Основы земледелия

1. Основные законы научного земледелия

Интенсификация сельского  и лесного хозяйства требует знания основных законов научного земледелия.

Закон возврата. Этот закон впервые был высказан Ю. Либихом в 1840 году. Он указывал, что с каждым урожаем с поля отчуждается определенное количество питательных веществ. Поэтому, если мы хотим поддерживать урожай на прежнем уровне, необходимо ежегодно возвращать в почву все минеральные вещества, вынесенные с урожаем. Для повышения урожая нужно ежегодно возвращать в почву больше 
питательных веществ, чем увозится с поля. Основанием для «закона возврата»  являются  многочисленные определения выносов азота, фосфора, калия с урожаем культур, например, при уборке бобовых порядка 20-25 ц /га на сено с листьями и семенами выносится из почвы до 25-50 кг азота, 8 кг фосфора, 45 кг калия с 1 га площади. Однолетние сеянцы сосны за лето выносят из почвы 45-62 кг азота, 8-12 кг фосфора и 
14-21 кг калия с 1 га площади, а двулетние сеянцы сосны за вегетацию забирают из почвы на площади в 1 га 130-150 кг азота, 27-30 кг фосфора и 40-47 кг калия. Доказательством действия «закона возврата» является низкий выход сеянцев древесных пород плохого качества на питомниках.

Внесение удобрений повышает выход высокосортного посадочного материала с единицы площади. Таким образом, закон возврата возлагает на человека обязанность с целью восстановления плодородия почвы возвращать взятые из нее урожаем питательные вещества. Однако Ю. Либих не мог при том уровне развития наук оценить значение 
биологических процессов, происходящих в почве и играющих большую роль в малом биологическом круговороте веществ. Л. И. Вигоров (1974) отмечает упрощенное одностороннее понимание сложных отношений между растением и почвой, даваемое законом возврата. Растения не только забирают питательные вещества из почвы, но способны в определенной    мере поддерживать почвенное плодородие.   На определенном    уровне.      Известно, что растения переводят малорастворимые   труднодоступные формы элементов питания в легкодоступные. При выращивании бобовых растений происходит 
усвоение азота из воздуха бактериями, поселяющимися на корнях, и возмещение выноса этого элемента с урожаем. Прижизненное отмирание части корней растений,  запашка листопада и других органических остатков приводит к образованию гумуса. Появление свежего гумуса усиливает жизнедеятельность микрофлоры и перевод труднодоступных 
минеральных и органических элементов питания в легкодоступные для растений соединения.   Не учитывается   законом возврат    и обогащение почвы азотом за счет свободноживущих бактерий - азотофиксаторов. Известно, что азотобактер и клостридиум за вегетационный период на площади в 1 га могут связать и перевести в доступную форму от 20 до 40 кг азота воздуха. Часть азота от 3 до 5 кг на 1 га образуется при грозовых разрядах и выпадает с дождевой водой на почву. Запасы таких элементов, как калий, магний, железо, сера в большинстве типов почв настолько велики, что могут обеспечить растения несколько столетий и в их возрасте нет необходимости. И все же, несмотря на ряд дополнений, основная мысль, выраженная в законе возврата, сохраняет свое значение, т.е. для получения устойчивых и богатых урожаев на одном и том же поле необходимо ежегодно пополнять вынос элементов питания, баланс которых нарушается при выращивании той или иной культуры. И особенно закон возврата проявляет себя на питомниках, где на одном и том же поле в течение 2-3 и более лет выращивается один вид 
древесной растительности, причем, посадочный материал выкалывается из почвы с основной массой корней и переносится на лесокультурную площадь. Почва при этом обедняется минеральными элементами питания и снижается содержание гумуса.

Действие закона возврата не ограничивается влиянием только на элементы питания. Оно распространяется на все факторы жизни растений. Так, в засушливых условиях постоянно необходимо пополнять запасы почвенной влаги, в районах избыточного увлажнения, напротив, применять приемы, способствующие испарению влаги и улучшению аэрации почвы.

