ЖҰмыс бағдарламасы семей 2014 глоссарий аллювий өзен тасығанда шығып қалған құмдар, қиыршық тастар және т б

Топырақтың бұл сіңіру қабілеті оның механикалық құрамы мен түйіртпектігіне байланысты болады.

Биологиялық сіңіру тыңайтқыш қолдануда маңызды рөл атқарады. Микроорганизмдер көмегімен өсімдіктер бойларына сіңірмей қалған нитраттар топырақтарда қатты шайылып кетпейді, жинақталады. Өйткені нитраттар физикалық, физикалық-химиялық немесе химиялық жағынан топырақтарда сіңірілмейді.

Топырақтың биологиялық сіңіру қабілетінің қарқынына топырақ ылғалдылығы, аэрациясы, топырақта энергетикалық заттардың (өсімдік қалдықтары, органикалық тыңайтқыш) болуы елеулі әсер етеді.

Топырақтың физикалық сіңіру қабілеті – топырақ бөлшектерінің әртүрлі заттардың молекулаларын тарту күшімен сіңіріп, өз бойында ұстап тұру, оң немесе теріс адсорбциясы.

Қатты заттардың бөлшектері неғұрлым майда болған сайын олардың сыртқы тарту күші үдейді. Бұл тұрғыдан, майда дисперсті коллоидты бөлшектердің тарту күші зор, сондықтан топырақ бөлшектерінің бетінің көлемі үлкен болса, оның физикалық сіңіру қабілеті жоғары келеді.

Топырақтағы физикалық сіңіруді бөліп ажырату өте қиын. Ол әрдайым химиялық және физикалық-химиялық сіңіру құбылыстарымен өзара тығыз байланыста болады.

Азот, тұз қышқылдарының аниондары (NO₃^- және Cl^-) топырақта кең таралған катиондардың (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Al³⁺, Fe³⁺, NH₄⁺) ешқайсысымен де қиын еритін қосылыс түзбейді. Сондықтан оларды топырақ химиялық жолмен сіңірмейді. Осыған байланысты топырақтағы нитраттар мен хлоридтердің жылжымалылығы жоғары.

Көмір, күкірт қышқылдарының аниондары (CО₃^2-, SO₄^2-) бір валентті катиондармен суда еритін, ал екі валентті катиондармен (Ca²⁺ және Mg²⁺) қиын еритін қосылыстар түзіп, топыраққа химиялық жолмен сіңіріледі.

Химиялық сіңіру суда еритін фосфор тыңайтқыштарының топырақпен әрекеттесуінде маңызды рөл атқарады.

Суда еритін фосфор тыңайтқыштары топырақтағы алмаспалы кальциймен әрекеттесуі нәтижесінде де химиялық жолмен сіңіріледі.

Фосфор қышқылының қарқынды түрде химиялық сіңірілуі топырақтағы фосфордың жылжымалылығын баяулатады. Мұның өзі өсімдіктің фосфор тыңайтқыштарының құрамындағы фосфорды қабылдауын төмендетеді.

К. К. Гедройц алмасу реакциясына бейім топырақтағы барлық майда дисперсті коллоидты бөлшектердің жиынтығын топырақтың сіңіру кешені (ТСК) деп атаған. Топырақ сіңіру кешені майда (көлемі 0,00025 мм-ден аз) және ірі (көлемі 0,001 мм-ге дейін) коллоидты бөлшектерден тұрады.

Топырақтың сіңіру сыйымдылығының мөлшері оның механикалық құрамына, майда дисперсті бөлшектердің жалпы мөлшері мен олардың химиялық және минералогиялық құрамына, топырақ реакциясына байланысты.

Сонымен бірге, топырақтардағы сіңірілген катиондар құрамы әртүрлі болып келеді. Барлық топырақтарда сіңірілген катиондар арасында кальций мен магний мөлшері көп болады. Мысалы, кәдімгі және қуатты қара топырақта сіңіру сыйымдылығындағы катиондардың 80 – 90%-ы кальций және магний үлесіне тиеді. Оңтүстік қара, қара қоңыр, боз топырақтарда кальций және магний көп болғанмен, оның құрамында аз мөлшерде сіңірілген натрий кездеседі. Олардың құрамында сутек катиондары болмайды. Сор, сортаң топырақтарда кальций, магниймен бірге сіңірілген натрий көп болады. Қызыл және шымды-күлгін топырақтарда сутек пен алюминий иондары көп болады. Калий және аммоний катиондары барлық топырақтарда аз мөлшерде кездеседі.

Сіңірілген катиондар құрамы топырақтың физикалық, химиялық қасиеттеріне, өсімдіктің өніп-өсуіне, тыңайтқыштардың әсеріне жан-жақты ықпал етеді.

Топыраққа сіңірілген катиондардың құрамы мен олардың арақатынасын тыңайтқыш және мелиоранттар қолдану арқылы реттеуге болады. Мысалы, сілтілік реакция тудыратын сіңірілген натрий катиондарын сортаң топырақ құрамынан ығыстыру үшін гипс қолдану керек. Мұнда натрийді алмастырған кальций катиондары өсімдіктің өсіп-өнуіне қолайлы жағдай тудырады.

Топырақтың структуралық құрамы. Әдетте, топырақтар пішіні түрліше болып келетін жеке бөлшектерден тұрады. Бұлар топырақ структурасы болып табылады. Топырақ структурасы шаң немесе тозаң түрінде болатын өте ұсақ бөлшектерден бастап, мөлшері жаңғақтай, тіпті, одан да үлкен болып келетін кесектерден тұрады. Топырақтарда неғұрлым кесекті бөлшектер көп орын алып, неғұрлым олар берік және кеуекті болса, соғұрлым ол борпылдақ келеді. Борпылдақ топыраққа өсімдіктер мен жануарлар қалдықтарын қарашірікке айналдыратын бактерияларға қажетті су мен ауа оңай сіңеді. Топырақ структурасын құрауда жауын құрттарының атқаратын жұмысы орасан зор. Бұл құрттар өздерінің қоректену процесінде топырақтағы өздеріне керекті заттарды пайдаланумен бірге өздері бөліп шығаратын шырынды заттар арқылы топырақтың ұсақ түйіршіктерін біріктіріп, капролитті структуралар түзеді. Міне, осындай структуралы топырақтарда мәдени өсімдіктерге қажетті барлық жағдай жасалынады да, дақылдар жақсы өніп өседі.

Топырақтың қышқылдылығы мен сілтілігі

Өсімдіктердің және микроорганизмдердің дамуына, топырақтағы өтіп жататын әртүрлі химиялық және биохимиялық процестердің жылдамдығы мен бағыттарына топырақ реакциясы үлкен әсер етеді. Қоректік заттардың өсімдіктермен сіңірілуі, топырақ микроорганизмдерінің әрекеті, органикалық заттардың минералдануы, топырақ минералдарының ыдырауы және қиын еритін қосылыстардың еруі, коллоидтардың коагуляция мен пептизациясы және басқа физикалық-химиялық процестер топырақ реакциясына күшті байланысты. Ол сонымен қатар топыраққа енгізілетін тыңайтқыштардың тиімділігіне әсер етеді. Тыңайтқыштар өз жағынан топырақ ерітіндісінің реакциясын өзгерте алады.

Табиғи жағдайда топырақ ерітіндісінің реакциясы 3-тен (сфагнум шымтезектерде) 10-ға дейін (сортаң топырақтарда) құбылады, көбінесе, 4-8 арасында болады.

12-кесте

Әр түрлі топырақтардағы рН өзгеруі

рН деңгейі	Топырақ реакциясы	Топырақ түрі
<4	өте күшті қышқылды	шымтезек (3-3,5)
4,1 - 4,5	күшті қышқылды	шымды-күлгін (4-5)
4,6 - 5,0	орташа қышқылды
5,1 - 6,0	әлсіз қышқылды	сілтісізденген қара топырақ, сұр орманды
6,1-7,4	бейтарап	кәдімгі қара топырақ, қуатты қара топырақ (6,5-7)
7,5 - 8,5	әлсіз сілтілі	оңтүстік қара топырақ, қара қоңыр (7,5)
8,6 - 10,0	күшті сілтілі	сұр топырақ (8,5), сортаң (9)
>10,0	өте күшті сілтілі	-

 

Топырақтың актуалды қышқылдығы, топырақ ерітіндісінің қышқылдығы сутек ионының (Н⁺) гидроксил ионының (ОН^-) концентрациясы артық болғанда байқалады.

Топырақта өнебойы СО₂ түзіліп тұрады. Ол топырақ ылғалымен әрекеттесіп, көмір қышқылын Н₂СО₃ түзіп, Н⁺ және НСО₃^- иондарына диссоциацияланады. Нәтижесінде топырақ ерітіндісінде сутек иондарының концентрациясы артады да, ерітінді қышқылданады.

Сонымен топырақ ауасында СО₂ концентрациясы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым ерітінді қышқылданады.

Егер топырақта сіңірілген күйде натрий ионы көп болса (сор және сортаң), онда ерітіндіде көмір қышқылды натрий тұздары түзіліп, ерітінді сілтілі келеді.

