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LE PRINCIPALI SCOPERTE SCIENTIFICHE
La legge del minimo. Storia ed essenza della scoperta scientifica
Elenco / Le scoperte scientifiche più importanti Tutti gli animali, così come gli esseri umani, mangiano cibo di origine vegetale o animale. Pertanto, la domanda da dove le piante traggono il loro nutrimento è una delle domande di maggiore importanza. "I migliori ricercatori hanno riflettuto a lungo su questo problema", scrive Z. Shpausus. "Per molto tempo l'attenzione è stata attirata sul fatto che una pianta durante la sua vita cresce da un seme insignificante alla sua dimensione normale e, allo stesso tempo, si trova un enorme guadagno.Aristotele riteneva che le piante assorbissero dal suolo i materiali necessari alla loro costruzione nella loro forma finale, in modo che non ci fosse bisogno di alcuna trasformazione di questi materiali all'interno del loro corpo.Nel 1600 , Van Helmont, per esperienza, è stato in grado di dimostrare l'erroneità di queste ipotesi. Pesava 200 libbre di terra asciutta e vi conficcava un ramo di salice, il cui peso era pari a 5 libbre. Quando abbondantemente annaffiato con acqua, questo ramo si è manifestato come un intero salice: ha messo radici e nei cinque anni successivi è cresciuto in un albero decente del peso di 164 libbre.Particolarmente sorpreso Van Helmont è il fatto che la terra ha perso solo 60 grammi del suo peso originale. Così, la terra non poteva in alcun modo essere riconosciuta come l'unica fonte di nutrimento per l'albero che cresce, perché in questo caso i 159 libbre di aumento di peso dal ramo di salice dovrebbero corrispondere a una uguale perdita di peso della terra. Ingenhaus e de Saussure, alla fine del XNUMX° secolo, furono gli scienziati che per primi svilupparono la moderna teoria della nutrizione delle piante, secondo la quale le piante assorbono l'anidride carbonica dall'aria, il che si traduce in un maggiore aumento del peso della sostanza secca delle piante di quanto ci si aspetterebbe in base alle quantità effettivamente di anidride carbonica che assorbono. Pertanto, dobbiamo presumere che la nuova materia organica si formi dall'anidride carbonica e dall'acqua. Questi scienziati già a quel tempo credevano che fosse necessaria anche la presenza di alcuni sali nel terreno. Per quanto tempestive e corrette sotto molti aspetti potessero essere queste conclusioni, tuttavia furono dimenticate all'inizio del XIX secolo e furono sostituite dalla teoria dell'humus, che risale principalmente a Thayer, che ne fu il più zelante difensore. Il punto di vista di Thayer, il fondatore della dottrina della rotazione delle colture, era che la fertilità del suolo dipende esclusivamente dall'humus. Questa è l'unica fonte che fornisce alle piante sostanze nutritive. L'humus - terra scura e sciolta - contiene molto carbonio, il componente principale di tutte le piante. Secondo i difensori della teoria dell'humus, contiene tutte le sostanze necessarie per la vita vegetale in una forma già preparata. I sali non sono, a loro avviso, particolarmente importanti, quindi la loro origine e il loro significato non dovrebbero essere considerati molto. L'humus e l'acqua sono le fonti di nutrimento delle piante. Questo insegnamento fu così chiaro e convincente che per molto tempo nessuno dubitò della sua validità. Uno di quelli che tuttavia dubitava di lui era il giovane professore di chimica Justus Liebig (1803-1873). Sulla base dei fatti raccolti in precedenza e allo stesso tempo sui risultati del suo lavoro, Liebig iniziò una nuova era nell'agricoltura. Nel suo libro "Chimica agraria", pubblicato nel 1840, Liebig indagò innanzitutto da quali parti costituenti una pianta costruisce il suo organismo e da dove ottiene queste sostanze. "Sulla base di numerose analisi", scrive Z. Shpausus, "è stato in grado di stabilire che ogni pianta contiene dieci elementi che sono tutti di massima importanza per la sua normale crescita. Questi sono i seguenti elementi: carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, calcio, potassio, fosforo, zolfo, magnesio e ferro.Aggiungiamo che attualmente sono noti alcuni elementi che sono presenti nelle piante solo sotto forma di tracce, ma che, tuttavia, svolgono un ruolo importante nella loro attività vitale.Naturalmente , tutte queste sostanze sono contenute nelle piante, non nella forma in cui sono conosciute come elementi chimici, ma sono costituenti dei composti