الدهون (الليپيدات) الترابية في نظام المواد الدبالية
أكدت دراسات السنوات الأخيرة مجددًا على الدور الهائل للمكونات غير النوعية للدبال الترابي (الدبال السطحي) في تشكيل خصوبة التربة وتكوين التربة (genesis of soils). ومن بين هذه المركبات توجد مواد نشطة فسيولوجيًا متنوعة، وكربوهيدرات، وأحماض أمينية، وأصباغ مختلفة.
تحتل المواد المستخلصة من التربة بالاستخلاص بمزيج الكحول والبنزين مكانة خاصة في هذه المجموعة. لم يُعتمد بعد مصطلح متفق عليه لهذه المجموعة، ولا يزال موقعها في نظام المواد الدبالية غير واضح. تُسمى المواد المستخلصة من التربة بمزيج الكحول والبنزين في الأدبيات "البتيومينات" (bitumens)، أو الشموع-الراتنجات (wax-resins)، وفي كثير من الحالات يُشار إليها ببساطة على أنها مجموعة من المركبات المستخلصة بمزيج الكحول والبنزين، دون استخدام مصطلح خاص.
يستخدم المؤلفون في الغالب مصطلح "الليپيدات" (الدهون). ويوجد عدم يقين مماثل في المصطلحات في الأدبيات الجيولوجية، حيث يشير مصطلح "البتيومينات"، على وجه الخصوص، إلى خليط من الهيدروكربونات ومشتقاتها، التي تشكلت عن طريق تحول الشموع والراتنجات والأحماض الدهنية على مدى فترات جيولوجية.
يمثل الدبال الترابي تكوينًا حديثًا نسبيًا، ويجب أن تكون المواد المستخلصة بالكحول والبنزين من التربة ممثلة بمركبات قليلة التغير، تدخل في تكوين البقايا النباتية والخلايا الميكروبية، أي الشموع، والراتنجات، وجليسريدات الأحماض الدهنية، والأحماض الدهنية. وهذا يبرر تسمية المجموعة بأكملها قيد البحث باسم **الليپيدات**.
في الوقت الحاضر، يجمع مصطلح الليپيدات في الكيمياء الحيوية للنباتات مجموعة كبيرة من المواد، "...تتحد الدهون والمواد الشبيهة بالدهون (الدهنيات - lipoids) تحت المصطلح العام الليپيدات. تذوب مواد هذه المجموعة في مذيبات عضوية مختلفة. يمكن أيضًا إدراج الأصباغ القابلة للذوبان في الدهون في هذه المجموعة. وعادة ما يتم التمييز في تركيب الليپيدات بين:
- الدهون المحايدة، والشموع، والستيرويدات،
- الفسفوليبيدات،
- الجليكوليبيدات والليپيدات المعقدة الأخرى،
- وكذلك عدد من المركبات الأخرى، بما في ذلك الأحماض، والكحوليات، والفيتامينات، والهيدروكربونات العليا، بما في ذلك الكاروتينات، وما شابه ذلك.
من المحتمل، في عدد من الحالات، أن تحتوي المستخلصات الترابية بالكحول والبنزين على بعض المركبات الأخرى؛ على وجه الخصوص، لا يمكن استبعاد وجود حمض الهيماتوميلانيك (hymatomelanic acid) والبروتينات القابلة للذوبان في الكحول في هذه المجموعة. ومع ذلك، وبناءً على التعريفات المذكورة أعلاه والبيانات المتاحة حول تكوين مستخلصات الكحول والبنزين، فإننا نرى أنه من الممكن والأكثر دقة تسمية هذه المجموعة من المواد باسم **الليپيدات الترابية**.
تصل الليپيدات إلى التربة مع البقايا النباتية، بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن استبعاد إمكانية تخليق الليپيدات مباشرة في التربة بواسطة كائنات دقيقة مختلفة، على سبيل المثال، خمائر مؤكسدة للبارافين. هناك تشابه معين بين الليپيدات الترابية والليپيدات النباتية.
عند تقييم أهمية الليپيدات في الأنظمة الكيميائية الحيوية، يجب مراعاة النقاط التالية: يتراوح محتوى هذه المجموعة من المواد في الدبال الترابي من 2 إلى 14٪، ووفقًا لبعض البيانات، في ظروف التربة الغنية بالخث، وتربة التندرا، والتربة الجبلية، هناك اتجاه واضح لزيادة تراكم هذه المجموعة يصل إلى 20-24٪، وأحيانًا أكثر.