Егер топырақта кальций мен магний карбонаттары және сіңірілген катиондар арасында кальций көп болса (сұр, қара топырақ), онда топырақ ерітіндісінде кальций бикарбонаты орын алып, топырақты әлсіз сілтілендіреді.

Қышқылды және күшті қышқылды шымды-күлгін және шымтезекті-батпақты топырақтарда сіңірілген күйде кальций аз, сутек пен алюминий иондары көп, топырақ ерітіндісін көмір қышқылы мен қатар еритін органикалық қышқылдар және гидролиз нәтижесінде қышқыл мен әлсіз негіз пайда қылатын алюминий тұздары қышқылдандырады.

Сонымен топырақ ерітіндісінің реакциясы топырақтың сіңіру кешеніндегі катиондардың құрамына қарай өзгереді.

Алмасу қышқылдықты KCl судағы ерітіндісінің рН шамасымен немесе 100 г топырақтағы миллиграмм-эквивалентпен өрнектейді. Топырақтың алмасу қышқылдығы шамасына актуалды қышқылдық та кіреді. Сондықтан алмасу қышқылдығының шамасы актуалды қышқылдықтан жоғары болады.

Гидролитикалық қышқылдықты 100 г топырақтағы миллиграмм-эквивалентпен өрнектейді.

Топырақ ерітіндісінің реакциясы алмасу және гидролитикалық қышқылдықтарының өлшеміне ғана емес, топырақтың негіздермен қанығу дәрежесіне де байланысты болады.

Егер топырақтың гидролитикалық қышқылдығының шамасын Н әрпімен, сіңірілген негіздердің қосындысын (Ca, Mg, K, Na және т.б.) S әрпімен белгілесек, онда топырақтың жалпы сіңіру сыйымдылығы T болғанда:

S + H = T.

Топырақтың сіңіру сыйымдылығы 100 г топырақтағы миллиграмм-эквивалент түрінде өрнектеледі.

Топырақтың негіздермен қанығу дәрежесі жалпы сіңіру сыйымдылығының қандай бөлігі сіңірілген негіздерге, қайсысы гидролитикалық қышқылдыққа тиетінін көрсетеді. Негіздермен қанығу дәрежесінің шамасы топырақтың қышқылдығы мен сіңіру қабілетінің маңызды көрсеткіші болып табылады.

Топырақ ерітіндісінің реакциясы тұрақты болмайды. Әртүрлі биологиялық, химиялық және физикалық-химиялық құбылыстардың нәтижесінде топырақта қышқылдар немесе негіздер пайда болып, топырақ реакциясы өзгеріп тұрады.

Топырақ реакциясы енгізілетін тыңайтқыштар әсерінен де өзгереді. Мысалы, физиологиялық қышқылды тұздарды (NH₄Cl, (NH₄)₂SO_4, т.б.) енгізгенде топырақ ерітіндісі қышқылданады, ал физиологиялық сілтілі тұздарды (NаNO₃, Ca(NO₃)₂) пайдаланғанда қышқылдығы азаяды немесе топырақ ерітіндісі сілтіленеді.

Физиологиялық қышқылды немесе физиологиялық сілтілі тыңайтқыштарды әрдайым енгізгенде топырақ ерітіндісінің реакциясы күшті өзгере алады да, өсімдіктердің және топырақ микроорганизмдерінің тіршілігіне үлкен әсер етеді.

Бірақ әртүрлі топырақтарда реакцияның өзгеруі бірдей болмайды. Біреуінде топырақ ортасы баяу, басқаларында жылдам өзгеріп тұрады.

Топырақтың буферлігі оның қатты және сұйық бөліктерінің қасиеттеріне байланысты өзгеріп тұрады. Топырақ ерітіндісінің буферлік қабілеті оның құрамындағы әлсіз қышқылдар (Н₂СО₃, суда еритін органикалық қышқылдар) және олардың тұздары болуына байланысты.

Топырақ буферлігінің минералды тыңайтқыштарды дұрыс қолдану үшін маңызы зор. Мысалы, буферлігі төмен топырақтарға физиологиялық қышқылды тыңайтқыштарды енгізгенде, дақылдардың және топырақ микроорганизмдерінің дамуына теріс әсер етеді. Органикалық тыңайтқыштарды үздіксіз енгізу мен әктеу топырақтың сіңіру сыйымдылығын және негіздермен қанығу дәрежесін арттырады да, оның буферлігін жоғарылатады.
Топырақ ерітіндісі реакциясының өсімдіктерге әсері

Топырақтың реакциясы. Егер топырақта қышқылдар (мысалы, глее – күлгін топырақтардағы сияқты фульвоқышкылдары) немесе сілтілер (мысалы, сортаң топырақтағы сода) өте көп болса, мәдени өсімдіктер нашар өседі немесе мүлде өліп қалады. Мәдени өсімдіктердің көпшілігінің жақсы өсуі үшін топырақ ертіндісі қышқыл немесе сілтілі де болмауы керек. Ол орташа, бейтарап болуы керек.

Топырақтың реакциясы (қышқылдығы, сілтілігі) оның қандай заттарды (элементтерді) сіңіргендігіне де өте тығыз байланысты. Егер топырақ (оның қатты бөлшектері) сутегін немесе алюминийді сіңірсе, ол қышқыл болады; ерітіндіден натрийді сіңірген топырақ сілтілі, ал кальцийге қаныққан топырақтың реакциясы бейтарап, былайша айтқанда, орташа болады.

Табиғатта түрлі топырақтардың реакциясы түрліше келеді. Мысалы батпақ, күлгін және қызыл топырақтар – қышқыл, сортаңдар – сілтілі, ал каратопырақ – орташа реакциялы болады.

Өсімдіктер қалыпты өсу үшін топырақта:

1. Өсімдік бойына сіңіре алатын формадағы қорек элементтер;

2. Өсімдік сіңіре алатын формада су;

3. Өсімдік тіршілігі үшін қажетті мөлшерде оттегімен қамтамасыз ету;

4. Топырақ массасының құрылымы қолайлы келеді, онтайлы ауа – су режимін жасап, тамырлардын топыраққа жақсы өтуін, одан қоректік заттар мен ылғалдық керегінше алуын қамтамасыз етуі;

5. Өсімдіктер үшін зиянды қоспалар болуы тиіс. Мәлім болғандай өсімдіктер негізгі қорек элементі ретінде топырақтан азот, фосфор, калий, кальций, темір, күкіртті сіңіреді. Химиялық талдауға қарасақ, топырақтағы химиялық элементтер құрамы көп, және ол көп жылға жетеді. Н. П. Ремезов деректері бойынша, қаратопырақ құрамында азот пен фосфордың көптігі сонша, бидайдан орташа түсім алғанда әлі 250 жылға жетеді екен, ал калий құрамы – 3 мың жылға жетерлік.

Бірақ өсімдіктер үшін элементтер мөлшері емес, топырақтағы өсімдік сіңіруге ыңғайлы формалары маңызды.

Тыңайтқыш қолдана отырып адам заттардың биологиялық айналымына белсенді араласып, өз мақсатында бағыт беріп, реттейді. Органикалық минерал тыңайтқыштар қосумен қатар соңғы жылдары бактериялық тыңайтқыштарда қолданыс табуда. Бактериялар массасын топыраққа араластырып микробиологиялық процестерді күшейтуге және химиялық элементтердің сіңімділігін көтеруге қол жеткізіледі. Мысалы, фосфорбактерин органикалық заттарды ыдыратып, фосфорды сіңімді фосфор түріне айналдырды, т.б.

Ауыл шаруашылығы дақылдарын қалыпты өсіру үшін макроэлементтер мөлшері ғана емес, сирек кездесетін және бытырап орналасқан химиялық элементтер құрамы да маңызды.

Олардың болмауы немесе аз болуы мәдени өсімдіктердің ауруына, түсімнің аз болуына әкеледі. Топырақта жездің жетіспеушілігінен пайда болған жағымсыз құбылыстар кең тараған. Бұл құбылыстар торф топырақта орман аймағында көп кездеседі ("Өңдеу сырқаты" деп атайды). Жез қосқан соң ғана бұл ауру жойылған, астық өнімі көбейген. Жезді кейбір өсімдіктер организміне қосу үшін оларды паразиттік грибоктарға қарсы тұрақтылығын арттырады. Мырыш, бор, марганец, молибден және сирек кездесетін элементтерді топыраққа қосқанның әсері болатыны анықталды. Микроэлементтердің мал шаруашылығы үшін де маңызы зор. Кейбір микроэлементтердің топырақта және өсімдіктерде (жемде) артық не кем болуы мал өнімділігіне елеулі әсер етеді. Кобалаттің топырақта аз болуынан мал қанында эритроциттер азайып, мал тез ариді (себебі белок синтезі нашарлайды) жемнің көп болуы бұған әсер етпейді. Ұсақ және ірі мүйізді малдың бұл ауруы – акобалатоз деп аталады, ол ТМД, Шотландия, Австралия және т.б. елдерде таралған. Мал шаруашылығына жез, никель, селен, фтор, йодтың тапшылығы немесе артықшылығы белгілі әсер етеді. Су өсімдіктің тіршілігінің барлық кезенінде де дәннен жарып шыққаннан, пісіп жетілгенше үлкен рөль атқарады. Түрлі өсімдік дәндері жарылуы үшін түрлі су мөлшері керек:

Бидай үшін – салмағының 45%, қызылша үшін – 120% керек. Түрлі мәдени өсімдіктердің құрғақ массасының тоннасын алу үшін шығындалған су мөлшері де әртүрлі және 200 ден 1000 т-ға дейін өзгереді. Мысалы: бидай, тоннасына – 500 тонна су жұмсалады, ал күріш тоннасына – 1000 т. Артық су керек. Өсімдіктер бос су формасын ғана, яғни гравитациялық сініліп байланған суды ғарыш күштері кері тарта алмайды. Сондықтан сіңірілген суы 10-15% құрайтын саздың топырақта өсімдік су тапшылығын көреді, ал құмайт топырақтарда бұл көрсеткіш 1-2% ке дейін азаяды. Топырақ ылғалы капилярлық булану барысында азаяды. Ұзын капилярдың болуы топырақты тез құрғатады, ал ол капилярды бұзу, топырақ ылғалы сақталуына әкеледі.

