агрохимия Р. ЕЛЕШЕВ

•сулы мусковит;

•сулы биотит;

•вермикулит.

Хлориттер құрамында темiр, магний, сирек хром, никель болатын алюмосиликаттар. Олар ісінбейді.

Аралас қабатты минералдар да топырақта кең тараған. Олардың кристалл торында бiрнеше минералдар қабаттасып орналасқан; монтмориллонит пен иллит, вермикулит пен хлорит.

Топырақ құраушы жыныстардың және топырақтардың құрамындағы алғашқы және екiншi қатардағы минералдардың ара қатынасы олардың гранулометриялық құрамына байланысты өзгереді. Құмдарда және құмайттарда алғашқы минералдар басым болады, әсіресе кварц және далалық шпаттар. Құмбалшықты

минералдар көптеу болады. Балшықты минералдар фосфорды тұтуға қатысады.

Топырақтың қатты бөлiгi алғашқы және екiншi қатардағы минералдардың әр көлемдi түйiрлерiнен құралады, оларды гранулометриялық элементтер деп атайды. Тегiне орай минералдық, органо-минералдық және органикалық түйiрлер болады. Гранулометриялық элементтер топырақ пен борпылдақ жыныстарда дербес (құмда) және агрегат (түйiр тобы) күйiнде, соңғыда түйiрлер әр-түрлi, мөлшерлi және берiктiлiк қасиеттерi бар агрегаттарға (түйiртпектерге) бiрiктiрiледi.

Н. Качинский мынадай фракцияларды ажыратады:

•iрi тастар (түйiр мөлшерi > 10 см),

•майда тастар (10-1 см),

•сынық тастар (10-1 мм),

•кұм (3-0,05 мм),

•шаң (0,05-0,001 мм),

•тозаң (< 0,001 мм),

•коллоидтар - микроннан (< 0,0001 мм) майда түйiрлер. Физикалық балшыққа 0,01 мм-ден төмен, ал физикалық құмға

сол мөлшерден жоғары түйiрлер жиынтығы жатқызылады. Бұндай екi топ топырақтың гранулометриялық құрамын анықтауға керек.

91

Физикалық балшық саны өскен сайын топырақ құрамы ауырлайды (%):

•балшық – 60;

•ауыр құмбалшық - 45-60;

•орташа құмбалшық - 30-45;

•жеңiл құмбалшық - 20-30;

•құмайт - 10-20;

•құмша - 5-10;

•құм - 0-5.

Топырақтың су, ауа және жылулық қасиеттерiне әсер ету арқылы гранулометриялық құрам топырақтарды жiктеп, түршелерге бөлу және топырақты егiншiлiкте пайдалануға кажеттiлiгiн анықтау үшін керек, сондай-ақ топырақтың минералдар мен химиялық кұрамын анықтауға себептеседi.

Топырақтың гранулометриялық құрамын далалық (қолмен илеу) және лабораториялық (пипеткалық) әдiстерiмен анықтайды.

Қарашiрiндiге бай орташа құмбалшықты қара топырақта дақылдардың өсiп-өнуiне өте қолайлы физикалық, су-физикалық және физикалық-химиялық жағдай (құнарлық) қалыптасады. Топырақтың гранулометриялық кұрамы ауырлаған немесе жеңiлдеген сайын оның құнарлығы нашарлайды.

Топырақтың мөлшерлері әр түрлі фракцияларындағы қоректену элементтерінің шамасы олардың гранулометриялық құрамына байланысты келеді.

Кварц және далалық шпаттардан тұратын құм және ірі шаң фракцияларында қоректену элементтері аз болады.

Өсімдіктерге қажетті қоректену элементтері көп слюдалар, сулы слюдалар және екіншілік балшықты минералдар топырақтың майда, ұсақ бытыранды фракцияларын құрады.

