Топырақтағы табиғаты арнайы емес гумустық заттар.

Кез келген тың немесе мәдени топырақтар өте көп жоғары және төменгі организімдер мен көмкерілген, олардың тіндері көлемі мен мөлшері және химиялық құрамы әртүрлі органикалық заттардан тұрады. Мұнда өз кезегі бойынша бөлу керек, яғни өсімдіктердің органикалық заттары (тамырлар, қалдықтар, собықтар) және хайуанаттардың, насекомдардың, саңырауқұлақтардың, микроорганизімдердің, өлген өсімдіктер мен хайуанаттардың органикалық қалдықтары, тіршілік кезіндегі өнімдер, тірі жандылар мен өсімдіктердің микроорганизмдердің шығымдары. Міне осы барлық органикалық масса негізінде гумус түзілудің негізгі көзі болып табылады.

Гумустың табиғаты арнайы емес заттардың ішінде мына төменгі топқа бөледі:

Ақ уыз заттар: (протеиндер) - өсімдік қалдықтарында ақуыздық заттар 0,6 дан 15 % дейін қосылады. Саңырау құлақтарда 50-80%.

Ақ уыздардың гидролизі кезінде – аминоқышқылдар пайда болады. Олар амидті – NH₂ және карбоксильді – CooH топтап тұрады. Аминоқышқылдар гумус түзілудің негізгі компонентерінің бірі болып саналады.

Көміртектер: - өсімдік ұлпалар құрамында басым зат, оның деңгейі 10-50 % жетеді. Көп көміртектер клетчатка (С₆ Н₁₀ О₅)_п, крахмал (С₆ Н₁₀ О ₅)_п, крахмал (С₆ Н₁₀ О₅)_п, және моноқант (С₆ Н₁₂ О₆), поликант (С₁₂ Н₂₂ О₁₁) түрінде кездеседі.Көміртектер микроорганизімдер мен жеңіл ыдырайды, олар үшін ол энергия көзі болып саналады.

Майлар:_- өсімдік ұлпаларында 1 -3 ден 20-30% дейін кездеседі оның көбі _{тұқымында болады.}

Лигнин: - өте берік органикалық қоспаларға жатады, олардың мөлшері 10-30%. Лигниндерде өзіне тән ариматтық топтап тұрады.

Лигниндер топырақ гумусының негізгі компоненты болады.

Флягтің пікірі бойынша лигниндер ыдырап – гумус қышқылына айналады.

Сомолалар: - әртүрлі жүздеген араматтық қоспалар жиынтығы воск көп смололар топырақтың органикалық бөлігінің негізгі компонентерінің бірі болып саналады, және топырақта оның мөлшері 2 ден 14% жетеді.

Органикалық қышқылдар:- Анықтаулар бойынша топырақта төменгі молекулалары органикалық қышқылдарының пайда болуы және жинақталуы байқалады: шавель (СООН₂) янтарь (СООН СН₂) құмырсқа қышқылы (НСООН), сірке (СН₃ СООН), лимон (С₆ Н₈О₇) және т. басқа. Бұл қышқылдар өсімдіктердің оміршілік өнімі мен төменгі организмдердің өнімі болып саналады.

Дубильдік заттар: - ақуыз және амино қышқылдарын беріп қоспаларды түзетеді.Олардың мөлшері өсімдік құрамында 5 осы 25% аралығында аутиды, олар әсері ағаш қабықтарында көп кездеседі. Гумустың түзілуінде дибильдік заттардың маңызы зор екенін айтады.

Қүлді элементтер: - Өсімдік организімдерінде күлді элементтердің мөлшері 2- 3 тен 50-52 % жетеді (әсіресе талафиттерде – 50-52 %) күл құрамында 60 астам элементтер кездеседі.

Жыл сайын жоғарғы және төменгі организімдердің өсуі кезінде және өсімдіктерді тірі жандылардың өсуі мен дамуында жаңа өзіндік құрылымды органикалық заттардың пайда болады, олар гумус түзілудің материалдары болып, сонымен қатар, топырақ гумустың негізгі көзі болып табылады.

Топырақтың органикалық заттардың арнайы тобы.

Гумин қышқылдары – гетерогенді және полидиентті топ.