Сондықтан топырақ құрылымын ұсақ кесекті ету оны құрғаудан сақтайтын тиімді шара болып табылады. Қуаңшылық аудандарда судың топыраққа мол келуіне бағытталған түрі – беткі су ағысын реттеу, қар тоқтату, түрлі суландыру шаралар жасалады.

Топырақ құнарлығы үшін ауаның, оның оттегісінің маңызы зор. Оттегі микробиологиялық процестер үшін қажет. Топырақтың аэробты микробтары оттегі жетпесе өз тірлігін баяулатады.

Оттегі күрделі өсімдіктер тамыры үшін қажет. Тығыз топырақтағы газ алмасудың қиындауы, топырақ ауасында көмір қышқылының жинақталуы, топырақ артық ылғалданғанда оттегінің жетіспеуі өсімдіктің өсуін тежейді. Н. П. Рмезов (1963 жыл) пікірінше, оттегі топырақтың барлық көлемінің 8-12%-ы болса, топырақ ауасы өсімдіктер үшін қолайсыз әсерін тигізеді, ал оттегі құрамы 5%-дан кем болса, өсімдіктердің көп бөлігі өледі. Топырақтың оттегімен қамтылуы және газ алмасу деңгейін ұстау топырақ құрылмына тәуелді, ол тамыр қабатының тереңдігін анықтайды, ылғалдың топырақтағы шығынын және бөлінуін, өсімдіктердің қорек режимін реттейді. Жыртылатын горизонттың онтайлы құрылымы болып есептелетін – ұсақ кесекті түйірлі құрылым суға берік келеді. Топырақ құнарлығына теріс әсер ететін тұздар құрамының көбеюі. Тұз концентрациясын топырақ ерітіндісіне жоғары болуы өсімдіктерді мына себептерге байланысты тежейді:

1. Өсімдік клеткасына су келуі нашарлап, бұзылады, себебі топырақ ерітіндісіндегі осмос қысымы өсімдік клеткасы протоплазмасындағыдан жоғары.

2. Ассимиляция және газ алмасу процестері бұзылады. В. А. Ховда зерттеуі бойынша, сортандау жағдайында өсімдіктерге магнии, натридің хлорлы тұздары көптеп сіңіп, маңызды химиялық элементтер – кальций, калий, фосфор, темір, марганец бірнеше есе кемиді. Тез еріген тұздар өсімдіктің жасыл бөлігінде жинақталып, фотосинтез процесін әлсіретеді. Ақырында өсімдік дамудан қалады.

3. Сортаңдалу әсерінен өсімдік анатомиясында күрделі өзгерістер болады. Тамыр қуысы тарылады, қабыршақ қабырғалары қалындайды, нәтижесінде өсімдік қурайды.

Топырақтың сортаңдалуымен, сорлауымен күрес, сор топырақтарды жақсарту халық шаруашылығының күрделі де маңызды мәселесі болып табылады. Топырақ құнарлылығы тек табиғи қасиеттеріне емес, оны өңдеу сипатына да байланысты. Табиғи құнарлылық топырақтың жаратылыс қасиеттеріне байланысты. Тиімді құнарлылық табиғи құнарлылық бөлігі, ол мәдени өсімдік түсімі түрінде анықталды. Тиімі құнарлылық тыңайтқыш қолдануға, топырақты ұтымды өңдеуге және т.б. шараларға сәйкес ұлғаяды. Осылайша жасанды тиімді құнарлылық жасалады.
Сілтілі және қышқыл топырақтарды жақсарту жолдары

Топырақ реакциясы – топырақтың қышқылдығы немесе сілтілігі. Топырақ ерітіндісінің реакциясы оның құрамындағы сутек (Н⁺) және гидроксил (ОН^-) иондарының арақатынасына байланысты. Ерітіндідегі сутек иондарының концентрациясын рН символымен өрнектеп, олардың концентрациясының теріс логарифмін белгілейді.

Топырақ реакциясы. Құрамында түрлі қышқыл басым болуына байланысты топырақ реакциясы қышқылды не сілтілі болып келеді. Өте қышқылды не сілтілі топырақтарда өсімдіктер жақсы өспейді, тіпті, өліп қалады. Өсімдік дұрыс өніп өсуі үшін топырақ реакциясы орташа болуы керек. Топырақ реакциясы оның қандай заттарды көбірек сіңіргендігіне байланысты болады. Әдетте, қышқыл топырақтарда сіңірілген сутегі және алюминий көп болады. Топырақ реакциясы бейтарап болуы үшін онда кальций элементінің тұздары көп болуы шарт.

Табиғи жағдайда топырақ реакциясы 3 тен 9 ға дейін құбылады, ол рН- деп белгіленеді. Ол төмендегідей:

РН 3- 4 өте қышқыл;

РН 4-5 қышқыл;

РН 5- 6 азғана қышқыл;

РН 6-7 бейтарап;

РН 7-8 сәл сілтілі;

РН 8-9 сілтілі.

Топырақ ерітіндісінің қышқылдылығына ондағы бос органикалық қышқылдар немесе олардың тұздары себеп болады. Топырақ қышқылдығы актуальдық және потенциалдық болып екіге бөлінеді. Оның бірінші түрі топырақтағы бос сутегі (ІІ) ионының концентрациясына, ал екінші топырақтың коллоид бөлімі сіңірген берік сутегі иондарына байланысты болады. Реакциясы өте қышқылды, не өте сілтілі болып келетін топырақтарда егілетін дақылдардан мол өнім алу үшін түрлі өңдеу (мелиорациялау) жұмыстарын жүргізеді.

Өзін -өзі тексеру сұрақтары:

1. Топырақтың табиғи радиоактивтігі көбінесе, ауыр металдардың реттік нөмірі.

2. Антропогендік жағдайдан пайда болған радиоактивтік ядролы жарылыстар.

3. Топырақтағы радиоактивтік элементтердің мөлшеріне әсер ететін жағдайлар.

4. Топырақ түзуші тау жыныстарындағы радиоизотоптардың мөлшерлері.

5. Топырақтың сіңіру қасиеттерін қалыптастыруда негізгі орын алатын не?

6. Топырақтың сіңіру қасиеті дегеніміз не?

7. Академик К. К. Гедройцтың тұжырымдамасында топырақтың сіңіру қасиеті деп нені айтты?

8. 1933 жылы К. К. Гедройц топырақты сіңіру қасиетіне қарай неше түрге бөлді?

9. Топырақтың механикалық сіңіру қасиеті дегеніміз не?

10. Топырақтың физикалық-химиялық сіңіру қасиеті дегеніміз не?

11. Топырақтың химиялық сіңіріуі қасиеті дегеніміз не?

12. Топырақтың биологиялық сіңіруі қасиеті дегеніміз не?

13. Топырақтың сіңіру қасиетінің құрамына әсері?

1.Органикалық заттар және олардың топырақ құнарлығы қалыптастырудағы маңызы.

2.Топырақ гумусы.

3 Топырақтағы органикалық заттардың көздері

Топырақтың қатты фазасының біршама бөлігі органикалық қосылыстар үлесіне тиесілі. Жыл сайын топырақта өсетін өсімдіктер майда жәндіктер мен микробтар топырақ бетінде, оның қабаттарында көптеген қалдықтар қалдырады. Негізгісі – органикалық қалдықтар. Өсімдіктердің өсуіне жағдайсыз шөл мен тундра аймақтарында өсімдіктер қалдығы гектарына жыл сайын 5-10 центнер болса, жеткілікті ылғалданған дала аймақтарында ондай қалдықтар мөлшері 100-150, ал күні аса жылы және ылғалы да мол тропикті ормандарда олардың мөлшерлері гектарына 250 центнерге жетеді. Бұл қалдықтардың құрамында май, смола, балауса, клетчатка, көміртегі, сутегі, лигниндер, белокты, азотты заттар, сонымен қатар көптеген күлді элементтер болады. Топыраққа жылма-жыл түсетін өсімдіктер мен өлген жәндіктердің қалдықтары екі бағытта өзгеріске ұшырайды. Біріншіден, микроорганизмдердін әсерінен ыдырап, шіріп, жай минералды қосылыстарға ажырайды. Екіншіден, осы организмдер қалдықтары микробтардың әрекетінен күрделі биохимиялық өзгерістерге ұшырап, олардан тұрақты органикалық зат – топырақ қара шірінді – гумус (немесе қарашірік) пайда болады.

