10 Дәріс. Топырақтың органикалық заттар жəне оның топырақ құнарлығын қалыптасуындағы маңызы

10 Дә ріс. Топырақ тың органикалық заттар жə не оның топырақ қ ұ нарлығ ын қ алыптасуындағ ы маң ызы

Мақ саты: Топырақ тың органикалық заттар жə не оның топырақ қ ұ нарлығ ын қ алыптасуындағ ы маң ызы туралы негізгі тү сініктерді мең герту.

Жоспары:

10. 1. Топырақ тағ ы органикалық заттардың кө здері

10. 2 Экологиялық жағ дайлардың органикалық заттардың мө лшеріне ə сері

10. 3 Топырақ тың спецификалық жə не спецификалық емес органикалық заттары

Тірек сө здер: Органикалық заттар, Экология, инсентив, микробтар топырақ жә не т. б.

10. 1. Топырақ тағ ы органикалық заттардың кө здері

Топырақ тың қ атты фазасының біршама бө лігі органикалық қ осылыстар ү лесіне тиесілі. Жыл сайын топырақ та ө сетін ө сімдіктер майда жə ндіктер мен микробтар топырақ бетінде, оның қ абаттарында кө птеген қ алдық тар қ алдырады. Негізгісі – органикалық қ алдық тар. Ө сімдіктердің ө суіне жағ дайсыз шө л мен тундра аймақ тарында ө сімдіктер қ алдығ ы гектарына жыл сайын 5-10 центнер болса, жеткілікті ылғ алданғ ан дала аймақ тарында он-дай қ алдық тар мө лшері 100-150, ал кү ні аса жылы жə не ылғ алы да мол тропикті ормандарда олардың мө лшерлері гектарына 250 цент-нерге жетеді. Бұ л қ алдық тардың қ ұ рамында май, смола, балауса, клетчатка, кө міртегі, сутегі, лигниндер, белокты, азотты заттар, со-нымен қ атар кө птеген кү лді элементтер болады. Топырақ қ а жылма-жыл тү сетін ө сімдіктер мен ө лген жə ндіктердің қ алдық тары екі бағ ытта ө згеріске ұ шырайды. Біріншіден, микроорганизмдер-дін ə серінен ыдырап, шіріп, жай минералды қ осылыстарғ а ажырай-ды. Екіншіден, осы организмдер қ алдық тары микробтардың ə рекетінен кү рделі биохимиялық ө згерістерге ұ шырап, олардан тұ рақ ты органикалық зат – топырақ қ арашірінді – гумус (немесе қ арашірік) пайда болады.

Органикалық қ алдық тардың біразы толық ыдырап минералдан-са, біразы қ айтадан топырақ та органикалық заттардың осы жаң а кү рделі тү ріне, биохимиялық синтез арқ ылы қ ара шіріндіге (гуму-ске) айналады. Минералдану мен гуминдену процесін микроорга-низмдер жү ргізеді.

Қ ара шірінді заттарының тү зілуіне кө птеген зерттеушілер кө ніл бө лген. Оларғ а химиялық талдау жасап, мə ліметтер жинап, тү зілу жолдарын анық тай бастады. Бұ л жө нінде ең алғ аш кө зқ арастарын білдірген М. В. Ломаносов, П. А. Костычев, С. П. Кравков, А. Г. Тру-сов, т. б. болды.

Гумификация қ ұ былысын зерттеген белгілі ғ алым – Л. Н. Алек-сандрова. Оның жасағ ан сызбанұ сқ асына қ арағ анда, гумус орга-никалық қ алдық тардың ыдырауы, микробиологиялық синтез, гумификация, топырақ тың минералды бө лігімен кө беюі, минерали-зация процесі жə не минералдық қ ұ рамдас бө ліктерінің биологиялық айналымғ а қ осылуы арқ ылы тү зіледі. Л. Н. Александрова бойын-ша, гумификация – органикалық қ алдық тардың тү зілуі арқ асында жоғ ары молекулярлық қ осылыстардың кү рделі биофизикалық -химиялық қ ұ былыстар арқ ылы органикалық қ ұ рамдардың ерек-ше класы – қ ара шіріндіні тү зуі. Бұ л процестің белсенділігі топырақ қ а тү скен ө сімдік қ алдық тарының мө лшері, химиялық қ ұ рамы, топырақ тың ылғ алы, ауа режимдері, ортаның реакциясы, биологиялық белсенділігі сияқ ты факторларғ а байланысты жү реді. Л. Н. Александрова топырақ тағ ы органикалық қ алдық тардың гу-мификациялану типтерін – фульватты гуматты, фульватты-гуматты кө рсетті.

