Топырақтану геология негіздерімен

Топырактың құралу процесінде келесідей басты буындар бар деп есептеленеді:

- тау жыныстары минералдарының, кейіннен топырақ минералдарының өзгерістерге ұшырауы;

- топырақта органикалық заттардың шоғырлануы және олардың өзгерістерге ұшырауы;

- топырақтағы минералды және органикалық заттардың әрекеттесіп күрделі органикалық- минералды қосылыстар түзуі;

- топырақтың үстіңгі қабатында біршама қоректік заттар мөлшерінің шоғырланып жиналуы;

- топырақ құралуы кезінде пайда болған заттардың ылғалдың әсерімен онын тік бойында және үстіңгі бетінде жылжуы.

Аталып өткен топырақ кұралу процесінің негізгі буындарының жүру карқыны топырақтың пайда болуы, дамуы кезінде әр түрлі болып келеді. Сондықтан топырақтың пайда болуын үш кезеңге бөлуге болады:

Бірінші - топырақ құралуының алғашкы кезеңі.

Екінші - топырақтың даму кезеңі.

Үшінші - топырақтың кемелденіп жетілген кезеңі.

Топырақ құралуының алғашкы кезеңі тау жыныстарына тірі ағзалардың қоныстануынан басталып, топырақ түзілуіне себепкер факторлардың катысуымен жүреді. Осы алғашқы кезеңнің өзінде заттардың биологиялық айналымы қалыптасады. Бірак бұл айналымның көлемі шамалы болады. Өйткені тау жыныстарына ең бірінші қарапайым өсімдіктер (саңырауқұлактар, кыналар, балдырлар), микроорганизмдер қоныстанады. Осы кезеңде физикалык, физикалық-химиялык, химиялық процесстер (заттардын еруі, шөгуі, булану, конденсациялануы, сіңуі т.б.) жүреді. Осы құбылыстардын әсерінен заттардын өзгеруімен козғалып жылжуы байқалады. Биогеохимиялык зат айналымы әлі калыптаспаған болады. Топырак құралуынын алғашкы кезеңі барысында оның қатты бөлігінін көптеген белгілері болмайды. Топырак әлі калыптаспаған, тек оның құралуына дайындықтар жүріп жатқан кезең болып есептелінеді.

Топырақтың даму кезеңінің басталуы жер бетіндегі экожүйелердің биологиялык өнімінің ұлғаю кезеңінен басталады деп есептеуге болады

Осы кезеңде жоғары сатыдағы өсімдіктердің әрекетінің көлемі жоғарылап, биологиялык зат айналымның мөлшері ұлғаяды. Биологиялық зат айналымның әсерінен топырақта жаңа қосылыстар пайда болады және олар ағзалардың келесі тобына тиімділігі жақсы болып, келесі биологиялык айналымның көлемінің тағыда үлғая түсуіне мүмкіндік туғызады. Осы кезеңде топырақта қоректік заттардың жинақталған қоры түзіледі. Биогеохимиялык зат айналымы қалыптасады. Физикалык қасиеттері өзгеріп, топыраққа тән қасиеттер эпайда болып, оның заттық құрамы айқындалады. Сонымен катар осы кезеңде топырақтардың әр типіне тән қасиеттер де пайда болады. Соңғы бұл сатыда топырақ өзіне тән ерекшеліктерінің барлығын өз бойына қалыптастырып, топырак түзілді деп атай аламыз.

Топырақтың даму сатысы күрделі құбылыс және ол үзақ уақыт аралығында байқалып, одан әрі қарай жалғаса береді. Топырақтың даму сатысы тіршілік көзі құрығанда ғана тоқталады деп есептеуге болады.

Топырақтың кемелденіп жетілген кезеңіне көшуіне келесі себептер себептер бар. Топырақтың дамуы барысында бір мезгілде табиғаттың, коршаған ортаның жағдайлары ұзақ жылдар бойы бір қалыпты болуы ықтимал. Сол себепті топырақтың қоршаған ортамен байланысы оның қасиеттері өзгермей, ондағы құбылыстардың тұрақтылығымен сипатталады. Табиғи жағдайдағы биогеоценозда биологиялык зат айналымның кезекті сатысы, онын алдындағы айналымдарына сәйкес және оған қатысатын косылыстар алдыңғы айналымдарына қатысқан болып келеді. Сонымен бірге тау жыныстарының минералдарынан зат айналымына қосылатын элементтер өте шамалы болады. Көрсетілген себептердің салдарынан топырақтың құрамы, негізгі қасиеттері көп уақыт бойы тұрақты болып қалыптасады. Сондықтан топырақты кемелденіп жетілген кезеңіне жетті деп санаймыз.

Топырақтың кемелденіп жетілген кезеңінде топырақ бойында түрлі құбылыстар өзара үйлесімді кеңістікте және белгілі бір уақыт аралығында өтіп, заттардын биогеохимиялық айналымын құрайды. Оның әсерінен топырақтардың қасиеттерінің ұдайы толысып отыруы байқалады. Сөйтіп топырақтың қасиеттерінің бір қалыпты, оның экожүйеде қалыптасуының тұракты болуын камтамасыз етеді.

