Урожай зависит от фактора находящегося в минимуме
Обновлено: 05.10.2024
Исторически первым для экологии был закон, устанавливающий зависимость живых систем от факторов, ограничивающих их развитие (так называемых лимитирующих факторов).
В качестве наглядной иллюстрации закона минимума Либиха часто изображают бочку, у которой образующие боковую поверхность дощечки имеют разную высоту. Длина самой короткой доски определяет уровень, до которого можно наполнить бочку водой. Следовательно, длина этой доски – лимитирующий фактор для количества воды, которую можно налить в бочку. Длина других досок уже не имеет значения.
Разберем закон минимума на конкретных примерах. В почве содержатся все элементы минерального питания, необходимые для данного вида растений, кроме одного из них, например цинка. Рост растений на такой почве будет сильно угнетен или вообще невозможен. Если в почву добавить нужное количество цинка, это приведет к улучшению роста растений. Но если мы будем вносить любое другое химическое вещество (например, калий, азот, фосфор), а цинка по-прежнему будет не хватать, это не даст никакого эффекта.
В 1908 г. климатолог Воейков употребил закон минимума по отношению к климатическим факторам, а в 1936 г. зоогеограф Гепнер в зоогеографии. Закон минимума Либиха относится ко всем влияющим на организм абиотическим и биотическим факторам.
Т.о , закон минимума справедлив не только для растений, но и для всех живых организмов, включая человека. Известно, что в ряде случаев недостаток каких-либо элементов в организме приходится компенсировать употреблением минеральной воды или витаминов.
(Пример. Минимальная суточная потребность в йоде взрослого человека, по данным ВОЗ, – 150–200 мкг. Йод входит в состав гормонов ЩЖ и крайне необходим нашему организму для многих физиологических процессов:
• нормального формирования и функционирования мозга,
• развития высокого интеллекта,
• нормальной функции ЩЖ,
• нормального роста и развития ребенка,
• полноценной жизни взрослого человека и продолжения рода,
• нормального течения беременности и родов, нормального развития плода и новорожденного,
• замедления развития атеросклероза и старения организма, для продления молодости и предотвращения преждевременного старения, для сохранения ясного ума и хорошей памяти долгие годы.)
В современном представлении закон минимума гласит: «Приближаясь к своему минимальному значению, необходимому для поддержания жизнедеятельности организма, экологический фактор становится лимитирующим, т.е. ограничивает возможности выживания организма.
Закон толерантности:
Представление о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел американский ученый Шелфорд в 1913 г., сформулировавший закон толерантности. Толерантность (от латинского tolerantia) – означает устойчивость, терпение.
Закон толерантности – лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического фактора, диапазон между которыми определяет величину выносливости – толерантности организма к данному фактору.
Относительно действия одного фактора можно проиллюстрировать этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от -5 до +25 градусов Цельсия, т.е. диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур. Подобно температуре действуют и другие лимитирующие факторы.
Таким образом, лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным значением). Оптимум – это такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организма максимально.
Следовательно, организмы характеризуются как экологическим минимумом, так и максимумом. Слишком много хорошего тоже плохо. Диапазон между двумя величинами составляет пределы толерантности, в которых организм нормально реагирует на влияние среды. Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, т. е. толерантность к тому или иному фактору.
Организм имеет определенные унаследованные от своих предков и передаваемые потомкам, пределы толерантности, а если фактор выходит за пределы (верхний или нижний), то уровень фактора несовместим с жизнью.
Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти два предела называют пределами толерантности.
Законы земледелия — закономерности, описывающие взаимодействие факторов жизни растений и определяющие оптимальные условия их роста и развития с целью получения максимального урожая.
Законы земледелия основаны на результатах большого количества исследований и опытов, их обработки и анализа и закладывают теоретические и практические основы растениеводства. Правильное применение агротехнических, почвенно-мелиоративных и других приемов, повышение культуры земледелия и эффективное регулирование плодородия почвы и урожайности культур основывается на научном понимании и практическом использовании законов земледелия.
Навигация
Законы земледелия (English version)
Закон равнозначимости и незаменимости факторов жизни растений
Все факторы жизни растений равнозначны и незаменимы.
Для роста и развития растения необходимо обеспечение всех факторов жизни, как космических, так земных, независимо от количества фактора. Отсутствие одного фактора, даже самого малого, приводит к резкому уменьшению урожая и гибели растения.
Ни один фактор не заменяется другим. Например, недостаток калия нельзя заменить избытком фосфора, а недостаток света восполнить теплом и т.д.
Получение максимально возможных урожаев возможно только при постоянном поступлении всех факторов жизни в достаточном количестве. Однако на практике закон равнозначимости и незаменимости факторов является относительным в силу различных затрат на обеспеченность растений факторами жизни. Связано это с возможностью создания такие условия, как в материально-техническом отношении, так и почвенными и природно-климатическими условиями в конкретной местности.
