Т. М. Блисов Топырақтану Оқушылардың оқытушымен өзіндік жұмыстарын (топ) орындауға арналған

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. – 18 б.

ББК 40.3 (26,3)

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

Қостанай мемлекеттік университеті, 2013
Мазмұны
1 Тақырып Топырақтың химиялық құрамы..................................................4

1.1 Топырақты түзуші жыныстар мен топырақтағы

химиялық элементтердің мөлшері.................................................................4

2. 
   Топырақ құрамындағы макроэлементтер.............................................7
   

элементтер.......................................................................................................11

2 Тақырып Топырақтың физикалық және

физико-механикалық қасиеттері...................................................................15

2.1 Топырақтың жалпы физикалық қасиеттері..........................................15

2.2 Топырақтың физико-механикалық қасиеттері.....................................16

Ұсынылған әдебиеттер тізімі.........................................................................17
1 Тақырып Топырақтың химиялық құрамы
Мақсаты: Топырақтың химиялық құрамының қалыптасуы жөніндегі көзқарасты қалыптастыру.

Оқып-білу сұрақтары:

1.1 Топырақты түзуші жыныстар мен топырақтағы химиялық элементтердің мөлшері

1. 
   .2 Топырақ құрамындағы макроэлементтер
   

Топырақ салмағының 80-90% және одан да көбін минералды бөлігін қамтиды, тек органогендік топырақтағы оның салмағы 10% және кейде одан да аз болады.

Топырақ құрамынан барлық белгілі химиялық элементтер анықталған. Академик А.Е. Ферсманның ұсынысы бойынша литосфера мен топырақ құрамындағы белгілі элементтердің көрсеткіштерінің орташа сандары кларк (американ геохимигі Ф.У. Кларк, 1889 ж алғашқы болып жер қыртысының орташа химиялық құрамын анықтаған) деп аталады.

Топырақты геохимиялық көзқараста зерттеу алғаш 1911 жылы академик Вернадский бастаған.

Жеке химиялық элементтердің литосфера мен топырақтағы мөлшері кең ауқымда құбылады (кесте).
Кесте

Топырақ пен литосферадағы химиялық элементтердің құрамы, %

Топырақтың минералдық бөлігі беделді дәрежеде литосфераның химиялық құрамымен шарттасқаннан соң, топырақ пен литосфераның жеке элементтері қатынасы жағынан ұқсастықтар бар. Литосферада топырақтағыдай бірінші орында оттегі, екінші кремний, кейін алюминий, темір және т.б. Бірақ та топырақта литосферамен салыстырғанда көміртегі 20 есе және азот 10 есе көп. Осы элементтердің топырақта жинақталуы құрамында орташа 18% көміртегі, азот 0,3%болатын организмдердің тіршілік барысымен тығыз байланысты.

Топырақта су құрамы ретінде оттегі мен сутегі көп, кремний көп болғанымен топырақ түзілу мен үгілу процестерінің әсерінен литосфераға қарағанда алюминий, темір, кальций, магний, натрий, калий және басқа да элементтер аз.

Барлық топырақтар мен жыныстардың химиялық элементтерінің негізгі көзі болып магмалық жыныстар саналады. Литосфераның жоғарғы 16 км қабатын құрайтын олар жалпы жыныстармассасының 95% алады.

Минералдық құрамына сәйкес магмалық жыныстардың химиялық құрамы өте әркелкі. Ең негізгі құрам бөлігі ретінде кремнеземнің орташа мөлшерде кездесуіне байланысты магмалық жыныстар 5 топқа бөлінеді, олар SiO₂ 75% және одан да көп ультрақышқыл, қышқыл -65-75%, орташа-65-52%, негіздік-52-40%, ультранегіздік-40% төмен.

Негізгі жыныстарда еркін кварц кездеспейді, жер сілтілі негіздерге бай, сілтілерге кедей болып келеді.

Орташа және қышқыл жыныстарға ауысқанда кальций азайып, натрий мен калий саны өседі. Қышқыл жыныстарда далалық калий көп. Ультранегіздік жыныстарда кальций жоқ.

Шөгінді жыныстарда литосфераның тек 5% тек тиесілі келеді. Олардың өздерінің қалыптасқан жыныстар қатарында саналғандықтан, метаморфикалық жыныстар есепке алынбайды.

Құрлықтың көп бөлігін құраушы және негізгі топырақ түзуші жыныстар үгілу процесі мен таулы жыныстардың қалдық литосфераны құраушы өнімдері түрлі химиялық құрамды борпылдақ жыныстар түзеді. Литосфераның жоғары бөлігіне магмалық жыныстардың шамамен тек 25% келеді.