Топырақты агроэкологиялық жүйеде пайдаланғанда ондағы үйлесімді қатынастар бұзылып, оның касиеттері өзгереді. Топырақтың оның қасиеттеріне, пайда болу заңдылықтарына, аймақтың топырақ құралу жағдайларына сүйене отырып, оны жаксарту шараларын қолданатын мәдени агроэкологиялык жүйелерді жүзеге асырған жағдайда топырактың кұнарлылығы ұдайы жоғарылай түседі.

Жер бетінде топырақ құралу факторларының өзара қарым-қатынасының алуан түрлі болып үйлесім табуы әсерінен табиғатта түрлі топырақ құралу процестері жүріп түрлі топырактар қалыптасады. Солай бола тұрса да әдемдегі барлык топырақтардың типтері құралуы кезінде бір-бірінен аздаған өзгешеліктері бар, бірак жалпы бағыты ұқсас процестер жүреді. Топырақ құралуының негізін қарама-қарсы бағытталған және бір-бірімен тығыз байланыста болатын биохимиялық, химиялық, физикалык, физикалық-химиялық процестер тірі организмдердің қоршаған ортадан минералды элементтерді сіңіруі және коршаған ортаға өздерінің, сонымен бірге, өнімдері мен қалдықтарының тигізетін әсері аныктайды. Топырақ кұралу процестері үш топқа бөлінеді. Олар:

- қарапайым микроүрдістер немесе процестер

- топырақ түзілуінің құрамды процестері (элементарные почвенные процессы)

- жалпы макропроцестер.

Қарапайым микропроцестерге қарама-карсы бағытта жүретін келесідей құбылыстар жатады:

- тірі организмдердің топырақтан минералды заттарды сіңіруі және органикалық заттарды синтездеуі. Организмдердің топырақка және атмосфераға органикалық және минералды заттарды бөліп шығаруы;

- органикалық заттардың ыдырауы мен минерализациялануы. Органикалық және минералды заттардың гумусты заттардың пайда болуы;

- топырақ ерітіндісінің кьшқылдануы. Топырақ ерітіндісінің бейтараптануы;

- топырақ түзуші тау жыныстарының бастапқы минералдарының ыдырауы. Туынды минералдардың және органикалық-минералды кешендердің пайда болуы;

- коллоидтардын коагуляцияға ұшырап, тұрақты түйіршіктер құрауы. Коллоидтардың пептизацияға ұшырап, түйіршіктердің бұзылуы;

- минералды қосылыстардың сумен қосылуы. Осы заттардың судан арылуы;

- тотығу құбылыстары, тотықсыздану құбылыстары; .

- еріген заттардың топырақтың үстіңгі кабаттарына көтеріліп, шоғырлануы. Ерітіндінің топырақтың астынғы қабаттарына жылжып, ерігіш заттардың шайылып кетуі;

- топырақтың газдарды өзіне сіңіруі (адсорбция) және топырақтан газдардың бөлініп шығуы (десорбция);

- топырақтың әр түрлі қабаттарының жіктеліп пайда болуы. Топырақ қабаттарының әр түрлі әсерлер ңәтижесінде бұзылуы.

Қарапайым микропроцестер топырактың белгілі ерекше морфологиялық белгілерін, қасиеттерін қалыптастыра алмайды.

Жалпы макроүрдістер белгілі бір топырақты (типін, типшесін) қалыптастыруға қатысады. Оларға кара топырақ түзілу үрдістері, генетикалық қабаттардың қалыптасуы, күлгін топырақ, кебірлер түзілу процестері т.б. жатады. Топырақ типтері (мысалы, қара топырақ, күлгін топырақ, немесе кебір) топырақ түзілуінің құрамды процестерінің бірнешеуінің қосарлана жүруі әсерлерінен пайда болады.

Топырақ түзілуінің құрамды процестері - топырақтың пайда болуына басты себебін тигізетін, топырақта үйлесімді, өзара байланысты жүретін биологиялық, химиялық және физикалык құбылыстар. Олар топырақтың басты белгілерін қалыптастыруға қатысады. Мысалы: гумусты қабаттың немесе кебірленген қабаттың пайда.болуына себепші болатын кұбылыстар. Қазіргі уакытта топырақ түзілу құрамды процестерінің толық тізімі қалыптасқан жоқ. Ғалымдардың осы мәселеге кез карасы әр түрлі болып отыр.

И.П.Герасимов, М.А.Глазовская топырақ түзілуінің құрама процестерін (1960) 10 түрін атап, оларды үш топка бөлді.

I топ – топырактың минералды бөлігінің өзгерістерге ұшырауға қатысты процестер: бастапқы карапайым топырак құралу; топырақтың балшықтануы; латериттену.

А.А. Роде (1971), И.П. Герасимов (1973,1980) жоғарыда көрсетілген процестерге тағыда бірнеше процестер түрін қосты.