Белгілі ғ алым Д. С. Орлов (1977) осы тү сініктерге гуми-фикацияланудың терең дігі деген ұ ғ ым енгізіп, Н=f(Qіt) ө рнегін қ ұ рды.

Q – жыл сайын топырақ қ а тү сетін ө сімдіктер қ алдық тарының мө лшері, і-олардың ыдырауының тездігі, t-топырақ тың биоло-гиялық белсенділігінің уақ ыты. Бұ л кө рсеткішпен ə р тү рге то-пырақ тардағ ы гумификация процесінің сипаттамасын анық тауғ а болады.

10. 2. Экологиялық жағ дайлардың органикалық заттардың мө лшеріне ə сері

Адамдар жə не олардың шаруашылығ ы жер бетінде тікелей жə не жанама зор ық пал-ə серін тигізіп келеді. Егер жылына ауағ а дү ние-жү зі бойынша 1 млрд. тонна дең гейінде антропогендік заттектер (CO2 есептегенде), гидросферағ а шамамен, 15 млрд. тонна ластағ ыштар енгізіліп отырылса, жерге тү сетін техногенді қ алдық тардың мө лшері 90 млрд. т. Кейбір ғ ылыми мə ліметтерге сү йенетін болсақ, XX ғ асырдың 90 жылдарының аяғ ында жерде жинақ талғ ан қ алдық тар кө лемі 4000 млрд. тоннағ а дейін кө терілген. Топырақ тың ластануына байланысты қ азіргі уақ ытта қ ұ рлық тың жартысына жуығ ын антропогендік ландшафт алып жатыр. Ғ алымдардың арасында тарағ ан пікір бойынша, дү ниежү зіндегі шө лдердің барлығ ының шығ у тегі де антропогендік. Атропогендік шө лдің аумағ ы жылдан-жылғ а ү немі ұ лғ аюда, оның кө лемі қ азіргі шақ та 10 млн. км2-ден асып отыр, бұ л бү кіл қ ұ рлық тың 7 пайызын қ ұ райды.

Топырақ ты ластайтын компенеттерге қ арай, топырақ тың ласта-нуының тү рлері: физикалық, химиялық жə не биологиялық болады.

Физикалық ластану радиоактивті заттектермен байланысты. Мысалы, уран рудаларын ашық ə діспен алғ анда, жер қ ыртысында активтілігі жоғ ары сə улеленетін сұ йық жə не қ атты қ алдық тар қ алады. Биологиялық ластану – ауру тудыратын жə не де басқ а жағ ымсыз жағ дайғ а итеретін микроорганизмднрдің қ оршағ ан ортада бо-луы. Мысалы, ластанбағ ан топырақ та дизентерия, сү зек жə не тағ ы басқ а да ауру қ оздырғ ыштары 2-3 тə улік бойында сақ талса, ластағ ыштармен ə лсіреген қ оздырғ ыштар бірнеше ай мен жылдарғ а дейін сақ талып, едə уір аумақ қ а таралады.

Химиялық ластану – топырақ та тірі организмдерге қ ауіп туғ ызатын химиялық заттектердің жиналуы.

Топырақ ты ластайтын кө здерге ө неркə сіптік кə сіпорындардың шығ арындылары, кө лік, ауылшаруашылығ ында қ олданылатын шө пжойғ ыштар мен минералды тың айтқ ыштар, қ алдық тар, жылу энергетика кешені, атмосфералық жауын шашын, апатты жағ дайда тасталатын шығ арындылар, ə скери ө ндірістік кешендер жатады.

