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

К.К.Гедройц топырақтың сіңіру қабілетінің бес түрін бөліп көрсетті: механикалық, физикалық, физико-химиялық (алмаспалы), химиялық және биологиялық.

Топырақтың бұл сіңіру қабілеті ондағы дисперсті бөлшектерге, оның ішінде көбінесе коллоидтарға байланысты, топырақ бетіндегі бұл сіңіруді адсорбция деп атайды.

Алмаспалы сіңіруді келесі реакциямен сипаттауға болады:

ТСК) Мg²⁺ + 5NaCl → ТСК ) 5Na⁺ +CaCl₂+HCl+ МgCl₂

H⁺
ТСК (топырақтық-сіңіру комплексі) – топырақ құрамындағы сіңіру құбылыстарына қатынасатын заттар қосындысы немесе жиынтығы, оның басты бөлігін топырақ коллоидтары құрайды.

Химиялық сіңіру қабілеті (хемосорбция) – топырақ құрамындағы заттардың өзара химиялық әрекеттерге ұшырап оның құрамында ерімейтін тұрақты тұздар түзілуінде болып келеді.

Тұздар түзілу реакциясы әсіресе фосфор қышқылының иондарын сіңіруде өте маңызды. Мысалы:

ТСК) Ca²⁺+ Ca(H₂РО₄)₂→ ТСК ) 2Н⁺ +2CaHРО₄↓
Бұл реакция топырақ ерітіндісіндегі реакциясы бейтарапқа жақын жағдайда жүреді.

Реакциясы қышқыл топырақтарда былай жүреді:

4Н⁺

ТСК) 2Al³⁺+ Ca(H₂РО₄)₂→ ТСК) Ca²⁺+2AlРО₄↓
Химиялық сіңіру қоректік элементердің бір қатарының өсімдіктерге сіңіру жағдайын төмендетеді.

Биологиялық сіңіру қабілеті – топырақ құрамындағы өсімдіктер тамырлары және микроорганизмдерге байланысты сіңіруін аңғартады, немесе олардың топырақ ерітіндісінен әртүрлі заттарды сіңіру қабілетіне байланысты.
4.3 Топырақтың сіңіру сиымдылығын К.К.Гедройц былай түсінген: топырақтың алмасу-сіңіру күйінда ұстап тұра алатын катиондардың максималды мөлшері. Қазіргі уақытта бұл өлшемді катиондық алмасу сиымдылығы (ЕКО) деп атайды, мг. экв/100 г. топырақта есептеледі.

Алмаспалы катиондар құрамы әртүрлі топырақтарда бірдей емес және топырақтың түзілу түріне байланысты болады. Барлық топырақтардың сіңіру кешенінде кальций және магний болады. Кебірлерде натрий, ал қышқыл топырақтарда сутегі және алюминий болады. Қара топырақтарда кальций және магний өте басым болады.

К.К.Гедройц алмаспалы катиондар құрамына қарай барлық топырақтарды екі топқа бөлді: негіздермен қаныққан топырақтар (құрамында кальций, магний және натрий ) және негіздермен қанықпаған топырақтар (кальций, магний мен қатар сутегі және алюминий катиондары бар).

Алмаспалы катиондар құрамы топырақтардың барлық қасиеттеріне үлкен әсер етеді (реакциясы, коллоидтардың коагуляциялану түрі, физикалық қасиеттері, құрылым түзу қабілеті). Кальций және магниймен қаныққан топырақтардың реакциясы бейтарапқа жақын, құрылымы жақсы, физикалық қасиеттері оңтайлы келеді (қара топырақтар, шымды топырақтар).

Сонымен топырақтардың көптеген қасиеттері алмаспалы катиондардың құрамына байланысты болады.

Топырақтың сіңіру қабілеті оның ең бір негізгі қасиеті болып саналады. Ол топырақтың құнарлылығын қалыптастырады, өсімдіктер мен микроорганизмдердің қоректік заттар режимін реттейді, сонымен қатар топырақтың реакциясын, буферлік дәрежесін және су-физикалық қасиеттерін де реттейді. Топырақтың сіңіру қабілетінің жекеленген топырақ процестерінде де рөлі маңызды. Мысалы, топырақ түзілу өнімдерінің жиналу қарқындылығы, гумусты-аккумулятивтік қабатының қалыптасуы және т. б.