Әр түрлі гранулометриялық құрамдағы топырақтар құрамындағы қоректену элементтерінің шамалары және олардың өсімдіктермен пайдалану мүмкіндігі бойынша айырықшаланады. Екінші қатардағы минералдары және слюдалары көп топырақтардың (құмбалшықты және балшықты) потенциалды құнарлығы жеңіл (құмайт және құмды) топырақтармен салыстырғанда биіктеу болады (26 - кесте).

92

26-кесте.Топырақтың гранулометриялық фракцияларының химиялық құрамы, %.

Кристаллды минералдарымен қатар топырақта аморфты және әлсіз кристаллданған минералдар да болады: кремний оксидтері, темір және алюминий оксидтерімен гидрооксидтері. Мысалы, көбінесе қызыл топырақтарда кездесетін темір оксидтері:

•гематит (Fe2O3);

•магнетит (Fe3O4);

•гетит (Fe2O3 • H2O).

Темір, марганец, никель, кобальт және т.б. элементтерінің тотықсызданған түрлері бар минералдардың барлығы тотығады. Осының нәтижесінде олардың кристаллды торлары ыдырайды.

3.3. Топырақтың органикалық бөлігі

Топырақтың органикалық заттары оның маңызды құрамдас бөлігі болып табылады. Оларды негізінен екі топқа жіктейді:

•Табиғи жағынан ерекше органикалық заттар-қара шірінді немесе гумус.

•Қарашіріндіге айналмаған өсімдік және жан-жануар тектес органикалық заттар /өсімдік қалдықтары, құрттар, бунақдене, микрооргнизмдер/.

Қарашірінді - құрамында азот болатын жоғары молекулалы, құрылысы өте күрделі қосылыс. Ол өсімдік қалдықтарының биохимиялық жолмен ыдырауынан түзіледі. Қарашірінді мөлшері топырақ түріне, аймақтың табиғи климат жағдайларына, ауыспалы егіс түріне тағы басқа факторларға байланысты өзгереді (27-кесте).

Қарашірінді - топырақтың жалпы құнарлылығын айқындайтын көрсеткіш. Оның құрамына гумин қышқылдары, фульвоқышқылдар және гуминдер атты топтар кіреді.

93

Гумин қышқылдары әлсіз сілті ерітінділерінде, натрий пирофосфатында, қымыздық қышқыл натрийде, фторлы натрийде жақсы ериді де тұздар-гуматтар түзіледі. Гумин қышқылдарының құрамында 52-62% көміртек, 2,8-5,8% сутек, 31-39% оттек, 1,7-5% азот болады. Гумин қышқылдарындағы осы элементтердің мөлшеріне, топырақ типі, топырақтағы органикалық заттардың химиялық құрамы және олардың ыдырауы әсер етеді

Фульвоқышқылдар су мен қышқылдарда жақсы еритін құрамында азот бар жоғары молекулалы органикалық қышқылдар, олардың құрамында шамамен 40-52% көміртек, 4-6% сутек, 42-52% оттек, 2-6% азот болады. Фульвоқышқылдарының қышқылдығы күшті, әрі суда жақсы еритіндіктен, олардың топырақтың минералдық бөлігін ыдырату қабілеті жоғары болады.

Топырақ қарашіріндісінің гуминдері гумин және фульвоқышқылдарының жиынтығы болып саналады. Олар қасиеттер жағынан гумин қышқылдарына ұқсас.

Әр түрлі топырақтар тек қана қарашірінді қорымен ерекшеленбейді. Олар құрамындағы гумин, фульвоқышқылдарының мөлшерімен, олардың арақатынасымен бағаланады.

27-кесте. Топырақ құрамындағы қара шірінді мөлшері (И.В.Тюрин).