Борпылдақ топырақ түзуші жыныстардың химиялық құрамы алғаш таулы жыныстардың үгілу өнімдерінің химиялық құрамымен, сондай-ақ осы үгілу өнімдерінің жиналу барысындағы өзгерістермен де сипатталады. Жеке химиялық элементтер мен олардың тотығының пайыздық мөлшері олардың әрқайсысының абсолют өзгерісімен сипатталса, сондай-ақ басқа да элементтердің мөлшерінің ұлғайып, азаюымен де сипатталады.

Борпылдақ жыныстарда жалпы кремнеземнің мөлшері магмалық жыныстардан әрқашанда жоғары болғанымен, топырақ түзуші жыныстың генетикалық типі мен механикалық құрамына байланысты толқымалы кремнеземнің көбеюі борпылдақ жыныстардың үгілу процесі кезінде кварцпен байытылуына байланысты кварцпен байытылу тек басқа миниралдардың ыдырауынан ғана емес, үгілуден болған кремнеземнен екіншілікті кварцтың пайда болуы.

Құмды жыныстарда кремнезем көлемі 90%-дан көп. Саздақтар мен сазды жыныстардағы кремнезем 50-70%-ға төмендеп, алюминий, темір және басқалардың тотығы өседі.

Әдетте борпылдақ жыныстарда байланысқан кремнезем үгілу процесінен сілтіленіп, магмалықта аз болады. Борпылдақ жыныстарда темір мен алюминидің аз жылжымалы тотығы жинақталады. Бұл заңдылықтар кварцсыз жыныстар бөлігіндегі химиялық анализ қорытындыларында анық көрініс алады.

Алюминий мен темір тотықтарының жиналуы ылғалды климат жағдайындағы үгілуге байланысты.

Үгілу өнімдерінің ішіндегі жылжымалы жай тұздар және олардың түзген иондарының валенттілігі тобы мен болған сайын еруі жылдам болады. Осыған байланысты борпылдақ жыныстар мен топырақта негіздердің орташа мөлшері литосферадан аз, ылғалды климат жағдайында борпылдақ жыныстар барлық негіздерге кедей келеді, құрғақ климат жағдайында түзіледі.

Негіздердің жерсілтілі және сілтілі болуына байланысты топырақ түзуші жыныстар тұзды және сілтіленген корбонаттарға бөлінеді.

Антипов – Каратаев (1958ж) бойынша сілтіленген жыныстар әрқайсысы 1-3% аспайтын кальций, магний, натрий, калий тотығынан тұрады. Корбанатты жыныстар (15-20%-ға дейін) кальций корбонатының көп бөлігінен алады. Тұзды жыныстар кальций, магний, натрий хлориттерден тұрады.

Топырақ түзуші жыныстардың химиялық құрамы оның белгілі механикалық және минералдық құрамында көрініс табады. Құмды жыныстар кремнеземнан тұруына байланысты кварцқа бай. Жыныстың механикалық құрамының ауырлаған сайын оның екіншілікті жоғары дисперсті минералдарының көбеюіне, соған сәйкес кремнезем аз, алюминий мен темір тотығы, байланысқан су көп, ал сиалитті типті жыныстарда калий мен магний тотығы көп.

Топырақтар топырақ түзуші жыныстардың шығыс материалдарының геохимиялық қасиеттарін иеленеді. Жыныстың кремнеземге байлығы құрамында оның топырақтағы тотығының құрамында көрініс табады. Лёссте – карбонатты жыныста түзілетін топырақтар кальцийдің көп мөлшері болуымен ерекшеленеді. Топырақ түзуші жыныстардың тұздануы топырақтың тұздануының көзі болып табылады. Бірақта жыныс топырақтардың аналық материалы бола отырып, топырақ түзілу процесі кезінде өзгеріске ұшырайды. Түрлі химиялық элементтер мен тотықтардың мөлшерінің өзгеруі мен топырақ горизонтында таралуы топырақ түзуші типіне байланысты. Топырақтың әрбір типі белгілі химиялық құрамы мен горизонттарда дифференцация сәйкес.

Топырақ түзуші жыныстарға қарағанда жоғары шымды-күлгін қабат топырағы кремнеземмен байытылған және алюминий мен темірдің тотығы аз. Қара топырақтағы тотықтар құрамы өзгеріссіз қалады. Барлық топырақтарда жыныстарға қарағанда органикалық заттар жоғары горизонттарда жиналып, көптеген топырақтарда фосфордың, күкірттің, кальцидің көміртегі мен азоттың маңызды биологиялық аккумуляцияға байланысты.

Жыныстың өзгеру көлемі топырақ түзілудің табиғи факторларына сай келеді. Үгілу мен топырақ түзілу процестерінің үзіліссіздігінен топырақтың химиялық құрамы үнемі өзгеріс үстінде болады.