Топырақтағы органикалык заттардың өзгерістерге ұшырау процестері. Фотосинтез арқылы және микроорганизмдер жан-жануарлардың өсімдіктерді пайдалануы кезінде қалыптасқан органикалык заттар биоценоздың құрамды бөліктерінің өнімдері ретінде топыраққа қайтарылады. Олар мен бірге фотосинтез әсерінен шоғырланған энергия, биогенді элементтер және қарашірінді құралуына қажет органикалық заттар топыраққа түседі. Осы органикалық заттар топырақ түзілу процесі кезінде екі бағытта өзгерістерге ұшырайды. Олар минералдану және қарашірінді немесе гумус түзілуі.

Минералдану құбылысы кезінде күрделі органикалык затгар әр түрлі микроорганизмдердің қатысуымен қарапайым химиялық қосылыстарға дейін ыдырайды (су, көмірқышқыл газы, түрлі аниондар мен катиондарға). Органикалык заттардың 80-90% минералдану құбылысына ұшырайды. Пайда болған өнімдер топырақ ерітіндісі құрамына көшіп өсімдіктер үшін қайтадан қоректік зат болып биологиялық зат айналымына қосылады.

Гумус түзілу құбылысы барлық топырақ типтері қалыптасу кезінде байқалады. Бұл топырак кұралуының басты көрсеткіші, осы құбылыс әсерінен топыраққа түскен органикалық қалдыктардың бір бөлігі ерекше зат карашіріндіге немесе гумуске айналады. Қарашірінді тек топырақтарға ғана тән зат. Топырақ құралуы кезінде минералдану мен қарашірінді түзілуі кұбылыстары оңтайлы жағдайда жүргеңде топырақта қарашірінді қабаты түзіледі және оның қалыңдығының артқаны байкалады. Топырақта қарашірінді мөлшері арткан сайын оның құнарлылығы молайып, касиеттері жақсара түседі. Қоршаған ортанын жағдайлары, топырак түзуші факторлар қолайсыз болған жағдайда топырактағы карашірінді түзілуі, жиналу процестерінің қарқыны бәсеңдейді, қарашіріндінің және басқа органикалық аттардың минералдануының артуы байқалып, құнарсыз топырақтар түзілуі ықтимал.

Шымтезек түзілу құбылысы – ылғалдылық артық жағдайда анаэробты ортада әлсіз ыдыраған органикалык қалдықтардың жинақталуымен сипатталады. Бұл процесс әсерінен топырақта шымтезек қабаты қалыптасады. Батпақты топырақтар түзілу процесіне қатысады.

Топырақтың минералды бөлігінің өзгерістерге ұшырауына қатысты процестер қатарына бастапқы топырақ құралу, шымдану, балшықтану, грейлену ж.т.6. жатады.

Бастапқы топырақ құралу жалаңаш аналық тау жыныстары үстінде өтеді. Бұл күрделі, кешенді бір уақытга жүріп жататын биологиялық, физикалық және химиялық процестер жиынтығы. Тау жыныстарына қарапайым организмдер қоныстануынан басталады және олар тау жыныстарының минералдарының ыдырауына, үгілуіне әсер етеді. Кейінірек бірте-бірте майда үгінділер, биогенді элементтер мен гумустың жиналуы байқалады. Бұл кұбылыс әсерінен өте жұқа қабатты, әлсіз дамыған топырақтар түзіледі.

Шымдану процес - -шөптесін есімдіктер қалдықтары ыдырау әсерінен гумустың, азоттың және күлді элементтердің топырақтың үстіңгі қабатына шоғырлануымен, топырақтың дәнше-кесекті құрылым қалыптасуымен сипатталады. Шымдану процесі әсерінен топырактың потенциалды құнарлылығы қалыптасып, өсімдіктердің өсіп-өнуіне қолайлы жағдай туады.

Балшықтану процесі - топырақта туынды балшықты минералдар: монтмориллонит, гидрослюдалар, каолин, вермикулит т.б. түзілуі құбылыстармен сипатталады. Олар бастапқы, кейде туынды минералдардың үгілуімен, ыдырауынан пайда болады. Бұл құбылыс биогеохимиялық процестер қатарына жатады. Балшықты минералдардың түзілуіне биологиялық үгілудің үлкен әсері бар.

Глейлену үрдісі (қопалану) топырақта шала темір тотығы (ҒеО), темір және марганецтің тұздары ҒеС0₃ сидерит, Ғе₃ (Р0)⁴*8Н₂0 вивианит қосылыстары бар балшықты минералдардың артық ылғалдылық және оттегі тапшылығы қалыптасқан анаэробты жағдайда түзілуімен айкындалады. Жоғарыда көрсетілген қосылыстар топырақта глейленген (қопа) қабатын немесе глей дақтарын түзейді. Бұл дақтар ақшылт-жасыл, көкшіл-жасыл, көкшіл-қара түсті больш келеді. Қопа түзілу процесі батпақты, артық ылғалдылығы бар аймақтар топырақтары құралуы құбылыстарына тән болып келеді.

