Биологическая продуктивность Биосферы и ее использование человеком.

 

Одними из важнейших видов ресурсов для существования всех видов живых организмов, в том числе и человека, являются пищевые ресурсы. Последние представляют собой органические вещества, создаваемые автотрофными организмами в процессах фотосинтеза и хемосинтеза (первичная продукция).Свойство биогеоценозов создавать органическое вещество в процессах фотосинтеза и хемосинтеза называется биологической продуктивностью. Гетеротрофные организмы используют эти вещества либо непосредственно (второй трофический уровень), либо опосредованно (третий и более высокие трофические уровни). Численность населения Земли в последние десятилетия годы быстро растет. Например, численность населения в 1 млрд. была достигнута только около 1830 г., 2 млрд., -- только через 100 лет - в 1930 г; 3 млрд. – в 1960 г. В 1975 г. население Земли достигло 4 млрд. человек, т.е., для нового удвоения численности человечества понадобилось только 45 лет. 12 октября 1999 года по оценке ООН, на Земле родился ее 6-миллиардный житель. На конец 2011г. численность населения Земли достигла 6,5 млрд. человек. Если существующие тенденции роста населения не изменятся, к 2030 году на Земле будут жить не менее 8 - 9 млрд человек (а по пессимистическим оценкам – свыше 10 – 12 млрд). Всех их необходимо обеспечить продуктами питания. Поэтому с начала 1960 годов приобрел особую актуальность вопрос о том, какое количество населения способна прокормить наша планета. В 1965- 1975 годах под эгидой ЮНЕСКО выполнялась Международная биологическая программа (МБП). Ее основной целью стало изучение биологической продуктивности Биосферы Земли. В ходе десятилетних исследований определена продуктивность всех природных зон Биосферы, на этой основе и рассчитаны суммарные ее значения. В Биосфере в год создается приблизительно 170 млрд тонн органического вещества. Две трети этого количества производится на суше и лишь одна треть – в морях и океанах, хотя они покрывают почти три четверти поверхности планеты. Человеку в год необходимо в среднем около 250 кг пищи, а всему человечеству - 1,5 миллиарда тонн. В последние годы человек на Земле человек ежегодно изымает из Биосферы для своего пропитания свыше 1,7 миллиардов тонн пищевых продуктов растительного происхождения, что составляет 1 % от общей величины ее чистой первичной продукции. Это количество дает выращивание сельскохозяйственных культур, а также сбор дикорастущих растений, плодов, ягод, грибов и т.д.

На первый взгляд, пищи в Биосфере производится вполне достаточно не только для 6, но и для 60 и более млрд человек. Однако есть серьезные основания полагать, что емкость Биосферы для человека уже близка к исчерпанию. Это обусловлено целым рядом объективных биологических и экономических законов. На Земле кроме человека живет еще около 3,5 млн. видов гетеротрофных организмов. Для них также необходимы пища и определенное жизненное пространство. Дальнейший рост народонаселения приведет к сокращению площадей естественных биотопов, что поставит многие виды под угрозу исчезновения, что может разрушить стабильность Биосферы. Реальный сбор урожая всегда существенно ниже биологической продуктивности сельскохозяйственных угодий из-за неизбежных потерь при его сборе, транспортировке, хранении и т.д. Кроме того, его значительная часть (корневая система и т.д.) остаются в почве или идет в отходы или на непищевые цели (мякина и т.д.). В высокоразвитых странах Западной Европы, США, Канаде, Австралии, Японии значительное количество продукции растениеводства используется на корм домашнему скоту. Например, в США поголовье крупного рогатого скота составляет в среднем 400 миллионов голов, что 1,5 раза превышает ее население. В развивающихся странах скот использует в основном продуктивность естественных биогеоценозов. Человек разводит домашний скот потому, что в его рационе наряду с углеводами, в больших количествах содержащихся в растениях, должно быть не менее 20-30% белков, или не менее 150 - 200 г в день. Основной источник белков - мясо животных, птица, рыба, в некоторой степени яйца и молоко. В большинстве растительных продуктов (исключая сою) белков очень мало. Во многих развивающихся странах голод обусловлен не столько нехваткой пищи, как таковой (то есть необходимого числа калорий), сколько недостатком в ней белка («белковый голод»). Скот содержится также для получения шерсти и натуральной кожи. Кроме того, значительное количество мясной пищи в

