خصائص الأحماض الدبالية في تربة أوكرانيا المختلفة ونشاطها الفسيولوجي

المواد الدبالية، على الرغم من السمات المشتركة في بنيتها، ليست مركبات كيميائية فردية. تمثل هذه المواد مجموعة من البوليمرات ذات البنية العطرية، وهي غير متجانسة في طبيعتها وخصائصها. المشترك بين جميع الأحماض الدبالية المعزولة من الترب المختلفة هو مشاركة البوليفينولات في تكوينها. اقترح علماؤنا صيغة للأحماض الدبالية للتربة السوداء والخث والليونارديت، حيث تتميز جزيئاتها بوجود مجموعات متعددة الفينول والكينون.

يتجلى تنوع المواد الدبالية في درجة تكثيف النوى العطرية في جزيئاتها، وفي نسبة البنى العطرية والأليفاتية، وما إلى ذلك. الاختلافات في طبيعة وخصائص الأحماض الدبالية ذات الأصول المختلفة تنعكس على الأرجح في اختلاف نشاطها الفسيولوجي.

أشار باحثون من عدة دول إلى المشاركة متعددة الجوانب للمواد الدبالية في العمليات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية التي تحدث في النباتات. تم التأكد من أن المواد الدبالية ذات الأصول المختلفة بتركيزات صغيرة تؤثر بعمق وبشكل متعدد على النبات. ومع ذلك، فإن المواد الدبالية للترب المختلفة ليست متطابقة. ومن هنا، فإن تأثيرها على النباتات لا يمكن أن يكون متطابقًا تمامًا. من المنطقي افتراض أن طبيعة ودرجة تأثير الأحماض الدبالية من الترب المختلفة على الكائن النباتي تعتمد بشكل مباشر على تركيب وخصائص هذه الأحماض. هذا البحث مكرس لدراسة هذه المسألة في نطاق أنواع التربة الرئيسية في أوكرانيا.

دراسة طبيعة وخصائص الأحماض الدبالية

تقنيات الفصل

باستخدام تقنيات فصل مختلفة (الترسيب الجزئي بالأحماض والمحاليل المنظمة، الطرد المركزي الفائق، أنواع مختلفة من الكروماتوغرافيا، الكهرباء، وغيرها)، يمكن فصل المواد الدبالية إلى عدة أجزاء. باستخدام الكهرباء على شرائط الورق، تم فصل الحمض الدبالي إلى جزأين، يتوافق لونهما مع الأحماض الدبالية الرمادية والبنية. جميع الأحماض الدبالية، وفقًا للباحثين، هي مزيج من هذين الجزأين مع غلبة أحدهما على الآخر.

باستخدام طرق الكروماتوغرافيا على أعمدة النشا والورق، وكذلك الكهرباء على الورق، تم فصل الأحماض الدبالية للتربة السوداء والتربة البودزولية إلى ثلاثة أجزاء، أحدها يظهر فقط تحت الضوء فوق البنفسجي. نظرًا لأن فصل الأحماض الدبالية باستخدام الكهرباء على شرائط الورق لا يوفر كمية كافية من الأجزاء المنفصلة، انتقل العلماء إلى طريقة الكهرباء المستمرة، والتي مكنتهم من فصل الحمض الدبالي إلى 10-15 جزءًا، تمثل انتقالًا من الأحماض الدبالية الرمادية إلى البنية.

عند فصل الأحماض الدبالية للترب المختلفة باستخدام الكروماتوغرافيا الدائرية على الورق، اختلفت مناطقها عن بعضها البعض. كانت مناطق الحمض الدبالي من التربة السوداء أكثر تماسكًا، بينما كانت مناطق الحمض الدبالي من التربة البودزولية أكثر انتشارًا.

أظهر فصل الأحماض الدبالية بطريقة الكهرباء أيضًا أن الأحماض الدبالية للتربة السوداء تتكون من أجزاء قليلة الحركة في المجال الكهربائي، حيث تبقى معظمها عند نقطة البداية، بينما تتحرك كمية صغيرة نحو الأنود. كانت الأحماض الدبالية للتربة الحمراء والتربة البودزولية أكثر حركة وقدرة على التفلور.

في عملنا، تم عزل مستحضرات الأحماض الدبالية من الترب المختلفة من تربة مكلسة مسبقًا. لدراسة طبيعة وخصائص الأحماض الدبالية، تم استخدام طرق الكروماتوغرافيا الدائرية والكهرباء على الورق.