1.2 Топырақта химиялық элементтер түрлі қосылыстардың құрамында кездеседі.

Оттегі алғашқы және екіншілікті минералды құрамына кіріп, су мен органикалық қосылыстардың негізгі элементі болып саналады.

Қышқыл ортада (рН<5) алюминийдің гидрототығы жылжымалы болады және алюминий топырақ ерітіндісінде өсімдіктердің өсуіне зиян тигізетін иондар күйінде кезеседі.

Алюминийдің суда еритін және колоидты гидрототығы органикалық қышқылдармен әрекеттесіп, топырақ профилінде жылжи алатын формадағы жылжымалы кешенді қосылыстарды түзеді.

Темір өсімдіктер тіршілігі үшін өте қажетті элемент, онсыз хлорофилдер түзілмейді. Топырақта темір ферросиликаттар тобына жататын минералдар құрамында, гидрототық күйінде, қарапайым тұздар, одан басқа ферро және ферроорганикалық тұздар кешені де кездеседі.

Құрамында темір бар минералдардың үгілу нәтижесінде аз жылжымалы, аморфты гель Fe₂O₃*H₂O күйінде шөгіп, кристалдану кезінде гетит Fe₂O₃*H₂O және гидрогетитке Fe₂O₃*3H₂O айнала алатын темірдің гидро тотығы босап шығады.

Тек өте қышқылды (рН<3) ортада темірдің гидрототығының жылжуы күшейіп, топырақ ерітіндісінде темірдің (Fe³⁺) ионы пайда болады. Қайта қалпына келтіру жағдайында темірдің тотығы өсімдіктер үшін қол жетімді FeCO₃, Fe(HCO₃)₂, FeSO₄ ерігіш қосылыстарға айналады. Темір қосылыстарының аса ерігіштігі өсімдіктерге кері әсер етеді. Тотықтыруы күшті бейтарап және сілтілі топырақта өсімдіктерде темір жетіспеушілігі хлорозға әкеп соғады.

Темірдің гидрототығы алюминийдің гидрототығы секілді топырақ профилінде жылжуға қабілетті кешенді қосылыстар формасын органикалық қышқылдармен әрекеттесу салдарынан түзіледі.

Азот өсімдіктерге негізінен минералды қосылыстар формасы аммоний, нитрат, нитрит күйінде қол жетімді, олар органикалық зат – аминқышқылдары – амидтер – амоний – нитраттар – нитриттер схемасы бойынша азотты органикалық заттардың бұзылуынан бөлініп шығады. Нитриттер аралық өнім ретінде, топырақта кездеспейді. Өсімдіктердің қоректенетін аммоний мен ниттратты азот – азотты қосылыстардың негізгі формасы. Аммонилі азот ионы NH₄ топырақта оңай жұтылатындықтан нитратты азотқа қарағанда өсімдіктерге қол жетімсіз. NO₃ ионы топырақта химиялық та, физико – химиялық та жұтылмайды, топырақ ерітіндісінде кездесіп, өсімдіктер оңай пайдалана алады. Ылғалды аудандарда, әсіресе булы жерде нитраттар шайылуға төнеді. Өсімдіктердің азотпен қамтамасыз етілуі минералданушы органикалық заттардың бұзылу жылдамдығына байланысты. Бірақта тек азоттың табиғи қорының мобилизация есебінен тіптен гумусқа бай топырақта да мол өнім алуды қамтамасыз ете алмайды. Өсімдіктер азотты көп мөлшерде тұтынады. Топырақтан алынатын қоректік элементтердің ішінде өсімдікте кездесуіне байланысты азот бірінші орынды иеленеді. Сондықтан өсімдіктердің көп көлемде азотты қажет етуі топырақ азотының қорын толтыруды қажет етеді.

Топырақта фосфор органикалық және минералды қосылыстар формасында болады. Органикалық қосылыстар фитин, нуклеинді қышқылдар, нуклеопртеидтер, фосфотидтер, сахарофосфоридтер күйінде кездеседі. Фосфордың миниралдық формалары топырақта негізінен кальций, магний, темір мен алюминий тұздары және ортофосфорлы қышқыл күйінде болады. Топырақта фосфор апатит, фосфорит және вивианит минералдары, одан басқа фосфат – анионында жұтылған күйінде кездеседі. Апатит барлық топырақтық фосфор қосылыстарының алғашқы көзі бола отырып, жер қыртысының 95% құрап, көптеген магмалық жыныстарда кездеседі.

Минералды фосфор топырақта аз жылжымалы формалар күйінде болады.

