4.3 Топырақ диагностикасы және биологиялық индикацияның негізгі принциптері

Қазіргі топырақ диагностикасы топырақтану бөлімдерінің барлық жетістіктерін, морфология, химия, физика және топырақ минералогиясы бойынша деректерге сүйенеді. Барлық осы қасиеттер топырақтың жинақталған салыстырмалы белгілерін сипаттайды. Топырақ биологиясы топырақтың динамикалық қасиеттерінің көрсеткіштерімен қамтылған, қазіргі топырақтағы тіршілік ырғақтарының индикаторлары болып табылады. Сондықтан биологиялық әдістерді топырақтың жалпы сипаты және жағдайының биодиагностикасы мен индикациясында қолдану қажет.

Топырақтың биологиялық диагностикасының принциптерінің негізіне топырақ тіршілік ортасы ретінде оларды мекен ететін популяциялар мен әртүрлі ағзалардың бір жүйені құрайтыны негізге алынады. Табиғи факторлардың сәйкестігіне байланысты топырақ түзу үдерістері анықталады, алуан түрлі топырақтар биота құрамы бойынша, физиологиялық және биохимиялық айналымдардың бағыттарымен және айналымның өнімі болып табылатын химиялық заттар құрамымен ерекшеленеді.

Бұл принцип топырақ жайлы ілімнің негізіне және топырақ түзудің биологиялық факторлары, топырақтанудың генетикалық классикалық орыс мектебін құрайтын өкілдері - В.В. Докучаев, П.А. Костычев, С.П. Костычев, Н.А. Димо, Б.Б. Полынов, В.Н. Сукачев, Н.П. Ремезов, Е.Н. Мишустин, М.С. Гиляров, Э.А. Штина, Т.В. Аристовская, Г.В. Добровольскиймен енгізілген.

Қазіргі топырақтанудың дамуы - ботаникалық, зоологиялық, микробиологиялық, физиологиялық, биохимиялық, молекулярлы-генетикалық маңызды биологиялық зерттеулерді енгізуді көздейді.

Топырақтың ботаникалық және зоологиялық биоиндикациясы және диагностикасы. Ботаникалық әдістер топырақ фитоиндикациясы және диагностикасы жақсы құрастырылған. Олар геоботаниканың XX ғасырының 30-шы жылдарында қалыптасқан индикациялық геоботаниканың жеке бөліміне кіреді. Топырақты сипаттауда өсімдіктер жамылғысының (фитоценоз) сипатын қолданады. Осы күнге дейін топырақтың және өсімдіктің байланысы бойынша көптеген материалдар жинақталған. Фитоиндикацияның әдістерін карта жасау мен топырақ бонтировкасында, топырақ қасиеттері мен үдерістерін анықтауда қолданады. Мысалы, өсімдіктер бірлестіктерінің құрылысын және құрамын талдауда, өсімдік индикаторлардың таралуы немесе жеке өсімдік түрлерінің индикаторлық белгілеріне қарап топырақ типтерін анықтауда, олардың гидроморфизм дәрежесін, тұздануын және т.б. қолдануға болады. Өсімдіктер арасында топырақтың осы немесе басқа механикалық, минералогиялық және химиялық құрамына, қоректік элементтермен қанығу дәрежесіне, қышқылдық немесе сілтілігіне, мұзды топырақтардың еру тереңдігіне немесе фунттық сулар деңгейіне индикатор түрлер бар.

Топырақты-зоологиялық зерттеулер диагностикалық профилі ботаникалық зерттеулерден кейінірек дамыды. Тек қана XX ғасырдың 50-ші жылдары топырақ зоологиясы ғылым облысы болып өздігінен қалыптасты. Сол уақытта топырақтағы омыртқасыздардың таралуы, олардың фауналық және адаптациялық сипаттарынан жинақталған нақты деректер зоологиялық әдістер топырақ диагностикасының негізгі принциптерін қалыптастыруға мүмкіншіліктерін берді (М.С. Гиляров). Бұл әдіс кейбір генетикалық топырақтанудың даулы сұрақтарын тиімді шешуде қолданылды, мысалы, Қырымның қызыл түсті топырақтарының шығу тегін анықтауда, Орталық Молдованың қоңыр топырақтары, Қырғыз ормандарының өнімді топырақтары мен Кавказ тауларының қара топырақтары.

Топырақты-зоологиялық әдістерді топырақ диагностикасы үшін қолданудың теоретикалық алғы шарттары болып, белгілі орта кешені жағдайларында әрбір түрдің қажеттігі жайлы, түрлердің «экологиялық стандарттары» табылады (М.С. Гиляров). Әрбір түр өзінің таралу ареалы шегінде тек сол мекен ететін орындарда кездеседі, бұл кешен тіршілік әрекеттері жағдайлары үшін қажеттіліктерін қамтамасыз етеді. Ортаның жеке факторларының вариациялық амплитудасы, осы түрдің тіршілік мүмкіншіліктерін, түрдің экологиялық икемділігін сипаттайды. Кең экологиялық амплитудадағы түрлер (эврибионттар) индикациялық мақсатта аз қолданылады. Ал, экологиялық тарвалентті түрлер (стенобионттар) белгілі орта жағдайларында және субстрат қасиеттеріне жақсы индикатор болып табылады. Бұл қағида топырақтың биологиялық диагностикасында жалпы теориялық принципке жүгінетінін көрсетеді. Топырақ жануарлары үшін, топырақты микроорта жүйесі ретінде емес (микроскопиялық ұсақ ағзалар жағдайында), тіршілік ортасы бірлігі ретінде пайдаланады, жалпы топырақтың қасиеттері және түрлердің ареалы арасындағы байланысты анықтауға мүмкіншілік болады. Дегенмен осы кезде сол бір түр әртүрлі орында өзінің ареалында мекенін ауыстыруы мүмкін осыдан мынаны ескеру керек, ол әртүрлі жағдайларға индикатор болады («мекен ету орынын ауыстыру тәртібі» Бей-Биенко). Мысалы, мезофильді түрлер ареал орталығының солтүстік ареалында ксерофильді болады, ал оңтүстігінде — гидрофильді. Маусым шыртылдақ қоңызы Amphimallon solstitiale қара топырақты емес аймақта құрғақ құм топырақта жардың жиегінде оңтүстік беткейінде, ал Орта Азияның жартылай шөлінде - тек су жағалауындағы ылғалды топырақта кездеседі. Орман далалық аймақтағы ареал ортасында бұл түр әртүрлі топырақта тараған және эвритопты мезофилл ретінде болады. Осыған орай, ол стенотопты ағза ретінде ғана мекен еткен орында индикациялық рөлде болады.