Закон равнозначимости и незаменимости факторов жизни растений закладывает материальную основу земледелия: для получения стабильно высоких урожаев необходимо стремиться к обеспечению в полной мере растений всеми факторами.
Закон минимума
Рост и развитие растения определяется фактором, находящимся в минимуме.
где У — урожай; А — коэффициент пропорциональности для конкретного фактора; X — напряжение фактора.
Открытие закона минимума позволило во второй половине XIX века значительно увеличить урожайность культур, традиционно возделываемых в Центральной Европе благодаря внесению минеральных удобрений на оскуделых почвах.
Если высоту самой маленькой дощечки повысить добавлением соответствующего фактора, то фактический урожай будет определять уже другой клепкой, оказавшейся в минимуме.
Не смотря на очевидность и простоту закона, последующие исследования установили ряд уточнений. Ю. Либих признавал понижающий эффект при каждом увеличении отдельного фактора. А. Майер доказал: закон минимума следует принимать с учетом всей совокупности факторов, а не только питательных элементов. Э. Вольни, расширил действие закона в совокупности факторов на качество урожая.
Графическое изображение закона минимума: 1 - максимально возможный урожай; 2 - фактический урожай
Закон минимума, оптимума, максимума
Максимальное развитие растения возможно при оптимальной обеспеченности факторами жизни.
В ходя ряда экспериментов данный закон подвергался проверкам и уточнениям, в результате чего он не нашел своего подтверждения.
Закон минимума, оптимума, максимума был предложен в результате ряда проведенных исследований, наиболее известный опыт Гельригеля. Он выращивал ячмень в стеклянных сосудах, заполненных одинаковой плодородной почвой. Все условия роста растений были одинаковыми, за исключением влажности почвы, определявшуюся по полной влагоемкости 100%. В 8 сосудах влажность составляла 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80 и 100%. По окончанию опыта урожайность распределялась следующим образом:
Изменение урожайности растений в зависимости от содержания влаги в почве
| Влажность почвы, % ПВ | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Урожайность, кг сухого вещества на сосуд | 1 | 63 | 146 | 176 | 217 | 227 | 197 | 0 |
Максимальный урожай ячменя в опытах Гельригеля приходится на влажность почвы 60% ПВ. Минимальное, как и максимальное количество влаги не обеспечили получение урожая. Если выразить разницу в прибавке урожая на каждую следующую градацию влажности, отнесенную к единице влажности, то получается прогрессирующее уменьшение прибавки урожая от последовательной прибавки влажности при том, что остальные факторы остаются неизменными. Эта закономерность получила название закона Тюнена.
В.Р. Вильямс проанализировал опыт Гельригеля и показал частный характер полученной закономерности. Он установил, что опыт Гельригеля нарушает условие единственного логического различия, являющегося важнейшим требованием агрономического опыта. Разная влажность почвы не создает одинаковые условия питания растений. Влажность неразрывно связана окислительно-восстановительными условиями в почве, а следовательно, существенно влияет на почвенные биохимические процессы.
Таким образом опыт Гельригеля по существу не достоверен, а его выводы ошибочны. Это подтверждают данные опыта Э. Вольни. При тех же условиях, что и в опыте Гельригеля, за исключением удобрения, не поддающегося восстановлению в анаэробиозисных условиях, полученные результаты приведены в таблице.
| Влажность почвы, % ПВ | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Урожайность, дг/сосуд | 13 | 35 | 112 | 212 | 122 | 32 |
| Разница между последующими и предыдущими показателями, дг/сосуд | 22 | 77 | 100 | -90 | -90 | |
| Разница на градацию влажности (%), дг/сосуд | 22 | 39 | 50 | -45 | -45 |
Опыты Э. Вольни показали совершенно иной характер зависимости урожая от влажности почвы по сравнению с кривой Гельригеля: увеличение влажности вызывает прогрессивное увеличение прибавки урожая на единицу влажности, а не уменьшение.
По мнению В.Р. Вильямса, опыт Э. Вольни тоже имел методические недостатки. В дальнейшем Э. Вольни поставил многофакторный опыт на растениях яровой ржи, выращивая их в трех рядах стеклянных сосудов по четыре сосуда в каждом ряду.
В каждом ряду было три сосуда с влажностью 20, 40 и 60% ПВ с неудобренной почвой, в четвертом сосуде каждого ряда удобренная почва с влажностью 60%. Освещенность каждого рядя была различной (слабое, среднее, сильное). Результаты представлены в таблице и на рисунке.
| Показатель | Урожайность, дг/сосуд | |||
|---|---|---|---|---|
| без удобрений | с удобрениями | |||
| При влажности почвы, % ПВ | 20 | 40 | 60 | 60 |
| Освещение - сильное | 110 | 320 | 403 | 584 |
| - среднее | 95 | 218 | 274 | 350 |
| - слабое | 88 | 185 | 208 | 223 |
Зависимость урожайности от факторов роста: освещения, влажности, удобрения
Рост урожайности в сосудах с неудобренной почвой с ростом влажности повторяет результаты опыта Гельригеля. Ввод удобрения привел к резкому росту урожайности в сосудах с влажностью почвы 60%. Однако, добавление фактора освещенности в опыт резко повысил эффективность удобрения. Если просуммировать урожайность вариантов с удобрениями при различной освещенности, то окажется, что взаимодействие всех факторов даст значительный прирост урожая, увеличивающийся по мере добавления в систему новых факторов жизни растений. Данные выводы также опровергают закон Тюнена.
