агрохимия Р. ЕЛЕШЕВ

көп бөлiгi СО2, Н2О және қарапайым тұздарға дейiн ыдырайды (минералданады), ал аз мөлшерi күрделi өзгерiстерге шалдығып, гумустену үрдісі арқылы топырақтың гумустық заттарын құрайды. Гумустену үрдісінің басты сипаты болып гумустену коэффициентi саналады (Кг). Ол қалдықтағы заттардың толық шiрiгенiнде органикалық көмiртегiнiң қанша мөлшерi (%) гумустың құрамына кiргенiн көрсетедi. Гумустену коэффициентi топырақтың су-жылу құбылымына, органикалық қалдықтардың үлесiне, морфо-биохимия- лық құрамына тәуелдi болады және 1-ден 10 пайызға жетедi.

3.3.2. ГУМУС ЖАРАЛУЫ ТУРАЛЫ КОНЦЕПЦИЯ

Ғылымда гумусқұралу үрдісі әлi толық анықталмаған. Ол туралы келесiдей концепциялар (көзқарастар) айтылған:

1. Конденсациялық (полимеризациялық) концепцияны А. Трусов, М. Кононова, В. Фляй және т.б. жетiлдiрген. М. Кононова гумустену үрдісінің негiзгi жағдайларын келесiдей тұжырымдайды:

•өсiмдiк қалдықтарының гумусқа айналу үрдісі оның

құрамына кiретiн заттардың СО2, Н2О, NH3 және басқа да азықтарға ыдырап минералдануымен бiрге жүредi;

•өсiмдiк денесiнiң барлық компоненттерi ыдырау өнімдерінің құрамдық негiзi болып саналады;

•гумустық заттар түзiлуiнiң негiзi болып, фенолдарфенолоксидаза типтi ферменттермен тотығып, конденсацияланған алғашқы құрылымы саналады;

•гумустық заттардың түзiлуiнде басты химиялық процесс - поликонденсация болып есептеледi. Гумусқұралудың конденсациялық концепциясы бойынша фульвоқышқылдары гумин қышқылдарынан бұрын пайда болады деп тұжырымдалады, сондықтан олар күрделену арқылы гумин қышқылын түзедi. Бұл ферменттiк процесс.

2. Биохимиялық тотығу концепциясын 30-шы жылдары И. Тюрин ұсынған. Оны ары қарай Л. Александрова дамытқан. Бұл тұрғыдан қарағанда гумустену өте күрделi био-физикалық- химиялық жолмен, өсiмдiктердiң органикалық қалдықтары ыдырауы барысында, арадағы органикалық жоғары молекулалы өнімдерінен ерекше косындылар - гумус-гумин қышқылдарын түзетiн процесс. Гумустену үрдісінде басты рольдi баяу жүретiн

101

биохимиялық тотығу реакциялары атқарады, соның әсерiнен жоғары молекулалы органикалық қышқылдар түзiледi. Гумустену ұзақ жүретiн үрдіс болғандықтан, гумин қышқылдары молекулаларының хош-иiстiлер конденсациялануы арқылы емес, керiсiнше жаңа пайда болған гумин қышқылдарының тұрақсыздану макромолекулаларының бөлiнуi арқылы жүредi. Кәдiмгi қара топырақтың гумин қышқылдарына қарағанда, жаңа түзiлген гумин қышқылдарының молекулалық массасы үлкенiрек, ал элементтiк құрамы өсiмдiк қалдықтарының химиялық құрамына тәуелдi болады. Түзiлген гумустық қышқылдар жүйесi минералдану көзiнде бөлiнiп шыққан өсiмдiк қалдықтарының күлдiк элементтерiмен қатар, минералдық топырақ бөлшегiмен әрекеттесiп, органикаминералдық заттар құрайды. Осының әсерiнен тұтас жүйе бiртiндеп, өрiмтал әр түрлi және молекулалық құрылысы өзгеше фракцияларға бөлiнедi. Жүйенiң дисперсиялық аз бөлiгi суда ерiмейтiн кальцийлi және 1,5 тотықты гумин қышқылдар тұздары түрiнде пайда болады. Ал ерiмтал тұздар беретiн дисперсиялы фракциясы фульвоқышқылдарын түзедi.