Органикалық қалдықтардың біразы толық ыдырап минералданса, біразы қайтадан топырақта органикалық заттардың осы жаңа күрделі түріне, биохимиялық синтез арқылы қара шіріндіге (гумуске) айналады. Минералдану мен гуминдену процесін микроорганизмдер жүргізеді.

Гумус заттарының түзілуіне көптеген зерттеушілер көніл бөлген. Оларға химиялық талдау жасап, мәліметтер жинап, түзілу жолдарын анықтай бастады. Бұл жөнінде ең алғаш көзқарастарын білдірген М. В.Ломаносов, П. А.Костычев, С. П. Кравков, А. Г. Трусов, т.б. болды.

Гумификация құбылысын зерттеген белгілі ғалым – Л. Н. Александрова. Оның жасаған сызбанұсқасына қарағанда, гумус органикалық қалдықтардың ыдырауы, микробиологиялық синтез, гумификация, топырақтың минералды бөлігімен көбеюуі, минерализация процесі және минералдық құрамдас бөліктерінің биологиялық айналымға қосылуы арқылы түзіледі. Л. Н. Александрова бойынша, гумификация – органикалық қалдықтардың түзілуі арқасында жоғары молекулярлық қосылыстардың күрделі биофизикалық-химиялық құбылыстар арқылы органикалық құрамдардың ерекше класы – гумусты түзуі. Бұл процестің белсенділігі топыраққа түскен өсімдік қалдықтарының мөлшері, химиялық құрамы, топырақтың ылғалы, ауа режимдері, ортаның реакциясы, биологиялық белсенділігі сияқты факторларға байланысты жүреді. Л. Н. Александрова топырақтағы органикалық қалдықтардың гумификациялану типтерін – фульватты гуматты, фульватты-гуматты көрсетті.

Белгілі ғалым Д. С. Орлов (1977) осы түсініктерге гумификацияланудың тереңдігі деген ұғым енгізіп,

Н=f(Qіt)

Адамдар және олардың шаруашылығы жер бетінде тікелей және жанама зор ықпал-әсерін тигізіп келеді. Егер де жылына ауаға дүниежүзі бойынша 1 млрд. тонна деңгейінде антропогендік заттектер (CO₂ есептегенде), гидросфераға шамамен, 15 млрд. тонна ластағыштар енгізіліп отырылса, жерге түсетін техногенді қалдықтардың мөлшері 90 млрд. т. Кейбір ғылыми мәліметтерге сүйенетін болсақ, XX ғасырдың 90 жылдарының аяғында жерде жинақталған қалдықтар көлемі 4000 млрд. тоннаға дейін көтерілген. Топырақтың ластануына байланысты қазіргі уақытта құрлықтың жартысына жуығын антропогендік ландшафт алып жатыр. Ғалымдардың арасында тараған пікір бойынша, дүниежүзіндегі шөлдердің барлығының шығу тегі де антропогендік. Атропогендік шөлдің аумағы жылдан-жылға үнемі ұлғаюда, оның көлемі қазіргі шақта 10 млн. км²-ден асып отыр, бұл бүкіл құрлықтың 7 пайызын құрайды.

Топырақты ластайтын компенеттерге қарай, топырақтың ластануының түрлері: физикалық, химиялық және биологиялық болады.

Физикалық ластану радиоактивті заттектермен байланысты. Мысалы, уран рудаларын ашық әдіспен алғанда, жер қыртысында активтілігі жоғары сәулеленетін сұйық және қатты қалдықтар қалады.

Биологиялық ластану – ауру тудыратын және де басқа жағымсыз жағдайға итеретін микроорганизмднрдің қоршаған ортада болуы. Мысалы, ластанбаған топырақта дизентерия, сүзек және тағы басқада ауру қоздырғыштары 2-3 тәулік бойында сақталса, ластағыштармен әлсіреген қоздырғыштар бірнеше ай мен жылдарға дейін сақталып, едәуір аумаққа таралады.

Химиялық ластану – топырақта тірі организмдерге қауіп туғызатын химиялық заттектердің жиналуы.

Топырақты ластайтын көздерге өнеркәсіптік кәсіпорындардың шығарындылары, көлік, ауылшаруашылығында қолданылатын шөпжойғыштар мен минералды тыңайтқыштар, қалдықтар, жылу энергетика кешені, атмосфералық жауын шашын, апатты жағдайда тасталатын шығарындылар, әскери өндірістік кешендер жатады.

Түсті металл кендерін алу, байыту және таза металдар алу процестерінен шыққан өнімдермен және қалдықтармен топырақ көп ластанады. Ауыр металдардан топырақтың ластануының зардабы тұрақты болып келеді. Түсті металлургия кәсіпорындарының маңындағы топырақта қорғасын мен басқа ауыр металдардың мөлшері нормадан 10-20 есе асып отырған жерлер белгілі.

Ауылшаруашылығында улы химикаттар көп қолданылатын қанның құрамында болатыны байқалған. Топырақ көптеген аурулардың (ботулизм, күйдіргі, дизентерия, аскаридоз және т. б.) қоздырғыштарын сақтайтын ортаға жатады.

Топырақтың ластану дәрежесін мына формуламен есептеп анықтайды, топырақтағы заттектің ластану концентрациясының коэффициентті (Л_iКК) қолданылады:

Л_iКК = X_i / ШРК_i немесе Л_iКК = X_i / Х_ф,

Бұл жерде Л_iКК заттегіне тән ластау концентрациясының коэффициенттері;

X_i -i – заттегінің мөлшері, Х_ф – осы заттектің фондық мөлшері.

Адамның барлық өндірістік қызметіне ,бірінші кезекте ең қажетті табиғи ресурс болып жер саналады. Жер қойнауынан халық шаруашылығының барлық салаларына қажетті материалдар өндіріледі, ол болмаса өндіріс дами алмайды. Өнеркәсіптер жедел қарқынмен дамыған сайын соғұрлым бүлінген жер көлемі арта түседі. Сондықтан жерді пайдаланушылар оны тиімді пайдаланумен қатар, сан қырлы қорғау жұмыстарына да назар аударуы қажет.

Жер ресустарының ең негізгі тұтынатын саланың бірі – ауыл шаруашылығы. Ауыл шаруашылығында құрлықтың 30%-дан астамы игерілген, бұған осы салада пайдаланылатын ормандарды қосатын болсақ, бұл көрсеткіш 60-65 пайызға жетеді. Ауыл шаруашылығының қарамағындағы жер ресурстарының жарамсыз түрге айналуына себеп болатын жағдайлар:

–топырақ эрозиясы немесе дефляциясы – су мен желдің (дефляция) және тағы басқа табиғи құбылыстардың әсерінен жер қыртысының түгелдей не жарым жартылай бүлінуі, топырақтың құнарлығының төмендеуі;

–агротехниканы дұрыс қолданбағандықтан, негізінде ауыспалы егіс болмауынан және қоректі заттектердің топыраққа жеткілікті түрде қайта айналып келмеуіне байланысты гумус мөлшері төмендеп, топырақ құнарлығының біртіндеп азаюы;

–құрғатымсыз (дренажсыз) жерді суландыру және бақылаусыз суды қолдану, топырақтың су астында қалуы мен екінші реттік тұздануы (сортандануы);

–топырақтың техниканы қолдануда бүлінуі (тығыздануы, егістік жер қабаты құрамының бұзылуы, оның төсеніш қабатындағы жыныстармен араласуы);

–топырақтың химиялық және радиациялық ластануы.

Жердің құнарсыздануы негізінен адамның шаруашылық әрекеті әсерінен топырақтың түзілу жағдайының өзгеріп, оның негізгі қасиеттерінің: қарашірінді құрамындағы гумус мөлшерінің азаюына, құрылымының бұзылуына, улы заттектермен ластануына, екінші реттік сортаңдауына, қышқылды жаңбырдың жаууына, малдың жайылымда шамадан тыс жайылуына, пайдалы қазбалардың ашық әдіспен өндірілуіне, өндіріс қалдықтарының сақталуының реттелуі мен бақылаусыз жатуларына, тағы басқа өзгерістеріне байланысты. Осы қарастырлған процестерге аймақтардың ерекшеліктеріне қарай өздеріне тән өзгешелігі де болады.

