Топырақтың тірі бөлігі.
Топырақ - тірі дене. Топырақтың құрамында жоғарыда айтылғандай тек өлі минералды заттар емес, әр кезде азды-көпті тірі организмдер: т үрлі микроорганизмдер мен қарапайым майда жәндіктер болады. Бұлар топырақтың тірі бөлігін құрайды. Микроорганизмдер табиғаттың ыстық-суығына да, оттегінің бары-жоғына да, ортаның қышқылдығы мен сілтілігіне де қарамайды, барлық жағдайға бейім келеді. Тек оларға қажетті ылғал мен қорек зат болса болғаны, сондықтан олар табиғаттың барлық бұрышында да кездеседі. Олар топырақтың бір бөлігі болып саналады. Топырақтың тірі бөлігіне өсімдіктердіңтірі тамырлары да жатады, өйткені өсімдіктердің тавмырынсыз топырақ пайда болмайды.
Топырақта микроорганизмдер және төменгі сатылы өсімдіктер: негізінен бактериялар, кейбір балдырлар, саңырауқұлақтар мен қыналар көп кездеседі. Бұлардың ішінде топырақта ең көп тарағаны – бактериялар.
Топырақта микроорганизмдердің түрлері мен санының әр түрлі болуы ондағы табиғи жағдайлардың, яғни топырақтың түрліше болуына байланысты.
Құнарлы қара топаырақтың бір грамында бактерия саны 5 млрд, құнары аздау күлгін топырақта оның саны 1 млрд екен. Көрнекті микробиолог ғалымы Н.А.Красильниковтың есептеуіне қарағанда топырақтың құнарлы қабатында гектарына 5-7 тоннаға дейін тірі бактериялар болады екен (Красильников Н.А., 1954).
Балалардың да топырақта негізінен екі түрі жасыл және диатамды түрі тіршілік етеді. Бұлар алдғашқы топырақ түзушілер қатарына жатады. Топырақта көп тарағандардың бірі – саңырау құлақтар. Олар негізінен орманды, ылғалды аймақтардың топырақтарыенда өседі.
Саңырауқұлақтардың көп тараған түрі – актиномицеттер (немесе сәулелі саңырауқұлақтар). Қыналар – топырақта көп кездесетін, алғашқы топырақ түзуші төменгі сатылы өсімдіктердің бірі.
Микроорганизмдердің көбісі топырақтың жоғары құнарлы қабатында, әсіресе тамырларының айналасында, қала берсе өсімдік тамырларының ішінде (түйіршек бастериялар) кездеседі.
Топырақ құрамында бұл микроорганизмдер мен төменгі сатылы өсімдіктерден басқа, төменгі сатылы қарапайым жәндіктер: амебалар, тамыраяқтылар, инузориялар және тағы басқалар кездеседі. Бұлардың саны 1г топырақта 1-1,5 миллионға шейін жетеді.
Жоғарыда айтылған микроорганизмдер мен төменгі сатылы организмдер топырақта жай ғана өмір сүрмейді. Олар өседі, өнеді, өледі, сөйтіп топыраққа күрделі өзгерістер енгізеді.
Микроорганизмдер, өсімдіктер мен жануарлардың органикалық қалдықтарын шірітіп, ыдыратып жай қосылыстарға,: суға, көмір қышқылы газына, аммиакқа және басқа заттарға айналады.
Егер де жер бетінде тек өсімдіктер мен жануарлар ғана болса, көп органикалық заттар ыдырамай , жинала берер еді де, табиғаттағы заттардың айналымына едәуір кедергі келтірер еді, тіршілік «санитарынсыз» өмір де болмас еді.
Микроорганизмдерорганикалық қалдықтарды тек ыдыратып қана қоймайды, олар бұдан жоғарыда айтылған гумус сияқты күрделі зат құрайды. Сонымен топырақта өмір сүретін микроорганизмдері мен төменгі сатылы қарапайым жәндіктер оның қасиеттеріне әсерін тігізетін, тіпті өзі түзуші факторлардың бірі бола тұрып, оның құрамының бір бөлігі болып саналады. Міне, сондықтан да топырақ тірі денеге жақын деп танылып биологиялық ғылымдардың бір саласы ретінде қарастырылады. Бұл айтылған микроорганизмдер мен төменгі сатылы организмдерден басқа топырақты мекендейтін әр түрлі омыртқасыз және омыртқалы жәндіктер мен жануарлар көп-ақ.олардың топыраққа тигізетін әсері де аз емес. Дегенмен, олар тікелей топырақ құрамына енбейді. Олардың ішінде топырақ қасиеттері мен құнарына өте мол әсер ететін жәндік – жауын құрты. Ол топырақпен және топырақ араласқан органикалық заттарменқоректенеді де, оны денесінен әр түрлі түйіршіктер ретінде шығарып, өзіне тән капролитті құрылым түзеді. Топырақты денесімен ары-бері тесіп өтетіндіктен, оның топырақтың ауа-ылғал режиміне де әсері көп.
