Режа: Тоғ жинслари ва минераллар хакида тушунча. Нураш жараёни ва нураш тўғрисида маълумотлар. Тупроқдаги органик моддаларнинг манбаи, миқдори ва таркиби. Тупроқда гумус

Биологик нураш. Тоғ жинслари ва минераллар турли организмлар (микроорганизмлар, ўсимлик ва ҳайвонот организмлари) ва уларнинг ҳаёти туфайли вужудга келган маҳсуллар таъсирида механикавий равишда парчаланади ва кимёвий ўзгариш юз беради. Организмлар таъсирида юзага келадиган ана шундай ўзгаришларга биологик нураш дейилади. Биологик нурашда организмлар тоғ жинслардан ўз ҳаёт шароитлари учун керакли моддаларни ажратиб олади ва минерал жинслар юзасига тўплайди. Бу жараён натижасида тупроқ пайдо бўлиши учун қулай шароит вужудга келади. Ўсимлик илдизлари ва микроорганизмлар ҳаёти давомида ташқи муҳитга ажраладиган карбонат ангидриди ва ҳар хил кислоталар кимёвий нурашга сабабчи бўлади. Биологик нурашда микроорганизм (бактерия, замбуруғ ва актиномицет) ларнинг аҳамияти каттадир, чунки 1 г.тупроқда миллионлаб-миллиардлаб микроорганизм бўлади.
Микроорганизмлар таъсирида кечадиган нитрификация ва сульфофикация жараёнлари натижасида ҳосил бўладиган нитрат ва сульфат кислоталари ҳам кўпгина минерал бирикмаларни эритади ва биологик нурашни кучайтиради. Шунингдек, замбуруғлар чиқарадиган органик кислоталар нураш жараёнига чидамли бўлган дастлабки бирламчи минералларни парчалайди.
3. Тупроқнинг органик қисми турли хилдаги ва таркибдаги органик моддалардан ташкил топган. Бу органик моддалар ўсимликлар, жониворлар ва микроорганизмларнинг ҳар хил даражада чириган қолдиқларидан ҳамда тупроқнинг ўзига хос моддаси - гумус йиғиндисидан иборат. Гумус мураккаб кимёвий таркибли азот сақловчи юқори молекуляр модда комплекси бўлиб, одатда қорамтир тусли ва тупроққа текис сингиб кетган ҳамда минерал қисми билан жуда мустаҳкам бириккан ҳолатдадир.
Тупроқнинг органик моддалари таркибида доим турли организмларнинг тирик ҳужайралари ва тупроқ фаунаси (жониворлари) ҳам иштирок этади.
Тупроқлар органик қисмининг таркиби тахминан қуйидаги нисбатда: гумус 85 фоиз, ўсимлик қолдиқлари 10 фоиз, тупроқ флораси ва фаунаси (тирик замбуруғлар, сув ўтлари, бактерия ва актиномицетлар, ёмғир чувалчанглари кабилар) 5 фоиз чамасида бўлади (14-расм).

1414 - расм.Тупроқ органик қисмининг таркиби.

