агрохимия Р. ЕЛЕШЕВ

ерітіндісіне эквивалентті мөлшерде басқа катиондар шығарылады. Мысалы, құрамында кальций катионы көп қара топырақты калий хлоридінің ерітіндісімен өңдесек, калий катиондары кальций катиондарымен алмасып топыраққа өтеді:

Алмасу реакциясында ерітіндінің концентрациясы сақталып катиондар құрамы өзгеріп тұрады. К.К.Гедройц алмасу реакциясына бейім топырақтағы барлық майда дисперсті коллоидты бөлшектердің жиынтығын топырақтың сіңіру кешені (Т.С.К.) деп атаған. Топырақ сіңіру кешені майда (көлемі 0,00025 мм-ден аз) және ірі (көлемі 0,001 мм-ге дейін) коллоидты бөлшектерден тұрады.

Топырақ коллоидтары органикалық, минералдық және органоминералдық болып бөлінеді.

Органикалық коллоидтар қарашірінді заттардан (гумин қышқылдары, фульвоқышқылдары және олардың тұздары) тұрады. Органикалық коллоидтардың теріс зарядталуы, әрі алмасу реакциясына бейім болуы құрамындағы карбоксил (СООН) және фенолдың гидрооксид (ОН) топтарының сутектерінің басқа катиондармен орын ауысуынан деп білу керек. Органикалық коллоидтар сіңірген катиондардың алмасу реакциясын былай өрнектеуге болады:

Минералдық коллоидтар құрамына каолинит, монтмориллонит топтарына жататын минералдар, гидрослюдалар, сондай-ақ аморфты қосылыстар (кремний қышқылы, алюминий мен темір гидрооксидтері) кіреді. Темір мен алюминий гидрооксидтерінің коллоидтары оң, басқа органикалық және минералдық коллоидтар теріс зарядталған.

Минералдық коллоидтардың теріс зарядты болуын былай түсіндіреді. (SіO4)п қосылысы бейтарап. Егер кремний атомының

111

біраз бөлігін алюминий атомымен алмастырсақ құрылым теріс зарядталады. Оны былай өрнектеуге болады:

Алюмосиликаттардың теріс зарядын калий, натрий, кальций тағы басқа катиондар теңестіреді:

[(SіO2)п-1 AlО2]К [(SіO2)п-1 AlО2]- +К+.

Әр түрлі минералдардың катиондарды алмасып сіңіруі бірдей емес (мг/ экв 100 г минералда): каолинит 3-15; галуазит 5-10; иллит 10-40; монтмориллонит 80-120; бейделлит 55-65; вермикулит 100150.

Топырақтағы алюминий мен темір гидрооксидтерінің коллоидтары аморфты қасиеттері көрсетеді. Олар топырақ ерітіндісінің реакциясының өзгеруіне қарай оң немесе теріс зарядты болады. Мысалы, қышқылдық ортада алюминий мен темір гидрооксидтерінің молекулалары негіз тәрізді диссоциацияланады:

Сілтілік ортада олар өздерін қышқыл есебінде көрсетеді:

Изоэлектрлік нүктеде яғни, аралық реакцияда диссоциацияланудың екі түрі бірдей жүреді. Соған байланысты аморфты коллоид бетінде орналасқан молекулалар қоршаған ортаға сутек катионы (H+) мен гидроксид анионын (ОH-) бірдей мөлшерде бөледі.

К.К.Гедройц физика-химиялық сіңіру құбылысының бірнеше заңдылықтарын ашты:

112

•Топырақтың қатты бөлігінің катиондары мен ерітінді катиондарының өзара алмасуы эквивалентті болады. Мұнда топырақ пен ерітінді арасында жылжымалы тепе-теңдік орнайды.

•Катиондардың алмасуы қайтымды реакция. Сондықтан катиондардың алмасу реакциясын мынадай түрде өрнектеледі:

•Ерітінді концентрациясы тұрақты болған жағдайда топырақтың сіңіру кешеніндегі катиондардың ерітіндіге ауысуы ерітінді көлеміне байланысты. Яғни, ерітінді көлемі артқан сайын топырақтан оған катиондар көбірек өтеді. Ерітінді көлемі өзгермеген жағдайда, концентрациясы жоғары ерітінді катиондарды көбірек ығыстырады.