تختلف الليپيدات اختلافًا كبيرًا عن المجموعات الأخرى من المواد الدبالية في تركيبها الكيميائي، حيث تحتوي على نسبة كبيرة من الهياكل الأليفاتية والمجموعات الكارهة للماء (hydrophobic groups). يؤدي هذا الأخير إلى عدد من الخصائص الكيميائية المحددة. تثير هذه المجموعة اهتمامًا خاصًا فيما يتعلق بـ "تمييزها" الفريد من خلال وجود أشكال هيكلية مثل البارافين (الدهون، الشموع)، والستيرويدات، والتربينات، والكاروتينات، والكلوروفيل، والأصباغ البورفيرينية (porphyrin pigments) الأخرى. يمكن اكتشاف هذه المركبات بسهولة نسبيًا بواسطة أطياف إلكترونية أو جزيئية محددة، مما يجعل من الممكن تتبع مسارات وآليات تحول هذه المواد أثناء تكون الدبال والتطور اللاحق (diagenesis).
المستخلصات الكحولية-البنزينية من التربة هي سوائل ذات ألوان مختلفة، يتراوح لونها من الأصفر الفاتح (اللبني) إلى البني البرتقالي، ويعتمد على نوع التربة والتجمعات النباتية. بعد إزالة المذيب، تبقى كتلة صفراء بنية ذات رائحة بلسمية خفيفة، تنصهر عند درجة حرارة تتراوح بين 63 و 87 درجة مئوية.
وفقًا لأدبيات، تحتوي الليپيدات في تركيبها، بالإضافة إلى C و H، على O و N و P و S وكميات ضئيلة من العديد من العناصر الكبيرة والدقيقة. تتفاوت النسبة التقريبية لهذه العناصر الأخيرة بشكل كبير في التربة المختلفة (58-68٪ C، 8-10٪ H؛ 22-32٪ O؛ 0.4-2.0٪ N).
تتكون ليپيدات التربة والخث بشكل أساسي من الشموع والراتنجات، والتي تحتوي بدورها على أحماض حرة ومواد قابلة للتصبن، ممثلة بالإسترات النموذجية للشموع وأنهيدريدات مميزة للراتنجات. يشتمل مكون الشمع في البتيومين على ما يصل إلى 56٪ من الأحماض، والتي تم تحديد حمض السيروتيك C25H50O2، وحمض الكربوسيريك C27H54O2، وأكسي حمض (oxyacid) بتركيب C30H60O3 من بينها. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي الشموع على ما يصل إلى 44٪ من المواد غير القابلة للتصبن؛ وتم تحديد هيدروكربونات مشبعة من بينها - الترايترياكونتان C33H68 والبنتاترياكونتان C35H72، والتي تشكل ما يصل إلى 15٪، كما تم عزل كحول مشبع - الهبتاكوزانول C27H55O بدرجة انصهار 74-75 درجة مئوية. وتم تحديد عدد كبير من الهيدروكربونات: ن-ديكان، ن-أونديكان، ن-هيكساديكان، نفثالين، ميثيل نفثالين، ثنائي فينيل، أسينافثين، فلورين. كما تم اكتشاف ستيرويدات ومواد قابضة (تانات).
يتمثل المكون الأساسي لـ "بتيومينات" الخث في الإسترات المعقدة للكحوليات الحلقية والأحماض الحلقية، والتي تم عزل أحماض غير مشبعة منها بتركيب C12H22O2 و C14H26O2. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد ثلاثيات التربينويدات (triterpenoids)، والتي تنتشر على نطاق واسع في عالم النبات.
لا يزال تركيب مستخلصات التربة الكحولية-البنزينية قليل الدراسة، على الرغم من أن البيانات من عدد من المؤلفين تشير إلى احتمال وجود أحماض دهنية، ودهون، وشموع، وأحماض راتنجية وإستراتها، وستيرولات، وثلاثيات التربينويدات، وهيدروكربونات، وما إلى ذلك.
لقد قمنا بدراسة كسور الليپيدات للأنواع الوراثية الرئيسية للتربة. تم استخلاص الليپيدات من عينة تربة جافة بالهواء، والتي تم إزالة الجذور منها مسبقًا، وكذلك من فضلات الأوراق المتساقطة حديثًا وأوراق النباتات. استخدم مزيج الكحول-البنزين (1: 1) كمذيب، وتم إجراء الاستخلاص في أجهزة سوكسليت (Soxhlet) وجريفي (Graefe).