da cui è costruita la pianta. Da dove prendono queste sostanze le piante? Abbiamo già visto che il carbonio assorbito dalle foglie sotto forma di anidride carbonica proviene dall'atmosfera, mentre l'acqua fornisce alla pianta idrogeno e ossigeno. Ma che dire dell'azoto, che è parte integrante delle proteine necessarie alla vita? È vero, l'atmosfera contiene azoto in quantità enormi, perché è il 78 per cento di questo elemento, ma solo poche piante sono in grado di assorbire e utilizzare l'azoto dall'aria. Tali piante includono le cosiddette piante leguminose, tra cui fagioli, piselli e lupini. È facile assicurarsi che i noduli che nascondono i batteri all'interno si trovino nelle loro radici. I batteri noduli hanno la capacità di convertire l'azoto dall'aria in composti organici azotati, che possono poi essere assorbiti dalle piante corrispondenti. La pianta permette ai batteri di vivere e per questo preparano l'azoto disponibile per l'assimilazione per i loro ospiti. Questo processo di assistenza reciproca è chiamato in biologia simbiosi. Tuttavia, questo processo è solo un'eccezione. La stragrande maggioranza delle piante deve estrarre i composti azotati direttamente dal suolo, perché non possono assorbire direttamente l'azoto dall'aria. Liebig era del parere che l'ammoniaca gassosa, che si forma durante il decadimento dei composti organici e quindi sempre presente in quantità insignificante nell'atmosfera, sia del tutto sufficiente a coprire il fabbisogno di azoto delle piante. L'ammoniaca si dissolve nelle gocce di pioggia, reagisce con l'anidride carbonica per formare carbonato di ammonio e nella forma del sale chiamato entra nel terreno, da cui può essere assorbita dalle radici delle piante. I restanti sei elementi si trovano come sali nel terreno. Essendo disciolti in acqua, possono penetrare nelle piante attraverso le loro radici. È vero, sono presenti nel terreno in quantità limitata, ma animali e piante, quando i loro resti si decompongono, restituiscono al terreno quei sali che ne hanno ricevuto durante la loro crescita. Successivamente, i sali possono nuovamente fungere da nutrienti per le piante. Questa è la fine del ciclo che collega la natura morta e quella vivente. La pianta preleva sostanze inorganiche dal suolo e dall'aria e da esse costruisce il proprio organismo, costituito da composti organici. Questa materia vegetale è il cibo degli animali e dell'uomo e, nelle secrezioni fisiologiche, e dopo la morte sotto forma di cadaveri di queste creature, entra nel terreno e si trasforma in materie prime inorganiche. E in questo ciclo, le piante giocano il ruolo principale, perché solo loro sono in grado di utilizzare materiali da costruzione inorganici. Pertanto, i dieci elementi sono essenziali per la vita delle piante. L'assenza di uno è sufficiente per la morte della pianta. La fertilità del suolo dipende sempre dall'elemento che si trova nel terreno in quantità minima. Questa è una legge della massima importanza per l'agricoltura pratica. Liebig chiamò questa legge "la legge del minimo". Naturalmente, non bisogna dimenticare che, oltre ai sali nutritivi, ci sono anche una serie di altri fattori, come il regime idrico del suolo, la temperatura, ecc., che influenzano anche la fertilità del suolo. Ma come spiegare la fertilità sempre più decrescente dei seminativi? Liebig spiega in dettaglio. Se l'agricoltore restituisce al suolo sotto forma di letame tutti i nutrienti che sono stati estratti dal terreno dalle piante, il contenuto di sali nutritivi nel terreno rimarrà lo stesso e la fertilità del suo appezzamento non diminuirà. Tuttavia, se vende parte dei suoi prodotti alla città, i sali nutritivi andranno persi per il suo sito e l'anno prossimo non saranno più a disposizione delle piante che crescono in questo sito. Se questo processo si ripete anno dopo anno, i rendimenti dovranno peggiorare ogni anno. Liebig ha affermato: "Il principio di base dell'agricoltura dovrebbe essere considerato il requisito che il suolo sia completamente restituito a tutto ciò che gli è stato prelevato. In quale forma verrà effettuato questo ritorno, sotto forma di escrementi animali o sotto forma di cenere o ossa, è più o meno indifferente.Verrà il tempo in cui i seminativi e ogni pianta saranno forniti del fertilizzante necessario per esso, che sarà prodotto negli impianti chimici. Queste parole di Liebig sono state giustificate mille volte nel passato, ma nella sua epoca sono servite