Закон минимума, оптимума и максимума

Этот закон открыл выдающийся немецкий химик, один из основателей агрономической химии Юстус Либих. В 1840 г. он опубликовал книгу «Органическая химия в применении к земледелию и физиологии», сыгравшую прогрессивную роль в агрономии. Либих установил, что минеральные вещества и другие факторы урожайности (вода, свет, теплота и т. д.) равнозначны и незаменимы. При отсутствии или недостатке одного из них резко снижается урожайность. Поэтому необходимо обеспечивать растениям все без исключения условия для питания и роста, учитывать их взаимодействие. Только созданием для растений оптимальных условий, можно обеспечить рост урожайности сельскохозяйственных культур.

Знаменитый русский ученый К. А. Тимирязев пояснил данный закона минимума действия закон с помощью «бочки Либиха» (рис. 1) таким образом: «Это кадка, на отдельных звеньях которой написаны различные составные части пищи растения 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 одних — высоту других звеньев, большего урожая в нашу кадку — поле мы не вместим».

Закон минимума, оптимума и максимума говорит о том, что наиболее высокий урожай может быть лишь при условии, когда каждый фактор жизни растений будет находиться в оптимальном количестве. В практике сельскохозяйственного производства при увеличении количества фактора, например удобрения, от меньшего к оптимальному условия роста и развития растений будут улучшаться и вместе с этим будет увеличиваться урожай. Но при последующем увеличении доз удобрений урожай будет снижаться.

На рост и развитие растений влияет совокупность факторов. Урожай сельскохозяйственных культур зависит от фактора жизни, находящегося в минимуме. По мере того как количественно ограничивающий фактор, т. е. тот, который находится в минимуме, увеличивается, урожай повышается до тех пор, пока в минимуме не окажется какой-либо другой фактор.

Рост урожайности сельскохозяйственных культур могут сдерживать не только факторы жизни, но и условия окружающей среды — почвенные, агротехнические и др. Поэтому с помощью системы агротехнических мероприятий устраняют отрицательное влияние этих условий на рост и развитие растений. Этим же путем снимается отрицательное влияние тех факторов жизни растений, которые на различных этапах их роста и развития могут оказаться в минимуме.

На произрастание культурных растений оказывает влияние не единичный фактор жизни, а совокупность факторов жизни и условий среды. Было установлено, что, изменяя только один фактор жизни, без прямого воздействия на остальные, прибавки урожая постепенно затухают, а потом и совсем прекращаются от одинаковых дополнительных доз фактора. Причина тому — ограничивающее влияние других факторов жизни, так как вступает в действие закон минимума, или ограничивающих факторов, — урожайность сельскохозяйственных культур зависит от фактора жизни, находящегося в относительном минимуме.

Закон минимума, или ограничивающих факторов, имеет отношение и к физиологии растений, где его трактовали так; находящийся в относительном минимуме фактор ограничивает воздействие всех остальных факторов жизни. Предполагалось, что факторы жизни действуют на растения изолированно один от другого. Однако этого в природе нет. Многочисленными опытами и практикой установлено, что жизнедеятельность культурных растений действительно зависит от факторов жизни, находящихся в относительном минимуме, но в отдельных случаях недостаток одних факторов жизни можно несколько сгладить хорошим обеспечением другими факторами жизни. Например, если в процессе фотосинтеза ограничивающим фактором будет углекислый газ, то это ограничение можно снять несколькими способами: во-первых, увеличением концентрации углекислого газа в окружающем растения атмосферном воздухе; во-вторых, путем создания оптимальной температуры окружающего воздуха. Последнее приведет к усилению диффузии молекул углекислого газа из окружающей среды в межклеточные пространства листа, то есть к лучшему обеспечению хлоропластов углекислым газом.

Сложность взаимоотношений факторов жизни между собой, а также между ними и растениями не позволяет упрощенно понимать действие закона минимума, или ограничивающих факторов.

В производственных условиях необходимо знать факторы жизни, находящиеся в первом, втором и последующих минимумах, и агротехническими, а также другими приемами снимать их ограничивающее влияние.

Ограничивать урожай могут не только факторы жизни, но и неблагоприятные условия среды: почвенные, фитологические и агротехнические, например кислотность почвы, ее засоренность. Следует применять меры к ограничению их отрицательного влияния на культурные растения.