Топырақ — тірі дене. Топырақтың құрамында тек өлі минералды заттар ғана емес, әр кезде азды — көпті тірі организмдер,түрлі микроорганизмдер мен қарапайым майда жәндіктер болады. Бұлар топырақтың тірі бөлігін құрайды. Микроорганизмдер табиғаттың ыстық – суығына да, оттегінің бары жоғына да, ортаның қышқылдығы мен сілтілігіне де қарамайды, барлық жағдайға бейім келеді. Тек оларға қажетті ылғал мен қорек зат болса болғаны, сондықтан олар табиғаттың барлық бұрышында да кездеседі. Олар топырақтың бір бөлігі болып саналады. Топырақтың тірі бөлігіне өсімдіктердің тірі тамырлары да жатады, өйткені өсімдіктің тамырынсыз топырақ пайда болмайды.

Топырақта микроорганизмдер және төменгі сатылы өсімдіктер: негізінен бактериялар, кейбір балдырлар, саңырауқұлақтар мен қыналар көп кездеседі. Бұлардың ішінде топырақта ең көп тарағаны — бактериялар.

Топырақта микроорганизмдердің түрлері мен санының әр түрлі болуы ондағы табиғижағдайлардың, яғни топырақтың түрліше болуына байланысты.

Ғылыми деректерге сүйенсек: құнарлы қара топырақтың бір грамында бактерия саны 5 миллиардқа, құнары аздау күлгін топырақта оның саны 1 миллиардтай екен. Еліміздің көрнекті микробиолог ғалымы Н.А. Красильниковтың есептеуіне қарағанда топырақтың құнарлы қабатында гектарына 5-7 тоннаға дейін тірі бактериялар болады екен (КрасильниковН.А.,1954)

Балдырлардың да топырақта негізінен екі түрі, жасыл және диатамды түрі тіршілік етеді. Бұлар алғашқы топырақ түзушілер қатарына жатады. Топырақта көп тарағандардың бірі — саңырауқұлақтар. Олар негізінен орманды, ылғалды аймақтардың топырағында өседі.

Саңырауқұлақтардың көп тараған түрі — актиномицеттер (немесе сәулелі саңырауқұлақтар). Қыналар — топырақта көп кездесетін, алғашқы топырақ түзуші төменгі сатылы өсімдіктердің бірі.

Микроорганизмдердің көбісі топырақтың жоғары құнарлы қабатында, әсіресе, өсімдік тамырларының айналасында, қалаберді өсімдік тамырларының ішінде ( түйіршек бактериялар) кездеседі.

Топырақ құрамында бұл микроорганизмдер мен төменгі сатылы өсімдіктерден басқа төменгі сатылы қарапайым жәндіктер: амебалар, тамыраяқтылар, инфузориялар және тағы басқалар кездеседі. Бұлардың саны 1г топырақта 1-1,5 миллионға шейін жетеді.

Жоғарыда айтылған микроорганизмдер мен төменгі сатылы организмдер топырақта жай ғана өмір сүрмейді. Олар өседі, өнеді, өледі, сөйтіп топыраққа күрделі өзгерістер енгізеді.

Микроорганизмдер, өсімдіктер мен жануарлардың органикалық қалдықтарын шірітіп, ыдыратып жай қосылыстарға: суға, көмір қышқыл газына, аммиакка және басқа заттарға айналдырады.

Егер жер бетінде тек өсімдіктер мен жануарлар ғана болса, көп органикалық заттар ыдырамай, жинала берер еді де, табиғаттағы заттардың айналымына едәуір кедергі келтірер еді, тіршілік » санитарларынсыз” өмір де болмас еді.

Микроорганизмдер органикалық қалдықтарды тек ыдыратып қана қоймайды, олар бұдан күрделі түзіліс — гумус құрайды. Ол туралы жоғарыда айтылған. Сонымен топырақта өмір сүретін микроорганизмдер мен төменгі сатылы қарапайым жәндіктер оның қасиеттеріне әсерін тигізетін, тіпті өзі түзуші фактордың бірі бола тұрып, оның құрам бөлігі болып саналады. Міне, сондықтан да топырақ тірі денеге жақын деп танылып, биологиялық ғылымдардың бір саласы ретінде қарастырылады.