Жоғары молекулалы азатты қоспалы оксиқышқылды гетерогенді және полидиентті топ олардың құрылым бірлігі біркелкі, бірақ детальдары бойынша өзгешеленеді. Кәдімді гумин қышқылы тұрады (%) С-50-52, Н – 2,8- 6,6, 0-31-40, N – 2,0 – 6,0.

Орловтың пікірі бойынша гумустың салмақтық пайыздан көрсеткіші жеке элементтердің маңызы және олардың ролі туралы, және топырақ түзілу кезінде және гумустың затта болып жатқан өзгерістер туралы дұрыс мағлұмат бермейді. Бұл ғалым элементариялық құрамды атом үлесі немесе атомдық пайызбен беруді ұсынды. Бірақ бұл жағдайда гумустық заттарда кездесетін тұрақтанған аймақтан қатар байқалмайды. Көміртектің атомдық пайызы барлық гумин қышқылдарының дифференциясының айқындап, екі үлкен топқа бөледі.

Бірінші топқа көміртегінің атомдық көрсеткіші 40-42 % құрай тын топ кірсе, екінші топқа атом үлесі 37- 38 % кіреді. Орловтың пікірі бойынша көміртегінің атомдық және салмақтық көрсеткіштері бойынша,, гумустық қышқылдар көміртек қаңқасы бойынша екі типке сәйкес келеді, үздіксіз салмақтық қатар заттардың тотығу кезіндегі өзгеру деңгейін және оттегі мен су тегі атомының қарам – қатынасынын көрсетеді. Өсімдік қалдықтарындағы гумин қышқылдарының элементарлық құрамының салыстырмалы талдауы негізінде гумификация кезінде гумин қышқылдарының тотығу деңгейінің өскенін байқаған.

Гумин қышқылдарының құрылымдық құрылым негізін ароматтың өзенке негізделген. Өзен ароматтық және тетроцильдік бензол, фурана сақина типінен конденциалыланған сақина нафталин, антроцен және хинолиннен тұрады. Конденцациялану деңгей, көміртектің бетінің нығыздалуы гумификация кезінде өзгереді, ол піскен сайын өсіп, гумус қышқылдарының жылжыфмалығына әсер етеді. Конденцация өзегі өскен сайын гумин қышкылдарың жылжымалығы азайады.

Гумин қышқылы молекула құрылымының борпылдақ және тесікті болуы оның қабынуға және адсобциалауға бейім екенін көрсетеді. Ең қызығы осы молекулалардың ядросы гидрофобты, ал шекті тізбектері – гидрофильді келеді.

Қышқылдың қасиет, сіңіру сиымдылығы, ерігіштік, органдо – минералды қоспалардан пайда болуы гумин қышқылының молекуласының функционалдық тобына байланысты. Олардың құрамы және мөлшері ренгенографиялық зерттеулердің көрсеткіштері бойынша әртүрлі және олардың құрылымы аморфты келеді. Сіңіру сиымдылығы 350 – 500 мг / экв 100 гр топырақта гумин қышқылының молекуласының мүсіні және мөлшері туралы сұрақтар бүгінгі күнде дейін әлі шешілмеген С.С. Драгунов бойынша гумин қышқылының молекуласы сызықша ұзарып созылған мүсінге ие, ал Фляйг және Байтельспахерлер бойынша – сфералық, Орлов – бойынша мүсін диспо тәріздес екн.

Гумин қышқылының молекуланың салмағы боцынша қалыптасқан пікір жоқ ол 400 ден 100000 дейін ауысады.

Әртүрлі топырақ типтерінің гумин қышқылының құрам элементтері мен құрылым детальдары бір – бірінен өзгешелігімен соған байланысты олрдың қасиеттері де өзгеше күлгіннен қара топырақтар қатарына қарай көміртек құрамындағы элементтер мен С: Н қарым қатынасы барысында үлғайғандық байқалады, және осы көрсеткіштер қара – қоныр топырақтан боз топыраққа қарай кішірейген. Қара топырақтың гумин қышқылының көміртегінің атомы оның молекуласы құруда үлкен роль атқарады, яғни цикілдік полимерленген көміртек үлесі артық, бүгірлік алифатиялық жүйенің елшісі азайған. Күлтік топырақтан қара топыраққа қарай гумин қышқылы молекуласының оптикалық тығыздығы, гидрофильділігі, гумин қышқылына инерттілігі, ал соған байланысты оның құрамы мен қасиеті өзгереді.

