Топырақтың физикалық қасиеттері

Топырақ әртүрлі мөлшердегі бөлшектерден тұратын дисперсті табиғи дене, сол себепті оның физикалық қасиеттері тығыз денелердің қасиеттерінен айырықша. Топырақта барлық кеңістік қатты бөлшектермен толтырылмаған, олардың арасында су, ауа, микроагзалар болатын кеуектер бар.

Топырақтардың физикалық қасиеттері және онда жүретін физи­калық үрдістер топырақтың түзілу үрдісіне, топырақтың құнарлылығына, өсімдіктердің өcyiнe және дамуына зор әсер етеді Физика­лық қасиеттер барлық уақытта физикалық, химиялық, физикалық-химиялық және биологиялық үрдістердің әсер етуінен, сонымен бipre адамдар жүргізетін агротехникалық шаралар әсерінен өзгеріп отырады.

Топырақ физикасының негізін қалаушылар П.И. Костычев, А.А. Измайльский, Г.Н. Высоцкий, В.Р. Вильямс және басқалар. Топырақ физикасын дамытуда үлкен ролді Н.А. Качинский, В.В. Квасников, А.Ф. Лебедев, А.А. Роде және т.б. атқарды.

Топырақтардың физикалық қасиеттері негізгі және функционалдық болып бөлінеді. Негізгі өз кезегінде - жалпы физикалық және физикалық-механикалыққа; ал функциональдық - сулық, жылулық, ауалық болып бөлінеді.

Топырақтың жалпы физикалық қасиеттері.

Топырақтың жалпы физикалық қасиеттеріне көлемдік салмақ, меншікті салмақ, кеуектілік немесе саңылаулылық жатады.

Топырақтың көлемдік салмағы қарашірікті горизонттарда өте аз болады - әдетте 1,0-1,2 г/см³, орман төсенішінде және шымтезекте 0,2-0,4 г/ см³ дейін түседі, төменгі минералдық горизонттарда 1,4-1,7 г/см³ дейін өседі. Едәуір көлемдік салмақ батпақтанған то­пырақтың глейлі горизонттарында - 1,7-1,9 кейде 2 г/см³-ке дейін байқалады.

Ipi туйіршікті шымды құмдауыт топырақтың көлемдік салмағы 1,8-ге, ал меншікті салмағы 2,65 тең; кәдімгі қаратопырақта 10% қарашірінді болады, соған сәйкес 1,04 және 2,37. Көптеген топырақтардың орташа алғандағы меншікті салмағы 2,5 - 2,7-ге тең, ал көп қарашірікті жоғарғы горизонттарда - 2,4-2,6.

Көлемдік және меншікті салмақтардың үлкен мәні бар; олардың көмегімен топырақтардың кеуектілігі, кеуектердегі ауаны, су қорын және қоректік заттар қорын анықтайды.

Кеуектілік немесе саңылаулылық (Н) деп топырақтардағы кеуектердің жалпы көлемі және белгілі көлемдегі берік топырақ бөлшектері мен түйіршіктер структурасындағы бос аралықтарды атайды. Кеуектілік табиғи құрылымын бұзбай алынғаннан топы­рақтың жалпы көлемінің пайызбен өрнектелген мәні.

Кеуектілікке топырақтың структурасы үлкен әсер етеді. Ceбeбi топырақ структурасындағы структуралық түйіршіктердің өзінде және олардың арасында да кеуектер бар. Көптеген зерттеушілер анықтағанындай, кеуектілік структуралық топырақтарда структурасыздарға қарағанда 1,5 есе жоғары. Топырақтардың өте жоғары кеуектілігі жоғарғы (қарашірікті) горизонттарда 55 - 70% тең, ал шым-тезектер мен орман төсеніштерінде - тіпті 90 %. Тереңдеген сайын кеуектілік кемиді. Жоғарғы горизонттардың кеуектілігі қарашірік құрамымен, структура болуымен, өсімдік тамырлары мен қазғыш жәндіктердің әсер етуімен айқындалады.

