Т. М. Блисов Топырақтану Тәжірибелік жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

Қостанай, 2013

ББК 40.3 (26,3)

Б 63

Блисов Тілеубай Матайұлы, экология кафедрасының доценті, а.ш.-ғ.к.

Хасанова А.И., экология кафедрасының аға оқытушысы

Ахмет А.З., агрономия кафедрасының профессоры, а.ш.-ғ.к.
Блисов Т.М.

Б 69 Топырақтану: Әдістемелік ңұсқаулар. - Қостанай: А.Байтурсынов атындағы ҚМУ, 2013. – 52 б.

ББК 40.3 (26,3)

Аграрлы-биологиялық факультетінің әдістемелік кеңесімен, ___ ___2013 ж. мақұлданған № хаттамасы

Қостанай мемлекеттік университеті, 2013
Мазмұны
1 Тақырып Топырақтың су, ауа, жылу қасиеттері және режимдері..................5

1.1 Топырақ ылғалының маңызы. Топырақ ылғалының категориялары........5

1.2 Топырақтың су қасиеттері: су ұстау қабілеті, су өткіштілігі, су көтеруі.7

1.3 Су режимі және оның түрлері, ылғал жию және сақтау шаралары..........7

1.4 Топырақ ауасы, оның құрамы, қасиеттері, агрономиялық маңызы..........9

1.5 Топырақтың жылу қасиеттері, жылу режимі және оны

реттеу шаралары....................................................................................................10

2 Тақырып Топырақтың органикалық бөлігі......................................................13

2.1 Топырақтың органикалық бөлігінің көздері..............................................13

2.2 Органикалық қалдықтардың топырақта өзгеру процестері......................14

2.3 Гумустың құрамы, топырақтың гумустық жай-күйінің көрсеткіштері...15

2.4 Гумустың топырақ түзілу, топырақ құнарлығы және

өсімдіктердің қоректенуіндегі рөлі.....................................................................17

3 Тақырып Топырақ құнарлылығы......................................................................18

3.1 Топырақ құнарлылығы ұғымы, категориялары және түрлері..................18

3.2 Топырақ құнарлылығының факторлары....................................................19

3.3 Әртүрлі топырақтар түрлерінің құнарлылығы және

арттыру шаралары................................................................................................19

4 Тақырып Топырақ коллоидтары және топырақтың сіңіру қабілеті..............21

4.1 Топырақ коллоидттары, олардың құрылысы, қасиеттері және құрамы..21

4.2 Топырақтың сіңіру қабілеті және оның түрлері......................................22

4.3 Топырақтың сіңіру сиымдылығы және әртүрлі

топырақтардағы алмасу катиондарының құрамы..............................................23

4.4 Топырақ қышқылдығы, сілтілігі, буферлігі................................................24

5 Тақырып Тайгалы-орман және орманды дала

аймақтарының топырақтары...............................................................................26

5.1 Тайгалы-орман топырақтары......................................................................26

5.2 Қоңыр орман топырақтары........................................................................29

5.3 Сұр орман топырақтары.............................................................................30

6 Тақырып Қара топырақтар..............................................................................31

6.1 Қара топырақтардың түзілу жағдайлары...................................................31

6.2 Қара топырақтардың пайда болуы және қара

топырақтар кескінінің қалыптасуы жайындағы қазіргі түсініктер.................32

6.3 Қара топырақтың құрылысы, классификациясы (жіктеу).......................32

6.4 Қара топырақтың қасиеттері, құнарлылығын

арттыру, эрозия және құрғақшылықпен күресу шаралары.............................33

7 Тақырып Қуаң дала, шөлді-дала, шөлді және тауалды-шөлді-дала аймақтарының топырақтары..............................................................................34

7.1 Қара қоңыр топырақтар, құрылысы және қасиеттері..............................34

7.2 Құба (боз) топырақтар, құрылысы және қасиеттері................................36

7.3 Қоңыр (бурые), сұршыл-қоңыр топырақтар, құрылысы

және қасиеттері...................................................................................................38

7.4 Тақырлар......................................................................................................40

7.5 Қуаң дала, шөлді және шөлейт аймақтары топырақтарының

құнарлылығын арттыру шаралары....................................................................42

8 Тақырып Интрааймақтық топырақтар..........................................................42