топырақ құнарлылығы үшін маңызды рөл атқарады:

• органикалық зат өсімдік үшін қоректік элементтердің көзі болып саналады. Өйткені оның құрамына топырақтағы жалпы азоттың 98-99%-ті , фосфордың 30-40%-ті, күкірттің 90%-ті енеді;

94

•гумин қышқылдары, фульвоқышқылдар, органикалық заттардың ыдырауынан пайда болған көмір қышқылы силикаттар мен алюмосиликаттарды бірте-бірте үгіту арқылы және кальций, магний карбонаттарын, фосфаттарды, тағы басқа тұздарды ерітіп олардың құрамындағы элементтерді өсімдікке сіңімді күйге ауыстырады;

•органикалық заттар микроорганизмдер үшін қорек көзі болып есптеледі;

•органикалық заттар адсорбция процесіне қатысады, топырақтың сіңіру қабілеті мен буферлігін жоғарлатады, топырақтың физикалық қасиеттерін (ылғал сыйымдылығы, су, ауа өткізгіштігі, жылу режимі) жақсартады.

Органикалық зат және оның өзгеру процестерi топырақтың негiзгi қасиеттерi мен белгiлерiне және оның қалыптасуына үлкен әсерiн тигiзедi. Сонымен қатар, өсiмдiктердiң қоректенуiне, топырақтың жақсы су-физикалық қасиеттерiн дамытуға, әр түрлi элементтердiң топырақ пен биосферадағы миграциясына (қозғалысына) қатысады. Топырақта жүретiн барлық негiзгi процестер органикалық заттардың тiкелей немесе жанама қатысу нәтижесiнде асады.

Сол себептi органикалық заттардың топырақ құнарлылығымен байланысын адамзат ерте деуiрден-ақ байқаған (Египетте, Грецияда, т.б.).

Топырақтың органикалық заттарын ғылыми тұрғыдан зерттеу XIX ғасырдың бiрiншi жартысынан басталды (ГерманиядаШпренгель, Швецияда-Берцелиус, Ресейде-Герман, ГолландиядаМульдер және т.б.).

В.Доқучаевтың топырақ туралы iлiмi зерттеушiлердiң зейiнiн гумуске (қарашiрiндiге) аударды. Бұл тұрғыда микроорганизмдердiң гумустық заттарды синтездеудегi рөлi туралы П. Костычев зерттеулерiнiң маңызы аса зор болды. XX ғасырдың басы гумустық заттардың химиялық табиғатын тереңiрек зерттеумен сипатталады (В. Вильямс және т.б.).

Казiргi кезде орыс және шетел ғалымдары еңбектерi арқасында гумустың құрамы мен қасиетi кеңiнен талданып зерттелген. Сонымен қатар, топырақ органикалық заттарының гумусқа айналуының, топырақ пайда болуы мен онын құнарлылығына гумустың тигiзетiн әсері жөнiндегi теориялар

95

жетiлдiрiлуде (Л. Тюрин, М. Кононова, Л. Александрова, Д. Орлов, И. Кауричев және т.б.).

Топырақ және биосфера органикалық заттарының негiзгi көзi болып, өз бетiмен минералды қосындылардан органикалық заттарды синтездейтiн алғашқы продуценттер немесе автотрофтылар саналады. Жер бетiнде органикалық заттарды өндiретiн негiзгi көз - жасыл өсiмдiктер екенi белгiлi.

Топыраққа өсiмдiктердiң ғана қалдықтары түсiп қоймай (алғашқы органикалық зат), онымен бiрге микробиологиялық өзгерiске түскен өнімдердің және жануарлардың қалдықтары да жиналады (екiншi қатардағы органикалық зат).

Жер бетi экожүйесiнiң өнiмдiлiк мөлшерi бiрдей емес, әр түрлi болады:

•тундрада жылына 1-2 т/га құрғақ органикалық заттар жиналады;

•ылғал тропиктiк ормандарда - 30-35 т/га мөлшерiнде жиналады.

Агроэкожүйедегi жыртылатын егiстiк топырағында өсiмдiк қалдықтары 2-3 т/га болса, көпжылдық шөптерден 7-9 т/га мөлшерiнде қалдық түседi. Топырақтың барлық органикалық заттары топырақ фаунасы мен микроорганизмдердi қайта өңдеуден өткiзедi. Өңдеудiң ақырғы өнімі болып минералдық қосындылар саналады.