يستغرق الاستخلاص في جهاز سوكسليت وقتًا طويلاً ولا يضمن العائد الكامل للشموع-الراتنجات. يؤدي تكثيف عملية الاستخلاص باستخدام جهاز جريفي-زايتشينكو (Graefe-Zaichenko) إلى زيادة كبيرة في كمية الشموع-الراتنجات المستخلصة من التربة (الجدول 1).
| التربة، الاستخدام | الأفق | العمق، سم | سوكسليت | جريفي | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| محتوى الليپيدات، % من التربة | محتوى كربون الليپيدات، % من الكربون الكلي | محتوى الليپيدات، % من التربة | محتوى كربون الليپيدات، % من الكربون الكلي | |||
| تشرنوزم جنوبي (Southern Chernozem)، أرض مزروعة، خيرسون | Apakh | 0—23 | 0.09 | 4.35 | 0.28 | 14.04 |
| تشرنوزم شوكولاتي، أرض مزروعة، رومانيا | Apakh | 0—20 | 0.10 | 0.71 | 0.12 | 12.32 |
| تربة مرجية جبلية، مرج سبيراي-رايجراس، خيرسون | A₁ | 6—20 | 0.45 | 6.61 | 0.76 | 11.06 |
| تربة بنية غابات جبلية، أرض بور، خيرسون | A₁ | 1—18 | 0.07 | 6.24 | 0.21 | 19.56 |
| سولونتشاك قشري (Crusted Solonchak)، مرعى، خيرسون | В₁ | 2—15 | 0.26 | 7.32 | 0.40 | 11.22 |
يمكن أن تؤدي الزيادة الكبيرة في عائد المواد أثناء استخلاصها في جهاز جريفي إلى تغيير فهمنا لدور هذا الكسر في الكيمياء الحيوية للتربة بشكل كبير. لا يزال يتعين معرفة أي من الكسور هو المسؤول عن الفرق الملاحظ. يمكن الافتراض مؤقتًا أن الجزء الذي لم يتم تحديده سابقًا من الشموع-الراتنجات كان مدرجًا في البقايا غير القابلة للتحلل المائي ويشكل جزءًا مما يسمى "الهيومين" (humin)، على الرغم من عدم استبعاد وجودها أيضًا في الأحماض الدبالية.
في التربة التي تم فحصها (الجدول 2)، يتراوح محتوى الليپيدات من 0.02 إلى 0.50٪ من التربة، ومن 2.0 إلى 80.0٪ من الكربون العضوي (C organic). في آفاق الدبال العلوية للعديد من التربة الذاتية (automorphic soils)، تبلغ حصة الليپيدات 2-10٪ من إجمالي الكربون (وفقًا للاستخلاص في جهاز سوكسليت). يرتبط المحتوى المرتفع من الليپيدات بالتربة ذات الرطوبة المتزايدة (التربة المائية - hydromorphic)، والتربة الخثية (peaty)، وتربة التندرا، والتربة الجبلية. غالبًا ما يُلاحظ تراكم نسبي لها في الآفاق الأعمق. في بعض التربة، يظل المحتوى المطلق لهذا الكسر ثابتًا على طول كامل قطاع التربة (soil profile). من المحتمل أن يكون التراكم النسبي لليپيدات في آفاق B و C مرتبطًا بهذا.
تتم دراسة الخصائص الفيزيائية والكيميائية لليپيدات وعلاقة هذه المؤشرات بالظروف البيئية بمزيد من التفصيل باستخدام مثال تربة فردية: م. 106 - كراسنوزم (Krasnozem - تربة حمراء) طيني خفيف، غِرَائي (silty)؛ م. 127 - نفس الكراسنوزم تحت الأرض المزروعة؛ م. 123 - بودزول (Podzol) شبه استوائي، طَفْلِي متوسط (medium loamy)؛ م. 120 - زيلتوزم (Zheltozem - تربة صفراء) طيني خفيف، رملي-غرائي. نظرًا لأن التركيب السائد للفضلات فوق المقاطع 127 و 120 كان أوراق الشاي والسرخس، فقد رأينا أنه من الضروري تتبع محتوى وتركيب الليپيدات في نظام النبات - الفرشة - التربة.
يتم فصل كسر الليپيدات بسهولة إلى شموع وراتنجات عن طريق استخلاص الأخيرة بالأسيتون. يتفاوت محتوى الشموع والراتنجات في الليپيدات في نطاق واسع. تحتوي آفاق A₁ أو Apakh من البودزول شبه الاستوائي في الكراسنوزم على الهضبة والمنحدر على ما يصل إلى 33-38٪ من الراتنجات، وفي تركيب ليپيدات الزيلتوزم تحت الأراضي البور والأراضي المزروعة، تعد الراتنجات هي المجموعة السائدة من المركبات العضوية (الجدول 2). يسود الجزء الراتنجي في الليپيدات من الفرشات المختلفة، حيث يشكل 58-68٪ منها.