Қазақстанда жауын құрттары суармалы егіс алқаптарында, терістік қара топырақты аймақта, таулы алқаптарда, әсіресе Шығыс Қазақстандағы Алтай таулы аймағында көп кездеседі. Алтай аймағына жауын құртының ірі түрлері тіршілік етеді. Әрине, олардың топыраққа тигізетін әсері де өте мол .бұл жағдай Қазақстандық топырақ зерттеуші география ғылымының докторы А.А.Соколовтың еңбектерінде баяндалған. (Соколов А.А, 1956).
Тірі организмдердің топырақ қара шіріндісін түзудегі рөлі ерекше. Топырақтың органикалық заттарының ішінде неше түрлі шіріген толық шірімеген жануарлардың қалдықтары көп. Жалпы топырақтағы органикалық заттардың көзі ретінде топырақтың бетіне түсіп, топырақ қабаттарында жиналып, топырақтың түзілу процесіне қатысатын -* биоценоз қалдықтары. Биоценоздың мөлшері, құрылымы мен динамикасы табиғи зоналардың бәрінде бірдей емес. Негізі органикалық қалдықтар өсімдіктерден қалады. Бұл қалдықтар омыртқасыз жануарлар мен микроорганизмдер қалдықтарымен салыстырғанда бірнеше ондаған немесе жүздеген есе артық, ал омыртқалы жануарлармен салыстырғанда мың есе артық, ал омыртқалы жануарлармен салыстырғанда мың есе артық. Сондықтан олардың тамырлары, ыдыраған өсімдіктердің бөліктері - органикалық заттарды құрайтын негізгі материалдар. Тундра зонасында түскен өсімдік қалдықтарының мөлшері 150-25000г/м2, соның ішінде тамырлардың қалдықтары топырақтың бетіндегі қалдықтардан 3-4 есе көп. Микроорганизмдердің биологиялық массаларының мөлшері 10-15 г/м2, топырақтағы омыртқасыз жануарлардікі – 1-3 г/м2, ал жер бетіндегі омыртқалы жануарлардікі -0,01 г/м2.
Орманды-тайгалық зонада өсімдіктердің топырақ бетіндегі қалдықтары 25-40 мың км2 және тамырлардың мөлшері одан 3-5 есе аз болады. Орманды топырақтарда микроорганизмдердің тірі бөлшектерінің салмағы 30 г/м2, ал олардың ішінде саңырауқұлақтар басым келеді. Омыртқасыз жануарлардың биологиялық салмақтары күлгін топырақтарда 7-12г/м2, орманды сұр топырақтарда 90г/м2.
Орманды зоналарға қарағанда, далалы зонада түскен шөпті өсімдіктердің биологиялық салмақтары едәуір аз 1200-2500г/м2 және тамырлардың қалдықтарының салмағы жер бетіне түскен бөліктерге қарағанда 3-6 есе көп. Далалы топырақтардың микрофлорасы өте бай, түрлері де сан алуан. Бұл топырақтарда саңырауқұлақтар азайып, бактериялар мен актиномиценттер көбейеді. Омыртқасыз жануарлардың саны азайып, 12-16г/м2-қа дейін төмендейді төмендейді, бірақ осылардың ішінде жауын құрттары басым келеді.
Шөл зонасында өсімдіктер қалдықтары өте аз, тамырлардың салмағы көбейіп, арақатынасы 1:8-1:9 болады. Топырақтың биологиялық белсенділігі де төмендейді, бірақ та ылғал түсетін аз мезгіл ішінде жоғары болуы мүмкін.
Гумустің түзілуі осы түскен қалдықтардың химиялық құрамына байланысты. Гумус қышқылдарын түзуге қалдықтардың ыдырауынан босаған барлық жеке химиялық бөлшектер қатынады. Әр түрлі зонасды түскен органикалық қалдықардың салмағы әр түрлі болғандықтан, топыраққа түскен белоктардың, көмірсутектерінің, лимидтерінің және басқа да органикалық құрамдардың бір-біріне айырмашылығы бар.
Органикалақ қалдықтардың ыдырау процестерін, гумустың түзілу жолдарын зерттеу үш бағытта жүреді: бірінші бағыт, гумустың негізгі көзі өсімдіктер қалдықтары борлғандықтан, солардың топырақтағы химиялық өзгерту жағына көңіл бөлінді (И.В.Тюрин, 1937; С.Ваксман, 1937; М.М.Конанова, 1951,1964;Л.Н.Александрова, 1980; Л.Н.александрова, 1980; А.Д.Фокин, 1981). Екінші бағыт, топырақ бетіне түскен қалдықтар, орман төсеніштерінің ыдырау морфологиясы мен жылдамдығы зерттелді (Н.П.Ремезов, 1958; А.Ф.Соколов, 1959 т.б). ал үшіншіде – өсімдіктер қалдықтарын ыдыратуға қатысушы микроорганиздерге назар аударылды (п.А.костычев, 1886; В.Я.Частукин и др. 1948, 1964; Т.Г.Мирчинк, 1976; Н.М.Чернова, 1977 т.б.).