•Катиондардың алмасу реакциясы өте жоғары жылдамдықпен жүреді де, реакцияға майда дисперсті коллоидты бөлшектердің бетінде орналасқан катиондар қатысады.

•Катиондардың сіңірілу энергиясы бірдей емес. Неғұрлым элементтің атомдық массасы мен катионының заряды көбірек болса, соғұрлым ол күштірек сіңіріледі және топырақтан оларды басқа катиондардың ығыстыруы қиынырақ өтеді. Демек, катиондардың сіңірілу энергиясы валенттілігі өскен сайын жоғарылайды. Екі және үш валентті катиондар бір валентті катиондарға қарағанда топырақ коллоидтарына күштірек тартылады. Ал, катиондар валенттілігі бірдей болған кезде, сіңірілу энергиясы атомдық массасы өскен сайын артады. Мысалы, бір валентті катиондар сіңірілу

энергиясының өсуіне қарай мынадай ретпен орналасады: Lі+ < Na+ < NH4+ < K+ < Pb+. Екі валентті катиондар: Mg2+ < Ca2+ < Co2+, үш

валентті катиондар: Al3+ < Fe3+ ретпен сіңіріледі. Сонымен бірге жеке катионның өзі топыраққа әр түрлі дәрежеде сіңіріледі.

Н.И.Горбунов зерттеуі бойынша топырақ құрамындағы катиондардың 80-85 пайызы жақсы алмасатын болса, 15-20 пайызы топырақта берік сіңірілген күйінде сақталады.

Құрамындағы алмасу реакциясына бейім катиондардың жалпы мөлшерін топырақтың сіңіру сыйымдылығы деп атайды. Сіңіру сыйымдылығын 100г топырақтағы катиондардың мг-эквивалентімен өрнектейді.

113

Мысалы, 100 г топырақ құрамында 500 мг сіңірілген кальций болғандағы топырақтың сіңіру сыйымдылығы 500 : 20 = 25 мг/экв. 100 г топырақта кальцийдің эквиваленттік массасы 40:2=20 болады.

Топырақтың сіңіру сыйымдылығының мөлшері оның гранулометриялық құрамына, майда дисперсті бөлшектердің жалпы мөлшері мен олардың химиялық және минералогиялық құрамына, топырақ реакциясына байланысты. Топырақта майда дисперсті бөлшектер көп болған жағдайда оның сіңіру сыйымдылығы жоғары болады. Сол сияқты саз топырақтың сіңіру сыйымдылығы құмайт топырақпен салыстырғанда жоғары. Монтмориллонит тобына жататын минералдар ең үлкен сіңіру сыйымдылығымен ерекшеленеді. Қарашіріндіге бай топырақтың да сіңіру сыйымдылығы жоғары болады. Топырақ реакциясы (рН) көтерілген сайын оның сіңіру сыйымдылығы артады. Сонымен бірге топырақтардағы сіңірілген катиондар құрамы әртүрлі болып келеді. Барлық топырақтарда сіңірілген катиондар арасында кальций мен магний мөлшері көп болады. Мысалы, кәдімгі қара топырақта сіңіру сыйымдылығындағы катиондардың 80-90 пайызы кальций және магний үлесіне тиеді. Оңтүстік қара, қара қоңыр, боз топырақтарда аз мөлшерде сіңірілген натрий кездеседі. Олардың құрамында сутек катиондары болмайды. Сор, сортаң топырақтарда кальций, магниймен бірге сіңірілген натрий көп болады. Калий және аммоний катиондары барлық топырақтарда аз мөлшерде кездеседі.

Сіңірілген катиондар құрамы топырақтың физикалық, химиялық қасиеттеріне, өсімдіктің өніп-өсуіне, тыңайтқыштардың әсеріне жан-жақты ықпал етеді. Топырақ ерітіндісінің құрамы қатты фазадағы катиондар құрамы мен түрлеріне байланысты өзгереді. Мысалы, құрамында кальций катиондары көп топыраққа суда жақсы еритін аммоний селитрасы немесе калий хлориді сияқты тыңайтқыштарды қолданғанда ерітіндіге көп мөлшерде кальций ауысады. Топырақтағы сіңірілген катиондар құрамы топырақтың сіңіру комплексіне әсер етеді. Мысалы, катиондар теріс зарядталған топырақ коллоидтарын шөгінді түрінде тұндырады (коагуляция).