Законы незаменимости  и равнозначимости факторов жизни растений. Взаимоотношения растений с отдельными факторами их жизни были и остаются предметом научных исследований отечественных и зарубежных ученых. В. Р. Вильяме сформулировал законы незаменимости и равнозначимости факторов жизни растений. 
В результате большего числа проведенных опытов установлено, что ни один из факторов жизни растений не может быть заменен другим. Это первый закон земледелия — закон незаменимости факторов жизни растений. Из этого закона следует, что, сколько бы мы не вносили удобрений, они не могут возместить недостаток воды, фосфор нельзя заменить калием, свет — теплом. Как логическое следствие закона незаменимости факторов вытекает вывод о физиологической их равнозначимости.

Второй закон земледелия гласит: все факторы жизни растений равнозначимы, т. е. независимо от количественной потребности в том или другом факторе жизни физиологически они одинаково необходимы растению.   Ничтожная   потребность   растения   в   каком-либо микроэлементе, если она не будет удовлетворена, может нарушить нормальный ход роста и развития или привести растение к гибели, точно 
так же, как и отсутствие фактора, потребляемого растением в больших количествах.

Учитывая большое разнообразие почвенных и климатических условий при выращивании культурных растений, в одних условиях приходится заботиться об удовлетворении потребностей растений в воде, в других — создавать лучший тепловой режим, в-третьих — обеспечивать элементами минерального питания. Чтобы обеспечить 
растения в оптимальном соотношении светом, теплом, водой, пищей, необходимо уметь определить их потребное количество и правильное сочетание. Все попытки поднять урожайность без учета действия этих законов никогда не имели успеха.

Закон оптимума, минимума и максимума. Учеными был проведен ряд опытов по определению влияния факторов жизни и их количественного выражения на урожай. Так, немецкий ученый Г. Гельригель в 8 сосудах одинакового размера, наполненных одинаковой по плодородию почвой, выращивал ячмень. Влажность в них поддерживалась в продолжение опыта равной: в I сосуде — 5, во II — 10, в III - 20, IV—30, V —40, VI —60, VII — 80, VIII-—100%. Урожай составил соответственно: 1, 63, 146, 172, 217, 227, 197,0 дцг. Изучение одного фактора (влаги) при одинаковых прочих условиях привело Г. Гельригеля к выводу, что «максимальный урожай можно получить при оптимальном 
выражении фактора. При отсутствии фактора или при избыточном количестве его урожай получить нельзя». Это заключение было названо «законом оптимума». Иногда под ним понимают три закона: «минимума», «оптимума», «максимума». Проверка опыта всегда дает тождественный результат.

Немецкий ученый Э. Вольни изменил  одновременно три фактора: свет, пищу и влажность почвы. Урожай наземной массы ржи в вегетационных сосудах был следующий.

Сосуды: с неудобренной почвой   с удобренной почвой 
Влажность почвы (%отПВ)     20 40  60             60 
Урожай в дцг при освещении:

сильном                110 320 403               584 
среднем               95 218 274              350 
слабом                                                             88     185  208                                                     223

Из этих данных видно, что при одновременном обеспечении растений тремя факторами жизни урожай повышается.

Закон совокупного действия факторов жизни. Для получения высокой урожайности необходимо наличие или приток всех факторов жизни в оптимальном соотношении. Фактор, находящийся в природе в минимуме, называется ограничивающим фактором. Наша задача — определить в природе ограничивающий фактор и воздействовать на него. Но иногда в хозяйстве нет возможности воздействовать на недостающий фактор. В этом случае воздействие на другие факторы будет сказываться на урожайности. Например, при недостатке в почве азотных солей внесение марганца приведет к лучшему использованию имеющегося азота. Образовательные клетки растения, получив марганец, начинают более выгодно использовать азот. В засушливых районах на засоленных почвах  внесение  соединений  цинка  повышает  коэффициент 
продуктивности транспирации в выгодном для растения направлении. Выяснилось также, что большое значение для ослабления действия ограничивающих факторов имеет адаптация (приспособительная перестройка) растений. Так, начиная испытывать недостаток в воде, растение перестраивает особенности  своих водоудерживающих 
коллоидов и повышает жаростойкость. Или, напротив, при наступлении пониженных температур 12—15°С вместо оптимальных 30—35°С происходит приспособительная перестройка многочисленных ферментов таким образом, что снижается их температурный оптимум.           