Тупроқнинг юзаси ва бутун профилида тўпланадиган барча ўсимлик ва ҳайвон қолдиқлари органик моддаларнинг потенциал манбаи ҳисобланади ҳамда тупроқ пайдо бўлиш жараёнларида актив қатнашади. Тупроқдаги биомасса заҳираси, унинг структураси, динамикаси ва таркиби турли табиий зоналарда бир хил эмас. Айниқса яшил ўсимликлар энг кўп биомасса тўплаш имкониятига эга. Уларнинг ҳар йили тўплайдиган биомассаси умуртқасиз ҳайвонлар ва микроорганизмларга нисбатан ўнлаб юзлаб маротаба, умуртқали ҳайвонларга нисбатан эса бир неча минг маротаба кўп. Шунинг учун ҳам тупроқдаги органик моддаларнинг асосий қисми яшил ўсимликларнинг ер юзасига тушадиган қолдиқлари ва илдизлари ҳисобига бўлади Аммо жониворлар ва микроорганизмлар қолдиқларининг таркибида оқсил моддаларнинг кўп бўлиши, тупроқда азотга бой органик моддаларнинг тўпланишида муҳим роль ўйнайди. Турли ўсимликлар формацияси қолдирадиган, ҳар йили тўпланадиган органик модда (биомассаси) бир хил эмас ва гектарига ўртача 3,4-13,7 тоннани, нам субтропик ўрмонларида эса ҳатто 30-35 тоннани ташкил этади. Турли табиий тупроқ зоналарида қуйидаги ўсимликларнинг қолдиқлари тўпланиши мумкин. Тундра зонасида фитомасса заҳираси 150 дан 2500 г/м² гача, ўрмон-тайга зонасининг юқори бонитетли ўрмонларида фитомасса миқдори 25-40 минг г/м² гача кўпаяди. Дашт зонаси ўтсимон ўсимликлар ўрмонларга нисбатан камроқ биомасса (1200-2500 г/м²) тўплайди, аммо илдиз массаси 3-6 марта кўп бўлади. Чўл зонасида фитомасса заҳираси кескин камаяди, аммо илдиз массаси кўпаяди ва ер юзасидаги органик моддалар ҳамда илдиз массасининг нисбати 1:8-1:9 га баробардир. Тупроқнинг биологик активлиги анча паст бўлса-да, нам етарли бўлган баҳор вақтларида кучаяди. Тупроқда тўпланадиган органик қолдиқларнинг кимёвий таркиби кўпинча нобуд бўлган организмларнинг турларига боғлиқ. Тупроқда тўпланадиган органик қолдиқлар таркибида кул моддалар (Са, К, Р, Si. Fe, S cингари), углеводлар, оқсиллар, лигнин, липидлар, мумлар, смолалар, ошловчи моддалар ва бошқа органик бирикмалар бўлади. Жадвал материалларидан кўриниб турибдики, бактериялар ва дуккакли ўсимликлар таркибида оқсил моддалари кўп бўлиб, дарахтсимон ўсимликларнинг ёғочлик қисмида жуда кам. Аммо дарахтлар таркибида углеводлар, лигнин ва ошловчи моддалар асосий роль ўйнайди. Демак, тупроқдаги органик моддалар таркибининг мураккаблиги ва хилма-хиллиги органик қолдиқларнинг турлича бўлишига ҳамда кейинчалик ўзгариш шароитларига боғлиқ бўлади. Тупроқдаги органик моддалар таркибида ўсимликлар, бактериялар ва замбуруғлар плазмаларидаги барча бирикмалар, ҳамда уларнинг кейинчалик таъсирлашуви ва ўзгариши (трансформацияси) дан ҳосил бўлган маҳсулотлар мавжуд. Буларга тупроқда бир суткадан юз ва минг йиллар сақланадиган минглаб бирикмалар киради. Тупроқдаги органик моддалар ўзининг табиати ва тупроқ пайдо бўлиш жараёнларидаги ролига кўра икки группага бўлинади. Б и р и н ч и г р у п п а г а ўзига хос хусусиятга (специфик) эга бўлмаган органик моддалар киради ва унинг таркибида органик кимёда маълум бўлган турли азот сақловчи ва азотсиз органик моддалар мавжуд. Бу группага ўсимлик қолдиқларининг парчаланишидан ҳосил бўладиган органик маҳсулотлар, микроб таналари ва органик қолдиқлар парчаланишининг охирги маҳсулотлари синтезидан иборат моддалар киради. Ана шу группа тупроқ органик моддаларининг 10-15 фоизини ташкил этади. И к к и н ч и г р у п п а ўзига хос хусусиятга эга бўлган органик моддалар - тупроқ гумуси ёки чириндисидан иборат. Гумус органик моддалар синтезидан ҳосил бўлган юқори молекуляр бирикмадир ва тупроқдаги органик моддаларнинг 85-90 фоизини ташкил этади. Органик моддаларнинг парчаланиши натижасида нисбатан оддий моддалар, синтезланганда эса жуда мураккаб бирикмалар ҳосил бўлади. Шундай қилиб, ҳар қандай тупроқда бир вақтнинг ўзида икки жараён:
1. М и н е р а л л а н и ш - мураккаб органик бирикмаларнинг оддий моддалар (СО₂, Н₂О, NH₃, каби) гача парчаланиши ва
2. Г у м у с н и н г ҳосил бўлиши (гумификация) жараёнлари рўй беради.
