Энергия и цивилизация

Количество часов труда, необходимого для обработки гектара пшеницы в Голландии, мало изменилось по сравнению со Средними веками или даже римской эпохой, но лучшие параметры растений и интенсивное удобрение обеспечивали урожай почти в четыре раза больший, чем несколько столетий назад. В результате полезная энергоотдача голландского земледелия начала XIX века была 160-кратной по сравнению с менее чем 40-кратной энергоотдачей выращивания пшеницы в средневековой Англии, и с менее чем 25-кратной энергоотдачей в римском зерновом земледелии в Италии около 200 года (примечание 3.13).

Примечание 3.13. Энергетические издержки и энергоотдача при возделывании пшеницы в Европе, 200-1800 годы

Источники: расчеты базируются на информации из Seebohm (1927), White (1970), Baars (1973), Stanhill (1976), Langdon (1986) и Wrigley (2006).

Интенсификация сельского хозяйства продолжилась в большей части европейских стран после вызванного перепроизводством спада в начале XIX столетия. Прекрасные примеры прогресса того времени можно обнаружить в Германии (Abel 1962). В 1800 году около четверти германских полей лежали под паром, но эта доля снизилась до менее чем 10 % к 1883 году. Среднее потребление мяса на душу населения было менее 20 кг до 1820 года, но составило почти 50 кг к концу века. Ранний трехпольный севооборот сменился несколькими вариантами четырехпольного, в одном из них, популярном норфолкском севообороте, после пшеницы сажали репу, потом ячмень и клевер. За этой схемой следовал уже шестипольный севооборот. Внесение в почву сульфата кальция, известняка или негашеной извести позволяло корректировать кислотность почвы, и эта практика стала общей в зажиточных регионах.

Более удобные инструменты на протяжении XIX века появлялись намного чаще, и этот процесс сопровождался увеличением поголовья домашнего скота: между 1815 и 1913 годами общее количество лошадей, волов и ослов (в лошадином эквиваленте) выросло на 15 % в Великобритании, на 27 % в Нидерландах и на 57 % в Германии (Kander and Warde 2011). К 1850 году урожаи увеличились в каждом важном сельскохозяйственном регионе, и быстро совершенствующееся сельское хозяйство эффективно поддерживало столь же быстро растущее городское население. После веков колебаний плотность населения в наиболее интенсивно возделываемых регионах континента – Нидерланды, некоторые области Германии, Франция и Англия – достигла 7-10 чел./га пахотной земли к 1900 году. Этот уровень отражал значительный приток энергии, полученной непрямым способом через механизмы и удобрения, произведенные с помощью угля. Европейское земледелие конца XIX века стало гибридной энергетической системой: оно все еще в значительной степени зависело от одушевленных первичных движителей, но получало все больше преимуществ от использования энергии ископаемого топлива.

Северная Америка

История постреволюционного сельского хозяйства Северной Америки примечательна быстро растущей скоростью появления инноваций. Эти изменения привели к возникновению самой эффективной с точки зрения труда системы возделывания растений в конце XIX века (Adrey 1894; Rogin 1931; Schlebecker 1975; Cochrane 1993; Hart 2004; Mundlak 2005). На протяжении последних десятилетий XVIII века земледелие в северо-восточных штатах, и уж тем более в южных, отставало от европейского. Низкокачественные деревянные плуги с лемехами из мягкого железа и деревянными отвалами двигались с сильным трением, оставляли после себя большие комья земли и изнуряли запряженных в ярмо волов. Сеяли по-прежнему вручную, жали серпами, обмолачивали цепами, хотя на Юге использовали шагающих животных.

Все это быстро поменялось в новом веке, и первым делом – техника вспашки (Ardey 1894; Rogin 1931). Чарльз Ньюболд ввел плуг из чугуна в 1797 году; Джетро Вуд в 1814 и 1819 годах запатентовал более практичный вариант такого плуга с заменяемыми частями; к началу 1830-х улучшенные чугунные плуги начали заменять стальными. Первый был сделан из ножовочной стали Джоном Лейном в 1833-м, а производство на коммерческой основе начал Джон Дир, в 1843 году его оригинальная реклама отвала из железа обещала, что отшлифованный металл будет «чисто разрезать любую почву и не застрянет в самом отвратительном грунте» (Magee 2005).