Аллиттену (ферралиттену) үрдістері үгілу және топырак түзілуі кезінде топырақта темірдің және алюминийдің тотықтары минералдарының (гетит, гидрогетит, лимонит, гидрогелит, гиббсит), туынды каолиниттің жиналуы, ал басқа тотықтардың, кремнеземнің кемуі байқалатын құбылыс. Бұл процесс тропикалық және субтропикалық ылғалды аймақтарда байқалады. Қызыл және сары топырақтар түзілуі құбылыстарына катысады. Аллиттену (ферралиттену) процестері әсерінен қалыптасқан топырақтар қызыл немесе сары түс болады, бұлар темірленген микроқұрылымды, аз сіңіру қабілеті бар, біріккіштігі немесе иленгіштігі жақсы және ылғалданғанда өте ісінетін болып келеді.

Латериттену процесіне топырақта темірлі, темірлі-кварцты болып қатқан түйіршіктермен қабаттардың (жабындының) пайда болуы құбылыстары жатады. Бұл процесс топыракқа темір және алюминий қосылыстары бар сулардың әсері арқылы жүреді. Латериттену зат айналымынан көп мөлшерде темір косылыстарын ығыстырады. Бұл процесс мерзімді ылғалды тропикалык аймақтар топырақтарында байқалады.

Топырақта пайда болған өнімдердің өзгерістерге ұшырау процестеріне келесідей құбылыстар жатады:

Күлгіндену-тайгалы орман ішінде ағаш жапырақтары ыдырап қышқылды өнімдер калыптасып, топырақтың минералдарын ыдырататын мол жауын-шашын суымен еріген заттардың үстінгі кабаттардың астыңғы қабаттарға шайылуы нәтижесінде топырақта қоректік заттар кедей, құрамында қышкылдарға төзімді кремний тотығы жиналған қышқыл реакциясы бар қабаттың пайда болу процесі.

Лессиваж-топырақ түзілуі кезінде балшықты бөлшектердің құрамын өзгертпей су ағысымен топырақтың астыңғы қабаттарына көшуі. Нәтижесінде топырақтың үстіңгі қабаттарында балшықты-тозаңды бөлшектер кемиді, ал астыңғы иллювиалды қабатта осы бөлшектер мөлшері молаяды, яғни топырактың үстіңгі қабаттарында құнарлылықты арттыратын маңызды бөлшектер мөлшері кемиді.

Қорыта айтқанда, топырақ құралуы кезінде оның бойында әр түрлі процестер қалыптасады және олардың қарқындылығы, косарлана жүруі топырақтың түрлі қасиеттерін, морфологиялық белгілерін қалыптастырады. Топырақтың белгілі бір түрінің түзілуіне ықпал жасайды.

1, 5-17; 37-45; 2, с. 15-20, 22-61; 6, с.3-30; 9, с.13-29, 40-44; 11, 200б; 15, с. 51-57, 173-226; 18, 27-39 б; 19, 71-160б.

1 Топырақтың үгілуін қалай түсіндіруге болады?

2 Топырақтың үгілу факторларын атаңыз.

3 Физикалық, химиялық және биологиялық үгілу дегеніміз не?

4 Аналық жыныстар дегеніміз не және олардың топтарын атаңыз.

5 Магмалық, шөгінді және метаморфтық жыныстарға сипаттама беріңіз.

6 Геологиялық, биологиялық және биогеохимиялық заттар айланымының анықтамысын және ерекшеліктерні атап көрсетіңіз.

7 Топырақ түзілу процесі дегенімз не?

8 Топырақ түзілу факторларын атаңыз.

9 Топырақ түзілу процесінің негізгі буындарын атаңыз.

10 Топырақ түзілуінің қандай кезеңдері бар? Олардың негізгі ерекшеліктерін сипаттаңыз.

11 Топырақ құралу процестерінің негізгі топтарын атаңыз және оларға жататын құбылыстарды сипаттаңыз.

4.1 Топырақтың органикалық бөлігінің көздері

4.2 Органикалық қалдықтардың топырақта өзгеру процестері

4.3 Гумустың құрамы

4.4 Топырақтың гумустық жай-күйінің көрсеткіштері

4.5 Гумустың топырақ түзілу, топырақ құнарлығы және өсімдіктердің қоректенуіндегі рөлі

Гумустың көзі болып жоғары сатыдағы өсімдіктермен топырақты мекендейтін микроорганизмдер мен жануарлардың органикалық қалдықтары саналады.

Шөпті өсімдіктер астында гумустың негізгі көзі тамырлар, ал ормандағы топырақтарда төсеніш саналады, оның мөлшері аймаққа, құрамына, жасына және екпелердің жиілігіне, сонымен қатар өсімдік мен мүктер жамылғысының дамуына байланысты болады. Ағашты өсімдіктердің тамырлары көп жылдықтар, олардың гумус түзілуіндегі рөлі шамалы.

Жасыл өсімдіктер биомасса қалдықтарының шамамен 1/3 бөлігін микроорганизмдердің органикалық қалдықтары құрайды. Топырақ фаунасының органикалық қалдықтары өте аз мөлшерде жиналады - 100-200 кг/га құрғақ зат.

Соынмен, гумусты құрайтын бірінші немесе бастауыш және негізгі көзі болып жасыл өсімдіктердің жердегі түсулер (опад) мен тамырлар түріндегі қалдықтары саналады.