3. Биологиялық гумусқұралу концепциясы бойынша (В. Вильямс) гумустық заттар кiшiжандылар синтезiнiң өнімі деп қаралады. Топырақтағы гумустық заттар сапасының бiркелкi еместiгi әр түрлi микроорганизмдер - аэробты, анаэробты бактериялардың, саңырауқұлақтардың сiлекейлері - экзо-энзимдерi (ферменттерi) әсерiне байланысты. Кейiнгi эксперименттiк зерттеу-лер нәтижесiнде қара түстi гумус тәрiздес заттар микроорганизмдер топтарының әрекетi нәтижесiнде пайда болатыны дәлелдендi. Гумусқұралу процесi конденсациялық және биохимиялық тотығу жолымен жүруi мүмкiн (Д.Орлов). Биологиялық белсендiлiгi жоғары қара топырақ типiнде гумусқұралудың конденсациялық жолы басым болады. Гумустың жаралуы туралы жоғарыда айтылған көзқарастар бойынша гумус бастапқы органикалық заттармен салыстырғанда олардың аса жетiлген түрлерiн құрайды. Жүргiзiлген зерттеулер арқылы қара шiрiндi кескiнi кемелденген топырақтарда жаңадан ыдыраған қалдықтардың гумустық заттарға түзiлуi фрагменттiк жаңалану типiмен өтетiнi көрсетiлдi (А. Фокин). Бұл қағиданың мәнiсi келесiде: шiрiндi заттар бiрден толық гумустық молекулалар түзбей, конденсациялану арқылы алдымен жаңа пайда болған молекулалардан перифериялық фрагменттердi түзедi, содан

102

кейiн шамалы минералдану арқылы тұрақты циклдер пайда болады. Сол себептi, ондай гумустың атомдық және фрагменттiк құрамы топырақ жаңа түскен органикалық материалдар құрамы есебiнен тұрады. Шеткi фрагменттердiң жаңалануы өзектiк бөлiктен жылдамырақ жүредi. Изотопты индикаторлар тәсiлiмен жүргiзген iзденiстер күлгiн топырақтардың гумустық заттарының басқа да жолмен жаңалануы, гумус молекулаларының алмаспалы молекулалық сорбция жолымен асатыны айқындалды. Бұл механизм молекулалық алмаспалы сорбциялық жаңалану деп аталады. Сонымен, топырақтардың барлық бөлiктерiнде гумус пайда болу процестерi жүрiп, оның жаңалануы фрагментарлы немесе молекулалық алмаспалы сорбциялық типтермен жүрiп, кей кезде толық минералдануға дейiн жетеді.

3.3.2. ОРГАНИКАЛЫҚ ЗАТТАР РӨЛI

Органикалық заттар топырақта өзiне тән белгiлер қалыптасуына, әр түрлi үрдістер жүруiне және өсiмдiктер қоректенуiне үлкен әсерiн тигiзедi. Бiрақ органикалық заттардың барлық топтары, яғни жас органикалық қалдықтар, детриттер және т.б. гумустық заттар түрлерi топыраққұралуда, оның құнарлылығы қалыптасуында және өсiмдiктер қоректенуiнде әр түрлi өздерiне тиiстi рольдер атқарады. Топырақ құнарлылығы арнайы биохимиялық процестер әсерi арқылы iске асады.

Органикалық заттар функциясы үш топқа бiрiктiрiлген: 1.Органикалық заттардың топыраққұралуы, морфологиялық

белгiлерiнiң қалыптасуы мен құрамы және қасиеттерiмен байланысты фракциясы. Оған жататындар:

•арнайы өзiне тән органикалық топырақ әлпетiнiң қалып-

тасуы;

•балшықтық және гумустық қосындылардың қатысуымен топырақ агрегаттарының пайда болуы, сондай-ақ гумустың минералдық бөлiкпен әрекеттесiп және микробиологиялық термодинамикалық тұрақты түйiртпектердi түзуi;

•топырақ құрылымының қалыптасуы және гумустық заттардың су-физикалық қаситтерiне тигiзетiн әсерi;

103

•миграцияға бейiмдi жылжымалы қосындылардың түзiлуi және минералдық топырақ компонеттерiнiң биохимиялық айналымға тартылуы;

•топырақтың сорбциялық, қышқылды-негiздiк және буферлiк қасиеттерiнiң қалыптасуы.