Топырақтың қышқылдылығы – оның топырақ ерітіндісін қышқылдандыру қабілеті.

Топырақ қышқылдығын актуалды және потенциалды деп ажыратады. Потенциалды қышқылдық топырақтың қатты фазасына тән.

Топырақ ерітіндісінің актуалды қышқылдығы онда бос қышқылдардың болуына, қышқылды тұздар және олардың диссоциалану дәрежесіне байланысты.

Потенциалды қышқылдық табиғаты күрделі келеді, оны тасушылар топырақ коллоидтарының сутегі және алюминийдің алмаспалы катиондары. Гумусты қабаттарда қышқылдықты қалыптастыру сутегі иондарына, ал минералдықтарда алюминийге байланысты болады.

Ығыстыру жағына байланысты потенциалды қышқылдықты екі түрге бөледі – алмасу және гидролитикалық.

Алмасу қышқылдылығы топырақты бейтарап тұздармен өңдегенде байқалады:
Са²⁺ Са²⁺

ТСК) Мg²⁺ + 4KCl → ТСК) Мg²⁺ +НСl +АlCl₂

H⁺ 4К⁺

Al³⁺

Гидролитикалық қышқылдық топырақты гидролитикалық негіздердің тұздарымен өңдегенде байқалады, мысалы СН₃СООNa.

Н₂О

ТСК)3Н⁺ +СаСО₃→ ТСК) Са²⁺ + Н₂СО₃

СО₂
Топырақтың сілтілігі – топырақ құрамының сілті тарту қабілеті, оны актуалды және потенциалды деп ажыратады. Актуалды сілтілік топырақ ерітіндісінде гидролитикалы сілті тұздары (Na₂СО₃, NaНСО₃, Са(НСО₃)₂) болғанда байқалады, сонымен қатар ол жалпы сілтілік және нормальды карбонатов және бикарбонаттар сілтілігі деп бөлінеді.

Потенциалды сілтілік топырақта сіңірілген натрий болған жағдайда байқалады. Оны келесі реакциямен сипаттауға болады:

Сілтізденген топырақтарға кебірлер, қара қоңыр топырақтар, боз немесе құба топырақтар, тақырлап, шөлейттің қоңыр топырақтары жатады.

Сілтілікті жою үшін топырақты гипстейді:
ТСК)2Na⁺ +СаSО₄→ТСК) Са²⁺ + Na₂SО₄
Топырақ ерітіндісінің реакциясы өсімдіктер тамырларының көмір қышқылы мен сутегі иондарын органикалық қалдықтарды ыдырату кезінде бөлуі, сонымен қатар микроорганизмдердің нитрификациялық іс-әрекеті барысында азот қышқылының пайда болуынан өзгеруі мүмкін. Сонымен қатар топырақ реакциясы физиологиялық қышқыл және сілтілі тыңайтқыштарды енгізгенде де байқалады. Сонымен бірге реакцияның өзгеруі әртүрлі топырақтарда бірдей емес және бұл топырақтың буферлік қабілетіне байланысты.

Топырақтың буферлігі – топырақтың ортасын қышқыл немесе сілтімен өзгертуге қарсы тұру қабілеті, былайша айтқанда реакцияның өзгеруіне қарсы тұруы.

Топырақтың буферлігі оның химиялық құрамына, сіңіру және алмаспалы катиондар сиымдылығына, топырақ ерітіндісінің қасиеттеріне, органикалық заттардың мөлшеріне және топырақтың механикалық құрамына байланысты болады.

Әдебиет:

1, с.98-119; 2, с. 120-143; 9, с.73-94; 22, с. 275-279; 10, с. 227-278; 11, 200б.

1 Қандай бөлшектерді коллоидтар деп атайды?

2 Коллоидтардың негізгі қасиеттерін атаңыз.

3 Коллоидтық бөлшектің құрылысы қандай?

4 Сіңіру қабілеті дегеніміз не? К.К.Гедройц сіңіру қабілетін қандай түрлерге бөлді?

