Дәріс 4. Топырақтың гронулометриялық (механикалық) құрамы және оның маңызы

1.Топырақтың механикалық құрамының биологиялық, физикалық, химиялық қасиеттеріне әсері.

Топырақтың механикалық құрамының топырақ түзуде, топырақты ауыл шаруашылығы және басқа мақсаттарға пайдалануда маңызы зор.

Топырақтың механикалық құрамы мен оның кеуектілігі, су сыйымдылығы, ылғал өткізгіштігі, ылғалды жоғары көтеру қасиеті, коректі заттарды жинау мүмкіншілігі, ауа – жылылық режимдері сияқты қасиеттері тығыз байланысты.

Құмды және құмдақ топырақтардың құрылымы (структурасы) нашар келеді әрі әртүрлі ірілікті бөлшектерден тұрады. Ылғалды жақсы өткізеді, қолайлы ауа – жылу режимдері болады. Мұндай топырақты өңдеу де өте оңайға түседі. Бірақ та бұл топырақтар қоректік заттарға және карашірікке кемшіл болады, себебі олар ылғалмен жуылып-шайылып кетеді де онда өсімдіктер сирек өсіп, жөнді қалдықтар қалдырмайды. Ал балшықты топырақтар, керісінше, ылғалды аз өткізеді, су сыйымдылығы мол, ылғал бергіштігі, ауа режимі нашар болады. Бұл топырақтарды жырту да оңайға түспейді. Дегенмен, бұл топырақтар қоректік заттарға бай, құнарлы келеді.

Ауыл шаруашылығына пайдалануға ең қолайлы топырақтар - құрамында құмды түйіршіктер мен балшықты түйіршіктер кабаттасып келетін құм-балшықты топырақтар. Бұл топырақтарда құмды бөлшектер мен балшықты бөлшектердің пайдалы қасиеттері үйлесе келіп, топырақтың ылғал – ауа режимдерін жақсы ұстап, топырақ құнарлылығын арттырады.

3.2. Топырақтың гронулометриялық (механикалық) құрамының топырақтарды түзудегі маңызы
3.2.1. Топырақтың механикалық құрамы, механикалық элементтердің жіктелуі, топырақтың гронулометриялық құрамы бойынша жіктелу

Қатты топырақ бөліктерін микроагрегаттар және макроагрегаттар құрайды. Икроагрегаттар топырақтың элементарлы өте майда бөлшектерінің бір-бірімен қабысып, желімденуі арқылы құрылады. Мұндай қабысу және желімдену топырақтағы физикалық, химиялық және биологиялық процестердің нәтижесінде өтеді. Агрегаттардың диаметрлері әдетте 0,25 мм-ден кіші болады. Макроагрегаттар микроагрегаттардан және элементар топырақ бөлшектерінен құралады, бұлардың диаметрі 0,25 мм – ден үлкен болады.

Топырақтың элементар бөлшектері әртүрлі дәрежеде бөлшектенеді. Олардың диаметрі миллиметрдің он мыңнан бір бөлігінен бірнеше миллиметрге дейін, кейде сантиметрге дейін жетеді. Топырақ бөлшектерінің өлшемдеріне оның физикалық, физикалық-химиялық қасиеттері тәуелді болады.

Сондықтан топырақты оның элементар түйіршіктеріне байланысты жіктеу (классификациялау) қажет. Барлық түйіршіктерді олардың өлшемдеріне (размерлеріне) байланысты топтарға немесе фракцияларға біріктіреді. Осы фракциялардың пайыздан үлесі топырақтың механикалық немесе гранулометрлік құрамы деп аталады.

Қазіргі кезде Качинскийдің элементар топырақ түйіршіктерінің классификациясы қолданылады (3-кесте).