Кеуектілікке топырақтардың механикалық құрамы да әсер етеді. Кеуектілік балшықта 50 - 55%-ға тең, саздақта 50 - 40%, құмда - 30 - 35%. Топырақтардың глейлі горизонттарында кеуектілік өте төмен – 25 - 30%. Топырақтың жалпы кеуектілігі топырақтың меншікті және көлемдік салмақтарының мәндері бойынша (топырақтың жал­пы көлемінен пайыздық мөлшері) анықталады.

Топырактың физикалық-механикалық қасиеттері

Топырақ өңдеу үрдісінде ауыл шаруашылық құрал-жабдықтарының әсер етуіне байланысты топырақ едәуір өзгерістерге ұшырайды да, ауыл шаруашылық өсімдіктерінің өнімділігіне ықпал етеді.

Топырақтың физикалық-механикалық, қасиеттеріне байланыстылығы, илeнгiштiгi, iciнyi, жабысқактығы, сығылуы, тығыздығы және жетілуі жатады.

Топырақтың байланыстылығы - топырақ бөлшектерін меха­никалық күштердің ажыратуына кедергі жасайтын топырақ кабілеті. Ол топырақ бөлшектерінің арасындағы байланысу күштерінен туындайды, мұнда ерекше үлкен ролді коллоидты бөлшектер атқарады. Топырақтардың байланыстылығы оның ылғалдылығы мен механи­калық құрамына тәуелді. Мысалы, балшықты топырақтарда ылғалдылыктың жоғарылауынан байланыстылығы азаяды да, олар жаңа қасиет - иленгіштікке ие болады. Балшықты топырақ құрғақ күйде жоғарғы байланыстылыққа ие.

Құмдауыт топырақтар, керісінше, ылғалы жоғарылағанда бipaз байланыстылыққа ие болады. Ауыр балшықты, саздық топырақтар­да қарашірік байланыстылықты кeмiтeдi, ал жеңіл құмдақтарда - жоғарылатады. Кейбірлерде сіңірілген натрий катионы байланыстылықты қатты жоғарылатады; иллювиалды-кебірлі горизонт құргак жағдайда тас сияқты қатып қалады да, күрекпен қазуга келмейді. Топырақ структурасы байланыстылықты кемітеді. Структуралы топырақтар әдетте қопсыған болады.

Топырақтың байланыстылығы оның үзілуге, мыжылуға, майысуға кедергісінің мәнін өлшеумен анықталады және 1 см²-граммен өрнектеледі. Мысалы, қаратопырақтың байланыстылығы 12 – 16 % ылғалдылық кезінде сығылуға қарсылық мәні бойынша 1080 г/см²-ге жетеді, 21-23% ылғалдылықұ кезінде - 61,8 г/см². Ылғалдылық өскен сайын балшықты қаратопырақтың байланыстылығы барлық көрсеткіштері бойынша төмендейді. Топырақтың байланыстылығы өндеу сапасы мен машиналарға, өңдеуші қондырғыларға, жекелей алғанда соқаға кедергі келтіреді.

Топырақтың иленгіштігі - деп ылғалды жағдайда илеyi мен оған берілген форманы сақтау қабілеттілігі. Бұл қасиетке тек саздақ және балшықты топырақтар, аздап - құмдақ топырақтар ие, құмдауыт топырақтар иленгіш емес. Құрғақ жағдайда топырақтың иленгіштік қасиеті болмайды. Топырақтың иленгіштік дәрежесі оның механикалық құрамына, ең бастысы лайлы тұнба құрамына тәуелді.

Топырақтардың иленгіштігі ылғалдылықтың белгілi бip аралығында байкалады. Ылғалдылықтың жоғарғы (топырақ аға бастайды) және төменгі (жіпше тәріздес оралуы тоқтай бастайды) ылғал­дылық арасындағы айырмашылық иленгіштік саны деп аталады. Бұл сан жоғары болған сайын иленгіштік те жоғарлайды. Жоғары иленгіштік бар топырақтардағы иленгіштік саны 17-ден көп, саздықтарда 17-7; құмдақтарда 7-0; құмдарда - 0.

