Адамның тіршілік жағдайларына және ауыл шаруашылығы өсімдіктерін өсіруге әсерін «топырақ - өсімдік - қоршаған орта - адам» деген жеңілдетілген биоэнергетикалық жүйе түрінде көрсетуге болады. Бұл жүйеде өсімдік күн энергиясының әсерімен қоршаған ортадан биологиялық масса синтездейді, яғни қарапайым минералды элементтерден күрделі биохимиялық қосылыстар жасайды.
Адамның ауыл шаруашылығы өсімдіктерінің тіршілік жағдайларына және оларды өсіруге әсерін «топырақ - өсімдік - қоршаған орта - адам» деген жеңілдетілген биоэнергетикалық жүйе түрінде көрсетуге болады. Бұл жүйеде өсімдік күн энергиясының әсерімен қоршаған ортадан биологиялық масса синтездейді, яғни қарапайым минералды элементтерден күрделі биохимиялық қосылыстар түзеді. Бұл ретте өсімдіктерге тірі организм ретінде су, ауа, жарық, жылу және минералды қоректену элементтері қажет.
Су. Өсімдіктер тіршілігінде судың маңызы орасан зор, өйткені тіршіліктің барлық процестері оның қатысуымен жүреді. Барлық қоректік заттар тек ерітінді күйінде ғана сіңіріледі. Топырақтан өсімдікке қоректік заттар сумен бірге түседі, ал жапырақтардың суды буландыруы өсімдіктер тіршілігінің қалыпты температуралық жағдайын қамтамасыз етеді.
Топырақ түзілуі және топырақ құнарлылығының қалыптасуы топырақ сумен қамтамасыз етілгенде ғана жүреді. Онсыз топырақ фаунасы мен микрофлорасының дамуы мүмкін емес.
Көптеген ауыл шаруашылығы өсімдіктеріне ылғал көп қажет, сондықтан оларды үнемі суарып отыру керек. Кейбір өсімдіктер ауа ылғалдылығына өте талғампаз, мысалы, қырыққабат. Басқалары көбірек топырақ ылғалын пайдаланады - асқабақ, қарбыз, қызылша және т.б.
Ылғалға қатысты мал азықтық өсімдіктер мынадай экологиялық типтерге бөлінеді: мезофиттер, гигрофиттер және ксерофиттер. Гигрофиттер (қияқ, ситник) ылғалды шалғындарда, батпақтарда, өзен жағалауларында өседі; ксерофиттер (жусан, селеу) - ылғал жетіспейтін жағдайда; мезофиттер (шалғын атқонағы, жоңышқа, беде) - орташа ылғалды аудандарда.
Суға ең көп мұқтаж болатын кезеңдерді сындарлы кезеңдер деп атайды. Мәселен, дәнді дақылдардың көпшілігі үшін бұл түтіктену және масақтану фазалары, жүгері үшін - гүлдеу және сүттене-балауыздану пісуі, ал картоп үшін - гүлдеу және түйнек түзілу. Өсімдіктер көбею мүшелерінің түзілу кезеңінде су жетіспегенде өнімділігін күрт төмендететіні анықталған. Кейде ауыл шаруашылығы алқаптарында ылғал артық болып, бұл өсімдіктерді қажытады. Мұндай жерде тым ылғалданған топырақты құрғатуға тура келеді.
Өсімдіктердің суға жалпы қажеттілігін анықтау үшін транспирациялық коэффициентті қолданады. Бұл - өсімдіктер жұмсаған су массасының өнімнің құрғақ заты массасына қатынасы. Транспирациялық коэффициент өсімдіктің түріне, даму сатысына, топырақ пен ауа райы жағдайларына, қоректің қанықтығына және т.б. байланысты. Әр түрлі өңірлерде өсімдіктер үшін транспирациялық коэффициент 200-ден 1000-ға дейін ауытқиды. Судың өте аз ғана бөлігі (1 %-дан аз) өнім түзуге жұмсалады, ал қалған бөлігі булануға кетеді.
Ауа. Өсімдіктер тыныс алуға қажетті оттегін ауадан алады. Жасыл жасушаларда органикалық заттар түзу үшін өсімдік ауадан көмірқышқыл газын пайдаланады.
Өсімдік тамырларының тыныс алуы мен топырақ микроорганизмдерінің тіршілігін топырақ ауасы қамтамасыз етеді. Ол қоректік элементтердің түрленуінің биохимиялық процестеріне қатысады.