| العنصر | الأفق | العمق، سم | كربون الليپيدات | الشموع، % | الراتنجات، % | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| % من العينة | % من إجمالي C | |||||
| أوراق الشاي، م. 127 | — | — | 22.78 | — | 29.12 | 70.78 |
| أوراق السرخس، م. 120 | — | — | 7.65 | — | 80.21 | 19.79 |
| فرشة الغابة، م. 106 | A₀ | — | 4.36 | — | 33.06 | 66.94 |
| الشاي والفرشة، م. 127 | A₀ | — | 2.92 | — | 42.44 | 57.56 |
| الشاي والفرشة، م. 120 | A₀ | — | 4.90 | — | 31.99 | 68.01 |
| فرشة الغابة م. 123 | A₀ | — | 5.18 | — | 37.50 | 62.50 |
| كراسنوزم طيني خفيف، غرائي، م. 106 | A₁ | 0—14 | 0.39 | 8.5 | 61.11 | 38.89 |
| AB | 14—26 | 0.09 | 11.3 | 66.92 | 33.08 | |
| B₁ | 26—52 | 0.14 | 36.8 | 67.50 | 32.50 | |
| B₂ | 52—76 | 0.11 | 38.0 | 60.24 | 39.76 | |
| C₁ | 76—140 | 0.09 | 53.0 | 58.46 | 41.54 | |
| C₂ | 140—190 | 0.14 | 77.7 | 55.26 | 44.74 | |
| كراسنوزم طيني خفيف، غرائي، م. 127 | Apakh | 0—10 | 0.14 | 4.1 | 65.00 | 36.00 |
| زيلتوزم طيني خفيف، رملي-غرائي، غليّي (Gleyic)، م. 120 | A₁ | 0—15 | 0.18 | 9.5 | 36.73 | 63.27 |
| AB | 15—36 | 0.19 | 36.1 | 32.59 | 67.41 | |
| B₁ | 36—57 | 0.02 | 5.7 | 29.69 | 70.31 | |
| B₂ | 57—115 | 0.23 | 76.7 | 28.26 | 71.74 | |
| B₃ | 115—150 | 0.12 | 80.0 | 29.51 | 70.49 | |
| BC | 150—200 | 0.04 | 66.6 | 30.34 | 69.66 | |
| C | 200—220 | 0.10 | 77.0 | 31.71 | 69.29 | |
| زيلتوزم طيني خفيف، غرائي، م. 120 | Apakh | 0—10 | 0.23 | 11.3 | 29.69 | 70.31 |
| بودزول شبه استوائي، طفلي متوسط، غرائي خشن، م. 123 | A₁ | 0—10 | 0.28 | 10.3 | 66.23 | 33.77 |
| A₁A₂ | 10—20 | 0.12 | 14.5 | 50.00 | 50.00 | |
| A₂ | 20—34 | 0.02 | 20.0 | 49.00 | 51.00 | |
| BC | 34—57 | 0.06 | 24.0 | 37.75 | 62.25 | |
| BC₁ | 57—100 | 0.14 | 93.4 | 38.00 | 62.00 | |
| BC₂ | 100—120 | 0.06 | 75.0 | 36.00 | 64.00 | |
| BC₃ | 120—140 | 0.21 | 87.6 | 35.58 | 64.42 | |
| تشرنوزم مرجي | A₁ | 3—21 | 0.22 | 2.69 | 24.6 | 75.4 |
| مرج جبلي (تيبردا) | A₁ | 2—10 | 0.59 | 7.40 | 44.8 | 55.2 |
| تربة خثية-غليّة | At | 0—33 | 3.05 | 13.10 | 65.1 | 34.9 |
| تشرنوزم شوكولاتي | Apakh | 0—20 | 0.079 | 6.71 | — | — |
| تشرنوزم جنوبي | Apakh | 0—23 | 0.0618 | 4.35 | — | — |
| تربة بودزولية عشبيّة | B₂ | 48—69 | 0.0397 | 10.36 | — | — |
| سولونيتز (Solonetz) | Apakh | 0—17 | 0.0987 | 12.88 | — | — |
| سولونتشاك قشري | B₁ | 45—62 | 0.0397 | 7.32 | — | — |
| مرج جبلي (القرم) | A | 0—5 | 0.5033 | 6.61 | — | — |
| تربة الغابات البنية | В₁ | 2—15 | 0.1866 | 4.68 | — | — |
| A₁ | 6—20 | 0.3252 | 11.26 | — | — | |
| Apakh | 0—28 | 0.0497 | — | — | — | |
| B₁ | 54—84 | 0.0439 | — | — | — | |
تشير دراسة تركيب الليپيدات من أوراق السرخس والشاي إلى طبيعة مختلفة للمركبات المكونة لها. تسود الشموع (80٪) في تركيب الليپيدات من أوراق السرخس، بينما تحتوي الليپيدات من أوراق الشاي على الراتنجات في الغالب (71٪). ولكن بالفعل في الفرشة، تحدث عمليات مرتبطة بتعقيد بنية الليپيدات، ونتيجة لذلك تسود المكونات الراتنجية الأكثر ذات الوزن الجزيئي العالي في جميع الفرشات.