5 ТСК дегенімз не?

6 Әртүрлі топырақтардың алмаспалы катиондар құрамын атаңыз.

7 Негіздермен қаныққан және қанықпаған топырақтарды атаңыз.

8 Топырақтың қышқылдылығы мен сілтілігін сипаттаңыз және олар неге байланысты.

9 Ортаның реакциясын нейтралдау үшін қандай шаралар қолданылады?

10 Буферлік дегеніміз не және ол неге байланысты?

5 Тақырып Тайгалы-орман және орманды дала аймақтарының топырақтары
Мақсаты: тайгалы-орман топырақтарының пайда болу жағдайлары мен процестері, құрылысын, қасиеттерін және қоңыр, сұр орман топырақтарын оқып білу.

Дәріс сұрақтары:

5.1 Тайгалы-орман топырақтары

5.2 Қоңыр орман топырақтары

5.3 Сұр орман топырақтары

Аймақтың климаты қоңыржай-салқын немесе бореалды. Жауын-шашынның ең көп мөлшері жылы айларға келеді және оның жылдық мөлшері булануынан артады. Аймақтың азиялық бөлігінде, әсіресе Шығыс Сібірде мәңгілік «тоң» көр тараған.

Тайгалы орман аймағында автоморфты топырақтар шайылмалы су режимінде қалыптасады, ал Шығы Сібірде – тоңды су режимінде.

Жер бедері. Тайгалы орман аймағында қыраттар және ойпаңды жазықтар кездеседі. Аймақтың Батыс Сібір бөлігі Батыссібір ойпатында орналасқан және шамалы құрғатылатын жазықтық болып келеді. Қиыр Шығыста тау жоталары жазықтық учаскелері және ұлан-байтақ ойпаттармен алмасады, оларға негізгі ауыл шаруашылық жерлерінің массивтері орайластырылған.

Топырақ түзуші жыныстар көбінесе мұздықтар және сулы-мұздықтар шөгінділері болып саналады, сонымен қатар басқа түріндегі тау жыныстары да кездеседі.

Өсімдіктер жамылғысы. Бұл аймақта негізгі өсімдіктер типі – тайгалы мүктер, мүкті-бұташа ағаштар, олар оңтүстікте жапырақты және жалпақ жапырақтылармен ауысады. Құрғақ және су жайылма шалғындарында шөптесін шалғын өсімдіктер кездеседі. Аймақтың көптеген жерлері батпақты ортада өсетін өсімдіктер бірлестігі алып жатады.

Табиғи жағдайлардың әртүрлігі топырақ түзілудің бірқатар процестерін қамтамасыз етеді, соңынан қасиеттері мен белгілері әртүрлі топырақтар қалыптасады.

Тайгалы орман аймағындағы негізгі процестер – күлгіндену, шымдану және батпақтану, ал негізгі топырақтары: күлгін топырақтар, шымды- күлгін топырақтар, батпақты топырақтар және шымды топырақтар.

Күлгін топырақтар

Күлгін топырақтар көбінесе тайгалы қылқан жапырақты ормандар жамылғысы астында уақытша шамадан тыс ылғалдану жағдайларында қалыптасады.

Тайгалы ормандағы орман төсеніші ағашты және мүкті-қыналы өсімдіктердің түскен қалдықтарынан тұрады. Бұл қалдықтар құрамында кальций және азоттың мөлшері аз, ал ыдырауы қиынға түсетін қосылыстар (лигнин, балауыздар, шайырлар және илік заттар) көп болады, олар ыдырағанда суда еритін органикалық қосылыстар (фульвоқышқылдар, құмырсқа қышқылы, сірке қышқылы, лимон қышқылы және б.) қалыптасады. Топырақта шайылмалы су режиміне және қышқыл қосылыстардың әсеріне байланысты топырақтың үстіңгі қабатынан кескіні бойынша жеңіл еритін заттар төменгі қабаттарына шайылып жылжиды, содан кейін қышқылдардың әсер етуінен бастапқы және екінші минаралдардың төзімділігі жоғары қосылыстары бұзылады. Бұзылу кезінде пайда болатын өнімдер сумен оның төменгі қабаттарына көшеді.