Артық ылғалдылық өсімдіктердің ауа режимінің күрт нашарлауына әкеледі. Жалпы кеуектілігі жоғары, жақсы дренаждалған топырақтар ауамен жақсырақ қамтамасыз етілген.
Топырақ пен атмосфера арасындағы газ алмасу барометрлік қысымның, топырақ пен ауа температурасының өзгеруі кезінде, топыраққа судың түсуі, желдің әсері және басқа факторлар салдарынан жүзеге асады.
Су топыраққа жауын-шашынмен немесе суару кезінде түскенде «ескі» ауа топырақ кеуектерінен ығыстырылады, ал ылғал кеуектерден ағып кеткен соң олар «жаңа» ауамен толады.
Өсімдік тамырларына ауаның келуін күшейту үшін топырақты қопсытады, бұл жыртылатын қабаттың қажетті құрылымын жасауға және сол арқылы қалыпты газ алмасу жағдайларын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.
Жарық. Өсімдіктер ауаны «тазартады». Бұл құбылысты 1771 жылы ағылшын химигі Джозеф Пристли (1733-1804) дәлелдеді. Күн түсіп тұрған терезе алдында ғалым тірі тышқанды шыны қалпақпен жапты. Бірнеше сағаттан кейін тәжірибедегі жануарға қарағанда, тышқан қимылсыз жатқан. Осыдан кейін Пристли қалпақтың астына тышқанмен бірге жалбыз өскіні бар құмыраны қойды, тышқан «тіріліп», әдеттегідей жүре бастады.
Алайда тышқандарды өсімдіктермен бірге ұстау жөніндегі кейбір көрсетілім тәжірибелері әрдайым сәтті бола бермеді. Бұл неліктен болды? Бұл сұраққа голландиялық табиғат зерттеушісі Я. Ингенхауз (1730-1799) жауап тапты, ол 1779 жылы жасыл өсімдік ауаны тек күн жарығында ғана «тазартатынын» анықтады.
Швейцариялық ботаник Ж. Сенебье (1742-1809) 1782 жылы күндіз күн жарығында жасыл өсімдіктердің оттегі бөлетінін түпкілікті анықтады. Ол жасыл өсімдік ауаны тыныс алғандықтан емес, көміртекпен қоректенуіне байланысты «тазартатынын» дәлелдеді. Кейін бұл процесс фотосинтез - жарықта органикалық заттардың түзілуі деп аталды. Фотосинтез тек жарықта және тек өсімдіктің жасыл бөліктерінде ғана жүре алады.
Фотосинтез деп жасыл өсімдіктердің күн сәулесі энергиясын сіңіру нәтижесінде судан және көмірқышқыл газынан органикалық зат түзу процесін атайды.
Өсімдік жапырақтарының жасыл түсі олардың жасушаларындағы ерекше жасыл пластидтерге - хлоропластарға байланысты. Барлық дерлік өсімдіктерде хлоропластар дөңгелек немесе сәл сопақ пішінді. Әр жасушада бірнеше ондаған, кейде жүзден астам хлоропласт болады. Олар түссіз цитоплазмалық негізден және жарық сәулелерін сіңіретін жасыл пигмент - хлорофиллден тұрады, бірақ ол спектрдің барлық көрінетін сәулелерін емес, тек қызыл және көк-күлгін сәулелерін ғана сіңіреді.
Жасыл жапырақ - біздің ғаламшардағы тіршілік көзі. Жапырақ хлоропластары - қарапайым бейорганикалық заттардан - су мен көміртек диоксидінен - органикалық заттар - қант пен крахмал түзілетін әлемдегі жалғыз зертхана.
Фотосинтез кезінде өсімдікке түсетін күн сәулелері энергиясының небәрі 1…2 %-ы ғана сіңіріледі. Алайда өсімдіктердің бүкіл жануарлар әлемін асырауына осының өзі де жеткілікті.
Жарық өсімдіктерге күн сәулелерімен келеді, ал олар біркелкі таралмайды: оңтүстікте көбірек, солтүстікте азырақ. Сәйкесінше, әр жерде өсетін өсімдіктер не жарықтың молдығына, не оның жетіспеушілігіне бейімделген. Сондықтан оларды жарық сүйгіш және көлеңкеге төзімді деп бөледі.
