агрохимия Р. ЕЛЕШЕВ

3-тарау. ӨСІМДІКТЕРДІҢ ҚОРЕКТЕНУI МЕН ТЫҢАЙТҚЫШ ҚОЛДАНУҒА БАЙЛАНЫСТЫ ТОПЫРАҚ ҚАСИЕТТЕРIНIҢ ӨЗГЕРУI

3.1 Топырақ құнарлығы

Топырақ құнарлығы - бастапқы тау (аналық) жынысынан өзге топырақтың айрықша қасиеті. Топырақ құнарлығы оның генетикалық ерекшеліктерімен байланысты.

Агрономиялық тұрғыда топырақ құнарлығы өзіне тиісінші климаттық жағдайда өсімдік шаруашылық өнімін өндіру қабілетімен себептеледі, жыртылған жерде а. -ш. пайдалану сипатымен байланысады және ауылшаруашылық дақылдардың түсімділігімен өлшенеді. Топырақ құнарлығы - өсімдіктердің тіршілігі үшін қолайлы жағдайларды қамтамасыз ететін топырақ қасиеттерінің жиынтығы. Топырақ құнарлығы - топырақтың биосфера компоненті ре-тінде өсімдіктерге қажетті факторларын және қоректену, су, ауа, t0, тотығу-тотықсыздану құбылыстарын себептеуші жағдайларды қамту қабілеті. Топырақ құнарлығының ең маңызды көрсеткіші өсімдіктерге қажет топырақтағы қоректену элементтерінің мөлшерінің деңгейі болып келеді.

Докучаев В.В, Костычев П.А, Сибирцев Н.М. өсімдіктер өнімділігінің климат, ауа райы, геоморфологиялық, топырақ жағдайларына тәуелді екенін көрсетіп, топырақ құнарлығын топырақ қасиеті және өнімділік бойынша бағалауды ұсынған.

Топырақ құндылығы 2 түрде болады:

•потенциалды (жасырынды);

•эффективті (ақиқат, актуальді, ал жыртылған жерлерде - экономикалық).

Потенциалды (табиғаттық) құнарлықтың деңгейі өсімдіктерге керек қоректену заттардың (макро-және микроэлементтердің) жалпы мөлшерімен (қорымен), сондай-ақ топырақтың агрофизикалық, агрохимиялық, физикалық-химиялық қасиеттері бойынша анықталады (тың жер, егістіктерде). Бұл құнарлық топыраққұраушы жыныстардың минералогиялық құрамына және климаттық жағдайларға (су, жылы режимдеріне) байланысты болады. Топырақтағы коректену элементтерінің жалпы мөлшері өсімдіктердің жылдық қажеттілігінен көп есе артық болады, бірақ ол шама

81

өсімдіктердің қоректену заттарымен қамтылуын көрсететін сенімді көрсеткіш бола алмайды. Өйткені ол коректену элементтерінің жалпы мөлшерінің тек аз ғана бөлігі еритін түрде болады.

Топырақтың потенциалды құнарлығының деңгейін себептейтін жайлар:

•гумус мөлшері және оның сапасы;

•қоректену заттардың (N, P2O5, K2O) мөлшері;

•гранулометриялық құрам;

•алмасу-сіңіру катиондар құрамы;

•микробиологиялық және ферментативтік белсенділік;

•химия-минералогиялық құрам;

•топырақ ерітіндісінің реакциясы (рН), тұздық құрам, фитотоксикалық заттар;

•сіңірілген негіздер жиынтығы;

•сіңіру сыйымдылығы.

Топырақтың эффективті (жасанды) құнарлығы өсімдіктер пайдалана алатын қоректену элементтерінің мөлшерімен және өсімдіктердің күй-жайына, өсуіне, дамуына тікелей әсер етуші басқа да бір қатар факторлармен себептеледі. Эффективті құнарлық потенциалды құнарлық негізінде жүзеге асады және агротехникалық шаралар арқылы реттеледі. Топырақтың эффективті құнарлығы климаттық жағдайларға, өсімдіктердің биологиялық ерекшеліктеріне, адам әрекетіне тәуелді.