Закон совокупного действия факторов жизни растений
Все факторы жизни растений взаимодействуют в процессе роста и развития растений, то есть действуют совокупно.
Опирая, на закон совокупного действия факторов жизни растений, ряд исследователей предпринимали попытки установить математическую зависимость урожайности от факторов жизни. Наибольший успех в этом добился Э. Митчерлих.
Э. Митчерлих попытался найти математическую зависимость прибавки урожая от удобрения почвы. Он установил, что прибавка урожая пропорциональна разнице между максимально возможным и фактически полученным урожаем и зависит от каждого фактора и его интенсивности. Э. Митчерлих опытным путем определил коэффициенты использования отдельных питательных элементов: для азота N — 0,2, фосфора Р2О5 — 0,6, калия К2О — 0,4, магния Mg — 2,0 на 1 мм осадков.
Последующие исследования показали, что зависимость Э. Митчерлиха неуниверсальна из-за сложности биологических процессов создания урожая. Кроме того, вскоре Тренель показал, что она математически неверна.
Несмотря на сложности математического выражения этого закона, он имеет важное значение в практики земледелия. В.Р. Вильямc указывал, лишь добиться максимальной отдачи урожая возможно лишь при одновременном воздействии на весь комплекс факторов жизни растений, представляющий единое органическое целое, элементы которого неразрывно связаны между собой. Воздействие на один из факторов жизни влечет за собой необходимость воздействия на все остальные.
Закон возврата
Вещество и энергия, отчужденные из почвы с урожаем, должны быть компенсированы (возвращены в почву) с определенной степенью превышения.
В первые открыт Ю. Либихом. Д.Н. Прянишников и К.А. Тимирязев считали закон возврата одним из величайших для науки.
Земледелие по своей природе как отрасль производства материально: урожай создается из материальных составных частей — энергии и веществ, потребляемых растениями из почвы. Почва также является средой произрастания растений и посредником в их обеспечении факторами жизни.
Систематическое отчуждение урожая с полей без возврата использованных им энергии и составных частей почвы, она теряет свое плодородие. Если вынос энергии веществ компенсируется, то плодородие почвы сохраняется; а при компенсации с избытком, происходит воспроизводство плодородия.
Закон возврата — это научная основа воспроизводства плодородия почвы. Его можно рассматривать как частный случай физического закона сохранения материи и энергии.
Закон плодосмена
Чередование во времени и пространстве культурных растений, отличающихся между собой по биохимическим, биологическим, агрономическим и другим свойствам.
Профессор М.Г. Павлов еще в 1838 году признавал закон плодосмена как закон природы:
Другие законы земледелия
В земледелии существует ряд других законов: закон автотрофности зеленых растений, основывающийся на теории фотосинтеза и минерального питания растений; закон поступления, передвижения и превращения минеральных веществ в растениях и др.
В.И. Ленин критиковал данные выводы
Опыты В.Р. Вильямса, Э. Вольни и других ученых показали, аналогичные результаты: оптимальное снабжение растений светом, влагой и питательными веществами позволяет увеличить урожай в несколько раз при значительно меньших расходах элементов питания и влаги на создание единицы продукции. Данные выводы позволили успешно внедрить и использовать интенсивные технологии выращивания сельскохозяйственных растений, базирующиеся на всех законах земледелия с учетом местных почвенно-климатических условиях и особенностях вида, разновидности и сорта культуры.
Практика применения законов земледелия
Разработанные системы земледелия базируются на действии законов земледелия. Современные направления адаптивно-ландшафтных систем земледелия строятся на использовании земельных ресурсов определенной агроэкологической группы, ориентированы на экономически выгодное производство продукции высокого качества в соответствии с рыночными потребностями, обеспечивающие устойчивость агроландшафта и постоянное воспроизводство плодородия почвы. Освоение систем земледелия неразрывно связано с освоением новых технологий, одним из главных требований к которым — адаптированность к природным условиям, формам хозяйствования, различным уровням интенсификации производства и т.д.
Методология построения технологий базируется на законах земледелия. Например, руководствуясь законом миниму, определяют и устраняют лимитирующие факторы урожайности с учетом почвенно-климатических условиях, специализации и уровня интенсификации производства. Интенсификация производства меняет значимость тех или иных факторов: с устранением дефицита одних повышается роль других. Возврат питательных веществ, отчуждаемых с урожаем, согласно закону возврата, должен компенсироваться с избытком, для постоянного расширенно воспроизводства плодородия.