3. Тупроққа тушадиган органик қолдиқлар, турли биокимёвий ва физик-кимёвий жараёнлар натижасида уларнинг асосий қисми охирги маҳсулотлар (СО₂, Н₂О ва оддий тузлар) га қадар оксидланиб минераллашади, бир қисми эса мураккаб ўзгаришларга учраб тупроқнинг ўзига хос гумусли моддаларини ҳосил қилади. Бу жараёнга г у м у с г а а й л а н и ш деб аталади.
Гумус ҳосил бўлиш ҳақидаги ҳозирги асосий нуқтаи назар (концепция)лар хақида тўхтаб ўтамиз.
а) К о н д е н с а т л а н и ш (п о л и м е р л а н и ш) н а т и ж а с и д а г у м у с ҳ о с и л б ў л и ш к о н ц е п ц и я с и. Бу фаразия дастлаб А.Г.Трусов томонидан ишлаб чиқилган бўлиб, кейинчалик М.М.Кононова бошлиқ бир группа олимлар ривожлантирди. Ана шу нуқта-назарга кўра гумус ҳосил бўлишида оқсилларнинг парчаланишидан ҳосил бўлган перро - С₄Н₅N ва бензол (С₆Н₆) каби мономерларнинг оксидланиш ва конденсатланишидан ҳамда лигнин ва ошловчи моддаларнинг парчаланишидан юзага келадиган фенол (С₆Н₅ ОН) ва хинон ((С₆Н₂О₅) сингари оддий моддаларнинг ферментлар таъсирида ва иштирокида полимерлашиб синтезланишидан пайдо бўлади. Бу фаразияга кўра гумус моддаларнинг фульвокислоталари гумус ҳосил бўлиш жараёнининг дастлабки даврида паст молекуляр бўлиб, кейинчалик бу процесснинг ривожланиши натижасида конденсатланиб (полимерланиб) юқори молекуляр моддага айланади. Демак, фульвокислоталар гумус ҳосил бўлиш жараёнининг бошланғич даврида пайдо бўлган органик кислота бўлиб, гумин кислотадан сифат жиҳатидан фарқ қилади (17- расм чизма).
б) Г у м у с ҳ о с и л б ў л и ш и н и н г б и о к и м ё в и й о к с и д л а н и ш к о н ц е п ц и я с и. Бу нуқтаи назар дастлаб И.В.Тюрин кейинчалик Л.И.Александрова томонидан ривожлантирилди. Ана шу концепцияга кўра гумус ҳосил бўлиши мураккаб биофизик-кимёвий жараён бўлиб, бунда органик қолдиқлардаги юқори молекуляр ҳолатдаги оралиқ маҳсуслотларнинг парчаланишидан ўзига хос юқори синфли мураккаб органик бирикмалар-гумусли кислоталар ҳосил бўлади. Гумус ҳосил бўлишида секин борадиган биокимёвий оксидланиш жараёнлари йўналтирувчи аҳамиятга эга бўлиб натижада қатор юқори молекуляр органик кислоталар системаси юзага келади. Гумин кислоталарнинг мураккаб системаси ўсимлик қолдиқлари таркибидаги кул элементлари ва тупроқнинг минерал қисми билан ўзаро таъсирлашиб, қатор органик-минерал бирикмалар ҳосил қилади.
Ўсимлик қолдиқларbнинг гумусга айланиш жараёнидаги ўзгариш расм-чизмаси (М.М.Кононова, Л.Н.Александрова, Н.Н.Бельчикова бўйича).

в) Г у м у с ҳ о с и л б ў л и ш и н и н г б и о л о г и к к о н ц е п ц и я с и г а кўра гумусли моддалар турли микроорганизмлар маҳсулотларининг синтезидан иборат. Бу нуқтаи назар В.Р.Вильямс томонидан айтилган бўлиб, унинг фикрича гумус моддалар сифати турлича эканлиги микроорганизмлар (аэроб ва анаэроб бактериялар, замбуруғлар)нинг тури билан боғлиқ бўлиб, ҳар хил гумус моддалар эса, турлича группадаги микроорганизмларнинг экзоэнзимлари (сиртқи ачитқиси) махсулидир. Д.С.Орловнинг кўрсатишича, тупроқдаги гумус ҳосил бўлиш жараёнлари конденсация ва шунингдек биокимёвий оксидланиш йўли билан ҳам бўлиши мумкин.