Эффективті құнарлық деңгейін келесі көрсеткіштер себептейді:

•топырақ;

•ауа-райы және климаттық жағдайлар;

•фитосанитариялық жағдайлар;

•антропогендік әрекет.

Топырақтың эффективті құнарлығын сипаттаушы топырақ қасиеттері көрсеткіштерінің жиынтығын шартты түрде былай бөліктеуге болады:

• агрохимиялық-гумус мөлшері, топырақ ерітіндісінің реакциясы, сіңіру сыйымдылығы, сіңірілген негіздер жиынтығы, өсімдіктер пайдалана алатын топырақтағы қоректену заттардың (макро-және микроэлементтердің) жылжымалы түрлерінің мөлшері;

82

•агрофизикалық-топырақ тығыздығы, кеуектілігі, гранулометриялық және агрегаттық құрам, су сыйымдылығы, жыртылған қабаттың қалыңдығы және т.б.;

•биологиялық-топырақтағы жәндіктердің түрлері, саны, белсенділігі және топырақтың фитосанитарлық күй-жағдайы.

Ауылшаруашылық алқаптарының өнімділігін арттыруға бағытталған шараларды келесі екі санатқа бөлуге болады:

•топырақтың құнарлығын тікелей оның химиялық құрамын және физикалық қасиеттерін өзгерту немесе қоректену элементтерінің мөлшерлері қолайлы шамадан ауытқуын тыңайтқыштарды қолдану арқылы орнын толтыру;

•ауылшаруашылық дақылдарды өсіру технологиясын жетілдіру жолымен топырақ құнарлығын пайлалану жағдайларын қолайландыру.

Жыртылған жерлерде эффективті құнарлықтың деңгейін өсімдік өнімділігі көрсетеді. Ауылшаруашылық дақылдардың ең жоғарғы түсімділігі сыртқы факторлары және топырақтағы қоректену элементтерінің шама деңгейі өсімдіктердің ішкі физиологиялық қажеттілігімен толық сәйкестенген жағдайда ғана қалыптасады.

Ауылшаруашылық өндірісінің экономикалық дамуының белгілі әр деңгейіндегі байқалатын эффективті құнарлықты экономикалық құнарлық деп атайды.

Нақты аймақта қолданатын технология (эталондық) бойынша ауылшаруашылық дақылдарын өсіру жағдайындағы нақты топырақтың эффективті құнарлығын нормативті құнарлық деп атайды.

Топырақ қатты, сұйық және газ тәрізді бөліктерден тұрады. Макрожәне микроэлементтердің 99% артық шамасы топырақтың қатты бөлгінде болады. Олар топырақ ерітіндісінде аз мөлшерде болғанымен өсімдіктердің қоректенуі негізінде осы топырақ ерітіндісіндегі элементтер шамасымен және олардың топырақтың қатты бөлігімен өзара әрекеттесуі сипатымен себептеледі.

3.2. Топырақтың минералдық бөлігі

Топырақ негізінен бір-бірімен өзара тығыз байланысты үш бөліктен (фазадан) тұрады: газ немесе топырақ ауасы, сұйық немесе

83

топырақ ерітіндісі және қатты бөлігі. Топырақтың осы үш бөлігі оның гранулометриялық, химиялық құрамдары мен агрохимиялық қасиеттеріне жан-жақты әсер етеді.