Бірақ бір түрді индикация үшін қолдану сенімділік пен қорытындының дұрыстығын бермейді. Жақсы жағдай - ағзалардың барлық кешенін зерттеу, олардың біреуі мүмкін ылғалдылыққа, басқасы - температураға, үшіншісі - химиялық немесе механикалық құрамына индикатор болады. Салыстырмалы үлескеде топырақ жануарларының жалпы көп түрі кездессе, олардың ырғақтарының ұқсастықтарының басымдылығы жайлы, сонымен, зерттелетін топырақ айырмашылықтарының жақындығы, топырақтүзу үдерісінің бірлігі жайлы айтуға болады. Топырақ жануарларының барлық топтары диагностикалық маңыздылығы жағынан көзқарас бойынша тең емес. Аздап болса да, басқаларға қарағанда микроскопиялық формалары маңызды - қарапайымдылар және микроартроподтар (кенелер, аяққұйырықтылар). Олардың өкілдері космополитизммен ерекшеленеді, олар үшін топырақ тіршілік ортасы ретінде болып табылмайды, ал олар кез келген топырақта болатын саңылаулар жүйесінде, капиллярларда, кеңістіктерде тіршілік етеді. Қарапайымдылардың арасында соңғы уақытқа дейін топырақ сапасының жағдайларының көрсеткіштері болып, әсіресе кейбір гидроморфты топырақтарда, тек бақалшақта шаян амебалары қолданылады. Оларды басқа қарапайымдыларға қарағанда бақалшағының құрылысына қарай жеңіл анықтауға болады, сонымен қатар олар топырақта жақсы сақталады.

Микроартроподтардан панцирлы кенелердің индикаторлық қасиеттері жақсы зерттелген. Барлық аймақтық топырақтар саны, биомассасы, өнімділігі, тік таралу сипаты, тіршілік формасының спектрлері мен фауналық құрамы жағынан нақты ажыратылады. Ең саны көп жағынан олар тайга аймағының топырақтарында, ал өнімділігі - ылғалды субтропикалық топырақтарда жетеді (Д.А. Криволуцкий).

Топырақ микроартроподтарының басым өкілдері жоғары дәрежедегі космополитизммен сипатталады. Олардың кешендерінің құрамы топырақ жағдайларымен ғана байланысты емес, өсімдіктердің флоралық сипаты мен құрамымен де байланысты. Сондықтан да микроартроподтар кешенін тек қана топырақ диагностикасы үшін ғана емес, топырақты бүлдіретін әсерлеріне индикация үшін перспективті қолдануға болады. Топырақтанудағы индикация үшін ірі омыртқасыз жануарлардың кешендері маңызды және ыңғайлы (жауын құрттар, көпаяқтылар, жәндіктердің дернәсілдері), олар қарапайымдылар мен микроартроподтарға қарағанда аз мөлшерде космополиттер болып саналады.

Ірі омыртқасыз жануарлардың түрлерінің ареалдары нақты зерттелген және топырақ-климаттық жағдайлардың белгілі кешенімен сипатталады. Омыртқасыз жануарлардың индикаторлық маңызына көптеген мысалдар бар. Стафилинидтер туысы Bledius және қара денелі (чернотелки) туысы Belopus сортаң және сор топырақтар (солончаково-солонцового) кешені үшін көрсеткіштер. Көпаяқтылар, кивсяктар, кейбір есекқұрттар және өкпе моллюскалары (кальциефилды ағзалар) топырақтағы ізбес мөлшеріне индикатор болып табылады. Жауын құртының түрі Octolasium lacteum және кейбір сымдылар түрлері де фунттық сулардағы кальцийдің жоғары көрсеткіштері болады.

Топырақ типтерін және топырақтүзу үдерісінің бағытын анықтауда тек топырақ жануарларын кешенді салыстырмалы зерттеудің принциптері ғана емес, жеке горизоттардағы омыртқасыз жануарлардың профильді таралуының көрсеткіштері, сонымен қатар түскен түсінділерді өңдеуге қатысуда пайдаланылады. Мысалы, орманның қоңыр топырағының қалыптасуына диплоподтар, есекқұрттар, моллюскалар, энхитреидтер, орман түсімді жабынында негізделеді және түсінділерді өңдеуде in situ рөл атқарады. Орманның сұр топырақтарының профильдерінің қалыптасуына ірі сапрофагтар (жауын құрттары), олар топырақтың минералды қабатымен байланысқан, сол жерге өсімдік қалдықтарын жеткізеді. Түсімді жабындықпен топырақтың өздік ірі сапрофаг формаларының қатынастары кейбір жағдайларды топырақтүзу үдерісінің бағыты жайлы сұрақтарды шешуге көмектеседі.