Что природа когда-либо делала для нас? Как деньги действительно растут на деревьях

По некоторым оценкам, запасы каменного фосфата могут стать ограничивающим фактором в производстве продуктов питания к 2030-м годам. Другие предполагают, что это произойдет намного позже, но никто не возражает, что на каком-то этапе будет достигнут пик производства химического вредного фосфата. Поскольку человеческое население продолжает расти и растет спрос на продукты питания, этот факт должен вызывать более чем преходящий интерес.

Производство азотных и фосфорных удобрений является одним из способов увеличения первичного производства и поддержания его на все более высоких уровнях во многих сельскохозяйственных системах.

Поскольку органическое вещество в почвах истощается в результате возделывания сельскохозяйственных культур, производится все больше и больше азотных удобрений для поддержания высоких урожаев. Без этого невозможно, чтобы человеческое население увеличивалось так быстро, увеличившись в четыре раза в течение двадцатого века и достигнув более 7 миллиардов сейчас.

Оценка экосистем на пороге тысячелетия показала, что с 1960 года потоки химически активного азота в экосистемах на суше увеличились вдвое, а потоки фосфора - втрое. Это огромное изменение, которое произошло менее чем за одну человеческую жизнь. Авторы также подсчитали, что в последнее время эта тенденция ускорилась: более половины всех синтетических азотных удобрений, когда-либо использовавшихся, было произведено с 1985 года. Это была великая атака химией на наше здоровье и поля.

На протяжении всего человеческого существования до этого момента наши потребности удовлетворялись без синтетических удобрений, полученных из ископаемого топлива. До тех пор мы все больше полагались на солнечный свет, чтобы удовлетворить наши растущие потребности.

Конечно, задолго до 1913 года фермеры осознали важность питательных веществ, даже если у них не было для них названия. Внесение удобрений в почву было важным аспектом продовольственной безопасности задолго до появления современных сельскохозяйственных технологий. Навоз и компост использовались для пополнения питательных веществ, а уровень производства поддерживался должным образом, хотя урожайность часто была ниже, чем на современных промышленных фермах.

Азотная оргия

Но, хотя фиксация азота и добыча фосфатов позволили нам более эффективно использовать первичное производство биомассы, другие важные процессы были нарушены. Во-первых, изменения происходят в самой почве. Наши культурные растения жадно поглощают роскошный азот и фосфат, которым мы расточаем, но при кормлении с ложечки им не нужно поддерживать тонкие взаимоотношения с различными почвенными организмами, чтобы процветать. Например, нет необходимости в грибковых микронитях, которые обычно создают, хранят и регулируют поток питательных веществ.

В таких условиях растения могут уподобиться избалованным детям. Они растут с плохими способностями налаживать и поддерживать отношения. Жизнь слишком проста, а изобилие запасов приводит к недооценке основных материалов . А это приводит к расточительству.

Поскольку оно поступает в избытке и в роскошной форме, не все удобрения усваиваются растениями. Некоторые проскальзывают мимо микроскопических корневых волосков и убегают. Растворенные в воде, они проникают через почву и по почве, с полей и в ручьи, реки, озера и океаны. Это может вызвать экологический ущерб, поскольку не только культурные растения так положительно реагируют на изобилие необходимых питательных веществ.

Утечка удобрений может вызвать взрыв в росте растений в водоемах, особенно быстрорастущих водорослей. Их популяционный всплеск может быстро превратить воду в ярко-зеленый, либо когда микроскопические одноклеточные формы подвергаются популяционным взрывам, либо когда нитчатые виды образуют плотные маты из зеленого вещества.

Это вообще нехорошо. По мере того как водоросли размножаются, растут, созревают и затем отмирают, растворенный в воде кислород расходуется на их разложение. Это может иметь катастрофические последствия для жизни животных, поскольку рыбы и другие животные задыхаются в «мертвых зонах», иногда затрагивая большие площади океана. Самая известная из них находится в Мексиканском заливе, где река Миссисипи, истощающая большие площади американских сельскохозяйственных угодий, впадает в море.

Обогащение азотом также может вызвать серьезные изменения в естественной среде обитания на суше. Когда, например, агрессивные быстрорастущие виды растений получают поддержку, те, которые адаптированы к условиям с низким содержанием питательных веществ, не могут справиться с ними, они заболачиваются, а затем исчезают.

Добавляя в окружающую среду такое количество питательных веществ для растений, мы непреднамеренно вызвали глубокое изменение окружающей среды. Есть также последствия для здоровья человека, поскольку загрязнение питьевой воды азотом связано с проблемами уровня кислорода в крови у младенцев и так называемым «синдромом голубого ребенка».

Как это часто бывает, наши усилия по использованию преимуществ, предоставляемых одной естественной системой или услугой, оказали влияние на другие. Наш успех в увеличении первичной продукции и использовании большого количества продуктов фотосинтеза для нашего исключительного использования, среди прочего, привел к обогащению окружающей среды питательными веществами. И недавние исследования показывают, что это требует значительных затрат.

Европейская оценка азота была опубликована в апреле 2011 года.

Она была проведена 200 экспертами из 21 страны и 89 различных организаций и призвана рассчитать социальные издержки в Европейском Союзе, связанные с добавлением такого большого количества дополнительного реактивного азота в окружающую среду. Их результаты должны дать нам повод сделать паузу, прежде чем объявить наш успех в увеличении производства продуктов питания безоговорочной победой человечества.

