Закон минимума Либигса - Liebigs law of the minimum

Закон минимума Либиха, часто просто называют Закон Либиха или закон минимума, это принцип, разработанный в сельскохозяйственная наука к Карл Шпренгель (1840) и позже популяризирован Юстус фон Либих. В нем говорится, что рост продиктовано не общим Ресурсы доступно, но по самому ограниченному ресурсу (ограничивающий фактор ). Закон также применялся к биологическим население и экосистемные модели для таких факторов, как Солнечный свет или же минеральные питательные вещества.

Приложения

Первоначально это применялось к растение или же обрезать рост, где было обнаружено, что увеличение количества обильных питательные вещества не увеличивал рост растений. Только за счет увеличения количества ограничивающего питательного вещества (наиболее дефицитного по отношению к «потребности») рост растения или урожая улучшился. Этот принцип можно резюмировать в афоризме: «Доступность наиболее обильного питательного вещества в почве настолько хороша, насколько хорошо доступно наименее обильное питательное вещество в почве». Или, проще говоря, «цепь настолько сильна, насколько ее самое слабое звено». Хотя диагностика факторов, ограничивающих урожайность, является обычным исследованием, этот подход подвергается критике.^[1]

Научные приложения

Закон Либиха был распространен на биологические население (и обычно используется в экосистемное моделирование ). Например, рост организма, такого как растение, может зависеть от ряда различных факторов, таких как Солнечный свет или же минеральные питательные вещества (например., нитрат или же фосфат ). Их доступность может варьироваться, так что в любой момент времени один является более ограничивающим, чем другие. Закон Либиха гласит, что рост происходит только со скоростью, допускаемой самым ограничивающим фактором.^[2]

Например, в приведенном ниже уравнении рост населения ${\displaystyle O}$ является функцией минимум трех Михаэлис-Ментен термины, представляющие ограничение по факторам ${\displaystyle I}$, ${\displaystyle N}$ и ${\displaystyle P}$.

${\displaystyle {\frac {dO}{dt}}=O\left(\min \left({\frac {\mu _{I}I}{k_{I}+I}},{\frac {\mu _{N}N}{k_{N}+N}},{\frac {\mu _{P}P}{k_{P}+P}}\right)-m\right)}$

Использование уравнения ограничено ситуацией, когда есть установившееся состояние при прочих равных условиях условия и взаимодействия факторов строго контролируются.

Белковое питание

В питание человека, закон минимума использовался Уильям Камминг Роуз определить незаменимые аминокислоты. В 1931 году он опубликовал свое исследование «Эксперименты по кормлению смесями высокоочищенных аминокислот».^[3] Знание незаменимых аминокислот позволило вегетарианцы повысить их белок питание от соединение белков из различных растительных источников. Один практикующий был Невин С. Скримшоу борьба с дефицитом белка в Индии и Гватемале. Фрэнсис Мур Лаппе опубликовано Диета для маленькой планеты в 1971 году, популяризировавшее сочетание белков с использованием зерновых, бобовых и молочных продуктов.

Другие приложения

В последнее время закон Либиха начинает находить применение в управление природными ресурсами где предполагается, что рост рынков зависит от природное ископаемое входы ограничены самым ограниченным входом. Поскольку природный капитал от которых зависит рост, ограничено предложение из-за конечный природы планеты, закон Либиха побуждает ученых и менеджеров по природным ресурсам рассчитывать нехватку основных ресурсов, чтобы можно было применять многопоколенческий подход к потребление ресурсов.

Неоклассическая экономическая теория стремилась опровергнуть проблему нехватки ресурсов, применяя закон заменяемости и технологическая инновация. «Закон» взаимозаменяемости гласит, что по мере того, как один ресурс исчерпывается - а цены растут из-за отсутствия излишка, - появляются новые рынки, основанные на альтернативных ресурсах, по определенным ценам для удовлетворения спроса. Технологические инновации подразумевают, что люди могут использовать технологии, чтобы заполнить пробелы в ситуациях, когда ресурсы несовершенно заменяемый.

Рыночная теория зависит от правильного ценообразования. Если такие ресурсы, как чистый воздух и вода не учитываются, произойдет «сбой рынка». Эти сбои можно устранить с помощью Пиговские налоги и субсидии, такие как налог на выбросы углерода. Хотя теория закона заменяемости - полезное практическое правило, некоторые ресурсы могут быть настолько фундаментальными, что заменителей не существует. Например, Айзек Азимов отметил: «Возможно, мы сможем заменить угольную энергию атомной, а древесину - пластиком ... но для фосфора нет ни замены, ни замены».^[4]

Там, где не существует заменителей, таких как фосфор, потребуется переработка. Это может потребовать тщательного долгосрочного планирования и государственного вмешательства, отчасти для создания налогов Пигови, чтобы обеспечить эффективное рыночное распределение ресурсов, отчасти для устранения других сбоев рынка, таких как чрезмерное дисконтирование времени.