Топыраққа түсетiн тiрi жандылар мен жануарлардың қалдықтары өсiмдiк қалдықтарынан аз болады, бiрақ жылдық жинағы бiраз мөлшерге жетуi мүмкiн. Көп топырақ типтерiнде органикалық заттардың жансыз фаунамен түсуi жылына 100-200 кг/га аспайды.

Әр типтi топырақтарда органикалық заттардың ыдырауы бiрдей емес. Орман ценоздарында негiзгi органикалық заттар жер бетiндегi түскен қалдықтар ретiнде жиналса, шөптi ценоздарда жансыз тамыр калдықтары түрiнде жиналады. Топыраққа түскен органикалық қалдықтардың химиялық құрамы негiзiнен организмдердiң типiне байланысты болады. Сондықтан топырақ органикалық заттарының құрамына өсiмдiктердiң бойындағы қосындылар, бактериялар мен саңырауқұлақ плазмалары, сонымен қатар олардың әрекеттесуiнен пайда болған өнімдер кiредi. Бұндай мыңдаған түрлi қосындылардың дамуы және жинақталуы бiрнеше тәулiктен мыңдаған жылдарға созылуы мүмкiн. Көп топырақтар типiнде

96

органикалық заттардың басым бөлiгi органикалық қосындылардың “өлі“ қоры ретiнде кездеседi. Тамырлардан, микроорганизмдерден және топырақ фауналарынан тұратын жанды биомасса жалпы топырақ органикалық массасының 2-ден 15 %-iн ғана құрайды.

Қарапайым көзге көрiнетiн топырақ құрамындағы өсiмдiк және жануарлар қалдықтары жалпы органикалық заттардың 5-10 %- тiн құрайды.

Анатомиялық белгiлерiнен мүлдем айырылған топырақ органикалық заттарының негiзгi бөлiгi - гумус (қарашiрiндi). Ол үлкен екi топтағы заттарға бөлiнедi.

3.3.1. Гумус құрамы

Топырақ құрамынан бөлiп, мөлшерiн анықтауға болатын өзіне тән емес органикалық қосындылар - қанттар, аминқышқылдары, ақуыздар, органикалық негiздер, органикалық қышқылдар және т.б. Көптеген минералды топырақтарда олар жалпы органикалық заттардың ондық пайызi мөлшерiнде кездеседi.

Жалпы органикалық заттардың 80-90%-iн құрайтын арнайы, топырақтың өзiне тән бөлiгi - гумустық қосындылар.

Гумустық заттар - әр түрлi құрамды және қасиеттi, жоғары молекулалы азотты органикалық қосындылардан тұратын, пайда болудағы кейбiр қасиеттерiнiң, құрылысының ортақтылығы және органикалық табиғаты бар заттар. Олардың негiзгiсi келесiлер:

•өзiне тән түсi қара-қоңырдан караға, кызғылт-қоңырдан сарғыштауға дейiн ауытқуы;

•карбоксилдер тобы әсерiнен туған қышқылдылығы;

•көмiртегiнiң мөлшерi - 36-62 %, азот 2,5-5 %-ке дейiн;

•3-6 %-тей гетероциклдi азоты бар;

•700-800-ден жүздеген мыңға жететiн молекулалық массасы бар әр түрлi заттар.

Гумустық заттар ерiмталдығы мен экстракциялануы (ыдырауы) бойынша келесi топтарға бөлiнедi:

•фульвоқышқылдар (Фқ);

•гумин қышқылдары (Гқ);

•гумин;

•гиматомелан қышқылдары (кейде, ерекше).

97

Фульвоқышқылдар - гумустық қосындылардың суға ең ерiмтал тобы, жылжымалы, жалпы гумустық заттардың молекулалық шамасына қарағанда, молекулалық массасы көп төмен болатын зат. Гумустық заттардың басқа тобына қарағанда, көмiртегi мөлшерi де аз болуына бейiмдi келедi. Күлгiн, қызыл тропиктiк, боз топырақтарда көбiрек кездеседi.