يختلف نمط توزيع الشموع والراتنجات باختلاف الآفاق الوراثية. في الزيلتوزم، تتوزع الشموع والراتنجات بالتساوي على طول القطاع، ولا يوجد اتجاه لتراكم أو استنفاد أي من المجموعتين. في البودزول شبه الاستوائي، على العكس من ذلك، يزداد محتوى الراتنجات مع العمق: 34٪ في الأفق A₁، و 50٪ في الأفق A₁A₂، و 64٪ في الأفق BC₃. في الكراسنوزم، تتراكم الراتنجات قليلاً في أسفل القطاع (من 39٪ في الأفق A₁ إلى 45٪ في الأفق C₂)، ولكن الشموع هي المجموعة السائدة في هذه التربة. ربما ترتبط هذه الخاصية بالعمليات الميكروبيولوجية المكثفة لتحلل مكونات الدبال، ونتيجة لذلك تتراكم الشموع، كمجموعة أكثر خمولًا، في قطاع الكراسنوزم.
يتم تأكيد هذا الوضع عند تحليل تشرنوزم العميق، والتربة المرجية الجبلية، والتربة الخثية-الغليّة. في التشرنوزم، الذي يتميز بأحد أعلى مستويات النشاط البيولوجي، تصل نسبة الراتنجات إلى 75٪، بينما في التربة الخثية-الغليّة لا تتجاوز 35٪. وبالتالي، ينعكس مستوى النشاط البيولوجي للتربة ليس فقط على المحتوى الكلي لليپيدات، ولكن أيضًا على تركيبها النوعي.
تُظهر بيانات التحليل العنصري لبعض الليپيدات محتوى عاليًا جدًا من الكربون: من 63٪ في كسر الليپيدات من أوراق الشاي إلى 67٪ في الليپيدات من فرشة الشاي في التربة، وهو ما يتفق مع البيانات المرجعية (الجدول 3). يتراوح محتوى الهيدروجين من 4 إلى 10٪، والأكسجين من 22 إلى 25٪. تحتوي الكسور التي تم فحصها على كمية كبيرة من النيتروجين. على ما يبدو، ترجع الزيادة في محتوى النيتروجين في بعض الليپيدات إلى طبيعة البقايا النباتية، والتي قد تحتوي على مركبات حلقية غير متجانسة من نوع البيرول ومشتقاته، مثل الكلوروفيل، التي تُستخلص بالكحول والبنزين.
| المركب المستخلص | التركيب العنصري، % من الكتلة الجافة الخالية من الرماد | المؤلف | |||
|---|---|---|---|---|---|
| C | H | O | N | ||
| أوراق الشاي تحت كراسنوزم، م. 127 | 62.97 | 6.54 | 23.90 | 6.59 | بياناتنا |
| فرشة شاي من كراسنوزم، م. 127 | 67.18 | 3.90 | 25.37 | — | بياناتنا |
| كراسنوزم، م. 127، أفق Apakh | 67.25 | 5.63 | 23.92 | — | بياناتنا |
| طفل بودزولي، أفق A₁ | 68.17 | 9.74 | 21.72 | 0.37 | بياناتنا |
| تشرنوزم A₁ | 66.27 | 8.71 | 24.32 | 0.70 | بياناتنا |
| بودزولي-عشبي: أ) غابة | — | — | — | 2.02 | بياناتنا |
| بودزولي-عشبي: ب) أرض بور | — | — | — | 0.41 | بياناتنا |
| تشرنوزم عميق، سهل | — | — | — | 1.57 | بياناتنا |
| سيروزم (Serozem) نموذجي: أ) خليط عشبي | — | — | — | 1.33 | بياناتنا |
| سيروزم نموذجي: ب) أرض عذراء | — | — | — | 0.22 | بياناتنا |
تتراوح أرقام حموضة الليپيدات (الجدول 4) من 1 إلى 12 مللي مكافئ/جم. يُلاحظ زيادة في محتوى "الأحماض العضوية الحرة" في ليپيدات الزيلتوزم تحت الأراضي البور، أفق A₁، مقارنة بالآفاق العلوية للتربة الأخرى. تتميز الليپيدات من هذا الأفق أيضًا بارتفاع أرقام الإستر (92) ورقم اليود (21). ارتفاع أرقام الإستر ورقم اليود هو سمة مميزة أيضًا لليپيدات التشرنوزم. يُفسر الحد الأدنى لقيمة رقم الإستر في الليپيدات من أفق A₁ للكراسنوزم، بالإضافة إلى القيمة المنخفضة للخصائص الأخرى (رقم الحموضة - 1، رقم اليود - 6 مللي مكافئ/جم)، بسيادة الرمال، التي تحمل كمية أقل من المجموعات الوظيفية. يتراوح نطاق التغيير في رقم اليود من 0.5 إلى 66 مللي مكافئ/جم. في ليپيدات الكراسنوزم، توجد بعض العلاقة العكسية بين أرقام الإستر واليود؛ فكلما قلّت المركبات غير المشبعة، زادت مجموعات الإستر. بالإضافة إلى ذلك، هناك علاقة بين أرقام الحموضة، والإستر، واليود ومحتوى الشموع والراتنجات.
