2.1. Дія законів землеробства в умовах зрошення

У зародку кожної насінини закладена генетична програма росту і розвитку рослини до одержання нового насіння. У програмі зумовлена багатоваріантність рішень залежно від зовнішніх умов, що створюються під час вегетації. Без впливу зовнішніх умов, або факторів життя, генетична програма не може бути реалізована.

Вплив зовнішніх умов на рослину регламентується законами землеробства. Закони землеробства – це закони природи, які розкривають необхідні, постійно повторювані закономірні зв'язки рослини із зовнішніми умовами. Кінцевим результатом цього процесу є сформований урожай.

Умови, необхідні для нормального процесу життєдіяльності сільськогосподарських культур, розглядаються як фактори врожаю. Багатовіковий досвід переконує в тому, що жоден фактор не може бути замінений у фізіологічному відношенні іншим. У цьому полягає їх рівнозначність для рослин. Відсутність будь-якого фактора нарівні з іншими припиняє життєдіяльність рослин. Ці закономірності розкривають суть закону фізіологічної незамінності й рівнозначності факторів урожаю. Для одержання найбільшої продуктивності рослин всі фактори повинні бути оптимізовані й діяти спільно.

Закон спільної дії факторів найповніше може бути реалізований у посушливій місцевості при зрошенні і є теоретичною основою одержання запланованих урожаїв.

Закон мінімуму. Фактори рівнозначні тільки у фізіологічному відношенні. Роль їх у формуванні врожаю різна залежно від ступеня задоволення потреб рослин. Рівень урожаю найбільше залежить від того фактора, якого рослині найбільше не вистачає, тобто від фактора, що знаходиться у найбільш глибокому мінімумі. Цю закономірність називають законом мінімуму.

Згідно з цим законом у посушливій місцевості урожай сільськогосподарських культур у найбільшій мірі залежить від кількості вологи, що використовується рослинами, і докорінне перетворення цих умов пов'язане з розвитком зрошення.

Закон взаємодії факторів. Фактор мінімуму обмежує можливість використання рослинами і ефективність усіх інших умов життя. Отже, фактори життя взаємозалежні й знаходяться у взаємодії між собою. Численні дані, одержані вченими, дали змогу сформулювати закон взаємодії факторів життя рослин і урожаю. Він займає центральне місце серед інших законів землеробства і відображає у сфері землеробства закономірність, охоплюючи всю природу – взаємозв'язок і взаємообумовленість її явищ. Суть закону полягає в тому, що ефективність будь-якого фактора тим вища, чим краще рослини забезпечені всіма іншими умовами життя.

Взаємозв'язок і взаємозалежність факторів відзначена ще Ю. Лібихом. У 1855 р. він писав: «Елемент, який повністю відсутній або не знаходиться в потрібній кількості, заважає іншим поживним сполукам проявляти їх ефект або, принаймні, зменшує їх поживну дію».1

У більш загальній формі закон сформульований В. Р. Вільямсом: «...найбільша ефективність усякого фактора здійснюється тільки при повній забезпеченості рослини всіма іншими факторами». (Почвоведение.– М. : Сельхозгиз, 1946.– 269 с).

Для теорії і практики зрошуваного землеробства особливе значення має взаємодія зрошення і добрив. Зрошення дає тим більший приріст урожаю, чим краще рослини забезпечені поживними речовинами. Про це добре свідчать трирічні дані, одержані на Миколаївській обласній державній сільськогосподарській дослідній станції (табл. 1).

1. Вплив зрошення і добрив на врожайність зерна кукурудзи (дані Кириченко В.П.), ц/га

Якщо на неудобреному фоні приріст урожаю зерна кукурудзи від зрошення становив 23,9 ц/га, то на фоні подвійної норми добрив – 61,9 ц/га. Добрива підвищили ефективність зрошення майже в три рази. Зрошення, в свою чергу, підвищило ефективність добрив. На неполивному фоні подвійна норма добрив збільшила врожай зерна лише на 5, а на фоні зрошення – на 43 ц/га. Добрива були більше ніж у вісім разів ефективніші в поливних умовах.

Зрошення і добрива, при нормальних їх дозуваннях, діють в одному напрямку і кожний з цих факторів підвищує ефективність іншого. У цьому проявляється явище синергії, яке важливо правильно використовувати для підвищення ефективності зрошуваного землеробства.

