Pembentukan bahan organik. Pembentukan sebatian organik termudah

Tumbuhan dan haiwan kekal terkumpul di permukaan batuan terluluhawa dan di ufuk atasnya yang lebih kurang boleh diperhatikan oleh kita dalam pelbagai peringkat penguraian atau 1) dalam bentuk sisa terurai sedikit terkumpul dari semasa ke semasa dalam bentuk pelbagai "felt" (di hutan - "hutan felt", di padang rumput - "steppe"), dicirikan oleh penguraian rendah komponen konstituennya yang boleh kita bezakan dengan mudah antara bahagian individu tumbuhan atau haiwan; atau 2) dalam bentuk bahagian tumbuhan (dan haiwan) yang lebih kurang sudah kehilangan bentuk dan rupa asalnya; ia kelihatan kepada kita kemudian dalam bentuk serpihan yang berasingan, berubah bentuk kepada pelbagai peringkat, berwarna perang, mempunyai tekstur dan struktur yang halus, rapuh. Ho, dan pada peringkat penguraian ini, kita boleh memisahkannya daripada zarah mineral batu dengan pelbagai kaedah mekanikal - dengan mencairkannya, kerana ia lebih ringan di dalam air, kadang-kadang dengan memilihnya dengan pinset, dsb.; akhirnya, 3) dalam peringkat lanjut penguraian mereka, sisa yang diterangkan kehilangan sifat asalnya sepenuhnya dan memasuki gabungan kimia yang begitu rapat dengan bahan mineral batuan sehingga mereka sudah tidak dapat dipisahkan daripada yang terakhir melalui sebarang kaedah mekanikal.
Peringkat penguraian ini dicirikan, seolah-olah, oleh asimilasi lengkap produk yang terhasil oleh asas mineral batuan; kita boleh mengasingkan produk ini daripada bahagian mineral hanya dengan menggunakan kaedah kimia bertenaga atau dengan memusnahkan produk ini (dengan membakar).
Hasil gabungan kimia yang rapat dari produk penguraian sisa tumbuhan dan haiwan dengan bahagian mineral batuan terluluhawa adalah kompleks sebatian khas, yang dipanggil "mineral organ" yang terkumpul di dalam tanah dalam satu kuantiti atau kuantiti yang lain. , dibezakan oleh kestabilan perbandingan dan kekuatan komposisi mereka dan memberikan tanah lebih kurang warna gelap. Kumpulan produk ini, yang, seolah-olah, sebahagian daripada tanah, "diasimilasikan" dan terikat secara kimia olehnya, dipanggil humus tanah (humus).
Daripada apa yang telah dinyatakan di atas, jelas menunjukkan bahawa tidak setiap sebatian organik yang terdapat di dalam tanah harus tergolong dalam kategori humus, atau humus, sebatian tanah. Oleh itu, karbohidrat "bebas", lemak, dsb., yang boleh terbentuk di dalam tanah akibat daripada penguraian sisa tumbuhan dan haiwan, belum lagi mewakili neoplasma organomineral yang kita panggil humus. Disebabkan oleh mikroflora yang banyak terdapat dalam tanah, dan disebabkan oleh pelbagai enzim yang terdapat dalam tanah, sebatian organik tersebut biasanya mengalami perubahan yang cepat dan mudah sehingga ia boleh dipanggil, dalam erti kata literal, sebatian sekejap dan sementara. Sesungguhnya, analisis langsung biasanya menunjukkan jumlah yang sangat berubah-ubah dan berubah-ubah di dalam tanah yang sama - selalunya walaupun dalam tempoh yang sangat singkat. Sebatian ini, sebagai hasil daripada tindak balas kompleks interaksi dengan bahan mineral tanah, dalam nasib seterusnya, boleh, tentu saja, menjadi sebahagian daripada humus tanah, tetapi mereka boleh, tanpa mencari keadaan fizikal dan kimia yang sesuai untuk ini, dan tidak termasuk dalam kompleks organo-mineral yang baru terbentuk dan kekal "bebas", bukan komponen humus.
Berkenaan dengan sebatian mineral yang sentiasa menjadi sebahagian daripada sisa tumbuhan dan haiwan, apabila sebatian ini terurai, sebatian ini juga mengalami nasib berganda: sebahagian daripadanya dibebaskan daripada sambungan yang kuat dan kompleks di mana ia berada semasa hayat satu atau organisma lain dengan sebatian organik yang terakhir, dan mendakan di ufuk permukaan tanah dalam bentuk pembentukan mineral "tulen" tertentu (terdapat, seperti yang mereka katakan, "pemineralan lengkap sisa organik"); bahagian lain juga mengambil bahagian secara langsung dalam sintesis dan pembinaan kompleks organo-mineral itu, yang kini kita bincangkan.
Oleh itu, bukan semua juzuk mineral tanah dan bukan semua sebatian organiknya adalah juzuk kompleks humusnya.
Daripada kategori bahan humik tanah, kita juga mesti mengecualikan sisa tumbuhan dan haiwan yang mereput, walaupun cacat teruk, yang boleh kita pisahkan daripada jisim tanah dengan cara mekanikal (sisa sistem akar, serpihan risalah, sisa chitinous serangga. penutup, dll.).).
Oleh itu, kita membezakan antara konsep "komponen organik" tanah daripada "bahagian humus". Konsep kedua adalah sebahagian daripada yang pertama. Pertimbangan ini mesti diingat dalam semua eksposisi kami yang seterusnya.
Perlembagaan kimia kompleks kompleks ini, yang dipanggil humus tanah, atau humus, masih sangat kurang dijelaskan, walaupun pada hakikatnya kajian objek ini bermula sangat lama dahulu. Sebab utama kekurangan kajian ini adalah hakikat bahawa kaedah yang boleh dipercayai belum dibangunkan untuk entah bagaimana memperindividu objek kompleks ini, masih belum ada cara untuk mendapatkannya dalam bentuk kristal, dsb.
Tahun-tahun kebelakangan ini, bagaimanapun, telah ditandai dengan keseluruhan siri kajian yang telah memajukan kajian kompleks ini dengan ketara.
Di antara sifat sebatian organik yang membentuk semua kategori objek di atas dalam persekitaran semula jadi, kami memerhati, sudah tentu, beberapa peralihan beransur-ansur, kedua-duanya antara mineral utama batuan induk dan produk akhir pereputannya, dan di antara proses penguraian sisa tumbuhan (dan haiwan) ) yang tidak terjejas dan fasa akhir pemusnahannya, kita boleh perhatikan dalam setiap tanah beberapa formasi perantaraan yang paling pelbagai.
Jika pada peringkat awal luluhawa batuan dan mineral peranan dominan dimainkan oleh unsur-unsur alam semula jadi "tidak bernyawa", iaitu unsur-unsur atmosfera dan hidrosfera, maka pada peringkat seterusnya perkembangan proses-proses ini, apabila batuan ini memperoleh keupayaan untuk menyediakan kehidupan bagi tumbuh-tumbuhan yang menetap di atasnya dan sehubungan dengan ini mula diperkaya dengan produk penguraian yang terakhir, peranan sedemikian beralih kepada unsur-unsur biosfera. Hakikat bahawa mikroorganisma, khususnya, memainkan peranan utama dalam proses penguraian sisa organik yang mati, telah dibuktikan seawal tahun 1862 oleh penyelidikan cemerlang Pasteur.
Banyak eksperimen dengan tujuan untuk menjelaskan kesan suhu tinggi dan pelbagai agen antiseptik pada penguraian bahan organik akhirnya mewujudkan kedudukan ini. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa beberapa eksperimen ini menunjukkan bahawa di bawah keadaan di atas proses penguraian tidak berhenti sepenuhnya, tetapi hanya dihalang dengan ketara, yang memungkinkan untuk menganggap bahawa proses ini, walaupun pada tahap yang sangat kecil, boleh masih kadang-kadang berlaku dalam kuasa interaksi kimia semata-mata bahagian-bahagian bahan yang mereput. Walau apa pun, kategori fenomena terakhir harus diberikan peranan yang lebih daripada sederhana dalam proses penguraian bahan organik.
Sekiranya proses penguraian bahan organik di dalam tanah adalah terutamanya proses biokimia, maka jelaslah apa pelbagai bentuk dan arah proses ini boleh berlaku di dalam tanah di bawah keadaan semula jadi, bergantung pada satu atau lain kemasukan udara, kelembapan tanah, keadaan suhu , sifat kimia dan fizikal alam sekitar dll.
Untuk memahami sejauh mana penguraian sisa organik boleh pergi dalam setiap kes individu dan pada peringkat pertengahan apakah penguraian ini boleh ditangguhkan dalam setiap kes individu, kami akan mempertimbangkan lagi kepentingan dalam proses ini bagi setiap faktor yang disebutkan di atas secara berasingan, tambahan pula, tanpa memetik semua literatur yang terdapat mengenai isu ini, kami hanya melaporkan kesimpulan akhir yang diperolehi dalam bidang ini.
Titik permulaan bagi penyiasatan yang dibentangkan di sini ialah kedudukan yang terkenal bahawa pembebasan karbon dioksida daripada bahan organik yang mereput boleh diiktiraf sebagai ukuran kelajuan dan tenaga penguraian ini (Hoppe-Seuler). Walau bagaimanapun, dengan mengambil kira bahawa di dalam tanah, selari dengan proses penguraian bahan organik, di bawah pengaruh aktiviti penting mikroorganisma, proses sering diterbalikkan - sintetik - dan, oleh itu, jumlah karbon dioksida yang dikeluarkan tidak dapat sentiasa berfungsi sebagai ukuran penguraian bahan organik, seseorang boleh menggunakan kaedah penyelidikan lain, iaitu, secara langsung kepada analisis jumlah sebatian mineral yang dipisahkan daripada bahan reput yang termasuk dalam komposisinya.
Daripada keadaan paling penting yang menentukan kadar dan sifat penguraian bahan organik, kami akan memberi tumpuan kepada mengkaji kesan suhu, tahap kelembapan, tahap aliran masuk udara, sifat kimia medium, dan sifat kelembapan yang memasuki bahan penguraian pada proses ini.
Pengaruh suhu dan kelembapan. Penyelidikan paling terperinci mengenai isu ini telah dijalankan oleh Wollny.
Bahan yang mereput diletakkan di dalam tiub berbentuk U dan udara tanpa karbon dioksida dilalui melaluinya. Tiub ini diletakkan di dalam tab mandi air, di mana suhu diselaraskan seperti yang dikehendaki.
Jika kelembapan objek yang diambil kekal malar, maka jumlah karbon dioksida (CO2) meningkat dengan peningkatan suhu. Jadi, udara yang melalui tiub mengandungi karbon dioksida (dalam tanah kompos):

Jika, sebaliknya, suhu kekal malar dan tahap pelembapan meningkat, maka jumlah CO2 juga meningkat dengan sewajarnya:

Oleh itu, kedua-dua suhu dan kelembapan substrat yang mereput mempengaruhi proses yang menarik minat kita dalam satu arah.
Mengubah keadaan suhu dan kelembapan dalam arah yang bertentangan dalam eksperimennya, Wollny membuat kesimpulan bahawa pembentukan CO2 berlaku paling intensif di bawah keadaan purata suhu dan kelembapan. Jadi, sebagai contoh, apabila

