Промышленное выращивание растений в защищённом грунте – в настоящее время представляется как процесс высоких технологий. Надо обеспечивать растениям достаточно света, тепла, питания, углекислого газа. По мере развития технологических возможностей человек уделял большее внимание то одним факторам жизнеобеспечения растений, то другим.

Начиналось с простого парника, забирающего у природы в ещё холодные весенние дни радиацию солнца, которая благодаря одноимённому эффекту обогревало почву и растение. Затем научились строить большие теплицы, поднимая их высоту до десятка метров, покрывая её особым стеклом или плёнкой, которые пропускали нужные растениям виды излучения и тормозили уход тепла.

От практически единственного средства обогрева парников – биологического, перешли к интеллектуальным формам поддержания температурного режима в телицах, используя, когда необходимо многоконтурные системы обогрева всего объёма теплицы, экранной защиты от потерь тепла, а также системы кондиционирования для жарких летних дней и особыми затеняющими экранами.

Затем добавили системы питания растений, заменив почву субстратом и добившись, чтобы субстрат был биологически и химически нейтральным, замена которого не требовала бы заново подбирать рецептуру питания. Управление режимами питания привело к индивидуальному дозированному питанию каждого растения в строго определённое время, зависящее от стадий развития растений.

Научное осознание роли углекислого газа в жизнедеятельности растений, приводит к росту внимания к подкормке растений этим компонентом закрытого объёма теплиц.

Идя по этому пути, агрономы подталкивали технологию, а последняя своими достижениями изменяла агротехнологические приёмы выращивания тепличных растений.

И каждое новое достижения было сродни панацеи, когда человеку казалось, что именно благодаря этому новшеству в технологии произойдёт прорыв в урожайности. Но, внедрив новую технологию, получив от её внедрения практически скачкообразный рост урожайности, человек через некоторое время сталкивался с тем эффектом, что, при дальнейшем увеличении этого фактора урожайность растёт всё медленнее, а порою и вообще начинает падать.

И причины такого «некорректного» поведения растений были, как не странно, открыты ещё около двухсот лет тому назад. Как все поистине великие законы они носят мировоззренческий, философский характер.

 Конце XVII – начале XIX веков господствовала «гумусовая» теория немецкого агрария Альбрехта Даниеля Тэера (нем. Albrecht Daniel Thaer; 14 мая 1752, Целле — 26 октября 1828, Мёглин).

Согласно этой теории, «сила» почвы имеет своего особого носителя и что этим носителем является гумус.

Этим термином обозначалось некоторое, не поддающееся более точному определению, сгорающее вещество органического происхождения, особый вид удобрения, не требующий участия животного организма для своего возникновения. Думали, что повышение и снижение урожая полей зависят от содержания, а также уменьшения и увеличения запаса гумуса в почве и что количество гумуса может быть увеличено как путём внесения навоза, так и умелым ведением хозяйства.

Естественно, на плодородном поле вырастает больше растений, чем на неплодородном, и что именно поэтому в богатой почве накапливается больше органических остатков, чем в бедной.

Полагали, что тощее поле могло бы давать более высокие урожаи, если бы только сельский хозяин умел обеспечить ему большее количество гумуса.

Согласно этому воззрению, первопричиной плодородия полей является присущая почве сила, вызываемая к жизни искусством сельского хозяина, подобно тем питательным и целебным силам, существование которых старой физиологией и медициной предполагалось в питательных и лечебных средствах.

Влияние этой силы на повышение урожайности зависит от круговорота органических веществ, которые в форме гумуса способствуют жизни растений, а в форме частей растений — жизни животных и человека. Эта сила, как думали, разлита повсюду. И действительно, во всех странах земного шара, во всех климатах, на самых разнообразных почвенных типах — на граните, базальте, на песчаных и известковых почвах — под влиянием солнечных лучей и осадков, часто с одинаковой пышностью растут одни и те же растения, а потому и казалось, что состав самой почвы не имеет существенного влияния.

После того как пришли к убеждению, что в гумусе открыт носитель плодородия, естественно, стали приписывать бесплодие полей недостатку в них гумуса. Некоторым минеральным веществам, а именно мергелю, гипсу и извести, внесение которых в почву повышало урожай, приписывали способность действовать на производительную силу почвы в качестве возбудителя, подобно тому, как соли и пряности усиливают в организме человека определённые процессы пищеварения и обращения соков. Влияние костяной муки приписывалось содержащейся в ней органической части (клеевое вещество).