Сонымен қатар ұсақ тұнбалы бөлшектер су ағынымен топырақтың үстіңгі қабатынан төменге көшеді, бұл процесті лессиваж деп атайды.

Осының нәтижесінде топырақ кескіні екіге (бөлікке) бөлінеді, үстіңгі бөлігінде күлгінді қабаты (А₂), ал төменгіде – шайылған (тұнба қабаты) қабаты (иллювиальды – В).

Күлгін топырақтардың қасиеттері:

1. 
   Күлгін топырақтардың кескіні тұнда (ил) мөлшеріне байланысты күлгінді қабаты кедей, ал иллювиальды қабаты байытылған.
   
2. 
   Күлгінді қабаты аналық тау жынысына қарағанда темір және алюминий қосылыстарымен кедейлеу, ал кремнезем көбірек.
   
3. 
   Күлгін топырақтарда гумус мөлшері шамалы, олар қалыңдығы үлкен емес қабатта (2-3 см) шоғырланған, фульвоқышқылдары басым болады.
   
4. 
   Алмасу сиымдылығы жоғары емес (құмдыларда 2-4 мг-экв, ал құмбалшықтыларда 12-17 мг-экв), негіздермен төмен қаныққан (50% төмен), орта реакциясы қышқылды және буферлігі шамалы.
   
5. 
   Күлгін топырақтар құрылымсыз, тығыздылығы үстіңгі қабаттан астына қарай артады. Иллювиальды қабатының тығыздығы жоғары және қуыстылығы төмен.
   

Шымды топырақтар шалғынды шөптер қауымдастықтары астында немесе шөптесін өсімдігі мен мүкті-шөптесін өсімдігі бар карбонатты тау жыныстарында шымды процесс әрекеті арқылы қалыптасады.

Топырақ түзілу процесі шөпті өсімдіктер ықпалымен жүруіне байланысты гумус қабаты жақсы дамыған топырақтарды қалыптастыру процесін шымды процесс деп атайды. Оның ең елеулі ерекшелігі топырақтың үстіңгі қабатында гумустың, қоректік заттардың жиналуы және суға төзімді құрылым қалыпт асуы.

Шымды топырақтар кескінінің құрылысы: А_d-А₁-А₁В-В-C.

Шымды топырақтардың қасиеттері:

1. 
   Жақсы байқалатын гумусты қабаты бар, кесекті-дәнше құрылымды.
   
2. 
   Күлгінденуі жоқ немесе шамалы байқалады.
   
3. 
   Гумус мөлшері жоғары (от 3-4%-дан 15%-ға дейін).
   
4. 
   Сіңіру сиымдылығы жоғары.
   
5. 
   Топырақ ортасының реакциясы әлсіз қышқыл, бейтарап немесе әлсіз сілтілі.
   
6. 
   Азот және қоректік заттар жалпы қоры жоғары.
   

Шымды-күлгін топырақтар шөптесін немесе мүкті-шөптесін өсімдіктері бар ормандарда қалыптасады. Орман ішіндегі шөптесін өсімдіктер әсерінен бұл топырақтарда шымдану процесі жүріп, шым қабат қалыптасады. Күлгіндену және шымдану процестері бірдей жүруіне байланысты шымды-күлгін топырақтар қалыптасады.

Сонымен қатар бұл топырақтарда лессиважда байқалады.

Орман астындағы күлгін топырақтарда шөпті өсімдіктердің ұзақ дамуына қарамастан әдеттегіше гумус және қоректік затар көп жиналмайды. Бірінші себебі шымды процесіне күлгіндену процесі қарсы тұрады, екіншіден кедей күлгін топырақтарда өсіп-өнген шөпті өсімдіктердің органикалық қалдықтарында күлдік элементтер мен азот мөлшерлері шамалы болады. Күлдік элементтер, кальций, азот және магнийдің топырақтың өзінде және органикалық қалдықтарда аз болуы, ақырғының микроорганизмдермен минералдануын тежейді де қышқылды жылжымалы гумусты заттар түзеді. Тек оның аздаған бөлігі кальций, темір немесе балшықты минералдармен байланады.