Топырақтың түзілу процесі аймақтық геологиялық жасына да көп байланысты. Геологиялық жас жағынан ескі аймақтарда бұрыннан қалыптасқан топырақ болады да, ал жаңадан пайда болып жатқан құрғақ жерлерде топырақ түзілу процестерінің бастапқы сатылары жүріп жатады. Мәселен, Жер шарының теріскей жағында, ауа райының өзгеруіне байланысты, мұздар еріп, мұз басқан жерлер ашылуда, осы кейінгі дәуірлерде мұздан айырылған аймақта жаңа жас топырақтар түзіледі. Мысал ретінде сонымен қатар Арал суының тартылуының әсерінен, оның түбінен босаған жерде жаңадан топырақ түзілу құбылыстары басталғанын да келтіруге болады. Соңғы жылдары Арал өңірінің ежелден бері келе жатқан жері, суы, желі мен қалыптасқан табиғи үйлесімі, яғни табиғаттың тепе теңдігі біржолата бұзылды. Көктемнің аяқ кезінен бастап, жаз бойы қырдан толассыз соғатын қара дауыл жер бетінің түтін жұтаңдатады. Теңіз тартылғалы ауа райы күрт өзгереді, осыған байланысты бұл өңірде жауын – шашын тыйылды. Ормандар мен сексеуіл алқаптары, шабындықтар күрт азайды, көп жерлер шөл далаға айналды. Атап айтқанда, топырақ түзілу процесіне әсер ететін факторлардың көбісі: ауа райы, жоғарғы және төменгі сатыдағы өсімдік пен жәндіктер, жер бедері, адам қоғамының әрекеттері күрт өзгерді.

Бұзылған жерлердің аумағы табиғи (климаттық, гидрологиялық, морфодинамикалық, фитогенді және зоогенді) және антропогенді факторлар әсерінің үдемелі қарқындылығына байланысты келеді.

Жердің шаруашылық құндылығын жоғалтуға, топырақ және өсімдік жамылғыларының, гидрологиялық режимінің бұзылуына себеп болатын жолдың бірі «техногенді шөлдену», ол адамның өндірістік әрекеттері мен ауа райының өзгеру нәтижесіне байланысты. Қазіргі заманда шөлді далаға айналған жерлердің басым көбісінің Жер шарындағы жердің 70% -ы бүлінген болып саналады. Әлем бойынша жердің шөлдену процесінің жылдамдығы орта есеппен жылына 7-10 млн. гектарға жетіп отыр. Осыған жыл сайын эрозия мен құм басу арқылы өнімділігін жойған тағы да 20 млн. га жерді қосуға болады. Ормандардың қысқарылу жылдамдығы да шамамен осы деңгейде. Әлемнің барлық түкпіріндегі жер қоры әртүрлі дәрежеде бұзылуға ұшыраған, жалпы антропогендік факторлардың әсерінен жылына құнарлығын жоятын жердің мөлшері шамамен, 90 млрд. тоннадай, оның ішінде жылына 7,5 млн.га эрозия процесі арқылы бүлінеді. Қазіргі кезде эрозия процесінің нәтижесінде бұзылған жерлер көлемі АҚШ та – 300 млн. га үстінде болса, Ресейде, Белорусия мен Украинада – 100 млн. га, ал Қазақстанда шамамен, 18-20 млн. га.

Г. С. Макунинаның (1991) мәліметтері бойынша дүниежүзінің әртүрлі топырақ түрлеріндегі орта есеппен гумустың жалпы шығыны: шымды күлгін топырақ үшін – 27%, қоңыр және сұр орман топырағында – 30%, қара топырақта – 35%, сарғылт топырақта – 29%, сұр топырақта – 14%, қызыл сары темірлі топырақта – 50%.

Америка экологы Л. Браун (1991) ауылшаруашылығы жерлерін құнарсыздану дәрежесі бойынша үш санатқа бөлді:

–құнарсыздануы бәсең – әлеуетті өнімділігі 10% аз төмендеген жерлер;

–құнарсыздануы орташа – әлеуетті өнімділігі 10-50% төмендеген жерлер;

–әбден құнарсызданған – әлеуетті өнімділігі 50%-дан артық төмендеген жерлер.

Топырақтың құрамына әртүрлі қосылыстар – оңай және қиын еритін тұздар, комплексті қосылыстар, силикаттар және алюмосиликаттар, спецификалық және спецификалық емес органикалық қосылыстар кіреді. Топырақта элементтердің бір бөлігі иондар түрінде кездеседі, олар топырақтағы сорғыш комплексті бөлшектердің беттерінде жабысып тұрады. Топырақтың химиялық құрамының күрделілігіне байланысты оны сипаттау үшін өте көп көрсеткіштер қолданылады. Ол көрсеткіштер топырақтың химиялық құрамын анықтау көрсеткіштерінің жалпы жүйесіне кіріп, топырақ құрамының, топырақ компонентерінің көрсеткіштері деген топтарға біріктірілген.

Топырақтың химиялық құрамы мен топырақ компоненттерінің жүйеленген жиынтығы 13-кестеде келтірілген. Онда топырақтың химиялық құрамының көрсеткіштері 3 топқа бөлінген:

1) элементтік құрамының көрсеткіштері;

2) заттың құрамының көрсеткіштері;

3) топырақтағы химиялық элементтердің топтық және фракциялық құрамының көрсеткіштері.

Элементтік құрамының көрсеткіштері топырақ массасындағы химиялық элементтердің жалпы көлемін немесе одан бөлінген гранулометриялық фракциялардың жаңа туындыларды сипаттайды. Заттық құрамының көрсеткіштерінің деңгейі топырақтағы жекеленген химиялық қосылыстардың мөлшері туралы ақпарат береді, ал топтық және фракциялық құрамының көрсеткіштерінің деңгейлері олардың қасиеті бойынша жақындығын, мысалы, ерігіштігі, химиялық элементтің қосылыстары, т.б. бойынша сипаттайды.

Көрсеткіштердің жүйелену принциптері бөлінген 3 топтың әрқайсысында бірдей емес, себебі жүйеден көрсеткіштің жеке бөлініп шығуы топырақ үлгісінің құрамындағы химиялық элементтерінің мөлшерін сипаттауға мүмкіндік береді.

Сондай-ақ, қарастырылып отырған жүйе топырақтағы химиялық элементтердің топтық және заттық құрамы қосылыстарының көрсеткіштерінен басқа да, жекелей көрсеткіштер енгізілген. Жоғарыдағы кестеде топырақты зерттеу зертханада кеңінен қолданылатын топтың заттық құрамының көрсеткіштері әрбір химиялық элементтің қасиетіне тәуелді.

Топтың химиялық құрамы көрсеткіштерінің номенклатурасына химиялық элементтердің әртүрлі тотығу дәрежесіндегі көрсеткіштерін жатқызуға болады.

Топырақ гумусы

Гумус заттары негізінен гумус қышқылдарынан тұрады. Олардың құрамына гумин қышқылдары, фульво қышқылдары және гумус кіреді. Бұл топтарға бөліну себебі, гумус қышқылдарын топырақтан алыну жолдарына байланысты.

1. Топыраққа тән емес органикалык сірке, құмырсқа, лимон, қымыздық қышқылдары мен топыраққа тән жоғарыда айтылған гумин қышқылдарының сілтілі (Мg) және сілтілі-жер металл (Са. катиондарымен қосылған тұздары;

2. Айтылған қышқылдардың көп металл элементтерімен (темір, алюминий, цинк т.б) қосылған комплексті тұздары;

3. Адсорбцияланған органо-минералдық қосылыстар, яғни алюминий және темірлі қара шірінді комплекстері болып үш топқа бөлінеді.

Сілтілі металдармен алюминийдің гумат және фулват тұздары суда жақсы еритіндіктен толық қабаттарында оңай жылжиды, ал кальций гуматы суда берік болғандықтан топырақта тұрақты шоғырланады.

Топырақтың гумус жағдайлары – органикалық заттардың барлық морфологиялық белгілерінің, жалпы қорларының, қасиеттерінің, олардың түзілу, өзгеру, трансформация және топырақ қабаттарында жылжу көрсеткіштерінің жиынтығы.

Топырақтың гумус көрсеткіштерінің жүйелерін Л. И. Гришина, Д. С. Орлов (1977) ұсынған. Сол көрсеткіштер арқылы топырақтардың әртүрінің гумус жағдайларына сипаттама береді. Осыған қарап топырақтың құнарлығы туралы айтуға болады.

Топырақтың түзілген жағдайларының гумификация процесіне және оның қарқындылығына әсері

Топырақ шірінділерінің құрамы. Топырақ микрофлорасының әсерінен барлық өсімдіктер мен жануарлар ағзалары өлген соң, ыдырау процесіне ұшырайды, оның соңғы сатысында органикалық заттардың толық минералдарға айналуы пайда болады.

Органикалық қалдықтар бірден минералдарға айналмайды, ыдырап, олар өте күрделі және ұзақ өзгерістерге ұшырайды. Сондықтан әрбір топырақта органикалық қосылыстардың әртүрлі сатыларындағы олардың белгілі бір әр жағдайындағы ыдырауын байқауға болады.

Топырақтағы органикалық заттардың минералдарға айналуымен қатар гумификация процесі, яғни, гумустың немесе шіріндінің түзілуі жүреді.

Ыдыраудың сипаттамасы мен интенсивтілігі және топырақтағы органикалық қалдықтардың өзгеріске ұшырауы, ыдырайтын заттардың құрамына, сондай-ақ сыртқы орта жағдайына да байланысты болады.

Оңай сіңірілетін органикалық қосылыстар өте тез ыдырайды. Қант, органикалық қышқылдар, спирттер, содан кейін ақуыздар, аминқышқылдар, майлар, пектиндер, гемицеллюлоза, клетчатка, лигнин өте жай ыдырайтындарға жатады.