8.1 Кебірлер, құрылысы және қасиеттері.......................................................42

8.2 Сортаңдар, құрылысы және қасиеттері....................................................44

8.3 Солодьтар (кермекті топырақтар)............................................................46

9 Тақырып Су жайылымы және таулы өлкелер топырақтары.......................47

9.1 Су жайылымы топырақтары, құрылысы, қасиеттері..............................47

9.2 Таулы өлкелер топырақтары.....................................................................49

Ұсынылған әдебиеттер тізімі............................................................................52

1.1 Топырақ ылғалының маңызы. Топырақ ылғалының категориялары

1.2 Топырақтың су қасиеттері: су ұстау қабілеті, су өткіштілігі, су көтеруі

1.3 Су режимі және оның түрлері, ылғал жию және сақтау шаралары

1.4 Топырақ ауасы, оның құрамы, қасиеттері, агрономиялық маңызы

1.5 Топырақтың жылу қасиеттері, жылу режимі және оны реттеу шаралары

Топырақ ылғалдылығы оның агрофизикалық қасиеттеріне (тығыздығы, жабысқақтығы, ұсақтану және агрегаттар құру қабілеті – топырақтың пісіп жетілуі) әсер етеді.

Топырақ ылғалын зерттеген және топырақ ылғалдылығы туралы ілімнің дамуына үлкен үлес қосқан ұлы ғалымдар: А.А.Измаильский, Г.Н.Высоцкий, П.С.Коссович, А.Ф. Лебедев, А.Г.Дояренко, А.А.Роде, Н.А.Качинский.

А.А. Роде топырақ ылғалының бес категорияның ажыратады:

1 Химиялық байланысқан су – жылжымайтын және заттарды ерітуге қатыспайтын су, топырақтың қатты фаза құрамына кіреді, конституциялық (құрылдық) және кристалдық болып бөлінеді.

Конституциялық су – бұл гидроксильдік топ (ОН), топырақта темір, алюминий, титан, марганец гидроксидтері, коллоидті-дисперсті балшық минералдары, органикалық және органикалы-минералдық қосылыстар құрамында болады.

Кристалдық су - бұлар тұтас су молекулалары, гипс (СаSО₄ * 2Н₂О), миробилит (NаSО₄ * 10Н₂О) және басқа да минералдар кристалдарына кіреді.

Химиялық байланысқан суға өсімдіктердің қолы жетпейді (пайдалануы мүмкін емес ).

1 Қатқан су – топырақта су қатқан кезде мұз түрінде қалыптасады.

2 Буланған су – топырақта бу түрінде ауа құрамында болады, өсімдіктерді сумен қамтамасыз етуде қатысы жоқ, топырақ сәл салқындаған жағдайда конденсацияланы да сұйық суға айналады.

3 Физикалық байланысқан су (сорбцияланған) тығызбайланысқан және әлсізбайланысқан болып ажыратылады.

Тығызбайланысқан суды гигроскопиялық деп атайды. Ол топырақтың қатты түйірлеріне (көбінесе коллоидты) сырттық тарту күшпен ауадан ұсталған су буының молекулалары, ал бұл қабілетті топырақтың гигроскопиялылығы деп атайды.

Гигроскопиялық су түйірлерді 1-3 молекуладан тұратын жұқа пленкамен жабады. Гигроскопиялық судың ерекше қасиеттері бар: 78⁰С қатады, электролиттерді ерітпейді, тығыздығы (1,5-1,8 г/см³) және тұтқырлығы (вязкость) жоғары, өсімдіктерге тиімсіз.

Тығызбайланысқан судың мөлшері ауаның ылғалдылығына және топырақ коллоидтарының саны мен сапасына байланысты болады.

Топырақтың буланған сулармен қаныққан атмосферадан (шамамен 90-98 %) сіңіріп алатын гигроскопиялық судың максималды мөлшерін гигроскопиялық максималды ылғал деп атайды (МГ). МГ – бұл топырақтағы судың өлі қоры.

Әлсіз немесе осал байланған су – су қабығы, топырақтың коллоидті түйірлер бетінде сұйық сумен жұғысқан жағдайда су молекулаларын қосымша (МГ-ға қоса) сіңіруден пайда болады, жылжымалығы шамалы, өсімдіктерге тиімсіз.