Несоблюдение или нарушение законов земледелия в сельскохозяйственной практике приводит не только к неполучению ожидаемых, но и отрицательным результатам с необоснованными экономическими затратами. Например, необоснованная мелиорация, интенсивные технологии, химизация, реформирование АПК. Без учета комплекса взаимных и системных связей факторы и приемы, казавшиеся обоснованными, необходимыми, экологически оправданными, в итоге приводили к отрицательным последствиям функционирования сельскохозяйственного производства.
Высокие урожаи обеспечиваются сочетаниями определенных факторов жизни растений на каждом этапе развития. Только при комплексном действии всех условий жизни возможно полное использование каждого из них, что на практике встречается редко. Чаще, фактор, находящийся в минимуме, определяет формирование урожая в конкретных почвенно-климатических условиях. Например в Нечерноземной зоне это питательные вещества, в засушливых районах — вода.
Каждый агротехнический прием, как правило, для создания благоприятных условий роста и развития растений влияет на 1-2 фактора жизни. Поэтому только комплекс мероприятий дает возможность регулировать все условия жизни растений. Очевидно, что наибольшую значимость из этих агроприемов будет иметь тот, который воздействуют на фактор, находящийся в минимуме.
Помимо почвенно-климатических особенностей зоны или местности, при разработке комплекса агротехнических мероприятий следует учитывать фазы развития растений. Приемы должны обеспечивать прирост запасов органических и минеральных веществ в почве, повышая ее плодородие и улучшая структуру и строение.
Лимитирующий фактор — экологический фактор (свет, температура, почва, биогенные компоненты и др.), который при определенном наборе условий окружающей среды ограничивает какое-либо проявление жизнедеятельности организмов. Это понятие ведет начало от закона минимума Либиха (1840) и закона толерантности Шелфорда (1913). Концепция лимитирующего фактора имеет существенное значение для охраны природы и рационального природопользования.[ . ]
ЗАКОН ТОЛЕРАНТНОСТИ (В.ШЕЛФОРДА) — лимитирующим (ограничивающим) фактором жизни организма может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости организма к этому фактору.[ . ]
Лимитирующим образом могут действовать не только минимальные, но и максимальные значения фактора: высокая щелочность и чрезмерное содержание кальция или натрия в почве, высокая температура, избыточная освещенность и т.п. Это наблюдение легло в основу закона толерантности: лимитирующим может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.[ . ]
Закон минимума (Ю. Либих): биотический потенциал (жизнеспособность, продуктивность организма, популяции, вида) лимитируется тем из факторов среды, который находится в минимуме, хотя все остальные условия благоприятны (см. закон толерантности Шелфорда).[ . ]
Закон минимума Либиха — закон, открытый Ю. Либихом (1840), согласно которому относительное действие отдельного экологического фактора тем сильнее, чем больше он находится по сравнению с другими факторами в минимуме; по данному закону, от вещества, концентрация которого лежит в минимуме, зависят рост растений, величина и устойчивость их урожайности. Например, содержание в морской воде фосфатов является лимитирующим фактором, которое и определяет обилие планктона и биопродуктивность среды. Однако закон Либиха наиболее четко формулируется тогда, когда речь идет о незаменимых ресурсах (точнее, элементах питания). В дальнейшем оно стало применяться и к заменимым ресурсам, а потом и вообще к любым экологическим факторам.[ . ]
Учет лимитирующих факторов, знание закона толерантности, экологической валентности видов имеют важное значение для решения многих вопросов сельскохозяйственной экологии, например борьбы с вредителями сельского хозяйства. Так, в США установлено, что ограничивающим фактором для жука-щелкуна Ышошия, особенно его личиночной стадии, является влажность почвы. Борьбу с этим насекомым ведут при помощи смещения оптимального экологического фактора к его минимуму или, наоборот, максимуму. Проводят осушение или обводнение земель, и личинки вредителя погибают (Дажо, 1975).[ . ]
Третий закон А. — закон лимитирующих факторов: наиболее важным для распределения вида является тот фактор, значения которого находятся в минимуме или в максимуме.[ . ]
Поэтому вместо закона минимума в настоящее время чаще говорят о законе лимитирующих (ограничивающих) факторов: фактор, находящийся в недостатке или избытке, отрицательно влияет на организмы даже в случае оптимальных сочетаний других факторов.[ . ]
Представление о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел В.Шелфорд (1913), сформулировавший закон-толерантности: факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальные (т.е. наихудшие) значения, ограничивают возможность существования популяции, вида в данных условиях вопреки и несмотря-на оптимальное сочетание других факторов.[ . ]
Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине XIX в. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например, фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.[ . ]
В 1840 г. Ю. Либихом был сформулирован закон минимума, согласно которому развитие растений лимитируется не теми элементами питания, которые присутствуют в почве в изобилии, а теми, которых очень мало (например, цинк или бор). Закон минимума справедлив и для животных, и для человека. Здоровье человека определяется в том числе и специфическими веществами, которые присутствуют в организме в ничтожных количествах (витамины, микроэлементы).[ . ]