Фульво қышқылы: «Фульво қышқылды» Свек – Оден (1919) жылы енгізді. Бұл терминді ол Берцеллустың крем мен аноктек қышқылдарын біріктірді. Бұл қышқылдар гумин қышқылдарынан қышқыл ортада өндеген кезде пайда болады. Бүгінгі кезде бұл термин туралы қалыптасқан көз қарас жоқ.. Көптеген ғалымдар фульвоқышқылына органикалық заттардың қышқылымен өңделмейтін фракцияларына жатқызуда.

Кеңес ғалымдары (И.В. Тюрин, М.М. Кононова, Л.И. Александровалар) фульвоқышқылдары деп гетерогенді және полидисперсті жоғарғы молекулалы қоспаларды айтады, олардың молекула құрылысы гумин қышқылының типіне сәйкес, бірақ одан айырмашылығы өзектегі молекула қарымқатынасы мен шеткі бөлімдерімен – ерекшелінеді.

Фульвоқышқылының басты айырмашылығы оның жоғары жылжымалығы. Топырақ түзілуде оның ең басты ерекшелігі осында. Бұл көз қарасты көптеген ғалымдар қолдайды, әсіресе жапонияның Харада, Кобо, Татсунава – ғалымдары.

Тюрин және Кононованың пікірінше фульвоқышлын гумин қышқылының деструлиция өніміне теңейді. Фульвоқышқылының гумин қышқылынан ең басты айырмашылығы оттегі атомының көбейіп көміртек атомының азайунда. Сонымен қатар фульво қышқылында С: Н қарым қатынасында төмен.

Фульво қышқылының молекуласында (О₂) болады: С – 40-52, Н – 4-6, О₂ – 40-48, N – 2-6,фульвоқышқылының хош иісті өзекті әлсіз конденсацияланған және шеткі альфатиланың тізбегінің сыбағалы салмағы жоғары. Сіңіру сиымдылығы 250- 670 мг / экв 100 топырақта.

Фульво қышқылының гумин қышқылынан айырмашылығы оның түсі ақшыл, оптикалық тығыздығы аз, миграциялық қабілеттігі жоғары, электролиттерге тұрақтылығы жоғары.

М.М. Кононова фульво қышқылының бірінші сатысы деп қарайды.Л.Н. Алексадрованың жоромалы бойынша топырақ түзілу үрдісі кезінде бұл екі қышқыл бір мезгілде пайда болмас, яғни жүйеде гумин қышқылы бірінші кезекті алады.

Гумин:- органикалық зат, топырақтың минералдық бөлігімен өте берік байланысқан, топырақты сілтемей бірнеше рет өндістен кездескенде шықпайды. Шпретельдің пікірінше бүл зат өзінің қасиеті жоғынан гумин қышқылы мен көмірдің арасында орналасқан, сондықтан оны «гумус көмірі» деп атаған. Кейін оны Берцеллиус «гумин» деген терминге ауыстырды.

И.В Тюрин, Д. Хан және басқалар гуминнің құрылымы мен қасиетін зерттеді. Гумин өзінің қасиеті жоғынан гумин қышқылына жақын. Гуминнің ерімейтін қасиеті оның топырақтық минералдың бөлігімен тығыз байланыстылығында чех ғалымы Наймер (1980) гуминның құрамында күйген өсімдік қалдығын тапты. М.М. Кононованың анықтауы бойынша боз топырақтың гумины меланинге сәйкес.(ол микроорганизмдер плазмасының қалдығы). Бір – біріне сәйкес келмейтін пікірлер, бұл гумин затының әлі нақтылы зерттелмегенін көрсетеді.

Топырақ құнарлығының дамуында өсімдіктердің өсіп өнуінде қара шіріктілердің маңызы өте зор. Жыл сайын органикалық заттар синтезделіп одан кейін олар ыдырағанда, ресинтезге және макро – микроорганизмдер мен ыдырап топырақтың қарашірінді құрамы әрдайым толықтырып отырады.

Топырақ құрамында кездесетін макро және микроорганизмдер топырақтың органикалық бөлігінен өзінің өмір сүріп және энергия мен минералдық қоспаларды алады.