4 Еркін немесе бос су – топырақ бөлшектерімен сорбциялық күштермен байланысы жоқ және капиллярлық (қылтүтікті) және гравитациялық күштермен жылжиды, екі түрге бөлінеді: капиллярлық нем есе қылтүтіктік және гравитациялық.

Капиллярлық су заттарды еріту қабілеті бар, жылжымалы.

Капиллярлы-тірелген судың грунттық сулар жақын болғанда артық су аққаннан кейін қалған максималды мөлшерін төменгі немесе ең аз су сиымдылығы (НВ). НВ топырақтың механикалық құрамы, гумустылығы, құрылымдылығы және жайласуына (сложение) байланысты болады. Топырақтың оптималды ылғалдылығы НВ-ның 70-100%-на сәйкесті.

НВ мен топырақтың нақтылы ылғалдылығының айырмасын ылғал тапшылығы (дефицит) деп атайды.

Топырақтың су тұтқыштығын санды түрде су сиымдылығы сипаттайды. Топырақтың су сиымдылығы – бұл топырақтың суды (әртүрлі түрлерін) максималды мөлшерде сіңіріп топырақтағы сәйкесті күштермен ұстай алатын қасиеті.

Ұсталған су түрлеріне қарай су сиымдылығы ажыратылады: максималды адсорбциялық (МАВ), максималды молекулалық (ММВ), капиллярлық (КВ), төменгі немесе ең аз (НВ) және толық су сиымдылығы (ПВ).

Су өткізгіштігі – бұл топырақтың суды өзіне сіңіріп және төмен қарай өткізу қасиеті.

Топырақтың су өткізгіштігі шаршы аудан бірлігінде белгілі бір уақыт бірлігінде фильтрацияланатын су көлемін өлшеу арқылы анықтайды. Топырақтың су өткізгіштігі оның механикалық құрамы, құрылымы және алмаспалы катиондар құрамына байланысты болады.

Құмды топырақтар суды биікке көтермейді, бірақ тез, ал балшықты топырақтарда баяу көтеріледі.

Су режимін сандық өлшеммен сипаттау су балансы, ал су режимінің санды түрде көрсетілген элементтерін су режимінің элементтері деп атайды. Су балансының жалпы теңдеуі:

В_ОС - атмосфералық жауын-шашынның қосындысы;

В_ОР – суару кезінде түскен судың мөлшері;

В_Г – груннтық судан түскен су мөлшері;

В_К - конденсацияланған судың мөлшері;

В_ПР – жер үстінен келген судың мөлшері;

В_Б – топырақ ішінде қапталдан (қабырғадан, жақтан) келген су мөлшері;

В_ИСП -топырақтың үстіңгі қабатынан буланған су мөлшері;

В_Т – десукция;

В_И - грунт астына инфильтрация;

В_ПС –жер бетіндегі ағын;

В_БС – топырақ ішінде қапталдық ағын;

В₁ – зерттеу соңындағы соңғы су қоры.
Су балансын есептегенде топырақтағы су қорын әр генетикалық қабатқа есептейді, содан кейін қосады. Су қорын келесі теңдеумен есептейді:
ЗВ (т/га) = W^*dV^*h, (2)

мұнда ЗВ – h қабатындағы су қоры

W – салмақталған ылғал ,%

d_V – топырақ тығыздығы, г/см³

h – қабатың қалыңдығы, см.

Топырақтағы су қорын су бағанасының мм айналдыру үшін, м³/га-ғы су мөлшерін 0,1 көбейту керек.

Г.Н.Высоцкий ылғалдану коэффицентіне қарай су режимін 4 түрге бөледі: шайылымды, мерзімді шайылымды, шайылымсыз, тершу түрі.

Бұл су режим түрлеріне Роденің ұсынысы бойынша екі түр қосылды – тоңды түрі және ирригациялық.

Мерзімді шайылымды түрі - жылдық жауын-шашынның және буланғыштықтың мөлшері шамамен бірдей жерлерге тән. Ылғалды және құрғақ жылдардың ауысып отыруы шайылымды және мерзімді шайылымды су режимдерін тудырады (сұр ормандық топырақтар, орманды дала аймағының күлгінденген және сілтісізденген қара топырақтар).