Keputusan yang sama diperoleh Fodor, yang penyelidikannya juga menarik kerana dia bekerja, antara lain, dengan suhu yang sangat tinggi (sehingga 137 °). Semua eksperimennya mengesahkan sepenuhnya kesimpulan Wollny; antara lain, beliau menyatakan bahawa pada suhu yang sangat tinggi, pembebasan karbon dioksida daripada jisim pengurai, walaupun berterusan, adalah amat lemah. Kajian lanjut oleh Petersen dengan penguraian bahan organik di bumi hitam dan dengan penguraian kayu pokok daun, serta oleh Bellen dan mendiang P. Kostychev - dengan daun birch yang gugur, jarum cemara segar dan jerami, menunjukkan dalam umum bahawa kedua-dua suhu dan kelembapan benar-benar bertindak dalam arah yang sama. , tetapi sehingga had tertentu (ke arah peningkatan atau, sebaliknya, ke arah penurunan), apabila aktiviti penting mikroorganisma telah terganggu kerana ini, dan apabila proses, berkaitan dengan ini, bergerak ke hadapan dengan sangat lemah dan lembap.
Kesimpulan akhir daripada semua pemerhatian ini boleh dirumuskan seperti berikut: tenaga pereputan bahan organik mencapai tahap optimumnya pada nilai purata kelembapan dan suhu tertentu. Kekurangan kelembapan merendahkan tenaga ini, serta kelebihannya, kerana dalam kes kedua, peredaran udara bebas terhalang dalam jisim yang mereput. Suhu rendah dan tinggi juga menghalang proses yang diterangkan.
Keputusan semua eksperimen dan pemerhatian ini, dipindahkan ke persekitaran semula jadi, membantu kami dengan cara yang terbaik untuk memahami sebab-sebab pengumpulan di kawasan ini atau itu jumlah humus - komposisi ini atau itu. Dalam setiap kes individu, kita sentiasa boleh mengaitkan fenomena ini, dalam satu pihak, dengan keadaan iklim kawasan tertentu dan dengan faktor-faktor yang bergantung kepada keadaan mikroklimat (landskap, tumbuh-tumbuhan, dll.), dan sebaliknya, dengan kompleks sifat fiziko-kimia dalaman tanah itu sendiri (dalam kes ini, sifat air dan habanya), di mana semua unsur alam sekitar tanah ini dibiaskan.
Pengaruh sifat kimia medium. Kami akan mengehadkan diri kami kepada hanya peruntukan paling umum yang wujud di kawasan ini.
Keasidan alam sekitar, menurut eksperimen Wollny dan banyak penyelidik lain, mempunyai kesan yang menyedihkan pada proses penguraian, yang, tentu saja, cukup difahami jika kita ingat bahawa untuk populasi bakteria - agen penyebab utama proses ini. kita menerangkan, persekitaran berasid adalah racun (mikroflora kulat, bagaimanapun, untuk faktor ini sehingga had tertentu, seperti yang kita tahu, tidak sensitif).
Bagi kepentingan medium alkali, kami akan membincangkan isu ini lebih dekat, dan kami akan mengingati kesan pada proses yang menarik minat kami hanya kehadiran kalsium karbonat, kerana dengan sebatian ini kami paling kerap perlu berurusan apabila membincangkan, sebagai contoh, persoalan pengaruh ke atas tenaga penguraian bahan organik batuan induk biasa seperti loes, loam seperti loess, dsb. formasi yang kaya dengan kalsium karbonat.
Tidak lama dahulu terdapat kepercayaan bahawa CaCO3 (kalsium karbonat) mempercepatkan kadar penguraian bahan organik dengan ketara. Dalam amalan pertanian, sehingga baru-baru ini, kedudukan tersebar luas bahawa "kapur, memperkayakan bapa, merosakkan anak-anak," iaitu, bahan ini menyumbang kepada pereputan humus yang sangat cepat di dalam tanah, nutrien "tercicir" daripadanya (mineral, tertutup dalam sebatian) meningkatkan kesuburan tanah buat sementara waktu, tetapi pada masa yang sama menghalang tanah daripada bekalan sebatian ini yang mana tanaman seterusnya boleh menarik makanan untuk diri mereka sendiri. Kepercayaan yang salah ini, antara lain, berdasarkan penyelidikan Petersen.
Petersen menubuhkan eksperimennya dengan tanah yang mempunyai 58% humus (iaitu, dengan tanah yang jelas berasid), dan dengan jumlah CO2 dia menyatakan hampir tiga kali ganda jumlah gas ini apabila kalsium karbonat ditambahkan ke tanah ini, dari mana pengarang yang disebutkan. membuat kesimpulan bahawa kapur secara signifikan mempercepatkan penguraian bahan organik. Dalam eksperimen lain, Petersen beroperasi dengan tanah berkapur - tidak berubah, serta dengan tanah yang sama, tetapi sebelum ini dirawat untuk menghilangkan kapur dengan asid hidroklorik. Hasilnya adalah sama. Eksperimen pertama saintis yang disebutkan itu kemudiannya tertakluk kepada "kritikan yang adil oleh mendiang P. Kostychev, yang menarik perhatian terutamanya kepada fakta bahawa tanah yang dimanipulasi Petersen sudah pasti berasid, mengandungi banyak asid humus bebas. Adalah jelas bahawa penambahan kalsium karbonat ke tanah sedemikian, dengan purata medium, mewujudkan keadaan yang baik untuk proses penguraian. Berkenaan dengan kumpulan eksperimen lain oleh Petersen, yang terakhir terlepas kesan rawatan awal tanah dengan asid hidroklorik, yang sepatutnya mempunyai kesan buruk pada flora bakteria tanah.
Eksperimen lanjut oleh P. Kostychev dengan dedaunan berkayu dan dengan tanah chernozem menunjukkan bahawa penambahan kalsium karbonat, sebaliknya, sentiasa menurunkan tenaga penguraian. Keputusan yang sama diperolehi oleh Wollny, Reitmair, Kossovich, dan lain-lain.Hanya dalam kes yang luar biasa, apabila medium tanah mengandungi banyak asid humus bebas, penambahan kapur boleh menggalakkan proses penguraian.
Seperti yang diketahui, pengayaan humus tanah chernozem sebahagiannya dijelaskan oleh peranan perlindungan yang dimainkan oleh sebatian kalsium, yang merupakan sebahagian daripada batuan induk yang paling biasa di zon padang rumput (loess, loess-like loams, dll.).
Dengan mengambil kira bahawa kalsium ialah penggumpal bertenaga bahan koloid (kedua-dua organik dan mineral), kita juga mesti mengaitkan unsur ini sebagai penetap bertenaga sebatian humus dalam lajur tanah. Kehilangan tanah, untuk satu sebab atau yang lain, sebatian kalsium memerlukan, seperti yang anda ketahui, proses degenerasi lengkapnya ("degradasi") - dengan kehilangan sebahagian daripada bahan humus dengan mencuci, dsb.
Pengaruh aliran masuk udara ke atas penguraian bahan organik. Untuk menjelaskan peranan udara sebagai salah satu faktor dalam penguraian bahan organik, Wollny menyediakan eksperimen berikut: campuran pasir kuarza dan serbuk gambut, dilembapkan pada had tertentu, diletakkan di dalam tiub berbentuk U, yang melaluinya. udara dengan kandungan oksigen yang berbeza telah diluluskan, serta nitrogen tulen dan oksigen tulen. Jumlah karbon dioksida ditentukan setiap 24 jam. Keputusan eksperimen menunjukkan penguraian bahan organik meningkat dengan peningkatan peratusan oksigen di udara. Sebaliknya, dengan penurunan dalam yang terakhir, dan lebih-lebih lagi dengan penggantian gas ini oleh beberapa gas acuh tak acuh (contohnya, nitrogen), pengoksidaan karbon dalam bahan organik telah dihalang dengan kuat. Kekurangan oksigen yang mengalir ke bahan penguraian memberi kesan bukan sahaja kepada pengurangan tenaga penguraian ini, tetapi juga dicerminkan dalam sifat prosesnya. Dari sudut pandangan ini, adalah kebiasaan untuk membezakan antara proses membara (iaitu, proses penguraian dengan akses udara) dan proses pereputan (iaitu, penguraian di bawah keadaan anaerobik).
Jika sisa organik terurai dengan akses penuh ke udara (proses aerobik ialah "proses membara"), maka proses ini bersifat oksidatif semata-mata, dan penguraian bahan organik boleh berterusan tanpa henti (jika tiada, sudah tentu, sebarang faktor yang menghalang fenomena ini) sehingga produk seperti air, karbon dioksida, garam nitrik, sulfurik, fosforik dan asid lain. Pada masa yang sama, bahan-bahan mineral yang merupakan sebahagian daripada unsur-unsur abu sisa-sisa yang mereput adalah, seolah-olah, dibebaskan. Terdapat "pemineralan" sisa organik.
Kebakaran biasanya berlaku dengan pelepasan haba yang ketara.
Semasa proses anaerobik ("proses reput"), kami menyatakan beberapa sebatian yang tidak teroksida sepenuhnya, seperti metana (hasil daripada penapaian metana anaerobik selulosa, kanji, pentosan, dll.), hidrogen sulfida (hasil ciri pereputan protein. ), hidrogen (hasil penapaian hidrogen selulosa), hidrogen fosfida, ammonia, nitrogen, dsb. Selanjutnya, antara produk penguraian anaerobik, kita melihat bentuk perantaraan penguraian protein seperti indole, skatole, dsb. Akhirnya, dalam jisim reput, banyak asid organik terbentuk di bawah keadaan yang diterangkan - asid lemak ( bermula dengan formik dan berakhir dengan minyak dengan homolognya yang lebih tinggi), kemudian asid laktik, benzoik, suksinik, dll. Asid organik secara beransur-ansur terkumpul dalam kuantiti yang banyak, tidak mendapat hasil yang baik. keadaan untuk pereputan selanjutnya kerana kekurangan udara, menghentikan perkembangan mikroorganisma, dan penguraian selanjutnya bahan organik boleh berhenti sepenuhnya.
Pembakaran dan pereputan, sudah tentu, hanya bentuk penguraian bahan organik yang paling ekstrem, di mana pelbagai peringkat pertengahan mungkin.
Pengaruh sifat aliran masuk lembapan kepada bahan yang mereput. Sebagai tambahan kepada faktor-faktor yang disenaraikan di atas, tenaga dan sifat penguraian bahan organik sangat dipengaruhi oleh sifat bekalan lembapan kepada bahan penguraian (S. Kravkov). Dalam kajian langsung tentang jumlah sebatian mineral yang dipisahkan daripada pelbagai sisa tumbuhan yang mereput dalam kes apabila residu ini secara sistematik mengalami melalui pencucian dengan air (iaitu, apabila produk penguraian sentiasa dikeluarkan dari sfera interaksi antara satu sama lain) , dan dalam kes apabila produk ini sentiasa kekal dalam interaksi dengan bahan penguraian, dinyatakan bahawa dalam kes pertama, dalam jisim penguraian, produk berasid terkumpul dengan banyaknya, menghalang proses penguraian selanjutnya, dalam kedua, ini proses, sebaliknya, sepanjang masa berjalan dengan sangat giat. Kajian yang lebih dekat tentang fenomena ini menunjukkan bahawa semasa mencuci bahan yang mereput, kita berhadapan dengan kehilangan asas alkali tanah yang sangat cepat oleh bahan ini, yang menyumbang kepada pengumpulan produk berasid tak tepu dalam jisim pengurai, yang menghalang proses ini.
Fenomena yang sama telah dipastikan oleh S. Kravkov berhubung dengan tanah. Kesimpulan ini, yang dinyatakan pada tahun 1911, paling baik dijelaskan hari ini dari sudut pandangan ajaran K. Gedroits tentang "kompleks penyerap tanah.
Fakta yang diterangkan mesti diingat semasa mengkaji keadaan pengumpulan dan pereputan bahan organik dalam tanah dengan kebolehtelapan air yang berbeza, terletak dalam keadaan pelepasan yang berbeza, dsb.
Sebagai tambahan kepada faktor yang dibincangkan di atas, tenaga proses penguraian juga dipengaruhi oleh beberapa keadaan lain: tahap kehalusan bahan pengurai (semakin tinggi tidur, semakin besar permukaan sentuhan dengan agen atmosfera: suhu, kelembapan. , oksigen udara, dsb., proses penguraian berjalan lebih bertenaga), komposisi kimia bahan pengurai (bahan protein, gula, beberapa asid organik paling cepat terurai; lebih sukar - selulosa, lignin, bahan gabus; akhirnya - resin, lilin bahan, tanin, dll.). Dari sudut pandangan ini, pengetahuan tentang komposisi kimia persatuan tumbuhan yang mengambil bahagian dalam setiap kes individu dalam penciptaan bahan organik tanah ini atau itu nampaknya sangat diperlukan.
Memindahkan semua kesimpulan ini kepada alam semula jadi, kita sudah boleh meramalkan bahawa sifat dan tenaga penguraian bahan organik sepatutnya menjadi tindak balas yang lebih sensitif kepada perubahan dalam faktor luaran ini atau itu dalam satu arah atau yang lain daripada proses luluhawa mineral dan batu yang dipertimbangkan di atas. Realiti mengesahkan sepenuhnya andaian ini: jumlah humus yang terkumpul dalam tanah tertentu, komposisi kualitatifnya, sifat kimia, dan lain-lain sentiasa boleh dikaitkan rapat dengan sifat keadaan iklim sekeliling, dengan keadaan pelepasan, dengan sifat tumbuhan (dan haiwan) dunia, dan, akhirnya, dengan ciri-ciri batuan induk dan dengan keseluruhan kompleks sifat fiziko-kimia dan biologi tanah itu sendiri.
Setelah mempertimbangkan keadaan di mana tenaga dan sifat penguraian sisa organik yang mati bergantung, kini kita beralih kepada kajian komposisi kimia dan sifat produk penguraian ini.
Sama seperti dalam bahagian mineral tanah, kita membezakan, dalam satu pihak, peninggalan (sisa) mineral utama dan batuan yang masuk ke dalam tanah tanpa perubahan ketara dalam sifat kimia dalaman mereka, dan sebaliknya, sejumlah daripada pelbagai produk perantaraan luluhawa mereka sehingga agak sukar wakil mereka mengalami perubahan selanjutnya (pada peringkat pembangunan tanah yang berbeza - berbeza dalam komposisi dan sifat), jadi di bahagian organik tanah kita juga boleh menemui pelbagai peralihan beransur-ansur dari "utama " sebatian organik yang merupakan sebahagian daripada tumbuhan mati kekal tidak disentuh oleh proses penguraian dan haiwan, kepada sebatian organik sedemikian, yang berhubung dengan kategori bahan yang disebutkan juga boleh dipanggil "bentukan baru" dan yang juga boleh dikenali, pada setiap yang diberikan. peringkat pembangunan tanah, agak lemah untuk mereput selanjutnya.
Antara produk pereputan bahan organik, yang dicirikan oleh kestabilan yang agak tinggi, kita mesti memasukkan bahan humik yang disebutkan di atas. Kegigihan ini menerangkan turun naik yang agak lemah dalam komposisi kuantitatif humus dalam tempoh masa tertentu dalam satu atau lain jenis tanah, dalam satu atau lain perbezaannya. Ho, sudah tentu, dalam proses evolusi yang dilalui setiap tanah, bahan-bahan ini tidak dapat dielakkan juga mengambil bahagian aktif - sehingga kemusnahan lengkapnya dan mineralisasi seterusnya, iaitu, sehingga sebatian mineral jatuh daripadanya - dalam bentuk bebas. , dan sehingga transformasi " organogen” kepada produk akhir seperti CO2, H2O, dsb.