Жыл сайынғы қайталанып тұратын синтезден және жаңа органикалық заттар мен гумустың баяу ыдырауынан топыраққа жүйелі түрде өсімдіктерге ең керекті қоректік заттар: N, P, K, S, Co және т.б., микро – макроорганизмердің әсірінен топырақтағы қарашірік қоры жүйелі түрде жаңарып толықтырылып отырады.

Өсімдік организмдерінің өмір сүруі, гумустық заттардың түзілуі және олардың баяу минерализациясы минералдық қоректік жаңаруына, шоғырлануына соның әсерінен топырақ түзуші жыныстан элементтердің ыдырау салдарынан тиімді түрде өтуінде, топырақ қабаттарында өсімдіктерінде керекті қоректік заттар шоғырланады.

Физиологиялық белсенді заттардың жағымды әсері өсімдіктердің бастапқы фазасында оңтайлы әсер етеді, олар әсіресе қолайсыз.

Топырақтағы гумустық заттардың мөлшері әрбір топырақ типі үшін тектік жіктелу нышаны болып саналады.

Әрбір топырақ типі үшін беткі қабатында өзінің тұрақты мөлшері және гумустың сапалық құрамы, гумин қышқылының фульво қышқылына қарым қатынасы, олардың молекулалық құрылымы және органды минералды қоспалары болады.

Осы құрымдылық арқылы әрбір топырақ типі ерекшеленеді.

Топырақтың беткі қабатында гумустың құрамы мен құрылуымының ерекшеліктері (Кононова, 1969)

Табиғи аймақ	өсімдігі	топырақ	Гумус,%	Гк: Фк қатнасы	Жылжымалы гумус қышқылы	Еп / Е6 гумус қышқылы
Тайги (солтүстік)	Мүкпен балқараған	Күшті күлгін	2,5-3,0	0,6		5,5- 5,0
Тайги (оңтүстік)	Қылқан және жалпақ жапрақты	Шашды күлгін	3-4	0,8		5-4,5
Жалпақ жапырақ орман	Еменді орман	Орманды сүр	4-6	1,0	20-30	4,5-4
Орманды дала	Бидайық және әртүрлі шөпті	Қалың қара топырақ	9-10	1,7	20-15	4-3,5
дала	әртүрлі шөпті бидайықты	Кәдімгі қара топырақ	7-8	2-2,5	10-15	3,5
Құрғақ дала	Жасанды – селеулі бетегелі- жусанды	Ашық қара қоңыр қара қоныр	1,5-2	1,2-1,5		4-3,5
Жартылай шөп	жусан	қоныр	1-1,2	0,5-0,7		4,5
субтропик	Субтропикалық орман	Қызыл топырақ	>4-6	0,7-0,9	90-100	5,0
тропик	Тропикалық орман	ферримет		0,3- 0,4		5,0

 

Еп: Е₆ түсті коэффициент, бүл көрсеткіштер қарым – қатынасы, яғни

Е – толқын ұзындығы 460 және 650 нм; Е – сіңіру коэффицент қатнастары;

Е₄; Е₆ – сәуле сіңірудің қима деңгейсінің қарым қатнасы, гумине қышқылындағы көмірген тор атомдарының конденсациялану деңгейін қосымша көрсетеді және бүйірлік алифатиялық тізбектің молекуласын 7 – көп көрсеткіш фульво қышқылына, 7 – аз гумин қышқылына тән.

Слайдтар, кестелер, иллюстрациялар:

Бақылау сұрақтары:

1. Топырақта өсімдік қалдықтарының ыдырауын сипаттаңыз.

2. Гумус түзілу үрдісінің бүгінгі таңдағы көзқарас, гумус түзілудің жалпы жобасы.

3. Топырақ түзілу мен топырақ құнарлығындағы гумустың ролі.

4. Топырақта гумустың сандвқ және сапалық құрамын реттеу жолдары.

 

Әдебиеттер:

1. Ковда В.А. Основы учения о почве М. кнг.,1973 г.

2. Возбуцкая А.Е. Химия почв М., 1968 г.

3. Кононова М.Ш. Органические вещества почвы М – Л.,1951 г.

4. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв М., 1974 г.