Органикалық заттардың ыдырауы нақты дәрежеде ылғалға, ауаның болуы және температураға байланысты. Жеткілікті мөлшердегі ылғал мен жылу және ауаның еркін келіп тұратын жағдайында топырақтағы органикалық қалдықтардың өзгеріске түсу процесі өте қарқынды жүреді.

Топырақтағы шірінді ыдырауға қарсы мәнді тұрақтылыққа және сол қарқынмен топырақта жинақталуға қабілетті.

Топырақтағы шірінді 200 жыл бойы зерттелуде. Бірақ, оның табиғаты туралы, түзілуі мен қасиеттері туралы сұрақ әлі толық шешілмеген.

Басты қиыншылық тек оның құрамының үлкен күрделі екендігінде ғана емес, сондай-ақ оның топырақтан таза түрінде бөлінуі мүмкін емес болуында.

Топырақты шірінді құрамында үш топтың қосылыстары болады: гумин қышқылдары, фульво қышқылдары мен топырақ гуминдері.

Онда салыстырмалы түрде үлкен емес көлемде воск – смолаларынан, немесе битумдар мен микробты және өсімдік тектес табиғатына жақын басқа қосымша заттардан тұрады.

Топырақ шіріндісінің осы негізгі топтары көптеген жоғары молекулярлы азот құрамды қышқылдардың компоненттерінен тұрады, олардың элементарлы құрамы топырақ типіне байланысты белгілі түрде варьирленеді.

Топырақ түзуде өте үлкен рөлді гумин қышқылдары мен фульво қышқылдары атқарады.

Гумин қышқылдары қанық боялған заттардан тұрады, олардың құрамында 52-62 % жуық көміртегі, 31-39 % оттегі, 2,5-5,8 % сутегі және 2,6-5,1%-ға жуық азот болады. Одан басқа, оларда өте аз мөлшерде Р, S, Fe, Si, Al және басқа элементтер қатыры жатады.

Гумин қышқылдары негіздік катондармен және сілтілік жер металдарымен өзара әрекеттесіп, гуматамдар деп аталатын тұздар түзеді. Na мен К сілтілік метамдардың гуматтары, сондай-ақ NH4 гуматтары суда жақсы ериді және топырақтан атмосфера тұнбаларымен оңай жуылады. Сілтілік жер металдарының гуматтары, ең бастысы, Са суда ерімейді, суға төзімді қосылыстар түзеді және топырақта жақсы бекітілмейді.

Фульво қышқылдар гумин қышқылдарына қарағанда, құрамында көміртегі аз және оттегі мен сутегі көп болады: олардың құрамында 44-50% көміртегі, 42-48% оттегі, 4,5-6% сутегі мен 2,5-5,5 % азот болады. Әлсіз ерітінділерде бұл заттар әлсіз – сары түсті, ал концентрленгенде – қызыл -сары түстес келеді, осыған байланысты олар «фульво қышқылдар атауын алды. (fulvus -сары).

Фульво қышқылдары күшті қышқылдық реакцияларға ие және суда жақсы ериді: сондықтан олар қарқынды түрде топырақтың минералды бөлігін бұзады. Сондай-ақ зольдің түзілу процесінің дамуында маңызды рөл атқарады.

Фульво қышқылдар сілті катиондарымен және сілтілік жер метандарымен өзара әрекеттесу кезінде тұздар түзеді, ерітіндінің кез келген реакциясы кезінде суда ериді және топырақтың жоғарғы бөлігіндегі судың шықпайтын тотығымен жуылуға қабілетті.

Гуминдер – гумусты заттар топтарын зерттеуге және бөлу үшін өте қажетті болып келеді. Олар топырақ шіріндісінің ең инертті бөлігін сипаттайды.

Гумусты заттардың топырақтың минералды бөлігімен әрекеттесуі нәтижесінде, әртүрлі органикалық – минеральды комплекстер түзіледі, олардың табиғаты әлі толық зерттелмеген.

Гумин қышқылдары мен фульво қышқылдарының қатынасы әртүрлі топырақтарда бірдей емес.

Золь астындағы топырақтан қара топыраққа өту шамасы бойынша шіріндінің жалпы құралы жоғарылайды және онда біртіндеп гумин қышқылдарының құрамы бірнеше төмендейді, нәтижесінде осы екі гумусты заттардың топтары арасындағы қатынасы кеңейеді. Байқалатыны, гумусты қышқылдардың жинақталуы мен түзілуі үшін қажетті жағдай, бір уақытта жалпы шіріндінің жинақталуы үшін жағымды болады.

Мұндай түрдегі табиғи жағдайлар қара топырақта зонада бірден байқалады. Одан оңтүстіктен солтүстікке дейін гумин қышқылдарының құрамы төмендейді, ал фульво қышқыл құрамы жоғарылайды.

Шіріндінің химиялық құрамы топырақ сапасына әсер етеді. Егер шіріндіде гумин қышқылдары басым болған жағдайда, топырақ жақсы қасиеттерге ие болады.

Микроорганизмдер шіріндіні түзумен қатар, сондай-ақ іштен келетін, еріткіш қосылыстардан ішкі өзінің жасушаларынан органикалық заттарды синтездейді. Микроорганизмдер жасушалары өлген соң топырақта қалады.

Осылайша, топырақтың органикалық заттары түсінігі астында әртүрлі қосылыстардың өте күрделі комплексі түсіндіріледі, өзіне енгізілгендерге: 1) ыдырамаған және әлсіз ыдыраған өсімдіктер мен жануарлар қалдықтары, 2) тірі және өлі микроорганизмдердің ақуыздық денесі, 3) топырақ шіріндісі, немесе гумус, 4) органикалық қалдықтардың ыдырауынан пайда болатын әртүрлі аралық өнімдер, 5) өсімдіктердің қиын ыдырайтын құраушы бөлігі, мысалы, дубильді заттар (смолалар, лигнин және басқалар), 6) топырақтың минералды қосылыстарымен органикалық қалдықтардың ыдырау өнімдерінің өзара химиялық әрекеттесуі нәтижесінде түзілетін заттар.

Бұдан көрінетіні, шірінді немесе гумус, органикалық қосылыстардың тұрақты категориясымен сипатталатын және анықталған түрінде топырақта органикалық заттардың тек бір бөлігін құрайды.

Бірақ, көптеген жағдайларда шірінді үлесіне топырақтағы органикалық қосылыстардың барлық құрамының өте көп мөлшерін құрайтыны байқалады. Сонымен, шымды-зольданған топырақтағы органикалық заттардың жалпы мөлшерінің 60-70%-ын гумус құрайды, ал ашық жер мен баспақта -70-80%, қара топырақта – 80-90% болып келеді.

Топырақтағы органикалық заттар туралы сұрақта топырақтың маңызды құраушы бөлігі ретінде шіріндінің мәні зор болады.

Топырақтағы шірінді заттардың өндірістік мәні

Ыдырау кезінде бірқатар күрделі өзгерістерге ұшырайтын олар біртіндеп минералға айналады және топырақты азотты және зольді азықтар элементтерімен байытады.

Осылайша, шірінді заттар, топырақтың өнімділігін арттыруда негізгі жағдайлар мен қажетті минералды қоректік қосылыстарды топырақты түзудің маңызды көзі болып табылады. Бірақ олардың рөлі осымен шектелмейді.

Шірінді заттар, топырақтың бірқатар физикалық, химиялық, биологиялық қасиеттерін жақсартады, сондай-ақ оның өнімділігін арттырады.

Органикалық заттар – маңызды фактор, олар топырақтың құрылымын түзуге негізделеді. Олардың ыдырауы кезінде әртүрлі қышқылдар түзеді, ол қышқылдар топырақтың минералды бөлігінің химиялық желдетілуін тездетіп, оңай қозғалатын өсімдіктің зольді азықтық қосылыстарын түзеді.

Шірінді заттар топырақтың жылу қасиетін жақсартады, бұл қасиеті өсімдіктің дамуы мен өсуіне жағдай жасайды. Шіріндінің ең басты бөлігінің бірі – гумин қышқылы – өсімдіктің дамуы мен өсуін тездетеді.

Топырақтағы органикалық заттар, қоректік материал болып табылады, ал бұдан шығатыны, олар топырақтағы көптеген микроорганизмдердің өмір сүруі үшін қажет.

Топырақта шірінді көп болса, ол микроорганизмдерге бай болады, онда өсімдік үшін қоректік заттардың жинақталуында маңызды рөл атқаратын, биологиялық және химиялық процестер қарқынды жүреді.

Топырақта органикалық заттардың жинақталуы органикалық тыңайтқыштар енгізіп, жасыл тыңайтқыштар мен басқаларды қолданғанда жүзеге асырылады. Кез-келген дақылдардың жемісін жинап болған соң топырақ қабатында тамыр қалдықтары қалады, олар ыдырап, сондай-ақ біртіндеп шіріндіге айналады. Топырақтағы қоректік элементтерді қолдану және сақтау мен қалыптастыру органикалық заттардың ыдырау жағдайының өзгеруіне сәйкес жолмен жүргізіледі.

Сонымен, органикалық заттарды анаэробты ыдырау жағдайына қойып, біз, сонымен оның ыдырауын төмендетуге ықпал жасаймыз, керісінше, топырақта аэробты жағдай жасап, біз органикалық заттардың минералдарға айналуын тездетіп, өсімдікті зольді және азот азығымен қамтамасыз етуді үдетеміз.