| التربة | الأفق (العمق، سم) | رقم الحموضة، مللي مكافئ/جم | رقم الإستر، مللي مكافئ/جم | رقم اليود، مللي مكافئ/جم |
|---|---|---|---|---|
| بودزول شبه استوائي، طفلي متوسط، غرائي خشن، م. 123 | A₁ (0-10) | 4.55 | 52.60 | 10.39 |
| B (34-57) | 12.50 | 88.75 | 3.12 | |
| BC₁ (120-140) | 2.88 | 43.27 | 0.48 | |
| زيلتوزم طيني خفيف، رملي-غرائي، غليّي، م. 120 | A₁ (0-15) | 10.20 | 92.45 | 21.35 |
| B₁ (36-57) | 4.00 | 75.00 | 20.60 | |
| C (200-220) | 3.66 | 95.12 | 2.44 | |
| كراسنوزم طيني خفيف، غرائي، على طين مخطط، م. 106 | A₁ (0-14) | 0.93 | 6.48 | 6.02 |
| B₁ (26-52) | 3.75 | 71.25 | 2.12 | |
| C₂ (140-190) | 1.32 | 67.11 | 0.52 | |
| ورق (شاي) | — | — | — | 2.23 |
| فرشة (شاي)، م. 127 | A₀ | 1.45 | 19.48 | 2.61 |
| كراسنوزم طيني خفيف، غرائي على منحدر، م. 127 | A₁ (0-10) | 2.70 | 71.25 | 17.00 |
| تشرنوزم مرجي | A₁ (3-21) | 7.32 | 86.86 | 66 |
| تربة خثية-غليّة | A₁ (0-33) | 1.36 | 0.96 | 2 |
| تربة مرجية جبلية | A₁ (2-10) | 2.42 | 1.88 | 8 |
| تربة التندرا | A₁ (3-10) | 2.45 | 7.07 | 2 |
| تربة بودزولية عشبيّة | A₁ (5-9) | 3.26 | 9.92 | 10 |
تحتوي الليپيدات من أفق A₁ للزيلتوزم تحت الأراضي البور ومن التشرنوزم على أعلى قيم للأرقام. يسود الجزء الراتنجي أيضًا في هذه التربة (الجدول 2)، وبالتالي يمكننا التحدث عن التركيب الأكثر تعقيدًا لليپيدات في هذه التربة، أي أن جميع المجموعات الكيميائية الوظيفية النشطة (المميزة بأرقام الإستر والحموضة واليود) تعود في الغالب إلى "الراتنجات".
تم اكتشاف ما بين 7 إلى 22 قمة أو أكثر على خرائط الكروماتوغرافيا الغازية للتحلل الحراري (pyrolysis-gas chromatograms)، والتي يُفترض أنها تنتمي إلى المركبات التالية:
- CO
- CH₄
- N₂
- CO₂
- بنزين
- تولوين
- ب-زيلين
- فينول
- بيروكاتيكول
- إيثيل-بنزين وما إلى ذلك.
تحتوي الليپيدات من أوراق الشاي في تركيبها على حلقات بنزين بسيطة، مُستبدَلة بالعديد من الألكانات وتحمل العديد من المجموعات الوظيفية ذات الطبيعة الحمضية، والتي تعطي نواتج تحلل حراري غير محددة.
أكثر الخرائط الكروماتوغرافية تعقيدًا من بين ما تم الحصول عليه هي الخريطة من فرشة الشاي، والتي تحتوي على كل من المكونات الفردية لورقة الشاي ونواتج تفاعلها. يوجد عدد قليل من الأنوية العطرية ذات الطبيعة البسيطة في هذا الكسر، وتتميز بدرجة عالية من العطرية. يحتوي تركيب الليپيدات من فرشة الشاي على العديد من المستبدِلات الوظيفية التي تعطي نواتج غير منفصلة عند التحلل الحراري: الأحماض الدهنية، والأحماض الأمينية.
تتميز بنية ليپيدات التربة من الكراسنوزم بأنها غير مستقرة (labile) و "رخوة"، وتتكون من عدد كبير من حلقات البنزين المتصلة بجسور —CH₂—C—O—؛ وهناك عدد كبير من المستبدِلات في شكل ألكانات عادية ومتفرعة.
وبالتالي، وفقًا لبيانات الكروماتوغرافيا الغازية للتحلل الحراري، فإن أبسط بنية تنتمي إلى ليپيدات من ورقة الشاي؛ وفي الفرشة يحدث تعقيد كبير لها. تحدث عمليتا التحلل والتخليق للمركبات العضوية الجديدة في التربة في وقت واحد، ونتيجة لذلك تكتسب الليپيدات الترابية سمات مميزة.
