Закон минимума, оптимума и максимума.

Наибольший урожай может быть получен только при оптимальном количестве фактора. Уменьшение или увеличение его ведет к снижению урожая.

Интенсивность всех биологических процессов, протекающих в растениях, зависит от воздействующих факторов (рис.3.3). На биологической кривой имеется диапазон действующего фактора, при котором достигается максимум интенсивности биологического процесса. А при увеличении или снижении параметра фактора этот биологический процесс идет на убыль. Причем ширина «купола» указывает на биологическую устойчивость растений и характеризуется понятием толерантности. А значения параметров факторов, отвечающих «куполу» этой функции – это биологический оптимум.

Рис.3.3 Зависимость биологических процессов от интенсивности воздействия фактора.

Продуктивность растений ограничивается тем фактором, который находится в минимуме. По мере удовлетворения потребности растений в недостающем факторе урожай повышается до тех пор, пока он не будет ограничен каким-либо другим фактором.

Либих так сформулировал закон минимума: «Продуктивность поля находится в прямой зависимости от необходимой составной части пищи растений, содержащейся в самом минимальном количестве».

Выявление этой закономерности имело огромное практическое значение, так как применение минеральных удобрений впервые получило научную основу. Согласно этому закону при оптимальных прочих условиях уровень урожая определяется тем фактором, который находится в минимуме. Учитывая действие закона минимума, необходимо в первую очередь проводить такие мероприятия, которые будут действовать на фактор, находящийся в данный момент в относительном минимуме, например, снабжение растений влагой при недостатке ее в почве.

Ограничивающими (лимитирующими) могут быть запасы элементов минерального питания, влага (как недостаток, так и избыток), сумма активных температур, освещенность, физические и физико-химические свойства почвы и др.

Необходимо учитывать, что без улучшения фактора, находящегося в минимуме, вложения средств в оптимизацию других факторов не эффективны. Недостаток лимитирующего фактора не может быть компенсирован избытком другого (рис.3.4.).

Рис.3.4 Закон минимума или «бочка Либиха»

В формулировке известного немецкого агрофизика Э. Вольни это звучит так: «Фактор, находящийся в минимуме, тем сильнее влияет на урожай, чем больше остальные факторы находятся в оптимуме»

Если несколько факторов находятся в оптимуме, то их эффект усиливается (закон оптимума). Оптимизация нескольких факторов может повысить эффективность использования минимального фактора.

Закон максимума определяет, что избыточность фактора может стать причиной снижения продуктивности растений.

В то же время необходимо учитывать другие факторы, которые могут оказаться в минимуме после удовлетворения потребности растения в первом факторе, и предусмотреть мероприятия, направленные на регулирование факторов, находящихся во втором и последующих минимумах. Любой жизненный процесс в растении начинается при каком-то минимуме температуры, протекает наилучшим образом при оптимальной температуре, замедляется, а затем и совсем прекращается по мере дальнейшего ее повышения. Поэтому для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и более эффективного ведения земледелия необходимо не только учитывать факторы, которые есть или могут быть в минимуме, а проводить мероприятия таким образом, чтобы они всегда находились в оптимальных для растений количествах.

Закон возврата впервые был сформулирован 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.

Как применение закона сохранения материи к земледелию он обязывает для простого воспроизводства плодородия почвы возвращать все вещества, которые выносятся из почвы с урожаем или иным путем. Все вещества, используемые растением для создания урожая должны полностью возвращаться в почву с удобрениями. При систематическом отчуждении урожая с поля без компенсации использованных урожаем составных частей почвы и энергии почва теряет плодородие.

Урожай создается из материальных составных частей под воздействием факторов жизни растений, определенная его часть – за счет веществ, получаемых растениями из почвы как среды произрастания и посредника растений в обеспечении их этими факторами.

При систематическом отчуждении урожая с поля и без возврата использованных урожаем элементов питания и энергии теряется почвенное плодородие. Если же вынос веществ и энергии компенсируются и происходит с определенной степенью превышения, то почва не только сохраняет плодородие, но и повышает его. Согласно закону возврата, при нарушении баланса усвояемых питательных веществ в почве в результате их потерь, или вследствие выноса с урожаем его необходимо восстановить путем внесения соответствующих удобрений.

Вследствие неодинаковых почвенных и других условии и разнообразия возделываемых в Беларуси культур в минимуме могут находиться то одни, то другие факторы жизни растений, на которые необходимо воздействовать в первую очередь, поэтому систему агротехнических мероприятий следует применять творчески.

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.