Тэер одним из первых классифицировал почвы Западной Европы по механическому составу, содержанию гумуса и извести. Также развивал теоретические и практические знания о плодосеменном хозяйстве. С позиций теории гумуса Тэер обосновывал необходимость травосеяния, плодосеменных севооборотов и улучшенного ухода за пропашными культурами. Содействовал внедрению в севооборот такой новой для Европы агрокультуры как картофель. Был автором научных методов определения степени истощения почв различными агрокультурами, так называемой «хозяйственной статистики», которая помогала грамотному составлению севооборотов.

«Минеральная теория», выдвинутая Либихом в противовес «гумусовой теории» Тэера, учила, что перегной вовсе не нужен растениям, которые питаются только минеральными веществами и углекислотой воздуха. Поэтому положение Тэера: «урожай велик вследствие большого содержания гумуса в почве» у него превратилось в обратный тезис: «содержание гумуса в почве велико вследствие высоких урожаев, оставляющих после себя много органических остатков». В крайнем своём выражении неверны обе формулировки и что истина лежит в середине.

Немецкий учёный Юстус фон Либих (нем. Justus von Liebig; 12 мая 1803, Дармштадт — 18 апреля 1873, Мюнхен) в первую очередь известен как один из основателей агрохимии и системы химического образования.

Однако первый агрохимик оставил в наследство один из фундаментальных законов экологии. Он сформулировал в 1840 г. закон ограничивающего фактора (известный также, как бочка Либиха).

Бочка иллюстрирует этот закон. Нельзя в неё налить воды, выше самой низкой дощечки в стенке. Получается, что если свет в недостатке, то все остальные факторы не столь важны, даже если они в избытке. А в случае, когда свет в достатке, находится другое слабое звено, напр. питание растений.

Закон ограничивающего фактора гласит, что наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения.

Т.е. размер урожая ограничивается тем фактором агротехники, который находится в недостатке.

Юстус фон Либих установил, что продуктивность культурных растений, в первую очередь, зависит от того питательного вещества (минерального элемента), который представлен в почве наиболее слабо. Например, если фосфора в почве лишь 20 % от необходимой нормы, а кальция — 50 % от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.

Уже в прошлом веке, в 1913 г. американский зоолог, специалист в области экологии Шелфорд Виктор Эрнест (англ. Shelford Victor Ernest; 22 сентября 1877, Чемунг, Нью-Йорк — 27 декабря 1968) расширил закон ограничивающего фактора Либиха, представив миру закон толерантности своего имени. Закон говорит, что существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме. В нотации данного закона под толерантностью понимается способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.

Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Либих, но и избыток таких факторов, как, например, тепло, свет и вода. Организмы характеризуются экологическим минимумом и экологическим максимумом.

Диапазоны между этими двумя величинами принято называть пределами устойчивости, выносливости или толерантности.

Любой фактор, находящийся в избытке или недостатке, ограничивает рост и развитие организмов и популяций.

Растения, как любой биологический объект, сложнейшая система даже на современном уровне знаний. То, что на текущее время нам известны один перечень законов жизнедеятельности растений, не говорит, что этот перечень закрыт и добавить в него уже нечего.

Мало того, казалось бы, уже известные законы, уточняясь доходят до своих противоположностей, ограничивая диапазон своего применения. Причин в истории науки – масса.

Но, к сожалению, мода (а иногда и маркетинговые коммуникации) подвигают нас очертя голову бросаться за очередной панацеей – «волшебным» фактором увеличения урожайности.

Автор этих строк, начав формировать математическую модель выращивания тепличных культур, столкнулся с прискорбным фактом, что досвечивание тепличных овощей определяется в часах и нормативе освещённости квадратного метра полезной площади теплиц. Либо говорится о том, что огурцы требуют столько-то часов освещения в сутки, с томаты – столько-то.

