Можем ли мы обойтись без синтетических азотных удобрений?

В этой последней статье из серии, посвящённой азоту, я обращаюсь к вопросу о том, можем ли мы обойтись без синтетических азотных удобрений.

Случай в Шри-Ланке — не органический случай

Вы, вероятно, слышали историю о том, как Шри-Ланка «стала органической» и чем это закончилось (если нет, то вы можете прочитать здесь или здесь). Это считается доказательством того, что органическое земледелие или любая другая система земледелия, исключающая использование химических удобрений, обречена на провал. 

Тем не менее, нельзя делать такой вывод на основании провала запрета на импортные удобрения в Шри-Ланке. Целью запрета была в основном экономия средств, поскольку страна переживала серьёзный финансовый кризис. С 1962 года сменявшие друг друга правительства предоставляли субсидии на удобрения в различных формах. 

В 2019 году размер субсидии на удобрения для фермеров, выращивающих рис, составлял примерно 86%, а для других культур — от 48% до 88%. В 2020 году субсидия на удобрения предоставлялась для всех культур по льготной ставке. С середины 2020 года впервые в истории удобрения предоставлялись бесплатно для риса на площади до 2 га. Это привело к тому, что более половины сельскохозяйственного бюджета было потрачено на субсидии на удобрения (Weerahewa et al 2021). 

К концу 2020 года цены на международные удобрения также начали стремительно расти. В 2021 году страна оказалась в финансовом кризисе и была вынуждена резко сократить расходы. 

Среди прочих мер президент Готабая Раджапакса объявил о запрете на импорт агрохимикатов. Почти в одночасье фермеры, привыкшие получать удобрения практически бесплатно, больше не могли их использовать. Очевидно, что даже фанатик органического сельского хозяйства не стал бы рекомендовать такую стратегию для перехода всей страны на органическое земледелие.

Шри-Ланка — это скорее наглядный пример того, как не следует переходить на органическое земледелие (термин, чаще используемый в Северной Америке). Это также пример того, как много заявлений делается о последствиях перехода на органическое земледелие. 

Вы берёте существующую систему земледелия и отказываетесь от использования синтетических удобрений и пестицидов — урожайность резко падает в зависимости от исходного состояния, культуры и многих других факторов. 

В худшем случае (при выращивании некоторых сельскохозяйственных культур в огромных монокультурах, поражённых вредителями) урожайность снизится до нуля, в некоторых случаях эффект будет мал (при выращивании в поликультурах с низкой интенсивностью). Но в экологической системе нельзя изменить что-то одно. Если вы исключите химические удобрения, изменится вся система.

В этой статье я буду использовать термин «органическое» для обозначения системы сельского хозяйства, которая работает с использованием естественных процессов без применения агрохимикатов. Существуют «конкурирующие» концепции, такие как регенеративное сельское хозяйство, природное земледелие, агроэкология. 

Многие сторонники любой из этих концепций утверждают, что их концепция превосходит другие. Я не буду вдаваться в подробные рассуждения о сильных и слабых сторонах этих концепций (я довольно скоро напишу об этом статью). Я уже более десяти лет использую термин «регенеративный» как более или менее синонимичный термину «органический», и на своей ферме я в значительной степени применяю принципы пермакультуры. 

Социальная/политическая составляющая агроэкологии хороша, но в других концепциях она практически отсутствует. При этом органическое земледелие — единственная концепция, которая последовательно отвергает использование химических удобрений. Таким образом, вопрос сводится к тому, может ли «органическое сельское хозяйство прокормить мир», хотя я возмущаюсь этим вопросом, потому что он подразумевает, что вопрос о том, кто будет есть, связан с производством, а это не так.

Луис и Мария Виерия практикуют органическую, регенеративную, агроэкологию в Мату-Гросу, Бразилия. Фото: Гуннар Рундгрен, 2011.

Исследователи говорят, что нет…

Пьетро Барбьери и его коллеги пришли к выводу, описанному в статье в журнале Nature food за 2021 год, что в полностью органическом мире производство продуктов питания сократится на 36 % от потребности в пищевой энергии, при этом ключевым определяющим фактором станет нехватка азота. Однако белок не будет проблемой.