высокоразвитых странах потебляют домашние кошки и собаки. Пойкилотермные организмы отличаются очень низкой экологический эффективностью роста. Значения К1 у домашнего скота и птицы в лучшем случае составляет 0,01 – 0,02, остальная часть энергии рациона не усваивается или расходуется в виде тепла. По ориентировочным оценкам домашний скот потребляет в среднем 5% чистой первичной продукции Биосферы, или 8,5 миллиарда тонн растительных кормов, или в 5 раз больше, чем человек. При этом прирост массы домашнего скота составляет не более 800 млн тонн, из которых в пищу пригодно (в виде мяса, сала, молока яиц) не более половины от этого количества. Легко рассчитать, что на одного человека в день количество мясных продуктов не превысит 200 г в день, что практически совпадает с минимально необходимой нормой. Всего человек вместе с домашним скотом и домашними животными используют в качестве пищи не менее 6% ЧПП Биосферы. Еще большая доля ЧПП (до 15%) изымается человеком для использования на непищевые цели. Это технические сельскохозяйственные культуры (хлопчатник, лен, конопля), используемые для производства натуральных волокон, древесина, используемая для производства стройматериалов, мебели, бумаги, как топливо и т.д. В последние годы все большее количество биомассы растений человек использует для производства биотоплива. Таким образом, суммарная доля ЧПП Биосферы изымаемая человеком, составляет не менее 20% от ее общей величины. Считается, что этот предел изъятия является критическим, а некоторые специалисты полагают, он уже превысил критический уровень. По законам трофических цепей из биогеоценоза за определенный период можно безболезненно изымать такое количество вещества, которое образовалось за этот период. Например, если вклад лежит в банке, то разумнее снимать с него проценты. Если увеличение изъятия первичной продукции из Биосферы будет проходить нынешними темпами, это в обозримом будущем приведет к непрогнозируемым изменениям в ней. Выходом из сложившейся ситуации на первый взгляд является повышение продуктивности сельскохозяйственного производства. Урожайность сельскохозяйственных культур в высокоразвитых государствах в 3-5 раз выше, чем в развивающихся странах, даже со средним уровнем развитием экономики.

Урожайность в высокоразвитых странах в 3-5 раз выше, чем в развивающихся; поэтому на первый взгляд решение проблемы мирового голода лежит в подъеме урожайности в слаборазвитых странах до уровня передовых государств. С этой целью в 1960 годах начала осуществляться специальная программа ООН, получившая название «зеленая революция». В высокоразвитых странах (США и др.), был выведен ряд высокоурожайных сортов риса, бобовых и др., способных давать высокие урожаи в условиях тропической Африки и Азии. Семена этих сортов были безвозмездно переданы слаборазвитым странам. Были предприняты большие усилия по обучению крестьян (насколько это оказалось возможным) современным технологиям ведения сельского хозяйства. Однако это не привело к решению проблемы мирового голода. Оказалось, что высокие урожаи эти «чудесные сорта» способны давать только при использовании большого количества удобрений, пестицидов, сложной и разнообразной техники, строжайшем соблюдении технологии. Для этого необходимы были значительные капиталовложения покупку топлива и машин, Создание необходимой инфраструктуры и т.д. Интересно, что в Индии «чудесные сорта» риса давали даже меньшие урожаи, чем местные сорта, которые не требовали большого количества удобрений и пестицидов. В конечной итоге, от «зеленой революции» богатые страны выиграли гораздо больше, чем бедные. Сейчас основное количество пищевых продуктов в мире производится в небольшой группе высокоразвитых стран (США, Канада, Западная Европа, Австралия, Япония), население которых составляет менее 25% всего населения Земли («золотой миллиард»). Развивающиеся страны, где проживает свыше 70 % ее населения, часто не имеют финансовых возможностей купить излишки продовольствия, что часто приводит к голоду. Однако высокий уровень развития сельского хозяйства в развитых странах о пределяется не е стественной продуктивностью Биосферы, а использованием дополнительных источников энергии. Если в начале 20 века на одну единицу энергии сельскохозяйственной продукции в США и Западной Европе затрачивалась 1 единица вложенной энергии (энергия топлива, стоимость удобрений, ядохимикатов, машин и механизмов, оплата персонала

и т.д.), то к концу 20 века это соотношение увеличилось до 12-15. При этом реальная продукция сельского хозяйства (в единицах веса) увеличилась только в 2-2,5 раза. Примитивное на первый взгляд земледелие тропических народов Азии, Африки и Австралии гораздо эффективнее с энергетической точки зрения, чем высоко механизированное и затратное сельское хозяйство высокоразвитых государств. Оно идеально вписано в окружающую среду и практически не наносит ей ущерба. Поэтому традиционные земледельческие общества туземных народов стабильно существовали в течение многих тысячелетий. Напротив, расточительное с энергетической точки зрения сельское хозяйство высокоразвитых стран существует преимущественно за счет энергии, органических полезных ископаемых (накопленной в Биосфере в предыдущие геологические эпохи) не имеет далекой исторической перспективы. Оно приводит к обострению энергетического и экологического кризиса на планете.