Құрғақ топырақтарда жабысқақтыкқ қасиет жок. Топырақтың ылғалдылығы жоғарылаған сайын оның жабысқақтығы да жоғарылайды, топырақтардың жабысқақтығы шамамен суға 90% дейін толық қанығуына дейін жоғарылайды, ал одан кейін азая бастайды да, топырақ агатын күйге ауысады.

Жабысқақтық мәні өңдеу құралдарынан топырақты бөліп алу үшін керек болатын күшпен, 1 см² граммен өлшенеді. Ауыр батпақты топырақтарда бұл мән 300 - 350 г/см⁷ жетеді.

Жабысқактық топырақты өңдеуде үлкен кepi әсерін тигізеді. Құралдарға топырақтың жабысуы нәтижесінде тарту кедергісі ұлғаяды, топырақты өңдеу қиындап, eгicтік сапасы төмендейді.

Тәжірибелі жер өңдеушілер топырақтың физикалық жетілуін және жырту уакытын дәл анықтауды үйренген. Топырақтың фи­зикалық жетілу мерзімін анықтау үшін, колға бipaз топырақ алып сығамыз да, жасалған кесекті жерге тастаймыз. Егер кесек шашылмаса, онда ылғалдылық әлі көп, жыртуға әлі ерте, егер шашылып кетсе, онда бұл жырту уақыты келгенін көрсетеді. Бұл кезде топы­рақтың механикалық құрамын ескеру керек, бірдей ылғалдылықта құмдақ топырақ кесегі саздақ кесегіне қарағанда тез шашылады. Егер алынған топырақ үлгісін қолмен қысқан кезде кесек жасалмаса бұл топырақтың кеуіп кеткенін және жырту кезі өтіп кеткенін білдіреді.

Құрғак топырақтың тығыздығы өте жоғары. Тығыздық топы­рақтың тартылу кедергісінің мәніне ықпал етіп, өсімдіктің өсуіне біршама әсер етеді. Тығыз топырақта тамырлардың таралуы және өркендердің жер бeтiнe шығуы қиындайды. Механикалық құрамы ауыр, структурасыз, аз қарашірікті және құрамында сіңірілген на­трий бар топырақтардың тығыздығы өте жоғары.

Топырақтың сығылуы дегеніміз, оның кебуі кезінде көлемінің кішіреюі. Ылғалданған кезде қатты iciнeтін топырақтар, кепкенде көлемі біршама кішірейеді. Сығылу мөлшері топырақтың ылғалдану дәрежесіне, құрамындағы коллоидтық бөлшектерге, ауысу катиондарының құрамына тәуелді. Сығылу көбінесе структурасыз, на­трий катиондарымен қаныққан балшықты және саздақ топырақтар­да кездеседі. Құмдауыт топырақтардың сығылу қасиеті болмайды.

Сығылу - қажетсіз құбылыс, ceбeбi оған байланысты жарықшақтар пайда болып, топырақтағы ылғал буланып кетеді. Топы­рақ жарылғанда өсімдіктердің тамырлары үзіліп кeтyi де мүмкін.

2. 
   Топырақтың ылғалы, су қасиеттері. Гидрологиялық константалары. Топырақ ылғалдың түрлері.
   

Өсімдік дамуында және топырақ кескінінің қалыптасуында ерекше маңызды температуралық, су-ауа, қорек, биохимиялық және термоэнергетикалық топырақ режимдері.

Топырақта су өте маңызды роль атқарады. Ол физикалық және химиялық бұзылуға, микробиологиялық үрдістерге қатысады, өсімдіктердің қоректік заттарының epiткiшi болып табылады және дәндердің eнyi алдындағы iciнyiнe қажет. Су өсімдіктердің өздерінің құрамына да кipeдi. Өсімдіктердің 40—70% - тi, ал жасуша протоплазмасының 53—60% - тi судан турады. 1 кг құрғақ зат (ағаш cүperi, діңі, сабан, т.б.) жасап шығару үшін өсімдік 300-ден 1000 литрге дейін, кейде одан да көп су шығындайды. Судың жоқтығы немесе аздығы да өсімдіктердегі қopeктiк элементтердің жетіспеушілігі кезіндегідей зиянды әсерін тигізеді.

