Законы возврата веществ и толерантности в почвенном плодородии

Закон возврата веществ в почву: "Все вещества, используемые растениями при создании урожая, должны полностью возвращаться в почву с удобрениями".

Этот закон, открытый Ю. Либихом (1840), – научная основа воспроизводства почвенного плодородия, частный случай проявления всеобщего закона сохранения веществ и энергии; нарушение данного закона, по утверждению автора, "рано или поздно должно приводить к утрате почвой плодородия". К.А. Тимирязев (1896) назвал этот закон "величайшим открытием науки".

Применение удобрений – важное средство сохранения и воспроизводства почвенного плодородия и увеличения продуктивности культурных растений. Поступающие в почву с удобрениями элементы питания помогают растениям эффективнее использовать почвенную влагу, солнечную энергию и другие экологические факторы, тем самым полнее реализовать свои потенциальные возможности. Результаты исследований круговорота и баланса питательных веществ в земледелии дают четкое представление об агрохимическом состоянии почв и необходимых количествах и составе удобрений. Это позволяет поддержать в почве бездефицитный баланс питательных веществ.

Комментируя "закон возврата Лыков, А.А. Коротков, Г.И. Баздырев и др. (1990) отмечают, что земледелие как отрасль производства материально по своей природе. Урожай как материальная субстанция создается из материальных составных частей, определенная часть его - за счет веществ и энергии, получаемых растениями из почвы. Кроме того, почва – своеобразный посредник растений в обеспечении факторами жизни, среда их произрастания. При компенсации выноса веществ и энергии из почвы последняя сохраняет свое плодородие; при компенсации веществ и энергии с определенной степенью превышения происходят улучшение почвы, "расширенное воспроизводство" ее плодородия.

Закон толерантности

Закон толерантности: "Ограничивающее влияние на урожай оказывает не только недостаток, но и избыток каких-либо факторов". По сути, этот закон расширяет и дополняет "закон минимума". Закон толерантности впервые был сформулирован В. Шеффолдом (1913, 1934). Само понятие "толерантность" означает выносливость организма по отношению к колебаниям какого-либо экологического фактора. При этом диапазон между экологическим минимумом и максимумом фактора составляет так называемый "предел толерантности" – величину выносливости организма к данному фактору.

Биологический и агрономический смысл закона толерантности заключается в том, что для роста и развития растений характерен как экологический минимум, так и максимум. Данный закон был дополнен Ю.Н. Одумом (1975) следующими принципиальными положениями:

– величина диапазона толерантности организмов к различным факторам неодинакова. Так, растения нормально развиваются в более широком диапазоне концентраций в почве фосфора, чем азота;

– если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для данного вида растений, то может сузиться и диапазон толерантности к другим факторам. Так, с изменением температуры воздуха изменяется диапазон толерантности к увлажнению;

– часто условия, найденные как оптимальные в краткосрочных лабораторных или вегетационных опытах для данного растения, оказываются неоптимальными в полевых условиях. В данном случае несовпадение оптимальности факторов связано с тем, что вегетационный сосуд как физическая модель не подобен по ряду критериев полю;

– пределы толерантности к какому-либо фактору не постоянны в течение онтогенеза. Существуют критические периоды, в которые многие факторы являются лимитирующими. Так, проростки люцерны погибают при таком значении рН среды, при котором взрослые растения способны развиваться.

Закон плодосмена

Закон плодосмена: "Любое агротехническое мероприятие более эффективно при плодосмене, чем при бессменном посеве".

Большую роль в обосновании и научной формулировке этого закона сыграл в конце ХVШ – начале XIX вв. А.Д. Тэер. Он предлагал перестроить систему земледелия на основе поддержания количества гумуса в почве на постоянном уровне. Решение этой проблемы ученый видел в "плодосмене" – чередовании сельскохозяйственных культур с разными корневыми системами. "Введение плодосмена – действительно большая заслуга Тэера", – отмечает один из ведущих отечественных ученых -почвоведов Л.О. Карпачевский (1983).