Өсімдіктер қалдықтарының химиялық құрамы әртүрлі болады, негізгі бөлігін (75-90%) су құрайды. Құрғақ затқа көмірсулар, белоктар, лигнин, липидтер, балауыздар (воски), шайырлар (смолы), илік (дубильные) және басқа да заттар кіреді. Органикалық қалдықтардағы заттар топтарының ара қатынасы әртүрлі болады. Мысалы, бактериялардың негізгі массасы белоктар, сүректе (древесина) және қылқанжапырақта лигнин, шайырлар, және иліктер көп, ал белок аз болады және олардың ыдырауы баяу жүреді. Шөптер белокқа бай болады да тез ыдырайды.

Органикалық қалдықтар құрамында ылғыйына күлдік элементтер: калий, магний, кремний, фосфор, күкірт, темір және басқалардың біршама мөлшері болады. Сүректің күлділігі өте төмен, күлдік элементтер шөптің қалдықтарында көп болады.

Жыртылатын топырақтарда гумустың көзі болып мәдени өсімдіктердің аңыздық және тамырлар қалдықтары, сонымен қатар органикалық тыңайтқыштар (көң, компостар және тағы с.с.) саналады.

Жер үстіне немесе топыраққа түсетін жасыл өсімдіктер қалдықтарын микроорганизмдер ыдыратады, өнімдерін олар қоректену, энергия көзі реті қолданады. Ыдырау процесінде бұл қалдықтар анатомиялық құрылысынан айрылады, оларды құрайтын заттар жылжымалы көбірек және қарапайым қосылыстарға айналады. Бұл қосылыстардың бір бөлігі микроорганизмдермен толық минералданады, ал ыдырау өнімдері жасыл өсімдіктермен сіңіріледі, ыдырау өнімдерінің бір бөлігін гететрофтық микроорганизмдер қайтара пайда болған белоктар, майлар, көмірсулар және басқа да қосылыстарды синтездеуде пайдаланады. Ақыр аяғында ыдылау өнімдерінің кейбір бөлігі күрделі жоғары немесе үлкен молекулалы заттар – гумус қышқылдарына айналады. Бұл процесті гумификация процесі деп атайды, оның агенттері болып ауадағы оттегі, су және микроорганизмде ферменттері саналады.

Органикалық қалдықтардың гумусқа айналу процесінде топырақ жануарлары белсенді қатысады, олар органикалық қалдықтарды ұсақтайды, бар массаны араластырады, оларды қайта өңдейді де экскременттерін (нәжістерін) топыраққа шығарып тастайды. Бұл арада топырақ құрттарының рөлі өте зор.

Сонымен, органикалық заттардың гумусқа айналу процесі (гумустың түзілуі) алғашқы органикалық заттардың ыдырау, микробтық плазманың қайта құрылған түрлерінің синтездену және олардың гумификациялану процестерінің жиынтығы болып саналады.

Гумустың құралу (түзілу) құбылысының ұзақтығы, сипаты топыраққа түсетін өсімдік қалдықтарының құрамына, мөлшеріне, ылғалдылыққа, ауамен қамтамасыз етілуіне, ортаның реакциясына, микробиологиялық ерекшеліктеріне, топырақтың химиялық, минералды және грануметриялық құрамына байланысты болып келеді. Аэробты жағдайларда ылғал жетікті және оңтайлы температура (25-30⁰С) болғанда органикалық заттардың ыдырауы қарқынды жүреді. Осындай жағдайларда аралық өнімдердің болсын, гумустық заттардың болсын минералдану процестері белсенді жүреді, топырақта гумус мөлшері шамалы жиналады да күлдік элементтер мөлшерлері көп болады. Топырақта тұрақты және кенет ылғал жетіспеген жағдайларда өсімдіктер қалдықтары аз жиналады, гумификация және минералдану процестері бәсеңдетіледі де гумус аз түзіледі.

Топырақта ылғал мөлшері тұрақты шамадан тыс болғанда, сонымен қатар температура да төмен болған жағдайларда гумификация процесі баяу жүреді. Органикалық қалдықтар анаэробты жағдайда ыдырайды да организмдердің тіршілік әрекетін ауырлататын газтәрізді (СН₄, Н₂) заттар көптеп жиналады. Осының салдарынан ыдырау процесі өшеді, гумификация баяу жүреді дкке органикалық қалдықтар шымтезекке (торфқа) айналады.

Гумустың жиналуына ең қолайлы жағдайлар топырақта су және ауа режимдері оңтайлы және қайта-қайта құрғақтану болғанда туады. Бұндай режим қара топырақтарға тән нәрсе.

Гумус түзілу процесінің бағыты мен жылдамдығына ыдырайтын қалдықтардың химиялық құрамы және олардың топыраққа түсу сипаты үлкен әсер етеді.

Шөпті өсімдіктер қалдықтарының ыдырауы, әсіресе бұршақтылар, топырақта негіздер мөлшерінің көп болуымен жүреді, бұндай жағдайда топырақтың минералдық бөлігін біркелкі шаншыған «жұмсақ гумус» пайда болады.