Все факторы жизни растений взаимосвязаны, взаимообусловлены. Иными словами, при недостатке тепла нужно улучшать водный режим, пищевой и световой — это облегчит условия существования растений. При этом чем больше факторов улучшается, тем сильнее ослабляется действие фактора минимума. В земледелии, прежде всего, необходимо выяснить, какой фактор среды главное препятствие для получения высоких урожаев. Необходимо помнить, что, установив и устранив один фактор-минимум, мы можем обнаружить, что теперь в неблагоприятном направлении оказалось другое условие жизни растений и следует улучшить его. Например, внесение равных доз азота ведет к тому, что вначале урожай увеличивается, но дальнейшее повышение дозы удобрения может привести к угнетению растений или даже гибели. Такой же результат можно получить при переувлажнении почвы. Если же одновременно изменить многие факторы, то удачно подобранный комплекс условий жизни растений будет способствовать нарастанию урожаев. Следовательно, закономерность, имевшая место при равномерном изменении одного условия жизни, полностью устраняется при использовании комплекса условий. Учение об ограничивающих факторах показывает, что для повышения качества выращиваемой продукции необходимо гармоничное и равномерное обеспечение растений всеми условиями жизни в нужных количествах и в соответствии с изменяющимися запросами растений, то есть растениям нужно давать то, что нужно, тогда, когда нужно, в нужном сочетании и нужном количестве. Для получения высоких урожаев необходимо одновременное наличие или приток всех факторов жизни растений в оптимальном соотношении — так гласит закон совокупного действия факторов жизни растений.

Закон непрерывного увеличения плодородия почв и возможности   непрерывного  наращивания  урожаев.   Закон непрерывного наращивания урожаев Л. И. Вигоров (1974) сформулировал следующим образом: «В природе почв и природе растений имеется неограниченное количество особенностей, позволяющих непрерывно 
наращивать урожай. Каким бы большим не был уже достигнутый урожай, он является лишь итогом для дальнейшего увеличения урожая». Изучение почв обнаружило ряд резервов, которые пока еще почти не используются для повышения плодородия и увеличения урожаев. Это потенциальные свойства почвы.

Первым резервом плодородия почвы является микробоценоз. Современные микроскопические обитатели почвы представляют сообщество — микробоценоз, сложившийся в процессе эволюции со своими особенностями для каждого типа почв. Однако не во всех случаях микробоценозы полезны для растений. Одни из них вызывают поражение корневой системы, другие губительно действуют на ассимиляционный аппарат, третьи снижают содержание в почве доступного азота, четвертые разрушают гумус и т. д. Кроме того, полезные микробы (азотобактер, фосфоробактерии и другие) отличаются на неплодородных почвах низка активностью. Поэтому в настоящее время начались работы по созданию улучшенных почвенных микробоценозов.

Вторым резервом повышения плодородия почв является гумус (почвенное органическое вещество). Он в плодородии почвы занимает ведущее положение, так как определяет водный, солевой и микробный режимы почв, является детоксикатором, обезвреживающим избыток минеральных удобрений и способствующим разложению гербицидов Содержание гумуса зависит от типа почвы, так подзолистые почвы 
содержат 2-3% гумуса, черноземные — 12-15%. Гумус различных почв отличается по буферной способности, интенсивности обезвреживания солей, способности к освобождению солей, минерализации под действием микробов и ряду других признаков. В настоящее время человек научился обогащать почву гумусом, однако создавать лучшие типы гумуса, более ценные, чём природный гумус, он пока не умеет. Эта потенциальная возможность повышения почвенного плодородия будет изучаться, осваиваться. Сейчас стоит задача получения синтетического гумуса.

Третьим резервом повышения плодородия почв являются микроэлементы. Запасы их в почвах, за исключением железа, не только не потны, но и сами микроэлементы зачастую находятся в труднодоступном состоянии. Подкормки не создают оптимального режима питания растений. Введение в почву искусственного песка как источника доступных элементов представляет лишь первую попытку изменить микроэлементный режим почв. Потенциальные возможности этого улучшения плодородия почв велики.

Четвертым резервом повышения плодородия почв являются питательные органические вещества почвы. Растения из почвы поглощают различные органические вещества. Среди них большое значение имеют регуляторы роста и развития растений. Так, гормон ризокалин усиливает ветвление корней, гетероауксин стимулирует рост 
стеблей и корней, травматин ускоряет заживление ран, гиббереллин определяет скорость цветения многих растений, каолин продлевает жизнь листьев. Микроорганизмы, вырабатывающие эти вещества, распределены в почве неравномерно, иногда очагами, порой вытесняются из почвы более активными видами. Многие из них не способны к образованию нужных биологически активных соединений. Некоторые образуют 
токсины и антигормоны. Усиление образования в почве природных гормонов, улучшающих почву, представляет еще одну неиспользованную потенциальную возможность почв. Однако всегда следует помнить, что при решении вопросов повышения плодородия почв должны прогнозироваться отдельные последствия вмешательства человека в жизнь почвы.