Кальций, магний, алюминий және темір фосфатының ерігіштігі кеміген сайын, негізделуі жоғарлайды.

Қышқыл топырақтарда темір мен алюминидің химиялық белсенді формалары болады, мұнда фосфор көбіне темір мен алюминий фосфаты (FePO₄, A1PO₄, Fe₂(OH)₃PO₄, А1₂(ОН)₃РО₄ және басқа) күйінде болып, құрамына кіретін фосфат ионын бөлшектеп алмастыруға қабілетті, адсорциялы қосылыстардың жартылай тотықтары мен байланысқан.

Бейтарап немесе әлсіз сілтілі топырақта кальций фосфаты көп. Кальцийге бай топырақтарда кальций фосфаты біртіндеп, үш кальцийлі Ca₃(PO₄)₂ фосфатқа қарағанда тұрақтылау форма Са₃(РО₄)₂•Са(ОН)₂, годросилапатитке айналады.

Минералды фосфат өсімдіктер үшін фосфордың негізгі көзі болып саналады. Негізінен органикалық қосылыстағы фосфор минералданғаннан кейін меңгеріледі.

Өсімдіктердің фосфор ионын меңгеруі үшін ортаның қолайлы қышқылдығы азқышқылдығы (рН-6,в15). Фосфорлы тыңайтқыштарды шамамен барлық топырақта пайдаланады.

Топырақта күкірт сульфаттар, сульфиттер және органикалық заттар құрамында кездеседі. Органикалық заттар ыдырағанда, сульфидтер тотыққанда FeSO₄-тен басқа топырақта күкірттің тұрақтылау формасы, сульфаттар түзіледі.

Сульфаттар, әсіресе калийлі, магнийлі, натрийлі суда жақсы еріп, топырақ колоидтарымен әлсіз жұтылады, тұзды формасы топырақта жинақталуы тек құрғақ климат дағдайында болады. Топырақта әдетте өсімдіктердің күкіртке деген қажеттілігін қанағаттандыруға жетерліктей мөлшері болады.

Калий организімдегі маңызды физиологиялық функцияларды атқарады. Өсімдіктер, әсіресе картоп, тамыр – жеміс, шөп, темекі сияқты мәдени өсімдіктер көп мөлшерде тұтынады.

Топырақта калий мөлшері айтарлықтай жоғары. Ауыр механикалық құрамды топырақта К₂О мөлшері 2% және одан да көп. Жеңіл механикалық құрамды топырақта калий аз.

Калийдің негізгі бөлігі топырақта өсімдіктерге аз қол жетімді алғашқы және екіншілікті минералдардың кристалдық торының құрамында кездеседі. Осы минералдардың биотит және мусковит сияқты кейбір түрлері калийді оңай беріп, қол жетімді калийдің негізгі көзі болады.

Топырақта калий сіңірілген күйінде де, жай тұздар формасында да каздеседі.

Жай тұздар калий өсімдіктер үшін қол жетімді болғанымен мардымсыз болады. Өсімдіктер үшін калийдің негізгі көзі – ауыспалы калий. Оның қол жетімділігі, топырақ онымен неғұрлым байытылса, соғұрлым жоғары болады. Ауыспайтын немесе бекітілген калий қол жетімсіз. Бірақ ауыспалы және ауыспайтын калий арасында топырақта тепе – теңдік бар. Ауыспалы калий тұтынылғанда оның қоры ауыспайтын калий есебінен толтырылып отырады.

Ауыспайтын калий мөлшері басымдырақ болғанда өсімдіктерде оның жетіспеушіліші болады.

Топырақта кальций мен магний минералдардың кристалдық торында, ауыспалы – жұтылған күйінде жіне жай тұздар (хлориттер, нитраттар, корбанаттар, сульфаттар, фосфаттар) күйінде болады. Көптеген топырақтарда жұтылған катиондар ішінде кальций бірінші, магний екінші орын алады. Топырақ ерітіндісінде кальций мен магний иондары басым. СаСО₃ және MgCO₃ аз ерігіш қосылыстар ретінде топырақта кең тараған және кальций мен магнийдің маңызды көзі ретінде саналады. Суда еріген көмірқышқыл газымен әрекеттескенде карбонаттар ерігіш бикорбонаттарға ауысады:

СаСО₃ + СО₂+ Н₂О = Са(НСО₃)₂

MgСО₃ + СО₂+ Н₂О = Mg(НСО₃)₂
Өсімдіктер әдетте кальций мен магнидің жеткіліксіздігін сезбейді, дегенмен көптеген топырақтар олардың құрылысын жақсарту мақсатында ізбестеу мен гипстеуді қажет етеді. өсімдіктер қорегі үшін кальцидің жеткіліксіздігі сорланған топырақтарға тән. Оларда кальцидің өсімдіктерге жетуін көп мөлшердегі жұтылған натрий тежейді. Магний жеткіліксіздігі дерновалы құмды және супечанды құмда кездеседі.
1.3 Микроэлементтер деп шартты түрде топырақ пен биологиялық обьектілерде өте аз мөлшерде кездесетін химиялық элементтерді атайды. Оларға бор, марганец, молибден, мыс, мырыш, кобольт, иод, фтор және басқалары жатады.

