Взаимодействие растений со средой обитания (почвенной и воздушной) основывается на общих биологических законах, а именно:
- незаменимости и равнозначности факторов жизни,
- неравноценности факторов среды,
- минимума, оптимума и максимума факторов жизни,
- совокупного действия факторов жизни.
Первый закон устанавливает: ни один из факторов жизни растений — тепло, влага, свет, воздух, питательные вещества — не может быть заменен никаким другим. Из второго закона следует, что кроме обязательных факторов жизни имеются случайные необязательные факторы среды. К последним относятся такие факторы, без которых растение может существовать (например, облачность, ветер, механический состав почвы и другие, а также все антропогенные факторы). Влияние факторов среды на жизнь растений неравноценно, они могут усилить или ослабить влияние факторов жизни.
Закон минимума, оптимума и максимума определяет степень обеспеченности растений факторами жизни. При оптимальной обеспеченности всеми факторами жизни растение до предела реализует заложенные в нем генетические возможности роста, развития и продуктивности. При уменьшении или увеличении дозы какого-либо фактора жизни жизнедеятельность растений ограничивается в первом случае от недостатка, во втором — от избытка фактора; при минимуме или максимуме одного или нескольких факторов жизни происходит полная подавленность роста растений. Но ограничивающее действие факторов жизни, находящихся в минимуме или максимуме, не одинаково. Оно зависит от дозы других факторов. Здесь уже проявляется четвертый закон — закон совокупного действия факторов жизни, в соответствии с которым оптимальные условия среды обитания формируются при гармоническом сочетании всех основных факторов жизни. Таким образом, среда обитания растений складывается из факторов жизни и факторов внешней среды. И факторы жизни, и факторы среды осуществляют свое влияние на рост, развитие и продуктивность растений через почвенные и погодно-климатические условия.
Любой фактор жизни растений может быть представлен в минимальной, оптимальной и максимальной дозах. Фактор жизни, имеющий дозу ниже минимума или выше максимума, становится для растений экстремальным. И в том, и в другом случае в растениях происходят необратимые изменения, ведущие к их повреждению или гибели.
Рассмотрим схему реакции растений на разные дозы факторов жизни.
Если представить зону оптимальной дозы фактора жизни как зону активного роста (активной вегетации), то она займет в почве и воздухе определенный интервал, в пределах которого рост и развитие растений при обеспеченности другими факторами жизни будет протекать наиболее активно. При уменьшении или увеличении дозы хотя бы одного из факторов жизни (температуры, света, влаги, элементов минерального питания и др.) активный рост растений затормаживается и в конечном итоге прекращается из-за его недостатка или избытка. При этом в растениях возникают процессы адаптации к недостатку или избытку этого фактора. Физиологические процессы у растений в зонах активной вегетации и адаптации протекают не одинаково и имеют свои особенности. Так, в зоне адаптации часть белков, находящихся в растениях в зоне активного роста, заменяется на иной вид белков — стресс-белки.
Происходят и другие изменения. При возвращении из зоны адаптации снова в зону активной вегетации рост и развитие растений восстанавливаются, но пребывание в зоне адаптации оставляет свой негативный след. И в первую очередь это сказывается на увеличении у растений продолжительности вегетационного периода.
При дальнейшем уменьшении или увеличении дозы фактора жизни растения попадают в зону повреждения: от его недостатка или избытка происходит разрушение структуры клеток, образование вредных продуктов распада и т. д. В зонах повреждения, как правило, наступают необратимые изменения. Если же растения возвращаются в зону активной вегетации в результате регенерации и продолжают вегетацию, то их пребывание в зоне повреждения оставляет значительно больший негативный след, чем пребывание в зоне адаптации. За зонами повреждения следуют зоны гибели, или летальные зоны, когда растения погибают от избытка или недостатка фактора (факторов) жизни. Такова схема реакции растений на разные дозы факторов жизни.
Принято выделять несколько групп факторов внешней среды. Нас интересуют абиотические факторы. Они представляют собой совокупность условий неорганической среды, влияющих на растения. К абиотическим факторам относятся химический состав атмосферы и почвы и климатические условия (тепло, влага, свет). Если хотя бы один из факторов находится в минимуме, то при обеспечении всеми другими факторами жизни урожай сформируется на уровне фактора, находящегося в минимуме. Этот закон в свое время К. А. Тимирязев наглядно представил в виде кадки, у которой каждая клепка (дощечка боковой стенки) означала фактор жизни. Уровень воды в кадке, соответствовавший продуктивности, определялся самой короткой клепкой, т. е. фактором в минимуме. Мы использовали эту идею применительно к нашим данным.
Влияние обеспеченности растений факторами жизни на их продуктивность
На рисунке показано влияние на продуктивность обеспеченности растений факторами жизни. Здесь продуктивность определяется также по фактору, находящемуся в минимуме. На рисунке таким фактором является температура почвы. Следует отметить, что садоводу-любителю надо стремиться выделить фактор или факторы, находящиеся в определенный момент в минимуме. В таких случаях в зависимости от сложившейся обстановки или подбирают растения под имеющиеся условия, или «подгоняют» условия под биологию растения, как бы «угождая» ему. На практике зачастую делают и то и другое одновременно, стихийно, не отдавая себе в этом отчета. Обычно подбирают культуры и сорта в соответствии с климатом и почвенными условиями участка и в то же время приемами агротехники влияют на микроклимат, исходя из требований возделываемых растений.