Идеальность Σ пользы

Идеальность Σ пользы

Земледелия = ______________________=→ ∞

Σ вреда +Σ затрат

Со временем идеальность стремится к бесконечности за счет того, что стремится к нулю знаменатель этой формулы и постоянно растет ее числитель.

Рассмотрим эту формулу подробнее.

Идеальность исторически конкретна. Для нашей формулы это означает, что на разных этапах развития цивилизации существенно меняется как числитель, так и знаменатель. От этого соответственно меняется и содержание идеальности.

ЧИСЛИТЕЛЬ

Само понятие пользы от земледелия, как и от всего сельского хозяйства (с точки зрения питания),в процессе эволюции включало все новые запросы потребителей:

количество пищи;

количество + разнообразие пищи;

количество + разнообразие + содержание необходимых элементов;

количество + разнообразие + содержание необходимых элементов + экологичность питания;

количество + разнообразие + содержание необходимых элементов + экологичность + индивидуальность питания в зависимости от особенностей организма конкретного человека.

ЗНАМЕНАТЕЛЬ

На каждом новом этапе развития человечества или отдельного региона на первый план выдвигается свой актуальный вопрос – проблема, с которой человечество еще не справилось. Такая проблема и является определяющей с точки зрения затрат. Остальные проблемы, для которых цивилизация нашла решение, при этом не исчезают, но актуальность их снижается (рис. 6).

Например, одна из самых первых таких проблем – зависимость урожая от погоды – была и остается актуальной до сих пор.

История цивилизации с точки зрения затрат на решение продовольственного вопроса делится на этапы в зависимости от самых актуальных проблем:

зависимость от погоды;

неумение хранить продукты;

голод, болезни, связанные с неправильным или недостаточным питанием;

нехватка энергии и ее дороговизна;

экологические проблемы (загрязнение воздуха, воды, почвы), появилось другое, более обостренное отношение к здоровью;

демографический взрыв, рост населения в беднейших странах, сокращение населения в развитых странах;

сокращение площади плодородной земли, приходящейся на одного человека, рост стоимости земли;

техногенное тепловое загрязнение, парниковый эффект, изменение климата, разогрев планеты.

Числитель и знаменатель формулы изменяются независимо друг от друга.

На сегодня актуальная формула идеальности земледелия примерно такова:

_{Количество, разнообразие, полнота элементами, экологичность питания}

Идеальностьземледелия = _______________________________________

^{Затраты энергии, трудовых и материальных ресурсов, разрушение природы, использование площади земли}

А движение земледелия к идеальности оценивается по критериям:

улучшение качества продуктов;

уменьшение затрат энергии, труда, материалов на массу производимой продукции;

улучшение экологической обстановки и плодородия почвы;

повышение урожайности.

Рис. 6.Чередование актуальных проблем (изменение знаменателя) во времени

4.Основы биотехнологии

Биотехнология - (от греческого bio - жизнь, techne - искусство, мастерство) использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Срок биотехнология получил широкое распространение в середине 70-х годов ХХ века, хотя такие биотехнологии как хлебопечение, виноделие, пивоварение, сыроварение, основанные на применении микроорганизмов, известны из далеких веков.

Современная биотехнология характеризуется использованием биологических методов для борьбы с загрязнением окружающей среды (биологическая очистка сточных вод), для защиты растений от вредителей и болезней, производство ценных биологически активных веществ (антибиотиков, ферментов, гормональных препаратов и др.), таблица 1.

Таблица 1

Некоторые новые направления, которые развиваются на основе биотехнологии и продукты, получаемые с ее помощью

На основе микробиологического синтеза разработаны промышленные методы получения белков, аминокислот, которые используются как добавки к кормам. Развитие клеточной и генетической инженерии позволяет целенаправленно получать ранее недоступные препараты для лечения людей (инсулин, интерферон, гормоны роста человек), создавать новые полезные виды микроорганизмов, сорта растений, породы животных. В новейшей биотехнологии можно отнести также применение иммобилизованных ферментов, получение синтетических вакцин, использования клеточной технологии в племенному делу животных.

В конце XIX века благодаря трудам Пастера были созданы условия для дальнейшего развития прикладной (технической) микробиологии и биотехнологии. Пастер установил, что микробы играют ключевую роль в процессах брожения и показал, что в создании отдельных продуктов принимают участие различные их виды. Его исследования послужили основой развития в конце XIX начале ХХ века бродильного производства органических растворителей (ацетона, этанола, бутанолу, изопропанола) и других химических веществ, где использовались различные виды микроорганизмов. Во всех этих процессах микробы в бескислородной среде осуществляют преобразования углеводов растений в ценные продукты.

Продукты биотехнологии

В наше время с помощью микроорганизмов осуществляется переработка бытовых и технологических стоков. Микробиологический процесс протекает в анаэробных условиях в результате которого образуется биогаз, который состоит из метана и СО2. Такая переработка энергетически высокоэффективная, так как позволяет хранить и концентрировать энергию, которая содержится в различных компонентах стоков (со временем регенерируется более 80% свободной энергии).

