Топырақтану пәні, негізгі тәсілдері және тараулары. Топырақ түзілу процесінің жалпы схемасы. Мақсаты

Тақырып Топырақтың органикалық бөлігі

1 Топырақтың органикалық бөлігінің көздері

2 Органикалық қалдықтардың топырақта өзгеру процестері

3 Гумустың құрамы

4 Топырақтың гумустық жай-күйінің көрсеткіштері

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 есептейді:

ЗГ=С_*d_v*h, 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.

5 Гумус топырақ түзілу және топырақ құнарлылығының дамуында үлкен рөль атқарады..

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 Почвоведение. Под ред. И.С. Кауричева. – М.: Колос, 1982. - с.65-83.

2 В.Д. Муха. Агропочвоведение. – М.: КолосС, 2003. – с.58-73.

3 Д.С.Орлов Химия почвы.- М.: Издательство Московского университета, 1985.- с. 275-279.

4 Тазабеков Т., Тазабекова Е. Орысша-қазақша топырақтану түсіндірме сөздігі. – Алматы: Ана тілі, 1994. – 200б.

5 Почвоведение с основами геологии. Под ред. В.П.Ковриго. – М.: КолосС, 2008, - с. 78-94.

6 Мамонтов В.Г. и др. Общее почвоведение. – М.: КолосС, 2006. – с. 179-226.

Бақылау сұрақтары:

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?