Рост и развитие растений в первую очередь сдерживаются теми факторами, которые находятся в недостаточном количестве. Если в почве какого-либо питательного элемента или воды достаточно только на образование 1 т урожая, то при полном снабжении растения на значительно больший урожай другими факторами жизни оно произведет только эту 1 т. Следовательно, недостающие факторы жизни нельзя компенсировать другими, то есть каждый фактор - незаменимый. Оптимальные сочетания условий жизни, их соотношение и концентрация позволят растению дать наибольший урожай самого высокого качества.
На основании многочисленных опытов в земледелии были сформулированы законы минимума, оптимума и максимума, равнозначимости и незаменимости факторов, совокупного действия факторов и др.
Законы минимума, оптимума и максимума, или ограничивающих причин. Развитие растений и их урожайность ограничивается факторами, находящимися в недостатке или избытке. В земледелии важно точно установить эти факторы в каждом конкретном случае и устранить или ослабить их действие в первую очередь. К. таким ограничивающим причинам можно отнести недостаток питательных элементов, болезни растений, засоренность посевов, неблагоприятную реакцию среды, недостаток влаги, эрозию почвы и др. Наивысший урожай можно получить только при оптимальном наличии факторов жизни растений.
Закон совокупного действия факторов жизни растений.
При оптимальном обеспечении растений всеми факторами жизни каждый из них используется в максимальной степени. Так, при оптимальном снабжении растений водой значительно возрастает использование ими питательных веществ из почвы, повышается коэффициент усвоения солнечной энергии.
Закон равнозначимости и незаменимости факторов жизни растений.
Для роста и развития растений все факторы равнозначны и незаменимы и избыток одного фактора не может компенсировать недостаток другого фактора жизни.
Опыты Э. Вольни, В. Р. Вильямса и других ученых показали, что при оптимальном снабжении растения светом, питательными веществами и влагой продуктивность его возрастает в несколько раз, оно расходует значительно меньше элементов питания и влаги на создание единицы урожая. На этом принципе в нашей стране разработаны и успешно применяются в производстве интенсивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Эти технологии базируются на всех основных законах земледелия и предусматривают обязательный учет местных зональных почвенно-климатических условий и особенностей каждого вида, разновидности и сорта растений.
Закон возрастания плодородия почвы. Этот закон проявляется только в естественных природных условиях, когда накопленная органическая масса, включающая в себе аккумулированную солнечную энергию, не отчуждается с поля, а остается на месте. В современном же земледелии возрастание плодородия почвы обеспечивается при условии соблюдения всех законов и прежде всего закона возврата, когда все важные элементы питания, взятые из почвы и отчужденные урожаем, будут возвращены в нее с определенным превышением, необходимым для роста плодородия.
Неправильное толкование учеными результатов исследований в опытах, где изменялся только один фактор при неизменности остальных, привело к появлению так называемого «закона убывающего плодородия», смысл которого заключался в том, что каждое добавочное вложение труда и средств в землю сопровождается не соответственной, а уменьшающейся прибавкой продукции.
Критикуя это положение, В. И. Ленин писал: «...«закон убывающего плодородия почвы» вовсе не применим к тем случаям, когда техника прогрессирует, когда способы производства преобразуются; он имеет лишь весьма относительное и условное применение к тем случаям, когда техника остается неизменной».
Последующие опыты с одновременным воздействием на все факторы жизни растений установили полную несостоятельность «закона убывающего плодородия».
Опыты, в которых изменялись одновременно три фактора жизни растений (свет, питательные элементы и влажность почвы), показали, что при полном удовлетворении этими факторами урожай непрерывно увеличивается.
Ограничивающими причинами его роста на конкретном этапе может быть только развитие науки, техники и биологическая природа самого растения.
Это позволило Ф. Энгельсу сделать прямо противоположный «закону убывающего плодородия» вывод: «Производительная сила, находящаяся в распоряжении человечества, беспредельна. Урожайность земли может быть бесконечно повышена приложением капитала, труда и науки».
Для создания высоких урожаев растения должны быть обеспечены необходимыми условиями жизни в определенных сочетаниях и количествах на каждом этапе роста и развития. При совместном воздействии всех факторов жизни наблюдается более полное использование каждого из них. В производстве не всегда есть возможность удовлетворить потребности растения во всех факторах жизни одновременно. В большинстве случаев фактор жизни растений, находящийся в первом минимуме, будет определяющим для формирования урожая в данных почвенно-климатических условиях. В засушливых районах это вода, в Нечерноземной зоне - питательные вещества.
Для создания наиболее благоприятных условий в производстве используют различные агротехнические приемы - обработку почвы, осушение, орошение, внесение удобрений, посадку кулисных растений, полезащитное лесоразведение и др.
Каждый агротехнический прием воздействует в основном лишь на какие-либо 1-2 фактора жизни. Поэтому применяют их комплекс, направленный на регулирование всех условий жизни растений, причем на первом месте стоит прием, воздействующий на фактор жизни, находящийся в первом минимуме. В одних случаях это недостаток влаги, в других - недостаток питательных веществ, в третьих - избыток воды и т. д.
Комплекс агротехнических приемов необходимо разрабатывать и применять с учетом не только почвенных и климатических особенностей местности, но и фазы развития растения. Эти приемы должны увеличивать запасы органических и минеральных веществ в почве, повышать ее плодородие, улучшать структуру и строение.