Жарыққа ең талғампаз - оңтүстік өсімдіктері: қарбыз, асқабақ, баклажан, үрмебұршақ, тропикалық шөптер және т.б. Бұл өсімдіктерде жарық күн қысқа болғанда жемістер мен тұқымдар тезірек түзіледі, ал олар жаздың соңында немесе күзде гүлдейді.
Бидай, қарабидай, арпа, сұлы көлеңкеге төзімді және суыққа төзімді өсімдіктерге жатады, оларда гүлдеу мен жеміс салу күннің ұзақтығы ең ұзын кезде басталады.
Жылыжайлар мен оранжереяларда өсірілетін өсімдіктер үшін жарық күннің ұзақтығын жасанды түрде реттеуге болады.
Жылу. Өсімдіктердің өсуіне дамуының алғашқы сатыларынан бастап топырақ температурасы әсер етеді. Топырақтағы жылудың негізгі көзі - күн сәулелері. Басқа, бірақ әлдеқайда шағын көзі - органикалық заттардың биохимиялық түрленуі нәтижесінде бөлінетін, сондай-ақ Жердің терең қабаттарынан келетін жылу.
Өсімдіктерде жүретін физиологиялық процестер, микроорганизмдер мен топырақ фаунасының тіршілігі, заттар мен энергияның түрленуінің биохимиялық процестері белгілі бір температурада ғана мүмкін болады.
Жылу сүйгіш дақылдарға жүгері, құмай, үрмебұршақ, қызанақ, қарбыз, қауын, бұрыш жатады.
Төмен температураға сарымсақ пен пияз төзімді. Бидай, қарабидай, арпа, сұлы, асбұршақ, қырыққабат және көптеген тамыр-түйнекжемістілер төмен температураны жақсы көтереді.
Минералды қоректену элементтері. Өсімдіктер минералды қоректенудің барлық қажетті элементтерін - калийді, кальцийді, темірді, магнийді, күкіртті, фосфор мен азотты топырақтан алады. Калий өсімдіктің өсуіне, кальций - тамыр жүйесінің дамуына қажет. Магний мен темір хлорофиллдің түзілуіне қатысады. Азотсыз, күкіртсіз және фосфорсыз цитоплазма мен ядроның құрамына кіретін ақуыздар түзілмейді.
Ұзақ уақыт бойы аграрлық ғалымдар өсімдіктің қалыпты дамуына тек осы элементтер ғана қажет деп есептеді, бірақ кейін микроэлементтер деп аталған көптеген басқа химиялық элементтердің де өте аз мөлшері қажет екені анықталды. Өсімдіктер тіршілігіндегі ең маңызды микроэлементтерге марганец, бор, мыс, мырыш, молибден, кобальт жатады.
Ауыл шаруашылығы дақылдарының өнімі өсімдіктердің генетикалық ерекшеліктеріне және қоршаған орта жағдайларына байланысты. Аудан бірлігінен барынша мол өнім алуға және топырақ құнарлылығын арттыруға егіншіліктің негізгі заңдарын - өнім қалыптасуының жалпы биологиялық негіздерін білу ықпал етеді.
Топырақтың тиімді құнарлылығының үдемелі өсу заңы. Ол топырақ құнарлылығының уақыт өте қалыптасуы мен артуы топырақ түзілу процесінің өз табиғатында бар екенін айтады, бірақ оның әрекеті егіншілік қарқындаған сайын топырақты өңдеу және ауыл шаруашылығы дақылдарын өсіру ережелері сақталғанда ғана мүмкін.
Топырақ Жерде тірі организмдер пайда болғаннан кейін ғана пайда бола алды. Топырақтың түзілуі, яғни топырақ түзілу процесі тірі организмдер мен оларды қоршаған сыртқы орта жағдайлары арасындағы терең әрі күрделі өзара әрекеттестіктің арқасында жүреді, оларға ең алдымен аналық (тау) жыныстар мен атмосфераны, сондай-ақ осы процестің үздіксіздігін қамтамасыз ететін басты шартты - жер бетіне күн энергиясының келуін жатқызу керек.
Мұндай тұрақты әрі үздіксіз топырақ түзілу процесінде өзара алмасу және материяның бір түрінің екіншісіне ауысуы жүреді. Өлі минералды табиғат органикалық және тірі табиғатқа айналады, ал соңғысы өліп, ыдырап, қайтадан өлі минералды табиғатқа ауысады. Өлі және тірі табиғат арасындағы тұрақты өзара әрекеттестік, сондай-ақ олардың жердің беткі қабаттарында бір-біріне ауысуы топырақ түзілу процесінің және топырақтың негізгі әрі ерекше қасиеті - оның құнарлылығының дамуының мәнін құрайды.