Топыраққа түсетін судың ең маңызды көзі атмосфералық жауын-шашын. Олардың мөлшері мен жер бетінде таралуы климатқа, жер бедеріне, әр жылдын метеорологиялық жағдайларына тәуелді. То­пыраққа атмосферадан жауын-шашын ретінде келген ылғал топы­раққа толық түспейді. Бip бөлігін өсімдіктер сіңіреді, екінші бөлігі жылға, өзен, көл, теңіздерге ағып кетеді. Ылғалдың екіші көзі атмосферадағы бу күйіндегі ылғалдың топырақ бeтi мен жоғарғы қабаттарында конденсациялануы. Дегенмен, бұл құбылыстың сандық мәні көбінесе төмен.

Топырақ ылғалдылығын (Ы) екі көрсеткішпен сипаттайды - абсолюттік және салыстырмалы ылғалдылық.

Өнімді ылғалдылық қорын мына формула арқылы есептейді:

W = 0,1 ҚС-һ(Ыабс~Ық), бұндағы

W — еөнімді ылғалдылық қоры, мм;

0,1 — су қабатының ауысу коэффициенті, мм;

ҚС — топырақтың көлемдік салмағы, г/см^З;

h — өнімді ылғалдылық қоры есептелетін топырақ қабатының қалыңдығы, см;

Ыабс – топырақтың абсолют құрғақ салмағының ылғалдылығы, %;

Ық.- — абсолют құрғақ топырақтың қурау ылғалдылығы, %.

Шартты түрде көптеген өсімдік түрлері үшін оптималды ылғал­дылық ретінде топырақтың толық ылғал сыйымдылығының 50-60%-ы қабылданған. Әртүрлі топырақтардың ылғал сыйымдылығы әрқалай болатындықтан, оның абсолюттік мөлшері де әр жағдайда әркалай болады.

Топырақтың су режиміне орман төсеніші үлкен оң әсерін тигізеді. Орман төсенеші физикалық және суға қатысты қасиеттері бойынша минералдық горизонттардан өзгеше. Орман төсенішінің меншікті салмағы 1,5-тен 1,8-ге дейін, кейде 2-ге, көлемдк салмағы 0,04-0,2-ге дейін жетеді. Орман төсешінің ылғал өткізгіштігі өте жоғары және онда минутына жүздеген миллиметр су өткізіледі деп есептеледі.

Н.Ф. Созыкиннің бақылаулары бойынша, шырша орманының төсенішін жинап тастағаннан соң, топырақтың су өткізгіштігі 3-4 - есе азайған. Орман төсенеші топырақты судың азаюынан және ауа өтетін кеуектердің лайлы тұнбамен бекітіліп қалуынан және ұсақ шаң, балшық бөлшектердің тамырларды зақымдауынан сақтайды.

Топырақтың жоғарғы қабаттарында жинақталған су мына себептер нәтижесінде шығынға ұшырайды: 1) еріген қардың ағьш кетуі мен қардың желмен ұшырылуы; 2) жер асты сулары мен топы­рақтағы су козғалысы; 3) топырақ ылғалынын булануы; 4) өсімдіктер арқылы булану (транспирация). Ең жоғары ылғал шығыны топырақ ылғалының булануы (физикалық булану) мен өсімдіктер арқылы булану (транспирация) кезінде болады. Өсімдіктердің топырақтағы ылғалды тамырлары арқылы пайдалануын десукция деп атайды. Десукция мөлшері өсімдік құрамына байланысты болады. И.С. Ва­сильевич зерттеулері бойынша күрделі шырша орманының орташа шымды топырақ беті төсенішіндегі десукция мөлшері жылына 70 мм, ағаш тәріздес өсімдіктер үшін - 190 мм.

Орман калыңдығы да десукция мөлшеріне үлкен ықпал етеді. А.А. Молчанов мәліметтері бойынша қалыңдығы 0,9 таза қарағайлы ормандарда ылғалдың жиынтық шығынының десукциясы 243 мм.

Топырақтың су режимінің типтері.

Топыраққа ылғал түcyi мен оның шығыны, қозғалуы барысындағы барлық құбылыстар жиынтығын топырақтың су режимі деп атайды. Оның пайда болуы су қорының көбеуі мен азаюына бай­ланысты.