Катиондардың тұндыру қабілеттері элементтердің атомдық массасы мен валенттілігінің өсуіне қарай жоғарылайды:

Lі+ < NH4+ < Na+ < K+ < Mg2+ < Ca2+ <H+ < Fe3+ < Al3+.

114

Бір валентті катиондардың (сутектен басқасы) коллоидтарды тұндыруы екі және үш валентті элемент катиондарына қарағанда төмен болады.

Топыраққа сіңірілген катиондардың құрамы мен олардың арақатынасын тыңайтқыш және мелиоранттар қолдану арқылы реттеуге болады. Мысалы, сілтілік реакция тудыратын сіңірілген натрий катиондарын, сортаң топырақ құрамынан ығыстыру үшін гипс қолдану керек. Мұнда, натрийді алмастырған кальций катиондары өсімдіктің өсіп-өнуіне қолайлы жағдай тудырады.

3.6. Топырақ реакциясы

Өсімдік пен микроорганизмдер үшін топырақ реакциясы өте маңызды тіршілік факторы болып саналады. Топырақ ерітіндісінің реакциясы оның құрамындағы сутек және гидроксид иондарының арақатынасына қарай өзгереді. Ерітіндіде сутек иондарының концентрациясының өсуі, гидроксид иондарының концентрациясының азаюына ықпал жасайды және керісінше, гидрооксид иондардың концетрациясының өсуі сутек иондарының азаюына әсерін тигізеді.

Биологиялық құбылыс нәтижесінде топырақ ерітіндісінде әрдайым көмір қышқылы пайда болып, ол сыртқы ортада қышқылдық реакция тудырады:

H2O + CO2 = H2 CO3

Бұл қышқылдықты топырақ сіңіру кешеніндегі катиондар және карбонаттар бейтараптайды:

(Т.С.К)Ca + 2H2CO3 = (Т.С.К) 2H + Ca(HCO3)2

CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2

Егер топырақтың сіңіру кешенінде натрий иондары болса ерітіндіде натрий карбонаты немесе натрий бикарбонаты түзіледі:

115

(Т.С.К) Na + H2CO3 = (Т.С.К) H + NaHCO3

(Т.С.К) 2Na + H2CO3 = (Т.С.К) 2H + Na2CO3

Көмір қышқылының тұздары гидролиттік диссоциацияланады:

Ca(HCO3)2 + H2O = Ca(OH)2 + 2H2CO3

NaHCO3 + H2O = NaOН + H2CO3

Көмір қышқыл тұздарының еруінен Са(ОН)2 және NаОН сияқты күшті негіздер мен өте әлсіз Н2СО3 пайда болуынан, реакция сілтілік жаққа қарай жылжиды.

Сонымен топырақ ерітіндісінің реакциясы топырақтың сіңіру кешеніндегі катиондар құрамына қарай өзгереді.

Топырақ ерітіндісінің реакциясы құрамында СО2, органикалық қышқылдар, алюминий тұздарының әсерінен қышқылдық қасиет көрсетеді. Топырақ қышқылдылығының актуалды және потенциалды түрлері болады.

Потенциалдық қышқылдылықтың өзі алмасу және гидролитикалық болып бөлінеді.

Актуалдық қышқылдықты, топырақ ерітіндісіндегі Н2СО3, органикалық қышқылдар, алмасу қышқылдығын сіңіру комплексінің сутек және алюминий иондары тудырады.

Алмасу қышқылдықты бейтарап тұздардың әлсіз ерітіндісімен өңдегенде ерітіндіге бөлінетін сутек иондары тудырады.

(Т.С.К) Н + KCl = (Т.С.К) K + HCl

Ал топырақпен берік байланысқан сутек иондарын тек гидролиттік сілтілік тұздардың (мысалы, CH3COONa) көмегімен ығыстыру мүмкін.

CH3 COONa + H2O = CH3 COO + NaOH

(Т.С.К) Н + NaOH + CH3COO = (Т.С.К) Na + CH3COOH + H2O

116

Топырақтың алмасу қышқылдығын суда еритін тыңайтқыш түрін дұрыс қолдану үшін, гидролитикалық қышқылдық бейтараптауға қажет әк мөлшерін есептеу үшін пайдаланады.