Mengetepikan pertimbangan komposisi dan sifat-sifat yang sementara dan "sepintas lalu", dan oleh itu produk penguraian yang tidak konsisten dan tidak berciri, yang kita sebutkan di atas, kita akan beralih lebih jauh kepada kajian pembentukan tanah tertentu itu, yang dipanggil humus.
Sebatian humus tanah, yang memainkan peranan penting dalam pembentukan tanah dan dalam kehidupan tumbuhan, telah lama menarik perhatian ramai penyiasat. Walaupun begitu, masih tidak mungkin untuk memahami sepenuhnya keseluruhan kompleks fenomena yang berkaitan dengan genesis humus, komposisi dan sifatnya.
Untuk memahami komposisi dan sifat humus tanah, laluan analisis telah lama digunakan: pelbagai percubaan telah lama dibuat untuk mengasingkan kompleks kompleks ini daripada jumlah jisim tanah dalam satu cara atau yang lain, diikuti dengan analisis komposisi dan hartanah.
Kaedah mengekstrak bahan humik dari tanah, yang dicadangkan oleh Sprengel dan yang tidak kehilangan kepentingannya dalam pengubahsuaian Grandeau hingga ke hari ini, terdiri daripada merawat tanah dengan beberapa jenis alkali karbonat (natrium karbonat, kalium karbonat atau ammonia karbonat). Dengan membasuh tanah yang berpanjangan dan berulang dengan reagen yang disebutkan, selalunya mungkin untuk mencapai perubahan warna tanah yang hampir lengkap dan mendapatkan cecair hitam atau coklat dalam turasan, yang dengan itu merupakan larutan alkali bahan humus tanah yang sedang dikaji. (“bahan hitam”). Memandangkan fakta bahawa, pada bahagian tertentu, bahan mineral tanah yang tidak tergolong dalam sebatian humus (dalam bentuk penggantungan terbaik) boleh masuk ke dalam larutan "bahan hitam", di atas- penapisan yang disebutkan pada masa ini biasanya dijalankan menggunakan penapis khas yang boleh menangguhkan sepenuhnya penggantungan ini (menggunakan, sebagai contoh, lilin tanah liat Chamberlain, dll.).
Seperti yang ditunjukkan oleh kajian, masih tidak mungkin untuk mengasingkan semua sebatian humus dengan cara ini: tidak kira berapa lama dan berulang kali kita merawat tanah dengan alkali karbonik, yang kedua hampir selalu mengandungi sejumlah bahan organik yang tidak boleh dibubarkan dan dikumuhkan. . Terdapat tanda-tanda dalam kesusasteraan bahawa dalam sesetengah tanah terdapat 15 hingga 30 malah 40% daripada jumlah jisim bahan organik yang terdapat dalam tanah ini, yang, sudah tentu, menunjukkan kepentingan yang melampau dan keperluan mendesak untuk pemeriksaan terdekat. dan bahagian humus tanah yang tidak boleh diekstrak ini. Penyelidik terdahulu memanggil sebatian ini, yang tidak diuraikan oleh alkali, bahan-bahan "acuh tak acuh" humus tanah (humin - lebih gelap dalam warna, ulmin, hein, dll - keperangan).
Proses penukaran sebahagian daripada bahan humik tanah kepada ekstrak alkali, seperti yang dibincangkan di atas, biasanya dianggap sebagai pembentukan garam alkali larut pelbagai asid humik.
Dalam bahagian humus tanah yang berasid ini, bekas penyelidik membezakan: 1) asid ulmik, 2) asid humik, 3) asid lobak pedas (kunci) dan 4) asid apoknik (kunci sedimen), dan dipercayai bahawa asid ulmik dan humik adalah bahagian humus tanah yang paling kurang teroksida, iaitu, dalam komposisinya, bentuk penguraian termuda dan paling awal bagi sebatian organik tertentu yang mengambil bahagian dalam sintesisnya; asid krenik adalah produk yang sudah lebih teroksida daripada yang disebutkan di atas; akhirnya, asid apocrenic adalah bahan yang lebih teroksida, mencirikan penguraian yang lebih mendalam bagi sebatian organik yang mengambil bahagian dalam pembinaan humus tanah.Setiap komponen humus yang dicadangkan yang disebutkan di atas dianggap sebagai individu kimia tertentu dan telah dipakai oleh pelbagai pengarang dalam pelbagai formula kimia tertentu.
Komponen humus tanah yang disenaraikan di atas mempunyai, menurut beberapa penyelidik, ciri-ciri berikut:
Asid humik (dan dekat dengannya ulmik) - hitam; sangat sedikit larut dalam air. Garamnya ("humates") - sesquioxides, serta garam kalsium, magnesium dan ferus oksida juga tidak larut. Larut hanyalah garam alkalinya (kalium, natrium, ammonium).
Asid krep (asid "kunci") - mudah larut dalam air; larutan akueusnya tidak berwarna. Garamnya ("krenat") - beralkali, tanah beralkali dan garam ferus oksida - mudah larut. Perkara yang sama mesti dikatakan mengenai garam asid alumina; garam sesquioxides - sederhana, serta mangan dan tembaga - sukar larut dalam air.
Asid apokrenik (asid "kunci sedimen") agak kurang larut dalam air berbanding asid krenik. Garamnya (“apocrenate”) daripada alkali dan ferus oksida mudah larut dalam air; garam asas tanah beralkali - agak lebih sukar; garam sesquioksida, mangan dan garam kuprum sukar larut.
Sifat yang diterangkan bagi komponen humus tanah juga merupakan asas bagi kaedah sedia ada untuk pengeluaran berasingan mereka.
Idea humus sebagai kompleks pelbagai, komposisi pasti asid dan garamnya juga disokong oleh beberapa penyelidik moden. Jadi, Sven-Oden membezakan sebatian berikut dalam komposisi humus tanah:
Arang humus (sepadan dengan ulmin dan humin bekas pengarang). Mereka adalah anhidrida daripada asid "humik" dan hymatomelanic. Mereka tidak larut dalam air dan tidak memberikan larutan koloid. Ditutup dengan warna hitam atau coklat gelap.
Asid humik; sepadan dengan asid humik pengarang terdahulu, dengan semua sifatnya (ia sangat sedikit larut dalam air dan alkohol; semua garamnya, kecuali yang beralkali, juga tidak larut; ia boleh memberikan larutan koloid dengan air; asid adalah hitam- berwarna coklat).
Asid himatomelanik; sepadan dengan asid ulmik bekas pengarang. Warna coklat. Sifatnya sama dengan asid humik, tetapi larut dalam alkohol. Dengan air memberikan penyelesaian koloid.
Asid fulvik sepadan dengan asid krep dan apoknik pengarang terdahulu. Mudah larut dalam air, seperti kebanyakan garamnya. Dicat kuning.
Oleh itu, Sven-Oden, berdasarkan penyelidikannya, mengakui bahawa bahan humik tanah sememangnya sebatian kimia tertentu (asid dan derivatifnya), tetapi sebahagiannya, berada dalam keadaan koloid, mereka juga boleh memberikan apa yang dipanggil "sebatian penyerap".
Selari dengan percubaan untuk menjelaskan sifat komponen yang membentuk bahan humus tanah, kerja penyelidikan aktif telah berlangsung sejak sekian lama untuk menjelaskan struktur dalaman kompleks kompleks ini. Perhatian khusus diberikan kepada persoalan sifat dan kekuatan sambungan dengan "teras" humus bahan abu dan sebatian nitrogennya.
Berdasarkan beberapa karya, seseorang boleh berfikir bahawa sebatian organo-mineral yang membentuk humus tanah adalah garam mudah dan dua kali ganda asid humik, di mana bahan abu dikaitkan dengan bahan organik seperti ikatan bes dengan asid, dengan itu mematuhi undang-undang. tindak balas kimia mudah (Schibler, Mulder, Pitch). Sebaliknya, terdapat bukti bahawa bahan abu lebih tertanam dalam humus dan tidak boleh diekstrak sepenuhnya daripada yang terakhir dengan memprosesnya dengan kaedah konvensional, tetapi hanya selepas pemusnahan sepenuhnya (contohnya, dengan pembakaran). Kami mempunyai tanda-tanda. ini walaupun dari pengarang terdahulu. Jadi, sebagai contoh, Rodzianko, selepas berulang kali memendakan semula humus dan merawatnya dengan 30% asid hidroklorik, namun mendapati kira-kira 1.5% abu di dalamnya. Semua kajian ini memberi alasan untuk berfikir bahawa mineral hadir dalam molekul kompleks humus itu sendiri.
Menurut beberapa saintis (Gustavson), bahan humik mengandungi, sebagai tambahan kepada sisa berair berasid, juga sisa alkohol, yang hidrogennya boleh digantikan oleh logam dengan sifat asid lemah (besi, aluminium). Logam poliatomik inilah yang terdapat dalam jumlah yang besar dalam abu bahan humik, dan ia boleh menjadi penghubung antara bahagian mineral selebihnya sebatian mineral (P2O5, SiO2, sebahagiannya tepu dengan bes lain) dan bahan organik. . Sebatian sedemikian tidak boleh diuraikan oleh alkali, kerana, seperti yang diketahui, hidrogen sisa akueus alkohol tidak boleh digantikan oleh radikal dengan sifat alkali.
Selanjutnya, kerja Hoppe-Seyler, yang menunjukkan bahawa bahan humus dengan alkali kaustik dan air, apabila dipanaskan hingga 200 ° C, memberikan asid protocatechin (salah satu asid dioksibenzoik), mencadangkan bahawa terdapat sisa akueus fenolik dalam kompleks humus ( disahkan oleh kajian terbaru - F. Fischer).
Reinitzer, setelah menyatakan keupayaan asid humik untuk memulihkan cecair Fehling, cenderung untuk berfikir bahawa ia juga mengandungi kumpulan aldehid, atau kumpulan hidroksil, seperti dalam fenol, atau kedua-duanya. Terdapat tanda-tanda tertentu kehadiran kumpulan karboksil dalam komposisi asid humik. Levakovsky, P. Slezkin, S. Kravkov percaya bahawa ikatan dalam humus antara bahagian organik dan mineral adalah sekuat yang wujud dalam bahan tumbuhan segar, dan tumus menerima sebahagian daripada bahagian abunya, seolah-olah, "diwarisi" daripada bekas humus. Dari sudut pandangan ini, bahan abu humus memasuki molekul bahan organik, dan kompleks humus memasuki tanah dari sisa tumbuhan (dan haiwan) yang mati sedikit sebanyak dalam bentuk "siap", iaitu bukan dalam bentuk bahan organik semata-mata, tetapi mineral -organik, seolah-olah selesai kemudian, apabila ia memasuki tanah, pembentukan terakhirnya dengan menambahkan beberapa unsur abu lain yang sudah dari tanah. Kami mendapati beberapa pengesahan pandangan ini dalam karya B. Odintsov dan Gartner yang kemudiannya, yang memperoleh ekstrak daripada sisa tumbuhan yang mereput yang sangat serupa dalam komposisi dan sifatnya dengan humus tanah.
Sebilangan besar kajian telah ditumpukan kepada soalan yang lebih khusus - dalam bentuk apa nitrogen dalam humus tanah. Terdapat bukti yang tidak meninggalkan keraguan bahawa unsur ini sebahagiannya terdapat dalam humus dalam bentuk sebatian ammonia, yang dibuktikan dengan kemungkinan mengeluarkan sebatian ini dengan merebus bahan humus dengan alkali kaustik dan memendakan semula dengan asid. Tenar, daripada baja yang sangat reput, asid yang diekstrak, yang, selepas pembubaran 10 kali ganda dalam KHO dan pemendakan dengan asid, tidak menurunkan kandungan nitrogen; oleh itu penulis membuat kesimpulan bahawa nitrogen ini bukan ammonia, tetapi tergolong dalam zarah asid itu sendiri dan boleh disesarkan dari situ hanya apabila bahan itu musnah sepenuhnya, contohnya, apabila bercantum dengan alkali kaustik, dsb. Kajian oleh beberapa saintis lain juga menyatakan kehadiran dalam humus tanah beberapa - tidak dikaji lebih dekat - sebatian nitrogen yang sangat kuat. Karya Berthelot, Andre menunjukkan bahawa nitrogen dalam humus tanah berada dalam bahagian yang diketahui dalam bentuk amida dan asid amino. Pada masa yang sama, eksperimen pengarang terakhir yang kami namakan menunjukkan bahawa, sebagai tambahan kepada amida dan asid amino (dan ammonia) nitrogen, humus tanah mengandungi beberapa (dari 20 hingga 66% daripada jumlah nitrogen) jumlah unsur ini dalam beberapa bentuk ( yang mana satu, kekal tidak jelas), tidak terurai oleh sama ada alkali atau asid nitrus. Sesetengah penyelidik menganggap bahagian nitrogen yang stabil dari humus ini sebagai sisa bahan asal haiwan (keratin, kina, dll.). Mendiang P. Kostychev menganggap bahan bernitrogen ini sebagai sebahagian daripada bakteria dan kulat hidup yang hidup di humus tanah. Terdapat andaian (Demyanov) bahawa bahan protein terdapat dalam humus, tetapi tidak dalam bentuk bebas (di mana ia rapuh dan mudah reput - kedua-duanya dari reagen kimia dan di bawah pengaruh enzim), tetapi dalam kombinasi yang lebih kuat dengan yang lain. bahan berasid, contohnya, dengan asid tannik dan fosforik dan, akhirnya, dengan asid humik bebas nitrogen atau dengan vaskulosis dehidrasi. Terdapat sebab yang baik untuk mengesyaki kehadiran nitrogen dalam humus tanah, yang dimiliki oleh nuklein, nukleoprotein, lesitin, dll. Kehadiran protein dalam humus tanah disahkan oleh karya A. Shmuk.
Kejayaan yang dicapai oleh kimia koloid, terutamanya dalam beberapa tahun kebelakangan ini, tidak dapat tidak dapat dicerminkan dalam peruntukan tertentu sains tanah dan, khususnya, memainkan peranan penting dalam menjelaskan sifat sebenar bahan humik. Karya van Bemmelen, Fischer, Ehrenber g, dan kajian cemerlang saintis Rusia K. Gedroits kini membolehkan kita menganggap bahan humik tanah sebagai sebatian, pada tahap tertentu, dalam keadaan koloid. Kami membawa kepada ini dengan kajian keseluruhan siri sifat pelik yang dimiliki oleh bahan-bahan ini. Oleh itu, keupayaan mereka untuk membeku daripada larutan di bawah pengaruh asid dan garam, fros dan arus elektrik, penyerapan air terkuat oleh mereka dan - sebagai akibatnya - keupayaan paling kuat untuk membengkak, dan selepas pengeringan, penurunan paling kuat dalam isipadu, kekonduksian elektrolitik yang sangat lemah, subordinasi transformasi yang dialami oleh bahan humik - undang-undang tegangan permukaan, dan bukan undang-undang stoikiometrik, keupayaan bahan humus untuk memendakan sol koloid bercas bertentangan, keupayaan untuk membentuk campuran kompleks dan produk penambahan kompleks , dsb. - semua ini mengesahkan bahawa dalam menghadapi bahan humus kita melihat kompleks kompleks sebatian yang berada dalam bahagian yang diketahui dalam keadaan koloid.
Dari sudut pandangan ini, beberapa sifat bahan humik yang dipertimbangkan di atas harus ditarik kepada kita dalam bentuk yang agak berbeza. Jadi, abu, sebagai contoh, sebahagian daripada bahan humus harus dianggap bukan sebagai sebatian kimia tertentu, tetapi sebagai "sebatian penyerap"; larutan bahan humik dalam alkali bukan penyelesaian yang benar, tetapi pseudo-pelarut, yang merupakan kesan pemendakan pada bahan humik bagi kation dua nilai dan tiga nilai (Ca ++, Mg ++, Al +++, Fe + ++) - sebagai proses pembekuan, pembekuan, pembentukan gel, dll. Menurut W. Gemmerling, penyebaran bahan humus meningkat selari dengan tahap pengoksidaan mereka dan selari dengan aktiviti mereka. Dari sudut pandangan ini, W. Gemmerling menganggap humin dan ulmin sebagai badan yang paling sedikit tersebar, dan asid krep dan apoknik adalah yang paling tersebar.
