Топырақтың органикалық бөлігі

Топырак қарашірігі — топырактың негізгі бөлігі. Қарашіріксіз топырақ жок. Әр аймақтын. табиғи жағдайларына карай топырақтағы қарашірік мөлшері шөлді жоне тундра аймактарында топырак көлемінің тек 0,5— I % болса, өсімдік калдыктарына бай, шалғынды, далалы қара топырақты аймақта 10%-ке, тіпті кейбір таулы, шалғынды жерлерде 15—20%-ке жетеді.

Органикалық - зат және оның өзгеру процестері топырақтың негізгі қасиеттері мен белгіеріне және оның қалыптасуына үлкен әсерін тигізеді, Сонымен қатар, өсімдіктердің қоректенуіне, топырақтың жақсы су-физикалық қасиеттерін дамытуға, әртүрлі элементтердің топырақ пен биосферадағы миграциясына (қозғалысына) катысады. Топырақта жүретін барлық негізгі процестер органикалық заттардың тікелей немесе қосалқы катысу нәтижесінде асады.

Сол себепті органикалық заттардың топырақ қүнарлылығымен байланысын адамзат ерте дәуірден-ақ байқаған (Египетте, Грецияда, т.б.).

Топырақтың органикалық заттарын ғылыми тұрғыдан зерттеу XIX ғасырдың бірінші жартысынан басталды (Германияда-Шпренгель, Швецияда-Берцелиус, Ресейде-Герман, Голландияда-Мульдер және т.б.).

В. Доқучаевтың топырақ туралы ілімі зерттеушілердің зейінін гумуске (қарашіріңдіге) аударды. Бұл тұрғыда микроорганизмдердің гумустық заттарды синтездеудегі рөлі туралы П. Костычев зерттеулерінің маңызы аса зор болды. XX ғасырдың басы гумустық заттардың химиялық табиғатын тереңірек зерттеумен сипатталады (В. Вильямс және т.б.).

Қазіргі кезде орыс және шетел ғалымдары еңбектері арқасында гумустың құрамы мен қасиеті кеңінен талданып зерттелген. Сонымен қатар, топырақ органикалық заттарының гумусқа айналуының, гумустың топырақ пайда болуы мен оның құнарлылығына тигізетін рөлі жөніндегі теориялар жетілдірілуде (Л. Тюрин, М. Кононова, Л. Алсксандрова, В. Пономарева, Д. Орлов, И. Каурычев. 'В. Флейг, Ф. Дюшофур. М. Шанцер және т,б.).

Топырақ және биосфера органикалық заттарының негізгі көзі болып, өз бетімен минералды қосындылардан органикалық заттарды синтездейтін біріншілік продуценттер немесе автотрофтылар саналады, Жер бетінде органикалык заттарды өндіретін негізгі көз - жасыл өсімдіктер екені белгілі.

Топырақка өсімдіктердің ғана калдықтары түсіп қоймай (біріншілік органикалық зат), онымен бірге микробиологиялық өзгеріске түскен продуктілер және жануарлардың қалдықтары да жиналады (екіншілік органикалық зат). Жер беті экожүйесінің өнімділік мөлшері бірдей емес, әртүрлі - тундрада жылына 1 -2 т/ға құрғақ органикалык, заттар жиналса, ылғал тропиктік ормандарда 30-35 т/ға мөлшерінде жиналады. Агроэкожүйедегі жыртылатын егістік топырағында өсімдік қалдықтары 2-3 т/ға болса, көпжылдық шөптерден 7-9 т/ға мөлшерінде калдық түседі. Топырақтың барлық органикалық заттары топырақ фаунасы мен микроорганизмдерді қайта өндеуден өткізеді. Өңдеудің ақырғы продуктісі (азығы) болып, минералдык қосындылар саналады, Бірақ та біріншілік органикалық қосындылардың және әртүрлі тұрақтылығы бар күрделі органикалық продуктілердің топырақта пайда болуына және өсімдіктердің қоректенуіне тигізетін әсерлері әлі толық зерттелмеген.

Қарапайым көзге көрінетін топырақ құрамындағы өсімдік және жануарлар қалдықтары жалпы органикалық заттардың 5-10 %-тін құрайды.

Анатомиялық белгілерінен мүлдем айырылған топырақ органикалық заттарының негізгі бөлігі-гумус (қарашірінді).Ол үлкен екі топтағы заттарға бөлінеді. _:

Топырақ құрамынан бөліп, мөлшерін анықтауға болатын спецификалы (тән) емес органикалық қосындылар - қанттар, аминқышқылдары, ақуыздар, органикалық негіздер илі заттар, органикалық қышқылдар және т.б. Көптеген минералды топырақтарда олар жалпы органикалық заттардың ондық проценті мөлшерінде кездеседі.

