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가장 중요한 과학적 발견
최소의 법칙. 과학적 발견의 역사와 본질
사람뿐만 아니라 모든 동물은 식물이나 동물 기원의 음식을 먹습니다. 따라서 식물이 영양분을 어디서 얻는가 하는 문제는 가장 중요한 문제 중 하나입니다. Z. Shpausus는 "최고의 연구자들은 오랫동안 이 문제에 대해 생각해 왔습니다. 오랫동안 식물이 일생 동안 중요하지 않은 종자에서 정상적인 크기로 성장한다는 사실에 주목해 왔습니다. 1600년에 아리스토텔레스는 식물이 최종 형태의 건축에 필요한 물질을 토양에서 흡수하므로 식물 내부에서 이러한 물질이 변형될 필요가 없다고 믿었습니다. , Van Helmont는 그의 경험을 통해 이러한 가정의 부정확성을 증명할 수 있었습니다. 그는 200파운드의 마른 흙의 무게를 달고 그 무게가 5파운드인 버드나무 가지를 꽂았습니다.물로 물을 충분히 뿌렸을 때, 이 가지는 전체 버드나무로 나타납니다: 뿌리를 내리고 향후 164년 동안 60파운드 무게의 괜찮은 나무로 자랐습니다.Van Helmont는 지구가 원래 무게의 159g만 줄었다는 사실입니다. 따라서 땅은 성장하는 나무를 위한 유일한 영양 공급원으로 인식될 수 없습니다. 이 경우 버드나무 가지에서 XNUMX파운드의 체중 증가는 지구의 무게 손실과 동일해야 하기 때문입니다. XNUMX세기 말에 Ingenhaus와 de Saussure는 현대 식물 영양 이론을 처음으로 개발한 과학자들이었는데, 이에 따르면 식물은 공기 중에서 이산화탄소를 흡수하여 식물의 건물 중량이 더 많이 증가합니다. 그들이 섭취하는 실제 이산화탄소의 양에 기초하여 예상되는 것보다 따라서 우리는 새로운 유기물이 이산화탄소와 물로부터 형성된다고 가정해야 합니다. 이 과학자들은 그 당시 이미 토양에 특정 염분이 존재해야 한다고 믿었습니다. 이러한 결론이 여러 면에서 시기적절하고 정확했지만 그럼에도 불구하고 XNUMX세기 초에 잊혀졌고 부식질 이론으로 대체되었습니다. 윤작설의 창시자인 Thayer의 관점은 토양의 비옥도가 전적으로 부엽토에 달려 있다는 것이었다. 그것은 식물에 영양분을 공급하는 유일한 공급원입니다. 부식질 - 느슨한 어두운 흙 - 모든 식물의 주성분 인 많은 탄소를 포함합니다. 부식질 이론의 옹호자들에 따르면 이미 준비된 형태로 식물 생활에 필요한 모든 물질을 포함하고 있습니다. 그들의 의견으로는 소금은 특별히 중요하지 않으므로 소금의 기원과 의미에 대해 많이 생각해서는 안 됩니다. 부식질과 물은 식물 영양의 원천입니다. 이 가르침은 너무나 분명하고 설득력이 있어서 오랫동안 아무도 그 타당성을 의심하지 않았습니다. 그럼에도 불구하고 그를 의심한 사람들 중 한 명은 젊은 화학 교수 Justus Liebig (1803-1873)이었습니다. 이전에 수집된 사실과 동시에 그의 작업 결과를 바탕으로 Liebig은 농업의 새로운 시대를 열었습니다. 1840년에 출판된 그의 저서 "Agricultural Chemistry"에서 Liebig은 먼저 식물이 유기체를 만드는 구성 요소와 이러한 물질을 어디서 얻는지 조사했습니다. Z. Shpausus는 "수많은 분석을 바탕으로 각 식물에 정상적인 성장에 가장 중요한 XNUMX가지 요소가 존재한다는 사실을 입증할 수 있었습니다. 이러한 요소는 탄소, 수소, 산소입니다. , 질소, 칼슘, 칼륨 , 인, 황, 마그네슘 및 철 현재 식물에 미량의 형태로만 존재하지만 그럼에도 불구하고 그들의 삶에서 중요한 역할을하는 많은 요소가 알려져 있다고 덧붙입니다. 자연적으로 이 모든 물질은 식물에 포함되어 있으며 화학 원소로 알려진 형태가 아니라 식물을 구성하는 화합물의 구성 요소입니다. 식물은 이러한 물질을 어디서 얻습니까? 