تم إجراء فصل الأحماض الدبالية باستخدام الكروماتوغرافيا الدائرية وفقًا لطريقة كونونوفا وبيلتشيكوفا مع اختلاف أننا استخدمنا ورق ترشيح سريع، مما سمح بتقليل زمن الفصل إلى ساعتين. تحت الضوء الطبيعي، لوحظت منطقتان على الكروماتوغرامات لجميع الأحماض الدبالية: الأولى في مركز الكروماتوغرام عند نقطة تطبيق المستحضر، والثانية على مسافة معينة من الأولى في شكل حلقات ضيقة بنية فاتحة. أعطت الأحماض الدبالية للتربة السوداء حلقًا ضيقة وأكثر تماسكًا، بينما أعطت التربة البودزولية حلقًا منتشرة، بينما كانت حلقات الترب الأخرى في وضع متوسط. تحت الضوء فوق البنفسجي، بدت الكروماتوغرامات مختلفة: لوحظت ثلاث مناطق. حول البقعة الداكنة مباشرة، ظهرت حلقة أخرى ذات خصائص تفلورية، حيث تفلور الحمض الدبالي للتربة السوداء بلون برتقالي-أصفر، بينما تفلور الحمض الدبالي للتربة البودزولية بلون أصفر فاتح مع لون أزرق، بينما أعطت الأحماض الدبالية من الترب الأخرى حلقًا متفلورة في ألوان متوسطة. الحلقة التالية لهذه المنطقة، والتي تحت الضوء الطبيعي لها لون بني فاتح، تفلورت تحت الضوء فوق البنفسجي بنفس الترتيب للألوان.

بعد فصل لمدة ساعة على شرائط الورق، ظهرت منطقتان: الأولى بقيت عند نقطة البداية ولونها رمادي، والثانية على مسافة معينة من الأولى ولونها بني. تحت الضوء فوق البنفسجي، ظهرت منطقة ثالثة ذات قدرة تفلورية، حيث تفلور الحمض الدبالي للتربة السوداء بلون برتقالي-أصفر، بينما تفلور الحمض الدبالي للتربة البودزولية بلون أصفر، والترب الأخرى بألوان متوسطة.

تظهر الاختلافات في توزيع المواد عبر المناطق من خلال المنحنيات المسجلة بواسطة مقياس الكثافة. في الأحماض الدبالية للتربة السوداء والتربة الكستنائية الداكنة، بقيت معظم المادة عند نقطة البداية، بينما تحركت كمية صغيرة نحو الأنود. لوحظت أكبر حركة في رسم الكهرباء للحمض الدبالي للتربة البودزولية، حيث تحركت معظم المادة نحو الأنود. احتل الحمض الدبالي والفلوفيك للتربة الرمادية المكلسة وضعًا متوسطًا.

وهكذا، يؤكد فصل الأحماض الدبالية باستخدام الكروماتوغرافيا والكهرباء على عدم تجانس الأحماض الدبالية، حيث أن نسبة الأجزاء المتحركة وغير المتحركة في الأحماض الدبالية لأنواع التربة المختلفة ليست متساوية: يحتوي الحمض الدبالي للتربة السوداء على أجزاء متحركة أقل، بينما تحتوي التربة البودزولية على أجزاء متحركة أكثر. تحدد نسبة هذه الأجزاء في تركيب المواد الدبالية طبيعتها - درجة تكثيف النواة العطرية، نسبة البنى العطرية، وجود وترتيب المجموعات الوظيفية، وما إلى ذلك.

تشير قيمة الكثافة الضوئية وعتبة التخثر إلى درجة تشتت المواد الدبالية وهي مؤشرات غير مباشرة لدرجة تعقيدها أو تكثيف جزيئاتها. تم تحديد الكثافة الضوئية وفقًا لطريقة كونونوفا على المقياس الضوئي. تم تحديد عتبة التخثر بأقل كمية من الكهرل (CaCl₂) اللازمة للتخثر الكامل للحمض الدبالي خلال فترة زمنية معينة. كانت تركيز محلول الحمض الدبالي العامل 0.136 جم/لتر.