Топырақтың су режимі және оның типтері туралы ілімнің негізін Г.Н. Высоцский қалады, кейін оны А.А. Роде, И.С. Васильев және т.б. өз еңбектерінде жалғастырды.

Топырақ пен климаттық жағдайға байланысты әртүрлі топы­рақтардың су режимінің шарттары да әртүрлі болып қалыптасады. Т.Н. Высоцкий жылдық жауын-шашын мөлшері мен жылдық була­ну мөлшерін салыстыра келе, әртүрлі су режимі типтеріндегі су балансының мынадай сызбасын ұсынды:

а - су режимінің шайылу типі; б - су режимінің шайылмайтын типі; s - су режимінің терлеу типі; 1 - жауын-шашын; 2 - ағаштар ұстап қалатын ылғал; 3 - жер беті ағысы; 4 - физикалық булану және топырақтағы өсімдік жамылғысының десукциясы; 5 - топы­рақтағы ағыс; 6 — ағаштар десукциясы; 7 - жер асты ағысы; 8 - бу­лану және десукция.

Г.Н. Высоцкий аталған екі көрсеткіш арқылы су балансы коэффициенттерін белгіледі, олар: орманды шалғын (орман) үшін - 1,33; орманды дала үшін - 1,0; қаратопырақты дала үшін - 0,67, құрғақ далалық зонасы үшін - 0,33. Осымен сәйкес келесі су режимінің типтерін белгіледі, олар: шайылатын, шайылмайтын және терлеу типтері, ал тоңдық типті А.А. Роде енгізді.

Шайылу типінің тағы басқа бip түpi, периодты шайылу типі, бұнда топырақтың жер асты суларына дейін шайылуы периодты түрде - жауын-шашын мөлшері булану мөлшерінен көп болған жылдары жүреді. Жер асты сулары мен капилляр жиектері өсімдік тамырларынан төменде орналасады. Су режимінің осы типі орман­ды дала аймағындағы орманның сұр топырақтарына тән.

Шалғындар мен далаларға қарағанда орман ылғалды әлдеқай-да көп буландырады және орман ағаштары астындағы ылғалдың топырақ бетінен шығындалуы өте төмен, ал жауын-шашынның, нөсердің, epiгeн қар суының сіңірілуі жоғары болады. Қыста, орманда, ашық даламен салыстырғанда қар көп жиналады. Ормандағы ылғал сіңірілуі басқа жерлермен салыстырғанда жоғары. Сондықтан қар ерігенде де, жаңбыр кезінде де ылғал топыраққа түгелдей сіңеді, яғни ормандарда су шығыны аз болады, ауа ылғалданады және су балансы өзгереді. Жалпы, орман топырақтағы ылғал айна­лымын ұлғайтады. Ол дала және орманды дала зоналарында жақсы байқалады.

3. 
   Топырақтың ауасы, ауа қасиеттері, ауаның мөлшері. Топырақтың аэрациясы.
   

Топырақта топырақ ауасы 3 күйде болады:

• 
  Бос топырақ ауасы - топырақтың капиллярлы емес және капиллярлы саңылауларында орналасады, қозғалмалы, топырақта бос қозғалады және атмосфералық ауамен алмасады. Топырақ аэрациясының ең көп мөлшерін судан бос болатын капиллярсыз саңылаулардағы ауа алады.
  
• 
  Ерітілген топырақ ауасы - топырақ суында ерітілген газдар. Топырақ ауасында газдардың еруі олардың концентрациясының бос топырақ ауасында жоғарлауымен көбееді. Суда жақсы еритіндер: аммиак, күкіртті сутек, көмір қышқыл газы. Оттек салыстырмалы әлсіз ериді.
  
• 
  Адсорбцияланған топырақ ауасы - топырақ қатты фазасы бетімен сорбцияланған газдар. Газдардың адсорбциясы ауыр механикалық құрамы бар, органикалық затпен бай, құрғақ топырақтарда күштірек көрсетіледі. Себебі, топырақтың қатты бөлшектері су буларын, газдармен салыстырғанда, қарқынды сіңіреді.