Осылайша, органикалық қосылыстардың топырақ түзуде мәні үлкен және алуан түрлі болғандықтан, шірінді мөлшеріне мәнді дәрежеде топырақтың өнім беру (нақты) қабілеті тәуелді болады. Сондықтан топырақтың жалпы салмағынан 1-3% аспайтын, топырақтағы шірінді құрамы бар мұндай зоналарда, жоғарғы және тұрақты өнім жасау кезінде, топырақты органикалық заттар жүйесімен құнарландыру – агротехниканың актульды міндеті.

Топырақтағы органикалық заттардың ыдырауына аэробты және анаэробты процестердің ерекшеліктері

Микроорганизмдердің ең басты екі типіне сәйкес – аэробты және анаэробты және органикалық заттар ыдырауының негізгі екі типі: аэробты және анаэробты бөліп алады. Ыдыраудың аэробты процесі саңырауқұлақ микрофлорасының және аэробты бактериялардың өмір сүруімен, анаэробты процесс – анаэробты бактериялардың өмір сүруінен пайда болады. Бұл екі процесс әрбір топырақта бір уақытта жүреді, бірақ топырақ жағдайының сипатына байланысты бір жағдайда аэробты процесс, ал басқасында – анаэробты процесс басым болады.

Борпылдақ, жақсы желдетілетін топырақтарда барлық уақытта аэробты процесс басым болады. Керісінше, тығыздалған, ауыр немесе батпақты бірдей органикалық заттардың бар болуынан тұратын топырақта анаэробты процестер басым болады.

Әрбір топырақтың жоғарғы бөлігінде, онда ауа еркін енеді, сондықтан, басты түрде аэробты процесс жүреді, төменгі қабаттарда, газ алмасу қиын жерлерінде – анаэробты процесс өтеді. Бұдан басқа, әрбір жекелеген, көп немесе аз нығыздалған топырақ үйіндісінде біруақытта екі мүмкін: үйіндінің ішінде анаэробты, ал жоғарғы бөлігінде – аэробты процесс жүруі мүмкін. Қоршаған орта жағдайына байланысты органикалық заттардың ыдырауы біркелкі жүрмейді, аэробты жағдайларда ол тез, ал анаэробтыда жай жүреді. Аэробты процесс жылу энергиясының түзілуімен, ал анаэробты температура жоғарылауының өзгеруінсіз жүреді.

Дақыл өсімдіктері үшін қолайлы жағдай топырақта тек аэробты және анаэробты процестердің біруақытта дамуы кезінде жасалуы мүмкін.

Екі процестердің қолайлы бірігуі, тек борпылдақ, жақсы желдетілген топырақтарда мүмкін болады.

Топырақтың негізгі құнарлы көрсеткіші қара шірік (қорда) немесе гумус болып табылады. Гумус жеткілікті болғанда өсімдік жақсы өсіп, мол өнім береді. Алайда, кейінгі 40-50 жылдарда (тың жерлерді игеруден бастап) жерді жүйесіз пайдалану гумустың азаюына себеп болып отыр. Оның азаюы ауышаруашылық дақылдардың өнімділігін төмендетеді. Гумустық заттар топырақ микроорганизмдері үшін энергетикалық материал болып та саналады. Сонымен қатар, гумустық заттар топырақтың физикалық-механикалық қасиеттеріне әрі олар арқылы оның су-ауалық және жылулық режимдеріне, биологиялық және сіңірушілік белсенділігіне оң әсер етеді. Жыртылатын қабаттың қалыңдығы орта есеппен, 0,25 м. Ол өсімдік саларда өңделеді. Дәл осы қабаттан топырақты ластаушылар атмосфералық ауаға, өсімдікке түседі, жер бетіндегі су көздеріне тарап, жерасты суына сүзіледі. Топырақтың бұл қабаты өздігінен органикалық қалдықтардан, патогенді микроорганизмдерден, энзогенді химиялық заттардан қарқынды тазарады.

Топырақтың үстіңгі қабатынан басқа оның жерасты суына жақын қабаты да назардан тыс қалмау керек. Өйткені онда органикалық қосылыстар, ағын сулар зарарсызданады, ыза суы мен топырақ ауасының сапасы қалыптасады. Канализация және су жүйелері де, тұрғын үйлер мен мал қораларының іргетасы да осы қабатқа салынады. Топырақ типіне және оның химиялық құрамына өсімдік сипаты, жемшөп пен ауыз судың химиялық құрамы байланысты болады. Топырақтағы барлық қоректік заттар (макро- және микроэлементтер) микробтардың көмегімен өсімдіктер оңай пайдалана алатын түрге айналады.

Гумустың топтық және фракциялық құрамдары және оның топырақ қасиеттеріне әсері

Топырақтың қатты фазасының біршама бөлігі органикалық қосылыстар үлесіне тиесілі. Жыл сайын топырақта өсетін өсімдіктер майда жәндіктер мен микробтар топырақ бетінде, оның қабаттарында көптеген қалдықтар, негізгici органикалық қалдықтар қалдырады. Топыраққа жылма-жыл түсетін өсімдіктер мен өлген жәндіктердің қалдықтары eкi бағытта өзгегеріске ұшырайды. Біріншіден, топырақтағы микроорганизмдердің әсерінен ыдырап, шіріп, жай минералды қосылыстарға ажырайды. Екіншіден, осы организмдер қалдықтары микробтардың әрекетінен күрделі биохимиялық өзгерістерге ұшырап, олардан тұрақты органикалық зат – топырақ қарашіріндici – гумус (немесе қарашірік) пайда болады.

Органикалық қалдықтардың біразы толық ыдырап минералданса, біразы қайтадан топырақта органикалық заттардың осы жаңа күрделі түрге, биохимиялық синтез арқылы қара шіріндігe (гумуске) айналады. Минералдану мен гуминдену пpoцесін микроорганизмдер жүргізеді.

Гумус заттарының түзілуіне көптеген зерттеушілер көңіл бөлген. Oларғa химиялық талдау жасап, мәліметтер жинап, түзілу жолдарын анықтай бастады. Бұл жөнінде ең алғаш көзқарастарын білдірген М. В. Ломоносов, П. А. Костычев, С. П. Кравков, А. Г. Трусов т.б. болды. Гумустың құрылуының жалпы сызбасын кағазға түcipгeн В. Р. Вильямс еді. Ол топырақтың тек кана биологиялық жағына көңіл бөледі. Одан кейін топырақтың гумусының көзі лигнин деген көзқарас туды (Ж. Фишер, 1921, В. Фукс, 1936). Бұл көзқарас бойынша, гумус ешқандай да ерекше құрылым емес, ол лигнин мен протеин комплексі дегенді айтты, ТМД елдерінің топырақтарындағы органикалық заттарды толық зерттеуде, топырақтағы гумустың мөлшерін анықтауды И. В. Тюриннің үлесі ерекше. Ол бұл процестің күрделілігін көрсетті. Бұл ғалымның зерттеулерін М. М. Кононова жалғастырып, гумус заттары – ароматикалық құрылымдардың жеке молекулалары ферменттердің қатысуымен өтетін, конденсация арқылы түзілген заттар екенін ашты. М. М. Кононованың айтуы бойынша, барлық өсімдіктер қалдықтары гумустену кезінде микроорганизмдермен ciңipy жолынан өтедi екен. Л. Н. Александрова бойынша гумификация – органикалық қалдықтардың тузілуі арқасында жоғары молекулярлық қосылыстардың күрделі биофизикалық-химиялық құбылыстар арқылы органикалық түзілімдердің ерекше класы – гумусты түзуі.

Фульво қышқылдар – гумус қышқылдарының гумин қышқылдары тұнғаннан кейін ерітінділерде қалатын тобы. Бұлар да жоғары молекулалық құрамында азоты бар құрылымдар Бұлардың гумин қышқылдарынан біраз айырмашылықтары бар. Фульво қышқылдарының түсі ашық, көміртегі мөлшері төмен суда ериді әрі қозғалғыш келеді. Сондықтан топырақтың органикалық және минералдық қосылыстарын ерітіп, ондағы катиондармен косылып, фульват тұздарын құрайды да, сумен топырақ қабаттарында төмен қарай шайылады. Гумин қышқылдары мен фульво қышқылдары молекулярлық салмағы бойынша бірнеше фракцияларға бөлінеді.

Гумус қышқылдарының көп бөлігін гумин құрайды. Бұл – минералды бөлікпен тығыз байланысып, сілтілермен гидролизденбейтін қышқылдардың қалдығы. Құрамында гумин және фульвоқышқылдары бар.

Топырақтың гумус жағдайлары – органикалық заттардың барлық морфологиялық белгілерінің, жалпы қорларын, қасиеттерінің, олардың түзілу, өзгеру, трансформация және топырақ қабаттарында жылжу көрсеткіштерінің жиынтығы.

Топырақтың гумус көрсеткіштерінің жүйелерін Л. И. Гришина, Д. С. Орлов (1977) ұсынған. Сол көрсеткіштер арқылы топырақтың әртүрінің гумус жағдайларына сипаттама беріледі. Осыған қарап, топырақтың құнарлылығы туралы айтуға болады.