ДА…

Если обратиться к статье «Агроэкологические меры и стратегии экономики замкнутого цикла для обеспечения достаточного количества азота для устойчивого сельского хозяйства» Т.Г. Мораиша и его коллег из журнала «Глобальные изменения окружающей среды» (2021), картина меняется. Они приходят к выводу, что при достаточном количестве смягчающих мер 100%-ное органическое земледелие всё ещё является осуществимым вариантом в глобальном масштабе.

может быть!

В третьей статье о возможности преобразования европейской агропродовольственной системы, опубликованной в журнале One Earth (2021) командой под руководством Жиля Биллена, утверждается, что Европа может обеспечить себя полностью органической пищей, значительно сократив потребление продуктов животного происхождения.

Все три статьи, что вполне естественно, основаны на моделировании, и результаты в основном определяются исходными данными, а также сделанными допущениями и наложенными ограничениями. Зная эти допущения и ограничения, становится значительно проще понять разницу в результатах и выводах.

 Основное различие между Барбьери и др. («Глобальное органическое производство невозможно») с одной стороны и Мораисом и др. («Глобальное органическое производство возможно») и Билленом и др. («Органическое производство в Европе возможно») с другой стороны заключается в том, что Барбьери и др. предполагают меньшее количество менее эффективных мер по смягчению последствий. 

Биллен и др. предполагают значительную переработку отходов пищевой промышленности и увеличение биологической фиксации азота в три раза. Мораис и др. рассчитывают на довольно радикальное повышение эффективности использования азота, что позволит покрыть около половины ожидаемого дефицита азота, а также на улучшение/увеличение биологической фиксации азота для большей части оставшегося дефицита.

На мой взгляд, все три статьи имеют некоторые недостатки (было бы странно, если бы их не было). Барбьери и др. слишком статично рассматривают реакцию фермеров и общества. Это нереалистично и противоречит их основному выводу о том, что органическое земледелие не может прокормить мир. 

Совершенно очевидно, что при 100%-ном органическом земледелии потребуется крупномасштабная переработка отходов пищевой промышленности, включая человеческие экскременты. Кроме того, прогнозируемый ими рост биологической фиксации азота составляет всего 4%, и почему так мало — не объясняется.

В статье Биллена и др. меня удивило то, что они не рассматривают возможность расширения площадей пастбищ или интенсификации использования пастбищ. Во многих частях Европы огромные площади пастбищ были заброшены в прошлом веке, и во многих регионах пастбища используются недостаточно, потому что дешевле покупать корм, чем использовать пастбища, и разводить однокамерных животных вместо жвачных. 

Вместо этого они предполагают снижение производства на пастбищах на 46%. Это может быть реалистичным предположением для лугов, которые сегодня удобряются синтетическим азотом без каких-либо других изменений в уходе за ними. Но во многих европейских странах лишь небольшая часть постоянных лугов удобряется (в Швеции даже запрещено вносить удобрения на постоянные луга).

Во всех трёх статьях также обсуждается рацион питания, что вполне естественно, поскольку рацион — это обратная сторона производства. Очевидно, что при производственной системе без азотных удобрений рацион питания изменится так же (но в противоположном направлении), как он кардинально изменился при использовании азотных удобрений. Подробнее см. ниже.

Моё прочтение этих трёх статей наглядно показывает, что модели такого рода не следует рассматривать как доказательство того, что то или иное мнение верно. Продовольственные и сельскохозяйственные системы слишком сложны, чтобы делать такие выводы. Одно изменение, такое как отказ от синтетического азота, запускает каскад изменений, которые, в свою очередь, вызывают новые изменения. Такие свойства, как плодородие почвы, нелегко отразить в моделях.

Я говорю "да"

Занимаясь органическим земледелием более сорока лет, я могу согласиться с основным тезисом всех трёх статей: обеспечение азотом является серьёзной проблемой для органического земледелия. 

Но и вредители могут стать более серьёзной проблемой в некоторые годы для некоторых культур. При некоторых обстоятельствах проблемой может стать и недостаток фосфора или калия. При неправильном уходе сорняки также могут привести к серьёзным потерям урожая.

Разве нам не нужно больше животных, если бы не было азотных удобрений?

Существует распространённое заблуждение, что без химических удобрений нам потребуется больше животных, чтобы получить достаточное количество навоза. Но на самом деле в сельскохозяйственной системе без химических удобрений животных будет меньше. 