Табиғи топырақ түзілу процесінің дамуымен топырақ құнарлылығының көптеген көрсеткіштері - механикалық, су және ауа қасиеттері жақсарады. Бұл Жердегі тіршіліктің дамуы өрлеу қисығымен жүретінін көрсетеді; демек, тіршіліктің өзінде оның көбеюінің объективті факторы бар, ал табиғи топырақ түзілу процесінің дамуы тұтастай алғанда топырақ құнарлылығының жақсаруына әкеледі.
Топырақ құнарлылығының үдемелі өсу заңы гүлденген әрі жоғары өнімді егіншіліктің дамуы мен жұмыс істеуі үшін түбегейлі маңызға ие. Ол адамдарға Жерде ғаламшарымыз халқының азық-түлікке деген қажеттілігін қанағаттандыруға мүмкіндік бар екенін түсінуге нақты жағдай мен негіз береді.
Өсімдіктер тіршілігі факторлары әрекетінің минимум, оптимум және максимум заңы. Кейде оны жай ғана минимум заңы деп атайды. Ол минералды заттар мен өнімділіктің басқа факторлары өсімдіктерге бірдей қажет екенін және бірін-бірі алмастыра алмайтынын анықтайды.
Заттарды топыраққа қайтару заңы. Осы заңға сәйкес топырақтағы сіңімді қоректік заттардың теңгерімі олардың өніммен бірге шығып кетуінен немесе басқа себептерден бұзылса, оны тыңайтқыш енгізу және басқа технологиялық тәсілдерді орындау арқылы қалпына келтіру қажет.
Бұл заңды да Юстус Либих ашқан. Ол қарашіріктің суда ерімейтінін және өсімдіктерге қорек бола алмайтынын дәлелдеді. Далаға көң енгізетін себебі - ол ыдырағанда (минералданғанда) өсімдіктер сіңіретін аммиак, фосфор және күкірт қышқылы бөлінеді.
Егінші өнімді жинағанда ол топырақтан өсімдіктерге қажет заттарды көңмен қайтаратынынан әлдеқайда көп мөлшерде алып кетеді. Өйткені азықтағы минералды заттардың көп бөлігі ет, сүт және басқа мал шаруашылығы өнімдерін түзуге жұмсалады. Сондықтан тек көңмен тыңайтқанда далалар өсімдіктерге беретін заттарды жыл сайын толық ала алмайды. Либих топыраққа көңмен қатар минералды заттарды да енгізу қажеттігі туралы жазды, ал қайтару заңын сақтауға мән бермейтін қожайындарды жыртқыштық пен топырақ құнарлылығын тонауда айыптады.
Либих еуропа мемлекеттерінің үкіметтері мен халықтарын тарих пен ғылымның ескерту үніне құлақ асып, далалардың құнарсыздануына тиісті назар аударуға шақырды.
Қайтару заңы агрономдар мен ғалымдар тарапынан жоғары бағаланды. Атап айтқанда, орыс ғалымдары К. А. Тимирязев пен Д.Н. Прянишников бұл заңның ашылуын Ю. Либихтің еңбектерінің бірі деп санап, заңның өзін ғылымның ұлы жетістігі деп атады.
Қоректік заттарды қайтару заңын сақтау топырақ құнарлылығын сақтау мен арттыру, жоғары өнімге қол жеткізу үшін ғана емес, қажетті биологиялық сападағы өнім алу үшін де маңызды.
Тәжірибе көрсеткендей, өнімді мол өсіруге болады, бірақ оның сапасы төмен болуы мүмкін, мысалы, биологиялық маңызды микроэлементтер, аминқышқылдарының қажетті арақатынасы бар ақуыздар жетіспейді, дәрумендердің қажетті жиынтығы болмайды және т.б. Күшті бидай сорттарын нашар алғы дақылдардан кейін сепкенде және азот пен фосфор тыңайтқыштарын жеткіліксіз енгізгенде шаруашылықтар клейковинаның мөлшері мен сапасы бойынша белгіленген кондицияларға сай келмейтін дән алатыны жиі кездеседі. Мұның себебі агрономияның қарапайым ережелерін сақтамауда ғана емес, қоректік заттарды топыраққа қайтару заңының ескерілмеуінде, жоспарланған өнімді алу үшін тыңайтқыштың қажетті мөлшерінің енгізілмеуінде.