Микроэлеметтердің маңызы. Микроэлементтер өсімдіктер,жануарлар, адамдар өмірінің маңызды физиологиялық және биологиялық роль атқарады. Олар витаминдер, ферменттер, гормондар құрамына кіреді. Тамақтардағы микроэлеметтердің қалыпты болмауы (жеткіліксіз немесе жеткілікті) адамдар мен жануарларда зат алмасуын бұзып, түрлі аурулардың дамуына әкеп соғады. Иод жеткіліксіз болғанда адам мен жануарларда зоб эндемиясы дамиды, фтор жеткіліксіздігінде карис (тіс эмалінің зақымдануы), ал шамадан тыс болса флюороз (эмалдің теңбілденуі) дамиды,молибденнің артуы подаграның дамуына әкеледі; қозылар қорегінде мыс жетіспеушілігінде энзоотиялық атаксия ауруы байқалады, қойлар мен басқа да жануарлар жайылатын жайылым топырағында бордың көптігінен энтерит, жүйке қатынуына және пневмонияға әкеп соқтырады.

Топырақта микроэлементтардің жетіспеуі өсімдіктердің өнімділігі мен сапасын күрт азайтады. Мысалы: топырақта мыстың жетіспеушілігі өсімдіктердің жатаған болып, дұрыс дамымай және өнімділігінің күрт төмендеуіне әкеледі. Бордың жетіспеушілігінен тозаң түтікшелерінің өсуі қиындап, тұқым өнімділігі азайып, (қант қызылшасы жүрекшесінің шіруі, зығыр бактероизы) өсімдіктер ауруға шалдығады. Мырыш жетіспегенде ағаш жапырақтары түсетін розеткалдық ауру пайда болады.

Көптеген зерттеушілердің жүргізген зерттеулері бойынша топырақта микорэлементтердің болуы бір жағынан өсімдіктердің, жануарлардың өнімділігімен, басқа жағынан адамның денсаулығымен тығыз байланысты. Осы байланыстарды зерттеу біздің еліміздің шегінде биогеохимиялық провинциялардың біршама тобын анықтауға мүмкіндік туғызады, А.П.Виноградов жүргізген зерттеулер бойынша.

Биогеохимиялық провинция – бұл кейде үлкен көлемді территория, басқа көршілес территориялардан айырмашылығы ортадағы (топырақ, су, ауа) бір немесе бірнеше микроэлементтердің немесе макроэлементтердің концентрациясы. Бұл провинциялардан тыс жерлерде микроэлементтердің шамадан тыс көп дамуынан және жетіспеушілігінен өсімдіктер, жануарлар мен адамдарда үлкен көлемді зат алмасуының бұзылуы – биогеохимиялық эндемия спецификалық ауруына әкеледі.

Осылай, Закарпат облысы сондай биогеохимилялық провинция болып саналады. Мұнда зоб эндемиясы жоқ облыстармен салыстырғанда топырақ, су және тамақ құрамындағы йод мөлшері 2 – 5 есе аз. Ерекше биогеохимиялық провинция ретінде Полесская жазықтығын бөледі, мұнда топырақ пен табиғи сулардағы йод мөлшері тым төмен. Мұнда жеңіл механикалық құрамды топырақтан йод оңай шайылып батпақты топырақта шыммен берік бекітіліп, өсімдіктер үшін қол жетімсіз болады.

Молибденмен байытылған биогеохимиялық провинцияларға Өзбекстан, Тува, Забайкалье, Армения және басқалары жатады. Солтүстік – Батыс Қазақстанның көптеген аудандары борға байытылған биогеохимиялық провинцияға жатады. Өсімдіктердің, жануарлардың қорегінің, адамның ас өнімдеріндегі микроэлементтердің алғашқы көзі топырақ болып саналады. Осыған байланысты топырақтағы микроэлементтерді зерттеу өсімдік өсіруде, жануарлар өсіру, ветеренария мен медицинадағы көптеген тәжірибелік сұрақтарды шешуге мүмкіндік берер еді. Топырақтағы микроэлементтердің таралу заңдылығын білу микроэлементтерді өсімдіктер үшін тыңайтқыш ретінде және жануарлар үшін минералды жем даярлау үшін ғылыми негіз береді.

