Выше мы уже говорили, что все людское население земного шара использует сейчас в качестве пищи около 700 млн. т. органических веществ, получаемых непосредственно от растений или от них же, но через посредство животных, в виде молока, яиц, мяса, рыбопродуктов и т. д. Первоисточником всех этих продуктов животного мира служит фотосинтез зеленых растений.
Каковы же главные источники снабжения человека пищей. Частично это — моря и океаны. Оттуда человек получает рыбу, продукты китобойного промысла и др. Но значение- этого источника в питании человечества сравнительно невелико, хотя фотосинтетическая продукция водных растений (главным образом, одноклеточных водорослей морей и океанов) составляет не менее 3/4 всей фотосинтетической продукции всего зеленого мира Земли. Использовать фотосинтетическую продукцию морей и океанов сравнительно трудно. Человек получает ее через посредство сложных и иногда длинных пищевых цепей: первичная органическая биомасса одноклеточных водорослей поедается в основной части низшими беспозвоночными животными, микроскопическими живыми организмами, плавающими в поверхностных слоях воды. Эти микроскопические животные служат пищей для более высокоорганизованных животных, промысловых рыб и крупных животных. В каждом из этих звеньев происходят значительные потери органических веществ и энергии на дыхание, разложение, выпадение мертвых осадков на дно.
Несомненно, что система использования фотосинтетической продукции морей и океанов может еще совершенствоваться и запасы полезной продукции будут увеличиваться. Однако решающую роль в снабжении человека пищей играют и будут играть процессы фотосинтеза наземных зеленых растений. Но и здесь мы сталкиваемся с большим разнообразием их продуктивности.
Значительная часть суши покрыта зелеными массивами естественной растительности: лесами, лугами, степями. Но роль их как непосредственного источника пищевых материалов невелика. Основное средство их использования — это получение кормов для животных или их выпасы. Количество пищевой продукции, получаемое человеком из этого источника, вряд ли составляет более 2% от общего потребления.
Основную же массу пищевых продуктов человек получает, используя культурные растения. Коэффициент использования их продукции человеком наиболее высок. Значительную часть пищевых продуктов он получает прямо от растений в виде зерна, корнеплодов, клубней, луковиц, сахара, растительных жиров, плодов, овощей и т. д.
Другая часть продукции получается через посредство одного единственного звена: через животных (иногда еще при участии микроорганизмов). Это хотя и связано с некоторыми абсолютными потерями первичных органических веществ, но зато обеспечивает получение высококачественных пищевых продуктов животноводства: молока, мяса, яиц и т. д. В конечном итоге культурные растения непосредственно или через посредство животных дают человеку в сумме около 660 млн. т. органических веществ в год в виде разнообразных пищевых продуктов, или 94% от общего потребления.
При этом и КПД использования энергии солнечной радиации культурными растениями в большинстве случаев более высок, чем КПД фотосинтеза естественной растительности. В среднем КПД фотосинтеза культурных растений за весь период роста составляет около 0,5—1%, а в некоторых случаях достигает 2—3%. Теоретически возможны КПД, равные 5—10%.
Принципиально увеличение фотосинтетической продукции пищевых растений возможно за счет расширения площадей под культурным земледелием. Однако возможности здесь не очень велики. Вероятно, в сумме можно расширить посевные площади продовольственных и кормовых культур всего в 2—3 раза. Основная же задача должна заключаться в повышении урожайности сельскохозяйственных растений или, иначе говоря, в повышении коэффициента использования ими энергии солнечной радиации на фотосинтез. Возможности и пути решения этой задачи во многом определяются природой самого процесса фотосинтеза. О ней читатель узнает подробнее из следующих разделов.