3-кесте

Качинскийдің классификациясы

Топырақ түйіршіктерінің диаметрі, мм	Механикалық фракциясы	Фракциялар тобы
0,0001 0,0001-0,0005 0,0005-0,001 0,001-0,005 0,005-0,01	коллоидтар жұқа тұнба қалың тұнба майда шаң орташа шаң	физикалық саз
0,01-0,05 0,05-0,25 0,25-0,05 0,50-1,00	ірі шаң майда құм орташа құм ірі құм	физикалық құм
1,00-3,00 3,00-10,00 10,00	шағал тас бөлшектер тастар	топырақтың тас бөлігі

Осы ғалымның зерттеуіне сәйкес топырақтар өзінің механикалық құрамына қарай төмендегі топтарға бөлінеді.

Тастар, тас бөлшектері, шағал, тау жыныстарының сынықтары болғандықтан оның құрылымын, қасиеттерін сақтайды, олар топырақтың физикалық қасиеттеріне әсер етеді.

Құм – (түйіршіктердің диаметрі 1-0,05мм) топырақтың аз жылжитын бөлігі. Ол негізінен кристалды кремний қышқылдарынан құрылады, кейбір жағдайда слюда пластинкалары мен басқа минералдардың сынықтарынан құралады. Химиялық реакцияларға қатыспайды десе де болады, өсімдіктер үшін қоректік зат емес, бірақ топырақтың физикалық қасиеттеріне әсерін тигізеді. Құм-силикаты тау жыныстарының механикалық үгітілуінің нәтижесінде пайда болады.

Шаң – (түйіршіктердің диаметрі 0,05-0,001мм) тұрақты кристалды және аморфты кремний қышқылдарынан тұрады. Шаң фракциясы салыстырмалы түрде алғанда топырақтың инертті бөлігі. Химиялық және физикалық процестер бұл фракцияда нашар жүреді.

Тұнба – (түйіршіктердің диаметрі <0,001 мм) – бұл топырақтың ең белсенді және жылжымалы сазды бөлшегі. Тұнба құрамына минералдық және аз мөлшерде органикалық заттар кіреді. Бұл фракцияның түйіршіктері бір-бірімен жақсы байланыста болады, серпімді келеді.

Топырақтың механикалық құрамы Н. А. Качинскийдің классификациясы бойынша анықталады. Бұл классификацияның негізі топырақ түйіршіктерін физикалық саз (түйіршіктері <0,01) және физикалық құм (түйіршіктері >0,01мм) деп бөлу болып табылады.

Бірақ топырақтың механикалық құрамы бойынша оның физикалық қасиеттері жайында жуықтап қана айтуға болады. Топырақтың механикалық элементтерінің (фракцияларының) құрылымы оның қасиеттерінің жиынтығын бермейді. Мысалы, тұнба нашар су өткізгіштігімен және судың капиллярмен жылжуының нашар байқалатындығымен ерекшеленеді. Кальциймен және темірмен қаныққан соң тұнба топырақ құрылымының маңызды факторына айналады. Яғни топырақтың ең қолайлы физикалық қасиеттерін құруға себепші болады. Табиғатта топырақтың механикалық құрамының алуан түрлілігі байқалады, Механикалық құрамы ұқсас немесе бірдей топырақтар физикалық қасиеттері жағынан бір-бірінен едәуір алшақтануы мүмкін. Топырақтың қасиеттеріндегі үлкен алшақтық микроагрегаттық құрамының әртүрлілігімен түсіндіріледі. Микроагрегаттарды микроагрегаттық анализ арқылы фракцияларға бөледі.

Топырақтың микроагрегаттарды құру қабілеті тұнбаның мөлшеріне байланысты болады. Микроагрегаттық анализ кезінде алынған тұнба мөлшеріне қатынасы дисперстік коэффициент деп аталады. (Н. А. Качинский бойынша). Осы қатынас үлкен болған сайын топырақтың агрегаттар құру қабілеті азайып, топырақтың микроқұрылымы беріктігін төмендетеді. Қара топырақтың дисперстік коэффициенті 10% дан аспайды, ал сортаң топырақтарда осы көрсеткіш 60-80%- дан асуы мүмкін.

Топырақтың микроагрегаттық құрамы – динамикалық шама, осыған орай оның негізгі физикалық қасиеттері де өзгермелі, үнемі қозғалыста болады.