2.Органикалық заттардың өсiмдiктер қоректенуiне тiкелей байланыс функциясы. Оған жататындар:

•жоғарғы өсiмдiктердiң минералдық қорегiнiң көзi (N, Р, К, Са, т.б., микроэлементтер);

•органикалық заттардың гетеротрофты белсендiлiгiне ықпалы;

•құрлық бетiне таяу СО2 газының көзi және фотосинтез өнiмдiлiгiне тигiзетiн әсерi;

•топырақтағы биологиялық белсендi заттар көзi болатыны.

3. Органикалық заттардың санитарлық қорғау функциясы. Оған жататындар:

•пестицидтердiң микробиологиялық деградациясы мен ыдырауын жылдамдату әсерi;

•топырақты ластайтын заттарды тұту (сорбция, кешендi қосындылар түзу) және өсiмдiктердiң улы заттарды сiңiруiн азайтуы;

•улы заттардың жылжымалылығын жоғарылатуы. Органикалық заттардың функциялары атаған қабiлеттермен

шектелмейдi, себебi әлi барлық жағдайлар жан-жақты терең зерттелмеген. Жеке органикалық заттар компоненттерiнiң белсендiлiгi, олардың катализдiк қасиеттерi жөнiнде мағлұматтар әлi өте аз. Топырақты ауыл шаруашылығы мұқтажына пайдаланудағы бастапқы кезде, аэрация жақсаруы, минералдану процесiнiң үдеуi және топыраққа түсетiн органикалық заттар мөлшерiнiң азайуы салдарынан, гумусты заттардың минералдануынан босап шыққан азоттың рөлi жоғарылайды. Содан барып гумустық заттардың мөлшерi төмендеуi байқалады. Сондықтан, ауыл шаруашылығында пайдаланатын топырақтағы гумустық заттардың мөлшерiн қадағалап отыру керек, оның органикалық және минералдық бөлшектерiнiң тепе-тендiгiн сақтайтын шаралар жүйесiн қолдану қажет.

104

Топырақ гумусының мөлшерi мен құрамын реттеудiң негiзгi шаралары келесiдей:

•жүйелi және үлкен нормалы органикалық тыңайтқыштармен (көң, шымтезек, компост, биогумус) топырақты тыңайту;

•жасыл тыңайтқыштарды пайдалану;

•шөптер егу;

•қышқыл топырақтарды әктеу және кебiр топырақтарды ғаныштау;

•топырақты өңдеу жүйелерiн жетiлдiру және жақсарту (мелиорациялау).

Органикалық тыңайтқыштар гумустың негiзгi көзi болса, торфты компостар құрамында гумин қышқылдары көп мөлшерде жиналады. Органикалық тыңайтқыштарды жүйелi түрде қолданғанда топырақтағы гумус мөлшерi артып, оның құрамындағы гумин қышқылдары жаңарады. Сонымен қатар, топырақтың су-физикалық қасиеттерi жақсарып, ондағы пайдалы микрофлора саны өседi. Жоғары өнiмдi шөптер егу арқылы топырақтың жыртылатын қабатында тамырлар қалдықтарын көбейтуге, гумус құралатын материалдар жинауға болады, сондай-ақ топырақтың түйiртпектiлiгi, ауа-су және қоректiк құбылымы жақсарады. Әктеу және ғаныштау шаралары топырақтағы сiңiрiлген негiздер құрамын өзгертiп, ортасын бейтараптайды, сол арқылы кiшiжандылар тiршiлiгiне жақсы ықпалын тигiзедi. Топырақты мелиорациялау оның ауа-су құбылымын түбегейлi өзгертiп, құнарлылығын көтередi. Әр табиғи аймақтарда топырақтағы гумус мөлшерi мен құрамын реттейтiн, өздерiне ғана сай шараларды қолдану кажет.