У каждого вида животных своя ниша, что сводит к минимуму возможность конфликта с другими видами. Поэтому в сбалансированной экосистеме присутствие одного вида обычно не угрожает другому. Адаптация к разным нишам связана с действием закона лимитирующего фактора. Пытаясь использовать ресурсы за пределами своей ниши, животное сталкивается со стрессом, т. е. с ростом сопротивления среды. Иными словами, в собственной нише его конкурентоспособность велика, а вне ее значительно ослабевает или пропадает вовсе.[ . ]
Дополнительное правило взаимодействия факторов в законе минимума: организм в определенной мере способен заменить дефицитное вещество или другой действующий фактор жизни функционально близким веществом или фактором (например, одно вещество другим, химически близким) — вызвало поток аналогичных постулатов. Среди них закон относительности действия лимитирующих факторов, или закон Лундегарда — Полетаева: форма кривой роста численности популяции (ее биомассы) зависит не только от одного вещества с минимальной концентрацией, а от концентрации и свойств других ионов, имеющихся в среде.[ . ]
Любой фактор, приближающийся к пределу толерантности, называется лимитирующим фактором. В 1840 г. Либих сформулировал принцип, названный позднее законом минимума Либиха, который звучит так: веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость урожая во времени. Либих сформулировал свой закон лишь для химических элементов (питательных веществ).[ . ]
Ясно, что для развития живых организмов важны и другие экологические факторы. Закон лимитирующих факторов рассматривает влияние всех факторов на биоценоз экосистемы, согласно ему любой экологический фактор, находящийся в минимуме, определяет состояние биоценоза.[ . ]
Взаимосвязанность действия элементов питания — наиболее обычное проявление закона минимума, но область его применения не следует сужать, потому что этот закон выражает основное и самое важное для сельского хозяйства понятие о взаимосвязанности действия, взаимозависимости всех факторов роста, каждый из которых может оказаться фактором, лимитирующим урожай.[ . ]
Выносливость организма, определяемая самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, характеризуется ЗАКОНОМ МИНИМУМА или ЗАКОНОМ Ю. ЛИБИХА. В соответствии с этим законом жизненные возможности организма лимитируют экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму. При дальнейшем их снижении происходит гибель организма или деструкция экосистемы.[ . ]
Наиболее общим объяснением причин формирования границ ареала вида служит правило ограничивающих факторов: факторы среды, наиболее удаляющиеся от оптимума экологических потребностей вида, лимитируют возможности его существования в данных условиях. Поскольку к лимитирующим факторам относятся любые условия существования вида — как абиотические, так и биотические, включая антропогенные,— правило ограничивающих факторов, ведущее свое начало от группы законов минимума (см. разд. 3.5.2), включая закон толерантности Шел-форда (см. разд. 3.5.1), практически дополнительно ничего не объясняет, а лишь резюмирует перечисленные закономерности.[ . ]
Закон равнозначимости и незаменимости факторов жизни растений, который устанавливает, что ни один из факторов жизни растений не может быть заменен никаким другим.
Независимо от количественной потребности в том или другом факторе жизни физиологически они одинаково необходимы растению.
Например, если растению (томатам) необходим микроэлемент бор в ничтожно малом количестве во время цветения для завязывания плодов, и он не будет дан растению, то это может нарушить нормальное плодообразование томатов и т.д.
Дефицит в том или ином факторе жизни определяется не только величиной потребности, но и запасами его в почве и притоком извне. Разница между потребностью и наличием фактора составляет величину дефицита, который должен быть покрыт соответствующими приемами агротехники, мелиорации или химизации.
Закон минимума, оптимума и максимума — “Величина урожая определяется фактором, находящимся в минимуме. Наибольший урожай осуществим при оптимальном наличии фактора. При минимальном и максимальном наличии фактора урожай невозможен”.
Впервые его сформулировал Либих. “Продуктивность поля находится в прямой зависимости от необходимой составной части пищи растения, содержащейся в почве в самом минимальном количестве” Он считал, что прибавка урожая прямопропорциональна увеличению питательного вещества, находящегося в минимуме. У = АХУ — урожай А — коэффициент пропорциональности для данного вида удобрений Х — количество питательного вещества.
В последующем Либих признал понижающий эффект одинаковых доз последовательно вносимых в почву удобрений или других факторов.
По мере удовлетворения потребности растения в недостающем факторе урожай повышается до тех пор, пока не будет ограничен другим фактором, оказавшемся в минимуме.
Закон совокупного действия факторов жизни растений
Все факторы жизни растений действуют совокупно, т.е. взаимодействуют в процессе роста и развития растений. На основании многих исследований, проведенных Либшером, Митчерлихом и др. исследователями были сделаны выводы, которые позволили вскрыть закон совокупного действия факторов жизни растений, который устанавливает, что для получения высоких урожаев с/х культур необходимо одновременное наличие или приток всех факторов жизни растений в оптимальном количестве.
