленных предприятий» — такая задача поставлена в Основных направлениях экономического и социального развития страны. Один из главных «поставщиков» этих отходов — энергетика, тепловые и атомные электростанции. Известно, что потребление энергоресурсов в современном мире быстро увеличивается. Однако коэффициент использования тепла остается низким — в целом по промышленности он сегодня не превышает 30 процентов. Тепловые отходы — это не только досадный с точки зрения расхода топлива, но и вредный фактор, получивший название теплового загрязнения окружающей среды.
Если многим промышленным предприятиям низкотемпературное тепло использовать трудно, то ряду отраслей сельскохозяйственного и биологического производств, напротив, такое тепло и необходимо для нормальной работы. Мы просто еще не научились использовать такой ресурс, как отходы АЭС и других энергопредприятий.
Расчеты показывают, что выигрыш от использования сбросного тепла можно значительно повысить, если отходы одной отрасли (цеха) сделать «сырьем» для другой.
Тремя научными учреждениями — ВНИИ прикладной молекулярной биологии и генетики ВАСХНИЛ, институтами Гидропроект имени С. Я. Жука, Московским архитектурным — разработана модель и предложен проект мощного энергобиологического безотходного комплекса при АЭС, полностью работающего на сбросном тепле.
Что представляют собою отдельные элементы комплекса?
В первую очередь это теплицы. Растениеводство в закрытом грунте позволяет увеличить продуктивность используемой для этого земельной площади. Чтобы удовлетворить потребность населения нашей страны в ранних овощах, необходимо как минимум 30 тысяч гектаров теплиц (несколько более квадратного метра на каждого человека). Но чтобы обогреть эту площадь, нужно было бы ежегодно сжигать около 50 миллиардов кубометров природного газа. Цифра огромная и, признаться, нереальная. А ведь надо выращивать под стеклом не только ранние овощи, но и другие культуры.
Сегодня, чтобы получить в теплицах нужную для развития растений температуру, в качестве теплоносителя используют воду, нагретую приблизительно до 90 градусов, а основной системой обогрева служат трубопроводы. Затраты на нее (а это 40 километров труб на каждом гектаре) вместе с котельной достигают 40 процентов затрат на сооружение тепличных комбинатов, а расходы на обогрев — половины себестоимости тепличной продукции.