Если вы вернётесь и посмотрите на график в первой статье о N-удобрениях, то, думаю, поймёте почему: просто будет производиться меньше корма. В условиях, когда мы не используем химические удобрения, мы могли бы содержать больше пасущихся жвачных животных, но мы, конечно, не смогли бы прокормить такое же количество кур и свиней, как сегодня, или кормить жвачных животных зерном. 

Причина в том, что нынешнее поголовье кур и свиней, а также крупного рогатого скота на откорме зависит от кормовых культур, выращенных с использованием азотных удобрений.

Без азотных удобрений мы не смогли бы прокормить такое же количество животных. Но жвачные животные могут пастись на неокультуренных землях, и их можно интегрировать в производственную систему таким образом, чтобы они вносили свой вклад в обеспечение всей системы пищей и питательными веществами. 

Свиньи и, в меньшей степени, куры также могут играть полезную роль в продовольственной системе, если они питаются остатками и побочными продуктами или кормом, который они находят на ферме или за её пределами. Но их численность, безусловно, будет меньше, чем сегодня. Даже если в среднем по миру животных станет меньше, во многих местах их будет больше, поскольку животные могут быть интегрированы во все местные агроэкосистемы.

Наличие практически неограниченных запасов азота явно направило продовольственную систему в определённое русло, начиная с того, как мы (не) обращаемся с человеческими отходами, и заканчивая огромным ростом потребления курятины. Очевидно, что невозможно взять эту систему и просто исключить из неё азотные удобрения. Но фермеры и общество будут адаптироваться и приспосабливаться к новым условиям. Необходимые изменения включают в себя, но не ограничиваются:

• Переработка органических отходов из всех звеньев пищевой системы, включая человеческие экскременты.
• Сокращение пищевых отходов.
• Интеграция животноводства и растениеводства.
• Повышенное внимание к живой почве/здоровью почвы.
• Значительное использование постоянных, не удобряемых пастбищных угодий. Это не обязательно означает расширение пастбищных угодий, но предполагает более эффективное их использование.
• Расширение использования биологической фиксации азота, в том числе за счёт выращивания бобовых растений. Это не только горох и фасоль для непосредственного потребления человеком, но и клевер и люцерна на корм, выращивание бобовых растений в качестве покровных культур или живой мульчи, а также бобовых деревьев в садах, лесопастбищных или агролесоводческих системах.
• Адаптация рациона к тому, что хорошо работает в системе органического производства, и к более высоким ценам на продукты питания.

Многие из необходимых мер применялись на протяжении веков.

Экономика замкнутого цикла в сфере продовольствия — это не что-то новое, а скорее стандартная практика на протяжении веков, от которой сейчас отказывается капиталистическая рыночная экономика. 

Глобальные потоки питательных веществ в значительной степени несовместимы с замыканием циклов питательных веществ. Это относится не только к торговле кормами для животных, но и к торговле продуктами питания для людей. 

Эти изменения, в свою очередь, повлекут за собой новые изменения. Это указывает на релокализацию продовольственной системы. В конце концов, точно так же, как нынешняя продовольственная система является одновременно движущей силой и результатом капиталистической индустриальной цивилизации, другая продовольственная система указывает на другое общество. 

Более дорогая еда также указывает на то, что люди всё больше обеспечивают себя едой самостоятельно. Некоторые меры будут приняты в результате изменения цен.

Поскольку продукты питания будут дорожать, количество пищевых отходов сократится, что стало очевидным во время продовольственной инфляции в Европе в последние годы. Аналогичным образом, поскольку цены на кормовые культуры значительно вырастут, а азот станет более ценным, животноводство вернётся к интегрированным системам, основанным на земле (или его просто запретят). 

На практическом уровне переработка человеческих отходов является наиболее сложной задачей, поскольку она связана с базовой инфраструктурой, которая меняется очень медленно и в которую должны инвестировать другие (владельцы домов и местные органы власти), а не те, кто получает от этого выгоду (фермеры). 

Как видно из графика во второй статье, человеческие отходы и пищевые отходы вместе выделяют азот, что составляет почти треть от текущего объёма поставок азотных удобрений. Крайне важно сократить потери и переработать остальное (не загрязняя его).

Что мы будем есть?

По большому счёту, многие исследовательские работы и отчёты о продовольственных системах сосредоточены на потреблении и предписывают определённые диеты как устойчивые или каким-то другим образом предпочтительные. 