Совместное действие факторов жизни растений проявляется не только в лучшем использовании растениями каждого из них, но и путем воздействия друг на друга.
Например, фосфорные удобрения сами по себе не оказывают влияния на количество доступной для растений воды, но, снижая транспирационный коэффициент и, способствуя более быстрому созреванию урожая, снижают общую потребность растения в воде.
Закон совокупного действия не устраняет закон минимума. Умение определить фактор, находящийся в данном случае в минимуме и воздействовать на него позволяет повышать урожайность при наименьших затратах труда и средств.
Закон возврата
Этот закон открыт Либихом: “Вещество и энергия, отчужденные из почвы с урожаем, должны быть компенсированы (возвращены в почву) с определенной степенью превышения.
Тимирязев и Прянишников признавали этот закон одним из величайших приобретений науки.
При систематическом отчуждении урожая с поля без компенсации использованных урожаем составных частей почвы и энергии почва разрушается, она теряет плодородие.
При компенсации выноса веществ и энергии из почвы она сохраняет свое плодородие, при компенсации веществ и энергии с определенной степенью превышения происходит улучшение почвы. Закон возврата — научная основа воспроизводства почвенного плодородия.
Законы земледелия широко используются в практике земледелия России
Например: интенсивное применение минеральных удобрений в Нечерноземной Зоне обусловило повышенную отзывчивость полевых культур на микроудобрения. Одновременно по мере интенсификации земледелия большую актуальность преобладает регулирование водного режима и кислотно-щелочных свойств почвы.
Высокая культура земледелия предполагает не только научно обоснованную систему удобрения, специализацию севооборотов, почвозащитные системы обработки почвы, приемы борьбы с сорняками, вредителями и болезнями. Но и в целом обязательное использование научно обоснованных почвозащитных зональных систем земледелия. Система земледелия хозяйства — это сложный комплекс, созданный исходя из требований законов земледелия.
На основе исследований Ю. Либиха, В. Р. Вильямса, Э. А. Митчерлиха, С. П. Кравкова, А. Н. Соколовского и др. были установлены и сформулированы важнейшие законы земледелия.
Закон незаменимости и равнозначности факторов жизни растений. Для нормального роста и развития растений в равной степени необходимы вода, воздух, тепло, свет, питательные элементы и другие факторы.
Ни один из этих факторов не может быть заменен другим.
3. Законы земледелия.
Нельзя заменить азот фосфором или калием, и наоборот. Отсутствие любого из них приводит к гибели растений. Даже при недостатке какого-либо микроэлемента, например марганца или меди, следует гибель растений, при этом недостаток марганца нельзя компенсировать цинком или бором.
Р. Вильяме подчеркнул непрерывность возрастания плодородия почв под влиянием сбалансированной системы одновременного воздействия на все факторы жизни растений. Факторы жизни растений равнозначны. Одностороннее воздействие на какой-либо фактор жизни растений без изменения других приводит к постепенному уменьшению эффекта от такого воздействия, а при определенных условиях может снизить урожай.
В качестве примера можно привести результаты исследований Гельригеля. По данным его опытов, каждое последующее увеличение влажности почвы на 10 % уменьшало прибавку урожая ячменя, а при влажности более 60 % ПВ урожаи стали снижаться. Воздействие только на один фактор (воду) вызвало в определенный период снижение урожая, а увлажнение до полной влагоемкости привело к гибели растений.
Закон минимума, оптимума и максимума. В зависимости от конкретных условий каждый фактор жизни растений может характеризоваться минимальным, максимальным и оптимальным значениями показателей.
Как при минимальном, то есть наименьшем количестве фактора, так и при его максимальном количестве создаются наихудшие условия для развития растения; только при оптимальной интенсивности фактора растение имеет наилучшие условия для своего развития.
Различные растения по-разному реагируют на интенсивность действия фактора: воды, тепла, света; так, есть растения теплолюбивые, влаголюбивые, светолюбивые и теневыносливые, морозостойкие и неморозостойкие, короткого или длинного дня, что необходимо учитывать при их возделывании.
Закон лимитирующего фактора. Установлено, что уровень урожайности зависит от количества фактора, находящегося в минимуме, так называемого лимитирующего, который снижает положительное действие всех других факторов.
Чтобы создать нормальные условия для развития растений, необходимо выявить лимитирующий фактор.
Например, недостаток азота в почве ослабляет рост и развитие растений, что отрицательно сказывается на их урожайности. Для устранения недостатка азота необходимо внести азотные удобрения, так как воздействие на другие факторы в данном случае не даст нужного эффекта.
Для различных природных зон характерны свои лимитирующие факторы: в таежно-лесной зоне — это низкое содержание питательных элементов и повышенная кислотность дерново-подзолистых почв; в степной зоне — недостаток влаги в южных черноземах и каштановых почвах.