Топырақ ауасы өсімдік тіршілігіне және оның тамырларымен аэробты микроорганизмдердің тыныс алуы үшін маңызды рөл атқарады. Топырақ ауасының құрамы атмосфера ауасымен салыстырғанда өзгешелеу болады. Атап айтқанда, топырақ ауасының құрамында көмірқышқыл газы көп (пайыздың оннан бір бөлігінен 2-3 пайызға дейін), оттегі азырақ болады. Топырақ ауасында көмірқышқыл газы мөлшерінің жоғары болуына, оны мекендейтін түрлі аэробты организмдердің оттегіні пайдаланып, бұл газды бөліп шығару мен органикалық заттардың ыдырауы, атмосфера мен топырақ арасындағы газ алмасу құбылысы, топырақ ылғалдығының шамадан тыс жоғары болуы ықпал етеді. Мұның өзі өсімдіктің дұрыс өніп-өсуі үшін су мен ауа белгілі бір қатынаста болуы керек екенін көрсетеді.

Топырақ ерітіндісі топырақтың жалпы массасының 20 пайызын құрайтын оның ең жылжымалы, өзгермелі және белсенді бөлігі. Топырақ ерітіндісінің құрамына минералдық, органикалық заттармен еріген газдар (оттек, аммиак, көмірқышқыл газы) енеді. Топырақ ерітіндісінің құрамы мен концентрациясы тұрақты емес, ол түрлі биологиялық, химиялық, физика-химиялық құбылыстардың әсерінен өзгеріп тұрады. Мысалы, тыңайтқышты қолдану, топырақтағы ылғалдың азаюы, органикалық заттардың минералдануының қарқынды өтуі, оның құрамындағы тұздардың мөлшерінің көбеюіне, ал өсімдіктің топырақтағы қоректік заттарды пайдалануы, қоректік заттардың топырақтың төменгі қабатына шайылуы немесе суда еритін қосылыстардың ерімейтін күйге ауысуы, топырақ ерітіндісіндегі тұздардың концентрациясының төменденіне ықпал етеді. Топырақтың сұйық бөлігінің құрамы ерітінді мен топырақ коллоидтарының арасындағы алмасу

реакцисының әсерінен де өзгереді. Топырақ ерітіндісінде К+, Са2+, Mg2+, NH4+, NO3-, SO42-, H2PO4- иондарының болуы өсімдіктің

қоректенуде маңызды рөл атқарады. Бұл иондар тұздарының жиналуы топырақ құрамындағы минералдың үгілуіне, органикалық заттардың ыдырауына, қолданылатын тыңайтқыш түріне байланысты. Көпшілік жағдайда топырақта тұздардың концентрациясы 0,05 пайыз шамасында болады. Егер тұздарың

84

концентрациясы 0,2 пайыздан көп болса өсімдікке зиянды әсер етеді. Сондықтан топырақ ерітіндісінің құрамын зерттеудің өндірістік маңызы үлкен.

Топырақтың қатты бөлігінің жартысына жуығы (49 пайыз) оттек үлесіне, үштен бірі кремний, 10 пайызы темір мен алюминий үлесіне, 7 пайызы басқа химиялық элементтердің үлесіне тиеді (24кесте).

24-кесте. Топырақтың қатты фазасының элементтік құрамы (А.П.Виноградов).

Жоғарыда аталған химиялық элементтердің барлығы топырақтың минералдық бөлігінде минералдық қосылыстар түрінде кездеседі. Көміртек, сутек, оттек, күкірт минералдық және органикалық, ал азот дерлік тұтас органикалық бөлігінде болады.

Топырақтың құрамына Алғашқы және екiншiлiк минералдар кiредi. Олардың химиялық құрамы және құрылымы толығымен топырақ түзілу жағдайларын айқындайды. Топырақ түзуші жыныстардың өзгеру сипатына және топырақ кесіндісінің бөліктенуіне ең көп әсерін климат, соның ішінде әсіресе су және температуралық жағдайлар тигізеді.

Ылғалмен кем қамтылған аймақтарда топырақтың химиялық құрамы топырақ түзуші жыныстардың құрамымен бірдей болады, ал ылғалды аймақтарда үгілу барысында коллоидті және ерігіш өнімдердің топырақтың түзілу орындарынан тыс әкетілетін

85

себептен топырақтың химиялық құрамы топырақ түзуші жыныстардың құрамынан айтарлықтай өзгеше болады. Тек қана кварц және дала шпаты көп өзгермейді.