Су режимін реттеу тәжірибесі егіншіліктің өзіндегідей ертеден келе жатқан тарихы бар, ол аумақтардың топырақ-климаттық жағдайлары мен дақылдардың биологиялық ерекшеліктеріне негізделген. Сонымен бірге агротехникалық, агромелиоративтік, гидромелиоративтік, ормандымелиоративтік және басқа да шаралар қолданылады.

Құрғақ дала және шөлді аймақтарда негізі шара – суару, ал ылғалдануы тұрақсыз аймақтарда өте аса қажетті шара – ылғал жинау және сақтау. Оларға қар тоқтату және қар суларын ұстау (ықтырма себу, беткейлерге көлденең өңдеу, үзбелі қарық (борозда) жүргізу. Сонымен қатар су режимін реттеуде егін қорғау орманды жолақтары, таза парды енгізу және топырақты тығыздау және т. б. шаралар қолданылады.

Ылдалдылығы жеткілікті және шамадан тыс болатын аймақтарда негізі шара – артық суды әкету, ол үшін дренаждар құру және т.б.

Топырақ ауасындағы газдар ішінде ең өзгермелісі оттегі және көмір қышқыл газы, олардың топырақтың және ондағы микроорганизмдердің тіршілінде рөлі зор.

Топырақ ауасындағы оттегі мен көмір қышқыл газының мөлшері өте құбылады. Мысалы, жақсы аэрациясы бар топырақтың үстіңгі қабатындағы мөлшері атмосфералық ауадағы мөлшерге жақын, ал ауыр топырақтардағы мөлшері он және жүз есеге дейін азаюы мүмкін, ал көмір қышқыл газының мөлшері 20% дейін жетеді.

Топырақтағы ауа үш күйде болады. Олар еркін ауа, сіңірілген (адсорбциялаған) және еріген ауа. Еркін ауа топырақтың қылтүтікті және қылтүтікті емес қуыстарында болып қозғалмалы келеді және атмосфера ауасымен алмасып тұрады. Адсорбцияланған ауа топырақтың қатты бөлігінің бетіне сіңген түрлі газдар. Оның мөлшері топырақтың гранулометриялық құрамына, гумус мөлшерінежәне ылғалдылығына байланысты. Гумусы мол, ауыр гранулометриялық құрамды құрғақ топырақта адсорбцияланған ауа мол болады.

Еріген ауа топырақ ылғалы құрамында кездесетін түрлі газдар. Олар көмір қышықыл газы, аммиак, оттегі, күкіртті газ.

Оттегінің өсімдіктер мен топырақтың тіршілігінде маңызы өте зор. Топырақта еркін немесе бос оттегі болмағанда өсімдіктердің өсіп-өнуі тоқталады, оптималды жағдай – шамамен 20% оттегі болғанда. Топырақта оттегі жетіспеген жағдайда өсімдіктерге улылығы бар қосылыстар пайда болады, қоректік заттардың мөлшері азаяды, топырақтың физикалық қасиеттері нашарлайды, осының салдарынан оның құнарлығы және өнімділігі төмендейді.

Топырақ ауасында көмір қышқыл газы концентрациясының жоғары болуы тұқымның өнуімен тамырлардың дамуына теріс әсер етеді. Көмір қышқыл газының бірсыпыра мөлшерін өсімдіктер фотосинтез кезінде пайдаланады, оны тыныс алуы процесінде топырақ қамтамасыз етеді. Сондықтан СО₂ жаңадан белсенді пайда болуына және жақсы газалмасуына жағдай жасау өте маңызды.

Көмір қышқылының топырақтың минералдық бөлігінің мүжілуінде және қоректік заттардың жиналуында да үлкен мәні бар. СО₂ қаныққан топырақ ерітіндісі оның көптеген қосылыстарына ерітуші бағытта әсер етеді.

Ауа режимін жақсарту әсіресе топырақтың шамадан тыс ылғалданған аудандарда маңызды. Оңтайлы ауа режимін жасауда оның физикалық қасиеттері мен құрылымын жақсартудың үлкен маңызы бар.

Топырақтың ауа қасиеттеріне ауа сиымдылығы және ауа өткізгіштігі жатады.

Топырақ ауасының атмосфералықпен алмасу процесін аэрация немесе газ алмасу деп атайды. Газ алмасуға әсер ететін факторлар: диффузия, топырақ температурасының өзгеруі, барометрлік қысым, топырақтағы ылғал мөлшері, желдің әсері, жер асты сулары деңгейінің өзгеруі.

