АГРОИНФормация

Агропортал - все для специалистов агропромышленного комплекса

Законы и экологические принципы земледелия

Рассмотренные выше требования растений к факторам и условиям жизни показывают исключительную сложность их удовлетворения. Если же учесть, что каждый вид и даже сорт культурных растений имеет индивидуальные особенности роста и развития и нуждается в специфическом удовлетворении их жизненных потребностей, то эта проблема невероятно усложняется. В этой связи агрономическая наука всегда стояла перед необходимостью выявления и разработки законов и основополагающих принципов высокоэффективного земледелия и к настоящему времени достигла в этом определенных успехов.

На основании изучения взаимоотношений растений с отдельными факторами жизни было установлено, что отсутствие какого - либо из них влечет за собой приостановление роста и развития организма. Причем заменить один фактор другим, например свет теплом, воду питательными элементами при поддержании в оптимальных значениях остальных факторов, невозможно. Это положение было сформулировано В. Р. Вильямсом как закон незаменимости факторов. Он гласит, что ни один из факторов жизни растений не может быть заменен никаким другим. Как логическое следствие закона незаменимости факторов В. Р. Вильямс сформулировал второй закон земледелия — все факторы жизни растений равнозначны. В настоящее время оба этих закона чаще всего формулируются как один — закон незаменимости факторов жизни растений. Из этого закона становится очевидным, что в физиологическом отношении нельзя пренебрегать никакими элементами питания растений, хотя бы и потребляемыми в самых ничтожных количествах, чтобы не нарушать нормальный рост и развитие, не вызвать гибель растений. Сказанное относится и к другим факторам жизни растений.

Закон минимума, оптимума и максимума. Уже в XIX в. было уделено много внимания изучению реакции растений на отдельна взятые условия жизни при поддержании на определенном уровне всех других условий. Особую известность в этом направлении получили работы немецких ученых Ю. Либиха, Г. Гельригеля и Э. Вольни. На основании анализа результатов ряда точных опытов был сформулирован закон минимума, которым устанавливалась зависимость урожая растений от фактора, находящегося в относительном минимуме. По мере восполнения этого фактора урожай растений повышался до тех пор, пока он не был соответственно ограничен каким-либо другим фактором.

К. А. Тимирязев, обращая пристальное внимание на этот закон, прибегал к его наглядной иллюстрации с помощью кадки (рис. 3). Он писал: «Это — кадка, на отдельных звеньях которой надписаны различные составные части пищи растений и общие условия его существования. Звенья спилены на различной высоте, и понятно, что количество воды, которое может вместить эта кадка, зависит от уровня, соответствующего самому короткому звену. Так и в поле, очевидно, урожай зависит от того вещества или вообще условия, которого всего менее; напрасно стали бы мы увеличивать количество других, — высоту других звеньев, — большего урожая в нашу кадку — поле — мы не вместим. Определить, какое это вещество, — конечно, самый важный вопрос в каждом данном случае» (Тимирязев, 1937).

Г. Гельригель поставил серию вегетационных опытов по сравнительному изучению влияния различной влажности почвы на урожай наземной массы ячменя при прочих равных условиях. Графически результаты опытов изображены на рис. 4. Как видно, наивысший урожай был получен при влажности почвы, равной 60% от полной ее влагоемкости. При сухом состоянии почвы, а также при полном ее насыщении водой урожая не было. На основании опыта Гельригель пришел к выводу, что наибольший урожай отмечается при некотором оптимальном значении каждого фактора. Как уменьшение, так и увеличение фактора жизни от оптимального приводит к уменьшению получаемого урожая, а в исключительных случаях и к его отсутствию. На основании подобных опытов Саксом был сформулирован закон минимума, оптимума и максимума.

В действии этого закона можно убедиться и на примере такого фактора, как температура. Любой жизненный процесс в растении начинается при каком-то минимальном значениии температуры, протекает наилучшим образом при оптимальной температуре, замедляется, а затем совсем прекращается по мере дальнейшего повышения температуры (рис. 5). Рис. 5 построен по данным классического опыта Легенбауэра с водной культурой кукурузы. Количественная оценка скорости роста ее дана по этим данным в форме термофизиологических индексов, представляющих частное от деления часового прироста кукурузы на ее прирост при температуре 4,5°.

На рис. 6 отражена продуктивность фотосинтеза различных культур в процентах от максимума (Александров, Рассолов и др., 1975). На отрезках кривых в пределах температуры от минимума до оптимума скорость роста возрастает по мере увеличения температуры, что связано с повышением скорости ферментативных биохимических реакций, которая в указанных температурных пределах возрастает так же, как и при любой химической реакции. При дальнейшем повышении температуры возникают процессы, ослабляющие продуктивность фотосинтеза и вызывающие его прекращение при температурном максимуме.