Сонымен, аналық жыныстардың үгітілу нәтижесінде тұрақты екінші қатардағы минералдар құралады. Олар топырақ организмдерінің тіршілігіне және өмдіктің өсуіне тиісінше орта қалыптастырады.

Топырақтың қатты фазасының 90-99 пайызы минералдық бөліктен тұрады. Оның минералогиялық және химиялық құрамы өте күрделі болып келеді. Топырақтағы минералдар шығу тегіне қарай екі топқа бөлінеді: алғашқы және екінші қатардағы минералдар. Алғашқы минералдың ішінде топырақта калийлі және натрийкалийлі далалық шпат, калийлі және темірлі-магнийлі слюдалар, кварцтар кеңінен таралған. Алғашқы минералдар топырақ түзуші аналық жыныстардың құрамында болады. Химиялық құбылыстардың, топырақты мекендейтін организмдердің әсерінен алғашқы минералдардан темір‚ алюминий гидрооксидтері, кремнезем гидраттары, әртүрлі тұздар және екінші қатардағы минералдар пайда болады.

Екінші қатардағы минералдар химиялық қасиеттері бойынша үш топқа бөлінеді:

•Монтмориллониттер (монтмориллонит, бейделлит т.б.). Бұл минералдардың ісінуі, жабысқақтығы, тұтқұрлығы жоғары.

•Каолиниттер (каолинит, галлуазит). Бұл топқа жататын минералдардың тұтқырлығы мен жабысқақтығы азырақ болады.

•Гидрослюдалар (гидромусковит, гидробиотит, вермикулит). Олардың химиялық құрамы тұрақты емес.

Топырақтың минералдық бөлігінің құрамына аморфты заттар да кіреді.

Сонымен қатар топырақта әртүрлі тұздар: карбонаттар, сульфаттар, хлоридтер, нитраттар, және калий, натрий, кальций, магний фосфаттары кездеседі. Олардың көпшілігі (мысалы, нитраттар, хлоридтер және калий, натрий фосфаттары) суда жақсы ериді.

Топырақтың гранулометриялық фракцияларының химиялық құрамы бірдей емес.

Топырақтың гранулометриялық құрамы оның физикалық, физика-химиялық, химиялық қасиеттерін себептейді. Саз, сазды

86

топырақтар құрамында құм, құмайт топырақтарға қарағанда кальций, магний, калий және т.б. элементтер көп болады.

3.2.1. ТОПЫРАҚТЫҢ МИНЕРАЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІГІНІҢ ҚҰРАМЫ

Топырақтың потенциалды және эффективті құнарлығы негізінде оның минералогиялық құрамымен себептеледі. Топырақтың минералогиялық құрамы оның потенциалды құнарлығын бағалауға мүмкіндік береді, бырақ оның эффективті құнарлығын дұрыс айқындамайды. Сондықтан, топырақтың эффективті құнарлығының оның минералогиялық құрамына тәуелділігін білу өте маңызды. Топырақтың құрылымын себептейтін өте тұрақты, берік, үгілгенше өсімдіктер пайдалана алмайтын минералдар:

•Силикаттар (кремний, су тегі нен тұрады).

•Алюмосиликаттар (кремний, су тегі, алюминий, темір, калий, кальций, магний, натрий элементтерінен тұрады).

Топырақтүзуші жыныстардың үгітілуге беріктілігі оның минралогиялық құрамына тәуелді. Мысалы, дала шпаттары және слюдалар жеңілдеу үгітіледі.

3.2.1.1.Алғашқы минералдар

Алғашқы минералдар жердің терең қабаттарында балқыған магмадан пайда болып, жер қабатының өзгермеген немесе сәл өзгерген күйіндегі қасиеттерін сақтап қалады.

Алғашқы минералдар көбiнесе 0,001 мм-ден iрi түйiрлерден тұрады.