Органикалық заттардың ыдырауы – өте күрделі құрылымдар мен молекулалардың жартылай жай молекулаларға ауысуы, оның ішінде толық ыдырап кеткен заттарға (CO2, NH3, H2O т.б).органикалық компаненттердің ыдырауы өте күрделі әрі ұзаққа созылатын құбылыс, өйткені бұл механикалық немесе физикалық бөліну, биологиялық немесе биохимиялық, химиялық қосылыстардан тұрады.
Органикалық заттарды ыдыратуда топырақтағы әр түрлі организамдер үлкен рөл атқарады. Барлық топырақтардаорганикалық заттарды ыдыратуды міндетті түрде бактериялар қатысады, өйткені олар ыдыратуға өте қабілетті. Олар өздері шығаратын ферменнттермен қоректену үшін белоктарды, көмірсутектерді, органикалық қышқылдарды, спирттерді пайдаланады. Бактериялар сияқты актиномицеттер де органикалық заттарды ыдыратуға белсенді қатысады. Олар көмірдің қорек көзі ретінде лигнин сияқты әр түрлі органикалық қосылыстарды, шірінді заттарды пайдаланады. Топырақта ұзақ уақыт болып, өздеріне қолайлы жағдай туғыза отырып, әсіресе қаратопырақта белсенді түрде органикалық заттарды шірітуде үлкен рөл атқарады.
Саңырауқұлақтарда ферменттердің сан-алуан түрлері кездеседі, олар органикалық заттардың өзгеруіне жан-жақты қатысады, бірақ та бактериялармен салыстырғанда әрекеттесу жылдамдығы аз. Ал ароматикалық заттарды шірітуде олар белсендірек. Табиғатта лигнин мен тіршілік таниннің де саңырауқұлақтардың көмегінсіз өтпейді. Топырақтыа целлюлозаны, триходерма, фузириум, кейбір аспцилиумдерді ыдырататын осылар.
Органикалық заттардың құралуына балдырлар – автотофтар қатысады. Балдырлар түзген органикалық заттардың салмағы, топырақтың жоғарғы қабатында түзілген барлық заттардың 0,05-0,2 пайызын құрайды. Балодырлар көбіне топырақтың беткі қабатында тараған, 10-20 см-ден төменде олардың саны жоқтың қасы. Амеба, инфузориялар, нематалар, балдырлар үшін таптырмас жем. Балдырлар шығаратын әр түрлі заттар саңырауқұлақтар мен бактерияларға қорек.
Топырақтағы органикалық заттардың іріп-шіруіне күрделі функциялар атқаратын – омыртқасыз жануарлар. Олар өсімдік қалдықтарын физикалық немесе механикалық түрде бөлшектеп, майдалап, оларды әрі қарай саңырауқұлақтар мен бактериялардың ыдыратуына дайындап береді. Омыртқасыз жануарлар ыдырай бастаған өсімдік қалдықтарын топырақтың төменгі қабатына апарып, онда ауаның қалдықтарын топырақтың төменгі қабатына апарып, она ауаның алмасуына, құрамын жақсартуға, органо-минералдық құрылымдардың түзілуіне жағдай туғызады. Олардың тіршілік әрекетінен органикалық заттардың ыдырауы үдемелі жүреді.
Омыртқалы жануарлардың да топырақтағы биологиялық заттардың айналымында (2 пайыз болса да) біраз ролі бар. Бұл жануарлар түрлері топырақтың физикалық қасиеттерін қалыптастыруға және де топырақты араластыруға қатысады.
Барлық жағдайларда да органикалық заттардың ыдырауы ферменттердің белсенді қатысуымен өтеді. Ферменттер – белок молекулаларының ішінде ең ірі және ерекше органикалық құрылым. Олардың молекулалық салмақтары – 10 мыңнан бірнеше миллионға дейін. Бұлар топырақта өтетін барлық биохимиялық реакциялардың үдеткіші – катализаторлары. Ферменттер зат алмасуды реттейді. Сондықтан барлық тіршіліктік процестерінде оның маңызы ерекше. Олар топырақта өсімдік бойынан, жануарлар мен ұсақ организмдердің денелерінен тарайды. Ферменттер катализатор ретінде органикалық заттардың ыдырауы мен синтезделуін, химиялық реакцияларының жүруін күшейтеді. Барлық ферменттер бір құрамды және екі құрамды болып екі топқа бөлінеді.топырақтағы ферменттердің белсенділігі мен қоректік элементтердің шоғырлануының арасында тығыз байланыс бар. Олардың белсенділігі сұр топырақтан қара топыраққа жылжығанда артады. Гумустың түзілуі де ферменттердің түрлеріне, белсенділіктеріне байланысты.