Идеалды немесе мінсіз шағылыстыратын бет 100% болады. Альбедоның мөлшері топырақтың түсі, ылғалдылығы, құрылымы, тегістігі және оның өсімдік жамылғысына байланысты.

Жылу сиымдылығы топырақтың гранулометриялық және минаралды құармына, органикалық заттар мөлшеріне, ылғалдылығына, құрамына байланысты.

Топырақтың жылу өткізу мөлшеріне оның химиялық және механикалық құрамы, ылғалдылығы, ауа мөлшері, тығыздығы және температурасы әсер етеді.

Гумусқа бай және аэрациясы жоғары қуыстылығына қарай жақсы құрғақ күйіндегі топырақ жылуды өте нашар өткізеді.

Жылу режимі – топырақта жылудың жиналу, таралу және жұмсалу құбылыстарының жиынтығы.

Топырақтағы жылу көздері – күн сәулесінің энергиясы (тура немесе тікелей, шашыранда, сонымен қатар атмосфералық радиация); ауадан алатын жылу; органикалық заттар ыдырау кезінде пайда болатын жылу; топырақтағы радиоактивті процестер жылуы. Ең маңызды жылу көзі – күн сәулесінің энергиясы.

Топырақтың үстіңгі қабатына түсетін күн сәулесінің энергиясы тәуліктік және жылдық мерзімділікке бағынады. Тәуліктік циклде топырақ күн шыққанан 14 сағатқа дейін қызады, содан кейін салқындай бастайды. Жылдық циклде ол наурыздан шілдеге дейін қызады, содан кейін салқындайды.

Топырақтың үстіңгі қабаты оның қалған қалыңдығына жылу көзі болып саналады және бұл жағдайда оның жылу өткізгіштігі маңызды.

Жыл мезгілі ішінде жаз айларында жылу топырақтың үстінен астыңғы қабаттарына таралып, оның қызуы, ал қыс айларында, керісінше, жылу топырақтың астыңғы қабатынан үстіне қарай таралып, оның салқындануы байқалады. Қысқы бөлінуден жазға өту сәуірде, ал жаздан қысқа өту қыркүйек айында байқалады.

Топырақтың температуралық режиміне қар жамылғысының зор әсері бар. Қар жылуды нашар өткізеді, сондықтан оның топырақтан шағылуын және атмосфераға беруін төмендетеді, олай болса топырақтың салқындауын азайтады.

Жылу режимі жер бедеріне де байланысты. Беткейлердің экспозициясы (көрінісі) және олардың құлдилығы немесе құламалығы күн радиациясынан алатын жылу айырмасын анықтайды. Оңтүстік, оңтүстік-батыс және оңтүстік-шығыс беткейлеріндегі топырақтар солтүстік, солтүстік-батыс, солтүстік-шығыс беткейлеріндегі және су айрығындағы топырақтарға қарағанда жақсы қызады.

Өсімдік жамылған (күздіктер, шөптер, орман және т. б.) топырақтар жамылмағандарға қарағанда аз тоңданады.

В. Н. Димо (1972) бойынша жылу режимі:

Жылулық жағдайлар микроорганизмдердің тіршілігіне үлкен әсер етеді, осыған орай өсімдіктердің қоректік заттармен қамтамасыз етілуіне, органикалық заттардың ыдырау жылдамдығына және гуминдік заттардың синтезіне. Температураның артуы судың бірқатар қасиеттерін өзгертеді. Мысалы, температура кенет төмендегенде топырақтың үстіңгі қабатындағы су булары конденсацияланады, ал температураның төмендеуі газдардың – көмір қышқылы мен оттегі еруін күшейтеді. Топырақ температурасының құбылуы ондағы газ алмасуымен топырақ ауасының құрамын жақсартады. Топырақтың тоңазуы оның физико-химиялық қасиеттеріне көп өзгерістер енгізеді.

Топырақтың жылу режимін реттеу мәдени өсімдіктердің тіршілік ету жағдайын жақсартуға бағытталған болу керек.

Топырақтың жылу режиміне белсенді әсер ететін шараларды олардың ықпал ету сипатына қарай бөледі және былай ажыратады: агротехникалық, агромелиоративтік және агрометеорологиялық.