Жыныс пен топырақтағы алғашқы минералдарға кварц, дала шпаттары, амфиболдар (мүйiз жалатпасы), пироксен, слюда және т.б. жатады.

Кварц (SiO2) көптеген топырақтарда ірі шаң және құмның құрамында болады. Ол үгітілуге өте берік болып келеді. Кварцты минералдарға опал, халцедон, агат және басқалары жатады.

Магмалық жыныстардың минералогиялық құрамындағы кварц 12,0%, дала шпаты - 59,5%, амфиболдар (мүйiз жалатпасы) мен пироксен -16,8%, слюда -3,8% құрады (Ф. У. Кларк).

Алғашқы минералдардың бұзылу тұрақтылығы бiрдей болмағандықтан, салыстырмалы мөлшерi топыраққұраушы

87

жыныстар мен топырақта, магмалық жыныстарға қарағанда, өзгеше болады.

Борпылдақ жыныстарда және топырақтарда бұзылуға тұрақтылығы берiк кварц (SiO2) мөлшерi басым келедi (40-60%), екiншi орынды дала шпаты алады (20 % жоғары).

Дала шпаттары:

•Ортоклаз (KAlSi3O8)- кең тараған калийлі алғашқы минерал;

•Альбит (NaAlSi3O8)- кең тараған натрийлі алғашқы минерал;

•Анортит (CaAl2Si2O8)-кең тараған кальцийлі алғашқы минерал;

•Плагиоклаз (NaAlSi3O8) және (CaAl2Si2O8) тұратын сирек кездесетiн кальций-натрийлі дала шпаты

Дала шпатының гранулометриялық үгілу берiктiгi жоғары болғанымен, химиялық үгілу тұрақтылығы төмендеу келеді.

Кварц пен дала шпаттары бұзылуға төзiмдi болғандықтан iрi дәндi келедi де, көбiнесе құм және шаңды түйiрлердi құрайды.

Қабатты емес силикаттар ішінен оливин (MgFe)2SiO4, пироксендер (CaMgFe-силикаттар-авгит) және амфиболдар кездеседі.

Амфиболдар, пироксендер және слюдалар бұзылуға тұрақсыз болғандықтан, борпылдақ жыныстар мен топырақ құрамында аз мөлшерде майда фракциялар күйiнде кездеседi.

Қабатты алғашқы минералдар арасында кең тарағаныслюдалар:

•Мусковит (KAl2[AlSi3O10](OH, F)2;

•Биотит- K(Fe2+ , Mg2+)3[AlSi3O10](OH)2.

Минералдардың бұзылуға тұрақтылығы олардың табиғатына, химиялық құрамының айырмашылығына және кристалдық құрылымына байланысты болады.

Алғашқы минералдар мағынасы:

•олардың мөлшеріне топырақтың агрофизикалық қасиеттерi тәуелді болады;

•олар өсімдіктердің қоректену зольдік элементтерінің көзi болып табылады;

•олардан екiншiлiк минералдар жаралады.

88

3.2.1.2. Екiншi қатардағы минералдар

Екiншi қатардағы минералдар алғашқы минералдардан (далалық шпаттардан, слюдалардан және т.б.) физикалық, химиялық және биологиялық үгітілу арқылы майда, ұсақ бөлшекті кристаллды және аморфты минералдар түрінде пайда болады.

Екiншi қатардағы минералдар биоклиматтық жағдайлар әсерiнен алғашқы минералдардан жер бетінің жоғарғы қабаттарында құралады. Олар жер бетінің жоғарғы қабаттардағы минералдардың немесе тау жыныстарының физикалық, химиялық және биологиялық үгілу өнімі болып табылады.

Екiншi қатардағы минералдар 0,001 мм-ден майда түйiрлерден тұрады. Олардың құрамында қарапайым тұздар, су тотықты және тотықты минералдар мен балшықты минералдар болады.

