最低限の法則。科学的発見の歴史と本質

最も重要な科学的発見
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最低限の法則。科学的発見の歴史と本質

最も重要な科学的発見

すべての動物は、人間と同様に、植物または動物由来の食物を食べます。したがって、植物がどこから栄養を得るかという問題は、最も重要な問題のXNUMXつです。

「最高の研究者たちはこの問題について長い間考えてきました」とZ.Shpaususは書いています。アリストトルは、植物が最終的な形でそれらの建設に必要な材料を土壌から吸収するので、体内でこれらの材料を変換する必要がないと信じていました。1600年に、ヴァンヘルモントは、彼の経験によって、これらの仮定の誤りを証明することができました.200ポンドの乾燥した土の重さを量り、その重さが5ポンドに等しい柳の枝をそれに突き刺しました。枝は全体として柳として現れました：それは根を下ろし、次の164年間で60ポンドの重さのまともな木に成長しました。特に驚いたのは、地球が元の重量の159グラムしか失っていないという事実です。したがって、土地は成長する木の唯一の栄養源として決して認識できませんでした。その場合、柳の枝からのXNUMXポンドの体重増加は、地球の重量の同等の減少に対応する必要があります。

Ingenhaus と de Saussure は、XNUMX 世紀の終わりに、植物が空気中の二酸化炭素を吸収し、その結果、植物の乾物重量が大幅に増加するという現代の植物栄養理論を最初に開発した科学者でした。彼らが実際に摂取する二酸化炭素の量に基づいて予想されるよりも. したがって、新しい有機物は二酸化炭素と水から形成されると仮定する必要があります。当時すでにこれらの科学者は、土壌中の特定の塩の存在も必要であると信じていました。

これらの結論は多くの点でタイムリーで正しいものであったかもしれませんが、それでも XNUMX 世紀の初めには忘れられ、腐植理論に取って代わられました。腐植理論は主にその最も熱心な擁護者であったセイヤーにまでさかのぼります。

輪作主義の創始者であるセイヤーの観点は、土壌の肥沃度は腐植土のみに依存するというものでした。植物に栄養を供給する唯一の供給源です。腐植土 - ゆるくて暗い土壌 - には、すべての植物の主成分である炭素が多く含まれています。腐植理論の擁護者によると、腐植には植物の生命に必要なすべての物質がすでに準備された形で含まれています。彼らの意見では、塩は特に重要ではないため、その起源や重要性について深く考える必要はありませんでした。腐植と水は植物の栄養源です。

この教えは非常に明確で説得力があったため、長い間、その有効性を疑う人はいませんでした。それにもかかわらず彼を疑った人の一人は、若い化学教授ユストゥス・リービッヒ (1803-1873) でした。以前に収集された事実と彼の研究の結果に基づいて、リービッヒは農業の新時代を切り開きました。

1840 年に出版された彼の著書「農業化学」で、リービッヒはまず第一に、植物がその有機体を構成する成分と、これらの物質をどこから取得するかを調査しました。「多数の分析に基づいて」と Z. Shpausus は書いています。カルシウム、カリウム、リン、硫黄、マグネシウム、鉄. 現在、植物には微量の形でしか存在しない多くの元素が知られていることを付け加えておきますが、それにもかかわらず、それらの生命活動において重要な役割を果たしています. 、これらの物質はすべて植物に含まれており、化学元素として知られている形ではなく、植物を構成する化合物の構成要素です。植物はこれらの物質をどこから入手するのでしょうか?

葉が二酸化炭素の形で吸収する炭素は大気から来ており、水は植物に水素と酸素を供給していることをすでに見てきました. しかし、生命に必要なタンパク質の不可欠な部分である窒素についてはどうでしょうか? 確かに、大気には大量の窒素が含まれています。なぜなら、窒素はこの元素の 78% を占めるからです。しかし、空気中の窒素を吸収して利用できる植物はごくわずかです。そのような植物には、マメ、エンドウ豆、ルピナスなどのいわゆるマメ科植物が含まれます。内部に細菌を隠している結節が根にあることを確認するのは簡単です。根粒菌には、空気中の窒素を有機窒素化合物に変換する能力があり、対応する植物に吸収されます。植物はバクテリアの生存を可能にし、そのためにバクテリアは宿主が同化できる窒素を準備します。この相互扶助のプロセスは、生物学では共生と呼ばれます。

ただし、このプロセスは例外です。ほとんどの植物は、空気中の窒素を直接吸収できないため、土壌から窒素化合物を直接吸収する必要があります。リービッヒは、有機化合物の崩壊中に形成されるため、大気中に常に微量で存在するガス状アンモニアは、植物の窒素需要をカバーするのに十分であるという意見でした. アンモニアは雨滴に溶け、二酸化炭素と反応して炭酸アンモニウムを形成し、指定された塩の形で土壌に入り、そこから植物の根に吸収されます.