Оның толығырақ атын басым және серіктес фракцияның (саз тұнба, орташа және майда шаң, ірі шаң және құм) анализ нәтижелеріне сүйене отырып анықтайды. Басым фракция механикалық құрам атауының соңына жазылып, оның жетекшілік маңызын көрсетеді. Мысалы, орташа саздақты, шаңды – тұнбалы топырақ және т.т.

Уақыт өте келе топырақтың механикалық құрамы ауырлану жағына қарай өзгереді, ал элювиальдық қабатта (А₂) ол салыстырмалы түрде алғанда жеңілдейді. Бұған осы қабаттан жұқа дисперсті бөліктің төменге қарай шайылуы себеп болады. Механикалық құрамға топырақтың сулық, физикалық және физикалық-механикалық қасиеттері бағынышты болады. Мысалы құмды және құмдақ топырақтар әдетте, құрылымсыз келеді, бірақ бұл топырақтарда қолайлы ауа және жылу тәртібі бар. Су өткізгіші жақсы, бірақ ылғал сиымдылығы нашар келеді. Топырақ өңдеуші құралдарға аз кедергі жасайды. Сонымен қатар, бұл топырақтар өсімдіктерге қажетті қарашірікке, азотқа, күлдік қоректік элементтерге кедей, сондықтан басқа топырақтарға қарағанда, тез құнарсызданып, тыңайтқыштар енгізуді қажет етеді.

Саз топырақтар керісінше, күлдік қоректік элементтерге байлығымен, ылғал сиымдылығының жоғарылығымен, су өткізгішінің, су қайнатуының ауа алмасуының нашарлығымен және қолайсыз жылулық қасиеттерімен ерекшеленеді. Бұл топырақтар топырақ өңдеуші құралдарға үлкен кедергі жасайды. Бұл топырақтарда суды және ауаны нашар өткізетін қабық жиі пайда болып тұрады.

Жеңіл және орташа саздақты топырақтар қасиеттері және құрамы бойынша жоғарыда аталған топырақтардың ортасынан орын алады. Бұл топырақтар – ең жақсы топырақтар болып табылады.

3.3. Топырақтың механикалық құрамының биологиялық, физикалық, химиялық қасиеттеріне әсері
Топырақ жамылғысы өзінің физикалық-механикалық қасиетіне байланысты, ауадағы зиянды заттектерді өзіне сіңіріп, өзінің құрамында екіншілік ластану көздерін қалыптастыруға бейім геологиялық ортаның, ұзақ мерзімдік зиянды заттектерді тасымалдайтын орта болып табылады. Ластанған топырақтың табиғи ортада қалпына келуі жүздеген жылдарға созылады, ал жасанды жолмен қалпына келтіру – күрделі жұмыстарды жүргізуді қажет етеді. Топырақтың мұнай өнімдері және бұрғылау ерітінділерімен ластануы локальды дәрежеде байқалады. Бірақ жоғары дәрежеде ластанса, топырақ құнарсыз, асфальт тәрізді массаға айналуына байланысты өте қауіпті. Ең күрделі экологиялық проблемалардың біріне литосфераның мұнай өнімдері және ауыр металдармен ластануы жатады.

Мұнаймен ластану кезінде топырақтың құнарлығын және экологиялық қызметін анықтайтын, оның барлық морфологиялық, физикалық, физикалық-химиялық, биологиялық қасиетіне ықпалын тигізеді. Мұнаймен ластану кезіндегі топырақ қасиетінің өзгеруі, сондай-ақ оның миграциялану процестері аккумуляциялануы метоболизмі төгілген мөлшеріне, физикалық-химиялық құрамына, топырақтың климаттық және ландшафтық жағдайына, биохимиялық кедергілерге, топырақ профиліндегі миграция каналдарына байланысты болады.