3.7. Топырақтың негіздермен қанығу дәрежесі және буферлігі

Топырақ ерітіндісінің гидролитикалық реакциясының мәні құрамындағы сутек иондарына ғана емес, оның негіздермен қанығу дәрежесіне де байланысты болады. Егер топырақ қышқылдығын Н әрпімен, сіңірілген негіздердің қосындысын S әрпімен белгілесек топырақтың сіңіру сыйымдылығы Т=S+Н болады. Сіңірілген негіздердің сіңіру сыйымдылығына қатынасын топырақтың негізбен қанығу дәрежесі (V) дейді. Топырақтың негізбен қанығу дәрежесін пайызбен өрнектейді.

Гидролиткалық қышқылдығы бірдей болуына қарамастан негізбен қанығу дәрежесі төмен топыраққа қолданылатын әк мөлшері көп болуы керек. Топырақ реакциясы түрлі биологиялық, химиялық және физикалық-химиялық құбылыстардың әсерінен өзгеріп тұрады. Топырақтың ерітіндісі реакциясының қышқылдық немесе сілтілік жаққа өзгеруіне қарсы тұра алатын қабілетін, оның буферлігі деп атайды. Топырақ буферлігі топырақтың негізбен қанығу дәрежесі мен сіңіру сыйымдылығына байланысты. Негізбен қанығу дәрежесі жоғары, гидролитикалық қышқылдығы аз топырақтың орта реакциясының қышқылдық бағытқа жылжуына қарсы тұруы артады. Егер топырақтың негізбен қанығу дәрежесі төмен болса, оның реакциясының сілтілік жаққа өзгеруіне қарсы тұру қабілеті күшейеді. Топырақ буферлігі тыңайтқыштарды дұрыс қолдану әдістерін таңдауға көмектеседі. Мысалы, буферлігі төмен топырақтарға физиологиялық қышқыл тыңайтқыштарды қолдану, дақылдардың өсіп-дамуына қолайлы жағдай жасамайды.

117

3.8. Қазақстан топырақтарының агрохимиялық қасиеттерi

Қазақстанның топырағы құрамы мен түрі жағынан сан алуан. Ауыл шаруашылығында тыңайтқыштарды тиімді пайдалану үшін әрбір аймақ топырақтарының ерекшеліктерін жете білу керек. Ол ауыл шаруашылығы дақылдардан мол өнім жинауға кепілдік береді. Топырақтың агрохимиялық қасиеттеріне оның құрамындағы қарашірік, қоректік заттардың жалпы және жылжымалы түрінің мөлшері, реакциясы, сіңіру сыйымдылығы, негізбен қанығу дәрежесі, гранулометриялық құрамы жатады.

Қара топырақ. Бұл топырақтың басқа топырақтарға қарағанда табиғи құнарлылығы жоғары болады. Қара топырақтың негізгі типшелерінің агрохимиялық көрсеткіштері 29-кестеде келтірілген. Сілтсізденген қара топырақта 8-9 пайыздей қарашірінді мөлшері болады және оның мөлшері төменгі қабаттарға қарай бірте-бірте азая береді. Қарашірінді көп қабаттың қалыңдығы 50-60 см - ге дейін жетеді. Бүл топырақ қоректік элементтерге едәуір бай, құрамында 0,5-0,6 пайыз шамасында жалпы азот, 0,3-0,4 пайыз жалпы фосфор болады.

Кәдімгі қара топырақ ең құнарлы болып саналады. Оның қарашірінді қабатының қалыңдығы 45-85 сантиметрге дейін жетеді. Карбонат тұздары 40-50 сантиметрден басталады. Бүл топырақ қоректік заттарға бай. Жыртылатын қабатының 1 гектарында 130160 тонна қарашірінді, 8-10 тонна азот қоры бар екендігі анықталып отыр. Кәдімгі қара топырақта жалпы және алмаспалы калий мөлшері жоғары, ал фосфордың жалпы қоры біршама мол болғанымен жылжымалы түрі аз. Сондықтан оған фосфор тыңайтқыштарын қолданудың маңызы орасан зор.