Топырақтағы гумус мөлшерінің азаюы – маңызды экологиялық мәселелердің бірі

Топырақ гумусы өсімдікті азотпен және басқа қоректік элементтермен қамтамасыз етудің ең негізгі қажетті көзі болып табылады. Топырақта қара шіріндінің жиналуына байланысты қоректік элементтердің мөлшері арта, ал олардың ыдырауы топырақ құрамында өсімдікке сіңімді элементтерді көбейте түседі. Демек, гумустың мөлшері топырақ құнарлылығының ең маңызды көрсеткіштерінің бірі болып табылады. Топырақтағы гумус мөлшері ондағы жалпы органикалық заттардың және оның физикалық, химиялық қасиетінің өзгерісінен реттеліп отырады. Өнім жиналғаннан соң, топырақта өсімдік қалдықтарының қалуы (жоңышқа, т.б.) немесе органикалық тыңайтқыштар қолдануы оның құрамындағы қара шіріндінің мөлшерін көбейтіп отырады.

Өкінішке орай, қазіргі уақытта, өсірілген өсімдікпен бірге кететін органикалық заттарды топырақ құрамына қайтару үшін қажетті органикалық және минералдық тыңайтқыштарды жеткіліксіз қолдануға байланысты топырақтағы гумустық түзілу процесi қарқыны төмендей түсіп, топырақтың бiртiндеп азып-тозуы, құнарсыздануы байқалады.

Демек, топырақ тозуының негізгі факторларының бiрi оның құрамындағы гумустың азаю процесі болып табылады. Сондықтан суармалы алқаптардағы егіншілік жүйесінде гумус қорын қажетті деңгейде сақтау және үнемдеу қазіргі таңдағы негізгі өзекті мәселелердің біріне айналған.
ТОПЫРАҚТАРДЫҢ ГУМУС ЖАҒДАЙЫН РЕТТЕУ

Өсімдіктер мен жануарлар қалдықтарының ыдырау процесінде, яғни органикалық заттардың минералдануымен бірге топырақта күрделі органикалық қосындылардың түзілуі – гумификация процесі жүріп, топырақ гумусы немесе қарашірігі жасалады. Топырақ қарашірігінде гумин және ульмин қышқылдары, балауыз, смолалар, витаминдер, фенолдар, антибиотиктер және т.б. болады.

Гумустың ыдырауында көміртегі, нитраттар, фосфаттар және т.б. бөлінеді. Гумустың құрамына 5% дай азот кіреді. Сондықтан қарашірік заттары топырақты күлдік және азот қоректік элементтерімен байытады. Мұнымен қоса, қарашірік заттары топырақтың структурасын түзуде, аэрациясын, жылу режимін, сіңіру қабілетін, су сыйымдылығын, т.б. физикалық, химиялық қасиеттерін жақсартуда басты фактор болып есептеледі.

Әрбір топырақ зоналарында гумустың мөлшері әртүрлі. Ол қара топырақтарда көп, ал оңтүстікке және солтүстікке қарай ауысқан сайын мөлшері кемиді. Мысалы, қара топырақтарда гумус топырақ массасының 8-12, кейде 15 пайызын құрайды. Орманның сұр топырақтарында 3-5 %, сұр топырақтарда 1-3%, құмайт топырақтарда 0,5-1% және одан да аз болады. Гумустық заттар гумустың құрамына кіретін жоғары молекулалы азаотты қышқылдық, органикалық қосындыларға жатады және негізінен коллоидтық түрде (ацидоидтар) болып келеді. Ацидоитар 2 валентті Са,Mg, Fe және 3 валентті Fe, Al катиондарымен коагуляцияланып гельге өтеді (тұнбаға түседі). Гумустық заттар гумус массасының 80-90 пайызын құрайды. Оның құрамына негізгі үш топ қосындылар: гуминдық қышқылдар (гумин, ульмин қышқылдары), гумин және ульмин (топырақтың минеральдық бөлігімен өте берік байланысқан гуминдық және фульвоқышқылдардың кешендері) кіреді.

Академик В. Р. Вильямс гумустың құрамына органикалық заттың үш ыдырау типтеріне жататын үш қарашіріктік қышқылдар (ульмин, гумин және крен қышқылдарды) кіреді деп дәлелдейді.

Ульмин қышқылы шөптесін өсімдіктер қалдықтарының анаэробтық бактериялармен ыдырау (шіру) процесінде түзіледі. Түсі қара қоңыр, суда ериді, құрғағанда, тоңазығанда және уақытқа байланысты (үлкейе-ескіргенде) ерімейтін формаға – ульминге өтеді.

Ульмин қышқылының сілтілік металдармен (К, Na), сондай-ақ аммониймен жасаған тұздары суда ерігіш. Ал сілтілік жер металдарымен (Са, Мg), сол сияқты темірдің, алюминийдің оксидтерімен жасаған тұздары суда ерімейді. Ульмин және гумин қышқылдарының тұздары аэробтық бактериялармен, саңырауқұлақтармен ыдырайды.

Бұл қышқылдың калий, натрий және аммониймен жасаған тұздары суда ерігіш, ал кальций, магний, темір, алюминиймен жасаған тұздары суда ерімейді.

Ульмин және гумин қышқылдары гуминдік қышқылдар деп те аталады. Олардың тұздары сілтілік металдардан басқа әртүрлі металдармен ерімейтін қосындылар жасайды да, топырақта жиналып, соңғысына қоңыр не қара түс береді. Топырақ гумин қосындыларымен қанша бай болса, сонша мойыл қара түс алады.

Крен қышқылы ағаш өсімдіктері қалдықтарының аэробтық саңырауқұлақтармен ыдырау процесінде түзіледі, реакциясы күшті қышқыл, түссіз және суда ерігіш. Крен қышқылы құрамы өзгермесе, суда ерімейтін күйге өтпейді. Крен қышқылының барлық тұздары суда тез ериді. Сондықтан шымды-күлгін топырақ түзілуінде басты рөл атқарады.

Крен қышқылы тотықсызданғанда апокрен қышқылына ауысып, суда ерігіштігін кемітеді. Бұл екі қышқылды фульвоқышқылдар дейді.

Топырақ түзілуінде гумустың 60-70% құрамын жасайтын гуминдік қышқылдардың және фульвоқышқылдардың маңызы зор. Гуминдік қышқылдардың пайыздық элементарлық құрамы:
Н – 2,8 – 5,8; 0 – 31 – 39; С – 52 – 62; N – 2,6 – 5,1.
Гуминдік қышқылдардың сілтілік жер металдарымен жасаған тұздарын гуматтар дейді. Мұнда калийдің, натрийдің, аммонийдің гуматтары суда ерігіш, атмосфералық қалдықтармен топырақтан тез шайылып кетіп отырады. Ал кальцийдің, магнийдің гуматтары суда ерімейді, берік гельдер жасап топырақта жиналады.

Фульвоқышқылдары (грекше фульвос – сары) гуминдік қышқылдардан көміртегі аз болуына, суда, спиртте, сілтіде тез еритіндігіне қарай ерекшеленеді. Аз концентрацияда түсі әлсіз сары, күшті концентрацияда қызғылт сары. Элементарлық құрамы пайызбен:
Н – 4,6 – 6,0; 0 – 42 – 48; С – 44 – 50; N – 2,5 – 5,5.
Сонымен, қарашірік топырақтың органикалық затының ең маңызды бөлігі екен. Онда жасырын қор – потенциалдық формада күн сәулесінің энергиясы жинақталған. Қарашірікте өсімдіктердің негізгі қоректік элементтері С, N, Ca, К, Mg, Р және т.б. ұзақ уақыт сақталады. Қарашіріктің микробиологиялық ыдырауында одан С, СО₂, нитраттар, фосфаттар, сульфаттар босайды. Органикалық зат топырақтың физикалық, химиялық және биологиялық касиеттерін жақсартып, құнарын арттырады, ұсақ кесекті структура жасайды. Топырақтың органикалық заты топырақ микроағзалардың интенсивті тіршілігі үшін қоректік орта болып есептеледі. Сондықтан топырақта қарашірік қанша көп болса, сонша микроағзалар да көп болады, биохимиялық, микробиологиялық процестер күшті жүреді. Олардың 1 г топырақтағы саны күлгін топырақта 300 миллионнан, қара топырақта 3 миллиардқа жетеді.

Топырақтың органикалық затының жиналуын реттеу органикалық тыңайтқыштарды (көңді, компостарды, жасыл тыңайтқыштарды) енгізу, далалық шөп себуді, химиялық мелиорацияны (қышқыл топырақтарды әктеуді, сортаң топырақтарды гипстеуді) және топырақты дұрыс баптауды, т.б. қолдану арқылы жүргізіледі.

Гумустың негізгі бөліктерінің ерігіштігі әртүрлі болғандықтан, оларды тиісті реактивтермен экстракциялап (лат. экстрарере – шығару, сығу) бөледі. Сулық және сілтілік сығындыларды кезекпен қолдана отырып, гумусты төмендегі құрамдарға бөлуге болады.

1) суда еритін гумустық қосындылар (фульвоқышқылдар және олардың тұздары);