الجدول 1. الكثافة الضوئية وعتبة التخثر للأحماض الدبالية

موضوع البحث	الكثافة الضوئية (λ=440 نانومتر)	كمية CaCl₂ لكل 1 جم من الحمض الدبالي، مللي مكافئ
		بداية التخثر	ظهور الراسب بعد 30 دقيقة	التخثر الكامل (بعد ساعتين و4 ساعات)
الأحماض الدبالية من:
التربة البودزولية	1,32	5	18	المحلول فوق الراسب بني فاتح (20)
التربة الرمادية المكلسة	1,92	4	14	المحلول فوق الراسب بني فاتح (18)
التربة السوداء المكلسة	2,32	3	12	المحلول فوق الراسب بني فاتح (16)
التربة السوداء العادية	2,52	1	10	المحلول فوق الراسب بني فاتح (18)
التربة الكستنائية الداكنة	2,08	2	13	المحلول فوق الراسب بني فاتح (20)
التربة السوداء الجنوبية الكربونية	1,68	4	15	المحلول فوق الراسب بني فاتح (18)
التربة البنية	1,08	4	15	المحلول فوق الراسب بني فاتح (18)

تظهر بيانات الجدول 1 أن درجة تكثيف الشبكات العطرية لذرات الكربون في الأحماض الدبالية والفلوفيك تزداد من الترب البودزولية إلى الترب السوداء مع انخفاض في سلاسلها الجانبية الأليفاتية. تظهر العلاقة العكسية لهذه البنى في الأحماض الدبالية عند الانتقال من الترب السوداء إلى الترب الكستنائية ثم البنية. يؤكد هذا الموقف النتائج التي تم الحصول عليها عند تحديد عتبة التخثر للأحماض الدبالية والفلوفيك. تشير بيانات الجدول إلى تشتت عالٍ للأحماض الدبالية في الترب البودزولية والبنية، مما يدل على وجود كمية كبيرة من الجذور الجانبية في جزيئاتها التي تحمل مجموعات محبة للماء.

كل هذا يشير إلى أنه مع الانتقال من الترب البودزولية إلى الترب السوداء، تصبح طبيعة الأحماض الدبالية أكثر تعقيدًا: تصبح النواة العطرية المكثفة أكثر وضوحًا مع انخفاض عدد الجذور الجانبية؛ بينما تُلاحظ الظاهرة العكسية عند الانتقال من الترب السوداء العادية إلى الترب السوداء الجنوبية الكربونية والتربة البنية.

يتم تحديد الخصائص الحمضية وسعة التبادل للأحماض الدبالية والفلوفيك من خلال وجود المجموعات الوظيفية (الكربوكسيل وهيدروكسيل الفينول). تم تحديد المحتوى الكلي للمجموعات الوظيفية في الأحماض الدبالية وفقًا لطريقة دراغونوفا، ومحتوى مجموعات الكربوكسيل وفقًا لطريقة كوخارينكو، أي عن طريق نقع عينات من الأحماض الدبالية في محلول 0.5 عياري من خلات الكالسيوم، الذي يبلغ درجة حموضته 6.8-7. يتم عرض نتائج التحاليل في الجدول 2.

الجدول 2. محتوى المجموعات الوظيفية في الأحماض الدبالية

موضوع البحث	الكمية الإجمالية للمجموعات الوظيفية، مللي مكافئ Ba المرتبط ب 1 جم من الحمض الدبالي	كمية مجموعات الكربوكسيل، مللي مكافئ Ca المرتبط ب 1 جم من الحمض الدبالي	سعة التبادل لكل 100 جم من المادة الجافة الخالية من الرماد، مللي مكافئ
الأحماض الدبالية من:
التربة البودزولية	5,91	2,89	289
التربة الرمادية المكلسة	7,17	3,21	321
التربة السوداء قليلة التكلس	7,57	4,05	405
التربة السوداء العادية	8,32	5,11	511
التربة الكستنائية الداكنة	8,22	4,20	420
التربة السوداء الجنوبية الكربونية	6,65	3,79	379
التربة البنية	5,57	2,22	222

يتضح من بيانات الجدول أن محتوى المجموعات الوظيفية القادرة على التفاعلات التبادلية يزداد من التربة البودزولية إلى الترب السوداء؛ ومع الانتقال إلى الترب الكستنائية الداكنة والبنية، ينخفض هذا المحتوى. كل هذه الاختلافات في تركيب وخصائص الأحماض الدبالية ذات الأصول المختلفة تحدد إلى حد كبير دورها في العمليات التربة وتأثيرها على الكائن النباتي.