Хуллас гумус ҳосил бўлиши нихоятда мураккаб жараён бўлиб, турлича шарт-шароитлар ва омилларга боғлиқ ва уни бир хилдаги назария билан тушунтириш қийин.
4. Гумус ҳосил бўлиш тезлиги, унинг бориш характери қатор омилларга, жумладан, ўсимликлар қолдиғининг миқдори ва кимёвий таркибига, тупроқнинг намлиги ва аэрациясига, муҳит реакциясига, оксидланиш-қайтарилиш шароитига, микробиологик фаолиятининг интенсивлигига, микроорганизмлар группалари таркибига, шунингдек, тупроқ минерал қисмининг механик, минералогик ва кимёвий таркибига боғлиқ. Ана шу омиллар асосида Л.Н.Александрова тупроқдаги органик қолдиқларнинг гумусга айланишининг фульватли, гумат-фульватли, фульват-гуматли ва гуматли типларини ажратади.
Д.С.Орлов (1977) турли тупроқ типларини гумусга айланиш жараёнларини характерловчи гумусга айланиш чуқурлиги тушунчасини тавсия этади. Тупроқ гумусини ўрганиш ва текшириш ишлари бундан 150 йилдан ортиқ даврдан буён олиб борилиб, кўплаб илмий асарлар яратилишига қарамасдан гумуснинг табиати, айрим таркибий қисмларининг структура формуласи, тузилиши ҳамда тупроқ чириндисининг пайдо бўлиш механизми, тупроқ хоссаларига ва ўсимликларга таъсири ҳақида аниқ тасаввурга эга эмасмиз. Бунинг асосий сабаби гумус жуда мураккаб таркибли органик модда бўлиб, уни тоза ҳолда ажратиб олиш қийин. Чунки тупроқнинг минерал қисми органик моддалар билан мустаҳкам бириккан бўлиб, гумус моддаларини ажратиб олиш усуллари ҳозиргача мукаммал эмас.
Гумуснинг кимёвий таркибини ўрганишга доир дастлабки тадқиқотлар швед олими Я.Берцелиус томонидан олиб борилди. У 1836 йилда тупроқ чиринди моддаларини текшириб қатор ўзига хос органик бирикмаларини крен, апокрен, гумин, ульмин каби тўртта гумус кислоталарини ажратди. Бу кислоталарнинг таркиби кейинчалик В.Р.Вильямс ва бошқа қатор олимлар томонидан батафсил ўрганилди.
Рус олимлари И.В.Тюрин, М.М.Кононова, С.С.Драгунов, В.В.Пономарева, Л.Н.Александрова ва бошқаларнинг кўрсатишича, гумуснинг таркиби асосан қуйидаги уч группа органик моддалардан иборат.
1. Ҳали чиримаган ўсимлик ва ҳайвон қолдиқлари таркибидаги дастлабки моддалар (оқсиллар, углеводлар, лигнинлар, ёғлар ва бошқалар).
2. Гумусга айланаётган оралиқ маҳсулотлар (аминокислота-оксикислота, фенол, моносахарид кабилар).
3. Гумус моддалари, чириндининг ўзига хос асосий специфик қисми бўлиб, барча гумус таркибининг 85-90 фоизини ташкил этади. Гумуснинг ўзига хос бўлмаган қисми ҳисобланган биринчи ва иккинчи группа органик моддалар гумуснинг 10-15 фоизини ташкил этади.
Гумуснинг кимёвий таркиби қандай элементлардан иборат эканлиги
аниқланиб, чиринди ҳосил бўладиган ўсимликлар қолдиқлари таркибидан фарқ қилади(13-жадвал). Демак, гумус таркибида ўсимликларга нисбатан углерод ва азот миқдори кўпайиб, кислород ва водород аксинча камаяди.
Олинган маълумотларга кўра ҳозирги вақтда гумус моддалари таркиби: