1. Фактори життя рослин і закони землеробства

1. Фактори життя рослин

Для створення органічної речовини, в якій акумульована соняч­на енергія, необхідна для підтримання життєдіяльності усіх живих організмів, рослини повинні забезпечуватися певними речовинами і потоками енергії, що дістали назву факторів життя. Це — вода, поживні речовини, повітря, які називають земними або матеріаль­ними факторами, та світло і тепло — космічні або кліматичні фак­тори (рис 1).

Рис. 1. Схема взаємодії факторів життя

Земні фактори використовуються рослинами як матеріальні чин­ники для створення біомаси, а космічні — для забезпечення процесів життєдіяльності рослинних організмів, унаслідок яких і створюється вся біомаса, зокрема продукція (урожай), яка необхідна людям.

Біомаса рослин складається з води та сухої речовини. У сухій ре­човині міститься найбільше Карбону (вуглецю) — до 45 %, Оксигену (кисню) — до 42 % і Гідрогену (водню) — до 7 %. У сумі частка цих трьох елементів досягає 94 %, а решта припадає на Нітроген (азот) — до 1,5 % і зольні елементи — 4,5 %.Урожайність сільського­сподарських культур однаково залежить від достатнього забезпе­чення рослин усіма хімічними елементами, які входять до їх складу

і без яких неможливі нормальний розвиток рослин та нарощування біомаси врожаю.

Масова частка основних зольних елементів — Фосфору, Калію, Кальцію, Магнію, Сульфуру (сірки), Феруму (заліза) — коливається в рослинах від сотих часточок до кількох відсотків маси сухої речо­вини. їх називають макроелементами живлення. Інші, також жит­тєво необхідні зольні елементи — Бор, Манган, Молібден, Купрум (мідь), Цинк, Кобальт, Йод та інші знаходяться в дуже малих кіль­костях — тисячних і стотисячних частках відсотка. Їх називають мікроелементами.

Дія факторів життя на рослини, взаємодія їх між собою, викорис­тання їх рослинами та реагування на них рослин є надзвичайно складними процесами та явищами. У вивченні їх і полягає основне завдання науки землеробства. Завдяки надбанням цієї та всіх агро­номічних наук уже виявлено і певною мірою вивчено основні зако­номірності дії та взаємодії факторів життя і рослин, які відомі як закони землеробства.

2. Основні закони землеробства

Закономірності взаємовідносин між факторами життя і рослина­ми діють у природі незалежно від людини. Однак доскональне їх вивчення й розуміння дає людям можливість пристосовувати тех­нології вирощування культурних рослин до раціонального і найе­фективнішого використання цих закономірностей (законів) і спря­мовувати їх за допомогою заходів землеробства на забезпечення найвищої продуктивності сільськогосподарських культур у тих чи інших конкретних природних умовах. Знання законів землеробства, які визначають головні теоретичні положення його як науки і прак­тичні заходи, запобігає багатьом помилкам і сприяє ефективному використанню землі як основного засобу виробництва у сільському господарстві. Розглянемо найважливіші з них.

Закон рівнозначності та незамінності факторів життя, сформульований В. Вільямсом, є основним загальнотеоретичним законом землеробства. Він стверджував, що всі фактори життя рос­лин абсолютно рівнозначні й незамінні. Згідно з цим законом, рос­лини мають бути забезпечені всіма факторами без винятку для створення умов, необхідних для їх життєдіяльності, і замінити один фактор іншим неможливо, тому що всі вони однаково необхідні для рослин незалежно від того, в якій кількості ці фактори використо­вуються — у макро- чи мікрокількостях. Наприклад, незважаючи на те, що рослина з усіх факторів у кількісному вираженні найбільше використовує воду, це не означає, що вода є важливішим фактором, ніж будь-який життєво необхідний мікроелемент, що споживається рослиною в мізерно малій кількості.

Однак у практичному землеробстві закон рівнозначності та не­замінності факторів життя набуває дещо відносного значення. У зв’язку з відмінностями ґрунтово-кліматичних умов у різних приро­дних зонах рослини не однаковою мірою забезпечуються кожним фактором життя. У степовій зоні, наприклад, у найбільшому дефі­циті для рослин найчастіше буває волога, а в поліській зоні, на бід­них дерново-підзолистих піщаних та супіщаних ґрунтах — поживні елементи, зокрема азот, фосфор тощо. Тому землеробам доводиться піклуватися про забезпечення рослин насамперед тими факторами, яких найбільше не вистачає в конкретних умовах. Саме ці фактори за певних умов обмежують рівень продуктивності вирощуваних культурних рослин. Тут уже проявляється дія іншого закону — за­кону обмежувального фактора. Він був сформульований уперше німецьким вченим Ю. Лібіхом як закон мінімуму відносно елемен­тів живлення. Відповідно до нього продуктивність рослин прямо залежить від рівня забезпечення їх тими поживними речовинами, які містяться в ґрунті у найменшій (мінімальній) кількості. Пізніше у дослідах Г. Гельрігеля це було встановлено щодо забезпечення рослин водою, дослідженнями Ю. Сакса — щодо забезпечення теп­лом, а Е. Вольні — світлом, теплом і поживними речовинами. Таким чином, виявилось, що цей закон стосується не тільки елементів жи­влення, а всіх факторів життя.