3.4. Топырақ құрамындағы қоректік заттардың мөлшері

Топырақтар бір-бірінен гранулометриялық бөлігінің құрамы және органикалық заттардың мөлшері мен құрамы жағынан ажыратылады. Сондықтан әрбір топырақта негізгі қоректік элементтердің мөлшері бірдей болмайды. Топырақ неғұрлым қарашіріндіге бай болса, оның құрамында азот пен фосфордың жалпы қоры көп болады. Ал калийдің жалпы мөлшері топырақтың гранулометриялық құрамымен айқындалады. Атап айтқанда құм, құмайт топырақтарда саз, сазды топырақтарға қарағанда калий мөлшері аз. Топырақта қоректік заттардың көпшілік бөлігі өсімдік

105

қабылдай алмайтын түрінде кездеседі. Азот негізінен күрделі органикалық заттардың (қарашірінді, ақуыз т.б.), фосфордың көп бөлігі қиын еритін минералдық және органикалық қосылыстардың, калийдің басты бөлігі ерімейтін алюмосиликат минералдардың құрамында болады.

Топырақтың құнарлылығын қоректік заттардың жалпы қоры анықтайды. Өсімдіктің қоректенуіне топырақтағы қоректік элементтердің жылжымалы түрлерінің мөлшері, яғни топырақтың тиімді құнарлылығы маңызды роль атқарады. Элементердің жылжымалы түріне олардың суда, әлсіз қышқылдарда еритін қосылыстары мен алмаспалы күйдегі катиондар жатады. Қиын еритін және ерімейтін қосылыстар микроорганиздердің, физикалықхимиялық, химиялық құбылыстардың әсерінен өсімдікке сіңімді түрге ауысады. Қоректік заттардың сіңімді түрінің пайда болуы қосылыс түріне, климат жағдайларына, топырақ түріне, агротехника деңгейіне байланысты. Сондықтан, топырақтың тиімді құнарлылығын арттыруда органикалық және минералдық тыңайтқыштар қолданудың маңызы зор. Тыңайтқыш қолдануда агрохимиялық картограмманы пайдалану керек. Агрохимиялық картограмма топырақтың қоректік заттармен қамтамасыз ету дәрежесін, тыңайтқышты қаншалықты қажет ететінін көрсетеді (28-кесте).

Картограмманы аймақтың топырақ-климат жағдайына сәйкес келетіндей етіп жасайды. Мысалы, Қазақстанның оңтүстік және оңтүстік-шығыс аудандары үшін топырақтағы қоректік элементтердің түрлері мен мөлшері, топырақтың қаншалықты сортаң тартып, қандай дәрежеде эрозияға ұшырағаны туралы мәлімет беретін картограмма керек.

Ең алдымен топырақтағы жылжымалы қоректік элменттердің агрохимиялық картограммасы жасалады. Мұнда топырақ құнарлылығының өзгеруін бақылау үшін агрохимиялық картограмманы жасау әрбір 3-4 жылда қайталап отырады.

28-кесте. Қазақстан топырағын қоректік заттардың жылжымалы түрлерінің мөлшеріне қарай топтастыру (мг/кг).

106

Агрохимиялық картограммаға очерк дайындалады. Онда шаруашылықта өсірілетін дақылдарға арналған тыңайтқыш қолданудың тәсілдері мөлшері, мерзімі көрсетіледі.

3.5. Топырақтың сіңіру қабілеті

Өсімдікке қажетті қоректік заттардың топырақта жиналуы, оның сіңіру қабілетімен тығыз байланысты болады. Топырақтың сіңіру қабілеті деп, оның ерітіндідегі түрлі заттардың молекулалары мен иондарын өз бойына сіңіріп және оларды ұстап қалуын айтады. Топырақтың бұл қасиетті ертеден белгілі болған. 1850-1854 жылдары Д.Уэй өзінің зерттеу жұмыстарында топырақ бүкіл тұзды сіңірмей, тек оның негіздік тобын ғана қабылдайтынын дәлелдеді.

Топырақтың сіңіру қабілеті жөніндегі ғылымның дамуына коллоидты химия үлкен әсерін тигізді.