Топырақтағы микроэлементтер мөлшері. Үгілу мен топырақ түзілу кезінде кейбір микроэлементтер топырақта жиналса, басқалары керісінше, шайылып, жоғалады. Топырақта кейбір микроэлементтер литосферадағыға қарағанда көп (І,В), басқалары аз (Cu, Cо), ал енді біреулері – шамамен бірдей шамалас. Топырақтағы микроэлементтердің негізгі көзі болып топырақ түзуші жыныстар саналады. Қышқыл жыныстар (гранит, липарит) өнімінің үгілуінен дамыған. Топырақтар Ni, CO, Cu кедей, ал негізгі жыныс өнімдерінің (базальт габбро) үгілуінен түзілген топырақтар сол микроэлементтермен байланысты. Топырақтың микроэлементтермен орташа мөлшерінен 10, 100 және 1000-ға артық мөлшері пайдалы қазба жұмыстары жүргізілген жерлерден (молибденді, мысты, никельді және басқа) байқалады.

Кейбір микроэлементтер (I, B, F, Se, As) топыраққа атмосфера газымен, жанартаулар буымен және метеорлы жауын – шашын, бұл I, F, сияқты микроэлементтердің топыраққа түсуінің негізгі көзі болып саналды.

Микроэлементтер топыраққа өсімдіктердің аурулары мен зиянкестермен күрес үшін арнайы улыхимикаттарды енгізгенде түсуі мүмкін.

Топырақ түзілу процесінің нәтижесінде микроэлементтердің мөлшері мен олардың генетикалық горизонттар бойынша таралуы өзгеруі мүмкін, бұл өзгерудің дәрежесі топырақ пен топырақ түзілу процестерінің ерекшеліктері мен микроэлементтардің қасиеттерімен анықалады.

Микроэлементтер топырақта:

1) алғашқы және екіншілікті минералдардың кристаллдық торында изоморфты күйде;

2) ерімейтін қосылыстар (тұз, тотық) күйінде;

3) ионды – ауыспалы жағдайда;

4) органикалық заттардың құрамында;

5) топырақ ерітіндісінде.

Микроэлементтер миграциясы мен олардың биологиялық аккумуляциясында үлкен роль жоғарғы және төменгі саты өсімдіктеріне байланысты. Өсімдіктер тамыр микроэлементтерді төменгі горизонттардан, аналық жыныстан сіңіріп, оларды жоғарғы горизонттарға өткізеді. Топырақтағы микроэлементтердің биогенді аккумуляциясында концентрат - өсімдіктердің ролі ерекше үлкен, олар микроэлементтер тобын көп мөлшерде алады. Мысалы, астрагалдар, донник, норичник күлдерінде Мо, жынысына қарағанда 100 және 1000-ға артық, ал басқа өсімдіктер күлінде оның мөлшері жыныста қанша болса, сонша немесе сәл көп.

Микроэлементтердің биогенді концентрациясы көбіне зоналық ерекшеліктеріне байланысты. М.А. Глазовскаяның зерттеулері бойынша (Оралдың түрлі зоналарының мысалында) тундрада биологиялық жұту қабілеті өте жоғары, таяжды – орман зонасында жоғары, шалғынды далада төмендегені білінеді (соңғысында ол бірден де төмен). Автор зоналық айырмашылықтар мен микроэлементтердің биогенді концентрациясын олардың жылжу дәрежесімен өсімдіктерге қол жетімділігімен байланыстырылады. Бірақ та микроэлементтердің топыраққа түсімінің максималды мөлшері аралас және жалпақ жапырақты орман мен шалғынды дала зонасына келеді. Аталған зоналардан солтүстік пен оңтүстікке қарай микроэлементтердің түсімі азаяды.

Топырақтағы микроэлементтердің жылжымалылығына, яғни миграциялық қабілеті, аккумуляциясына және өсімдіктерге қол жетімділігіне орта реакциясы (рН), тотығу-тотықсыздану жағдайы, CO₂ концентрациясы, топырақтың органикалық заты әсер етеді. Топырақтың қышқылды ортасында Мо жылжып азайып, ал Cu, Zn, Mn, Co жылжуы ұлғаяды. Кейбір микроэлементтер (B, I, K) қышқыл да сілтілі орталарда жылжымалы қабілетке ие.

Ауыспалы валентті микроэлементтер топырақтың тотығу-тотықсыздану жағдайларына байланысты жоғарғы валенттіліктен төменгіге және де керісінше ауысып, олардың миграциялық қабілеттеріне тікелей әсер етеді. Кейбір микроэлементтер тотығу (анаэробты) жағдайдан тотықсыздануға (аэробтыға) ауысқанда, төменгі валенттіліктен жоғарыға өткенде ерімейтін қосылыстар түзіп тұнбаға түседі.