На мой взгляд, это ставить телегу впереди лошади. Продовольственная система ориентирована не на потребителя, а на производителя. На протяжении всей истории люди ели то, что можно было произвести. Это очевидная причина, по которой рацион питания сильно различался в разных частях планеты. Поэтому правильный вопрос не в том, что мы должны есть, а в том, что мы можем есть.

Представление о том, что существует одна хорошая глобальная диета с практически одинаковым составом, социально, культурно и экологически несостоятельно. 

Напротив, рацион должен быть адаптирован к тому, что можно легко производить на месте, — я говорю о «ландшафтной диете». В случае с Европой с умеренным климатом я представляю себе рацион с большим количеством мяса и молока жвачных животных, картофеля и зерновых, с меньшим количеством свинины, курицы, растительного масла, экзотических фруктов и нежных овощей (помидоров, салата и т. д.) и с большим количеством бобовых, грубых овощей (лука, капусты и корнеплодов) по сравнению с сегодняшним днём.

Хватит на 10 миллиардов?

Ну, я не знаю. У любой системы есть свои пределы. Есть также пределы того, сколько людей может прокормить традиционное сельское хозяйство и как долго. 

В любом случае, обсуждение слишком упрощённое, и рост населения воспринимается как нечто само собой разумеющееся, несмотря на то, что на протяжении большей части истории человечества численность населения была стабильной или колебалась, а не постоянно росла. 

Совершенно очевидно, что существует ряд социально-экономических факторов, регулирующих численность населения, и что экспоненциальный рост населения является лишь частью той же системы экономического роста, основным двигателем которой является капитализм. В последнее время рост населения также значительно замедлился, даже несмотря на инерцию системы (те, кто рожает сегодня, родились 20–40 лет назад), которая делает это менее заметным. 

Я предполагаю, что численность населения начнёт сокращаться в течение нескольких десятилетий по ряду причин, связанных с ограничениями роста, а также с культурными факторами, обусловленными современностью.

Будет ли это полезно для окружающей среды?

Да, без сомнения, это снизит все многочисленные негативные последствия, связанные с азотными удобрениями. Среди трёх рассмотренных выше исследовательских статей Барбьери и др. прогнозируют сокращение потерь азота в экосистемах на 77%, в то время как основное внимание Биллена и др. сосредоточено на сокращении потерь азота в биосфере, и их результаты показывают сокращение вдвое по сравнению с текущими выбросами. 

По данным Мораиша и др., потери азота могут быть сокращены на 70%, а выбросы парниковых газов могут быть сокращены вдвое при полностью органическом сценарии.

Единственным негативным воздействием на окружающую среду может быть увеличение площади сельскохозяйственных угодий. При этом нет автоматической связи между снижением урожайности и увеличением площади сельскохозяйственных угодий (да, крестьяне просто будут голодать, но больше земли им не дадут). 

На региональном уровне, например в Бразилии, мы можем наблюдать, как расширение площадей сельского хозяйства связано с повышением урожайности. Основным фактором, регулирующим землепользование, является то, какое использование земли является выгодным, возможным и законным. В целом аргумент об экономии земли при интенсификации является ошибочным.

Будут ли бедняки голодать?

Взаимосвязи между сельскохозяйственным производством, ценами на сельскохозяйственную продукцию, ценами на продукты питания и доступом к продуктам питания для бедных слоёв населения многочисленны и сложны. Конечно, нельзя утверждать, что увеличение производства и низкие цены идут на пользу бедным. Если бы это было так, на планете не было бы голодающих. Не так давно я написал статью на эту тему, поэтому вместо того, чтобы повторяться, вот ссылка.

Великий переход

Дискуссия об азоте в пищевой системе очень похожа на дискуссию об ископаемом топливе в человеческой цивилизации, и они тесно связаны, поскольку азотные удобрения производятся из ископаемого топлива. Я считаю, что и ископаемое топливо, и азотные удобрения являются важными составляющими Великого ускорения. И то, и другое тесно связано с ростом населения и капитализмом. Всё это изменится.

Примечания: 

Я знаю, что существует множество органических ферм, которые далеки от идеала и основаны на массовом поступлении навоза из традиционных систем земледелия. В конце концов, я был основателем шведской программы сертификации органических продуктов KRAV, а также президентом IFOAM в течение пяти лет.

 В этой статье я подробно рассказываю о трёх статьях.