Рисунок 3.14. Трехколесный стальной плуг (изготовлен Deere&Co в Молине, Иллинойс, в 1880-х) и двойная зерновая жатка (изготовлена в последнее десятилетие XIX века в Обрне, Нью-Йорк). Эти две инновации открыли американские равнины для крупномасштабного зернового земледелия. Воспроизведены по рисункам из Агбеу (1894)

В то время уже производили недорогую сталь в печах Бессемера, и благодаря этому отвальные плуги сделались широко доступными: Лейн предложил свой плуг из многослойной стали в 1868 году Двух- и трехколесные плуги широко распространились в течение 1860-х годов (рис. 3.14). Многолемешные плуги (до десяти лемехов), в которые впрягали до дюжины лошадей, использовались до конца столетия при освоении новых земель на севере равнинных штатов и канадских провинций прерий – Манитоба, Саскачеван и Альберта. Тяжелыми отвальными плугами из стали можно было вспахивать плотный дерн прерий, и таким образом для зернового растениеводства открылись громадные равнины Северной Америки.

От прогресса в области вспашки мало отставали и инновации в других областях. Сеялки и приводимые в движения лошадьми молотилки широко распространились к 1850 году. Первые механические жатки были запатентованы в Англии между 1799 и 1822 годами, и два американских изобретателя, Сайрус Маккормик и Обед Хасси, взяли их за основу для создания практичных машин, которые и разработали в 1830-х годах (Greeno 1912; Alderich 2002). Массовое производство началось в 1850-х, и 250 тысяч таких устройств использовались в хозяйстве на конец Гражданской войны. Первая жатка была запатентована в 1858 году братьями Марш, для работы с ней требовалось два человека, а первую удачную модель двойного узловязателя представил Джон Аплби в 1878 году.

Это изобретение было последним компонентом, необходимым для полностью механической жатки, которая выбрасывала увязанные снопы, готовые к перевозке (рис. 3.14). Быстрое распространение таких машин перед концом XIX века наряду с многолемешной вспашкой позволило освоить громадные пространства травянистых равнин не только в Северной Америке, но также в Аргентине и Австралии. Но производительность лучшей жатки вскоре превзошел первый комбайн, приводимый в движение лошадьми, который выпустила на рынок фирма Stockton Works в Калифорнии в 1880-х годах. Стандартная модель этой компании, выпускаемая после 1886 года, помогала убирать две трети пшеницы штата к 1900-му, и в это время на полях Калифорнии работало более 500 таких машин (Cornways 2015).

Крупнейшие комбайны требовали до 40 лошадей и могли убрать гектар пшеницы за менее чем 40 минут, они уже находились на границе возможностей механизмов, приводимых в движение животными, ведь запрячь и направить сорок лошадей – невероятно сложная задача. Но появление комбайнов – лучшая иллюстрация трудового сдвига, который произошел в традиционном сельском хозяйстве Америки за XIX век. В его начале фермер (80 Вт), работающий в поле, мог положиться на примерно 800 Вт тягловой силы (пара волов); к его концу фермер в Калифорнии при возделывании пшеницы имел в распоряжении комбайн в 18 000 Вт (команду из 30 лошадей), человек стал контролером энергетических потоков и перестал быть незаменимым источником энергии для полевых работ.

В 1800 году фермеру Новой Англии (посев вручную, запряженные в деревянный плуг волы, примитивные бороны, серпы и цепы) требовалось 150–170 часов труда, чтобы собрать урожай пшеницы. В 1900 году фермер в Калифорнии (движимый лошадьми многолемешный плуг, борона с пружинными зубцами, жатва с помощью комбайна) мог добыть то же количество зерна менее чем за 9 часов (примечание 3.14). В 1800 году фермеры Новой Англии тратили более 7 минут на производство килограмма пшеницы, а их потомкам в калифорнийской Сентрал-Валли требовалось на это менее минуты в 1900-м, что означает, грубо, 20-кратное увеличение производительности труда за век.