Белоктарға кедей, күлдік элементтер мөлшері шамалы, лигнин, балауыздар мен шайырларға қаныққан ағашты өсімдіктер қалдықтары төсенішті ылғыйына жауын-шашындар шаятын жағдайда ыдырайды. Төсеніш саңырауқұлақтардың қатысуымен ыдырайды да көп мөлшерде органикалық қышқылдар пайда болады. Топырақтың қышқыл реакциясы гумификация процесін тежейді және топырақтың үстіңгі қабатында жартылай ыдыраған қалдықтары бар «қатты немесе дөрекі гумус» құрылады.

Топырақтағы ерекше емес заттар (белоктар, көмірсулар, липидтер, шайырлар және с. с.) мөлшері 10-15 %.

Ерекше (гумусты қосылыстар) заттар болып құрылысы циклді және қышқылды табиғаты бар жоғарымолекулалы құрамында азоты бар органикалық қосылыстар жүйесі саналады. Оларға жататындар: гумин және фульво қышқылдары, сонымен қатар гуминдер.

Гумин қышқылдары қоңыр түсті, өзінің құрылған жерінде жиналады, суда, органикалы және минералды қышқылдарда ерімейді, негіздерде шамалы ериді, топырақ кескінінде шамалы жылжиды. Бұл қышқылдар құрамында көміртегі (52-62 %), сутегі (2,8-5,8 %), оттегі (31-39 %) және азот (1,7- 5 %) бар. Гумин қышқылындағы бұл элементтердің мөлшері топырақтың түріне, ыдырайтын қалдықтардың химиялық құрамына және гумификациялану жағдайына байланысты болады. Қара топырақтардың гумин қышқылдарында көміртегі көп болады. Гумин қышқылдарының тұздары – гуматтар, олар топырақта жақсы құрылым құраушы болып саналады.

Фульвоқышқылдар –жоғарымолекулалы құрамында азот бар органикалық қышқылдар. Олар сары түсті, суда, қышқылдарда, негіздердің әлсіз ерітіндісінде жақсы ериді, фульфаттардың еритін тұздарын құрайды. Фульфоқышқылдарының су ерітінділері өте қышқыл болады (рН 2,6 -2,8). Фульвоқышқылдары өзінің қышқыл реакциясына және суда жақсы еритіндігіне байланысты топырақтың минералды бөлігін белсенді бұзады. Топырақта неғұрлым гумин қышқылдары аз болса, соғұрлым фульфоқышқылдарының бұзушы әсері күштірек.

Гумин –гумин және фульвоқышқылдарының комплексі, топырақтың минералдық бөлігімен өте мықты байланған және әдеттегіше тәсілмен бөлінбейді..

Кезкелген топырақта гумустық заттар гумин және фульфоқышқылдары және олардың тұздарынан тұрады (гуматтар, фульваттар, алюмо- және теміргумусты қышқылдар). Бұл қосылыстардың бәрі топырақтың минералды бөлігімен әртүрлі күштегі байланыста болуы мүмкін.

Топырақты агрономиялық тұрғыдан сипаттау үшін келесі көрсеткіштерді пайдаланады.

1. Гумустық қабаттардағы гумус мөлшері (С,%):

өте жоғары > 10

жоғары 6-10

орташа 4-6

төмен 2-4

өте төмен <2

2. Гумустың қоры (ЗГ, т/га) формула бойынша есептеледі:
ЗГ=С^*d_v^*h (1)

Мұнда ЗГ – гумус қоры, т/га;

d_{v –} топырақтың тығыздығы, г/см3;

h – қабаттың қалыңдығы, см

0-20 см (0-100 см) қабаттардағы гумус мөлшері келесі шкала бойынша бағаланады, т/га:

өте жоғары >200 (>600);

жоғары 150-200 (400-600);

орташа 100-150 (200-400);

төмен 50-100 (100-200);

өте төмен <50 (<100).

3. Гумустың метрлік қалықдықта кескін бойынша бөлінуі (кенет азаятын, бірте-бірте азаятын, біркелкі және б.).

4.Гумус түрі (тип) гумин және фульвоқышқылдар қатынасымен анықталады (С_ГК:С_ФК):

гуматтық >2;

фульватты-гуматтық 1-2;

гуматты-фульваттық 0,5-1;

фульваттық <0,5;

5. Гумустың азотпен қанығуы С:N атомдық қатынасымен бағаланады:

өте жоғары >5;

жоғары 5-8;

орташа 8-11;

төмен 11-14;

өте төмен <14.

1. 
   Гумуста өсімдіктер мен микроорганизмдерінің қоректенуіне қажетті барлық негізгі элементтер жиналады және ұзақ сақталады. Оның бірте-бірте минералдануынан барлық элементтер минералды түрге айналады және өсімдіктермен пайданылады.
   
2. 
   Гумус пен органикалық қалдықтар ыдырау кезінде көмірқышқыл газы көп мөлшерде бөлінеді, олар жер бетіне жақын орналасқан ауа қабатын көмір қышқылы газымен қамтамасыз етіп, өсімдіктердің көміртегімен қоректену көзі болады.
   