Топырақ ерітіндісіндегі CO₂ концентрациясы микроэлементтердің жылжымалылығына аздап әсер етеді. Mn, Ni, Ba, Sr және басқалары сияқты микроэлементтер көмірқышқылының тұздарын (карбонаттар, бикарбонаттар) түзе алады. Топырақ ерітіндісінде СO₂ концентрациясы жоғарылағанда карбонаттар бикарбонаттарға айналады, олар өз кезегінде ерекшелігін өсіріп, микроэлементтердің миграциялық қабілетін жоғарылатады.

Топырақтағы микроэлементтердің жылжымалығына гумус және төмен молекулалы органикалық қышқылдар – құмырсқа, лимон, қымыздық және басқалары да әсер етеді. Кейбір микроэлементтер органикалық заттармен ерігіш қосылыстар түзеді, басқалары (Cu, I) бектіліп, өсімдіктер үшін қол жетімсіз болады.

Микроэлеметтердің мөлшері мен топырақтың түрлі типінде таралуы бірдей емес.

Шымды-күлгін топырақта Zn, Co, Mo, Cu сияқты микроэлементтердің максималды мөлшері жыныстарда (С горизонт) болады. Подзолды горизонтта жыныстармен салыстырғанда 50%-дан аз, ал гумусты горизонтта подзолдыға қарағанда көп, дегенмен жыныстан гөрі аз. Әдетте жынысқа қарағанда, қаратопырақ микроэлементтері гумусты горизонтта көп. Қаратопырақтың түрлі типшелер профилінде микроэлементтардің таралуына сорлану, кабонаттану, жыртылу және көптеген басқа ауытқушылықтар кері әсерін тигізеді.

Микротыңайтқыштарды пайдалануда тек қана олардың қорын ғана емес, сонымен бірге жылжымалы формалардың болуын да қамтамасыз етеді. Соңғыларының болуы топырақтың барлық типінде ауытқиды, соған сәйкес ауылшаруашылығында микроэлементтердің жетіспеушілігімен қоса шамадан тыс көп болуы мүмкін жағдайларды бастан өткереді.

Г. Я. Ринькистің (1963ж) мәліметтері бойынша топырақтар да келесідей мөлшерде микроэлементтер мыс<0,3; мырыш<0,2; кобальт<0,2; марганец<1; молибден<0,05; бор<0,1; 1кг топыраққа болса онда жылжымалы формаларға өте кедей; ал кедей сәйкесінше; 1,5; 1; 10; 1; 0,15; 0,2;

Топырақтың радиоактивті элементтері. Топырақта табиғаттағы барлық элементтер кездеседі, сонымен бірге радионуклеидтерде. Топырақтың радиоактивтілігі топыраққа табиғи немесе антропогендік элементтерден пайда болады. Топырақтың радиоакетивтілігі негізінен радиоактивті элементтермен байланысты. Бұл радиоактивтіктің түрі әрқашан азды – көпті мөлшерде барлық топырақта кездеседі. Олар екі топқа бөлінеді: біріншісі топыраққа аналық жыныстармен немесе геохимиялық ағынмен келетін, екіншісі космогендік, яғни космостың сәулелерімен тұрақты элементтердің ядроларының қарым- қатынасынан пайда болатын элемент.

Биосфераның ең маңызды, тіршіліктің биологиялық функциясының көрсеткіші-топырақ. Топырақтың радиоактивтілігі ондағы радионуклеидтерге байланысты: табиғи және жасанды радиоактив болып бөлінеді. Табиғи радиоактивтердің өзі үш топшаға бөлінеді: бірінші радиоактивті элементтер тобына – изотоптары радиоактивті барлық элементтер - уран (238U, 235U), торий (232Th), радий (226Ra) и радон (222Rn, 220Rn). Екінші топқа жай элементтердің изотопы жатады - калий (40К), рубидий (87Rb), кальций (48Са), цирконий (96Zr), ал үшінші топқа – атмосферада космостық сәулелердің әсерінен түзілген радиоактивті элементтер - тритий (3Н), бериллий (7Ве, 10Ве) және көміртек (14С).

Радиоактивті элементтер топырақ профилінде біркелкі таралады, бірақ кей жағдайда иллювиалды және глеейлі горизонттарда аккумуляцияланады.

Ал жасанды радиоактивті элементтер атомды және термоядролық жарылыстардан, атомдық өнеркәсіптерінің қалдықтары есебінен, атомдық өндірістегі апаттар салдарынан топыраққа түседі. Топырақтың экологиялық радиоактивті ластануы төмендегі байланысты: биологиялық айналым арқылы радионуклеидтер өсімдік және жануар азықтары арқылы адам ағзасына өтеді, онда жиналып, радиоактивті сәулеленуге әкеледі.

