Фундаментальні закони живлення та фактори життя рослин

Закон рівнозначності та незамінності факторів життя рослин: "Усі фактори життя рослин є абсолютно рівнозначними та незамінними; жоден із факторів життя не може бути замінений іншим".

Згідно з цим законом, для росту та розвитку рослин має бути забезпечений приплив усіх факторів життя рослин — як космічних, так і земних (світло, тепло, повітря, вода, елементи мінерального живлення). Відсутність будь-якого з них призводить до загибелі рослин, причому один фактор не може бути замінений іншим. Наприклад, те, що рослини в процесі своєї життєдіяльності споживають велику кількість води й порівняно мало елементів мінерального живлення, жодною мірою не означає перевагу води як фактора. Рослина може загинути навіть через нестачу будь-якого мікроелемента – бору чи міді; при цьому нестачу бору неможливо заповнити міддю чи цинком, як замінити азот фосфором чи калієм і навпаки. У формулюванні В.Р. Вільямса (1939), цей закон звучить наступним чином: "Рослини для свого життя вимагають одночасної та спільної наявності або такого ж припливу всіх без винятку умов або факторів свого життя".

В.В. Єрмоленков, А.А. Шелюто, В.Н. Прокопович та ін. (1998) зазначають, що прояв цього закону має як абсолютний, так і відносний характер. Абсолютне значення виражається в тому, що рослина може вимагати як великих, так і мізерно малих кількостей факторів, проте відсутність будь-якого з них рівносильна загибелі рослин. На практиці отримати максимально високий урожай можливо лише при безперебійному забезпеченні рослин усіма факторами життя в оптимальній кількості. Однак у конкретних умовах виробництва цей закон набуває відносного значення внаслідок неоднакових витрат на забезпечення рослин різними факторами.

Закон рівнозначності та незамінності факторів життя рослин підкреслює матеріальність землеробського виробництва, не дозволяє сподіватися на "чудодійні" рецепти отримання врожаю без матеріальних витрат або витрат у "гомеопатичних дозах".

Закон мінімуму

Закон мінімуму вперше сформульований Ю. Лібіхом у 1840 р.: "Продуктивність поля знаходиться у прямій залежності від необхідної складової частини їжі рослини, що міститься у ґрунті в найменшій кількості". Він вважав, що ріст урожаю прямо пропорційний збільшенню кількості фактора, що знаходиться в мінімумі:

де: Y – урожай;

X – напруженість фактора;

А – коефіцієнт пропорційності для даного фактора.

Виявлення цієї закономірності мало величезне практичне значення, оскільки мінеральних добрив">застосування мінеральних добрив вперше отримало наукову основу. Згідно з цим законом, при оптимальних інших умовах рівень урожаю визначається тим фактором, який знаходиться в мінімумі. Ю. Лібіх ілюстрував "закон мінімуму" різними прикладами. Наприклад, якщо ми маємо ланцюг, що підтримує певний вантаж, і будемо поступово збільшувати цей вантаж, то коли розірветься ланцюг? – Коли лопне найслабша ланка. Отже, для того, щоб ланцюг був міцнішим, треба в першу чергу знайти та зміцнити саме цю найслабшу ланку.

На думку Д.Н. Прянішнікова (1965), для ілюстрації цього закону найбільше підходить так звана "діжка Добенека", – дерев'яна діжка, у якої окремі ланки (планки) не однакової висоти – одна вища, інша нижча.

Таку діжку можна наповнити водою тільки до висоти найнижчої планки. Так і врожай можна підняти лише до того рівня, на якому поживна речовина знаходиться в мінімумі. Поки ви не знайшли цього мінімального фактора, доти ви врожай не піднімете.

Рис. 88. Графічне зображення закону мінімуму:

1 – максимально можливий урожай; 2 – фактичний урожай.

Незважаючи на гадану простоту й очевидність дії цього закону, він все ж таки має відносний характер. Це експериментально підтвердили А. Майєр, Е. Вольні, Р. Сакс, Г. Гельрігель та В.Р. Вільямс. Так, А. Майєр показав, що закон мінімуму необхідно приймати з урахуванням дії не тільки поживних речовин рослин, а й усієї сукупності факторів життя. Е. Вольні поширив закон мінімуму і на якість урожаю, встановивши залежність дії окремого фактора від усієї сукупності інших факторів. Г. Гельрігель в умовах вегетаційного досліду встановив залежність продуктивності рослин від вологозабезпеченості ґрунту. Як випливає з отриманих ним даних, максимальний урожай відповідає оптимальній вологості ґрунту 60 % від повної її вологоємності. При відсутності вологи, а також при її надмірному достатку врожай дорівнював нулю. Зміна врожаю залежно від вологості ґрунту підтверджувала знижувальну ефективність послідовних однакових кількостей будь-якого фактора життя рослин.

Р. Сакс (1857), спираючись на дослідження А. Майєра, Е. Вольні та Г. Гельрігеля, сформував закон мінімуму, оптимуму та максимуму: "Величина врожаю визначається фактором, що перебуває в мінімумі. Найбільший урожай можливий за оптимальної наявності даного фактора. При мінімальній та максимальній наявності фактора врожай неможливий". Пізніше В.Р. Вільямс (1939) дещо конкретизував цей закон: "Найбільший урожай можливий за середньої "оптимальної" наявності фактора; при найменшій (мінімальній) і найбільшій (максимальній) наявності фактора врожай неможливий (дорівнює нулю)". Реакція рослин на мінімальні, оптимальні та максимальні температури, нестачу й надлишок вологи в ґрунті, підвищення норм добрив — результат дії цього закону.

Керуючись "законом мінімуму", у різних ґрунтово-кліматичних зонах Російської Федерації, в умовах різного рівня інтенсифікації виробництва та ступеня спеціалізації, знаходять і усувають фактори, що обмежують ріст урожайності. Так, інтенсивне застосування мінеральних добрив у низці районів нашої країни зумовило підвищену чутливість польових культур до мікродобрив. Водночас у міру інтенсифікації землеробства великої актуальності набуває регулювання водного режиму та кислотно-лужних властивостей ґрунту; особливої актуальності набуває при цьому забезпечення ґрунту органічною речовиною. Разом з тим, у роботах Ю.Н. Одума (1975) та А.С. Образцова (1990) зазначається, що "закон мінімуму" суворо застосовний лише в умовах стаціонарного стану, коли приплив речовини та енергії балансується їхнім відпливом. Якщо ж баланс якої-небудь речовини порушується, то змінюється і швидкість росту біомаси, відсутні стаціонарний стан і "ефект мінімуму", результат залежить вже від усіх компонентів. Цей стан, на думку вчених, може тривати, поки не відновиться рівновага "прихід-витрата" і швидкість росту знову буде обмежуватися фактором, що перебуває в мінімумі.