Микробиологическая переработка сточных вод и бытовых отходов для получения биогаза широко используется в Китае и Индии. Биогаз можно получать из навоза, который после переработки используется как органическое удобрение.

Продуктом биотехнологии является также белкововитаминний концентрат (БВК). Этот продукт состоит в основном из клеток микроорганизмов. Производство его связано с крупномасштабным выращиванием соответствующих микроорганизмов, которые собирают и перерабатывают в пищевые продукты. В основе получения БВК лежит технология ферментации - соединение бродильного производства и производства антибиотиков. Для того, чтобы более полно перерабатывать субстрат в биомассу микробов необходим многосторонний подход.

Выращивания микробов в пищевых целях вызывает интерес по двум причинам. Во-первых, они растут значительно быстрее, чем растения или животные, время удвоения их численности измеряется часами. Это сокращает сроки производства необходимого количества пищи. Во-вторых, в зависимости от выращиваемых микроорганизмов субстратом могут использоваться различные виды сырья. Можно перерабатывать низкокачественные отходы или продукты, содержащие легкодоступные углеводы и получать за счет их микробную биомассу, которая содержит высококачественный белок.

Еще одним продуктом биотехнологии является грибной белок (микопротеин) - это пищевой продукт, который состоит в основном из мицелия гриба. При его производстве используется штамм Fusariumgraminearum, выделенный из почвы. Если сопоставить производство микопротеина с процессом синтеза белков животных, то можно обнаружить ряд его преимуществ.

Кроме большей скорости роста, преобразования субстрата в белок проходит эффективнее, чем при усвоении пищи животными. Нелишне также напомнить, что корма для животных должны содержать некоторое количество белка (до 15-20%), в зависимости от вида животных и способа их содержание. Средний состав микопротеина и сравнение его с составом говядины приведены в таблице 2.

С помощью биотехнологии и, в первую очередь, за счет использования различных микроорганизмов, мы получаем съедобные добавки и ингредиенты, в том числе:

1. Лимонную кислоту. Ранее ее получали из лимонов, теперь - с помощью гриба Aspergiliusnigerшляхом брожения патоки и гидролизаты, содержащие глюкозу.

2. Аминокислоты. Сегодня их производится более 200 тыс. тонн в год. Их используют главным образом в качестве добавки к кормам и пищевым продуктов.

Основную часть аминокислот получают методом ферментации. Главным продуктом ферментации есть глутаминовая кислота (продуцент Corynebacteriumglutamicum) и лизин (Bacillusflavum).

3. Витамины - B-каротин, рибофлавин.

4. Усилители вкуса. Главным является натриевая соль глутаминовой кислоты. Ее получают с помощью Micrococcusglutamicus.

5. Жиры и масла.

6. Растительные клеи.

7.Консервация фруктов и овощей.

При этом следует отметить, что затраты на организацию многотоннажных биотехнологических производств очень большие и под силу только крупным фирмам. Главное преимущество новых технологий заключается в том, что выход продукции из ферментера или биореактора гораздо выше, чем от растений или животных поэтому производство предметов потребления таким образом всегда является более выгодным.

Некоторые из новых направлений, таких как генетическая инженерия, которая способна превратить человека в творца мира, захватила представление многих ученых и вызвала большую их заинтересованность. Передача генетического материала различными организмами, такими как бактерии, растения, животные и человек породила большие надежды, причем некоторые из них стали реальностью. Например, получение человеческого инсулина с помощью бактерий.

Первым крупным достижением биотехнологии в области сельского хозяйства является зеленая революция - это исследование селекции высокоурожайных сортов зерновых. Благодаря чему Индия, Бангладеш и некоторые другие развивающиеся страны смогли обеспечить себя продовольствием. За последние 30 лет урожай кукурузы увеличился с 12 до 62 ц/га, а урожай пшеницы в среднем рос за год на 1ц.

Целью селекции, кроме повышения урожая, является выведение сортов, устойчивых к паразитов, бактериальных и вирусных болезней. Метод селекционного отбора позволяет скрещивать отдельные виды растений в тех случаях, когда естественное воспроизведение невозможно.

Вегетативная гибридизация

Большие успехи были достигнуты с помощью вегетативной гибридизации проростков зерновых культур. Этот метод заключается в скрещивании растений путем устранения самоопылення. Он прост, особенно для перекрестно опыляемых растений, таких как кукуруза, в которых мужские органы отделены от женских и их можно легко удалить до начала опыления. Другие методы тоже перспективные - это вегетативное размножение invitroза помощью культуры меристемы. Меристема - это поверхностная ткань стебля, которая вмещает эмбриональные клетки. Культивируется в асептических условиях в твердой питательной среде. Эти клетки размножаются и образуют калюс, который может быть разделен и многократно репродуцирован. Калюс - это толстая кожа, ткань, которая образуется на месте повреждения и помогает заживлению. При обработке гормонами растений недифференцированные каллюсы дифференцируются на отдельные растения, которые имеют свойства исходного растения.

