Топырақтың ылғалдылығы капиллярлық

Сонымен қатар, Р. Л. Гриффитс бидай өсімдігінiң тамыр шiрiгi ауруымен зақымдануы кемидi дейдi, егер оның тұқымы жататын төсенiш қабаты тығыз болғанда төмендiлiктi ескертедi. Мұндайда бидайдың өсуiне қолайлы жағдайдың әсерi аурудың шектеушi әсерiнен жоғары болады.

Топырақтың ауа режимiн реттеудiң ең тиiмдi тәсiлi оны өңдеу болып табылады. Топырақтың күйiне байланысты оны өңдеудiң тәсiлдерi әр түрлi – терең және беткi қабатын қопсыту, беткi зиянды қабыршықты жою, тығыздау.

Сүр танапты өңдеу топырақ аэрациясына өте күштi әсер етедi. А. Г. Дояренконың деректерi бойынша, қара сүр танаптың жыртылатын қабатының ауасының құрамы атмосферанiкiмен ұқсас келедi. Кейбiр топырақ-климат аймақтарында сүрi танаптағы жоғары аэрация нитраттардың көп жиналуына әсер етедi.

Топырақ аэрациясын жақсартудың басқа тәсiлдерiне көп жылдық шөптердi себудi, органикалық тыңайтқыштарды қолдануды, ауылшаруашылық дақылдарын су астында тұншығудан қорғауды және жасанды құрылымдар жасауды жатқызуға болады.

- атмосфералық қысымның өзгеруi. Мысалы, атмосфералық қысым сынап бағанасы бойынша 20 мм жоғарылағанда немесе төмендегенде топырақтағы ауаның мөлшері 20/760, яғни 2,6% өзгередi. Осыған сәйкес оттегiнiң мөлшері де өзередi;

- тәулiктiк температураның өзгеруi. Гей-Люссак заңына сәйкес тұрақты қысым жағдайында газ температурасының 1⁰С жоғарылауы немесе төмендеуі оның көлемінің газдың 0⁰С көлемінің 1/273 бөлігіне ұлғаюына немесе кiшiреюiне әкелiп соғады. Бұл ауаның температурасының тәулiктiк ауытқуы 20⁰С болғанда, оның көлемі 20/273 бөлікке немесе 7,33% ұлғаятынын немесе кiшiрейетiнiн, басқаша айтқанда, 13,5 күнде ауа толық алмасатынын көрсетеді, А. Г. Дояренко бойынша бұл газ алмасуының тұрақты және белсендi әрекет ететiн факторы.

- жауын-шашынның түсуi. Жауынның 40 мм (400 м³) суы топырақтан осындай көлемдегі ауаны ығыстырып шығарады. Көлемі 2000 м³ жыртылатын қабатқа капиллярлық емес қуыстық 20% болғанда 400 м³ ауа сыяды, яғни ол толығынан жаңарады.

- газдар диффузиясы. И. Б. Ревуттың пiкiрi бойынша, бұл газ алмасуының негiзгi факторы. Аэрация қуыстылығы 8-10% болғанда диффузия баяулайды. А. Г. Дояренконың деректерi бойынша, газ алмасу процесiнде диффузияның рөлi айтарлықтай жоғары емес.

- топырақтағы газдардың адсорбция, абсорбция және десорбция құбылыстары өсімдік тамырларының, микроорганизмдердiң оттегiн пайдалануы, көмір қышқыл газын бөлiп шығаруы жатады.

Кейбiр ерекше жағдайлардан басқа, табиғи жағдайларда топырақтың ауа режимiн реттеу егiншiлiктiң бiрiншi кезектегi мәселесi бола алмайтынын газ алмасудың барлық факторларын келтiрмей-ақ көруге болады. Көбінесе басқа мәселелердi шешу кезiнде ауа режимiне әрекет етiледi. Мысалы, арамшөптермен күресте немесе топырақтың су өткізгіштігін жақсарту үшiн топырақ өңдеу және т.б. Құрғақшылық жағдайында топырақтың артық ауа өткізгіштігі қолайсыз болады, себебi ол топырақтың тез құрғауына әкелiп соғады.
Топырақ аэрациясы

Ол топырақ құрылысымен, белгілі бір су өткізгіштігімен және эрациялануымен сипатталады. Топырақтың жоғары қабатында өсімдіктердің қоректенуіне қажетті элементтер – фосфор, азот, кальций, калий және т.б шоғырланған. Өсімдіктердің тамырлары өсу, өлу және ыдырау барысында топырақты қопсытады да, белгілі бір құрылымды құрайды. Топырақ түзілуіндегі маңызды фактордың бірі – рельеф. Бірдей және жасы бірдей рельефте жақын және бір түрдегі топырақтар түзіледі.