Бұл айтылған микроорганизмдер мен төменгі сатылы организмдерден басқа топырақты мекендейтін әр түрлі омыртқасыз және омыртқалы жәндіктер мен жануарлар көп – ақ. Олардың топыраққа тигізетін әсері аз емес. Дегенмен, олар тікелей топырақ құрамына енбейді. Олардың ішінде топырақ қасиеттері мен құнарына өте мол әсер ететін жәндік жауын құрты. Ол топырақпен және топырақ араласқан органикалық заттармен қоректенеді де, оны денесінен әр түрлі түйіршіктер ретінде шығарып, өзіне тән капролитті құрылым түзеді. Топырақты денесімен ары – бері тесіп өтетіндіктен, оның топырақтың ауа – ылғал режимінде де әсері көп.

Қазақстанда жауын құрттары суармалы егіс алқаптарында, әсіресе Шығыс Қазақстандағы Алтай таулы аймағында көп кездеседі. Алтай аймағында жауын құртының ірі түрлері өмір сүреді. Әрине, олардың топыраққа тигізетін әсері де өте мол. Бұл жағдай қазақстандық топырақ зерттеуші география ғылымының докторы А.А. Соколовтың еңбектерінде баяндалған.

Тірі организмдердің топырақ қара шірігін түзудегі ролі ерекше. Топырақтың органикалық заттарының ішінде неше түрлі шіріген немесе толық шірімеген жануарлардың қалдықтары көп. Жалпы топырақтағы органикалық заттардың көзі ретінде топырақтың бетіне түсіп, топырақ қабаттарына жиналып, топырақтың процесіне қатысатын – биоценоз қалдықтары. Биоценоздың мөлшері, құрылымы мен динамикасы табиғи зоналардың бәрінде бірдей емес.Негізі органикалық қалдықтар өсімдіктерден қалады. Бұл биологиялық қалдықтар омыртқасыз жануарлар мен микроорганизмдер қалдықтарымен салыстырғанда бірнеше ондаған немесе жүздеген есе артық, ал омыртқалы жануарлармен салыстырғанда мың есе артық. Сондықтан өсімдіктердің жер бетіне түскен қалдықтары және олардың тамырлары, ыдыраған өсімдіктердің бөліктері — органикалық заттарды құрайтын негізгі материалдар. Тундра зонасында түскен өсімдік қалдықтарының мөлшері 150 – 25000 г/м2 , соның ішінде тамырлардың қалдықтары топырақтың бетіндегі қалдықтардан 3 – 4 есе көп. Микроорганизмдердің биологиялық массаларының мөлшері 10 – 15 г/м2, топырақтағы омыртқасыз жануарлардікі — 1 – 3 г/м2, ал жер бетіндегі омыртқалы жануарлардікі – 0,01г/м2.

Орманды – тайгалық зонада өсімдіктердің топырақ бетіндегі қалдықтары 25 – 40 мың г/м2 және тамырлардың мөлшері ожан 3 –5 есе аз болады. Орманды топырақтарда микроорганизмдердің тірі бөлшектерінің салмағы 30 г/м2, ал олардың ішінде саңырауқұлақтар басым келеді. Омыртқасыз жануарлардың биологиялық салмақтаоы күлгін топырақтарда 2 –3 г/м2, ал шымды- күлгін топырақтарда 7 – 12 г/м2, орманды сұр топырақтарда 90г/м2.

Орманды зоналарға қарағанда, далалы зонада түскен шөпті өсімдіктердің биологиялық салмақтаоы едәуір аз 1200 – 2500 г/м2 және тамырлардың қалдықтарының салмағы жер бетіне түскен бөліктерге қарағанда 3 –6 есе көп. Далалы топырақтардың микрофлорасы өте бай, түрлері де сан алуан. Бұл топырақтарда саңырауқұлақтар азайып, бактериялар мен актиномицеттер көбейеді. Омыртқасыз жануарлардың саны азайып, 12 –16 г/м2 – қа дейін төмендейді, бірақ осылардың ішінде жауын құрттары басым келеді.

Шөл зонасында өсімдіктер қалдықтары өте аз, тамырлардың салмағы көбейіп, арақатынасы 1:8 – 1:9 болады. Топырақтың биологиялықбелсенділігі де төмендейді, бірақ та ылғал түсетін аз мезгіл ішінде жоғары болуы ммкін.

