В качестве удобрения в традиционном земледелии использовались все подходящие органические материалы. De agri cultura Катона упоминает голубиный, козий, овечий, коровий «и все другие виды помета», а также компосты из соломы, мякины, стеблей бобов, шелухи, диких растений и дубовых листьев. Римляне знали, что ротация злаковых культур с бобовыми (они полагались на люпины, бобы и вику) помогает увеличить урожай. Азиатская практика применения органики была даже более эклектичной, использовались как материалы с высоким содержанием азота (жмых масличных, остатки рыбы), так и почти его лишенные (ил из каналов и прудов). По мере того как росли города, пищевые отходы, в первую очередь растительные, становились новым источником удобрений.
Природным материалом с максимальным содержанием азота (около 15 % в лучших залежах) является гуано, птичий помет, сохранившийся в сухом климате островов у побережья Перу. Испанцы-завоеватели были впечатлены тем, как этот материал использовали инки (Murra 1980). Импорт в США начался в 1824 году, в Англию в 1840-м, в 1850-е он быстро вырос, но к 1872 году экспорт из самых богатых месторождений, с островов Чинча, закончился (Smil 2001). После этого чилийские нитраты стали самым важным источником азота для всего мира, по мере того как сельское хозяйство проходящих стадию индустриализации стран начало получать топливо, металлические инструменты, машины и неорганические удобрения (процесс описан в деталях в главе 5).
Фактический состав удобрений сильно варьировался в зависимости от доли навоза (очень высокой с животными в загонах, пренебрежимо малой в случае со свободно пасущимися), отношения к использованию человеческих отходов (от запрета до рутинного применения) и интенсивности земледелия. Любые теоретические оценки содержания азота отстоят очень далеко от его конечного вклада в урожай. Причина в высоких потерях (большей частью через испарение аммиака и выщелачивание в грунтовые воды) в процессе выделения, собирания, компостирования, доставки и окончательного потребления азота растениями (Smil 2001). Эти потери, обычно в две трети от изначального содержания азота, только увеличивались при необходимости использовать громадное количество органических отходов. Вследствие этого во всех интенсивных традиционных сельскохозяйственных обществах много тяжелого труда неизбежно посвящалось собиранию, ферментированию, транспортировке и внесению органических отходов.
«Зеленый навоз» эффективно применялся в Европе со времен античных греков и римлян, и широко использовался в Восточной Азии. Практика эта в основном опиралась на азотфиксирующие бобовые растения, изначально на вику (Astragalus, Vicia) и клевер (Trifolium, Melilotus), позже на люцерну (Medicago sativa). Бобовые могут фиксировать до 100–300 кг азота на гектар в год, и когда они ротируются с другими культурами (обычно сажаются в качестве зимнего растения в более мягком климате), они добавляют за три-четыре месяца, после которых начинается вспашка, 30–60 кг азота в почву, достаточно, чтобы посаженные следом зерновые или масличные дали хороший урожай.
Более высокая плотность популяции обычно вынуждает сажать съедобные растения даже в зимние месяцы. Эта практика неизбежно уменьшает содержание азота в почве и снижает урожаи. В краткой перспективе она может обеспечить энергетическое преимущество, поскольку дает добавочное количество углеводов и жиров. Но в долгой перспективе внесение достаточного количества азота в почву – настолько важная задача, что интенсивное сельское хозяйство не может существовать без азотфиксирующих бобовых, и приходится сажать их вместо съедобных растений. Эта желаемая практика, повторяемая каждый год или при более долгой последовательности севооборота, представляет, возможно, лучший пример энергетической оптимизации в традиционном земледелии. Ничего удивительного, что она формирует ядро всех традиционных систем сельского хозяйства, опирающихся на сложный севооборот, но только между 1750-м и 1880-м годами стандартный севооборот, включающий бобовые несъедобные растения (например, норфолкская четырехлетняя последовательность пшеницы, репы, ячменя и клевера) широко распространился по Европе и по меньшей мере утроил скорость симбиотической фиксации азота, что обеспечило надежный рост урожая съедобных растений (Campbell and Overton 1993).
Исследователи (Chorley 1981, 92) признают этот поворот по-настоящему эпохальным и называют его сельскохозяйственной революцией:
«Хотя продвижение вперед совершалось на широком фронте и стало результатом многих небольших изменений, был один невероятно значимый прорыв: всеобщее признание важности бобовых и последующее увеличение поставок азота. Ничего фантастического не будет в предположении, что эта обычно не замечаемая инновация по важности была сравнима с паровой машиной в экономическом развитии Европы в период индустриализации».
Другие ученые (Wrigley 2002) показывают сравнительные данные в сельском хозяйстве Англии в 1300 и 1800 годах, или документируют (Muldrew 2011) то, как изменения, начавшиеся с 1650-х, обеспечивали все более разнообразный и питательный рацион и как эти улучшения в питании работника привели к лучшей продуктивности, постоянной занятости и росту благосостояния людей.
Разнообразие культурных растений
Современное земледелие характеризуется доминированием монокультур, ежегодной посадкой одних и тех же злаков, и это отражает региональную специализацию включенного в коммерческую систему сельского хозяйства. Но повторяющееся культивирование одного вида имеет высокие энергетические и экологические издержки. Требуются удобрения для возмещения израсходованных питательных веществ, химикалии для истребления паразитов, которые процветают благодаря изобилию одинаковой пищи. Пропашные культуры, такие как кукуруза, оставляют большую часть почвы под дождем, пока не разрастутся, что ведет к значительной эрозии, когда их сажают на склонах. Постоянная культивация риса на затапливаемых почвах, в которых не так много кислорода, постепенно снижает их качество.
Долгий опыт научил многих земледельцев древности, какие угрозы несет выращивание монокультуры. И по контрасту, ротация злаковых и бобовых или возобновляет азот в почве или по меньшей мере облегчает использование ресурсов этой самой почвы. Культивация разнообразных зерновых, клубней, масличных и волокнистых растений снижает риск общего неурожая, уменьшает вероятность появления неистребимых паразитов, предотвращает эрозию и поддерживает лучшее качество почвы (Lowrance et al. 1984; USDA 2014). Схему севооборота можно выбрать так, чтобы она соответствовала климату и почве, а также удовлетворяла особым пищевым предпочтениям; севооборот крайне желателен с агрономической точки зрения, но там, где в течение одного года выращивается более одного вида растений, такая практика, очевидно, требует большего труда. В регионах с сухими сезонами необходимо орошение, а при интенсивном возделывании нескольких культур, когда три или даже четыре разных вида выращиваются каждый год на одном и том же поле, не обойтись без значительного объема удобрений. Там, где два или более растения занимают одно и то же поле в одно и то же время (уплотнение культур), трудовые затраты могут быть еще выше. Но главное преимущество такого вида земледелия – возможность кормить большее количество людей с того же участка земли.