В интерпретации В.В. Ермоленкова, А.А. Шалюто, В.Н. Прокоповича и др. (1998), сущность этого закона заключается в том, что "более высокие урожаи получаются при чередовании культур в пространстве и во времени, чем при бессменных посевах". Необходимость чередования различных культур на полях обусловлена тем, что различные культуры по-разному оказывают влияние на свойства почвы и на окружающую среду.

Обосновывая причины и значение чередования сельскохозяйственных культур в севообороте, с точки зрения повышения их урожайности, Д.Н. Прянишников еще в начале XX столетия писал: "Причины, по которым правильное чередование культурных растений в севообороте оказывается более продуктивным, чем непрерывное возделывание одной и той же культуры (или более или менее одинаковых по своим свойствам растений), можно разделить на 4 группы:

1) причины химического порядка, т. е. различия в химическом составе растений и потреблении ими питательных веществ;

2) причины физического порядка, т. е. различия в состоянии почвы и ее влажности после уборки разных культур;

3) причины биологического порядка, т. е. разное отношение культур к болезням, вредителям и сорным травам;

4) причины экономического порядка, т. е. различия в количестве и распределении во времени труда, которого требуют культуры, их разное значение для хозяйства".

По мнению В.Д. Панникова и В.Г. Минеева (1977), следует иметь в виду и причины, связанные с различной почвозащитной ролью тех или иных сельскохозяйственных растений, а также с мелиоративным значением некоторых культур, прежде всего многолетних трав в севооборотах орошаемого земледелия. Они же обращают внимание на большое значение правильного чередования культур в рациональном использовании водного режима почвы.

В основе указанного закона лежит общебиологический закон единства и взаимосвязи растительных организмов и условий среды. Необходимость чередования различных культур на полях обуславливается тем, что различные культуры по-разному оказывают влияние на свойства почвы и на окружающую среду. По-разному изменяются агрофизические свойства почвы, водный, воздушный, тепловой и пищевой режимы. Каждая культура или группа культур имеют свои биологические особенности по влиянию на состав почвенной микрофлоры и интенсивность развития отдельных физиологических групп микроорганизмов. Именно на основе этого закона разрабатываются принципы построения современных севооборотов.

Закон соответствия растительного сообщества своему местообитанию

"Закон соответствия растительного сообщества своему местообитанию: "Каждое (любое) растительное сообщество должно в полной мере соответствовать своему местообитанию".

Как отмечает Ю.А. Штомпель (1999), развивая почвоводоохранную концепцию А.А. Жученко (1990 одним из законов земледелия, который непременно надо учитывать при создании устойчивых агроландшафтов, является соответствие растительного сообщества своему местообитанию. Поскольку каждая культура обладает видоспецифической экологической устойчивостью, необходимо правильное агроклиматическое макро- и микрорайонирование культивируемых растений". Этот закон, по мнению ученого, имеет очень важное значение для противоэрозионного земледелия, ведущегося на склоновых землях.

Закон автотрофности зеленых растений

Закон автотрофности зеленых растений: "Зеленые растения, используя энергию солнечного света и поглощая из воздуха углекислый газ, а из почвы воду и минеральные соединения, синтезируют все необходимые им органические вещества в количествах, обеспечивающих полное развитие и высокую урожайность растений".

Как отмечает В.П. Нарциссов (1976), по времени открытия и общей значимости в биологии и агрономии этому закону следует отвести первое место, – он объединил теории фотосинтеза и минерального питания растений. В соответствии с этим законом, одним из основополагающих принципов при формировании урожая должно быть быстрое образование оптимальной листовой поверхности, способной в наибольшей степени усваивать солнечную энергию для синтеза сахаров, аминокислот, белков, ферментов и других соединений, из которых создаются новые клетки, протоплазма, ткани и органы растений.

Закон антагонизма ионов

Закон антагонизма ионов: "Отдельные химические элементы, находясь в почве или в водном растворе в избытке, препятствуют поглощению растениями других элементов".

Этот закон впервые сформулировал в середине XIX в. скандинавский ученый Оскар Лев. Вывод, который следует из данного закона: соотношение элементов в почве должно быть оптимальным, – в противном случае находящиеся в избытке те или иные химические элементы могут препятствовать поглощению растениями других элементов. Поэтому при неправильном соотношении элементов в почве их поступление в растение может значительно затрудняться.