Зона оптимума фактора жизни занимает определенный интервал, в границах которого рост и развитие растений при обеспеченности их другими факторами будут наиболее активными. По мере уменьшения или увеличения дозы фактора жизни, роста и развития растений будут идти процессы адаптации, закаливания к недостатку или избытку фактора. Реакция растений на переход из зоны активной вегетации в зону адаптации имеет свои особенности, зависящие от вида и даже сорта растений, стадии его развития и ряда других моментов. Так, при возвращении из адаптационной зоны в зону активной вегетации рост и развитие растений приходят в норму, хотя пребывание в адаптационных зонах оставляет определенный след на развитии растения. При дальнейшем уменьшении или увеличении дозы фактора растения попадают в зону повреждения от недостатка или избытка фактора. Последнее выражается в разрушении внутриклеточных структур, начинаясь с разрушения молекул белка. Далее идет дезаминирование образовавшихся свободных аминокислот, разрушение других структур. Образуются вредные и ядовитые продукты распада, разрушаются клеточные структуры, клетки, отдельные ткани и органы. Все это — зоны повреждения от недостатка или избытка фактора жизни растений. В пределах указанных зон происходят необратимые процессы в растениях. При возвращении в зону активной вегетации в результате процессов регенерации растения могут восстановить повреждения и продолжить вегетацию. Однако пребывание в зонах повреждений оставляет значительно больший след, чем пребывание в зонах адаптации. Зоны повреждения переходят в летальные зоны. Такую схему реакций растений на различные дозы некоторых факторов жизни растений хорошо иллюстрирует рис. 7 (Брежнев, Коровина и др., 1982).

Закон совокупного действия факторов жизни растений. Настоящий закон является логическим развитием ранее расмотренных законов и имеет особое значение в научной организации земледелия и в практике выращивания сельскохозяйственных культур и получения высоких урожаев. Вслед за однофакторными опытами ученые стали изучать одновременное действие на урожай двух, трех и большего количества факторов. Так, в опытах Э. Вольни при одновременном действии на растение яровой ржи факторов влажности, удобрений и различной степени освещенности урожай надземной зеленой массы в вегетационных сосудах возрастал (табл. 17). Аналогичные результаты были получены и другими учеными в нашей стране и за рубежом при сочетании тех же или других факторов жизни растений при работе со многими другими культурами. Выводы из этих опытов и из практических результатов земледелия позволили установить закон совокупного действия факторов жизни растений, который устанавливает, что для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур необходимы одновременное наличие или приток всех факторов жизни растений в оптимальном их соотношении.

Совместное действие факторов жизни растений проявляется также в лучшем использовании растениями каждого из них путем воздействия отдельных факторов друг на друга. В этой связи Либшер, проанализировав данные большого количества исследований* проведенных в конце XIX в., внес поправку к закону минимума, установив, что растение с тем большей продуктивностью использует находящийся в минимуме фактор, чем большее число факторов находится в оптимуме. Создание оптимальных условий всех факторов жизни растений позволяет в некоторой степени снизить отрицательное влияние фактора, оказавшегося в минимуме. Закон совокупного действия факторов жизни растений не устраняет закона минимума, согласно которому фактор, находящийся в минимуме, имеет ведущее значение в повышении урожая. Выявление оптимального количественного соотношения факторов жизни для конкретного сорта любой культуры в процессе роста и развития, умение определить фактор, находящийся в данное время в минимуме, и воздействовать на него позволяют повышать урожайность при наименьших затратах труда и средств. Однако это является наиболее сложной и трудной задачей научного земледелия, которая должна решаться в конкретных природных и хозяйственных условиях.

Закон возврата. Закон возврата веществ в почву был открыт в 1840 г. немецким ученым Ю. Либихом. Иногда его относят к законам почвоведения и агрохимии. Однако, поскольку закон возврата находит непосредственное применение в научном и практическом земледелии, он стал важнейшим законом современного земледелия.

Согласно закону возврата при нарушении баланса питательных веществ в почве в силу выноса их с урожаем, потерь вследствие эрозионных процессов, внутрипочвенного стока и ряда других причин его необходимо восстановить путем внесения соответствующих удобрений или другими агротехническим приемами. Нарушение этого закона приводит к утрате почвенного плодородия, снижению урожая и ухудшению качества продукции. Ежегодно с урожаем сельскохозяйственных культур выносится немалое количество различных веществ в зависимости от возделываемой культуры.