Walau bagaimanapun, dalam karya Baumann dan Gully, pandangan van Bemmelenn yang lain di atas telah menemui ungkapan yang melampau; pengarang yang disebutkan cuba membuktikan bahawa asid humik tidak pernah membentuk garam sebenar sama sekali, bahawa semua sebatian yang digambarkan sebagai garam, sebenarnya, tidak mempunyai kestabilan komposisi mahupun keupayaan untuk tindak balas ionik, secara eksklusif "sebatian penyerapan (penjerapan)" . Pada masa ini, kita mesti menganggap pandangan ini dibesar-besarkan, kerana, seperti yang kita nyatakan di atas, hanya sebahagian daripada bahan humik boleh berada dalam keadaan koloid di dalam tanah; di samping itu, perlu diperhatikan bahawa keadaan koloid jirim tidak mengecualikan keupayaan bahan untuk memasuki tindak balas kimia.
Berdasarkan beberapa kajian kemudian, seseorang perlu mempertimbangkan bahawa tiada satu pun daripada "asid" yang disebutkan di atas mewakili individu kimia tertentu, tetapi, diambil secara individu, adalah kompleks kompleks pelbagai sebatian. Dari sudut pandangan ini, kaedah sedia ada untuk memisahkan humus tanah ke dalam komponen yang disebutkan di atas mesti dianggap bersyarat, yang bermaksud dengan perkataan "humic", "krep" dan "apocrenic" asid hanya satu set kompleks yang homogen dalam fizikalnya. dan sifat kimia.
Kami mempunyai petunjuk tentang ini daripada pengarang terdahulu (Post, Muller, Reinitze, Berthelot, dan lain-lain), yang menyatakan bahawa bahagian organik tanah mengandungi sejumlah sebatian organik yang sangat pelbagai (resin dan lemak, gliserol, nuklein, aldehid, dan banyak lagi. lain-lain). ); Walau bagaimanapun, peruntukan ini menerima justifikasi yang sangat kuat selepas kerja saintis Amerika (Schreiner dan Shorey dan lain-lain). Yang terakhir, untuk mengkaji komposisi dan sifat sebatian humus, digunakan untuk pelbagai tanah Amerika beberapa reagen yang paling pelbagai - untuk mengekstrak daripada tanah kumpulan paling pelbagai sebatian organik yang boleh didapati dalam humus tanah-tanah ini. Untuk tujuan ini, mereka menggunakan alkali kaustik, asid mineral, alkohol, petroleum dan etil eter, dsb. sebagai pelarut. ).
Daripada asid yang ditemui ialah: monooxystearic, dioxystearic, paraffinic, lignoceric, agroceric, oxalic, succinic, crotonic dan asid lain.
Daripada karbohidrat didapati: pentosan, heksosa, dll.
Daripada hidrokarbon: entriacontane.
Daripada alkohol: fitosterol (dari kumpulan bahan kolesterol), agrosterol, manitol, dll.
Daripada ester: ester asid resin, gliserida asid kaprik dan oleik, dsb.
Daripada bahan nitrogen: trimethylamine, choline.
Asid diamino: lisin, arginin, histidin, dll.
Cytosine, xanthine, hypoxanthine, creatine.
Picolinecarboxylic dan asid nukleik.
Sebagai tambahan kepada sebatian yang disebutkan, asid benzoik, vanillin dan banyak lagi telah diasingkan dalam banyak tanah. yang lain
Daripada semua bahan yang disenaraikan dalam asid humik (iaitu, dalam mendakan yang terbentuk semasa rawatan ekstrak beralkali dengan asid hidroklorik), perkara berikut berlaku; ester asid resin, asid resin, gliserida asid lemak, agrosterol, fitosterol, agroserik, lignoserik, asid parafin, dll.; dalam komposisi asid crenic dan apocrenic (iaitu, dalam turasan asid daripada sedimen yang disebutkan di atas), berikut ditemui: pentosan, xanthine, hypoxanthine, sitosin, histidin, arginin, asid dioxystearic dan picolinecarboxylic, dsb.
Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa dengan rawatan berulang tanah dengan alkali kaustik (2%), yang terakhir masih mengandungi sejumlah besar sebatian organik yang tidak masuk ke dalam larutan ("humin" dan "ulmin" oleh pengarang terdahulu).
Sudah tentu, tidak ada keraguan sekarang bahawa apa yang dipanggil asid humik, krep dan apocrenic tidak mewakili mana-mana individu kimia tertentu, tetapi masing-masing diambil secara berasingan campuran pelbagai sebatian organik. Walau bagaimanapun, kerja-kerja penyelidik Amerika yang disebutkan di atas tidak sama sekali menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan menjelaskan komposisi humus, kerana masih tidak jelas sama ada mereka menentukan semua bahan yang disenaraikan di atas dalam bahagian organik tanah yang dikaji secara umum atau tepat dalam bahagian humus komposisi mereka (ingat bahawa perbezaan kedua-dua konsep, yang kami buat di atas). Sebaliknya, kita harus menganggap bahawa semua sebatian organik yang diasingkan di atas daripada tanah adalah komponen bahagian organik tanah secara umum; tetapi yang mana antara mereka adalah sebahagian daripada humus tanah masih tidak jelas. Hakikat kehadiran dalam tanah semua sebatian organik yang merupakan sebahagian daripada sisa tumbuhan dan haiwan, serta kehadiran di dalamnya pelbagai bentuk perantaraan penguraian sebatian ini, sudah tentu, tidak boleh diragui. Oleh itu, kajian yang dijalankan oleh saintis Amerika hampir tidak menggerakkan kita ke hadapan dalam menyelesaikan persoalan tentang komposisi dan sifat neoformasi tanah organo-mineral itu, yang kita panggil humus. Paling baik, mereka memberi kita hujah tambahan di tangan kita - untuk mengesyaki kerumitan kimia dan kepelbagaian kompleks tersebut yang kita bersatu secara bersyarat dengan perkataan "humic", "krep", dll. asid.
Memandangkan fakta bahawa belum ada kaedah yang boleh digunakan untuk mengasingkan bahan humik tulen daripada tanah dan dengan itu memperindividukannya, pertimbangan yang telah kami nyatakan sekarang boleh digunakan pada tahap yang lebih besar atau lebih kecil untuk semua kajian dan kerja lain. yang berusaha untuk menguraikan komposisi dan sifat humus tanah dalam satu atau lain cara dengan cuba mengasingkan yang terakhir dari tanah, kerana kita tidak pernah dapat memastikan sama ada kita benar-benar berurusan dengan bahan humik tanah atau sama ada kita mempunyai sebelum kita hanya pelbagai peninggalan daripada sebatian organik yang merupakan sebahagian daripada sisa tumbuhan dan haiwan yang mati dan yang mesti kita kenali sebagai sebatian sementara secara amnya bagi bahagian organik tanah ini.
Ia juga tidak berasas untuk menganggap sama ada semua sebatian organik yang ditentukan oleh kaedah ini adalah sejenis formasi baru yang diperolehi dalam proses pemprosesan tanah yang dikaji dengan satu atau satu lagi reagen yang digunakan (alkali, alkohol, dll.). Akhirnya, seseorang tidak boleh gagal untuk menunjukkan bahawa komposisi humus dalam tanah yang berbeza, sudah tentu, sangat berbeza (bergantung pada komposisi tumbuh-tumbuhan yang mati, pada keadaan iklim, pada komposisi fiziko-mekanikal dan kimia bahagian mineral tanah, dsb.). Oleh itu, keinginan untuk menjelaskan komposisi dan sifat humus tanah dengan cara yang disebutkan di atas sudah pasti menghadapi banyak kesukaran, memberikan kita, dalam setiap kes individu, idea-idea tertentu bersyarat tentang data yang diperolehi.
Semua pertimbangan yang dinyatakan sekarang boleh digunakan sepenuhnya, seperti yang kami nyatakan di atas, kepada percubaan terkini yang baru-baru ini dibuat oleh beberapa penyelidik dalam bidang mencari kaedah untuk mengasingkan bahan humik daripada jisim tanah. Perhatian khusus sedang diberikan kepada kaedah mengasingkan bahan humik tanah dengan merawat yang terakhir dengan asetil bromida (CH3COOBr) - kaedah yang dicadangkan oleh Karrer dan Boding-Wieger dan digunakan secara meluas oleh Springer. Asetil bromida, seperti yang ditunjukkan oleh kajian yang berkaitan, membawa ke dalam larutan semua bahan organik tanah yang belum melembapkan sisa tumbuhan dan hampir tidak menjejaskan bahan humik tanah, yang, nampaknya, membuka kemungkinan luas untuk kajian dan analisis langsung yang seterusnya. Walau bagaimanapun, kaedah ini masih terlalu sedikit dikaji dan sedikit diuji, oleh itu adalah perlu untuk menahan diri daripada sebarang pertimbangan yang pasti buat masa ini. Lebih-lebih lagi apa yang telah diperkatakan berkaitan dengan percubaan baru-baru ini untuk mengasingkan bahan humik dari tanah - kepada kaedah, sebagai contoh, rawatan tanah dengan hidrogen peroksida, piridin, dll. Kita mesti mengiktiraf semua kaedah ini sebagai bersyarat dan kontroversi sebagai kaedah di atas, digunakan oleh Schreiner dan Shorey, akibatnya semua pertimbangan dan peruntukan yang dikemukakan oleh penyelidik yang disebutkan di atas mengenai komposisi dan sifat bahan humik tanah menimbulkan beberapa keraguan yang tidak dapat diselesaikan.
Memandangkan perkara ini, kami tidak menganggap adalah mungkin untuk membentangkan dalam kursus ini semua pandangan yang dinyatakan oleh pengarang yang disebutkan di atas mengenai komposisi, struktur dan sifat bahan humik, sebagai berdasarkan alasan yang tidak boleh dipercayai dan bersyarat.
Untuk masa yang lama, percubaan telah dibuat untuk menggunakan kaedah yang berbeza untuk menilai komposisi dan sifat bahan humik, iaitu kaedah sintetik, atau, lebih tepat lagi, kaedah genetik, iaitu kaedah mendapatkan bahan humus secara buatan (dengan semua sifat ciri mereka) daripada individu kimia tertentu dalam kajian terperinci tentang semua peringkat pertengahan yang dilalui oleh individu ini sepanjang perjalanan. Kita mesti mengiktiraf laluan kajian genetik humus sebagai sudah pasti lebih membuahkan hasil dan lebih berkemungkinan memberi kita kunci untuk menyelesaikan persoalan yang berkaitan dengan asal usul, komposisi dan sifat kompleks kompleks ini.
Pada laluan ini, dua kaedah boleh digunakan: sama ada seseorang boleh mencuba untuk mendapatkan sebatian buatan yang serupa dengan bahan humik dengan merawat pelbagai sebatian organik yang paling biasa dalam badan tumbuhan dengan satu atau satu lagi reagen. Laluan ini digunakan secara meluas dalam kerja bekas penyelidik (terutamanya banyak eksperimen sedemikian dijalankan dengan karbohidrat dengan merawatnya dengan asid mineral yang kuat). Atau, untuk mengelakkan penggunaan kaedah pelembapan "ganas" sedemikian bagi objek yang dikaji, seseorang boleh menggunakan kaedah yang berbeza, iaitu: dengan meletakkan individu kimia tertentu (protein, karbohidrat, dll.) dan gabungannya dalam keadaan yang berbeza. penguraian mereka (pada suhu yang berbeza, di bawah pelbagai keadaan pengudaraan dan kelembapan, dengan dan tanpa penyertaan faktor biologi, dll.), cuba siasat objek yang dikaji dan dalam keadaan apa yang boleh bertukar menjadi bahan yang serupa dengan humus dan yang mana tidak boleh, dan dengan mengkaji peringkat pertengahan, yang dilalui oleh objek ini dalam perjalanan ke pembentukan akhir humus, cuba menembusi intipati transformasi kimia yang berlaku dalam kes ini. Kita mesti mengiktiraf laluan ini sebagai lebih semula jadi dan lebih produktif.
Persoalan pertama mengenai perintah am, yang timbul daripada kenyataan masalah yang menarik kepada kita, adalah seperti berikut: apakah bahagian konstituen sisa tumbuhan dan haiwan yang mati yang terlibat secara langsung dalam pembinaan humus? Dalam erti kata lain: mana antara bahagian konstituen ini harus kita pertimbangkan "sumber asal" komposisi bahan humus? Sesetengah penyelidik, berdasarkan premis teori bahawa hanya bahagian konstituen tumbuhan (dan haiwan) yang mempunyai kestabilan dan kekuatan perbandingan semasa proses penguraian mereka, harus mengambil bahagian dalam pembinaan humus, membuat andaian bahawa sumber utama pembentukan humus adalah. gentian, bahan bertarak, lignin, gusi, tanin, dsb. Konstituen lain sisa tumbuhan (protein, dsb.) terurai dengan begitu mudah dan cepat di dalam tanah kepada produk akhir (CO2, H2O, dsb.) semasa proses pereputannya, mengikut kepada penyelidik ini, mereka tidak boleh diperbaiki dalam jisim tanah dan oleh itu tidak boleh mengambil bahagian dalam sintesis kompleks yang kuat dan stabil itu, iaitu humus. Penyelidik lain mengemukakan sudut pandangan yang berbeza, yang sedikit sebanyak bertentangan dengan apa yang baru dinyatakan, iaitu, dalam pembentukan humus tanah, sebaliknya, yang paling mudah alih dan, khususnya, hanya larut air. produk penguraian sisa organik yang mati mengambil bahagian serta-merta dan langsung (Levakovsky, Hoppe- Seyler, Slezkin, Kravkov).
Berdasarkan kerja para penyelidik ini, dapat dilihat bahawa air atmosfera, walaupun dari segar, iaitu, belum lagi mengalami sebarang proses penguraian, sisa tumbuhan mampu membasuh sejumlah sebatian organik dan abu, yang seterusnya, di bawah pengaruh pelbagai agen fisiokimia dan biokimia mampu bertukar menjadi bahan gelap seperti humus. Proses ini, sudah tentu, berlaku pada skala yang lebih dramatik apabila air terpaksa bertindak ke atas sisa tumbuhan mati yang telah mengalami peringkat pereputan tertentu (kes yang terutamanya perlu ditangani dalam keadaan semula jadi).
Pertimbangan bercanggah yang digariskan di atas mengenai sumber utama komposisi bahan humus tanah, kini kita mesti menganggap telah kehilangan ketajaman mereka. Kini tidak ada keraguan lagi bahawa, sebelum ditukar menjadi humus, sebatian semua-organik, sudah pasti, mesti terlebih dahulu melalui fasa cecair. Dan kerana sebatian organik yang benar-benar stabil dan tidak berubah sama sekali tidak wujud, dan kesemuanya, di bawah pengaruh agen kimia atau biokimia semata-mata, boleh mengalami pelbagai transformasi, termasuk ke arah meningkatkan mobiliti dan keterlarutannya (walaupun lignin, resin dan tanin ), adalah perlu untuk menyedari bahawa dalam pembinaan teras humus jisim tanah, secara amnya, semua sebatian organik yang membentuk sisa tumbuhan dan haiwan boleh mengambil bahagian. Persoalannya dikurangkan hanya untuk menjelaskan bahagian penyertaan setiap sebatian organik dalam proses membina nukleus ini, dan yang paling penting, untuk menjelaskan interaksi kimia, fizikokimia dan biokimia yang kompleks yang berlaku antara sebatian organik dan bahan mineral tanah, dengan kata lain, untuk mengkaji fenomena kompleks yang mengiringi proses pembentukan kompleks organo-mineral, badan tanah.