3. 
   Гумустық заттар және органикалық қалдықтар ыдырауының аралық өнімдері топырақ түзілу процесінің бірінші сатысында белсенді қатысады – минералдардың биологиялық мүжілу және тау жыныстарының бұзылуы. Минералдар әсіресе фульвокышқылдар арқылы бұзылады және олардан организмдерге қажетті қоректік элементтер алынады.
   
4. 
   Гумустың топырақ кескінін қалыптастыруда үлкен рөлі бар. Гумин қышқылдары көп деңгейдегі топырақтардың гумустық қабаты жақсы көрінеді. Егер топырақта кальций көп болса, гумин қышқылдары кальций гуматын құрайды, суғатөзімді құрылым құрауда ол өте маңызды.
   
5. 
   Егер гумус құрамында фульвоқышқылдар көп болса, бұндай топырақтар кальций, магний, калий және басқа да негіздермен кедейленеді, топырақ реакциясы қышқыл болады, силикаттар мен алюмосиликаттар бұзылады. Бұл жағдайлар тұрақты және шамадан тыс ылғалданған топырақтарда байқалады.
   
6. 
   Органикалық заттарға байланысты топырақты көптеген микроорганизмдер мен топырақ жануарлары мекендейді, олармен әртүрлі күрделі биохимиялық процестер байланысты.
   

1, с.65-83; 2, с. 78-94; 9, с.58-73; 10, с.179-226; 11, 200б; 22, с. 275-279.

1 Топырақтың органикалық бөлігі дегеніміз не?

2 Гумустың көздерін атаңыз.

3 Жыртылатын топырақтарда гумустың көзі болып не саналады?

4 Гумус дегеніміз не, ол қандай заттардан тұрады?

5 Әртүрлі топырақтардағы гумус мөлшерлері қандай?

6 Топырақтың гумустық жай-күйінің негізгі көрсеткіштерін атаңыз.

7 Топырақ түзілу және топырақ құнарлығының дамуында гумустың рөлі қандай?

5.1 Топырақ коллоидттары, олардың құрылысы, қасиеттері және құрамы

5.2 Топырақтың сіңіру қабілеті және оның түрлері

5.3 Топырақтың сіңіру сиымдылығы және әртүрлі топырақтардағы алмасу катиондарының құрамы

5.4 Топырақтың сіңіру қабілетінің маңызы

5.5 Топырақ қышқылдығы, сілтілігі

5.6 Топырақтың буферлігі
5.1 Топырақ күрделі полидисперсті жүйе, әртүрлі мөлшердегі бөлшектерден тұрады. Топырақтың ең дисперсті бөлігі коллоидтар (бөлшектердің мөлшері немесе көлемі 0,0001 мм-ден төмен) түрінде болады. Олар топырақ салмағының 1-2 пайыздан 30-40 пайызға дейін, бірақ олардың топырақтың қасиеттері мен құнарлылық деңгейіне деген әсері өте үлкен.

Коллоидтар – екі фазалы жүйе және дисперсті фазамен (коллоидті бөлшектер массасы) дисперсті ортадан (топырақ ерітіндісі) тұрады.

Топырақ коллоидтарының ерекшеліктері болып өте үлкен жалпы және сыбағалы үлесті бет ауданы, сонымен қатар дисперсті фазамен дисперсті ортаның бөліну шекарасында иондардың қос электрлік қабатының болуы.

Жалпы және үлесті үлкен бет ауданы жоғарғы дәрежедегі дисперстілікпен қамтамасыз етілген, сондықтан коллоидтің массасы оның бетіне қарағанда үлкен емес. Бұл ерекшелік коллоидтардың реакциялық қабілетін анықтайды.

Вигнердің ұсыныс бойынша коллоидты бөлшекті мицелла деп атайды.

Мицелланы схема түрінде былай көрсетуге болады:

Өзегі немесе ядросы – қатты бөлшек, заттар молекулаларының ұйытқысынан тұрады. Өзектің үстінде иондардың қос электрлік қабаты қалыптасқан, ол коллоидтың потенциалын анықтайтын өзекпен тығыз байланысқан ішкі қозғалмайтын иондар қабаты және иондардың қарсы зарядты қабатының орнын толтыратын сыртқы қабаттан тұрады. Өзекпен потенциал анықтайтын иондар қабатын гранула деп атайды. Орнын толтыратын қабаттағы иондардың бір бөлігі қозғалмайтын болып келеді, үйткені иондардың ішкі қабатымен тығыз байланысқан, ал екінші бір бөлігі қозғалмалы келеді де сыртқы немесе диффузды қабатты құрайды, бұл қабатта алмасу реакциясына қабілеті бар иондарды құрайды.

Потенциалын анықтайтын қабаттағы иондардың құрамына байланысты ацидоидтар, базоидтар және амфолитоидтарды ажыратады

Сұйық фазаға байланысты коллоидтар гидрофильді және гидрофобты болады. Гидрофильді коллоидтар суды мол сіңіріп тұтады, ал гидрофобтылардың қасиеті керісінше, шамалы.

Коллоидтар топырақта золь (коллоидтік ерітінді) және гель (коллоидтік тұнба) күйлерінде кездеседі және олар бір күйден екінші күйге көше береді.

