Фактори життя рослин та закони землеробства

Земні та космічні фактори життя рослин

Для росту, розвитку і формування врожаю рослинами потрібно світло, тепло (космічні фактори), повітря, вода і поживні речовини (земні фактори) (мал..3).

Вивчення відношення рослин до факторів життя є основним завданням загального землеробства як науки.

Кожна рослина складається з води і сухої речовини. Суха речовина містить в середньому вуглецю – 45%, кисню – 42%, водню – 7%, азоту – 1,5%. Разом ці елементи становлять близько 95,5% маси сухої речовини, а зольні – 4,5%.

Органічні речовини рослин утворюються з вуглецю (з вуглекислого газу повітря), водню (з води), кисню (з води і повітря) та поживних речовин (з ґрунту, добрив, а деякі рослини – азот з повітря). Для проходження процесу фотосинтезу потрібні також світло, як джерело енергії, і тепло.

Суть другого завдання землеробства полягає в тому, щоб за допомогою агротехнічних заходів поліпшувати забезпеченість рослин усіма факторами та активізувати використання їх сільськогосподарськими культурами.

Якщо космічні фактори (світло і тепло) надходять безпосередньо до рослин, то земні фактори використовуються рослинами в основному через ґрунт. У ньому нагромаджуються і зберігаються доступні для рослин елементи живлення.

Характерною властивістю ґрунту є родючість, з виникненням і розвитком якої ґрунт став основним засобом сільськогосподарського виробництва.

В екстенсивному землеробстві ґрунт був для рослин єдиним джерелом води і поживних речовин. Тому тривалість його сільськогосподарського використання визначалась запасами в ньому цих факторів життя, тобто природною родючістю. Коли ці запаси вичерпувалися, ґрунт протягом 10 – 20 років не обробляли. Протягом цього періоду в ньому під дією природних процесів відновлювалася родючість, після чого його знову використовували для вирощування сільськогосподарських культур (перелогова система землеробства).

В сучасному інтенсивному землеробстві великого значення набуває трансформаційна функція ґрунту, тобто його здатність передавати рослинам внесені елементи живлення та воду. У зв’язку з цим зростає посередницька роль ґрунту, яка в кінцевому результаті забезпечує ефективність і рентабельність землеробства. Однак із зростанням інтенсифікації землеробства трансформаційна функція ґрунту, зумовлена природними факторами ґрунтоутворення, часто виявляється недостатньою і не забезпечує ефективності застосування факторів. Тому курс на всебічне підвищення родючості ґрунту є основним стратегічним напрямом у землеробстві.

 

Основні закони землеробства

Великою кількістю дослідів виявлено закономірності дії факторів життя рослин у процесі формування врожаю. В агрономічній науці їх називають законами землеробства. Вони визначають головні теоретичні положення землеробства як науки і основні принципи технології землеробства як галузі виробництва. Закони землеробства запобігають багатьом помилкам і сприяють ефективному використанню не лише землі, а й машин, знарядь та інших засобів виробництва. Додержання їх є обов’язковою умовою підвищення родючості ґрунтів та вирощування високих і сталих урожаїв сільськогосподарських культур. Відповідно до зростання рівня знань безпосередньо в агрономії та в інших суміжних науках закони уточнюються, відкриваються нові.

Одним з основних законів, що визначають умови розвитку рослин, є закон незамінності та рівнозначності факторів їх життя, сформульований В. Р. Вільямсом. Суть його полягає в тому, що всі фактори життя рослин абсолютно рівнозначні і незамінні. Відповідно до цього закону рослини повинні своєчасно забезпечуватися всіма необхідними для їх життя факторами і ні один з них не може бути замінений іншим. Усі фактори життя рівнозначні, тобто однаково потрібні рослинами, незалежно від того, в якій кількості вони використовуються ними. Так, маса води, яку рослини беруть з ґрунту, в кілька тисяч разів більша за масу поживних речовин. Проте це не означає, що вода для рослин є важливішим фактором, ніж поживні речовини.

Світло

Тепло

Космічні фактори

Рослина

Земні фактори

Вода

Поживні речовини

Повітря

з атмосфери

з ґрунту

з добрив

з атмосфери

з ґрунту

з ґрунту

Рис.. 3. Основні фактори життя рослин їх взаємодія

У сільському господарстві, де грунтово – кліматичні умови складаються по – різному, не завжди однаковою мірою доводиться турбуватися про кожен з факторів життя. Так, рослинам, безперечно, однаково потрібні волога і поживні речовини. Однак у посушливих районах степової зони України лімітуючим фактором здебільшого є волога, тому тут насамперед і найчастіше доводиться вживати заходів для забезпечення рослин водою (зрошення, снігозатримання тощо). На Поліссі з достатньою, а інколи надмірною кількістю опадів, де ґрунти містять мало елементів живлення, особливе значення мають заходи, спрямовані на забезпечення рослин поживними речовинами. На важких ґрунтах, які запливають, зменшується інтенсивністю надходження кисню до коренів рослин, тому тут потрібно вчасно забезпечувати аерацію ґрунту.