Шымды-күлгін топырақтар кескінінің құрылысы: А_d-А₁-А₂-А₂В-С.

Шымды-күлгін топырақтардың қасиеттері:

1. 
   Гумус мөлшері шамалы, гумус түрі фульфатты болады.
   
2. 
   Топырақ ортасы қышқыл, негіздермен қнығуы күлгін топырақтарға қарағанда жоғары, ал алмаспалы негіздер құрамында негізінен кальций, магний аздау.
   
3. 
   Шымды-күлгін топырақтар азот пен фосфордың жалпы қоры мен олардың жылжымалы түрлері аз мөлшерде деуге болады.
   
4. 
   Құрылымы берікті немесе мықты емес.
   

Ормандық қоңыр топырақтардың ең елеулі белгілері: топырақ қабаттарына бөлінуі шамалы, кескінінің түсі гумус және ашықталған күлгін қабатынан басқаларында қоңыр немесе сары-қоңыр, топырақ ортасының реакциясы қышқыл немесе әлсіз қышқыл, иллювиальды-карбонатты қабаты жоқ.

Ормандардың қоңыр топырақтары кескінінің құрылысы: Ао-А₁-Вt-C

Ормандардың қоңыр топырақтарының түзілу процесін қоңыртопырақтүзілу деп атайды. Оның негізіг құраушылыры гумусжиналу процесі, глейлену және лессиваж.

Глейлену – екінші ретті балшықты минералдардың қалыптасу процесі. Глейлену оң температура ұзақ мезгілді болғанда топырақ кескінін жеткілікті мөлшерді ылғалдануын, сонымен қатар белсенді жүретін заттардың биологиялық айналымын қамтамасыз етеді. Глейлену топырақ кескінінің орталық бөлігінде болады, үйткені онда оңтайлы су және температуралық режим қалыптасады, осыған орай глейлі қабат қалыптасады - Вt.

Глейлену кезінде тұнба, темір, алюминий, марганец, фосфор, магний, кальций және басқада элементтер жиналады.

Ормандардың қоңыр топырақтары қасиеттері:

1. 
   Тұнбамен өте қаныққан, әсіресе кескінінің орталық бөлігі (Вt қабаты).
   
2. 
   Гумус құрамында ФК көбірек ГК-на қарағанда.
   
3. 
   Топырақ ортасының реакциясы қышқыл немесе әлсіз қышқыл.
   

Ормандық сұр топырақтар оңтүстік-тайгалы аймақтың шымды-күлгін топырақтарының орманды даланың қара топырақтарына өту жерінде орналасқан.

Олар шымды-күлгін топырақтарға қарағанда гумустілігі жоғары егер күлгіндену белгілері шамалы болған жағдайда.

Гумустену қарқындылығына мен күлгіндену белгілеріне қарай ормандық сұр топырақтар келесі үш типке бөлінеді: ашық-сұр, сұр жйне күңгірт-сұр ормандық сұр топырақтар.

Ормандық сұр топырақтардың ең негізгі морфологиялық ерекшелігі – гумус қабатының 2 қабатқа анық бөлінуі – үстіңгісі гумустық түсі айқын - А₁ гумусты қабаты және гумус қабатының төменгі бөлігі, кремнийлік сеппе түрінде күлгендену белгісі көшпелі немесе гумусты-күлгінді қабаты - А₁А₂. Иллювиальды қабатының құрылымы жаңғақты немесе жаңғақты-призмалы болады.

Ормандық сұр топырақтардың қасиеттері:

1. 
   Топырақтың үстіңгі қабаттарында жартылай тотықтар шамалы және кремнийқышқылымен қаныққан, бұл күлденумен байланысты.
   
2. 
   Шымды-күлгін топырақтарға қарағанда гумус мөлшері көбірек жәнеонда гумин қышқылдарының үлесі артады.
   
3. 
   Топырақ ортасының реакциясы қышқылды, негіздермен қанықпаған, сіңіру сиымдылығы 14-18 м-экв.
   
4. 
   Ормандық сұр топырақтардың агрофизикалық қасиеттері қолайсыз, әсіресе ашық-сұр топырақтарда.
   