Дія закону обмежувального фактора наочно ілюструється так званою «діжкою Добенека» (рис. 2). Клепки діжки, що умовно відо­бражують рівні забезпечення рослин окремими факторами життя, мають різну висоту. Найнижча клепка показує рівень забезпечення фосфорним живленням і є в цьому випадку обмежувальним факто­ром. Як неможливо наповнити діжку рідиною вище рівня зрізу цієї клепки, так і найнижчий ступінь забезпечення рослин цим факто­ром обмежує рівень їх продуктивності.

У міру підвищення забезпеченості рослин найбільш дефіцитним для них фактором зростає їх продуктивність доти, доки не стане обме­

жувальним інший фактор. Тоді потрібно підвищувати забезпечення рослин цим іншим фактором.

Я кщо ж різко підвищу­вати забезпечення яки­мось одним фактором, не змінюючи рівні інших, то продуктивність рослин може обмежуватись не дефіцитом фактора, а його надмірною кількістю. От­же, як недостатнє, так і надмірне забезпечення рослин будь-яким факто­ром життя обмежує їх продуктивність. Це відповідає закону мінімуму, оптимуму і мак­симуму, який за своєю суттю тісно пов’язаний з попереднім і згідно з яким найвища врожайність культурних рослин досягається за умови забезпечення їх факторами життя в оптимальних кількостях. Напри­клад, за мінімального забезпечення теплом за температури 4 — 5 °С насіння цукрових буряків проростає, але дуже повільно, сходи з’яв­ляються недружно. З підвищенням температури інтенсивність про­ростання насіння і появи сходів зростає і досягає максимуму за тем­ператури 20 — 25 °С. Подальше її підвищення призводить до сповіль­нення росту і за температури понад 30 °С рослини пригнічуються і далі припиняють ріст.

Розглянуті закони свідчать про те, що фактори життя діють на рослини не ізольовано, не незалежно один від одного, а вплив їх кількісних змін завжди залежить від ступеня забезпечення іншими факторами, тобто на продуктивності рослин позначається сукупна дія усіх факторів. Отже, в землеробстві діє ще один надзвичайно важливий закон — закон сукупної дії факторів, основи якого сформулював німецький учений Лібшер, а суть його полягає в тому, що найвища продуктивність рослин досягається за умов забезпе­чення їх усіма факторами життя в оптимальних кількостях і спів­відношеннях. При цьому спостерігається найвища ефективність від дії кожного фактора та позитивної взаємодії між усіма факторами. Цей закон вказує на те, що для отримання найвищих урожаїв куль­турних рослин потрібно комплексно застосовувати заходи оптиміза- ції забезпечення їх усіма факторами: і водою, і поживними речови­нами, і повітрям, і теплом, і світлом.

Досить важливу роль у землеробстві відіграє дотримання поло­жень закону повернення. У середині XIX ст. він був сформульова­

ний Ю. Лібіхом як закон повернення поживних речовин у ґрунт, і суть його полягала в тому, що всі поживні речовини, використані рослинами на створення врожаю, потрібно повертати в ґрунт з доб­ривами. Якщо цього не робити, то ґрунт поступово виснажується і врожайність вирощуваних на ньому рослин знижується. З часом цей закон уточнювався, поглиблювався і тепер розуміється так, що за систематичного обробітку ґрунту, використання інтенсивних тех­нологій вирощування сільськогосподарських культур та впливу ін­ших чинників з нього не тільки забираються поживні речовини, відчужені з урожаєм, а й втрачаються енергетичні ресурси, зміню­ються властивості ґрунтового середовища в бік погіршання (дегра­дації). Тому, згідно з цим законом, для збереження родючості ґрунту необхідно за допомогою заходів землеробства відновлювати в ньому всі фактори життя і властивості, втрачені ґрунтом у зв’язку з фор­муванням урожаю вирощуваних культур.

Відомий у землеробстві й закон плодозміни, згідно з яким за однакових ґрунтово-кліматичних і технологічних умов вищу вро­жайність сільськогосподарських культур забезпечує вирощування їх при правильному чергуванні в сівозміні, а не беззмінно на одному полі. При цьому найвищої продуктивності сівозміни можна досягти за умови щорічної зміни в ній культур, найбільш віддалених за біо­логією та технологією вирощування.

У сучасному сільськогосподарському виробництві, яке перехо­дить на умови ринкової економіки з приватною власністю на засоби виробництва, зокрема на землю, практичне землеробство має ґрун­туватись на якнайповнішому дотриманні законів наукового земле­робства. Надзвичайно важливо у кожних конкретних природних умовах виявляти і враховувати обмежувальний фактор під час ви­рощування відповідних культурних рослин, насамперед використо­вувати заходи, спрямовані на його оптимізацію. З підвищенням рі­вня забезпечення цим фактором обмежувальними можуть ставати інші фактори, що потрібно передбачати і застосовувати різні земле­робські заходи в комплексі (систему заходів) з тим, щоб одночасно забезпечити рослини більшістю факторів (якщо неможливо всіма) в оптимальних кількостях і співвідношеннях. Це положення особливо важливе в разі застосування інтенсивних технологій вирощування сільськогосподарських культур, коли таке оптимальне забезпечення усіма факторами потрібно створювати поетапно, за фенофазами ро­сту і розвитку рослин. При цьому систему заходів слід застосовувати з урахуванням конкретних умов навколишнього середовища і по­треб рослин. На основі цих положень розробляються раціональні системи землеробства як комплекси заходів, спрямованих на забез­печення високих урожаїв сільськогосподарських культур і збере­ження та підвищення родючості ґрунту в кожних конкретних зона­льних умовах сільськогосподарського виробництва.