Гумустың түзілуі осы түскен қалдықтардың химиялық құрамына байланысты. Гумус қышқылдарын түзуге қалдықтардың ыдырауынан босаған барлық жеке химиялық бөлшектер қатысады. Әр түрлі зонада түскен органикалық қалдықтардың салмағы әр түрлі болғандықтан, топыраққа түскен белоктардың, көмірсутектерінің, липидтердің және басқа да органикалық құрамдардың бір – бірінен айырмашылығы бар.

Органикалық қалдықтардың ыдырау процесстерін, және гумустың түзілу жолдарын зерттеу үш бағытта жүреді: бірінші бағытта, гумустың негізгі көзі өсімдіктер қалдықтары болғандықтан, солардың топырақтағы химиялық өзгеру жағына көңіл бөлінеді. Екінші бағытта, топырақ бетіне түскен қалдықтар, орман төсеніштерінің ыдырау морфологиясы мен жылдамдығы зерттеледі. Ал үшінші сінде — өсімдіктер қалдықтарын ыдыратуға қатысушы микроорганизмдерге назар аударылады.

Органикалық заттардың ыдырауы — өте күрделі құрылымдар мен молекулалардың жартылай жай молекулаларға ауысуы, оның ішінде толық ыдырап кеткен заттарға (CO2, NH3, H2O т.б.)

Органикалық компоненттердің ыдырауы өте күрделі әрі өте ұзаққа созылатын құбылыс, өйткені бұл механикалық немесе физикалық бөлінуден, биологиялық немесе биохимиялық қосылыстардан тұрады.

Органикалық заттарды ыдыратуда топырақтағы әр түрлі организмдер үлкен рөл атқарады. Барлық топырақтарда органикалық заттарды ыдыратуда міндетті түрде бактериялар қатысады, өйткені олар заттарды ыдыратуға өте қабілетті. Олар өздері шығаратын ферменттермен қоректену үшін белоктарды көмірсутектерді, органикалық қышқылдарды, спирттерді пайдаланады. Бактериялар сияқты актиномийеттер де органикалық заттарды ыдыратуға белсенді қатысады. Олар көмірдің қорек көзі ретінде лигнин сияқты әр түрлі органикалық қосылыстарды, шірінді заттарды пайдаланады. Топырақта ұзақ уақыт болып, өздеріне қолайлы жағдай туғыза отырып, әсіресе қаратопырақта белсенді түрде органикалық заттарды шірітуде үлкен рөл атқарады.

Саңырауқұлақтарда ферменттердің сан алуан түрлері кездеседі, олар органикалық заттардың өзгеруіне жан-жақты қатысады, бірақ та бактериялармен салыстырғанда әрекеттесу жылдамдығы аз. Ал ароматикалық заттарды шірітуде олар белсендірек.Табиғатта лигнин мен таниннің ыдырауы осы организмдерге байланысты. Гумустың түзілуіде саңырауқұлақтардың көмегінсіз өтпейді. Топырақта целлюлозаны, триходерма, фузариум, кейбір аспцилиумдерді ыдырататын да осылар.

Органикалық заттардың құралуына балдырлар — авторофтар қатысады.Балдырлар түзген органикалық заттардың салмағы топырақтың жоғарғы қабатында түзілген барлық органикалық заттардың 0,05-0,2%-ын құрайды.Балдырлар көбіне топырақтың беткі қабатында тараған,10-20 см- ден төмен де олардың саны жоқтың қасы. Амеба, инфузориялар, нематодтар, балдырлар үшін таптырмас жем. Балдырлар шығаратын әр түрлі заттар саңырауқұлақтар мен бактерияларға қорек.

Топырақтағы органикалық заттардың іріп-шіруіне негізінен күрделі функциялар атқаратын-омыртқасыз жануарлар.Олар өсімдік қалдықтарын физикалық немесе механикалық түрде бөлшектеп, майдалап, оларды әрә қарай саңырауқұлақтар мен бактериялардың ыдратуына дайындап береді.Омыртқасыз жануарлар ыдырай бастаған өсімдік қалдықтарын топырақтың төменгі қаатына апарып,онда ауаның алмасуына құрамын жақсартуға,органо-минералдық құрымдардың түзілуіне жағдай туғызады. Олардың тіршілік әрекетінен органикалық заттардың ыдырауы үдемелі жүреді.

Омыртқалы жануарлардың да топырақтағы биологиялық затардың айналымында біраз ролі бар.Бұл жануарлар түрлері топырақтың физикалық қасиеттерін қалыптасуға және де топырақты араластыруға қатысады.