Коагуляция – коллоидтің ерітіндіден тұнбаға көшуі, ал керісінше, тұнбадан ерітіндіге көшуін пептизация (бытырау) деп атайды.

Золь күйінда коллоидтар топырақтың қабаттарында жылжып, жиылады, ал гель күйінда топырақта бекіп қалады. Яғни, коллоидтар құрамындағы қоректік заттар жылжижы және бекиді. Сонымен бірге коллоидтар гель күйіне көшу барысында топырақ түйіршікгтілігін қалыптастырады.

Коллоидтардың адсорбтық қасиеттерінің – топырақ ерітіндісіндегі заттардың катиондар, аниондар және тұтас молекулаларын сору маңыздылығы өте зор.

Коллоидтар топырақта үш түрде минаралды,органикалық, органикалы-минералды қосылыстар түрінде кездеседі.

Минералды коллоидтар балшықты минералдар, кремний, темір, алюминий тотықтарының коллоидты түрінде кездеседі.

Топырақта органикалық коллоидтар ең алдымен гумусты қышқылдар мен олардың тұздары (гуматтар, фульваттар) ретінде кездеседі. Олардың бәрі нақтылы ацидоидтар. Гумусты заттардың ерекшеліктері катиондардың алмасып сіңіру қабілетінің өте жоғары сиымдылығы, осыған орай олар топырақтың сіңіру қабілетіндегі рөлі өте зор.

Органикалы-минералды коллоидтар барлық топырақтардың үстіңгі қабатында көп тараған, олар гумусты заттардың балшық минералдарымен және үш валентті металл тотықтарының шөгінділерімен қосылыстар түзуі арқылы құрылады.

Органикалы-минералды коллоидтар ацидоидтар болып саналады және олардың да сіңіру қабілеті жоғары болып келеді.

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.
5.3 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.
5.4 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.
5.5 Топырақтың сипатты қасиеті оның реакциясы, немесе топырақ ерітіндісінің реакциясы, ол Н және ОН¹ иондар концентрациясынын теріс (мөлшер) арасалмағы, оны рН мөлшерімен белгілейді: рН = 3-4-ке тең болса тым қышқыл, 4-5 қышқыл, 5-6 сәл қышқыл, 7- бейтарап, 7-8 сәл сілтілі, 8-9 аса сілтілі топырақтар деп саналады.

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:

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
5.6 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.

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?
6 Тақырып Топырақтың су, ауа, жылу қасиеттері және режимдері
Мақсаты: Топырақтың су, ауа, жылу қасиеттері мен режимдері оқып білу.

Дәріс сұрақтары:

6.1 Топырақ ылғалының маңызы. Топырақ ылғалының категориялары

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

6.3 Су режимі және оның түрлері

6.4 Топырақта ылғал жию және сақтау шаралары

6.5 Топырақ ауасы, оның құрамы, агрономиялық маңызы

6.6 Топырақтың ауа қасиеттері

6.7 Топырақтың жылу қасиеттері

6.8 Топырақтың жылу режимі және оны реттеу шаралары
6.1 Топырақ суы организмдердің тіршілігінде және топырақ түзілуде үлкен маңызы бар. Топырақтағы су оның бойында өтіп жататын биологиялық, химиялық, физико-химиялық құбылыстардың белсенділігіне, заттардың жылжуына, ауа, қоректік заттар, жылу режимдеріне және топырақтың физикалы-механикалық қасиеттеріне үлкен ықпалын тигізеді. Топырақ суы органикалық заттардың ыдырау процестерінің қарқындылығын анықтайды. Топырақ суымен жиналған заттардың шығару, жылжу және жиналу процестері, генетикалық қабаттар мен жалпы топырақ кескінің қалыптасуы байланысты. Топырақ ылғалы оның жылу балансына да ықпал етеді. Топырақтың үстіңгі қабатында су жылжу кепзінде оны эрозияға шалдықтырады. Топырақта су шамадан тыс болғанда күлгіндену, батпақтану, ал капиллярлар бойынша көтерілуі судың булануына әкеліп соғады, тұзды сулар тұздану және кебірлену процестерін болдырады.

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.
   

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.

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).

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.
6.5 Топырақ ауасы құрамы жағынан атмосфералықтан айырмашылығ бар, оның негізгі құрауыштары - азот, оттегі, аргон, көмір қышқыл газы, ал қалғандарының үлесі көлемінен тек 0,01 %. Атмосфералық ауаның құрамы тұрақты деуге болады. Топырақ ауасында атмосфералықпен салыстырғанда оттегінің мөлшері азырақ (үстіңгі қабатында 10-19%, ал төменгі қабаттарында 10-11% дейін кемиді) және көмір қышқыл газы көбірек (0,3%) болады, сонымен қатар онда азоттың мөлшері де өзгеруі мүмкін. Батпақты және батпақтанған топырақтардың ауасында NH₃, CH₄, H₂ байқалатын мөлшерлері болуы мүмкін. Топырақ ауасында ондағы микроорганизмдер тіршілігіне байланысты аздаған мөлшерде ұшпайтын органикалық қосылыстар тұрақты болады (көмірсутектердің майлы және ароматты қатары, күрделі альдегидтер, спирттер және 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.