Апикальная меристема - это скопление клеток, расположенных на верхнем конце стебля. Она играет важную роль в размножении растений, поскольку остается в здоровом состоянии даже в том случае, когда другая часть растения поражена вирусом. Культивирование меристемы больного экземпляра дает возможность получить новое здоровое растение и ускорить производство свободного от вируса посадочного материала.

Энергетические биоресурсы

Важным вкладом биотехнологии является создание новых энергетических ресурсов. Это, прежде всего, производство жидкого топлива-этанола. Для его получения методом ферментации можно использовать различное сельскохозяйственное сырье, в т.ч. сахарозы сахарной растения, сахарной свеклы, патока, крахмал зерновых культур, маниока, инулин топинамбура. Пивные дрожжи и некоторые анаэробные бактерии (Zimonomasmobilus) перерабатывают сахар в этанол со средним выходом по вазі47%.

Биоэтанол является экологически чистым, высокооктановым топливом, который производится из возобновляемых природных ресурсов. В большинстве стран, производство биоэтанола ведется из зерновых культур (кукуруза, пшеница, ячмень и т.д.), но процесс получения спирта не ограничен только этими культурами.

Современные технологии производства биоэтанола позволяют использовать практически любое исходное сырье с высоким уровнем сахаросодержания (картофель, сахарная свекла и т.д.). К примеру, Бразилия и Колумбия, являясь крупнейшими в мире производителями биоэтанола, используют для получения этанола сахарный тростник.

Производство биоэтанола из вышеуказанного сырья требует достаточных количеств плодородных почв и воды на их орошение. К сожалению, это не выход для плотно заселенных и промышленно развитых областей, подобных Западной Европе. Появившаяся недавно технология производства биоэтанола из целлюлозы, позволяет производить биоэтанол из стеблей или соломы зерна, целлюлозных отходов и других целлюлозных источников без привлечения дополнительных земель.

В Бразилии этанол используют как топливо в широком масштабе. В настоящее время его производство составляет 8,4 млн. т, что соответствует 5,6 млн. т бензина или 4,7 тыс. га сахарного тростника. Стоимость этанола выше на$ 380 за тонну бензина. Однако, экономическим стимулом Бразилии является стремление улучшить платежный баланс путем сокращения импорта бензина и обеспечения сбыта продукции сахарной промышленности, которая очень пострадала от падения мировых цен на сахар.

Топливные смеси, содержащие этанол, сегодня успешно используются во всех типах автомобильных двигателей, работающих на бензине. Промышленное производство биоэтанола и использование его в качестве топлива значительно снижает зависимость от множества факторов:

Во-первых, октановое число этанола выше октанового числа бензина, что позволяет увеличить компрессию, и как следствие, предоставляет новые возможности увеличения мощности двигателя;

Во-вторых, добавление этанола существенно уменьшает выделение вредных примесей, сопутствующих 100% бензиновому топливу.

И, наконец, в третьих: производство биоэтанола во многих странах мира позволяет им уменьшать свою энергетическую зависимость от поставщиков нефтяных и газовых ресурсов.

Аналогичные причины проявления интереса к этанола в США. В Западной Европе планируется производить до 4 млн. т биоэтанола в год. Как правило, обычно этанол используется в смеси с бензином. Все автомобили и легкие грузовики, эксплуатируемые сегодня в США, используют топливные смеси с содержанием от 10% до 85% этанола, в соответствии с гарантиями своих производителей.

Содержание спирта в общеизвестных топливных смесях следующее:

Топливо E10 - содержит 10% этанола и 90% бензина.

E10 одобрено к использованию в любом автомобиле, произведенном или поставляемом в США. Большое число американских производителей настоятельно рекомендуют к использованию в своих автомобилях именно этот вид топлива.

Топливо E85 - содержит 85% этанола и 15% бензина.

E85 является еще одним альтернативным вариантам топлива, пригодным к использованию в двигателях с измененной специально для этого конструкцией. Изменение конструкции двигателя в варианте с топливом Е85 является ключевым фактором, т.к. практически все автомобили могут использовать E10 без изменения конструкции двигателя.

Смесь Е85 быстро становится наиболее популярным видом топлива на современном топливном рынке. При этом, некоторые производители поставляют на автомобильный рынок двигатели специальной конструкции (FFVs), работающие на любом соотношении бензина и этанола, включая E85.

Носов Г. И., Крюков И. В. Современные ресурсосберегающие технологии – важный фактор устойчивого роста АПК // Земледелие. 2005. № 3.

Дерпш Р., Мория К. Влияние обработки на почву, сельскохозяйственные культуры и экосистему. Опыт Южной Америки: Сборник авторских статей.Днепропетровск: АГРО-Союз, 2005. 82 с.

⇐ Предыдущая 1 2 3 45