Гумин қышқылдары - минералдық және органикалық қышқылдарда ерiмейтiн гумустық қосындылар тобы. Молекулалық массасы жоғары, көмiртегiнiң мөлшерi 62 %-ке дейiн, қышқылдылық сипаты басымдау зат. қара, қара-қоңыр, кейде орманды сұр, жақсы өңделген шымды-күлгiн топырақтарда көбiрек мөлшерде кездеседi.

Гумин - гумустың экстракцияланбайтын (ыдырамайтын) бөлiгi. Шамамен екi типтi қосындылар түрiнде кездесуi мүмкiн:

•балшықты минералдармен берiк байланған гумустық заттар (балшық-гумусты гумин);

•анатомиялық құрылысын жоғалтқан және берiк компоненттермен, соның iшiнде лигнинмен, байыған жартылай шiрiген өсiмдiк қалдықтары (детриттi гумин).

Гиматомелан қышқылдары – фульвоқышқылдарының және гумин қышқылдарының орташа қасиеттерiмен сипатталған гумустық заттар тобы. Бұрын гумин қышқылдары тобына бiрiктiрiлетiн. Бiрақ олардан полярлы қышқылдарда еруi және басқа қасиеттерiмен ерекшеленедi.

Барлық гумустық заттардың топтарында азоттың мөлшерi 2,5- нан 5,0 %-ке дейiн болады. Гумустық заттар орташа есептегенде, өсiмдiк қалдықтарына қарағанда, азотқа бай болады. Оның себебi - органикалық қалдықтар минералдану мен гумустену процестер кезiнде, азотқа қарағанда, көмiртегiнiң қос тотығы ретiнде, құрамындағы көмiртегiнен айырылады.

Гумустық заттардың құрылысын зерттеу үшiн әр-түрлi тәсiлдер қолданылады. Сол зерттеулердiң нәтижесiнде гумус қышқылы молекуласының құрамы екі түрге бөлінеді:

•шартты қозғалмалы - шеткi (перифериялы);

•тұрақты-ядролық (өзектiк).

Гумин және фульвоқышқылдарының өзектiк фрагментi негiзiнен циклдi қосындылардан, ал шеткi фрагменттерi көмiрсулардан және амин қышқылдарынан тұрады.

98

Гумустық заттардың перифериялы фрагменттерi функциялды топтарға бай болғандықтан оның химиялық қасиеттерiне, гумустық қосындылардың бiр-бiрiмен, минералдық тыңайтқыштармен және топырақтың минералдық компоненттерiмен әрекеттесуiне әсерiн тигiзедi.

Топырақтың табиғи пайда болуында, гумустық заттар оның минералдық қосыңдылармен әрекеттесуiнен, гумус тұрақтыланып, оның құрамында макрожәне микроэлементтердiң жинақталу-ына, кейбiр жағдайларда, өзiншелiк агрегаттар пайда болуына әкелiп соғады. Ал топырақтың минералдық компоненттерiнiң басқадай типпен әрекеттесуi оның қозғалмалылығын жоғарылатып, қосындылардың топырақ бойынан кетуiн жылдамдатады.

Топырақты ауылшаруашылығанда пайдаланғанда және агроэкожүйеге антропогендік ықпал тигiзгенде гумустық заттардың агрохимиялық және басқа топырақты ластайтын қосындылармен әрекеттесуiнiң маңызы өте зор.

