Ночное солнце не только позволит сокращать сроки полевых работ. Чрезвычайно интересна перспектива противодействия кратковременным ночным заморозкам на почве, а также возможность осушения посевов после ливней. По оценкам специалистов, в сельском хозяйстве осветительная система, если считать, что она эксплуатируется всего 20 ночей во время уборочного сезона и используется для обслуживания 10 районов, даст дополнительно за год 13 миллионов человеко-часов. Это означает, что в те же сроки то же количество людей сможет убрать урожай дополнительно с 1 миллиона гектаров. Кроме того, надо полагать, что при соблюдении определенных правил освещения наземных районов с помощью спутников-рефлекторов можно стимулировать фотосинтетическую деятельность растений и повышать урожайность. Таким образом, за 10–15 лет существования на орбите осветительной системы можно рассчитывать на весьма существенный доход от применения космических зеркал.

Фантазии, превращающиеся в дело. А отчего бы не отправить сельскохозяйственные фермы в космос? Поближе к Солнцу. На планете становится тесно, а просторы космоса безграничны! Скажут: там нет земной тверди? Ну, это дело поправимое. Вот что на сей счет думает американский писатель и ученый Айзек Азимов: «…в первую очередь в космосе будут возведены колонии с почвой, доставленной с Луны и доведенной до идеального плодородия. Космические фермы будут размещаться в специальных цилиндрах длиной в несколько километров. В них можно будет поддерживать требуемые атмосферные условия, влажность и температуру. Важно отметить, что в этих сельскохозяйственных мирах не будет никаких вредителей…»

Как видим, многие проблемы (правда, пока лишь мысленно!) удастся решить. Вначале, предлагают фантасты, следует колонизировать все планеты нашей Солнечной системы: Марс, Венеру и так далее. Затем — не отправляться же за три моря к соседним звездам! — можно будет раздробить планеты на более мелкие и устроить вокруг Солнца искусственный зеленый биопояс жизни…

Далеко занесли нас мечты — в XXI, даже, видимо, в XXII век. А мы в основном обсуждали «меню» 2000 года. Срок недалекий, зато тут уж можно твердо сказать: основную пищу для нас и в начале третьего тысячелетия будут готовить растения.

Так вот вдруг, сразу отказаться от хлеба, молока, мяса? Забыть про чай и кофе, перец и горчицу? Перейти к хлорелле, микробному белку, химической пище? Нет, такое вряд ли случится. Да мы просто не в состоянии будем это сделать к году 2000-му. Пока кормить нас по-прежнему будут растения, возделываемые, видимо, в основном традиционными способами.

Глава 7

Сценарии урожая

Возделывание земли — важнейшее с древних времен занятие человека. Постепенно сформировалась и наука об основных законах этого дела — агрономия. Но знаем ли мы сейчас, как наилучшим образом выращивать сельскохозяйственные культуры? Как получать высокие и устойчивые урожаи? Разумеется, нет. До этого еще далеко. Слишком сложными оказались связи посева с климатом, погодой, характером почвы и с другими влияющими на урожай факторами.

А между тем требования к сельскому хозяйству все растут. В нашей стране основные направления этих задач связаны с реализацией биологических аспектов Продовольственной программы. В первую очередь программы зерновой независимости. Перед хлеборобами поставлена новая цель — выход на гарантированное производство зерна не менее одной тонны на человека, жителя нашей страны, в год. Что составляет около 300 миллионов тонн зерна. В этом трудном деле хлеборобам и работникам других отрядов сельского хозяйства все более весомую помощь начинает оказывать царица наук — математика.

Земледелец древности брал то, что давала природа; в лучшие годы довольствовался урожаем в 3 центнера зерна с гектара. Переход к трехпольной системе земледелия и сохе, появление железного плуга, введение бобовых в севооборот удвоили урожаи, даже в 1913 году средний урожай зерновых по России составлял 8,2 центнера. Минеральные удобрения увеличили «природную дань» растений до 16 центнеров с гектара — это тот стопудовый урожай, о котором поется в народных песнях. Такие урожаи зерновых у нас в стране стали получать устойчиво лишь 10–15 лет назад.

Следующий рубеж связан с зеленой революцией. Создание сильных сортов, селекция на экстенсивный продукционный процесс довела цифры урожаев пшеницы до 50–55 центнеров с гектара. Конечно, всюду мы приводим средние цифры, отдельные достижения могут быть и выше. В Англии существует особый клуб фермеров. Его членом может быть только тот, кто регулярно собирает по 100 центнеров зерна с гектара. Так членство в этом клубе превращается в своеобразную рекламу.

100 центнеров с гектара — это реальность. Сейчас практики подбираются (во всяком случае, мечтают об этом!) к цифре 400 центнеров. Ну а можно ли поднять планку урожая выше? Кто ответит? Расчеты. И вести их без математики невозможно.

Первым попытался вывести уравнение урожая, померить числом труд земледельца, оценить, сколько человек в состоянии ожидать от поля, русский ученый член-корреспондент АН СССР Леонид Александрович Иванов (1871–1962). В 1941 году в сборнике работ по физиологии растений, посвященном памяти Тимирязева, появилась статья «Фотосинтез и урожай». В ней ученый дал первое, ставшее классическим, уравнение урожая.

Иванов отдал науке почти 70 лет своей долгой жизни, опубликовал около 200 научных трудов. А начался для московского гимназиста 6-го класса путь в науку тогда, когда во время летних каникул ему случайно попалась научно-популярная книга Тимирязева «Жизнь растения». Позднее Иванову посчастливилось слушать лекции Тимирязева в Московском университете на естественном факультете. Тогда-то и жизнь свою стал он планировать «по Тимирязеву» — начал изучать (биолог!) главным образом физику и химию и уж затем ботанику и другие биологические предметы.

Много раз Иванов круто менял свои научные пристрастия. Начинал с изучения водорослей, позже увлекался фосфором, его ролью в обмене веществ у растений, потом обратился к исследованию экологии и физиологии древесных растений — самых сложных растительных организмов. Большой опыт в изучении фотосинтеза (с 1940 года он возглавил лабораторию фотосинтеза в Институте физиологии растений АН СССР), желание сделать свою научную деятельность полезной для общества помогли Иванову, когда он писал статью «Фотосинтез и урожай».

Под урожаем, стремясь всемерно упростить очень сложную задачу, Иванов понимал вес всей вновь образующейся массы растений за учетный (летний сезон) период. А главным двигателем, который способствует накоплению зеленой массы растений, ученый считал фотосинтез.

В сущности, Иванов рассмотрел самый простейший баланс запасания (фотосинтез) и расхода (процесс дыхания) углерода в растениях. Этот баланс имел такой вид:

где буквами обозначены: M — сухой вес растений за учитываемый период, m — вес отпавших за то же время частей (желтеющие листья, погибшие стебли и так далее), P — величина общей листовой поверхности (тогда еще считали, что интенсивность процесса фотосинтеза пропорциональна площади листвы), T — рабочее время фотосинтеза, f — интенсивность этого процесса, P₁ — «дышащая масса», T₁ — время дыхания, а — его интенсивность.