Багато уваги приділяють вивченню реакції рослин на різну кількість того або іншого фактору. Одним з перших законів, відкритих при цьому, був закон мінімуму, вперше сформульований Ю. Лібіхом. Відповідно до цього закону продуктивність поля перебуває в прямій залежності від необхідної складової частини поживних речовин, які ґрунт містить у найменшій (мінімальній) кількості. Лібіх сформулював цей закон щодо елементів живлення. Досліди, проведені пізніше Г. Гельрігелем з різною забезпеченістю рослин водою, Ю.Саксом – теплом, Е. Вольні – світлом, водою і поживною, показали, що закон мінімуму дійсний для всіх факторів життя рослин. В агрономічній науці цей закон ще відомий як закон обмежувальних факторів. Суть його, за В.П.Нарцисовим, полягає в тому, що розвиток рослин і рівень урожайності будь – якої культури зумовлює факторами, які містяться в недостатній або надмірній кількості, а також іншими обмежувальними причинами (хвороби, Сільськогосподарські шкідники, токсичні речовини тощо).

Дія закону мінімуму часто ілюструється рисунком під назвою «бочка Добенета». Клепки цієї бочки мають різну висоту і показують рівень забезпеченості рослин окремими факторами життя. Безперечно, що при зображеній на рисунку забезпеченості рослин факторами життя врожайність (рівень води в бочці) може досягти лише рівня найнижчої клепки (фосфорна кислота). Якщо цю клепку наростити, то вода в бочці підніметься до рівня наступної найнижчої клепки. В міру поліпшення забезпеченості рослин фактором, який знаходиться в мінімумі, продуктивність їх зростатиме до тих пір, доки в мінімумі не виявиться інший фактор. Пізніше було доведено, що і надмірна кількість будь – якого фактору також негативно впливає на рослину.

Близький за суттю до закону обмежувального фактора широко відомий закон мінімуму, оптимуму і максимуму. Вперше він був сформульований Саксом. За цим законом найвищий врожай можна мати при оптимальному рівні кожного фактора, зниження чи підвищення якого знижує врожай. При найменшому (мінімальному) чи найбільшому (максимальному) рівні одного з них врожаю не буде. Наприклад, насіння цукрових буряків починає проростати при температурі 4 – 5 ⁰С (це мінімум фактора). При цій температурі насіння проростає повільно, сходи недружні, підвищення температури прискорює проростання і появу сходів. Дружні сходи з’являються при температурі 8 – 9 ⁰С. Найбільш інтенсивно проростає насіння і ростуть рослини при температурі 20 – 25 ⁰С (це оптимум фактора). При температурі понад 30 ⁰С спостерігається пригнічення рослин, особливо при нестачі вологи. Дальше збільшення кількості тепла послаблює і при певній температурі припиняє ріст рослин (максимум фактора тепла).

Особливо велике значення в землеробстві має закон сукупної дії (взаємодії) факторів життя рослин. Основи цього закону сформулював наприкінці ХІХ ст. німецький дослідник Лібшер. Згідно з цим законом рослини тим продуктивніше використовують фактор, який знаходиться в мінімумі, чим більша кількість інших факторів знаходиться в оптимумі. Цим дещо розвивається і уточнюється положення закону мінімуму. Згідно з законом сукупної дії факторів для одержання високих і сталих урожаїв рослини слід забезпечувати всіма потрібними факторами життя в оптимальних співвідношеннях.

Переконливим прикладом щодо цього є дослід з картоплею, проведений в Українському науково – дослідному Інституті картопляного господарства, де вивчали вплив окремих факторів на підвищення її врожайності. При цьому приріст урожаю від застосування на насіння великих бульб становив 15 ц/га, від внесення добрив – 71 ц/га, поліпшеного догляду за посівами – 45 ц/га і від кращих строків посадки – 27 ц/га. Загальний приріст урожаю від усіх названих заходів, які застосовувалися ізольовано на окремих ділянках, становив 158 ц/га. Коли ж ці заходи здійснювалися разом на одній ділянці, приріст урожаю становив 224 ц/га, тобто комплексне застосування всіх заходів сприяло підвищенню врожайності на 66 ц/га порівняно з застосуванням кожного окремо.

Закон повернення поживних речовин у ґрунт був відкритий в середині ХІХ ст. Ю. Лібіхом. Суть його полягає в тому, що всі речовини, використані рослинами на утворення врожаю, треба повертати в ґрунт у вигляді добрив. Порушення цього закону, як вважав Лібіх, рано чи пізно призведе до виснаження ґрунту. Пізніше К. А. Тімірязєв зазначав, що вивчення про необхідність повернення речовин у ґрунт є одним з найвидатніших надбань науки. Потім цей закон уточнювався, розвивався та удосконалювався і тепер його формулюють так: у раціонально організованому господарстві всі біологічно важливі елементи живлення, винесені з урожаєм чи втрачені, треба повертати в ґрунт з деяким перевищенням, щоб забезпечити безперервне зростання врожаїв і підвищення родючості ґрунту.

До загальних законів землеробства належить і закон плодозміни, за яким на певному рівні потенціальної родючості ґрунту найвищої продуктивності сівозміни можна досягти за умов щорічної зміни в ній культур, найбільш віддалених за біологічними ознаками та агротехнікою вирощування. Цей закон вимагає, щоб на певному полі щороку або якомога частіше чергувалися культури різних біологічних груп. Плодозміна не виключає і чистого пару. В сучасному сільському господарстві на основі закону плодозміни ґрунтується принцип побудови сівозмін як обов’язкової складової частини систем землеробства.