 Будет сложно производить рапсовое (каноловое), подсолнечное и соевое масло в количествах, необходимых для Европы, а оливковое масло слишком чувствительно к климатическим условиям, чтобы значительно увеличить свою долю в мировом производстве растительных масел, которая сейчас составляет 2%. 

Наиболее вероятным решением в Европе будет сокращение потребления жиров и увеличение потребления животных жиров в рационе — в любом случае, именно так обстояли дела всего 50 лет назад, когда основными источниками жиров были сливочное масло, смалец и сало.

Во всех трёх статьях используются стандартные коэффициенты выбросов МГЭИК, которые на самом деле вводят в заблуждение, когда речь идёт о выбросах N2O. Найамен и др. (2021) пришли к выводу, что стандартные коэффициенты выбросов МГЭИК переоценивают выбросы N2O-N с пастбищ, управляемых органическими методами, в регионах с умеренным климатом. 

Рафик и др. (2011) установили, что выбросы N2O на пастбищах в Ирландии, где ведётся выпас скота, увеличиваются экспоненциально в зависимости от внесения азота. Так, на неокультуренных пастбищах выделяется около 1,5 кг N2O на гектар, при внесении 100 кг азота выбросы составляют 2,2 кг на гектар, при внесении 300 кг азота выбросы составляют 6 кг на гектар, а при внесении 400 кг азота выбросы превышают 9 кг N2O на гектар. 

Выбросы с неокультуренных пастбищ — это, по сути, фоновые выбросы, которые вообще не следует учитывать как выбросы, поскольку все природные экосистемы также выделяют аналогичное количество N2O. 

Метаанализ 422 исследований выбросов закиси азота с земель, удобренных навозом или химическими удобрениями, показал, что выбросы значительно ниже стандартных коэффициентов выбросов МГЭИК для навоза и значительно выше для химических удобрений (Анаис и др., 2017). При низком содержании неорганического азота почвы могут даже при определённых условиях выступать в качестве поглотителя N2O (Шапюи-Ларди и др., 2007).

Предыдущие статьи:

Как азотные удобрения изменили пищевую систему. Часть 1. Азотные удобрения нарушают естественные процессы наравне с ископаемым топливом

Азотные удобрения изменили то, как мы ведём сельское хозяйство, что мы выращиваем и что мы едим. Как азотные удобрения изменили продовольственную систему. Часть 2.

От закона минимума к здоровью почвы. Как азотные удобрения изменили пищевую систему. Часть 3.

Вы — то, что вы едите. Как азотные удобрения изменили пищевую систему. Часть 4.

Ссылки

Анаис К. и др., Глобальные факторы выбросов закиси азота из сельскохозяйственных почв после внесения органических удобрений: метаанализ, Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда, том 236, 2017, стр. 88-98.

Барбьери П., Пеллерен С., Зойферт В. и др. Глобальное пространство возможностей для органического сельского хозяйства ограничено доступностью азота. Nat Food 2, 363–372 (2021).

Биллен и др., «Переосмысление европейской агропродовольственной системы и замыкание азотного цикла: потенциал сочетания изменений в рационе питания, агроэкологии и цикличности», One Earth, том 4, выпуск 6, стр. 839–850, 18 июня 2021 г.

Шапюи-Ларди Л. и др. (2007), Почвы как поглотители N2O? Обзор. Биология глобальных изменений, 13: 1-17.

Ньямеасем, Дж. К. и др. 2021. Выбросы закиси азота при выпасе скота невелики в зависимости от функционального разнообразия растений и состояния почвы. Атмосфера 2021, 12, 223.

Рафик Р., Хеннесси Д. и Кили Г. (2011). Выбросы закиси азота на пастбищах при различных системах управления. Экосистемы, 14, 563-582.

Т.Г. Мораиш, Р.Ф.М. Тейшейра, К. Лаук, М.К. Теурл, В. Винивартер, А. Майер, Л. Кауфманн, Х. Хаберл, Т. Домингос, К.-Х. Эрб, Агроэкологические меры и стратегии экономики замкнутого цикла для обеспечения достаточного количества азота для устойчивого сельского хозяйства, Global Environmental Change, том 69, 2021.

Вирахева Дж. и др., «Реформирование политики импорта удобрений для устойчивой интенсификации сельскохозяйственных систем в Шри-Ланке: есть ли провал в политике?» Инновационная лаборатория Feed the Future по исследованию политики продовольственной безопасности, потенциала и влияния, аналитическая записка 3, август 2021 г.