Тү сті металл кендерін алу, байыту жə не таза металдар алу процестерінен шық қ ан ө німдермен жə не қ алдық тармен топырақ кө п ластанады. Ауыр металдардан топырақ тың ластануының зар-дабы тұ рақ ты болып келеді. Тү сті металлургия кə сіпорындарының маң ындағ ы топырақ та қ орғ асын мен басқ а ауыр металдардың мө лшері нормадан 10-20 есе асып отырғ ан жерлер белгілі. Ауылшаруашылығ ында улы химикаттар кө п қ олданылатын қ анның қ ұ рамында болатыны байқ алғ ан. Топырақ кө птеген аурулардың (ботулизм, кү йдіргі, дизентерия, аскаридоз жə не т. б. ) қ оздырғ ыштарын сақ тайтын ортағ а жатады.

Топырақ тың ластану дə режесін мына формуламен есептеп анық тайды, топырақ тағ ы заттектің ластану концентрациясының коэффициентті (ЛiКК) қ олданылады: ЛiКК = Xi / ШРКi немесе ЛiКК = Xi / Хф, Бұ л жерде ЛiКК заттегіне тə н ластау концентрациясының коэффициенттері; Xi -i – заттегінің мө лшері, Хф – осы заттектің фондық мө лшері. Адамның барлық ө ндірістік қ ызметіне, бірінші кезекте ең қ ажетті табиғ и ресурс болып жер саналады. Жер қ ойнауынан халық шаруашылығ ының барлық салаларына қ ажетті материалдар ө ндіріледі, ол болмаса ө ндіріс дами алмайды. Ө неркə сіптер жедел қ арқ ынмен дамығ ан сайын соғ ұ рлым бү лінген жер кө лемі арта тү седі. Сондық тан жерді пайдаланушылар оны тиімді пайдаланумен

қ атар, сан қ ырлы қ орғ ау жұ мыстарына да назар аударуы қ ажет. Жер ресустарының ең негізгі тұ тынатын саланың бірі – ауыл шаруашылығ ы. Ауыл шаруашылығ ында қ ұ рлық тың 30%-дан астамы игерілген, бұ ғ ан осы салада пайдаланылатын ормандар-ды қ осатын болсақ, бұ л кө рсеткіш 60-65 пайызғ а жетеді. Ауыл шаруашылығ ының қ арамағ ындағ ы жер ресурстарының жарамсыз тү рге айналуына себеп болатын жағ дайлар:

– топырақ эрозиясы немесе дефляциясы – су мен желдің (деф-ляция) жə не тағ ы басқ а табиғ и қ ұ былыстардың ə серінен жер қ ыртысының тү гелдей не жарым жартылай бү лінуі, топырақ тың қ ұ нарлығ ының тө мендеуі;

– агротехниканы дұ рыс қ олданбағ андық тан, негізінде ауыспалы егіс болмауынан жə не қ оректі заттектердің топырақ қ а жеткілікті тү рде қ айта айналып келмеуіне байланысты қ арашірінді мө лшері тө мендеп, топырақ қ ұ нарлығ ының біртіндеп азаюы;

– қ ұ рғ атымсыз (дренажсыз) жерді суландыру жə не бақ ылаусыз суды қ олдану, топырақ тың су астында қ алуы мен екінші реттік тұ здануы (сортандануы);

– топырақ тың техниканы қ олдануда бү лінуі (тығ ыздануы, егістік жер қ абаты қ ұ рамының бұ зылуы, оның тө сеніш қ абатындағ ы жыныстармен араласуы);

– топырақ тың химиялық жə не радиациялық ластануы.

Жердің қ ұ нарсыздануы негізінен адамның шаруашылық ə рекеті ə серінен топырақ тың тү зілу жағ дайының ө згеріп, оның негізгі қ асиеттерінің: қ арашірінді қ ұ рамындағ ы қ арашірінді мө лшерінің азаюына, қ ұ рылымының бұ зылуына, улы заттектермен ластануы-на, екінші реттік сортаң дауына, қ ышқ ылды жаң бырдың жаууына, малдың жайылымда шамадан тыс жайылуына, пайдалы қ азбалардың ашық ə діспен ө ндірілуіне, ө ндіріс қ алдық тарының сақ талуының реттелуі мен бақ ылаусыз жатуларына, тағ ы басқ а ө згерістеріне байланысты. Осы қ арастырлғ ан процестерге аймақ тардың ерекшеліктеріне қ арай ө здеріне тə н ө згешелігі де болады.