В этом исследовании было установлено, что азотное загрязнение является причиной образования мертвых зон в Адриатическом и Балтийском морях, а также причиной 10-процентной потери разнообразия растений в двух третях Европы. Было высказано предположение, что стоимость загрязнения азотом на европейском региональном уровне примерно вдвое превышает экономическую ценность увеличения производства продуктов питания, достигаемого с помощью азотных удобрений.

И, помимо ущерба для окружающей среды, по оценкам ученых, накопление азота сокращает продолжительность жизни европейцев в среднем на шесть месяцев. В целом, оценочная годовая стоимость загрязнения азотом составляет от 70 до 320 миллиардов евро в год. Это от половины до двух раз больше, чем в 2011 году для экономики Греции.

И все же отчет привлек мало внимания прессы. Цифры, конечно, даже более отрезвляющие в глобальном масштабе. Не только Европа страдает от дорогостоящих последствий нашей продолжающейся программы по увеличению отравленной еды. Аналогичным образом пострадали Северная Америка, Индия и Китай.

В европейском исследовании было выделено несколько источников химически активного азота, но особенно серьезными были расценены именно сельское хозяйство. Хотя контроль за выбросами азота электростанциями и транспортными средствами в разных частях мира был успешным в сокращении загрязнения, широко распространено мнение о том, что для сокращения утечек из сельского хозяйства необходимо добиться гораздо большего. Это не в последнюю очередь потому, что по мере того, как мы приближаемся к последним десятилетиям этого столетия, кажется весьма вероятным, что нам придется больше полагаться на фотосинтез для удовлетворения наших потребностей.

Энергия в реальном времени

Фотосинтез - это способ концентрации и накопления рассеянной энергии Солнца для обеспечения функционирования нашей современной экономики. По мере того, как мы уменьшаем нашу зависимость от ископаемого топлива по причинам изменения климата и неизбежной нехватки ключевых ресурсов, нам нужно будет еще раз обратить внимание на годовую продуктивность природы, а не на энергию и ресурсы, накопленные в результате работы десятков и сотен растений миллионы лет назад.

Ветер, прямая солнечная энергия, геотермальные и приливные источники будут иметь жизненно важное значение для замены ископаемых источников энергии, но ни один из них не может обеспечить замену жидкой энергии (бензин, дизельное топливо и керосин), которая более века была столь жизненно важной для транспорта - и особенно авиации.

Поскольку ископаемое топливо должно играть меньшую роль в обеспечении нашего развития и благосостояния, растения будут в центре внимания, поскольку мы ищем не только альтернативы ископаемым источникам энергии, но также пластмассе, фармацевтическим препаратам и волокнам.

Это очень большое дело, и хотя мы едва ли начали понимать, чего нужно достичь, некоторые пионеры говорят об «биотехнологической экономике», основанной больше на продуктах нынешнего фотосинтеза, а не на ископаемом фотосинтезе (нефть, уголь и газ).

Био-нефтеперерабатывающие заводы, которые используют продукты первичного производства для производства материалов, которые в настоящее время получают из ископаемого топлива, будут ключевой частью этого возможного будущего. Сегодня из сырой нефти мы производим широкий спектр продуктов, от топлива до пластмасс, удобрений и фармацевтических препаратов, и поэтому в будущем мы можем использовать различные виды растений в качестве сырья.

Если вы живете в Европе и управляете дизельным автомобилем, вы уже используете биотопливо растительного происхождения, смешанное с ископаемым эквивалентом. В США водители частично работают на этаноле, произведенном на заводах. Многие продукты питания и напитки все чаще приходят к вам в упаковках, состоящих из молекул, созданных растениями. Сахарный тростник - одна из современных фабрик по производству биопластика, производящая материалы, необходимые для синтеза упаковок для ведущих брендов, поставляющих воду и газированные напитки. Баночки для йогурта на основе кукурузы теперь тоже есть в магазинах.

Некоторые растения, в том числе некоторые разновидности водорослей, производят соединения, химически идентичные нефти. Эти организмы открывают перспективу того, что однажды они будут производить углеводороды из растений таким образом, чтобы не повышать общий уровень углекислого газа в воздухе: растения будут использовать этот парниковый газ в качестве сырья для производства топлива. Технологии, развивающиеся в этом направлении, также стали претендентами на получение приза Ричарда Брэнсона Earth Challenge, о котором упоминалось в предыдущей главе.

Переход к экономике, основанной на биотехнологиях, сопряжен с серьезными проблемами, особенно в том, что земля и вода, используемые для производства биотоплива и сырья для производства пластика, не могут использоваться для выращивания продуктов питания.

Отвод земли для топлива и других материалов может привести к росту цен на продукты питания. Но вопрос, который логически вытекает из этого наблюдения, заключается не столько в том, должны ли мы выращивать пищу или топливо, пластмассы, волокна или лекарства, а скорее в том, как мы собираемся делать все это на ограниченном участке земли. И не только это, но и как мы собираемся использовать фотосинтез, уменьшая нашу зависимость от ископаемых ресурсов, в то же время удовлетворяя потребности растущего населения - и населения, которое во многих частях мира также хочет стать богаче и потреблять больше?