Ефект взаємодії – конкретна величина, і її можна встановити таким розрахунком за даними, наведеними в таблиці 1. Підвищення врожаю від добрив без застосування поливів – 5 ц/га, а від зрошення на неудобреному фоні – 23,9 ц/га Сума збільшення врожаю при окремій дії факторів – 5+23,9=28,9 ц/га. Від спільної дії зрошення і добрив одержане збільшення врожаю зерна, яке становить 90,7–23,8=66,9 ц/га. Отже, ефект взаємодії зрошення і добрив становить 66,9–28,9=38 ц/га.

У правильному використанні закону взаємодії факторів і явища синергізму наявні резерви значного підвищення ефективності зрошуваного землеробства.

Результати регресивного аналізу багатофакторних дослідів, проведених на півдні України, дають можливість зробити висновки, що частка зрошення в змінах урожаю досягає 70‑80%. Після того як вода, що є фактором першого мінімуму, виводиться із цього стану зрошенням, відкривається другий мінімум – нестача поживних речовин, і до добрив переходить вирішальний вплив на врожай. Частка їх участі у змінах урожаю в цих умовах становить 60‑70% і більше.

Необхідний пошук оптимального поєднання рівнів водопостачання і живлення рослин для кожної культури і природних умов.

Позитивна взаємодія факторів і явище синергії відмічаються в межах дозувань, що не перевищують оптимум, тобто до тих пір поки не порушується закон оптимуму. Перевищення оптимуму призводить до зниження врожайності. Особливість дії цього закону в умовах зрошення полягає в тому, що на фоні зрошення оптимальні дози добрив значно підвищуються.

Так, за даними К. С. Лисогорова (1979), для гібрида кукурудзи Таврія оптимальна доза на неполивному фоні становила – N₆₀P₆₀, а при посиленому зрошенні – N₁₂₀P₁₂₀.

Закон дії факторів. У землеробстві доводиться враховувати закон дії факторів, який у західноєвропейській літературі називається закономМітчерліха. Закон підтверджує, що збільшення врожаю залежить від кожного фактора росту і його інтенсивності; воно пропорційне різниці між можливим максимальним і дійсно одержаним урожаєм (Рюбензам Э., Рауэ К. Земледелие.– М. : Колос, 1969.– С. 112‑118). Це означає, що кожне рівне наступне збільшення дози фактора дає все менші збільшення врожаю.

Для води як фактора врожаю закономірність ця відмічена в дослідах Гельригеля, для елементів живлення підтверджена численними дослідамиМітчерліха, який виразив закономірність математично:

,

де А – найвищий максимальний урожай, ц/га; у – дійсно одержаний урожай, ц/га; с –коефіцієнт використання окремих факторів росту; к – частка внесеного фактора росту, включаючи частину його, яка міститься в ґрунті.

Закон Мітчерліха дійсний в обмеженій області, коли змінюється тільки один фактор, а всі інші залишаються на попередньому рівні, що не характерно для виробничих умов.

В умовах виробництва, згідно з його можливостями, приводяться в дію всі найважливіші матеріальні фактори життя. Створюються умови для виявлення ефекту універсального закону взаємодії факторів.

Тенденції законів дії (закону Мітчерліха) і взаємодії протилежні. Це підтверджують дані наведеної вище таблиці 1. Перша норма добрив на фоні зрошення підвищила врожайність на 23,9 ц/га, друга, згідно із законом Мітчерліха, тільки на 19,1 ц/га.

У той самий час на фоні більших норм добрив, у зв'язку із законом взаємодії, ефект зрошення зростає, забезпечуючи збільшення врожаю від 23,9 до 61,9 ц/га.

Закон взаємодії пояснює причини особливого значення для врожайності фактора мінімуму. Цей фактор, у посушливій місцевості вода, знаходячись у гострій нестачі, обмежує використання інших факторів – у даному випадку світла, тепла, поживних речовин. Для поліпшення їх використання і значного підвищення на цій основі врожайності необхідно збільшити надходження або наявність фактора мінімуму – води.

Закон інтерференції дії і взаємодії факторів урожаю. Процеси індивідуальної дії фактора та його взаємодії з іншими факторами пов'язані. Відбувається накладання одного процесу на інший – інтерференція, або злиття, якщо вони здійснюються одночасно.