Бочка Либиха

Бочка Либиха

Добенекс^[5] использовал образ бочки, часто называемый «бочкой Либиха», для объяснения закона Либиха. Подобно тому, как вместимость бочки с клепками разной длины ограничена самой короткой клепкой, так и рост растения ограничивается кратчайшим запасом питательных веществ.

Если система удовлетворяет закону минимума, то адаптация уравняет нагрузку различных факторов, поскольку ресурсы адаптации будут выделены для компенсации ограничения.^[6] Системы адаптации действуют как Купер ствола Либиха и удлиняет самый короткий клепок для увеличения вместимости ствола. Действительно, в хорошо адаптированных системах ограничивающий фактор должен быть по возможности компенсирован. Это наблюдение следует концепции конкуренции за ресурсы и максимизации приспособленности.^[7]

Согласно закону парадоксов минимума, если мы соблюдаем Закон минимума в искусственных системах, то в естественных условиях адаптация уравняет нагрузку различных факторов и можно ожидать нарушения закона минимума. И наоборот, если искусственные системы демонстрируют существенное нарушение закона минимума, то можно ожидать, что адаптация в естественных условиях компенсирует это нарушение. В ограниченной системе жизнь приспособится как эволюция из того, что было раньше.^[6]

Биотехнологии

Одним из примеров технологических инноваций является генетика растений при этом биологические характеристики видов могут быть изменены с помощью генетическая модификация изменить биологическую зависимость от самого ограничивающего ресурса. Биотехнологический Таким образом, инновации могут постепенно увеличивать пределы роста видов до тех пор, пока не будет установлен новый ограничивающий фактор, который затем можно будет оспорить с помощью технологических инноваций.

Теоретически нет предела количеству возможных приращений к неизвестному пределу производительности.^[8] Это будет либо точка, где приращение, которое необходимо продвинуть, настолько мало, что оно не может быть оправдано экономически, либо где технология встречается с неуязвимым естественным барьером. Возможно, стоит добавить, что сама биотехнология полностью зависит от внешних источников природный капитал.

Смотрите также

• Узкое место (значения)
• Критическая цепочка
• Метод критического пути
• Удобрение железом
• Краеугольные камни
• Ограничивающий фактор
• Случайная прогулка
• Шаг определения скорости
• Устойчивость
• Теория ограничений

Рекомендации

1. Томас Р. Синклер и Уэйн Р. Парк (1993) «Неадекватность парадигмы ограничивающего фактора Либиха для объяснения разной урожайности сельскохозяйственных культур», Агрономический журнал 85(3): 472–6 Дои:10.2134 / agronj1993.00021962008500030040x
2. Синклер, Томас Р. (1999). «Пределы урожайности». Растения и население: есть ли время?. Коллоквиум. Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук. Дои:10.17226/9619. ISBN  978-0-309-06427-9. Архивировано из оригинал на 2011-07-03.
3. ТУАЛЕТ. Роза (1931) Кормление экспериментов, Журнал биологической химии 94: 155–65
4. Азимов, Иссак (1962). "Узкое место жизни". Факты и фантазии. Doubleday.
5. Whitson, A.R .; Уолстер, H.L. (1912). Почвы и плодородие почв. Сент-Пол, Миннесота: Webb. п.73. OCLC  1593332. 100. Иллюстрация ограничивающих факторов. Прилагаемая иллюстрация, разработанная доктором Добенексом, предназначена для иллюстрации этого принципа ограничивающих факторов.
6. А.Н. Горбань, Л. Покидышева, Е.В. Смирнова, Т. Тюкина. Закон минимума парадоксов, Bull Math Biol 73 (9) (2011), 2013–2044 гг.
7. Д. Тильман, Конкурс ресурсов и структура сообщества, Princeton University Press, Принстон, Нью-Джерси (1982).
8. Reilly, J.M .; Фугли, К. (6 июля 1998 г.). «Будущий рост урожайности полевых культур: какие существуют доказательства?». Исследования почвы и обработки почвы. 47 (3–4): 275–290. Дои:10.1016 / S0167-1987 (98) 00116-0.