Следовательно, для повышения урожайности сельскохозяйственных культур в таежно-лесной зоне необходимо вносить органические и минеральные удобрения, а также известковать кислые почвы, а в степной зоне — применять приемы по накоплению и сохранению влаги в почве.
Закон комплексного действия и оптимального сочетания факторов. Для повышения урожаев сельскохозяйственных культур необходимо оптимальное сочетание всех экологических факторов.
При комплексном действии изменение одного фактора влечет за собой изменение других факторов и при оптимальном сочетании повышается общая эффективность. Например, в результате применения удобрений повышается концентрация питательных веществ в почвенном растворе и растениям для образования органического вещества требуется меньше воды.
Закон возврата в почву питательных веществ. Сельскохозяйственные культуры ежегодно потребляют большое количество элементов питания из почвы (азота, фосфора, калия), которые отчуждаются вместе с урожаем.
Кроме того, в процессе водной и ветровой эрозии из почвы также выносится большое количество питательных веществ. В результате происходит истощение почв. Для предотвращения снижения почвенного плодородия необходимо возвращать в почву питательные вещества с помощью внесения удобрений.
Закон соблюдения правильного чередования сельскохозяйственных культур в полях севооборота. Культурные растения потребляют различное количество питательных веществ при создании урожая.
Например, зерновые культуры (пшеница, рожь, овес и др.) выносят из почвы сравнительно больше азота и фосфора, корнеплоды (сахарная свекла и картофель) — калия, бобовые культуры — кальция. Длительное возделывание той или иной культуры на одном поле приводит к истощению почвы элементами, выносимыми в большом количестве, а также вызывает поражение растений характерными для них вредителями. Для того чтобы избежать отрицательных последствий бессменных посевов, необходимо соблюдать правильное чередование сельскохозяйственных культур в полях севооборота.
Таким образом, формирование урожая и эволюция почвенного плодородия происходят в строгом соответствии с законами земледелия.
Научное понимание и практическое использование этих законов позволяют эффективно регулировать почвенное плодородие и получать высокие урожаи сельскохозяйственных культур.
Интересное
Основные законы земледелия и их значение.
Сущность закона заключается в том, что ни один фактор жизни растений нельзя полностью исключить или заменить другим; в обоих случаях гибель растения неизбежна.
Закон равнозначимости и незаменимости факторов жизни растений является основополагающим. Именно вследствие равнозначимости и незаменимости факторов проявляется действие других законов — минимума, совокупного действия.
Особенность этого закона такова, что в производстве его проявление мало заметно. Это объясняется тем, что в естественных условиях растения находят все необходимые для их роста и развития факторы, хотя в количественном отношении потребность в них и наличие их может быть самое различное.
Здесь уже вступает в действие законы минимума и совокупного действия.
Идя методом исключения физиологи растений и агрохимики установили состав полной питательной смеси. В 1859 г. растения в водных культурах в опытах И. Кнопа и Ю. Сакса впервые были доведены до созревания.
Закон минимума. Этот закон сформулирован Ю. Либихом в 1840 г. Он так описывает его действие: «Каждое поле содержит одно или несколько питательных веществ в минимуме и одно или несколько других в максимуме.
Это несколько сглаживает категоричность закона минимума, однако значительного повышения урожайности можно достичь лишь повышаяобеспеченность культур недостающими факторами.
В условиях Северного Казахстана в первом минимуме находится влага. Предположим, нам нужно выбрать, что в первую очередь применять: снегозадержание, лункование, искусственноеоструктуривание или другие приемы.
Все они прямо или косвенно улучшают водный режим почвы, но наиболее сильное воздействие оказывает снегозадержание.
При этом оказываются неизбежно затронуты другие факторы жизни растений: воздушный, тепловой, микробиологический и пищевой режим почвы и агрономы неизбежно вынуждены регулировать и их в соответствии с законом совокупного взаимообусловленного, а не изолированного действия факторов жизни растений. Только обеспечив растения влагой, можно рассчитывать на высокий эффект от применения удобрений, гербицидов, районированных сортов и т.д.
Формулировка закона дана В.Р. Вильямсом .
Закон оптимума говорит о том, что наибольший урожай достижим при оптимальном наличии каждого фактора жизни растений.
Каждое растение имеет оптимальные границы, в пределах которых обеспечение всеми факторами жизни оказывает наиболее благоприятное воздействие на урожай.
Это отчетливо наблюдается по отношению растений к температуре, свету, воде и другим факторам.
Однако оптимизация в обеспеченности растения каким-либо одним или несколькими факторами не приведет к успеху.Наибольший урожай возможен при одновременном наличии в оптимальном количестве всех факторов жизни растений.
Закон совокупного взаимообусловленного, а не изолированного действия факторов жизни растений. Его можно сформулировать следующим образом: комплекс факторов жизни растений представляет собой единое целое, все элементы которого неразрывно связаны друг с другом.