2. Значение пищи в жизни растений, регулирование пищевого  

режима почв.

Питательный режим, методы регулирования пищевого режима почв. В состав сухой массы растений входит несколько десятков химических элементов: макроэлементы (углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, железо, сера) и микроэлементы (бор, марганец, медь, цинк, молибден, кобальт и др.). 
Углерод, кислород, водород и азот входят в состав органической массы растений, их называют органогенными, остальные — зольными элементами. Углерод, кислород, водород составляют 93-94% сухой массы растений, усваиваются растением из воздуха в процессе фотосинтеза, а азот и все зольные элементы растения берут из почвы. 
Каждый элемент питания имеет определенное значение в жизни растений. В природе существует закономерность в потреблении элементов питания растениями. В начале вегетации растения нуждаются в большом количестве азота, калия и микроэлементов, к 
концу вегетации возрастает потребность в кальции, магнии, в кремнекислоте и алюминии. В молодом возрасте древесные растения из почвы забирают большое количество азота, в период плодоношения —фосфор.

Азот входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Растения содержат в среднем 1,5—4,3% азота от своего веса в сухом состоянии. Больше всего его в семенах и в зерне. Свободный азот воздуха растениям недоступен. Они усваивают азот в виде неорганических соединений нитратов и солей аммония. Источником азота для растений являются органические остатки и органическое вещество почвы, разлагаемое 
почвенными микроорганизмами в процессе аммонификации и нитрификации, то есть под воздействием микроорганизмов азот органических веществ переводится в доступную растениям форму NО₃ и N114. Вторым источником азота является свободный азот воздуха, связанный азотофиксирующими бактериями. Наиболее известны 
азотофиксаторы — бактерии из рода Rhizobum, образующие клубеньки на корнях бобовых, актиномицеты, обитающие в корнях ольхи, лоха, облепихи. Они выделяют вещества, вызывающие усиленное деление клеток в паренхиме корня и образование клубеньков. Среди азотофиксаторов   есть   свободноживущие   бактерии   С1ostridium 
pasterianum, Azdtobacter chroococcum, дрожжи, микроорганизмы, находящиеся в симбиозе с другими растениями. Естественным источником азота для растений являются соли азотной кислоты, образующиеся при атмосферных электрических разрядах, и аммиак, 
который содержится в воздухе как продукт наземных процессов гниения. Азот вносится в почву искусственно в виде минеральных удобрений, так как в почве часто наблюдается его дефицит, связанный с неблагоприятными  условиями  для  деятельности     почвенных 
микроорганизмов: высокой кислотностью почвенного раствора, низкими или высокими температурами, плохой аэрацией. Так, бедны доступными формами азота почвы заболоченные, торфянистые, подстилаемые вечной мерзлотой, азотное голодание наблюдается ранней весной,  когда микроорганизмы недеятельны из-за низкой температуры почвы. Большое количество  азота  выносится из  почвы  при  сборе урожая сельскохозяйственных культур, рубках леса, выкопке посадочного материала, сенокошении. При недостатке азота у растений появляются признаки «голодного склероза» или пейноморфоза: мелкие листья, мелкоклеточные ткани, утолщение клеточных стенок. Недостаток азота ведет к снижению содержания хлорофилла в листьях, недоразвитию побегов и цветков, карликовому росту. Различные виды растений 
неодинаково относятся к содержанию доступного азота в почве. Растения, особенно требовательные к азоту в почве, называются нитрофилами. К ним относится малина, бузина красная, чистотел, белена, крапива, щирица запрокинутая. Растений нитрофобов практически нет, однако чрезмерные дозы азота в почве вредны для растений, например, на пастбищах в местах со слишком большим содержанием аммонийного, азота наблюдается «выгорание» травостоя. Избыток азота значительно увеличивает период вегетации, затягивает созревание плодов и зерна, снижает морозостойкость древесных растений.