Оңтүстік қара топырақта қара шірінді мөлшері аздау болады да, қара шірінді қабатының қалыңдығы 40-50 сантиметрден аспайды. Ақ түйіршіктер түріндегі карбонаттар топырақтың 60-70 см тереңдігінен бастап анық көріне бастайды, ал 100-120 см төмен гипс кездеседі. Оңтүстік қара топырақ жағдайында егіншіліктің тиімді жүйелерін қолдану арқылы, егіске берілетін тыңайтқыштардың тиімділігін арттырады.

118

29-кесте. Қара топырақтардың агрохимиялық сипаттамасы.

Қара қоңыр топырақ қара топыраққа қарағанда құнарлылығы төмен болып келеді. Қарашірінді қабатының қалыңдығы 40-50 см аспайды, ал құрамындағы қарашірінді 3-4 пайыз мөлшерінде болады.

Қара қоңыр топырақтың да күңгірт қара қоңыр, кәдімгі қара қоңыр, ашық қара қоңыр сияқты түрлері кездеседі. Бүл аталған қара қоңыр топырақ түрлері агрохимиялық қасиеттері жөнінен бірбірінен едәуір өзгеше келеді (30-кесте).

30-кесте. Қара қоңыр топырақтардың агрохимиялық сипаттамасы

Күңгірт қара қоңыр топырақтың қарашірінді қабатының қалыңдығы 35-45 см, оның ішіндегі неғұрлым құнарлы, өсімдікке пайдалы қарашірігінің қалыңдығы- 12-15 см.

Карбонаттар негізінен 45-50 см тереңдікте орналасқан. 100 г топырақта 30-35 мг/экв алмаспалы негіздер болады. Құрамында орта есеппен 0,2-0,3 % азот, 0,1-0,2 % фосфор болады.

Қара қоңыр топырақ өзінің барлық қасиеті жағынан күңгірт қара топыраққа ұқсас болғанымен құнарлылығы сәл төмендеу болып келеді. Құрамында қарашірінді аздау және оның қалыңдығы 25-30 сантиметрден аспайды.

119

Гранулометриялық құрамы жағынан әртүрлі болып келеді. Әсіресе құм, құмайт қара қоңыр топырақ қоректік заттармен нашар қамтамасыз етілген.

Сондықтан мол өнім алу үшін топырақта ылғал жинау және тыңайтқыш қолдану шараларын жүзеге асырудың маңызы үлкен.

Ашық қара қоңыр топырақ, қарашіріндінің мөлшері, оның жалпы қоры, қалыңдығы және қоректік заттардың шамасы жағынан қара қоңыр топыраққа жақын. Мұнда қарашіріндінің мөлшері 3 пайыздан аспайды. Ашық қара қоңыр топырақ калий элементіне бай, ал фосфордың жалпы қоры көп болғанымен өсімдікке сіңімді түрі аз. Қара қоңыр топырақ территориясының оңтүстігіне қарай, үлкен алқапты боз топырақ аймағы алып жатады. Боз топырақтағы қарашіріндінің мөлшері 0,7-1,5 пайыз болады, қабатының қалыңдығы 10-12 сантиметрден аспайды. Бүл топырақтың гранулометриялық құрамы көбінесе орташа және ауыр саз балшықты болып келеді. Боз топырақты құрайтын аналық тау жынысы карбонатты және майда саз балшықтардан тұратындықтан, олар көбінесе карбонатты болып келеді. Боз топырақтың агрохимиялық өзгешелігі - калий элементіне аса бай, ал азот өте аз болады. Бүл топырақ фосформен орташа дәрежеде қамтамасыз етілген (31кесте). Сондықтан, бұл жерлерде егіншілікке азот және органикалық тыңайтқыштарды пайдаланудың маңызы үлкен.

31–кесте. Боз топырақтардың агрохимиялық сипаттамасы.

Сор және сортаң топырақтар тұзды болып келеді, қарашірінді мөлшері аз, әрі оның қабаты жұқа, өсімдіктер үшін қоректік заттары шамалы. Түздардың көптігі сонша, олар кейде жер бетіне шығып қар сияқты ағарып жатады. Сор және сортаң топырақтарды пайдалану, өте күрделі мелиорациялық жұмыстарды жүзеге асыруды талап

120