Фундаментальные законы питания и факторы жизни растений

Закон равнозначимости и незаменимости факторов жизни растений: "Все факторы жизни растений абсолютно равнозначимы и незаменимы; ни один из факторов жизни не может быть заменен другим".

Согласно этому закону, для роста и развития растений должен быть обеспечен приток всех факторов жизни растений - как космических, так и земных (свет, тепло, воздух, вода, элементы минерального питания). Отсутствие любого из них приводит к гибели растений, причем один фактор не может быть заменен другим. Например, то, что растения в процессе своей жизнедеятельности потребляют большое количество воды и сравнительно мало элементов минерального питания, ни в коей мере не означает преимущество воды как фактора. Растение может погибнуть даже из-за недостатка какого-либо микроэлемента – бора или меди; при этом недостаток бора невозможно восполнить медью или цинком, как заменить азот фосфором или калием и наоборот. В формулировке В.Р.Вильямса (1939), данный закон звучит следующим образом: "Растения для своей жизни требуют одновременного и совместного наличия или такого же притока всех без исключения условий или факторов своей жизни".

В.В.Ермоленков, А.А.Шелюто, В.Н.Прокопович и др. (1998) отмечают, что проявление данного закона носит как абсолютный, так и относительный характер. Абсолютное значение выражается в том, что растение может требовать как больших, так и ничтожно малых количеств факторов, однако отсутствие любого из них равносильно гибели растений. На практике получить максимально высокий урожай возможно только при бесперебойном снабжении растений всеми факторами жизни в оптимальном количестве. Однако в конкретных условиях производства этот закон приобретает относительное значение вследствие неодинаковых затрат на обеспечение растений различными факторами.

Закон равнозначимости и незаменимости факторов жизни растений подчеркивает материальность земледельческого производства, не позволяет надеяться на "чудодейственные" рецепты получения урожая без материальных затрат или затрат в "гомеопатических дозах".

Закон минимума

Закон минимума впервые сформулирован Ю.Либихом в 1840 г.: "Продуктивность поля находится в прямой зависимости от необходимой составной части пищи растения, содержащейся в почве в самом минимальном количестве". Он считал, что рост урожая прямо пропорционален увеличению количества фактора, находящегося в минимуме:

где: Y – урожай;

X – напряжение фактора;

А – коэффициент пропорциональности для данного фактора.

Выявление этой закономерности имело огромное практическое значение, так как минеральных удобрений">применение минеральных удобрений впервые получило научную основу. Согласно этому закону, при оптимальных прочих условиях уровень урожая определяется тем фактором, который находится в минимуме. Ю. Либих иллюстрировал "закон минимума" различными примерами. Например, если мы имеем цепь, поддерживающую определенный груз, и будем постепенно увеличивать этот груз, то когда разорвется цепь? – Когда лопнет самое слабое звено. Значит, для того, чтобы цепь была более крепкой, надо в первую очередь найти и укрепить именно это самое слабое звено.

По мнению Д.Н. Прянишникова (1965), для иллюстрации этого закона больше всего подходит так называемая "бочка Добенека", – деревянная бочка, у которой отдельные звенья (планки) не одинаковой высоты - одна выше, другая ниже.

Такую бочку можно наполнить водой только до высоты самой низкой планки. Так и урожай можно поднять лишь до того уровня, на котором питательное вещество находится в минимуме. Пока вы не нашли этого минимального фактора, до тех пор вы урожай не поднимете.

Рис. 88. Графическое изображение закона минимума:

1 – максимально возможный урожай; 2 – фактический урожай.

Несмотря на кажущуюся простоту и очевидность действия этого закона, он все же носит относительный характер. Это экспериментально подтвердили А. Майер, Э. Вольни, Р. Сакс, Г. Гельригель и В.Р. Вильямс. Так, А. Майер показал, что закон минимума необходимо принимать с учетом действия не только питательных веществ растений, но и всей совокупности факторов жизни. Э.Вольни распространил закон минимума и на качество урожая, установив зависимость действия отдельного фактора от всей совокупности других факторов. Г. Гельригель в условиях вегетационного опыта установил зависимость продуктивности растений от влагообеспеченности почвы. Как следует из полученных им данных, максимальный урожай соответствует оптимальной влажности почвы 60 % от полной ее влагоемкости. При отсутствии влаги, а также при ее чрезмерном изобилии урожай равнялся нулю. Изменение урожая в зависимости от влажности почвы подтверждало снижающуюся эффективность последовательных одинаковых количеств какоголибо фактора жизни растений.

Р. Сакс (1857), опираясь на исследования А. Майера, Э. Вольни и Г. Гельригеля, сформировал закон минимума, оптимума и максимума: "Величина урожая определяется фактором, находящимся в минимуме. Наибольший урожай осуществим при оптимальном наличии данного фактора. При минимальном и максимальном наличии фактора урожай невозможен". Позже В.Р. Вильямс (1939) несколько конкретизировал этот закон: "Наибольший урожай осуществим при среднем "оптимальном" наличии фактора; при наименьшем (минимальном) и наибольшем (максимальном) наличии фактора урожай неосуществим (равен нулю)". Реакция растений на минимальные, оптимальные и максимальные температуры, недостаток и избыток воды в почве, повышение норм удобрений – результат действия этого закона.

Руководствуясь "законом минимума", в различных почвенноклиматических зонах Российской Федерации, в условиях разного уровня интенсификации производства и степени специализации, находят и устраняют факторы, ограничивающие рост урожайности. Так, интенсивное применение минеральных удобрений в ряде районов нашей страны обусловило повышенную отзывчивость полевых культур на микроудобрения. Одновременно по мере интенсификации земледелия большую актуальность приобретает регулирование водного режима и кислотно-щелочных свойств почвы; особую актуальность приобретает при этом обеспечение почвы органическим веществом. Вместе с тем, в работах Ю.Н. Одума (1975) и А.С. Образцова (1990) отмечается, что "закон минимума" строго применим лишь в условиях стационарного состояния, когда приток вещества и энергии балансируется их оттоком. Если же баланс какого-нибудь вещества нарушается, то изменяется и скорость роста биомассы, отсутствуют стационарное состояние и "эффект минимума", результат зависит уже от всех компонентов. Это состояние, по мнению ученых, может продолжаться, пока не восстановится равновесие "приход-расход" и скорость роста вновь будет ограничиваться фактором, находящимся в минимуме.