Топырақ ауасының атмосфералық ауамен газ алмасу арқылы оттегімен, ал жер бетіндегі қабаттың көмір қышқылымен байыту процесін – аэрация деп атайды. Топырақтың аэрациясына көптеген факторлар әсер етеді. Мысалы, ылғалдылықтың жоғарылауы топыраққа оттегінің енуіне кері әсерін тигізеді, т.б. Топырақтың органикалық заты гумификация (аэробты ыдырау) және өсімдік қалдықтары мен жануарлардың өлекселерінің жартылай ыдырау өнімдерінен тұрады. Гумус топырақта мекендейтін ағзалардың тіршілігіне қажетті минералдық заттар мен энергия көзі болып табылады. Ол топырақтың құнарлығын қамтамасыз етеді. Топырақ ағзалары мекен ету ортасы мен байланыс дәрежесіне қарай:

1) Геобионттар

2) Геофилдер

3) Геоксендер сияқты топтарға бөлінеді.

Ғалымдардың есептеуіне қарағанда өсiмдiк тамырлары өздерiнiң барлық салмағының мыңнан бiр бөлiгiндей ғана топырақ ауасын пайдаланады екен. Дегенмен, көп жағдайларда ауаның осы болмашы мөлшерінің өзi топырақта жетiспейдi де, содан бұл өсімдіктердің бірқалыпты өспеуiне әкеп соқтырады. Топырақтағы ауаның өсімдіктің дұрыс өсуiне қандай әсерi бар екенiн төмендегi тәжiрибеден анық көруге болады. Мысалы, қант қызылшасын топырақтағы су сыйымдылығының 60, 80, 100 және 200 пайыз жағдайында өсiргенде тамыр салмағы 378, 322, 252 грамм болған. Бұл цифрлар суармалы жерлердiң өзiнде де суару жұмысын дұрыс жүргізуі керек, яғни топырақта ылғал мен ауа өсiмдiктерге жеткiлiктi болатындай дәрежеде болуы шарт екенiн аңғартады. Топырақтағы ауаның құрамы атмосфера ауасынан өзгешелеу болады, яғни топырақтағы ауаның құрамында атмосфера ауасына карағанда көмiр қышқыл газы көп болады (0)3-2,7 %), ал атмосферада аз (0,3%), керiсiнше, оттегi азырақ 15-20 %, ал атмосферада 75-78 % болады. Топырақ ауасында көмiр қышқыл газының көп болуын оны мекендейтiн түрлi аэробты жәндіктердің ауаны пайдаланып, бұл газды бөлiп шығаруынан, ал оттегiнiң аз болуы – топырақты мекендейтiн микроорганизмдердiң оны түрлi топырақтану және ыдырату процестерiне жұмсауының әсерінен деп бiлемiз. Көмір қышқылынан басқа топырақ ауасында органикалық шiруден шығатын Н, Н2S, СНЗ NO2 және NН3 сияқты газдар болады. Топырақ құрамындағы көмiртегiнiң көп түзiлуiне әрi органикалық заттардың ыдырауы үлкен әсер етедi. Әдетте, түзiлген көміртегінің басым көпшiлiгi атмосфераға көтерiледi де, бiразы топырақтың төменгi қабаттарына өтедi. Көбiне, жердiң жоғарғы қабатындағы топырақ пен атмосфера ауасы арасындағы газ алмасуы күштi болғандықтан, топырақтың беткi қабатындағы ауа құрамында төменгi жағына қарағанда оттегi мол болады.