النشاط الفسيولوجي للأحماض الدبالية في تربة أوكرانيا المختلفة

تمتص النباتات الأملاح القابلة للذوبان للأحماض الدبالية مع الفلزات الأحادية وتسبب تأثيرًا فسيولوجيًا معينًا، حيث تعزز النمو، خاصة نظام الجذر، ثم الكتلة الهوائية. يكون تأثير الأحماض الدبالية أكثر وضوحًا في الفترة الأولى من نمو النباتات. يعتقد علماؤنا أن النشاط الفسيولوجي للأحماض الدبالية يرتبط مباشرة ببنية جزيئاتها، وخاصة بوجود مجموعات الكينون ومتعددة الفينول فيها.

تم تحديد النشاط الفسيولوجي للأحماض الدبالية من خلال تجارب على الشعير في مخلوط بريانيشنيكوف الفقير، حيث تم استبعاد الكالسيوم والحديد لأنهما يخثران الحمض الدبالي ويحولانه إلى حالة غير نشطة فسيولوجيًا. نظرًا لأن التجارب كانت قصيرة المدى، افترض أن مخزون هذه العناصر في البذور سيكون كافيًا. تم استبدال الراسب في مخلوط بريانيشنيكوف بمحلول منظم لسورينسن بدرجة حموضة 6.8-7.

تم إجراء التجربة وفقًا للمنهجية التالية. أضيفت كميات محددة من محاليل الأحماض الدبالية إلى مخلوط بريانيشنيكوف (المخفف بالماء 1:1) لتركيز 0.001%. تم زرع بادرات البذور في كؤوس كيميائية سعة 700 مل بنباتين في كل منها. تم تكرار التجربة ثلاث مرات. تم قياس النباتات التجريبية بعد أسبوعين. للتحقق من إمكانية إعادة التجربة، تم إجراء هذه التجارب أربع مرات.

الجدول 3. تأثير الأحماض الدبالية للترب المختلفة على نمو بادرات الشعير

موضوع البحث	التجربة 1		التجربة 2
	متوسط طول الجذر من الدرجة الأولى، مم	نسبة إلى التحكم، %	متوسط ارتفاع الجزء الهوائي، مم	عدد الجذور من الدرجة الثانية	نسبة إلى التحكم، %
التحكم --- مخلوط بريانيشنيكوف الفقير (الخلفية)	44±1	100	179	16	100
الخلفية + حمض دبالي من التربة البودزولية	67±5	152	201	36	127
الخلفية + حمض دبالي من التربة الرمادية المكلسة	87±9	198	190	39	158
الخلفية + حمض دبالي من التربة السوداء المكلسة	103±2	234	201	44	186
الخلفية + حمض دبالي من التربة السوداء العادية	107±3	243	203	39	172
الخلفية + حمض دبالي من التربة الكستنائية الداكنة	97±4	220	211	41	193
الخلفية + حمض دبالي من التربة السوداء الجنوبية الكربونية	85±5	193	195	51	146
الخلفية + حمض دبالي من التربة البنية	86±8	195	220	40	141

يتضح من البيانات المقدمة أن الأحماض الدبالية للترب السوداء والكستنائية الداكنة، التي تتمتع بنواة عطرية أكثر تكثيفًا، تمتلك أعلى نشاط فسيولوجي. بينما تمتلك الأحماض الدبالية للتربة البودزولية والبنية، الأقل تكثيفًا والأكثر تشتتًا، نشاطًا فسيولوجيًا أقل. تؤثر محاليل الأحماض الدبالية من التربة السوداء على تنفس الجذور بشكل أقوى من محاليل الأحماض الدبالية من الخث.

قام العلماء بحلمهة الحمض الدبالي للخث ووجدوا أن ملح البوتاسيوم للحمض الدبالي المتبقي بعد الحلمهة يمتلك نشاطًا فسيولوجيًا أكبر مقارنة بنواتج الحلمهة. وفقًا لرأيهم، تلعب النواة المركزية للأحماض الدبالية الدور الرئيسي في تحفيز تأثيرها على العمليات الكيميائية الحيوية والكائن النباتي ككل.