Мұнайдың топырақ қабатына сіңу тереңдігі мұнай құрамы мен топырақтың механикалық құрылымына байланысты жүреді. Топырақтың морфологиялық белгілерінің өзгеруі өзімен бірге, физикалық қасиеттерінің өзгеруіне әкеліп соқтырады. Топырақтың мұнаймен ластануы, мұнай өнімдері сіңген горизонттарда органикалық заттектердің жалпы құрамын күрт арттырады. Ластану кезіндегі топырақтың физикалық қасиеттерінің өзгеріске ұшырауының нәтижесінде, мұнай топырақтағы ауаны ығыстырып, судың, қоректік заттектердің түсуі бұзылады. Бұл – өсімдіктердің өсуін баяулатып, олардың жойылуының бірден-бір себебі болып саналады. Мұнаймен қаныққан топырақтың ылғалды сіңіру және ұстап тұру қабілеттері бәсеңдеп, ластанбаған топырақпен салыстырғанда – ылғалдылықтың, су өткізгіштіктің, ылғал сыйымдылығының төменгі мәндері байқалады. Топырақ қышқылдылығының өзгеруі, бәрінен бұрын мұнайдың сапасы мен оның құрамындағы минералдылығы жоғары қабат суларына байланысты морфологиялық ерекшеліктері келесі қабаттармен сипатталады. Гумусты горизонттың қалыңдығы 35 см аспайды, олардың құрылымдары берік емес, түйіршікті келеді. Горизонттарда нығыздалу байқалады, бұл тұздылық мөлшерінің аз екендігін көрсетеді. Механикалық құрамы бойынша топырақ – сазды, тез еритін тұздар 80–100 см тереңдікте кездеседі, сіңіру сыйымдылығы 15–25 мг.экв/100 г. топырақты құрайды. Шабындық жерлердің топырағы – гумусты горизонттардың қуаттылығымен сипатталады. Жоғары горизонтта 1,5-3,5% гумусты құрайды. Гуматты фульваттардың құрамы 4,2%, азот – 0,07- 0,0061 %, фосфор – 1,3-0,9%, қозғалмалы элементтер: топырақта азот – 1,4-0,8, фосфор – 3,0-4,7 және калий 29-52 мг/100 г. топырақ ерітіндісінің рН 7,5-8,5. Зерттеу нәтижелері ластанған топырақ буферлігінің төмен екенін көрсетті.

Сіңірілген негіздердің құрамында кальций мен магнийдің мөлшері басым. Жауын-шашынның аз түсуіне байланысты, құрылым түзуі – әлсіз және осы топырақ горизонттарының тығыздығының жоғары болуына байланысты топырақ аз ылғалданады. Жауын-шашын көп жауатын кезде ылғалдану тереңдігі 50 см-ден аспайды.

1. Топырақтың механикалық құрамы деп нені айтады?

2. Топырақтарды механикалық құрамына байланысты топқа бөлуін айтыңыз.

3. Топырақтың гронулометриялық құрамы бойынша жіктелуі.

4. Құм деген не?

5. Шаң деген не?

6. Тұнба деген не?

7. Топырақтың микроагрегаттарды құру қабілеті қандай?

8.Топырақ жамылғысы өзінің физикалық-механикалық қасиетіне байланысты қалай анықталады?

9. Мұнаймен ластану кезінде топырақтың құнарлығы және экологиялық жағдай қандай болады?

1 Топырақтың минералогиялық құрамы.

2 Қазақстан топырақтары туралы мәліметтер

3 Топырақтың минералогиялық құрамының қалыптасуы

Туынды минералдар қарапайым тұздарға, гидрототықтардан, тотықтарға және саз минералдардан тұратын топтарға бөлуге болады. Қарапайым тұздар түріндегі минералдарға: кальцит (СаСо₃), доломит [СаМg(Со₃)₂], сода (Na₂Co₃), гипс (CaSo₄ 2H₂O), магнезит (MgCo₃), галит (NaCl), фосфаттар, нитраттар жатды. Тұздану дәрежесі осы тұздардың мөлшеріне байланысты келеді.

Бұл тұздар топырақта құрғақ климат жағдайында жиналады. Темірдің, алюминийдің, күкірттің, марганецтің тотықтары түріндегі минералдар бастапқы минералдардың мүжілуі нәтижесінде пайда болады.