Топырақ ауасы атмосфера ауасына қарағанда дымқыл болып келедi. Сондықтан бұл екеунiң арасындағы газ алмасуы топырақтың бiршама құрғауына себепшi болады. Топырактың ауа тәртiбi - топырақтағы ауа мөлшерi мен құрамының мезгiлдi (тәулiк, ай, жыл бойы) өзгеруiн сипаттайтын ауа қоры. Топырақтағы ауа бос күйiнде адсорбциялы және ерiтiндi түрiнде болады. Өсiмдiктерге бос күйiндегi және абсорбциялы ауа тиiмдi. Ауаның жақсы алмасуы топырақтары органикалық заттардың аэробты шіруіне тікелей әсер етедi. Сонымен қатар, ауа өсiмдiк тамырлары мен топырақ арасында тiршiлiк ететiн жануарлардың тыныс алуына және тотығуы процестерiнiң есуi үшiн де қажет. Топырақтағы физиологиялық процестердiң өтуi үшiн өсімдіктер мен микроорганизмдердiң өсiп дамуына қолайлы ауа режимi қажет. Ауа қасиетiне топырақтың ауа өткiзуi, ауа алмастыруы (аэрация) жатады. Ол топырақтың борпылдақтығына, ылғалдылығына байланысты. Тыныс алу нәтижесiнде өсімдіктің тамыр (системасы) жүйесi топыраққа едәуiр мөлшерде көмiр қышқыл газын бөлiп шығаратындығы белгiлi, бұл көмiр қышқыл газы суда ери келе оның ерiтушiлiк қабiлетiн күшейтедi, топырақ иондарының өсiмдiктерге сіңімділігін арттырады. Өсiмдiк тамыры кейбір органикалық қышқылдарды, ферменттер мен қанттарды бөлiп шығарады. Тамырдың бөлiп шығаратын бұл заттары топырақтағы қоректiк заттарды пайдалану мүмкiндiгiн арттырады. Топырақ қатты, сұйық, газ және тiрi бөліктерден тұрады. Бұлардың арақатынасы әрқилы топырақта ғана емес, тiптi, бір топырақ қабаттарында да әртүрлi болады. Топырақтың газ бөлiгiне топырақ ауасы жатады. Олар су толған қуыстарда болады. Құрамында H2, О2,СО2, органикалық буландырғыш қосындылар, тағы басқа болатын топырақ ауасының мөлшерi, құрамы топырақта өтiп жататын көптеген биохимиялық, биологиялық процестерге байланысты әртүрлi болады. Бұл микроорганизмдер мен өсiмдiк тамырының жыл, тәулiкте газ бөлу деңгейiне байланысты өзгеріп отырады. Өсімдіктің ауадан қоректенуi оның тамыр арқылы қоректенуiне тығыз байланысты, соның нәтижесiнде табиғатта мәңгілік ауа алмасуы болып жатады, ал бұлардың бірінің өтуi нашарласа, ауа алмасуы да нашарлайды. Жер бетiнде жылына 400 млрд тонна шамасында органикалық заттар түзiледi, бұл үшiн өсімдіктер 170 млрд тонна көмiр қышқыл газының қоры жылма-жыл толықтырып тұрмаса, оның қоры небәрi 4 жыл iшiнде ақ сарқылады екен. Ал табиғатта мұндай кейбiр процестердiң болмау себебi – өсiмдiктер мен жан жануарлар қалдықтарының топырақта шіруі арқылы атмосфераға көп мөлшерде көмiр қышқыл газының бөлiнуiнде болып отыр. Атмоферадағы көмiр қышқыл газының қоры өте аз. Мысалы, 1 гектар жердегi атмосфераның 1 метрлiк қабатында небәрi 5-6 кг шамасында көмiр қышқыл газы болады, бұл өсiмдiктер өсуi үшiн мүлде жеткiлiксiз.