Penyelidikan meluas dalam bidang ini telah dijalankan di makmal kami oleh A. Trusov. Meletakkan pelbagai sebatian organik - selalunya untuk masa yang agak lama - ke dalam pelbagai keadaan penguraian, penulis tersebut membuat, berdasarkan eksperimennya, kesimpulan utama berikut:
1. Karbohidrat (serat, hemiselulosa, kanji, sukrosa, glukosa dan levulosa) nampaknya tidak mengambil bahagian dalam pembentukan bahan humik.
2. Minyak hanya mengambil bahagian paling terhad dalam sintesis ini.
3. Asid organik, gusi, gabus juga tidak boleh dikelaskan sebagai pembentuk humus.
4. "Pembekal" utama bahan humik tanah ialah protein, tanin, bahan berkrustrasi (lignin) dan pelbagai sebatian polifenol (hydroquinone, orcin, pyrogallol, dll.).
5. Bahan-bahan protein dalam perjalanan pelembapan mereka mengalami penguraian hidrolitik terutamanya; pengoksidaan dan pemeluwapan selanjutnya produk hidrolisis ini berlaku. Daripada produk seperti penguraian hidrolitik protein, pirol dan sebatian benzena pergi untuk membentuk bahan humik, dan daripada yang kedua - terutamanya mengandungi kumpulan fenol, contohnya: indole, skatole, proline, triptofan, fenilalanin, tirosin, dll. Diperolehi adalah produk pekat, berwarna hitam dan coklat dengan ciri oksikuinon.
6. Pelembapan lignin (bahan pengerak) adalah disebabkan oleh kumpulan fenolik dan kuinon yang terkandung di dalamnya. Pelbagai produk yang dipadatkan diperolehi - sekali lagi dengan ciri oxyquinones.
7. Hummification tanin - melalui asid gallic, hasil daripada hidrolisis bahan-bahan ini, sekali lagi pergi ke pembentukan produk padat dengan watak oxyquinones; sebagai tambahan, asid tannomelanic, pyrogallol, purpurogallin, dan lain-lain diperolehi.
8. Kira-kira produk yang sama diperoleh semasa pelembapan sebatian polifenol yang merupakan sebahagian daripada sisa tumbuhan.
Pelembapan semua sebatian organik di atas berlaku di dalam tanah di bawah pengaruh pelbagai jenis faktor biologi dan kimia.
Merumuskan semua proses pelembapan di bawah satu skema umum, dengan itu kita boleh mengatakan bahawa peringkat pertama proses ini ialah penguraian hidrolitik pelbagai sebatian karbon, iaitu, penguraian rantai karbon kompleks kepada bahagian yang lebih mudah.
Peringkat kedua dalam pembentukan bahan humik dinyatakan dalam kehilangan air yang kuat dan dalam fenomena pemadatan dalaman.
A. Trusov, seperti yang kita lihat, hanya menarik skema umum proses yang menarik minat kita. Baru-baru ini, cara sintetik (genetik) mengkaji bahan humik tanah telah digunakan secara meluas oleh penyelidik Amerika Waksman.
Berdasarkan pertimbangan bahawa pelbagai sebatian organik yang merupakan sebahagian daripada sisa tumbuhan dan haiwan yang mati mempunyai tahap rintangan yang berbeza-beza terhadap tindakan pemusnahan mikrob dan tahap pergerakan dan kereaktifan kimia yang berbeza-beza, dan, akibatnya, pelbagai peringkat kemungkinan penyertaan dalam sintesis daripada kompleks yang agak stabil itu Apakah humus tanah, Waksman, setelah membangunkan teknik yang sesuai, membahagikan semua sebatian organik yang terdapat dalam bahan tumbuhan kepada beberapa pecahan yang disatukan oleh beberapa sifat sepunya.
1. Jika satu atau bahan tumbuhan lain (gambut, dsb.) terutamanya tertakluk kepada pengekstrakan dengan eter, maka ia akan masuk ke dalam larutan; minyak pati dan lemak, sebahagian daripada bahan berlilin dan resin, dsb. Kumpulan sebatian ini harus dicirikan sebagai mempunyai ketahanan yang hebat terhadap tindakan penguraian mikroorganisma dan, oleh itu, boleh mengambil bahagian dalam pembentukan kompleks yang agak kuat itu, yang ialah humus tanah.
2. Dengan bertindak pada sisa, selepas merawatnya dengan eter, air (mula-mula sejuk, kemudian panas), kami menyumbang kepada peralihan ke dalam larutan pelbagai gula (glukosa, mannose, pentosa, dll.), asid amino, beberapa larut protein, beberapa asid organik (tartarik, asetik, arab, malonik, dll.), alkohol (manitol, dll.), sejumlah kanji, tanin, dll. Kumpulan bahan ini, kecuali tanin, sebaliknya , boleh dicirikan sebagai sangat mudah terdegradasi di bawah pengaruh mikroorganisma (bakteria dan kulat), itulah sebabnya, dengan cepat dimusnahkan di dalam tanah, ia tidak berfungsi sebagai sumber langsung untuk pembinaan kompleks humus.
3. Selanjutnya bertindak pada sisa analit dengan mendidih "95 ° alkohol, kami memindahkan ke dalam larutan beberapa resin dan lilin, alkaloid, klorofil dan pigmen lain, tanin, kolin, alkohol yang lebih tinggi (inositol), dll. Semua pecahan ini mesti dicirikan sebagai mempunyai kestabilan dan ketahanan yang hebat terhadap tindakan penguraian mikroorganisma dan, oleh itu, boleh, oleh itu, dalam bentuknya yang sedikit diubah suai, berada dalam komposisi humus tanah.
4. Dengan bertindak ke atas sisa dari rawatan sebelumnya dengan asid didih cair (contohnya, 2% HCl), kami menyumbang kepada pemindahan hemiselulosa ke dalam larutan ("palsu") gentian), yang mengalami hidrolisis semasa operasi ini, iaitu pas. menjadi karbohidrat ringkas Hemiselulosa adalah, seperti yang diketahui, kedua-dua heksosa dan pentosa adalah anhidrida (turunan daripada yang terakhir, yang dipanggil pentosan, adalah sangat biasa dalam badan tumbuhan).
Dengan merawat sisa daripada operasi sebelumnya dengan asid pekat (80% H2SO4 dan 42% HCl), kami melarutkan selulosa (“sebenar” gentian), glukosa anhidrida kompleks, ke dalam larutan.
Kedua-dua selulosa dan hemiselulosa adalah salah satu komponen utama bahan kering sisa tumbuhan.
Walaupun dari sudut pandangan kimia, kedua-dua kumpulan sebatian organik yang disebutkan harus dicirikan sebagai sebatian yang sangat kuat dan stabil, namun, di bawah pengaruh aktiviti mikroorganisma khas yang merembeskan enzim penghidrolisis, mereka mengalami penguraian yang agak cepat dan lengkap. di dalam tanah, yang menjadikannya sangat meragukan kehadiran mereka dalam humus tanah.
5. Baki semua operasi terdahulu memberi kita peluang untuk menentukan apa yang dipanggil lignin (bahan pengerak yang merupakan bahagian yang diperlukan dalam dinding sel tumbuhan). Sifat kimia lignin tidak jelas. Ini adalah konsep kolektif, yang merangkumi kompleks pelbagai sebatian yang tidak boleh dihidrolisis walaupun di bawah pengaruh asid pekat seperti 80% H2SO4 dan 42% HCl yang disebutkan di atas. Rintangannya yang hebat terhadap tindakan merosakkan mikrob memberikan hak untuk menganggapnya sebagai salah satu komponen biasa humus tanah.
6. Sekumpulan sebatian yang mengandungi nitrogen memainkan peranan yang amat penting dalam kehidupan tumbuhan dan haiwan, sebagai sebahagian daripada plasma sel. Kumpulan ini banyak dan pelbagai sifatnya. Sebahagian daripada sebatian ini larut dalam air (lihat di atas: protein larut, asid amino, dll.); bahagian lain mudah dihidrolisis apabila terdedah kepada asid cair mendidih (sebenarnya protein) dan kemudian memberikan sebatian larut air; bahagian ketiga dihidrolisiskan hanya apabila terdedah kepada asid pekat, dsb.
Dari sudut pandangan ini, kumpulan sebatian organik nitrogen mesti diiktiraf sebagai sangat berbeza - dari segi tahap kestabilan dan kebolehuraian wakil individunya, dan, akibatnya, dari segi tahap penyertaan dalam pembentukan humus. kompleks.
Sebagai tambahan kepada pelbagai sebatian organik yang disebutkan di atas, kami sentiasa memerhatikan dalam komposisi badan tumbuhan dan haiwan yang mati jumlah yang berbeza daripada bahan yang paling pelbagai dan mineral (abu). Semua sebatian yang pelbagai ini, jatuh dalam proses pembentukan tanah ke dalam pelbagai ufuk batu lapuk, mengalami nasib yang berbeza: sebahagian daripada mereka, menjadi milik mikrob, cepat runtuh dan reput, yang lain mengalami beberapa fenomena kompleks interaksi dengan juzuk mineral tanah, salah satu hasilnya ialah kompleks organomineral yang agak stabil dan tahan lama, yang dipanggil humus. Fenomena interaksi ini adalah kompleks dan pelbagai: terdapat juga tindak balas kimia semata-mata antara bahagian konstituen batuan terluluhawa dan produk penguraian larut sisa organik yang terlarut secara sistematik daripada yang terakhir oleh pemendakan atmosfera, dan fenomena mikrobiologi, yang terdiri daripada pelbagai proses penguraian sebatian organik dan memudahkan komposisi mereka, dan sebaliknya, sintesis terbalik produk yang terbentuk dalam badan mikroorganisma dalam proses pemakanan mereka dengan pembentukan bahan organik kompleks baru, dan, akhirnya, fenomena fizikokimia yang berkaitan dengan keadaan koloid bahan berinteraksi dan membawa kepada pembentukan "sebatian penjerapan" khas dalam tanah ".
Berdasarkan fakta bahawa semua sebatian organik yang membentuk sisa tumbuhan, lignin mempunyai rintangan terbesar terhadap tindakan penguraian mikrob; sebaliknya, menyatakan fakta bahawa dalam proses penguraian sisa-sisa ini, pengumpulan kompleks protein (dan kompleks bernitrogen lain) berlaku dan, seterusnya, bahawa dalam semua tanah yang dianalisis oleh pengarang, bahan-bahan yang disebut sekarang menyumbang kepada kepada 80% daripada jumlah bahan organik tanah ini, dsb. , - Waksman membuat andaian bahawa humus tanah terdiri daripada kompleks asas dan kompleks - teras, yang merangkumi pecahan terutamanya lignin dan protein, yang berada dalam gabungan kimia yang rapat dengan satu sama lain.
Teras utama ini disertakan dengan beberapa bahan lain yang sama ada kekal daripada penguraian sisa tumbuhan dan haiwan, atau telah disintesis disebabkan oleh aktiviti penting mikroorganisma.
Di antara konstituen sekunder humus tanah ini adalah beberapa lemak dan lilin, hemiselulosa, alkohol yang lebih tinggi, asid organik, dan lain-lain. Dalam tanah yang disebutkan di atas, dianalisis oleh Waksman, bahan organik sebenarnya mengandungi hanya kira-kira 16% karbohidrat tidak larut air (selulosa, hemiselulosa). , dsb.).) dan hanya 2.5-3% bahan larut dalam eter dan alkohol, manakala jumlah protein dan lignin menyumbang sehingga 80% daripada jumlah bahan organik tanah ini.
Dengan mengambil kira bahawa pecahan protein yang memasuki tanah dengan sisa tumbuhan dan haiwan, serta terbentuk di dalamnya semasa hayat sintesis mikrob, boleh berbeza dalam komposisi kimianya dan kumpulan lignin juga boleh menjadi kompleks sebatian yang berbeza. ketara antara satu sama lain, adalah jelas bahawa perlembagaan dalaman teras lignin-protein dalam tanah yang berbeza yang terbentuk dan dibangunkan dalam keadaan yang berbeza boleh berbeza-beza dengan ketara antara mereka.
Waksman dapat mensintesis kompleks protein lignin ini secara buatan dalam persekitaran makmal. Yang terakhir ternyata, dari segi jumlah keseluruhan sifatnya, sangat berbeza daripada sifat komponen individunya - lignin dan protein - dan pada masa yang sama memperoleh semua sifat kimia, fiziko-kimia dan biologi yang biasanya kita pertimbangkan ciri humus (atau, lebih tepat lagi, untuk bahagian itu yang dipanggil asid humik): keterlarutan dalam alkali dan pemendakan seterusnya oleh asid, warna gelap, ketahanan terhadap tindakan penguraian mikrob (bahan protein, biasanya mudah terdedah kepada tindakan penguraian mikroorganisma, memperoleh, sebagai hasil daripada interaksi mereka dengan lignin, ternyata, kestabilan yang lebih besar).
Waksman seterusnya berjaya mendapatkan sebatian tiruan kompleks "ligno-protein" dengan pelbagai asas (Ca, Mg, Fe, Al), lebih-lebih lagi, dengan kaedah yang serupa dengan yang biasanya digunakan untuk mendapatkan pelbagai garam asid humik; penyiasatan ini, dengan perkembangan selanjutnya, boleh membawa sedikit kejelasan kepada pengetahuan tentang hubungan yang wujud antara teras organik dan unsur abu humus tanah. Antara lain, didapati bahawa kompleks lignin-protein mempunyai