المظهر العام لأطياف الليپيدات المرئية من أفق A₁ للتربة شبه الاستوائية، والفرشة، والنباتات هو مظهر خاص جدًا. تحتوي الأطياف على قيم قصوى واضحة لامتصاص مواد مجموعة البورفيرينات (على وجه الخصوص، فيوفيتين، والكلوروفيل أ و ب) في منطقة 418-420 نانومتر و 668-670 نانومتر، بالإضافة إلى قيم قصوى صغيرة عند 510 نانومتر، 540 نانومتر و 610 نانومتر. وبالتالي، تحتوي الليپيدات على الكلوروفيل ومواد أخرى من مجموعة البورفيرين. تتراوح معاملات الامتصاص (extinction coefficients) لليپيدات من آفاق التربة العلوية من 0.001 إلى 0.003.
تسمح دراسات المستخلصات الكحولية-البنزينية من أوراق الشاي، وفرشة الشاي، والكراسنوزم بالتحدث عن بعض التشابه في تركيبها. يحتوي تركيب ورقة الشاي على مواد مختلفة (الجدول 5)، يمر جزء كبير منها إلى المستخلص الكحولي-البنزيني. من المحتمل أن تحتوي الكسرة الكحولية من ليپيدات ورقة الشاي على قلويدات (alkaloids) (كافيين)، والتي تتميز بقيم امتصاص قصوى عند 212 و 286 نانومتر. تغيب هذه القيم القصوى في الفرشة والتربة.
| المواد في تركيب الشاي | المحتوى التقريبي، % من المادة الجافة | |
|---|---|---|
| أ. المواد الفينولية | ||
| 1. المواد القابضة (Tannins): التانات (tannins)، مشتقات الفينولات متعددة الهيدروكسيل. | 2 | |
| 2. فلافونولات-جليكوزيدات نواة ثنائي فينيل بروبان. | 1—2 | |
| ب. المواد غير الفينولية | ||
| 1. الكربوهيدرات | 0.2 | |
| 2. المواد البكتينية | 3 | |
| 3. القلويدات (الكافيين، الثيوفيلين، الثيوبرومين) | 3—5 | |
| 4. المواد البروتينية والأحماض الأمينية (توجد بروتينات قابلة للذوبان في الكحول) | 30 | |
| الكلوروفيل والأصباغ المصاحبة له (كاروتين وزانثوفيل) | ما يصل إلى 1 | |
| الأحماض العضوية | ||
| المواد الراتنجية (الأحماض الراتنجية) | 7—8 | |
| الفيتامينات | ||
| 9. المواد المعدنية | 4—5 | |
| ج. المواد التي تحدد رائحة الشاي العطرية | ||
| الزيوت العطرية | 1 | |
| د. الإنزيمات | ||
تتوافق القيم القصوى للامتصاص عند 205-210 نانومتر مع الأحماض العضوية غير المشبعة. تتوافق القيم القصوى الضعيفة في منطقة 267 و 337 و 420 نانومتر مع المواد القابضة (التانات).
يتم أيضًا تحديد المواد القابضة (التانين والكاتيكينات) بوضوح شديد في المستخلص الكلوروفورمي من ليپيدات أوراق الشاي والفرشة. بالإضافة إلى ذلك، يتم الكشف عن امتصاص الكاروتينات وفيتامينات المجموعة أ في منطقة الأشعة فوق البنفسجية. تمتص الكاروتينات في منطقة 338 و 454 نانومتر، وفيتامين أ₁ عند 326 نانومتر، وفيتامين أ₂ عند 287 و 351 نانومتر. وبالتالي، فإن أطياف الأشعة فوق البنفسجية لليپيدات المدروسة لها طابع غير متجانس.
أكد تحليل أطياف الأشعة تحت الحمراء (IR) بيانات التحليل الكيميائي والتحليل الطيفي المرئي وفوق البنفسجي. حزم أطياف الأشعة تحت الحمراء لليپيدات ضيقة ومحددة بوضوح، مع قيم قصوى محددة للامتصاص. تتوافق الحزمة العريضة في منطقة 3100-3400 سم⁻¹ مع اهتزازات مجموعة OH—.
تتوافق سلسلة الحزم في النطاق 2918-2850 سم⁻¹، 1480، 1400-1380 سم⁻¹ مع اهتزازات مجموعة CH—. تعود سلسلة الحزم في النطاق 2918-2850 سم⁻¹، 1480، 1400-1380 سم⁻¹ إلى الاهتزازات المتناظرة لـ CH₂ و CH₃، والتي تعد جزءًا من الهيدروكربونات المشبعة وغير المشبعة. بالإضافة إلى ذلك، تتوافق الحزمة المميزة في منطقة 720 سم⁻¹ مع اهتزازات الطرفية (CH₂)n، حيث n>4.