Воздействие на один из них влечет за собой изменение всего комплекса. Постоянный прогресс возможен лишь в том случае, когда воздействие направлено на весь комплекс факторов одновременно.
Каждый специалист должен быть глубоко убежден в том, что без учета действия этого закона нельзя рассчитывать на постоянный успех.
Закон возврата Ю.
«Элементы пиши растений, отчужденные из почвы с урожаем, должны восполняться до оптимума за счет внутрипочвенных процессов (химических, микробиологических и т.п.) и внесением удобрений.
Значение закона возврата для сохранения и дальнейшего повышения плодородия почвы чрезвычайно велико.
Однако в условиях недостаточно благоприятного климата, например засушливости, этот принцип не соблюдается. Наибольшее производство зерна с гектара севооборотной площади достигается в зернопаровых севооборотах, в которых кроме пшеницы, или пшеницы и ячменя других культур нет.
Законы земледелия
Изложенные в этой статье законы земледелия в разных научных источниках формируются с некоторыми различиями, но это не меняет их сути и смысла. Главное, что следует извлечь из этих постулатов современной агрономии — использовать плодородные свойства почвы следует очень осторожно и разумно, не подвергая ее истощению и, как следствие, убивая способность давать жизнь растениям.
Соблюдать эти законы обязаны все, чья деятельность так или иначе связана с использованием почвенных ресурсов, иначе наши потомки будут лишены счастья любоваться зеленью на Земле и получать натуральную пищу, возделывая ее плодородный слой.
Закон возврата питательных веществ заключается в том, что для поддержания плодородия почвы человек обязан восполнять запасы питательных веществ в ней, выносимых урожаем. Это восполнение осуществляется внесением органических и минеральных удобрений; применением специальных агротехнических приемов, способствующих разложению в почве растительных остатков и сохранению продуктов разложения; посевов специальных, удобряющих почву растений.
Простыми словами смысл этого закона можно выразить так: для поддержания плодородия почвы необходимо вернуть ей ту часть потерянных питательных веществ, которую человек забрал у нее в виде урожая. Ведь урожай (плоды, листва, коренья, стебли и т.
д.) должны были стать частью почвы, разлагаясь в ней, образуя гумус, тем самым поддерживая плодородные свойства. Поскольку человек собрал урожай, он должен возместить почве потерю в виде различных удобрений или иными агротехническими приемами.
Этот закон впервые был сформулирован немецким химиком Юстусом Либихом (1803 – 1873 г.г.), автором теории минерального питания растений, одним из создателей агрохимии. К. А. Тимирязев назвал этот закон величайшим приобретением науки.
Т. е. Ю. Либих неразрывно связывает процветание и гибель целых народов и цивилизаций с тем, как они относятся к земле (почве), на которой проживают.
На законе возврата питательных веществ основывается балансовый метод расчета норм удобрений, вносимых в почву.
Закон плодосмена утверждает, что более высокие урожаи получаются при чередовании культур на поле, чем при бессменных посевах.
Объясняется это тем, что разные культуры потребляют из почвы питательные элементы в разных количествах, при длительном их выращивании развиваются специфические вредители и возбудители болезней, определенные сорные растения.
Закон оптимума, минимума и максимума фактора жизни растения, который утверждает, что при прочих равных условиях наибольшую продуктивность растение дает, когда фактор имеется в оптимальном количестве.
Уменьшение и увеличение любого фактора жизни растения по сравнению с оптимальным снижает продуктивность, и при определенных для каждого растения минимальных или максимальных значениях фактора растение или не дает урожая, или погибает.
Так как растение развивается при одновременном действии многих факторов, отсюда следует закон незаменимости и равнозначности всех факторов жизни. В соответствии с этим законом ни один из факторов не может быть заменен другим. Например, нельзя недостаток или избыток влаги компенсировать повышенными нормами удобрения и т.
п. Равнозначность факторов заключается в том, что даже ничтожная потребность растения в каком-либо элементе питания, если она не удовлетворяется, приводит к нарушению роста и развития растения.
Основные законы земледелия и их использование в сельскохозяйственном производстве.
В земледелии очень важно оценить эффект от одновременного изменения нескольких факторов. Эта оценка вытекает из закона совокупности действия факторов жизни растения, согласно которому растение имеет небольшую продуктивность, когда все факторы находятся в оптимуме.
Закон совокупности действия факторов обосновывает необходимость и эффективность комплексных мелиораций, т. е. одновременное улучшение водного, воздушного, солевого и питательного режимов почв.
Законы земледелия (или агрономии) по своей сути кажутся простыми и даже наивными для современного человека. Но их смысловая информация вобрала в себя опыт многовековой деятельности человечества по выращиванию сельскохозяйственных культур растений.
И нельзя не согласиться с мнением великого таланта от биологии — нашего соотечественника К. А. Тимирязева об исключительной ценности этих законов и основополагающих выводов, сделанных гениями от агрономии, даже спустя десятки и сотни лет.
Читайте также: