Топырақ және оның құнарлылығы

   Бірақ мұздан бір мезгілде босаған бір аумақтың ішінде абсолюттік жасы бірдей, даму сатысы әртүрлі топырақтар болуы мүмкін. Бұл топырақ түзуші жыныстардың бір текті болмағандығымен, жер бедерімен және кейбір жергілікті жағдайлармен түсіндіріледі.

  Бір аймақтағы абсолюттік жасы бірдей топырақтардың даму сатысындағы айырмашылықты топырақтың салыстырмалы жасы дейді. Ол топырақ түзілу үрдісінің жылдамдығын, топырақ даму сатысының бірінің екіншісімен алмасу жеделділігімен сипаттайды.--

  * Адамның өндірістік әрекеті. Топырақтың дамуына табиғи факторлармен бірге адам да өндірістік әрекетімен үлкен әсер етеді.

   Адамның топыраққа әсер  ету тәсілі әр қилы. Механикалық  өңдеу, шөп себу, танапты қорғауға  орман алқаптарын жасау, жақсартушы (мелиоративтік) шаралар адамның топыраққа әсер ететін әрекеттерінің бір бөлігі ғана.*

  --- Адамның өндірістік әрекетінің нәтижесінде табиғи топырақ түзу үрдісі күрт өзгереді: табиғи өсімдіктер мәдени өсімдіктер егістігімен ауыстырылады, кейбір қолайсыз химиялық және физикалық қасиеттер әктастау немесе гипстеумен жойылады, қоректік элементтері және қара шіріндісі аз топырақтарға тыңайтқыш, сидерация қолданылады, топырақтың су, ауа және жылу ережелері реттеледі.

   Бірақ адамның реттелінбеген, бақылаусыз, жүйесіз және қарапайым (жабайы) өндірістік әрекеті топырақ құнарлығына кейін түзете алмайтын үлкен зиян келтіруі мүмкін.---

  * Топырақтың құрамы және қасиеттері. Топырақ-қатты, сұйық және газ тәрізді кезеңдерінен тұратын табиғи құрылым. Қатты кезеңі органикалық және минералдық бөліктерден тұрады. Және де минералды бөлшектері, органикалық бөлшектерден артық болады да, топырақ массасының 90-95% құрайды. Бірінші және екінші минералдардан тұратын топырақтың минералды құрамы аналық жынысқа байланысты (тәуелді),* --- Бірінші минералдың ішінде кең тарағандарына кварц, далалық шпат, слюда, апатит, жалған мүйізше, авгит, магнетит және т.б жатады. Екінші минералдар және тамыр қоректік элементтері, бұдан бұрын айтқанымыздай, химиялық мүжілу нәтижесінде бірінші минералдан пайда болады.--

  * Сұйық кезеңі (топырақ ерітіндісі)-топырақтың ең қозғалмалы және белсенді бөлігі. Топырақ ерітіндісінің қатысуымен органикалық заттар түзіледі және фазаның арқасында топырақта әртүрлі заттар орын ауыстырады, өсімдіктің тамырдан қоректенуі іске асады.*

   *Газ тәрізді кезеңі (топырақ ауасы) тотығу-тотықсыздану үрдістерінің белсенділігін және бағыттылығын сипаттайды.*

  * Органикалық заттар топырақтың маңызды бөлігі болып саналады. Топырақта өтетін барлық негізгі процестер солардың тікелей немесе жанама қатысуымен өтеді. Олар ыдырамаған және шамалы ыдыраған органикалық заттардан және арнаулы заттан-қара шіріндіден (гумустан) тұрады.

   Қара шірінді топыраққа  біркелкі сіңірілген және оның  минералды бөлігімен мықты байланыста  болатын, қара, аморфты, коллоидтық  зат.

   Қара шіріндінің топыраққа пайда болу көзі өсімдіктердің, жануарлардың және микробтардың қалдықтары болып табылады.*

  -- Әртүрлі топтағы ағзалардың органикалық қалдықтары және олардың топыраққа түсу мөлшері әр қилы. Ағаштар астындағы органикалық заттардың негізгі көзі болып жапырақтардан, қылқандардан, қарағай бүршіктерінен және құрғақ бұтақтардан тұратын орман жамылғысы саналады. Шөптесін өсімдіктердің жақсы дамыған тамыр жүйелері, жылма-жыл солып, (өліп) қара шірінді түзілетін заттармен (материалдармен) қамтамасыз етіледі. Тайгалы орманды аймақтардың адырлы шалғындарында шалғын өсімдіктері әр гектарына 10-15 т дейін өсімдік биомассасын қалдырады, оның 9-13 т тамыр жүйесінікі. Одан көбірек биомассаны далалық шөптесін өсімдіктер қалыптастырады: 20-30 т/га құрғақ зат, оның 15-25 т/га тамырдың үлесіне тиеді. Шөлді дала өсімдік қалдығының жалпы биомассасы 4-5 т/га дейін кемиді.

   Органикалық заттардың белгілі  бір мөлшері топырақта өлетін  микроорганизмдер  мен жануарлардың  үлесімен толығады.

   Өндіріс жағдайында қара шіріндінің пайда болу кезінде топыраққа енгізілген органикалық тыңайтқыштар, ауыл шаруашылық дақылдарының тамырлары мен орман қалдықтары жатады. ----

   *Қара шіріндінің түзілуі. Топыраққа келіп түсетін органикалық қалдықтар микроорганизмдер бөліп шығаратын ферменттердің, ауа оттегінің және судың әсерінен ыдырайды, бірқатар ерігіш жылжығыш заттарға, сондай-ақ аралық өнімдерге айналады.

   Олардың бір бөлігі өсімдіктер  қоректенуге пайдаланатын соңғы  өнімдерге дейін минералданады, ыдыраған аралық өнімдердің екінші бір бөлігі микробиологиялық әрекеттердің нәтижесінде қайтадан күрделі қосылыстарға /ақуыз, көмірсу, магний және т.б./ айналады. Бұл үрдіс микробты түзілу деп аталады. Ыдыраған аралық өндірімнің үшінші бөлігі, ферменттердің қатысуымен және конденсациялану мен полимеризациялану нәтижесінде өзара әрекеттесіп, күрделі жоғары молекулалы арнаулы қара шірінді заттарға айналады. Бұл үрдіс гумификация деп аталады. *

  * Қара шіріндінің құрамы және қасиеттері. Қара шірінді құрамында қара шірінділік заттар /барлық қара шіріндінің 85-90%/ және гумификацияланбаған табиғаты дара органикалық заттар /10-15%/ болады. Соңғылардың құрамы әрқилы және азоттық қосылыстардан /ақсылдар, ферменттер, амин қышқылдары/, көмірсуларынан /моноқанттар, полиқанттар/, майлы және майтәрізділерден /майлар, балауыздар, фосфомайлар/,органикалық заттардан, спирттерден, альдегидтерден, лигниндерден тұрады. Қара шіріндінің негізгі бөлігін қара шірінді заттар құрайтындықтан, оның құрамы мен қасиеттері қара шіріндінің қасиеттерін анықтайды.

   Гумин қышқылдары-құрамында  азоты бар және топырақтың  минералды бөлігімен белсенді  әрекеттесетін, молекулалық массасы  жоғары, қара түсті органикалық  қосылыстар. Олар суда нашар ериді. Гумин қышқылдарының құрамына  көміртегі /52-62% /, сутегі/2,8-5,8%/, оттегі/31-39%/ және азот /1,7-5,0%/ енеді. Одан басқа гумин қышқылдарында аз мөлшерде күлдік элементтер /P,S,Fe,Al/ бар.

   Гумин қышқылдары топырақтың  минералды бөлігінің катиондарымен  әрекеттескенде гумат деп аталатын  тұздар түзеді. Бір валентті катиондардың /K+, Na+, NH4+/ гуматтары суда жақсы еритіндіктен, топырақта нашар байланады және жауын-шашынмен шайылуы/ сілтісізденуі мүмкін.

   Екі-үш валентті катиондардың /Mg2+, Ca2+, Fe3+ ;2yt Al3+/ гуматтары суда ерімейді. Олар топырақта жиналады да, топырақ бөлшектерін желімдеп, олардың құрылымдық бөлшектеріне беріктік береді.

   Фульво қышқылдары-жоғары  молекулалы азоты бар сары  түсті органикалық қосылыстар. Олар  гумин қышқылдарына ұқсас элементтерден  тұрады. Олардан айырмашылығы көміртегі  азырақ . /40-42%/, оттегі көбірек /40-48%/ болуында. Фульво қышқылдары суда, қышқылдарда және сілтілерде тұздар түзеді. Фульво қышқылдарының жақсы ерігіштігі олардың жауын-шашынмен топырақтың төменгі қабаттарына және ағын суына шайылуына себепші болады.

   Гуминдер сілтілермен кальцийсіздендірілген топырақтың қара шіріндісінің шығарылмайтын бөлігі болып саналады. Гуминдердің құрамына толық гумификацияланбаған органикалық қалдықтар кіреді. Қара шіріндінің құрамындағы гуминдердің мөлшері 10-20% жетеді.

   Қара шірінді-топырақ құнарлығының негізгі көрсеткіштерінің бірі. Микроағзалардың қар шіріндіні ыдыратуына қарай топырақ ерітіндісіне азот және басқа да күлдік элементтер келіп түседі.

   Коллоидтық қасиетке ие  болғандықтан қара шірінділер  топырақтың механикалық элементтерін құрылымдық агрегат етіп, желімдейді және цементтейді де, оларды суға төзімді етеді. Топырақта қара шіріндінің мол болуы су-ауа ережесінің жақсаруына себепші болады.

   Қара шірінді топыраққа  қоңыр түс беріп, жылудың сіңірілу  белсенділігін арттырады.

   Қара шіріндінің түзілу немесе ыдырау үрдісінде, жасыл өсімдіктердің фотосинтезіне қажет көмірқышқылының бірталай мөлшері бөлініп шығады.

   Қара шірінді жоғары алмасу /сіңіру/ мүмкіндігіне ие болғандықтан, өсімдік қорегіне қажет катиондар  тобын сіңіреді және оларды шайылудан сақтайды.

  Қара шіріндіні жинақтау  және оның сапасын жақсарту  үшін топырақтың қолайлы химиялық  және физикалық қасиеттері болуы  және органикалық заттардың едәуір  мөлшері келіп түсуі керек. Қарашірінділену  бірқалыпты өту үшін ортаның бейтарап реакциясы, негізбен қаныққан және жақсы су-ауа ережесі болуы қажет.

   Қара шіріндінің жинақталуын  және сақталуын қамтамасыз ететін  негізгі шараларға әктас қосу  және гипстеу, органикалық тыңайтқыштарды  енгізу, көп жылдық шөптерді /беде, жоңышқа, шөп қоспалары/ егу, топырақты бүлінуден /эрозиядан/ сақтау, су-ауа жылу ережесін реттеу жатады. Бұлар топырақ ерітіндісіне минералдың ыдырау нәтижесінде өте аз мөлшерде енеді. Аталған элементтер топырақта тапшы немесе жоқ болса, өсімдіктер кеселге шалдығады. Жауын-шашын немесе суландыру суы топырақтың құрамына тікелей әсер етіп, ондағы ерітінді заттарды қосып алып, топырақтың сұйық кезеңіне, топырақ ерітіндісіне айналады. Бұл бөлік топырақтың ең жылжымалы, өзгермейтін және белсенді бөлігі болғандықтан, түрлі биохимиялық, физикалық-химиялық топырақ түзілу үрдістеріне, заттар айналымына, алмасуына қатысады және өсімдіктерге қорек көзі болады. Сондықтан топырақ ерітіндісін Г.Н.Высоцкий жан-жануарлардың қанына теңеген.

   Су топырақтың қатты құрамды  бөліктерін бөлшектейді және ірітеді, яғни гидролиз жүреді. Суда ерігіштігіне байланысты тұздар тез, орташа және нашар еритіндер болып бөлінеді. Тез еритіндерге нитриттер, нитраттар, күкірт қышқылы мен оның тұздары, орташа еритіндерге аллюмоферросиликаттар және олардың тұздары, газдар-оттегі және көмірқышқыл газы, коллоидтық ерітінділер жатады.

   Ерітінді тұздардың ішінде  өсімдіктерге зиянсыз және зияндылары  болатындықтан, топырақ ерітіндісінің құрамын білудің мәні зор. Мысалы, MgSO418% асса, өсімдікке зиянды. Ең зиянды тұз-Na2CO3 /сода/. Ол топырақта 0,005%-тей болса, өсімдіктер уланады. Ас тұзы 0,2%-тен асса, өсімдіктердің дамуы бәсеңдейді. Топырақта тұздардың жалпы мөлшері көбінесе 0,1-0,2%-тен аспайды.