تتميز جميع الأطياف بحزم مكثفة عند 1710-1730 سم⁻¹، وتقع في منطقة امتصاص مجموعات الكربوكسيل. نظرًا لأن أرقام الحموضة في الليپيدات المدروسة عادة ما تكون منخفضة، فقد تكون الاهتزازات عند 1710-1730 سم⁻¹ ناتجة عن مجموعات C=O للألدهيدات والكيتونات، والتي تعد جزءًا من مركبات مختلفة (قلويدات، زيوت عطرية، إلخ).
في الفاصل 1010-1030 سم⁻¹ تُلاحظ حزم مكثفة للهيدروكسيلات الكحولية والإيثرات البسيطة؛ وتظهر الأخيرة أيضًا في النطاق 1100-1250 سم⁻¹. يتميز طيف الليپيدات من الشاي بوجود حزم واضحة ومكثفة عند 1698-1650 سم⁻¹، وهي سمة مميزة لروابط C=C— في الهياكل المعقدة المترافقة من نوع ثلاثيات التربينويدات. تعود القيم القصوى في منطقة 1650-1557 سم⁻¹ جزئيًا إلى محتوى المركبات العطرية.
تتميز كسرة الليپيدات من أوراق الشاي بوجود حزم واضحة عند 745-765 سم⁻¹، والتي تُعزى، على الأرجح، إلى γ—CH عند حلقة البيرول في البورفيرينات، و 819-832 سم⁻¹ بسبب δ—CH للمركبات العطرية ثنائية وثلاثية الاستبدال؛ 1490-1550 سم⁻¹ اهتزازات حلقة البيرول.
تُظهر مقارنة أطياف الأشعة تحت الحمراء لليپيدات من الآفاق العلوية (A₀) للكراسنوزم، والزيلتوزم، والبودزول شبه الاستوائي سيادة مجموعات CH₂— و CH₃— في الكراسنوزم والبودزول شبه الاستوائي، وهو ما يؤكده المحتوى العالي من الشموع (أكثر من 60٪). ومن المثير للاهتمام ملاحظة زيادة شدة الحزمة 1000-1100 سم⁻¹ في الليپيدات من الآفاق السفلية مقارنة بالآفاق العلوية، والتي يمكن تفسيرها بتفاعلات إزالة الميثيل (demethylation) مع تكوين مجموعة أوكسي. بالإضافة إلى ذلك، لا يُستبعد وجود حمض السيليك (silicic acid) دقيق التشتت في كسر الليپيدات.
تتمثل إحدى سمات أطياف الأشعة تحت الحمراء لليپيدات من الآفاق السفلية في زيادة عرض الحزمة 3000-3400 سم⁻¹ (الروابط الهيدروجينية)، مما يشير إلى تغيير في البنية الجزيئية الأولية مع العمق.
وفقًا لأطياف الأشعة تحت الحمراء، فإن مستحضرات الليپيدات عبارة عن خليط من الهيدروكربونات والكحوليات المشبعة وغير المشبعة بمشاركة مركبات عطرية وأحماض وألدهيدات ونواتج تفاعلها، وهو ما يتفق مع خصائصها الكيميائية والطيْفية. وفي الوقت نفسه، يمكن إرجاع عدد من الحزم في أطياف المستخلصات الكحولية-البنزينية من أوراق الشاي والفرشة والتربة جزئيًا إلى حلقات البورفيرين أو مشتقات البيرول.
الاستنتاجات
- يسمح استخدام جهاز جريفي في الاستخلاص بدلاً من جهاز سوكسليت بزيادة عائد كسر الليپيدات بمقدار 2-3 مرات.
- يزداد محتوى الليپيدات، وهو الحد الأدنى في التربة العشبية السهلية والسهلية، في التربة ذات الرطوبة المتزايدة (التربة المائية) - البودزولية، التندرا، الجبلية ويصل إلى الحد الأقصى في الأراضي الخثية.
- يحدث تراكم الليپيدات بشكل أساسي بسبب الشموع، وهو ما يعود إلى استقرارها الكيميائي الحيوي النسبي وخمولها.
- المجموعات الكيميائية الوظيفية النشطة (المميزة بأرقام الإستر والحموضة واليود) تعود في الغالب إلى "الراتنجات"، ويبلغ محتواها الأقصى في التشرنوزم، الذي يتميز بأحد أعلى مستويات النشاط البيولوجي.
- وبالتالي، ينعكس مستوى النشاط البيولوجي للتربة على كل من المحتوى الكلي لليپيدات وتركيبها النوعي.
- تتميز الليپيدات الترابية، وفقًا لبيانات الكروماتوغرافيا الغازية للتحلل الحراري، وأطياف الامتصاص الإلكترونية والأشعة تحت الحمراء، ببعض أوجه التشابه والاختلافات المحددة عن الليپيدات المستخلصة من النباتات والفرشة.