Жалпы органикалық заттардың 80-90%-ін құрайтын арнайы спецификалық-топырақтың өзіне тән бөлігі гумустық қосындылар.

Гумустық заттар - әртүрлі құрамды және қасиетті, жоғары молекулалы азотты, органикалық қосындылардан тұратын, пайда болудағы кейбір қасиеттерінің, кұрылысының ортақтылығы және органикалык табиғаты бар заттар. Олардың негізгісі келесілер: 1) өзіне тән түсі қара-коңырдан караға, кызғылт-қоңырдан сарғыштауға дейін ауытқуы; 2) карбоксилдер тобы әсерінен туған қышқылдылығы; 3) көміртегінің мөлшері – З6-дан 62 %, азот 2,5-нан 5 %-ке дейін; 4) 3-6 %-тей гетеро-(түрлі) циклді азоты бар; 5) барлық топтарда циклді фрагменттсрдің (қайтарылымды буындардан) болуы; 7) 700-800-ден жүздеген мыңға жететін молекулалық массасы бар әртүрлі заттар.

2) Гумустық заттар ерімталдығы мен экстракииялануы (ыдырауы) бойынша келесі топтарға бөлінсді: фульвоқышқылдар (Фқ), гумин қышқылдары (Гқ) және гумин; кейде ерекше гиматомелан қышқылдар тобы.

Фульвоқышқылдар- гумустық қосындылардың суға ең ерімтал тобы, жылжымалы, жалпы гумустық заттардын молекулалық шамасына қарағанда, молекулалық массасы көп төмен болатын зат, Гумустық заттардың басқа

тобына карағанда, көміртегі мөлшері де аз болуына бейімді келеді. Күлгін, қызыл тропиктік, боз топырақгарда көбірек кездеседі.

Гумин қышқылдары- минералдық және органикалық қышқылдарда ерімейтін гумустық қосындылар тобы. Молекулалық массасы жоғары, көміртегінің мөлшері 62 %-ке дейін, қышқылдылық сипаты басымдау зат. Қара, кара-қоныр, кейде орманды сұр, жақсы өңделген шымды-күлгін топырақтарда көбірек мөлшерде кездеседі.

Г у м и н - гумустың экстракцияланбайтын (ыдырамайтын) бөлігі. Шамамен екі типті қосындылар түрінде кездесуі мүмкін; балшықты минералдармен берік баиланған гумустық заттар (балшық - гумусты гумин); анатомиялық құрылысын жоғалтқан және берік компоненттермен, соның ішінде лигнинмен, байыған жартылай шіріген өсімдік қалдықтары (детритті гумин).

Гиматомелан қышқылдары- фулъво жәнс гумин қышқылдарының орташа қасиеттерімен сипатталған гумустық заттар тобы. Бұрын гумин қьшқылдары тобына біріктіретін. Бірақ олардан полярлы қышқылдарда еруі және басқа қасиеттерімен ерекшеленеді.

Казіргі уақытта фульво және гумин қышкылдарының құрамы мен құрылысы терең зерттелген. Барлық гумустық заттардың топтарында азоттың мөлшері 2,5-нан 5,0 %-ке дейін болады. Гумустық заттар орташа есептегенде, өсімдік қалдықтарына қарағанда, азотқа бай болады. Оның себебі -органикалық қалдықтар минералдану мен гумустену процестер көзінде, азотқа қарағанда, көміртегінің қос тотығы ретінде, құрамындағы көміртегінен айырылады.

Гумустық заттардың қүрылысын зерттеу үшін әртүрлі тәсілдер қолданылады сәл зерттеулердің нөтижесінде гумус қьішқылы молекуласының құрамындағы шартты түрде козғалмалы бөлігі-шеткі (перифериялы) және тұракты -ядролық (өзектік) болып екіге бөлінеді.

Топырақгардың беткі қабатында гумустың 0,5-1 %-тен 10-12 % және одан да көбірек. Төмен мәдениетті егіншілік топырақтағы гумус мөлшерін азайтады.

Гумин қышқылдары мен фульвокышқылдарының ара қатынастық көрсеткіші (Сг/Сф) бойынша гумустың келесі типтері бөлінеді: гуматты (> 1,5). фульватты-гуматты (1-1,5), гуматты-фульватты (1-0,5) және фульватты (< 0,5). Табиғи топыраққүралудың ыңғайлы көзінде гумустың құрамында гумин қышқылдары көп түзілетін зандылықгар байқалады (қара шіріндісі көп топырақтарда). Топырақты игеру мен мәденилендіру әрекеті гумус типтеріне әртүрлі ықпал жасайды. Топырақ кескінінде немесе бөлек кабаттарындағы гумустың қоры мөлшермен топырақ гумусының шамасы тепе-теңді болып келеді.