Гумустық заттардың топырақтың минералдық бөлiгiмен әрекеттесiп, органика-минералдық косындылар түзетiн типтерiн келесiдей түрге бөлуге болады:

1.Топырақтың қатты фазасының гумустық заттарды сорбциялауы ионды алмасу, хемосорбция, кешен пайда болатын сорбция, балшықты минералдардың молекулалық массасы аса үлкен емес органикалық заттарды интермицелярлы жұту механизмдерi арқылы жүредi. Балшықты минералдардық гумустық заттармен сорбциялы әрекеттесу кезiнде сутектi және көпваленттi байланыстардың пайда болу мүмкiндiгi дәлелденген. Осыдан пайда болған өнімдерді сорбциялық кешен, балшықты-гумустық кешен немесе минералды-органикалық қосындылар деп атайды. Сорбциялық әрекеттесу топырақ қатты фазасында ерекше органоминералдық қышқылдар және гумустiк-аккумулятивтiк қабатының пайда болуында басты роль атқарады және суға шайылуға төзiмдi, кiшi және iрi агрегаттар түзiлуiне ықпалын тигiзедi. Аталған факторларды топырақтың көптеген физикалық, физикалықхимиялық және химиялық қасиеттерiн тұрақтандыратын әрекеттесу типi деп қараған жөн.

2.Кешендi гетерогендi тұздар - гумустық қашқылдардың көпваленттiк металдармен - Fе3+, А13+, Сu2+, Zn2+ және т.б. әрекеттесуiнен пайда болады. Бұл қосындылардың ерекшелiгi - металдар

99

молекулалардың анионды бөлiгiне енiп, ионды алмасуға қабiлетiнiң жоғалуында. Бұл типтi қосындылардың iшiнде жақсы зерттелгендер болып, темiр және алюмогумустық қосындылар саналады. Топырақ кейпi құралуда және оның қасиеттерiнiң қалыптасуында бұл типтi әрекеттесудiң әсерiнен тұздар ерiмталдығын өзгертiп, фаза ортасына бөлiнуi, миграциясы, жиналуы және көпваленттi металдар қосындылары өсiмдiк қоректенуiн кешендi гетерополярлы тұздар топырақтың қатты сорбцияланған органикалық заттармен әрекеттескенде де болады. Бұл әрекеттесу типi топырақ қатты фазасының көпваленттi катиондарды алмаспас сiңiруiне әкелiп соғады. Кешендi-гетерополярлы тұздар түзiлгендiгi сияқты, бұл әрекеттесуде де карбоксил мен фенолгидроксил топтары қатысады, бірақ та металдар ионы мұндай әрекеттесу типiнде оңай диссоцияцияланып (ажырап), топырақ ерiтiндiсiндегi басқа катиондарға алмасады. Пайда болған сiлтiлi металдардың және аммонийдiң гуматтары мен фульваттары суда жақсы еридi.

Табиғатқа ерiмтал гуматтар мен фульваттар тегi тек тұзды топырақтарда ғана пайда болуы мүмкiн. Са2+ мен Мg2+ негiздерiне қаныққан топырақтарда мұндай гумус қышқылдарының жиналуы байқалмайды.

Әр типтi топырақтар органикалық заттардың саны мен сапасы бойынша бiр-бiрiнен айырықша болады. Әрбiр топырақтың әлпетiнде органикалық заттардың тарау мөлшерi де бiрдей емес. Топырақтардың беткi қабатында гумустың 0,5-1 %-тен 10-12 % және одан да көбiрек.

Гумин қышқылдары мен фульвоқышқылдарының ара қатынастық көрсеткiшi (Сгк:Сфк) бойынша гумустың келесi типтерi бөлiнедi:

•гуматты (> 1,5);

•фульватты-гуматты (1-1,5);

•гуматты-фульватты (1-0,5);

•фульватты (< 0,5).

Табиғи топыраққұралудың ыңғайлы кезiнде гумус құрамында гумин қышқылдары көп түзiлетiн заңдылықтар байқалады (қарашiрiндiсi көп топырақтарда). Топырақты игеру мен мәденилендiру әрекетi гумус типтерiне әр түрлi ықпал жасайды.

Топыраққа түскен органикалық қалдықтар әр түрлi физика- лық-химиялық және биохимиялық өзгерiстерге шалдығып, олардың

100