Барлық жағдайларда да органикалық заттардың ыдырауы ферменттердің белсенді қатысуымен өтеді.Ферменттер-белок молекуларының ішінде ең ірі және ерекше органикалық құрылым. Олардың молекулалық салмақтары -10 мыңнан бірнеше милионға дейін.Бұлар топырақта өтетін барлық биохимиялық реакциялардың үдеткіші –катализаторлары.Ферменттер зат алмасуды реттейді.Сондықтан барлық тіріліктік процестерінде оның маңызы ерекше.Олар топырақта өсімдік бойынан, жануарлар мен ұсақ организмдердің денелерінен тарайды. Ферменттер катализатор ретінде органикалық заттардың ыдырауы мен синтезделуін, химиялық реакцияларының жүруін күшейтеді. Барлық ферменттер бір құрамды және екі құрамды болып екі топқа бөлінеді. Топырақтағы ферменттірдің белсенділігі мен қоректік элементтердің шоғырлануының арасында тығыз байланыс бар. Олардың белсенділігі сұр топырақтан қара топыраққа жылжығанда артады.Гумустың түзілуі де ферменттердің түрлеріне, белсенділіктеріне байланысты.

Топырақтағы күрделі химиялық компонентердің ыдырауы. Микроорганизмдер, жануарлар және өсімдіктер қалдықтарының белоктары ферменттердің қатысуымен аминоқышқылдарына ыдырайды. Олардың біразын микроорганизмдер пайдаланады, ал қалғаны аминге ыдырайды. өлген организмдердің белоктары – топырақтағы негізгі азот көзі.өсімдік қалдықтарында 1% азот бар және C:N арақатынасы 50- ге тең. Органикалық қалдықтар ыдыраған сайын органикалық заттар азотқа баийды, C:N арасы 10 – 12 болады. Сондықтан да C:N арақатынасын органикалық заттардың гумустенуі деңгейінің көрсеткіші ретінде пайдаланады. Органикалық қалдықтардан басқа топырақтың азоттануы ауадан түсетін ылғалға байланысты, ылғалмен 8 – 10кг/га азот түседі.

Азот сіңіруші микроорганизмдер де азот көзі болып табылады. Олар ауадан молекулалық азотты сіңіріп, күрделі азот қосындыларын құрайды. Бұларға көбінесе ауадан азот сіңіретін бактериялар жатады. Бұршақты дақылдар тамырын жайлайтын түйін бактериялар әр гектар жердің топырағына 100 – 250 кг мөлшерінде атмосфера азотын сіңіреді. Топырақта дербес тіршілік құратын азот сіңіруші организмдер бар, олар жасыл өсімдіктермен аралас тіршілік теді. Орыс ғалымы С.Н. Виноградский 1892 – 1894 жылдары анаэробты (ауасыз, оттегінсіз тіршілік ететін) бактерияларды тапты. 1901 жылы Бейерник басқа түрлерін ашты. Бұл дербес бактериялар жылына топырақта гектарына 20 – 150 кг/га дейін атмосфнралық азотты сіңіре алады. Түйнекті және дербес азот сіңіруші бактериялар топырақта биологиялық жолмен құралатын азот қорын жасайды. Ал азот — өсімдіктердің басты қоректік элементі. Азот қоры топырақ құнарлылығын арттырады, яғни топырақтағы гумусты азотқа байытады. Әр түрлі топырақта өсімдіктердің азотпен қоректену түрлері әр түрлі болады. Мысалы, аммонийлі – батпақты топырақтарда, нитратты — аммонийлі – орманды топырақтарда, нитратты – шымды далалы, жақсы кеуектелген топырақтарда.

Моно – және дисахаридтер өсімдік қалдықтарында болады және ыдыраған сайын мөлшерлері өзгеріп тұрады. Орташа мөлшері 4 – 9%. Көбінесе бұлар микроорганизмдерге қорек болғандықтан, топырақтарда өте тез ыдырайды.

Крахмал құрамында белок, целлюлоза бар. Ферменттердің әсерінен ыдырағыш келеді, өсімдіктер шіріген сайын оның мөлшері кемиді.

өте баяу ыдырайтын топырақтағы органикалық зат – целлюлоза. Оның микроорганизмдердің тек 5% — ы ғана ыдырата алады.