Казалось бы, искусственное освещение в теплицах дополняет солнечное как признанный основной вид освещения (в противном случае не строили бы теплицы из светопропускающего материала, который, к сожалению, обладает заодно высокими свойствами теплопроводности). Надо бы рассчитывать электродосвечивание как необходимость хоть как-то заменить солнечную фотосинтетически активную радиацию (ФАР). Мало того, уже давно известно, что урожайность напрямую зависит от этой радиации и, ограничивая общий ФАР, уменьшают урожайность тепличных культур. Однако, по-видимому, из-за простоты рекомендации по электродосвечиванию продолжают настаивать на нормативах электрической и световой мощности ламп и времени досвечивания.

Иногда ссылаются на советские зоны ФАР, забывая о том, что разброс интенсивности радиации внутри зон существенный. Так для первой зоны разброс от 110 кал/кв. см до 220 кал/кв. см – т.е. в два раза одна граница отстоит от другой.

Для VII зоны границы от 2 370 кал/кв. см до 3 450 кал/кв. см. Разброс хотя и меньше, чем для I зоны, но тоже значительный – полтора раза.

Сами границы зон имеют характер, не совпадающий с географическими параллелями, описывающие движения солнца и теоретически поступающую на Землю солнечную радиацию. Поэтому, казалось бы, расположение двух теплиц в одной световой зоне может привести к различным режимам дополнительного освещения в каждой из теплиц.

Различие в получаемой растением ФАР приводит к разнице в урожайности. И обратное для получения определённой урожайности растению необходимо «доставить» определённое (не меньшее и не слишком большее) количество световой энергии «правильного» - фотосинтетически активного – диапазона. Если не будет столько солнечной энергии – растение не сможет даже теоретически сформировать сухого вещества, достаточного для развития как самого растения, так и его хозяйственно-полезных частей (листьев, плодов).

И никакие удобрения, системы режимов полива и поддержания температуры уже не помогут.

Но, стоит обеспечить достаточную ФАР для растений в теплицах, как сразу же проявляется «хвост» остальных факторов жизнеобеспечения растения – питания, температуры, достатка углекислого газа. Ведь даже теоретически, по химическим формулам фотосинтеза для производства одной простейшей молекулы сахаров требуется определённого количество квантов света, молекул воды и углекислого газа, не говоря уже о температурном режиме, который управляет скоростью этих реакций.

Далее за теорией идёт практика, когда для данного вида (сорта, гибрида) растения не всегда определён оптимальные режимы ФАР, питания, обогащения углекислым газом и обогрева. Да не стоит забывать Либиха с его бочкой и закон толерантности Шелфорда. Первый закон говорит об ограничении «снизу», а второй дополняет его ограничением «сверху», определяя область параметров основных факторов жизнедеятельности растений. В этой области, можно сказать, что каждый фактор помогает человеку в повышении урожайности. Выходя из достаточно узкой области «применения» данные факторы ограничивают урожайность. Причём, чем больше «уход» из данных границ, тем более проявляется данный фактор как ограничивающий.

Разбирая источники интернета, автор данных строк столкнулся с тем, что в настоящее время специалисты активно обсуждают различия в рационах минерального питания тепличных растений, разнося различные рецептуры по различным фазам развития растений.

Температурные режимы рассматриваются с точностью до дневных и ночных температур для различных растений. Встречаются даже ссылки на разницу температурного режима для разных фаз развития растений.

Увязка урожайности тепличных растений с ФАР производится в разделах планирования урожайности, больше теоретических, чем технологических.

Сложилось такое мнение, что подкормка растений защищённого грунта углекислым газом – это технология, которая всё ещё продвигается, как обеспечивающая прирост урожая на 20-30%. Ведётся обсуждение источников углекислоты и их преимуществ, но однозначности в представлении, что закрытый объём должен откуда-то получать достаточное количество необходимого для фотосинтеза углекислого газа, - нет.

И что самое (с точки зрения автора этих строк) неприятное – это отсутствие системного подхода в использовании основных факторов развития растений. То, о чём заявляет Либих в своей бочке и Шелфорд с толерантностью.

Зачем расходовать минеральные удобрения и воду для полива, если нет достаточного освещения растений в теплице?

Зачем досвечивать, если не поддерживается температурный режим или нет достаточного количества углекислого газа?

Все эти «зачем» - чистые убытки тепличного бизнеса, совершенно безрезультативное расходование сырья и энергии.