Так, с основной продукцией конопли — волокном — выносится до 200 кг азота, 62 — фосфора и 100 кг калия с 1 т волокна. С 1 г хлопка-сырца выносится 40 кг азота, 48 кг калия. Потенциальные запасы питательных веществ различных почв неодинаковы. Расчеты, проведенные для чернозема типичного, исходя из возделывания на нем пшеницы при ежегодной урожайности в 30 ц/га, с которой выносится из 20-сантиметрового слоя почвы 105 кг азота, 18 кг фосфора и 75 кг калия, свидетельствуют, что потенциальные запасы этих элементов неодинаковы и могут быть исчерпаны, особенно азота, в самое ближайшее время (табл. 18). В других почвах запасов питательных элементов значительно меньше. Практически полная мобилизация всех запасов невозможна, но мобилизация' ближних резервов в течение ближайших десятилетий вполне реальна и может привести к истощению почв. Отсюда следует, что необходимо не только обеспечивать бездефицитный баланс всех элементов питания растений в пахотных почвах, но и создавать определенный их запас. Большой дефицит питательных веществ в почвах является одной из причин все еще низких урожаев. Именна поэтому для устранения дефицита питательных веществ необходимо вносить в почву удобрения не только на компенсационной основе, но и в расчете на непрерывное повышение потенциального плодородия почвы с учетом роста урожаев.

Наряду с рассмотренными законами земледелия, имеющими всеобщий характер, научное земледелие руководствуется рядом экологических принципов.

Принцип соответствия (адекватности) культуры среде произрастания. В естественных биогеоценозах или экологических системах фитоценозы формируются в прямой зависимости от конкретных почвенно-климатических условий, а в агроэкологических системах они создаются искусственно, по воле человека. Поэтому агроэкосистемы нуждаются в специальных мерах по поддержанию их устойчивости и продуктивности. Возникает логическая необходимость заботиться о создании культурным растениям как важнейшим компонентам экосистемы таких условий, которые соответствовали бы их биологическим требованиям.

Соответствие культурного растения среде его произрастания или, наоборот, соответствие среды биологическим требованиям конкретного сорта является агроэкологическим принципом, имеющим первостепенное значение для рационального земледелия. Это касается как правильного размещения культур по полям и почвенно-климатическим зонам, так и агротехники их возделывания.

Принцип плодосмена связан с только что рассмотренным агроэкологическим принципом и основан на рациональном использовании факторов пространства и времени. Правильное размещение агрофитоценозов или посевов на полях и их смена или чередование по годам позволяют повышать устойчивость агроэкологических систем.

Принцип плодосмена лежит в основе учения о севооборотах, являющегося основополагающим в земледелии.

Принцип уничтожения или подавления конкурентов возделываемых культур. В конкретных условиях функционирования любой агроэкологической системы все факторы жизни растений в той или иной мере ограничены. При таких обстоятельствах создается острая конкурентная борьба за факторы жизни и жизненное пространство между культурными и сорными растениями, произрастающими в агрофитоценозах. Поскольку сорно-полевые растения, как правило, являются более жизнеспособными, более приспособленными, чем культурные растения, то создаются ситуации угнетения или гибели посевов. В связи с этим возникает острая необходимость уничтожения или подавления сорной растительности, проведения предупредительных мероприятий по засорению полей, чтобы обеспечить получение полноценного урожая. Эти мероприятия и изучаются в курсе общего земледелия.

Принцип защиты сельскохозяйственных растений. Культурные растения страдают не только от сорняков, но и от различных болезней, вызываемых вирусами, бактериями, грибами, а также от повреждений насекомыми и вредителями. Эти консументы, или потребители растительной продукции, паразитирующие на культурных растениях, а также на сорных и диких или эпизодически питающиеся ими, могут не только угнетать или портить посевы, но и начисто уничтожать их. Поэтому агрофитоценозы нуждаются в специальных мерах защиты от болезнетворных и вредных спутников агроэкологических систем. Защита растений от низших растений, грибов, бактерий рассматривается в курсе фитопатологии, от вредных насекомых — в курсе энтомологии.

Принцип выведения токсикантов из агросистем. Возрастающий объем применения минеральных удобрений и различных пестицидов— гербицидов, фунгицидов, инсектицидов, а также других химических средств защиты растений создает дополнительное, а порой излишнее давление на агроэкологическую систему. При таких условиях в случае неправильного использования химических веществ в почве могут накапливаться токсические соединения, сильно угнетающие сельскохозяйственные растения, а в отдельных случаях вызывающие их гибель. Почвы могут загрязняться также промышленными выбросами и другими отходами. По трофическим цепочкам токсиканты могут попадать животным и человеку, вызывая отравление. Поэтому предупреждение загрязнения агроэкосистем токсикантами и выведение их из почвы становятся необходимостью интенсивного земледелия и представляют собой одну из важнейших проблем защиты окружающей среды.

По мере развития науки могут быть выделены и другие агроэкологические принципы.

You are here