Топырақтың сіңіру қабілетін зерттеуге К.К. Гедройц, Г.Вагнер, С.Маттсон, Д.Н.Прянишников сияқты ғалымдар көп үлес қосты. Мұндай құбылыстарды зерттеу әрбір топырақ-климат аймақтарында тыңайтқышты қолданудың теориялық және практикалық негіздерін, топырақты химиялық жолмен мелиорациялау, өсімдіктің қоректенуі туралы ілімнің дамуына үлкен мүмкіншілік жасады.

К.К. Гедройц топырақтың сіңіру қабілетінің гранулометриялық, биологиялық, физикалық, химиялық және физикалық-химия- лық түрлері болатынын ашты.

Гранулометриялық сіңіру қабілеті деп топырақтың басқа қуыс денелер сияқты, өзінен өткен судың құрамындағы заттарды (құм, лай т.б.) ұстап қалуын айтады. Топырақтың бұл сіңіру қабілеті оның гранулометриялық құрамы мен түйіртпектігіне байланысты болады. Мысалы, сазды, саз топырақтардың гранулометриялық сіңіру қабілеті құм, құмайт топырақтарға қарағанда жоғары болады. Гранулометриялық сіңіру қабілеті топырақтың коллоидты бөлшектерін сақтауда үлкен рөл атқарады.

107

Өсімдік пен микроорганизмдердің іс-әрекеттерінің арқасында, топырақтың құрамында азот және күл элементтері бар органикалық заттардың жиналуын, оның биологиялық сіңіру қабілеті дейді. Топырақты мекендейтін әрбір организм қоректік элементтерді сіңіруде талғампаздық танытады. Атап айтқанда, өсімдік тамыры мен микроорганизмдер топырақтан тек қана өздеріне қажетті элементтерді сіңіреді.

Топырақтағы түйнек және еркін тіршілік ететін бактериялардың атмосферадағы азотты байланыстыру құбылысы да биологиялық сіңіру болып саналады.

Биологиялық сіңіру тыңайтқыш қолдануда маңызды рөл атқарады. N15 таңбалы изотопын қолдану арқылы жүргізілген зерттеу жұмысы нитратты тыңайтқыштардың 10-20%, азоты және аммиакты тыңайтқыштардың 20-40% азоты топырақта органикалық формада болатынын дәлелдеді.

Топырақтың биологиялық сіңіру қабілетінің қарқынына топырақ аэрациясы, топырақта энергетикалық заттардың (өсімдік қалдықтары, органикалық тыңайтқыш) болуы елеулі әсер етеді. Мысалы, топыраққа астық дақылдарының сабанын еңгізгенде микроорганизмдер клетчатканы ыдырату үшін топырақ құрамындағы азотты пайдалануынан ауыл шаруашылығы дақылының азотпен қоректенуі нашарлайды, өнім төмендейді. Мұндай жағдайда сабанға минералдық азот тыңайтқышын қосып пайдалану керек.

Сыртқы тарту күшінің әсерінен топырақ бөлшектерінің әртүрлі заттардың молекулаларын сіңіріп, өз бойында ұстап тұру қабілетін физикалық сіңіру деп айтады. Қатты заттардың бөлшектері неғұрлым майда болған сайын олардың сыртқы тарту күші үдейді. Бұл тұрғыдан, майда дисперсті коллоидты бөлшектердің тарту күші зор, сондықтан топырақ бөлшектерінің бетінің көлемі үлкен болса, оның физикалық сіңіру қабілеті жоғары болады. Егер топырақ бөлшектеріне еріген заттардың молекулалары су молекуласына қарағанда күштірек тартылса, онда бөлшек бетіндегі заттың концентрациясы жоғары болады да, мұны оң молекулалық адсорбция дейді. Минералдық тұздардың ерітіндісі топырақ бөлшектерімен әрекеттескенде олардың бетіне су молекулалары күштірек тартылады. Мұны теріс молекулалық адсорбция деп атайды. Теріс физикалық сіңіру құбылысын топырақ хлорид және нитрат тұздарының ерітінділерімен әрекеттескенде байқауға болады.

108

Мысалы, топырақты NaNO3 ерітіндісімен жуғанда cүзінді құрамында нитрат ионының концентрациясы өседі. Мұны топырақтың су молекуласын сіңіруден деп түсіну керек. Хлоридтер мен нитраттардың топырақта теріс физикалық сіңірілуі, олардың жылжымалылығының артуына әсер етеді.