Топырақ тың тү зілу процесі аймақ тық геологиялық жасына да кө п байланысты. Геологиялық жас жағ ынан ескі аймақ тарда бұ рыннан қ алыптасқ ан топырақ болады да, ал жаң адан пайда болып жатқ ан қ ұ рғ ақ жерлерде топырақ тү зілу процестерінің бастапқ ы саты-лары жү ріп жатады. Мə селен, Жер шарының теріскей жағ ында, ауа райының ө згеруіне байланысты, мұ здар еріп, мұ з басқ ан жер-лер ашылуда, осы кейінгі дə уірлерде мұ здан айырылғ ан аймақ та жаң а жас топырақ тар тү зіледі. Мысал ретінде сонымен қ атар Арал суының тартылуының ə серінен, оның тү бінен босағ ан жерде жаң адан топырақ тү зілу қ ұ былыстары басталғ анын да келтіруге бо-лады. Соң ғ ы жылдары Арал ө ң ірінің ежелден бері келе жатқ ан жері, суы, желі мен қ алыптасқ ан табиғ и ү йлесімі, яғ ни табиғ аттың тепе тең дігі біржолата бұ зылды. Кө ктемнің аяқ кезінен бастап, жаз бойы қ ырдан толассыз соғ атын қ ара дауыл жер бетінің тү тін жұ таң датады. Тең із тартылғ алы ауа райы кү рт ө згереді, осығ ан байланысты бұ л ө ң ірде жауын-шашын тыйылды. Ормандар мен сексеуіл алқ аптары, шабындық тар кү рт азайды, кө п жерлер шө л далағ а айналды. Атап айтқ анда, топырақ тү зілу процесіне ə сер ететін факторлардың кө бісі: ауа райы, жоғ арғ ы жə не тө менгі сатыдағ ы ө сімдік пен жə ндіктер, жер бедері, адам қ оғ амының ə рекеттері кү рт ө згерді. Бұ зылғ ан жерлердің аумағ ы табиғ и (климаттық, гидрологиялық, морфодинамикалық, фитогенді жə не зоогенді) жə не антропогенді факторлар ə серінің ү демелі қ арқ ындылығ ына байланысты келеді.

Жердің шаруашылық қ ұ ндылығ ын жоғ алтуғ а, топырақ жə не ө сімдік жамылғ ыларының, гидрологиялық режимінің бұ зылуына себеп болатын жолдың бірі «техногенді шө лдену», ол адамның ө ндірістік ə рекеттері мен ауа райының ө згеру нə тижесіне байла-нысты. Қ азіргі заманда шө лді далағ а айналғ ан жерлердің басым кө бісінің Жер шарындағ ы жердің 70%-ы бү лінген болып санала-ды. Ə лем бойынша жердің шө лдену процесінің жылдамдығ ы орта есеппен жылына 7-10 млн. гектарғ а жетіп отыр. Осығ ан жыл сайын эрозия мен қ ұ м басу арқ ылы ө німділігін жойғ ан тағ ы да 20 млн. га жерді қ осуғ а болады. Ормандардың қ ысқ арылу жылдамдығ ы да шамамен осы дең гейде. Ə лемнің барлық тү кпіріндегі жер қ оры ə ртү рлі дə режеде бұ зылуғ а ұ шырағ ан, жалпы антропогендік факторлардың ə серінен жылына қ ұ нарлығ ын жоятын жердің мө лшері шамамен, 90 млрд. тоннадай, оның ішінде жылына 7, 5 млн. га эрозия процесі арқ ылы бү лінеді. Қ азіргі кезде эрозия процесінің нə тижесінде бұ зылғ ан жерлер кө лемі АҚ Ш-та – 300 млн. га ү стінде болса, Ресей-де, Белорусия мен Украинада – 100 млн. га, ал Қ азақ станда шама-мен, 18-20 млн. га.