   Оның биологиялық маңызы  зор, өсімдіктердегі хлорафильдің таралуына қатысады. Кальций мен магний слюдалардың және басқа да минералдың құрамында кездеседі де, тұздар түрінде бөлініп, басқа минералды қосындылармен реакцияға түсіп, тұз, күкірт, фосфор қышқылдарының тұздарын құрайды. Бұл екі элемент өсімдіктерге аса қажет. Кальций өсімдік жасушаларында қымыздық қышқылының тұзы түрінде болады. Магний хлорофилл құрамына енеді. Калий мен натрий дала шпаттарының құрамында болып, бұзылу нәтижесінде суда жақсы еритін минералды қышқылдардың суда жақсы еритін тұздарын құрайды. Калий-өсімдіктердің қоректік заттарының бірі. Фосфор минералдық түрінде апатит, фосфорит минералдарының құрамында және топырақ шіріндісінде, органикалық қосындыларда кездеседі. Топырақта, суда еритін, өсімдікке сіңімді Ca (H2PO4)2 қосындысының болғаны дұрыс. Фосфор ақсылдың (нуклепротеидтер) құрамына енеді. Азот топырақта аз (0,5%) болса да,өсімдік жасушаларындағы ақсылдың (ақуыз) құрамына (18%-қа жуық) енеді. Ол топырақта органикалық қосындылар-аммиак, азот және азотты қышқылдардың тұздары күйінде болады.

   Күкірт топырақта минерал ақсылы шірігенде немесе өсімдіктер мен органикалық қосындылар түрінде болады. Күкірттің айналымы сутекті күкіртті (H2S) күкірт қышқылына тотықтыратын күкірт бактерияларының тіршілігіне байланысты. Марганец топыраққа биохимиялық реакциялардың өтуін жеделдететін катализатор ретінде қатысады. Жоғарыда аталған макроэлементтерден басқа топырақта биологиялық маңызы зор басқа да микроэлементтер бар:Zi, Cu, Ba, St, Zn, B, Ti, Mo, J, F, Co, Ni, т.б.

   Топырақтың химиялық құрамы мен ондағы қоректік заттардың айналу үрдістері. Топырақтың құрамында, көпшілігі аз мөлшерде болатын, 40-тан астам химиялық элементтер кездеседі. Солардың ішінде өсімдіктің тіршілігінде елеулі орын алатын 15-20-на баса көңіл бөліп зерттейді. Оларға органикалық элементтер (C,N, ,O, H), бейметалдар (S, P, SI, CL ), металдар (Na, K, Ca, Mg, Al, Fe, Mn) жатады. Топырақтағы мөлшері бойынша бірінші орында O пен SI, екінші- AL мен Fe, үшінші Ca мен Mg, олардан кейін Na, K және т.б. элементтер тұрады. Аталған және басқа да элементтердің өзара қатынасы бойынша жер қабатының орташа құрамы анықталады. Аталған элементтердің әртүрлі қосылыстары топырақ құрамына еніп, топырақ түрлерін анықтайды. Бұл элементердің биологиялық маңызы да зор. Көміртегі, оттегі, су топырақтың органикалық құрамына кіреді. Айталық, көміртегі өсімдік қалдықтарының салмағында 45%, ал топырақта 2%, минералды қосындыларда көмірқышқыл газы (CO2) және оның тұздары карбонаттар күйінде болады. Оттегі су, гидрооксидтер, алюмсиликаттар, бос қышқылдар және олардың тұздарының құрамында болады. Кремний топырақтағы үлесі бойынша оттегінен (49%) соң екінші орында (33%). Ол жер қабатындағы минералды қосындылар құрамына еніп, органикалық заттар құрамындағы көміртегі сияқты шешуші рөл атқарады. Топырақта кең тараған кремний қосындылардың бірі-минерал кварц (SiO2).

   Алюминий алюмосиликаттар, балшық гидраттарының құрамына  енгенімен, бұлардың биологиялық маңызы жоқ. Темір әртүрлі оксидтер мен гидрооксидтердің және шала күкіртті қосындылардың құрамында болады.

   Топырақтың механикалық құрамы. Топырақтың механикалық құрамы деп әртүрлі іріліктегі түйірлердің болуын айтады, ал ол түйірлерді механикалық элемент деп айтуға келісілген. Механикалық элементтердің түрлі жіктелуі бар. Кеңірек қолданыс тапқаны-Н.А.Качинский (1965) ұсынған жіктеу. Диаметрі 0,01мм және одан кем түйіршіктер жинағын физикалық балшық, ал диаметрі 0,001-ден 1мм дейінгілерін физикалық құм дейді. Бұлардан басқа, ірілері 0,1 микроннан 0,0001мм кем түйіршіктерді коллоидтар дейді.

Алғашқы екі бөліктің ара қатынасына байланысты топырақтың мынадай түршелерін ажыратады.

Топырақты механикалық құрамы бойынша жіктеу