Физикалық сіңіру қабілеті тыңайтқыштарды қолданудың мерзімін белгілеуге көмектеседі. Мысалы, хлор ионы бар тыңайтқыштарды күзде, ал нитратты тыңайтқыштарды тұқым себер алдында немесе үстеп қоректендіруде берген жөн. Себебі хлор ионының топырақтағы мөлшерінің көп болуы өсімдіктер үшін зиянды. Мұндай тыңайтқыштарды күні бұрын қолдану хлор ионының топырақтың астыңғы қабатына шайылуына әкеп соғады.

Топырақтағы физикалық сіңіруді бөліп ажырату өте қиын. Ол әрдайым химиялық және физикалық-химиялық сіңіру құбылыстарымен өзара тығыз байланыста болады.

Химиялық реакциялар нәтижесінде пайда болған, суда қиын еритін немесе ерімейтін қосылыстарды топырақтың ұстап тұруын оның химиялық сіңіру қабілеті дейді. Мысалы, суда еритін аммоний монофосфаты кальций бикарбонатымен әрекеттескенде нашар еритін кальций дифосфаты түзіледі:

(NH4 )2HPO4 + Ca(HCO3)2 → CaHPO4 + 2NH4HCO3;

Аниондардың химиялық сіңірілуі олардың топырақтағы иондармен әрекеттескенде, қиын немесе ерімейтін тұздар түзілуіне байланысты.

Азот, тұз қышқылдарының аниондары (NO3- және Cl-) топырақта кең таралған катиондардың (Ca2+, K+, Mg2+ т.б.) ешқайсысымен де қиын еритін қосылыс түзбейді. Сондықтан, оларды топырақ химиялық жолмен сіңірмейді. Көмір, күкірт қышқылдарының аниондары (СО32-, SO42-) бір валентті катиондармен суда еритін, ал екі валентті катиондармен (Ca2+ және Mg2+) қиын еритін қосылыстар түзіп, топыраққа химиялық жолмен сіңіріледі. Фосфор қышқылының аниондары (Н2РО4- және НРО42-) бір валентті катиондармен ерігіштігі әртүрлі тұздар түзеді. Мысалы, Са(Н2РО4)2 суда жақсы, ал СаНРО4, Са3(РО4)2 нашар ериді. Бұл жағдай суда еритін фосфор тыңайтқыштарының топырақпен әрекеттесуінде маңызды рөл атқарады. Мысалы, реакциясы бейтарап қара немесе

109

боз топырақтарға суперфосфатты қолданғанда, реакция мынадай бағытта жүреді:

Суда еритін фосфор тыңайтқыштары топырақтағы алмаспалы кальциймен әрекеттесуі нәтижесінде де химиялық жолмен сіңіріледі:

Бірақ, топырақ ерітіндісі қышқыл болғанда қиын еритін кальций фосфаттары керісінше суда еритін түрге айналады:

Са3 (РО4)2 + 4НNO3 2Ca(NO3)2 + Ca (Н2РО4)2.

Қышқыл шымды-күлгін топырақтың құрамындағы алюминий, темір гидрооксидтері фосфор қышқылымен әрекеттескенде олардың фосфаттары пайда болады:

Al(OH)3 + H3PO4 AlPO4 + 3H2O;

Өсімдік бұл жаңадан түзілген қосылыстардан фосфорды жақсы сіңіреді, бірақта уақыт өткен сайын олардың ерігіштігі нашарлап, өсімдікке сіңімділігі төмендейді. Фосфор қышқылының қарқынды түрде химиялық сіңірілуі топырақтағы фосфордың жылжымалығын баяулатады. Мұның өзі өсімдіктің фосфор тыңайтқыштарының құрамындағы фосфорды қабылдауын төмендетеді.

Теріс зарядты, майда дисперсті минералдық және органикалық коллоидті бөлшектерінің топырақ ерітіндісіндегі катиондарды сіңіруін физикалық-химиялық немесе катиондардың алмаспалы сіңірілуі дейді. Мұнда, топырақтың қатты фазасынан топырақ

110