Pembentukan bahan organik di darat dan di lautan bermula dengan tindakan cahaya matahari ke atas klorofil tumbuhan hijau. Daripada setiap juta foton yang mencapai sampul geografi, tidak lebih daripada 100 pergi ke pengeluaran makanan. Daripada jumlah ini, 60 dimakan oleh tumbuhan darat dan 40 oleh fitoplankton lautan. Pecahan cahaya ini menyediakan planet dengan bahan organik.

Fotosintesis berlaku dalam julat haba dari 3 hingga 35°C. Dalam iklim moden, tumbuh-tumbuhan menduduki 133.4 juta km 2 di darat. Selebihnya kawasan itu jatuh di atas glasier, takungan, bangunan dan permukaan berbatu.

Pada peringkat perkembangan Bumi sekarang, bahagian benua dan lautan biosfera adalah berbeza. Hampir tiada tumbuhan yang lebih tinggi di lautan. Kawasan pesisir, di mana tumbuh-tumbuhan yang melekat pada bahagian bawah tumbuh, hanya 2% daripada jumlah luas dasar laut. Asas kehidupan di lautan ialah alga fitoplankton mikroskopik dan herbivor zooplankton mikroskopik. Kedua-duanya sangat bertaburan di dalam air, kepekatan hidupan ratusan ribu kali kurang daripada di darat. Anggaran terlebih dahulu biojisim lautan telah disemak semula. Menurut anggaran baru, ia adalah 525 kali lebih kecil dalam jumlah jisim berbanding di darat. Menurut V. G. Bogorov (1969) dan A. M. Ryabchikov (1972), produktiviti tahunan biojisim di Bumi ialah 177 bilion tan bahan kering, di mana 122 bilion tan berasal dari tumbuh-tumbuhan darat dan 55 bilion tan dari fitoplankton laut. Walaupun jumlah biojisim di laut jauh lebih sedikit daripada di darat, produktivitinya adalah 328 kali lebih tinggi (A. M. Ryabchikov) daripada di tanah besar, ini disebabkan oleh perubahan pesat dalam generasi alga.