Қарапайым тұзды минералдар алғашқы минералдардың бұзылуы және топыраққұралу процесi нәтижесiнде жаралады. Оларға кальцит-СаСОз, магнезит-MgСОз, доломит-Са,Mg(СОз)2, сода-Na2СОз•10Н2О, гипс-СаSO4•2Н2О, мирабилит -Na2SO4•10Н2О, галит-NaСI, фосфаттар, нитраттар, т.б. жатады. Бұл минералдар құрғақ климат жағдайында топырақта көп мөлшерде шоғырланады. Олардың санды және сапалы құрамы топырақтың тұздану дәрежесі мен түрін себептейді.

Су тотықты және тотықты минералдар - кремний, алюминий, темiрдiң және марганецтiң су тотықтары. Олар алғашқы минералдардың бұзылуынан аморфты қоймалжын құрылым күйiнде жаралады. Жоғарғы температурада, қатқанда, кепкенде олар қатты кристалл күйiне көшедi. Cулы кремний тотығы көнеленiп қатты гельге (шөгiндi) - опалға (SiO2•nН2О), одан әрi суын жоғалтып (2-30 %), кристалды халцедон мен кварцқа (SiО2) айналады.

Басқа да сулы тотықтардың көшу жолы мынадай: АI2О3•nН2О, Fе2О3•nН2О → бемит АI2Оз•Н2О; гиббсит АI2Оз•3Н2О немесе АI(ОН)3; гематит Fе2О3; гетит Fе2О3•Н2О; гидрогетит Fе2Оз•3Н2О. Бұл минералдар аз мөлшерде барлық топырақтарда кездеседi, ал гетит пен гиббсит тропикалық ферралиттерде көп болады.

Балшықты минералдарға екiншi қатардағы алюмо-ферро- силликаттар жатады. Балшықты минералдар алғашқы минералдар бұзылғанда шығатын соңғы өнімдерінен (сулы тотықтар, тұздар)

89

синтез нәтижесінде және олардың бұзылуы мен топыраққұралу процестерi арқылы бiрте-бiрте өзгеруiнен жаралады.

Көп тараған балшықты минералдарға каолинит, смектит және сулы слюда топтары жатады.

Каолинит тобындағы минералдар (каолинит, галлуазит) борпылдақ жыныстар мен топырақтарда аз мөлшерде кездеседі, тек ферралиттерде - негiзгi минерал болып табылады.

25-кесте. Балшықты минералдың химиялық құрамы, % (В. Ковда).

Каолинит (Al2Si2O5(OH)4) ісінбейді, онда сiлтiлi негiздер (Nа,К) аз, бытырандылығы (дисперстiлiгi) төмен, сiңiру сыйымдылығы 20 мг-экв аспайды (25-кесте).

Каолинитi басым топырақтар негiздерге тапшы болады (әсiресе Са).

Галлуазит (Al2Si2O5(OH)4)•nH2O - кепкенде судан ажырап, алдамшы каолинитке көшеді.

Смектит тобындағы топырақтардың сiңiру қабілеті жоғары, ісінуі қатты, жабысқақтығы және максималдық гигроскопиялығы биік болады. Смектиттерге келесі минералдар жатады:

•монтмориллонит (Al2Si4O10(OH)2) - қуаң кезеңі ұзақ жағдайларда кездеседі;

•бейделлит - ремний элементі аз, монтмориллонитке ұқсас балшықты минерал;

•нонтронит.

Сулы слюдалар - калийдiң қайнар көзi. Олардың құрамында К2О мөлшері 6-7%-ке жетедi. Сулы слюдаларға жоғары бытыраңқылық, көлемді үлестік бет тән және өсімдіктердің ондағы элементтердің пайдалану мүмкіндігі биіктеу болып келеді. Бұларда, слюдаларға қарағанда, байластыратын K+ аздау болады, құрамында байланысқан су молекулалары бар. Слюдалардың үгілуінен пайда болатын минералдар.

Сулы слюдалар келесі минералдар жатады:

90