우리는 이미 잎이 이산화탄소 형태로 흡수한 탄소는 대기에서 온 반면 물은 식물에 수소와 산소를 공급한다는 것을 보았습니다. 그러나 생명에 필요한 단백질의 필수적인 부분인 질소는 어떻습니까? 사실, 질소는 이 원소의 78퍼센트를 차지하기 때문에 엄청난 양으로 대기에 포함되어 있지만 공기 중에서 질소를 흡수하고 사용할 수 있는 식물은 소수에 불과합니다. 이러한 식물에는 콩, 완두콩 및 루핀을 비롯한 소위 콩과 식물이 포함됩니다. 내부에 박테리아를 숨기고 있는 결절이 뿌리에서 발견될 수 있는지 확인하는 것은 쉽습니다. 결절 박테리아는 공기 중의 질소를 유기 질소 화합물로 전환하는 능력을 가지고 있으며, 이는 해당 식물에 의해 흡수될 수 있습니다. 식물은 박테리아가 살 수 있도록 하며 이를 위해 숙주가 동화할 수 있는 질소를 준비합니다. 이러한 상호 지원 과정을 생물학에서는 공생이라고 합니다. 단, 이 과정은 예외일 뿐입니다. 대다수의 식물은 공기에서 질소를 직접 흡수할 수 없기 때문에 토양에서 직접 질소 화합물을 끌어와야 합니다. Liebig은 유기 화합물이 부패하는 동안 형성되어 항상 대기 중에 미미한 양으로 존재하는 기체 암모니아가 식물의 질소 요구를 충당하기에 충분하다고 생각했습니다. 암모니아는 빗방울에 녹고 이산화탄소와 반응하여 탄산암모늄을 형성하고 명명된 염의 형태로 토양에 들어가 식물 뿌리에 흡수될 수 있습니다. 나머지 XNUMX개 원소는 토양에서 염분으로 발견됩니다. 물에 용해되어 뿌리를 통해 식물에 침투할 수 있습니다. 사실, 그들은 제한된 양으로 토양에 존재하지만 동물과 식물은 유해가 부패하면 성장하는 동안 토양에서 얻은 염분을 토양으로 되돌립니다. 그 후에 소금은 다시 식물의 영양분 역할을 할 수 있습니다. 이것은 죽은 자연과 살아있는 자연을 연결하는 주기의 끝입니다. 식물은 토양과 공기에서 무기 물질을 가져와 유기 화합물로 구성된 자체 유기체를 만듭니다. 이 식물성 물질은 동물과 인간의 먹이이며, 생리적 분비물에 있으며, 이러한 생물의 시체 형태로 죽은 후에는 토양에 들어가 무기질 출발 물질로 변합니다. 그리고 이 주기에서 식물만이 무기 건축 자재를 사용할 수 있기 때문에 식물이 주요 역할을 합니다. 따라서 XNUMX가지 요소는 식물의 생명에 필수적입니다. 하나가 없으면 식물이 죽기에 충분합니다. 토양 비옥도는 항상 토양에 최소량으로 포함된 요소에 따라 달라집니다. 이것은 실용농업에 있어서 가장 중요한 법칙이다. Liebig은 이 법칙을 "최소의 법칙"이라고 불렀습니다. 물론 영양염과 함께 토양 비옥도에 영향을 미치는 토양의 수역, 온도 등과 같은 여러 가지 다른 요인도 있다는 사실을 잊지 말아야 합니다. 그러나 계속해서 감소하는 경작지의 비옥도를 어떻게 설명할 수 있을까요? Liebig이 자세히 설명합니다. 농부가 식물에 의해 토양에서 추출된 모든 영양분을 거름의 형태로 토양으로 되돌리면 토양의 영양염 함량은 동일하게 유지되고 그의 토지의 비옥도는 감소하지 않습니다. 그러나 그가 자신의 제품 중 일부를 도시에 판매하면 그의 사이트에서 영양염이 손실되고 내년에는 더 이상 이 사이트에서 자라는 식물을 처분할 수 없게 됩니다. 이러한 과정을 해마다 반복하다 보면 해마다 수확량이 떨어지게 됩니다. Liebig은 "농업의 기본 원칙은 토양에서 가져온 모든 것에 대해 토양이 완전히 반환되어야 한다는 요구 사항으로 간주되어야 합니다. 이 반환은 동물 배설물의 형태이든 재의 형태이든 어떤 형태로 이루어질 것입니까? 또는 뼈는 다소 무관심합니다 경작지와 각 식물에 화학 공장에서 생산되는 필요한 비료가 제공 될 때가 다가오고 있습니다. Liebig의이 말은 지난 시간 동안 천 번 정당화되었지만 그의 시대에는 반복적으로 조롱과 재치의 구실로 사용되었습니다. "내가 말해줄게, 동료: 이제까지 내 손에 들어온 모든 책 중에서 가장 파렴치한 책이 내 앞에 놓여 있다고 확신한다. 