1 Топырақ құрамында қандай элементтер басым және ол немен байланысты?

2 Топырақ құрамындағы азот, фосфор және калий қосылыстары формаларын атаңыз?

3 Микроэлементтер және олардың өсімдіктер, жануарлар және адам тіршілігіндегі рөлі қандай?

1. 
   Топырақтың жалпы физикалық қасиеттері
   

Топырақтың тығыздылығы кең шамада құбылады: минеральдық топырақтарда 0,9-ден 1,8 г/см³ –ге дейін, батпақты шымтезектерде - 0,15-тен 0,40 г/см³-ге дейін.

Топырақтың тығыздылығына оның минералды және механикалық құрамы, органикалық заттар мөлшері, құрылымдылығы, жайласуы және сонымен қатар топырақты өңдеу әсер етеді.

Көптеген ауыл шаруашылық дақылдарына оңтайлы топырақ тығыздылығы құмбалшық және балшықты топырақтарда 1-1,2 г/см³.

Оның мөлщері минаралдық топырақтарда 2,4-тен 2,8 г/см³-ге дейін құбылады және оның минералдық құрамы мен органикалық заттардың мөлшеріне байланысты болады.

Қуыстардың шамасына байланысты капиллярлық (түтіктілік) және капиллярлы емес қуыстылық деп ажыратылады.

Ең оңтайлы ылғалдану және ауамен қамтамасыз етілу топырақта капиллярлы және капиллярлы емес қуыстылық арақатынасы 1:1 байқалады.

Топырақтың қуыстылығы ең алдымен оның құрылымдылығымен анықталады, сонымен қатар тығыздылығы, механикалық және минералдық құрамына байланысты болады.

Топырақтың жалпы қуыстылығын төмендегідей теңдеу арқылы есептейді:

d_у

Р жалпы, % = (1 - ----)100,

d

мұнда d_v – топырақ тығыздылығы,

Качинскийдің шкаласы бойынша егер топырақтың кеуектілігі 55-65 % болса оған «өте жақсы» баға беріледі.

Топырақтың жалпы қуыстылығымен оның маңызды қасиеттері: су өткізгіштілігі және ауаөткізгіштілігі, топырақ пен атмосфера арасындағы газалмасуы анықталады.

2. 
   Топырақтың физико-механикалық қасиеттеріне жатады: иленгіштігі, жабысқақтығы, ісінуі, сығылысуы, байланыстылығы, тығыздығы, және өңдеуге деген қарсы тұруы.
   

Ең көп ісінетін құрамында сіңірілген натрий бар балшықты топырақтар.

Топырақтың жоғары тығыздылығы – бұл оның физико-химиялық және агрофизикалық қасиеттерінің жаман екенін білдіреді. Бұндай жағдайларда өңдеуге көп шығын кетеді, тұқымның көктенуі, тамырлардың топыраққа енуі нашарланады, сонымен қатар ол су мен ауаны нашар өткізеді.

Топырақтың өзіндік (меншіктік) қарсылығы, кедергілігі – технологиялық процестер (қыртысты кесу, оны аудару) және өңдеу кезінде топырақ өңдеу құралдарының жұмысты бетіне түсетін үйкелісті жеңуге кететін күш, ол кг/см² белгіленеді. Топырақтың өзіндік (меншіктік) қарсылығы оның механикалық құрамы, физико-химиялық қасиеттері, ылғалдылығына байланысты және мына шамада өзгереді: 0,2-ден 1,2 кг/см²-ге дейін. Ең аз қарсылығы бар кальциймен қаныққан, механикалық құрамы жеңіл топырақтар, ал ең көп қарсылығы бар, бұл ауыр құмбалшықты, балшықты және құрамында сіңіру сиымдылығынан 30% алмаспалы натрий кебірленген топырақтар.
Әдебиет: 1, с.120-135; 2, 148-154; 3, с. 95-102; 4, с. 343-349; 5, 200б.

Бақылау сұрақтары:

1 Топырақтың физико-механикалық қасиеттеріне нелер жатады?

2 Топырақтың және оның қатты фазасының тығыздылығы дегеніміз не?

3 Топырақтың қуыстылығы қалай анықталады?

2 Почвоведение с основами геологии. Под ред. В.П.Ковриго. – М.: КолосС, 2008. – 416 с.

3 Муха В.Д. и др. Агропочвоведение. – М.: Колос С, 2003. – 528 с.

4 Мамонтов В.Г. и др. Общее почвоведение. – М.: КолосС, 2006. – 456 с.