В умовах взаємодії негативний процес зниження ефективності наростаючих норм окремо взятого фактора пригнічується позитивним ефектом його взаємодії з іншими факторами. Якщо при цьому не порушується вимога закону оптимуму, крива врожайності вирівнюється. Найбільш чітко ця закономірність виявляється при збільшенні нормувань факторів у межах лімітуючої області кривої відклику (рис.1).

Рис. 1. Лімітуюча, стаціонарна та інгибітуюча області кривої відгуку:

АБ — висхідна; БВ — низхідна частина стаціонарної області

Явище, що розглядалося, є законом природи, а у виробничому відношенні законом землеробства.

Закон інтерференції факторів формулюється так: якщо нормування двох або більшої частини факторів, які знаходяться в мінімумі, одночасно збільшуються в межах лімітуючої області, наближаючись до оптимуму, то кожному рівному збільшенню норми кожного з них відповідає відносно стійке підвищення врожаю (Лисогоров С. Д., 1989).

Закон інтерференції – теоретична основа лінійного програмування і програмування врожаїв на основі врахування їх залежності від матеріальних факторів життя – води і поживних речовин. Ці фактори регулюються в умовах зрошуваного землеробства поливами і внесенням добрив. Контакт обох факторів з ґрунтом регулюється його обробітком.

Взаємодія зрошення і добрив при різних рівнях передполивної вологості ґрунту. Залежно від рівня передполивної вологості ґрунту змінюються масштаби взаємодії зрошення і добрив. Ці закономірності добре ілюструють трирічні досліди Н. Г. Андрєєва з пасовищами. Досліди цікаві тим, що в них вивчали різці рівні передполивної вологості ґрунту, включаючи 100% НВ.

За даними цього досліду, найбільш виразна взаємодія при підвищенні передполивної вологості ґрунту від 55 до 70% НВ, тобто в лімітуючій області кривої відклику. При підвищенні передполивної вологості ґрунту від 70 до 85% НВ взаємодія залишається позитивною, але менш вираженою. Це ліва, висхідна частина стаціонарної області або області оптимуму. В низхідній частині стаціонарної області, при збільшенні передполивної вологості ґрунту від 85 до 100% НВ, настає негативна його взаємодія з добривами (табл. 2).

2. Підвищення (зниження) врожаю зеленої маси пасовища при

збільшенні в зазначених межах передполивної вологості ґрунту

ц/га (М. Г. Андрєєв та ін.)

Примітка. Одна норма N₁₂₀P₉₀K₉₀.

Удобрення тут розглянуто як узагальнюючий показник живлення рослин. Залежно від ґрунтових та інших умов у межах цього фактора є свої мінімуми. Елементи поживних речовин також знаходяться у взаємодії між собою.

Необхідні глибокі дослідження взаємозв'язку і взаємозумовленості цих процесів, їх природи відповідно до різних культур, ґрунту, клімату, варіантів нормувань, складу поживних речовин та інших умов.

Особливої уваги заслуговує відображення взаємодії зрошення і добрив не тільки на рівні врожаю, але і на його якості.

Закон повернення. Цей закон сформульований Ю. Лібихом. Суть його полягає у поверненні в ґрунт поживних речовин, винесених з урожаєм, щоб зберігати високий рівень ґрунтової родючості.

На поливних землях урожайність сільськогосподарських культур у декілька разів вища, ніж на незрошуваних. У стільки ж разів збільшується винесення з урожаєм поживних речовин. Це зобов'язує застосовувати при зрошенні підвищені норми добрив. Проте є визначені межі доцільного підвищення кількості добрив, що вносяться, оскільки надлишок їх може бути пов'язаний з погіршенням навколишнього середовища і якістю врожаю. Наприклад, надмірні норми азотних добрив викликають підвищення вмісту нітратів у продукції, що використовується в свіжому вигляді.

Виконати вимоги всіх законів землеробства можна лише в умовах інтенсифікації сільськогосподарського виробництва, коли регулюються і оптимізуються всі фактори росту та врожайності культур у доступних межах. Основою високої урожайності завжди є підвищення рівня ґрунтової родючості, тобто здатності ґрунту давати урожай сільськогосподарських культур.