사실 그 내용을 잘 알고 있느냐?" 튀빙겐 대학의 교수인 폰 몰은 자기 앞에 놓여 있는 리비히의 책을 몹시 짜증스럽게 평가했습니다. "식물 세계는 더 이상 땅에 영양분을 공급하지 않는다는 것이 밝혀졌습니다. 아니, 식물은 토양에서 찾고 있는 공기, 물, 소위 영양염을 먹습니다! 그가 여전히 땅을 경작해야 할 필요성에 대한 최소한의 설명을 찾는 것은 놀랍습니다. 그러나 아마도 그는 농부에게 땅이 전혀 필요하지 않으며 농부는 유리 용기에서 빵을 재배할 수 있다는 결론에 도달할 것입니다. 보세요, 이 신문에서 그는 그의 말도 안되는 소리에 대한 유일한 정답을 읽을 수 있습니다!" Fritz Reuter는 자신의 에세이 "My Way of Life"에서 공개적으로 Liebig을 조롱합니다. 그는 무일푼이 될 준비가 되어 있었고 이 책에 포함된 모든 조언을 따랐으며 동시에 과학에 코를 박고 싶었던 그는 이 책을 스스로 구입하여 그의 머리가 그 내용에 점차 속을 때까지 앉았습니다. 그리고 그가 그런 상태에 도달했을 때, 그는 석고가 자극적이거나 영양가 있는 물질인지 궁금해하기 시작했습니다(사람을 위한 것이 아니라 클로버를 위한 것입니다!). 그것은 본질적으로 냄새나는 물질입니다." 천연 비료가 충분하지 않으면 영양염 비용을 충당하기 위해 토양에 광물질 비료를 시용해야 합니다. 그래서 Liebig은 그의 "특허 비료" 생산에 대해 추론했습니다. 식물은 자연적으로 충분한 양의 탄소, 수소 및 산소를 생산합니다. Liebig은 질소에 대해서도 똑같이 말할 수 있다고 생각했습니다. 마그네슘, 철, 유황은 식물에 소량만 필요하며 토양에 매우 많이 존재합니다. 석회질 이회토가 매우 풍부하기 때문에 칼슘 비료의 도입은 그리 어렵지 않습니다. 칼륨과 인은 상황이 다릅니다. 이와 관련하여 토양의 영양분 매장량은 비료 소금으로 보충되어야 합니다. 이 두 요소는 Liebig의 "특허 비료"에도 포함되어 있습니다. 한 영국 회사는 이 비료를 대규모로 생산하기 시작했습니다. 그러나 이러한 소금으로 시비된 밭에서는 수확량이 크게 증가하지 않았습니다. 미네랄 소금이 어떤 식 으로든 식물의 성장에 영향을 미치지 않을 가능성이 있습니까? 그의 가르침이 잘못 되었습니까? Liebig과 그의 지지자들이 견디기 힘든 시기였습니다. Liebig이 비료가 실패한 이유를 이해하기까지 수년이 지났습니다. "특허 비료"의 생산에서 그는 칼륨과 인 비료를 물에 녹지 않는 화합물의 형태로 전환하려고 했습니다. 따라서 Liebig은 그의 비료 소금이 첫 번째 비가 이미 토양에서 더 깊은 층으로 씻겨 나가는 것을 피하고 싶었습니다. 그러나 그는 이러한 염을 물에 녹지 않는 화합물로 전환함으로써 식물이 용해된 염만 흡수할 수 있기 때문에 식물이 소화할 수 없도록 만들었습니다. 덕분에 모든 비료가 헛되이 도입되었습니다. 그러한 비료 적용의 부정적인 결과에 대한 이유를 이해하고 과학자는 실수를 수정했습니다. Liebig은 또한 공기 중의 기체 암모니아의 양이 식물 성장에 충분하다고 가정한 것이 틀렸다는 것을 인정해야 했습니다. 칼륨, 인, 질소 및 석회 - 이것은 토양 비옥도의 증가가 의존하는 공식이 지금 말해야 할 것입니다. 리비히는 살아 있는 동안에도 비료 염에 대한 그의 이론이 보편적으로 인정되었음을 만족스럽게 확립할 기회를 가졌습니다. 경작지에 인공비료를 시용할 필요성에 대한 믿음이 점점 더 주장되었습니다. 실험은 비옥한 경작지가 훨씬 더 나은 수확량을 가져온다는 것을 부정할 수 없이 보여주었습니다. 저자: Samin D.K.
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