Орманды даланың еуропалық бөлігінде эрозия күшті дамыған, олай болса ормандық сұр топырақтарды ауыл шаруашылығында пайдаланғандаэрозияға қарсы шараларды қолдану керек, олар: топырақты өңдеуді беткейлерге көлденең жүргізу, жер қырқаларын немесе жалдарын жасау, таптарды (борозда) жасау және с. с.

1, с.315-418; 2, с. 231-257, 276-291; 3, 11-24; 40-54б; 276-291б; 8, с. 231-241; 9, с.227-287; 14, 152с.; 11, 200б; 17, 48-54б.

1 Тайгалы-орман аймағында қандай топырақтар кездеседі және оларда топырақ түзілу процестері ұалай жүреді?

2 Күлгін, шымды-күлгін және шымды топырақтарға сипаттама беріңіз.

3 Күлгін топырақтардың шымды-күлгін топырақтардан айырмашылығы қандай?

4 Ормандық қоңыр топырақтарға сипаттама беріңіз.

5 Ормандық сұр топырақтардың негізгі қасиеттерін атаңыз.

6.1 Қара топырақтардың түзілу жағдайлары

6.2 Қара топырақтардың пайда болуы және қара топырақтар кескінінің қалыптасуы жайындағы қазіргі түсініктер

6.3 Қара топырақтың құрылысы, классификациясы (жіктеу)

6.4 Қара топырақтың қасиеттері, құнарлылығын арттыру, эрозия және құрғақшылықпен күресу шаралары
6.1 Қара топырақтар солтүстік жарты шар материктері – Еуразия және Солтүстік Америкада тараған, олар жалпы 260 млн. га (құрлықтың 1,7%) жерді алып жатыр.

ТМД елдерінде қара топырақтар 191 млн. га ауданда тараған, немесе осы елдер аумағының 8,6 % қамтиды. Ресей, Украина, Молдова мемлекеттерінде қара топырақтар кең тараған.

Орманды дала және дала аймақтарында қара типті аймақтық топырақ болып қалыптасқан. Бұл топырақтар Солтүстік Қазақстан, Қостанай, Ақмола облыстарында кеңінен тараған, ал Павлодар, Ақтөбе және Батыс Қазақстан облыстарында шамалы аудандарды алады.

Қара топырақтар мерзімдік қонтрастығы бар климаттық жағдайларда дамиды. Олар көбінесе платформалық жазықтықта тарлаған. Қара топырақтардың топырақ түзуші тау жыныстары болып төрттік лесс тәрізділер (дақ қуысты, сарғыш қоңыр немесе жалын түсті шөгінді тау жыныстары) және карбонатты, қуысты лесты тау жыныстары саналады. Гранулометриялық құрамы көп жағдайларда құмбалшықты немесе балшықты келеді.

Далалық шөпті қауымдастылар биологиялық айналымының негізгі ерекшеліктері мынада: 1) жылда топыраққа өніп-өсуге пайдаланған қоректік заттар құрып біткен тамырлармен толық қайтарылады; 2) бұл заттардың ең көп бөлігі топырақтың үстіңгі қабатына емес, тікелей топырақтың өзіне тамырлармен қайтарылады; 3) биологиялық айналымға қосылатын химиялық элементтер ішінде бірінші орында кремний, одан кейінгілері азот, калий, кальций.

Қара топырақтардың қалыптасуында биологиялық айналымның рөлі оның қарқындылығы, қалдықтардың тікелей топырақ ішіне түсуі және ыдырау процесінде бактериялар, актиномицеттер, омыртқасыздардың белсенді қатысуымен анықталады, үйткені қалдықтардың биохимиялық құрамы және жалпы биохимиялық жағдайы оларға оңтайлы жағдайлар туғызады.

Қара топырақтардың қалыптасуында мезофаунаның да үлкен рөлі бар, әсіресе жауын құрттарының рөлі өте маңызды. Өсімдіктердің өлген бөліктерімен жауын құрттары топырақ бөлшектерін ала келеді және қорыту барысында копролиттер түрінде шығарып тастайтын балшықты-гумусты кешендерді құрайды.