ripetutamente come pretesto per beffe e battute. "Ti dirò una cosa, collega: sono ancora una volta convinto che davanti a me giace il libro più spudorato di tutto quello che mi sia mai capitato tra le mani. Ne conosci, infatti, il contenuto?" von Mol, professore all'Università di Tubinga, valutò con grande irritazione il libro di Liebig che gli stava davanti. "Si scopre che il mondo vegetale non deve più la sua nutrizione alla terra, no, le piante si nutrono di aria, acqua e dei cosiddetti sali nutritivi che cercano nel terreno! È incredibile come trovi ancora almeno alcuni spiegazione della necessità di coltivare la terra. Ma forse arriverà anche alla conclusione che il contadino non ha affatto bisogno della terra e che il contadino potrà coltivare il suo grano in vasi di vetro. Guardi, in questo giornale ha può leggere l'unica risposta corretta alle sue sciocchezze! Fritz Reuter prende in giro apertamente Liebig nel suo saggio "Il mio modo di vivere": "E questa era è stata segnata da uno sviluppo significativo dell'agricoltura. Il professor Liebig ha pubblicato un libro completamente privo di significato per i contadini ... Si potrebbe davvero impazzire con questi termini. che era pronto per essere lasciato senza un soldo in tasca, seguendo tutti i consigli contenuti in questo libro, e che allo stesso tempo voleva ficcare il naso nella scienza, acquistò questo libro per se stesso e vi si sedette sopra finché la sua testa a poco a poco divenne ingannata dal suo contenuto, e quando raggiunse un tale stato, cominciò a chiedersi se il gesso fosse una sostanza irritante o nutriente (per il trifoglio, non per l'uomo!) è, per sua stessa natura, una sostanza puzzolente. Se non ci sono abbastanza fertilizzanti naturali, è necessario applicare fertilizzanti minerali al terreno per coprire i costi dei sali nutritivi. Così Liebig ha ragionato sulla produzione del suo "fertilizzante brevettato". La pianta produce naturalmente carbonio, idrogeno e ossigeno in quantità sufficienti. Liebig ha ritenuto possibile dire lo stesso dell'azoto. Magnesio, ferro e zolfo sono necessari solo in piccola parte alle piante e sono presenti nel terreno in quantità molto significativa. L'introduzione di fertilizzanti a base di calcio non è molto difficile, poiché si trovano marne calcaree in eccezionale abbondanza. La situazione è diversa con potassio e fosforo. A questo proposito, le riserve di nutrienti del terreno devono essere reintegrate con sali fertilizzanti. Entrambi questi elementi sono contenuti anche nel "fertilizzante brevettato" di Liebig. Un'azienda inglese ha intrapreso la produzione di questo fertilizzante su larga scala. Tuttavia, nei campi fertilizzati con questi sali, non si è notato alcun aumento significativo della resa. Possibile che i sali minerali non influiscano in alcun modo sulla crescita delle piante, il suo insegnamento è errato? Questi sono stati tempi difficili da sopportare per Liebig e i suoi sostenitori. Passarono molti anni prima che Liebig capisse il motivo del fallimento del suo fertilizzante. Nella produzione di "fertilizzanti brevettati" ha cercato di convertire i suoi fertilizzanti di potassio e fosforo nella forma di composti insolubili in acqua. Pertanto, Liebig voleva evitare che i suoi sali fertilizzanti venissero dilavati dal terreno nei suoi strati più profondi già alla prima pioggia. Ma convertendo questi sali in composti insolubili in acqua, ha solo assicurato che diventassero indigeribili per le piante, poiché le piante possono assorbire solo sali disciolti. Grazie a ciò, tutti i fertilizzanti sono stati introdotti invano. Avendo compreso il motivo dei risultati negativi dell'applicazione di tali fertilizzanti, lo scienziato ha corretto l'errore. Liebig dovette anche ammettere di aver sbagliato a ritenere che la quantità di ammoniaca gassosa nell'aria fosse sufficiente per la crescita delle piante. Potassio, fosforo, azoto e calce: questo dovrebbe ora dire la formula, da cui dipende l'aumento della fertilità del suolo. Anche durante la sua vita, Liebig ebbe l'opportunità di stabilire con soddisfazione che la sua dottrina dei sali fertilizzanti era universalmente riconosciuta. Sempre più affermava la convinzione della necessità di applicare fertilizzanti artificiali ai seminativi. Gli esperimenti hanno innegabilmente dimostrato che la terra arabile fertilizzata porta raccolti molto migliori. Autore: Samin D.K.
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