التركيب الكيميائي للمادة العضوية

تتركب المادة العضوية من مادة جافة وماء ويؤلف الماء حوالي 75٪ أو أكثر من تركيب الأنسجة، أما المادة الجافة فهي مؤلفة من كربون وأوكسجين وهيدروجين ونتروجين وعناصر معدنية أخرى. والتركيب الكيميائي لبقايا المواد النباتية الجافة والتي تشكل منشأ المادة العضوية في الأراضي معروف ويمكن تقسيمه إلى ثلاثة أقسام رئيسية:

1- السكريات العديدة: Polysaccharides

وهي عبارة عن قسم كبير من الكربوهيدرات الطبيعية والتي تشق جزئياتها من تكاشف Polymerization عديد من السكريات البسيطة أو السكريات الأحادية Mono Saccharides ومن أمثلة هذه الوحدات البسيطة في الأراضي السكريات الآتية: جلوكوز، مانوز أرابينوز، زایلوز، ریبوز، حمض جلوكويورونيك وحمض الجالاكتويورونيك، جلوكوسامين، والجالاكتوسامين وغيرها. وتضم السكريات العديدة:

1-1- السيليوز Cellulose

وهو مكون كربوني رئيسي لمعظم النباتات الراقية وربما يعتبر أكثر المركبات العضوية انتشارا في الطبيعة ويتركب السيليلوز من وحدات الجلوكوز مرتبطة مع بعضها في سلاسل طويلة ومستقيمة بواسطة Linkage B- عند ذرة الكربون رقم 4،1 في جزئي السكر. ويتراوح عدد جزئيات السكر في جزئي السيليلوز ما بين 1400 - ۱۰۰۰۰ جزئي ويختلف باختلاف نوع النبات كما يتراوح الوزن الجزيئي للسيليلوز ما بین ۰۰۰ ۲۰۰ إلى ۰۰۰ ۲۰۰۰ ويتركز السيليلوز في جدر الخلايا.

يعتبر السليلوز من الكربوهيدرات شديدة المقاومة للتحلل بواسطة الأحياء الدقيقة، والأنزيمات ويتوقف تحلله على الكثير من العوامل البيئية مثل الحرارة، التهوية، الرطوبة، pH والمحتوى النتروجيني ونسبة اللجنين الموجودة.

1-2- الهيمسليلوز : Hemicellulose

بالرغم من التشابه الحرفي الكبير بين السيليلوز والهيمسيليلوز إلا أن تركيبهما النباتي يختلف تماما ولا يحملان أي تشابه فيما بينهما.

والهيمسيليلوز عبارة عن قسم من السكريات العديدة عديمة الذوبان في الماء وعند تحللها مائية بالحامض المعدني الساخن المخفض تعطي سكريات سداسية Hexoses، وسكريات خماسية Pentoses وغالبا ما تعطي حامض اليورونيك .Uronic Acid.

يتحلل الهيمسيليلوز في الأرض أولا بمعدل سريع ثم يبطأ هذا المعدل ربما كنتيجة لعدم تجانس تركيبه. إلا أنه في الأيام الأولى من التحلل بمعدل أسرع من السيليلوز. ويتوقف تحلله على كثير من العوامل البيئية كما هو الحال في السيليلوز.

۱-۳- النشا :Starch

يأتي في المرتبة الثانية بعد السيليلوز كعديد سكر متكون من تكاتف السكريات السداسية Hexoses Sugars ، وفي النبات فهي تمثل مخزنا للكربوهيدرات. وتوجد بكميات كبيرة في الأوراق لأداء عملية التمثيل الضوئي والنشا النباتية تحتوي على مجموعتين أحدهما تسمى الإميلوز Amylose وهي عبارة عن بناء مستقيم مكون من 200-500 وحدة جلوكوز والثانية تسمى الأميلوبكتين Amylopectin فالجزيء مكون من ترابط جزئيات الجلوكوز إلا أن هناك سلاسل جانبية .Side chains والتحلل البيولوجي للنشا سريع جدا بالمقارنة بالسيليلوز، والهيمسيليلوز.

1-4- المواد البكتينية : Pectic substances

تشكل المواد البكتينية من سكريات عديدة معقدة مكونة من وحدات من حامض الجالاكتويورونيك Galacturonic acid، وهناك ثلاثة أنواع من المواد البكتينية وهي:

أ- البروتوبكتين Protopectin

وهي مواد غير ذائبة في الماء ومكون من مكونات جدار الخلية.

ب- البكتين :Pectin

وهو مكون من بلمرة جزيئات حامض الجالاكتوريورونيك وهو ذائب في الماء.