Г. С. Макунинаның (1991) мə ліметтері бойынша дү ниежү зінің ə ртү рлі топырақ тү рлеріндегі орта есеппен гумустың жалпы шығ ыны: шымды кү лгін топырақ ү шін – 27%, қ оң ыр жə не сұ р ор-ман топырағ ында – 30%, қ ара топырақ та – 35%, сарғ ылт топырақ та

– 29%, сұ р топырақ та – 14%, қ ызыл сары темірлі топырақ та – 50%. Америка экологы Л. Браун (1991) ауыл шаруашылығ ы жерлерін қ ұ нарсыздану дə режесі бойынша ү ш санатқ а бө лді:

– қ ұ нарсыздануы бə сең – ə леуетті ө німділігі 10% аз тө мендеген жерлер;

– қ ұ нарсыздануы орташа – ə леуетті ө німділігі 10-50% тө мендеген жерлер;

– ə бден қ ұ нарсызданғ ан – ə леуетті ө німділігі 50%-дан артық тө мендеген жерлер.

Топырақ тың су мен жел эрозиясы. Жоғ арыда қ арастырылғ ан факторлардың ішінде жер шарының барлық тү кпірінде ең бір ө зекті проблема туғ ызып отырғ ан негізгі фактордың бірі – топырақ эро-зиясы. Эрозиялық қ ұ былыстардың дамуына сол жердің топырақ -ө сімдік жамылғ ысы мен геологиялық қ ұ рылысы ə серін тигізеді.

10. 3 Топырақ тың спецификалық жə не спецификалық емес органикалық заттары

Топырақ тың қ ұ рамына ə ртү рлі қ осылыстар – оң ай жə не қ иын еритін тұ здар, комплексті қ осылыстар, силикаттар жə не алюмоси-ликаттар, спецификалық жə не спецификалық емес органикалық қ осылыстар кіреді. Топырақ та элементтердің бір бө лігі ион-дар тү рінде кездеседі, олар топырақ тағ ы сорғ ыш комплексті бө лшектердің беттерінде жабысып тұ рады. Топырақ тың химиялық қ ұ рамының кү рделілігіне байланысты оны сипаттау ү шін ө те кө п кө рсеткіштер қ олданылады. Ол кө рсеткіштер топырақ тың химиялық қ ұ рамын анық тау кө рсеткіштерінің жалпы жү йесіне кіріп, топырақ қ ұ рамының, топырақ компонентерінің кө рсеткіштері деген топтарғ а біріктірілген.

Топырақ тың химиялық қ ұ рамы мен топырақ компоненттерінің жү йеленген жиынтығ ы 13-кестеде келтірілген. Онда топырақ тың химиялық қ ұ рамының кө рсеткіштері 3 топқ а бө лінген:

1) элементтік қ ұ рамының кө рсеткіштері;

2) заттың қ ұ рамының кө рсеткіштері;

3) топырақ тағ ы химиялық элементтердің топтық жə не фракциялық қ ұ рамының кө рсеткіштері.

Элементтік қ ұ рамының кө рсеткіштері топырақ массасындағ ы химиялық элементтердің жалпы кө лемін немесе одан бө лінген гранулометриялық фракциялардың жаң а туындыларды сипаттайды. Заттық қ ұ рамының кө рсеткіштерінің дең гейі топырақ тағ ы жекелен-ген химиялық қ осылыстардың мө лшері туралы ақ парат береді, ал топтық жə не фракциялық қ ұ рамының кө рсеткіштерінің дең гейлері олардың қ асиеті бойынша жақ ындығ ын, мысалы, ерігіштігі, химиялық элементтің қ осылыстары, т. б. бойынша сипаттайды.

Кө рсеткіштердің жү йелену принциптері бө лінген 3 топтың ə р-қ айсысында бірдей емес, себебі жү йеден кө рсеткіштің жеке бө лініп шығ уы топырақ ү лгісінің қ ұ рамындағ ы химиялық элементтерінің мө лшерін сипаттауғ а мү мкіндік береді.

13-кесте