Алюмосиликаттар және ферросиликаттар, каолиниттер, гидрослюдалар, монтмориллониттер саздың құрамдас бөлігі болып табылады. Сондықтан осы минералдар бар топырақтар сазды топырақтар деп аталады. Олар күшті дәрежеде уақталған, желімдеушілік қасиеті бар, яғни құрылымы жақсы, сіңіру қабілеті де жоғары. Осы саз минералдардың мөлшеріне топырақтың жабысқақтығы, су өткізгіштігі, ісінгіштігі ылғал сіңірімділігі тікелей байланысты келеді. Топырақ құрамындағы туынды минералдардың мөлшеріне өсімдіктердің қоректенуін қамтамасыз ететін топырақтың құрылымы, химиялық, физикалық, сулық, ауалық қасиеттері, құнарлығы тікелей байланысты болады.

Топырақтың қатты фазасының химиялық құрамы да топырақ түзуші жыныстардың құрамына сәйкес келеді. Топырақта кремний тотығы SiO_2, органогендік элементтер С, Н, О, N, P, S, K, Ca, Mg көп мөлшерде кездеседі. Соңғылары өсімдік қорегінің көзі болып табылады және топырақ құнарлығы солардың мөлшеріне байланысты болады. Өсімдіктердің қоректенуінде азот, фосфор, калий үлкен рөл атқарады. Азот топырақта нитраттар және аммоний тұздары түрінде кездеседі. Ол топырақ ауасының және гумустың (қарашіріктің) құрамына кіреді. Азоттың көптеген қосындылары өте жылжымалы, оңай шайылады. Топырақтағы азоттың, фосфордың, калийдің жетіспейтін бөлігін минералдық және органикалық тыңайтқыштар арқылы енгізеді.

Топырақта өсімдікке зиянды: хлор, натрий, марганец, алюминий, магний сияқты улы элементтер де бар. Олардың мөлшері көп болса, топырақты тұздандырады. Топырақта микроэлементтер де: бор, молибден, цинк, кобальт, йод бар. Бұлар маңызды физиологиялық, биохимиялық рөл атқарады. Топырақта аз мөлшерде радиоактивті элементтер кездеседі. Радиоактивті элементтер топыраққа табиғи және жасанды радиактивтілік береді. Топырақтың табиғи радиактивтілігі оның құрамындағы уранның, торийдің, радийдің мөлшеріне байланысты. Жасанды радиоактивтілік адамның атом энергиясын пайдалануынан туындайды.

Гидротациялану (сулану) – сусыз минералға су молекуласының қосылуы. Бұл құбылыс тотықты алғашқы минералдардың сумен қосылып, үгілудің нәтижесінде екінші минералдарға айналады. Мысалы:

гетит – Ғе,0₃+Н₂0=2Ғе0(0Н);

гидрогетит – 2ҒеО(ОН)+Н₂0=Ғе₂0(ОН)_2;

лимонит – Ғе₂(ОН)₂+п-Н₂0=2Ғе(ОН)₃ п-Н₂0.

Тотығу. Үгілу кезінде алғашқы минералдар ішіндегі тотықпаға минералдар тотығады. Ондай минерал жоғарыда сипатталған темір сульфиді.

2ҒеS₂+70₂+2Н₂О=2Ғе50₄-Н₃S0₄ одан әрі ҒеS0₄+0₂-Н₂0 =Ғе(ОН=Н₂S0₄, одан әрі Н₂S0₄+СаАІ₂Sі₂0₈+4Н_гО=Н₂АІ₂Sі0₈2Н₂0 +СаS0,-2Н₂0, яғни бөлінген күкірт қышқылы алғашқы минералмен реакцияға түсіп, ондағы негіздің орнына сутегі ионы барып, екінші минерал каолин балшығын түзеді. Күкірт қышқылы басқа силикаттармен реакцияларға араласқанда тағы да басқа екінші әрі күкірт қышқылы тұздары түзіледі. Ол жағдайлар одан әры реакцияға жол ашады.

Ыдырау құбылыстары және ыдыраған заттардан екінші минералдардың синтезделуі көптеген балшықты минералдардың түзілуіне әкеледі.