ج- الأحماض البكتينية :Pectic acides

وهي أيضا عديد من حمض الجالاكتويورونيك، وذائب في الماء ويختلف عن البكتين في عدم احتوائه على روابط الميثيل ایستر. وتتحلل المواد البكتينية بسهولة بواسطة الأحياء الدقيقة.

د- الكيتين :Chitin

من أكثر السكريات العديدة شيوعا يحتوي في تركيبه على وحدة السكريات Amino sugar وهو مكون بنائي يعطي القوة الميكانيكية للأحياء الداخل في تركيبها وهو عديم الذوبان في الماء والمذيبات العضوية والقلويات المركزة أو الأحماض المعدنية المركزة. ويتركب الكيتين من سلاسل طويلة من وحدات Acetylglucos amine- Nوينشأ الكيتين في الأراضي من بقايا الحشرات التي تقضي جزء من أو كل دورة حياتها في الأرض وكذلك ينشأ من أنسجة الفطريات التي يشكل الكيتين جزء كبيرة من تركيبها.

۲- اللجنين : Lignin

يأتي اللجنين في المرتبة الثالثة من ناحية انتشاره كمكون الأنسجة النبات بعد السيليلوز والهيمسيليلوز، وتحلل اللجنين ميكروبيولوجيا لازال من المسائل غير المفهومة تماما وترجع الصعوبة في ذلك إلى ثلاثة أسباب هي:

1- صعوبة وتعقيد التركيب الكيميائية لجزيء اللجنين.

2- صعوبة التعرف عليها كيماوية أو بالطرق الكيماوية المعروفة.

3- صعوبة عزله كيميائية لاستعماله كوسط لنمو الأحياء الدقيقة.

ويختلف اللجنين في تركيبه وخواصه من نبات إلى آخر وحتى في نفس النباتات تبعا لعمره ومن ثم فإنه ليس هناك تركيب واحد لهذه المادة.

ويقاوم اللجنين فعل التحلل بواسطة الأحماض Acid hydrolysis وهي خاصية مهمة للجنين حيث تأثير الأحماض المعدنية المركزة عليه بسيط. وكذلك فإنه عديم الذوبان في الماء الساخن والمذيبات العضوية المتعادلة إلا أنه يذوب في القلويات. ويحتوي جزيء اللجنين على ثلاثة عناصر فقط وهي الكربون والايدروجين والأوكسجين إلا أن تركيبها حلقي Aromatic وليس كما هو الحال في السيليلوز والهيمسيليلوز.

ومن الخواص المميزة جدا في اللجنين هو مقاومته للتحليل الأنزيمي ويتم تحلل اللجنين في وجود أو غياب الأكسجين إلا أن معدل التحلل في الحالتين أقل كثيرا من معدلات السيليلوز والهيمسيليلوز والمركبات الكربوهيدراتية Aliphatic الأخرى، ونظرا للزيادة في نسبة المواد الحلقية Aromatic فيبدو أن المواد اللجنينية لها أهمية خاصة في تكوين الدبال Humus.

۳- البروتينات: Proteins

البروتينات هي المواد الأساسية المحتوية على نتروجين وتتكون من ارتباط الأحماض الأمينية Amino Acids ويتراوح وزنها الجزيئي بين بضعة آلاف إلى العديد من الملايين. والأحماض الأمينية الداخلية في تركيب البروتينات هي من نوع

Amino Acid –L وتنقسم الأحماض الأمينية إلى ثلاثة أقسام هي:

- المجموعة الأليفاتية Aliphatic Amino Acids مثل: جلايسين، ألانين، فالين، اليوسين، سیرین، سیستین، ميثيونين، لايسين، الخ.

- المجموعة الحلقية Aromatic Amino Acids مثل: فينيل، الانين، نیروسین. - مجموعة Heterocyclic Amino Acids مثل: البرولين والهيدروكسي برولين.

وتؤثر معادن الطين على معدلات تحلل البروتين تأثيرا كبيرا وذلك لقدرتها على امتصاص Adsorption البروتينات وكذلك الأنزيمات الفعالة في هدمها وتحللها. ويدخل في تركيب المادة العضوية الجافة أيضا بعض الأحماض العضوية مثل الستريك والأوكساليك والماليك كما يدخل في تركيبها بعض الأملاح مثل كاتيونات الكالسيوم والمغنسيوم والبوتاسيوم والحديد وأنيونات الفوسفات والكلوريد والسلفات والسيليكات وتختلف نسبة المركبات الداخلة في تركيب المادة العضوية حسب طبيعة المادة العضوية، وتقدر هذه المركبات في المواد النباتية كما في الجدول التالي:

جدول يبين نسبة المركبات الداخلة في تركيب المادة العضوية.