لتوصيف أكثر اكتمالاً لتأثير الأحماض الدبالية للترب المختلفة على الكائن النباتي، تم إجراء تجربة في زراعة رملية مع نبات الطماطم كمؤشر. تم إضافة الأحماض الدبالية في شكل محاليل ملح البوتاسيوم بمعدل 0.22 جم من الحمض الدبالي لكل وعاء. تم إجراء التجربة وفقًا للمخطط التالي: 1. التحكم --- مخلوط بريانيشنيكوف الكامل (الخلفية). 2. الخلفية + 0.22 جم من الحمض الدبالي لكل وعاء. تم تكرار التجربة ثلاث مرات. تم الحصاد بعد 4 أسابيع من ظهور الشتلات. تم تحديد الوزن الرطب للنباتات، ونشاط إنزيم البيروكسيداز وفقًا لطريقة بوچينك، والسكريات المختزلة وفقًا لطريقة هاجيدورن-جينسن، والكلوروفيل وفقًا لطريقة جيتري، وفيتامين ج وفقًا لطريقة موري. بعد الحصاد في الزراعة الرملية، تم تحديد العدد الكلي للكائنات الدقيقة التي تنمو على وسط أغار المغذيات، والنترات بحمض الديسولفوفينوليك وفقًا لطريقة جراندفال-لاجو، والفوسفور المتحرك وفقًا لطريقة ترووج. يتم عرض نتائج التحاليل في الجدول 4.

الجدول 4. تأثير الأحماض الدبالية للترب المختلفة على العمليات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية في النباتات والعمليات البيولوجية في الترب

موضوع البحث	تأثير الأحماض الدبالية على النباتات						تأثير الأحماض الدبالية على التربة
	وزن 100 بادرة (مادة رطبة)، جم	نسبة إلى التحكم، %	نشاط البيروكسيداز، ملغ كوبالت	كمية الكلوروفيل لكل 100 جم من المادة الرطبة، ملغ	كمية حمض الأسكوربيك لكل 100 جم من المادة الرطبة، ملغ	مجموع السكريات، %	عدد الكائنات الدقيقة على وسط أغار المغذيات، ألف لكل 1 جم من التربة الجافة	كمية NO₃ لكل 100 جم من التربة الجافة، ملغ
التحكم --- مخلوط بريانيشنيكوف (الخلفية)	32,6	100	13,00	109,58	22,4	0,50	1760	4,16
الخلفية + حمض دبالي من:
التربة البودزولية	40,88	125	14,16	121,76	24,8	0,58	2090	4,54
التربة الرمادية المكلسة	47,63	146	16,20	121,76	27,2	0,77	2280	4,90
التربة السوداء المكلسة	48,22	148	16,20	126,42	29,6	0,85	2750	6,09
التربة السوداء العادية	49,79	153	16,20	131,50	30,4	0,95	2886	6,35
التربة الكستنائية الداكنة	62,46	192	16,20	131,50	33,0	0,85	2640	7,14
التربة السوداء الجنوبية الكربونية	41,66	128	14,60	121,76	27,0	0,90	2616	6,66
التربة البنية	36,53	112	14,60	121,76	25,6	0,78	1932	4,54

يتضح من بيانات الجدول أن الأحماض الدبالية "الأكثر نضجًا" من الناحية الوراثية في الترب السوداء والكستنائية الداكنة هي أكثر نشاطًا فسيولوجيًا. تحت تأثيرها، يزداد وزن الكتلة الخضراء للبادرات، ويزداد نشاط إنزيمات التنفس، ويزداد تراكم السكريات وحمض الأسكوربيك والكلوروفيل في النباتات بدرجة أكبر مقارنة بتأثير الأحماض الدبالية الأقل تكثيفًا في الترب البودزولية والبنية. تحتوي الزراعات الرملية في المجموعات التي تضم الأحماض الدبالية من الترب السوداء والكستنائية الداكنة على عدد أكبر من الكائنات الدقيقة والعناصر الغذائية. تؤثر الأحماض الدبالية "الأكثر نضجًا" على امتصاص الطماطم للعناصر الغذائية بشكل أكبر، مما يزيد من وزن البادرات وامتصاص العناصر الغذائية.

الاستنتاجات

1. تمتلك الأحماض الدبالية لأنواع التربة المختلفة خصائص غير متطابقة، مما يحدد إلى حد كبير دور المواد الدبالية في العمليات التربة وتأثيرها على الكائن النباتي. الأحماض الدبالية "الأكثر نضجًا" من الناحية الوراثية في الترب السوداء والكستنائية الداكنة، التي تتمتع بنواة عطرية أكثر تكثيفًا، تؤثر بشكل أكبر على العمليات البيولوجية في الترب والنباتات مقارنة بالأحماض الدبالية الأقل تكثيفًا في الترب البودزولية والبنية.
2. يرتبط تأثير الأحماض الدبالية، على ما يبدو، بالمحتوى الكلي للمجموعات الوظيفية فيها.
3. أحد عوامل زيادة فعالية الأسمدة الدبالية في الترب البودزولية والبنية هو، على الأرجح، النشاط الفسيولوجي الأقل للأحماض الدبالية في هذه الترب.