残りの XNUMX つの要素は、土壌中の塩として検出されます。水に溶けるので、根から植物に浸透することができます。確かに、それらは限られた量で土壌に存在しますが、動植物は、それらの残骸が腐敗すると、成長中にそこから受け取った塩を土壌に戻します. その後、塩は再び植物の栄養素として機能します。

これは、死んだ自然と生きている自然をつなぐサイクルの終わりです。この植物は、土壌や空気から無機物質を取り出し、それらから有機化合物からなる独自の有機体を構築します。この植物は動物や人間の食物であり、生理的分泌物であり、これらの生き物の死体の形で死んだ後、土壌に入り、無機の出発物質に変わります。そしてこのサイクルでは、植物だけが無機建材を使用できるため、植物が主な役割を果たします。

このように、植物の生命には XNUMX 個の要素が不可欠です。植物が枯れるには、それが欠けているだけで十分です。土壌の肥沃度は常に、土壌中に最小限存在する元素に依存します。これは農業を実践する上で最も重要な法律です。リービッヒはこの法則を「最小の法則」と呼びました。もちろん、栄養塩のほかに、土壌の水環境や温度など、土壌の肥沃度に影響を与える他の多くの要因もあることを忘れてはなりません。

しかし、耕作可能な土地の肥沃度が低下し続けていることをどのように説明できるでしょうか? リービッヒが詳しく説明しています。農家が植物によって土壌から抽出されたすべての栄養素を肥料の形で土壌に戻す場合、土壌中の栄養塩の含有量は同じままであり、彼の区画の肥沃度は低下しません.

ただし、彼が製品の一部を市に販売すると、栄養塩は彼のサイトで失われ、来年にはこのサイトで成長する植物の処分に使用できなくなります. このプロセスが毎年繰り返される場合、収量は毎年悪化する必要があります。

リービッヒは、次のように述べています。または骨は、多かれ少なかれ無関心です。耕作可能な土地と各植物に、化学プラントで生産される必要な肥料が提供される時が来ています。リービッヒのこれらの言葉は、過去に千回も正当化されましたが、彼の時代には、嘲笑と証言の口実として繰り返し役立っていました。

「同僚、言っておきますが、私は今まで私の手に渡った中で最も恥知らずな本が目の前にあると改めて確信しました。実際にその内容を知っていますか？」 - テュービンゲン大学のフォン・モール教授は、大きなイライラを抱えながら、目の前にあったリービッヒの本を評価した。「植物の世界はもはや地球に栄養を負っていないことが判明しました。いいえ、植物は空気、水、そして土の中に探しているいわゆる栄養価の高い塩を食べています。彼がまだ少なくとも何らかの説明を見つけているのは驚くべきことです」土地を耕作する必要があるからです。しかし、おそらく「彼は、農民には土地はまったく必要なく、農民はガラスの容器で自分の穀物を栽培できるだろうという結論にさえ達するでしょう。ほら、この新聞で彼はそれができます」彼のナンセンスに対する唯一の正しい答えを読んでください！」

フリッツ・ロイターは、彼のエッセイ「私の生き方」でリービッヒをあからさまに嘲笑している：「そして、この時代は農業の重要な発展によって特徴付けられました. リービッヒ教授は農民のために完全に無意味な本を出版しました.この本に含まれるすべてのアドバイスに従い、無一文のままにしておく準備ができていたと同時に、科学に鼻を突っ込みたいと思っていた彼は、自分でこの本を手に入れ、その内容に頭が次第にだまされるまで座っていました。、そして彼がそのような状態に達したとき、彼は石膏が刺激性または栄養物質であるかどうか疑問に思い始めました（人間ではなくクローバーのためです！）それは、その性質上、臭い物質です.

十分な天然肥料がない場合は、栄養塩のコストをカバーするためにミネラル肥料を土壌に適用する必要があります. そこでリービッヒは、彼の「特許肥料」の生産について推論しました。植物は、自然に十分な量の炭素、水素、酸素を生成します。リービッヒは、窒素についても同じことが言えると考えました。マグネシウム、鉄、硫黄は植物にとって少量しか必要とされず、土壌中に非常に多く存在します。石灰質の泥灰土が非常に豊富にあるため、カルシウム肥料の導入はそれほど難しくありません。カリウムとリンでは状況が異なります。この点で、土壌の栄養蓄えは肥料塩で補充されなければなりません。これらの要素は両方とも、リービッヒの「特許肥料」にも含まれています。

あるイギリスの会社がこの肥料の生産を大規模に引き受けました。しかし、これらの塩を施肥した畑では、収量の有意な増加は見られませんでした。ミネラル塩が植物の成長にまったく影響を与えない可能性はありますか?彼の教えは間違っていますか? これらは、リービッヒと彼の支持者にとって耐え難い時代でした。

リービッヒが肥料の失敗の理由を理解するまでには、何年もかかりました。「特許肥料」の製造において、彼はカリとリン肥料を水不溶性化合物の形に変換しようとしました。したがって、リービッヒは、彼の肥料塩が最初の雨ですでに土壌からより深い層に洗い流されるのを避けたかった. しかし、これらの塩を水不溶性化合物に変換することによって、彼はそれらを植物にとって消化できないものにした.植物は溶解した塩しか吸収できない. このおかげで、すべての肥料が無駄に導入されました。そのような肥料を適用することの否定的な結果の理由を理解した科学者は、間違いを修正しました。

リービッヒはまた、空気中のアンモニアガスの含有量が植物の成長に十分であると仮定したのが間違いだったことも認めざるを得ませんでした。カリウム、リン、窒素、石灰 - これは、土壌肥沃度の増加に依存する式が現在読み取るべきものです。

彼の生涯の間でさえ、リービッヒは彼の肥料塩の教義が普遍的に認められていることを満足して確立する機会がありました。耕作可能な土地に人工肥料を適用する必要があるという信念をますます主張しました。実験は、肥沃な耕作可能な土地がはるかに良い収量をもたらすことを否定できません。

著者: サミン D.K.

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