Biojisim tanah terdiri daripada phytomass, zoomass, termasuk kedua-dua serangga, dan biojisim bakteria dan kulat. Jumlah jisim organisma tanah mencapai kira-kira 1-10 9 tan, dan dalam komposisi zoomass, bahagian utama (sehingga 99%) jatuh pada organisma invertebrata.
Secara keseluruhannya, bahan tumbuhan, terutamanya berkayu, mendominasi secara mutlak dalam biojisim tanah: fotojisim menyumbang 97-98%, dan zoomass 1-3% mengikut berat (Kovda, 1971).
Walaupun jisim bahan hidup tidak besar berbanding dengan isipadu litho-, hidro-, dan juga atmosfera, peranannya dalam alam semula jadi adalah jauh lebih besar daripada graviti tentunya. Sebagai contoh, pada 1 hektar yang diduduki oleh tumbuhan, keluasan daunnya boleh mencapai 80 hektar, anda boleh menjalankan perniagaan secara langsung, dan kawasan bijirin klorofil, iaitu permukaan yang berfungsi secara aktif, adalah ratusan kali lebih besar. Luas butiran klorofil semua tumbuhan hijau di Bumi adalah lebih kurang sama dengan luas Jupiter.

Kami menekankan sekali lagi bahawa fotosintesis adalah satu bentuk pengumpulan tenaga yang sangat sempurna, yang jumlahnya dinyatakan dengan nombor 12.6-10 21 J (3-1021 kal). Tenaga ini setiap tahun menghasilkan kira-kira 5.8-10 11 tan bahan organik di Bumi, termasuk 3.1 ∙ 10 10 tan di darat. Daripada jumlah ini, hutan menyumbang 2.04-10 10 , padang rumput, paya dan padang rumput 0.38-10 10 , padang pasir 0.1 ∙ 10 10 dan tumbuh-tumbuhan yang ditanam 0.58-10 10 t (Kovla, 1971).

1 g tanah dalam ladang kapas mengandungi 50-100 ribu mikroorganisma, iaitu beberapa tan sehektar (Kovda, 1969). Sesetengah tanah sehektar mengandungi sehingga 10 bilion cacing gelang, sehingga 3 juta cacing tanah dan 20 juta serangga.

Di bawah keadaan Bumi moden, pembentukan semula jadi sebatian organik daripada bukan organik secara praktikalnya tidak berlaku. Lebih-lebih lagi, kemunculan bahan organik hidup adalah mustahil. Bagi Bumi awal, keadaan di atasnya berbeza sama sekali. Suasana yang berkurangan dengan kepekatan hidrogen, metana dan ammonia yang tinggi, sinaran ultraungu yang kuat dari Matahari, yang tidak diserap oleh atmosfera sedemikian, dan pelepasan elektrik yang kuat di atmosfera mencipta keadaan yang diperlukan dan, nampaknya, mencukupi untuk pembentukan daripada sebatian organik. Malah, eksperimen makmal yang dijalankan di bawah keadaan yang mensimulasikan atmosfera Bumi awal telah memungkinkan untuk mendapatkan beberapa sebatian organik, termasuk asid amino yang membentuk protein hidup.

Ketiadaan oksigen di atmosfera adalah syarat yang diperlukan untuk sintesis bahan organik secara spontan. Walau bagaimanapun, dari sudut pandangan transformasi seterusnya, faktor ini ternyata merosakkan. Malah, atmosfera tanpa oksigen hampir bebas menghantar sinaran ultraungu yang kuat (atmosfera Bumi moden mempunyai lapisan ozon yang telah timbul bersama-sama dengan komponen oksigen, yang menyerap sinaran ini). Sinaran, menyediakan tenaga untuk tindak balas kimia sintesis sebatian organik, pada masa yang sama berusaha untuk segera memusnahkannya. Oleh itu, biopolimer, lipid dan hidrokarbon yang terbentuk di atmosfera, yang hampir tidak timbul, telah ditakdirkan. Untuk tidak mati, mereka perlu berlindung daripada kesan berbahaya sinaran ultraungu suria. Adalah dipercayai bahawa beberapa sebatian organik ini terlepas daripada kematian dengan memasuki persekitaran akuatik takungan primer.

Di sini, dalam medium akueus, sebatian organik memasuki pelbagai tindak balas kimia, antaranya tindak balas yang membawa kepada pembangunan diri pemangkin yang paling aktif diutamakan. Alam semula jadi dengan sangat tegar mengetuai pemilihan semula jadi tindak balas jenis kitaran, yang mampu bertahan sendiri, termasuk disebabkan oleh tenaga yang dikeluarkan semasa tindak balas. Masalah bekalan tenaga untuk tindak balas evolusi, khususnya, tindak balas pempolimeran (menggabungkan molekul dari jenis yang sama - monomer menjadi makromolekul) nampaknya menjadi yang paling penting pada peringkat evolusi ini, kerana medium akueus tidak banyak mengaktifkan tindak balas kimia. Itulah sebabnya hanya tindak balas tenaga tinggi dengan penyertaan pemangkin yang sangat cekap dan membangunkan diri boleh "bertahan".

Di sinilah salah satu detik penting pembangunan. Mari kita anggap bahawa tindak balas kimia yang diperlukan untuk peralihan kepada bioevolusi telah timbul dan memperoleh sifat penyelenggaraan diri. Untuk pemeliharaannya (dan, tentu saja, pembangunan selanjutnya), volum yang sepadan mesti diasingkan dari persekitaran yang tidak teratur, tanpa kehilangan keupayaan untuk menukar bahan dan tenaga dengannya. Pemenuhan serentak kedua-dua ini, pada pandangan pertama, keadaan yang tidak serasi adalah penting untuk evolusi kimia mencapai tahap baru secara kualitatif.

Kemungkinan ini ditemui kerana pembentukan struktur khas daripada lipid - cangkerang membran . Keputusan eksperimen makmal moden memberi sebab untuk mempercayai bahawa pada kepekatan tertentu lipid dalam air dan keadaan luaran yang memodelkan keadaan atmosfera dan hidrosfera Bumi ketika itu, proses ciri organisasi diri berlaku, yang membawa kepada pemasangan sendiri cengkerang lipid dengan sifat membran.