Топыраққа түскен органикалық қалдықгар әртүрлі физика-химиялык және биохимиялық өзгерістерге шалдығып, олардың көп бөлігі СО₂, Н₂0 және қарапайьш дейін ыдырайды (минералданады), ал аз мөлшері өзгерістерге шалдығып, гумусгену процесі арқылы топырақтың гумустық заттарын құрайды. Гумустену процесінің басты сипаты болып гумустену коэффициент саналады (К^).

3) Ғылымда гумус кұралу процесі әлі толық анықталмаған Ол туралы келесідей концепциялар (көзқарастар) айтылған.

Конденсациялық (полимеризациялық) концепцияны 30 жылдары А. Трусов, М. Кононова, В. Фляй және т.б жетіддірген. М. Кононова гумустену процесінің негізгі жағдайларын келесідей тұжырымдайды: 1) өсімдік қалдықтарының гумусқа айналу процесі оның кұрамына кіретін заттардың СО₂, Н₂0, NН₃ және басқа да азықтары ыдырап минералдануымен бірге жүреді; 2) өсімдік денесінің барлық компоненттері ыдырау азықтарының кұрамдык негіз болып саналады; 3) гумустық заттар түзілуінің негізі болып фенолдар-фенолоксидаза типті ферменттермен тотығып конденсацияланған біріншілік құрылымы саналады; 4) гумустық заттардың түзілуінде басты химиялық процес поликонденсация болып есептеледі. Гумусқұралудың конденсациялық концепциясы бойынша фульвоқышқылдар гумин қышқылдарынан бұрын пайда болады деп тұжырымдалады, сондықтан олар күрделену арқылы гумин қышқылын түзеді. Бүл ферментік процесс.

Биохимиялық тотығу концепциясын 30-шы жылдары Тюрин ұсынған, оны ары қарай Л. Александрова дамытқаН Бүл түрғыдан қарағанда гумустену ете күрделі био-физика химиялық жолмен, өсімдіктердің органикалық калдықтары ыдырауы барысында, арадағы органикалық жоғары молекулалы азықтарынан ерекше косындылар-гумус-гумин қышқылдарын түзетін процесс. Гумустену процесінде басты рөлді баяу жүретін биохимиялық тотығу реакциялары атқарады, соның әсерінен жоғары молекулалы органикалыі қыіпқьтлдар түзіледі, Гумустену ұзақ жүретін процесс болғандыктан, гумин қышқылдары молекулаларының хош иістілер конденсациялануы арқылы емес, керісінше жаңа пайда болған гумин қышқьшдарының тұрақсыздана макромолекулаларының бөлінуі арқылы жүреді. Кәдімгі топырақтың (қара) гумин кышқылдарына қарағанда, жаңа түзілген гумиин қышқылдарының молекулалық массасы үлкенірек, ал элементтік құрамы өсімдік қалдықтарының химиялык құрамына тәуелді болады. Түзілген гумустық қышқылдар жүйесі минералдану көзінде бөлініп шыққан өсімдік қалдықтарының күлдік элементтерімен катар, минералдық топырақ бөлшегімен әрекеттесіп, оргаиика-минералдык заттар құрайды. Осының әсерінен түтас жүйе біртіндеп, ерімтал әртүрлі және молекулалық құрылысы өзгеше фракцияларға бөлінеді. Жүйенің дисперсиялық аз бөлігі суда ерімейтін кальцийлі және 1,5 тотықты гумин қьшқылдар тұздары түріңде пайда болады. Ал ерімтал түздар беретін дисперсиялы фракциясы фульвоқышқылдарын түзеді.

Орыс окымыстысы А. К. Тимирязевтің тілімен айтканда, карашірікте күн сәулесінің бір кездегі энергиясы консерзіленген күйінде сақталады. Қарашірікте өсімдік-терге керек болатын негізгі элементтер: азот, фосфор, көміртегі, күкірт т. б. бар. Топырақтағы микробиологиялык процестердің нәтижесінде қарашірік құрамындағы мұндай элементтер ыдырайды да, онымен өсімдіктер коректенеді. Тіпті ыдырамаса да, карашіріктің өзімен әсімдіктер коректенеді. Топырақтың түсі карашірікке тікелей тәуелді. Ол топыракты кара, кара қоңыр түске бояиды. Қарашірігі өте аз топырақтар ашык түсті, бозғылт болып келеді. Қарашірік неғүрлым топырақта мол болса, топырақтың кұнарлылығы да арта түседі.

Қарашірікпен топырактыц баска да физикалық касиеттері байланысты. Мысалы, топырақтағы карашірік мәлшерімен топырактың кұрылымын (структурасы), су сыйымдылығы, жылылық режимі т. б. тікелей байланыс­ты.

1. Қарашірік қандай заттардан тұрады?

   
   

2. Қарашірік топырақтың түсіне қалай әсер етеді?

   
   

3. Қарашірік топырақтың физикалық қасиеттеріне қалай әсер етеді?