Өсімдіктердің өсуі мен дамуы факторларының жиынтық әрекет заңы. Егіншіліктегі ең жоғары тиімділікті қандай да бір жалғыз агрономиялық тәсілмен, тіпті өте күшті болса да, қамтамасыз ету мүмкін емес, оған тек агротехникалық шаралардың бүкіл кешенін қолдану арқылы ғана қол жеткізуге болады.
Өсімдіктер тіршілігінің жекелеген факторлары бір-бірімен тығыз әрекеттесетіні белгілі. Өсімдіктер факторлардың бүкіл кешенінің әсерін үздіксіз сезінеді. Вегетациялық ыдыстарда және дала жағдайында жүргізілген ғылыми тәжірибелер өсімдіктер тіршілігінің факторлары өз күшін тек бірлескен әрекетте ғана барынша көрсететінін айқындады. Дала жағдайында факторлардың біреуінің өсімдіктерге әсері өзгергенде басқа факторларды өнімді пайдалану мүмкіндігі мен жағдайлары сөзсіз бұзылады.
Мысалы, ауа температурасы көтерілгенде топырақтан булануға және өсімдіктер тіршілігіне жұмсалатын су шығыны артады. Бұл ретте топырақтағы ауа мөлшері көбейіп, аэробты бактериялардың әрекеті күшейеді, өсімдіктерге қолжетімді қорек көбірек жиналады. Бірақ қоректік заттардың жиналу процесі тек оңтайлы температурада және топырақта ылғалдың қажетті мөлшері болғанда ғана жүреді.
Ауа температурасы жоғары ұзақ құрғақ кезең басталғанда топырақ өнімді ылғалды толығымен жоғалтады, соның нәтижесінде пайдалы микроорганизмдердің әрекеті тоқтап, өсімдіктер ылғал тапшылығын сезіне бастайды. Өсімдіктер тіршілігінің түрлі факторларының өзара әрекеттесуіне мысалдар өте көп.
Өсімдіктер тіршілігі факторларының жиынтық әрекеті өте серпінді әрі өзгермелі. Өсімдіктер тіршілігіндегі түрлі факторлардың өзара әрекеттесуін түсіну егіншіге осы процестерді басқаруға және сәйкесінше күрделі ауа райы жағдайында да мол өнім қалыптастыруға мүмкіндік береді.
Дақыл алмастыру заңы. Ауыл шаруашылығы ғылымы мен тәжірибесі дақыл алмастырудың, яғни өсімдіктерді ауыспалы егісте өсірудің монодақылмен салыстырғанда артықшылықтарын растайтын мол тәжірибелік материал жинақтады. Мысал ретінде К.А. Тимирязев атындағы Мәскеу ауыл шаруашылығы академиясының тәжірибе алаңында 1912 жылдан бері жүргізіліп келе жатқан тәжірибелердің нәтижелерін келтірейік. Қарабидайды тыңайтқыш енгізбей ауыстырмай өсіргенде өнім орта есеппен 8,7 ц/га болды, ал бұл дақылды ауыспалы егісте, сол сияқты тыңайтқыш қолданбай өсіргенде өнім 16,8 ц/га болды, яғни екі есеге жуық жоғары
Аталған заңдардың бәрі мәдени егіншіліктің ғылыми негізін құрайды. Табиғаттың бұл объективті заңдары мызғымайды, олар біздің еркімізден тыс өмір сүреді, ал оларды бұзу адамдарға қымбатқа түседі. Ауыл шаруашылығы дақылдарын өсіруде табысқа жету және әрдайым табиғатпен үйлесімде болу үшін егіншіліктің объективті заңдарын үнемі зерттеп, оларды тәжірибеде шебер қолдану керек. Осы заңдарға сәйкес жоғары әрі тұрақты өнімді егіншілік мәдениетін арттыратын агротехникалық және экономикалық шаралардың бүкіл кешенін жүзеге асырғанда ғана алуға болады. Қажетті тәсілдердің бүкіл кешені орындалмаса, қандай да бір жалғыз, тіпті өте тиімді тәсіл де елеулі табыс әкелмейді. Табиғатта әрекет ететін объективті заңдарды сақтап, шебер пайдаланғанда, дұрыс агротехниканы қолданғанда ғана егіншілік мәдениетінің өсуін, топырақ құнарлылығының артуын қамтамасыз етуге болады.