Selanjutnya, mudah untuk mengandaikan bahawa proses pemilihan tindak balas pemangkin kitaran dan pemasangan sendiri cengkerang lipid bertepatan dalam masa dan ruang. Oleh itu, pembentukan semula jadi mungkin muncul, terpencil daripada kesan merosakkan alam sekitar, tetapi disambungkan dengannya melalui metabolisme. Reaksi mampan diri mula berlaku dalam sejenis reaktor, yang menyumbang kepada pemeliharaan ketidakseimbangan ketara sistem biopolimer yang terkandung di dalamnya. Kini kedudukan reagen kimia telah memperoleh keteraturan, proses penjerapan pada cangkang menyumbang kepada peningkatan kepekatannya dan, dengan itu, pengaktifan kesan pemangkin. Malah, berlaku peralihan daripada campuran kimia kepada sistem tersusun yang disesuaikan untuk pembangunan yang lebih tinggi.

Sebilangan model lain juga dipertimbangkan, membawa kepada peristiwa penting yang sama, tetapi masih perantaraan dalam laluan peralihan kepada evolusi biologi. Salah seorang daripada mereka menganggap proses yang berkaitan dengan pembentukan sebatian organik awal di atmosfera, dengan andaian bahawa Bumi awal dengan atmosfera pengurangan jarangnya adalah jasad sejuk dengan suhu kira-kira -50°C. Perkara penting model ini ialah andaian bahawa atmosfera di bawah keadaan ini telah terion, iaitu, berada dalam keadaan plasma sejuk. Plasma ini dianggap sebagai sumber tenaga utama untuk tindak balas evolusi kimia. Andaian suhu rendah digunakan untuk menjelaskan pemeliharaan biopolimer yang terbentuk di atmosfera: beku, mereka jatuh di atas penutup ais Bumi dan disimpan di dalam peti sejuk semula jadi ini "sehingga masa yang lebih baik." Dalam bentuk ini, sinaran ultraungu dan pelepasan elektrik yang kuat tidak lagi begitu berbahaya bagi mereka.

Selanjutnya diandaikan bahawa "masa yang lebih baik" datang dengan peningkatan aktiviti tektonik, permulaan letusan gunung berapi besar-besaran. Pembebasan produk aktiviti gunung berapi ke atmosfera membawa kepada pemadatan dan peralihan sempadan pengionan ke lapisan yang lebih tinggi. Dengan perubahan dalam keadaan suhu, penutup ais cair secara semula jadi, dan takungan utama terbentuk, di mana, selepas pencairan, biopolimer, lipid dan hidrokarbon terkumpul dalam tempoh yang lama memulakan aktiviti kimia aktif. Oleh itu, seseorang boleh bercakap tentang kepekatan tinggi mereka dalam " kuah asli "(sebagaimana bahan yang terhasil sering dipanggil), yang merupakan satu lagi faktor positif dari segi pengaktifan evolusi kimia.

Eksperimen berulang telah mengesahkan bahawa semasa pencairan, lipid sebenarnya menunjukkan pemasangan sendiri, membentuk mikrosfera dengan diameter berpuluh-puluh mikrometer. Tidak kira bagaimana biopolimer masuk ke dalamnya - sama ada ia menembusi melalui lapisan membran atau sama ada kulit lipid menyelubunginya secara beransur-ansur. Adalah penting bahawa dalam jumlah yang dikelilingi oleh membran, peringkat baru evolusi boleh bermula - peralihan daripada tindak balas kimia kepada tindak balas biokimia.

Bagi momen penentu - peralihan ke sel yang paling mudah, ia boleh dianggap sebagai hasil daripada ciri lompatan penyusunan diri bahan. Untuk bersedia untuk lonjakan ini, dalam proses evolusi kimia, beberapa lagi struktur sepatutnya muncul yang boleh melaksanakan fungsi yang diperlukan untuk protosel. Serpihan struktur sedemikian dipertimbangkan perkumpulan , menyediakan pemindahan zarah bercas, yang diperlukan untuk pengangkutan jirim. Kumpulan lain mesti menyediakan bekalan tenaga - terutamanya molekul sebatian yang mengandungi fosforus (sistem ADP-ATP). Akhirnya, adalah perlu untuk membentuk struktur polimer seperti DNA dan RNA, fungsi utamanya adalah untuk berkhidmat matriks pemangkin untuk pembiakan sendiri.

Kita tidak seharusnya melupakan satu lagi perkara penting yang berkaitan dengan pelanggaran simetri isomer. Bagaimana pilihan datang memihak kepada bahan organik kidal, seseorang hanya boleh meneka, tetapi hakikat bahawa turun naik ini segera mendahului kelahiran kehidupan nampaknya agak semula jadi. Ia boleh diandaikan bahawa evolusi biologi "dilancarkan" oleh kemunculan protosel kidal.

Salah satu andaian utama hipotesis heterotrofik ialah kemunculan kehidupan didahului oleh pengumpulan molekul organik. Hari ini kita memanggil molekul organik semua molekul yang mengandungi karbon dan hidrogen. Kami memanggil molekul organik juga kerana ia pada asalnya dipercayai bahawa sebatian jenis ini boleh disintesis hanya oleh organisma hidup.

Walau bagaimanapun, pada tahun 1828. ahli kimia telah belajar untuk mensintesis urea daripada bahan bukan organik. Urea adalah sebatian organik yang dikumuhkan dalam air kencing banyak haiwan. Organisma hidup dianggap satu-satunya sumber urea sehingga ia boleh disintesis di makmal. Keadaan makmal di mana sebatian organik diperolehi oleh ahli kimia nampaknya meniru sedikit sebanyak keadaan persekitaran di bumi pada tempoh awal kewujudannya. Keadaan ini boleh, menurut pengarang hipotesis heterotrofik, membawa kepada pembentukan sebatian organik daripada oksigen, hidrogen, nitrogen, dan atom karbon.

Pemenang Hadiah Nobel Harold Urey, bekerja di Universiti Chicago, mula berminat dengan evolusi sebatian kimia di Bumi pada tempoh awal kewujudannya. Dia membincangkan masalah ini dengan salah seorang pelajarnya, Stanley Miller. Pada Mei 1953, Miller menerbitkan artikel bertajuk "Pembentukan asid amino di bawah keadaan yang serupa dengan yang wujud di Bumi pada zaman awal," di mana beliau menunjukkan bahawa A.I. Oparin adalah orang pertama yang menyatakan idea bahawa asas kehidupan - sebatian organik terbentuk pada masa apabila atmosfera Bumi mengandungi metana, ammonia, air dan hidrogen, dan bukan karbon dioksida, nitrogen, oksigen dan air. Baru-baru ini, idea ini telah mendapat pengesahan dalam robot Urey dan Bernal.

Untuk menguji hipotesis ini, campuran gas CH4, NH3, H2O dan H2 telah melalui sistem paip dalam peranti yang direka khas, dan nyahcas elektrik dicipta pada masa tertentu. Kandungan asid amino ditentukan dalam campuran yang terhasil.

Dalam peranti kedap udara yang direka oleh Miller, diisi dengan metana, hidrogen dan ammonia, nyahcas elektrik telah diluluskan. Wap air datang daripada peranti khas yang dikaitkan dengan bahagian utama peranti. Stim, melalui peranti, disejukkan dan terpeluwap dalam bentuk hujan. Oleh itu, keadaan yang wujud di atmosfera Bumi primitif telah dihasilkan semula dengan tepat di makmal. Ini termasuk panas, hujan, dan kilatan cahaya singkat. Seminggu kemudian, Miller menganalisis gas, yang berada di bawah keadaan eksperimen. Dia mendapati cecair tidak berwarna yang terbentuk sebelum ini bertukar menjadi merah.

Analisis kimia menunjukkan bahawa beberapa sebatian muncul dalam cecair, yang tidak hadir pada permulaan eksperimen. Atom beberapa molekul gas bergabung semula, membentuk molekul baru dan lebih kompleks - molekul organik. Dengan menganalisis sebatian yang terdapat dalam cecair, Miller mendapati bahawa molekul organik yang dikenali sebagai asid amino terbentuk di sana. Asid amino terdiri daripada atom karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen.

Setiap atom karbon mampu membentuk empat ikatan kimia dengan atom lain. Eksperimen Miller menunjukkan bahawa proses serupa boleh berlaku di atmosfera Bumi pada tempoh awal kewujudannya. Eksperimen ini merupakan pengesahan penting bagi hipotesis heterotropik.

ringkasan pembentangan lain

"Budaya sel dan tisu tumbuhan" - Fungsi hormon dalam kalusogenesis. Faktor yang mempengaruhi sintesis. sel yang dibezakan. Jenis kultur sel dan tisu. heterogeniti genetik. Kultur sel tumbuhan. Dedifferentiation. Pencirian sel kalus. Aspek sejarah. Pembentukan hempedu mahkota. Budaya sel tunggal. Sebab tak segerak. Sintesis metabolit sekunder. pembezaan tisu kalus. faktor fizikal.

"Daun tumbuhan" - Daun petiolat. Apakah bahagian tepi bilah daun? Daun juga merupakan organ pernafasan, penyejatan dan guttasi (perkumuhan titisan air) tumbuhan. Apakah jenis venasi? Daun kompleks. Terangkan helaian. Daun terletak di kedua-dua belah tangkai daun pada jarak yang agak jauh antara satu sama lain. daun sesil. Tepi helai daun. Ternary. bertentangan. berpusing. Urat. Daun ringkas. Daun - dalam botani, organ luar tumbuhan, fungsi utamanya adalah fotosintesis.

"Klasifikasi buah-buahan" - Tykvin. Pomeranian. Klasifikasi buah. Organ tumbuhan berbunga. Bandingkan. Berry. Epal. Buah-buahan berair. Cari tambahan. Polykostyanka. Penyatuan bahan yang dipelajari. Drupe. Pericarp. organ pembiakan. Buah-buahan, klasifikasi mereka.

"Buah-buahan dan biji" - Pod. Jangan biarkan jiwa anda malas. Kerja makmal. Tykvin. bijirin. Pengetahuan. Drupe. Pemindahan. Pokok ilmu. Soalan untuk penyatuan. Sebarkan dengan sebarkan. Sebarkan dengan air. Tanda benih. Kemandulan. Bunga yang tidak mencolok. Pindahkan pada penutup luar. Pendidikan janin. Kotak. Kerja berkumpulan. Polykostyanka. Janin. Tersebar oleh angin. Mengapa benih merebak?

"Struktur Melarikan Diri" - Ubi. Jenis buah pinggang. Terbentuk daripada tunas di pangkal batang. Struktur luaran pelarian. bahan organik. Struktur dalaman. Perkembangan melarikan diri dari buah pinggang. Internodes ditakrifkan dengan jelas. melarikan diri. Ubi akar. Pertumbuhan batang. Batang. Pengubahsuaian melarikan diri. Pelbagai melarikan diri. Corm. Pengangkutan bahan di sepanjang batang. rizom. Mentol. Bercabang. Mentol dan corm. Penimbang. Bud.

"Tugasan pada struktur tumbuhan" - Lokasi berkas konduktif. Lihat gambar dan jawab soalan. pengangkutan mendatar. Pengubahsuaian bawah tanah pucuk. Struktur buah pinggang. Lokasi pucuk di angkasa. tisu tumbuhan. Pucuk bercabang. Struktur kon pertumbuhan. Struktur luar akar. bercucuk tanam. Pengubahsuaian akar. Pertimbangkan lukisan itu. Didaktik untuk papan putih interaktif dalam biologi. Susunan daun.