Өсiмдiктерге қажетті көмiр қышқыл газының қорын көбейту көкейтестi мәселе болып табылады. Мұны жүзеге асыру үшiн топыраққа органикалық тыңайтқыштарды тиiмдi мөлшерде енгiзу, топырақ өндеудің оңтайлы жүйесiн жүргiзу, т.б. сияқты агротехникалық шараларды қолдану керек. Ауаның мөлшерi топырақтың кеуектілігіне және ылғалдылығына тiкелей байланысты. Топырақтың кеуектілігі мен ылғалдылығы туралы болғандықтан, ондағы ауа мөлшерi де құбылып отырады. Өңделген топырақтағы ауа мөлшерi жалпы топырақ көлемiнiң 8-36 %-ына тең келедi. Ауаның бiр бөлiгi топырақ бөлшектерiнде абсорбцияланған күйінде болады. Сондықтан оны сіңген ауа деп атайды. Ал ауаның қалған бөлiгi топырақ құрамындағы бөлiктерiн өсiмдiк тамырлары мен микроорганизмдер тең мөлшерде пайдаланбайды. Мәселен, топырақ ауасындағы азот, оттегiне қарағанда, аз жұмсалады. Бірақ атмосфера ауасына‚ қарағанда, топырақ ауасында оттегi тапшылау. Топырақтағы түрiне топырақта жүретiн түрлi процестерге байланысты өзгерiп отырады. Топырақ неғұрлым құрғақ болса, солғұрлым ылғал аз да, ауа көп болады. Топырақтағы ауа мөлшерiне температура да белгілi әсерiн тигiзедi. Осыған байланысты онда ауа кейде көбейiп, кейде азайып отырады. Топырақ пен ауа арасында болатын газ алмасуын оның тыныс алуы деп атайды. Өсімдіктер тiрi организм болғандықтан өседi, өнедi. қоректенедi. Сондықтан олар топырақтан азотты, фосфорды, калийдi, кальцийдi, магнийдi,күкіртті және басқа элементтердi алады. Олардың өсімдіктер құрғақ құрамындағы мөлшерi пайызының оннан бiр бөлiгiнен бастап, 1-4 %-ға дейiн жетедi. Бұл элементтердi агрономиялық химия тiлiнде макроэлементтер деп атайды. Өсімдіктің бойындағы құрғақ заттарының құрамына көмiртегi, оттегi, сутегi кiредi. Барлық құрғақ заттың 94%-ға жуығы осы элементердiң үлесiне тиедi. Қалған 6%-ына азот, фосфор, калий, кальций, күкiрт, магний, темiр жатады. Әр элементтің мiндетi өзiнше ерекше, олардың бiреуiнiң жетiспеуi өсiмдiк тiршiлiгiн бұзады.

Көптеген жағдайда органикалық заттар жануы әсерiнен бұл элементтердің азоттан басқасы күл құрамынан табылғандықтан, оларды күл элементтерi деп те атайды. Ендi осы элементердiң басты-бастыларына тоқталып өтейiк. Азот. Өсімдіктер, жануарлар тiршiлiгiнде азоттың маңызы зор. Белокты денелерде 17%, адам мүшелерiнде 3% азот болады. Ауадағы бос азот азот сіңіруші бактериялар тiршiлiгi әрекетiнен өсiмдiкке сiңiмдi қосылыстарға айналады, бiрақ топырақтағы азотты өсiмдiктер жыл сайын пайдаланғандықтан оның қоры азаяды, сондықтан егiстiкке қосымша азот тыңайтқыштарын шашу керек.

Өсiмдiктер үшiн азоттың көзi топырақтың органикалық бөлiгi, ал фосфор мен калийге органикалық және минералдық бөлiгi жатады, өсiмдiктер үшiн азоттың негiзгi пайдалы қоры топырақ қарашiрiгiнде болады. Қарашiрiк құрамындағы азоттың басым көпшiлiгi өте күрделi қосылыстар түрiнде кездеседi, сондықтан да көп жағдайларда өсiмдiктер оны сiңіре алмайды. Бұл үшiн мұндай күрделі азот топырақтағы түрлi микробиологиялық процестердiң әсерiнен сiңiмдi күйге айналуы керек.

Өсiмдiктер топырақтан азоттың нитратты және аммиакты түрлерiн пайдаланады, олардың өзiндiк ерекшелiгi бар. Нитратты азот қосылыстарын өсiмдiктер сол күйiнде бiрден пайдалана алмайды, ол үшiн нитратты азот әуелi аммиак түрiне айналуы керек. Ол былай жүредi: өсiмдiкке сiңiрiлетiн нитратты азот көмiр сутегiлерiнiң тотығуы арасында шала тотықсызданып, азоттықышқылға, кейде аммиакқа айналады. Аммиак улы зат, сондықтан ол өсiмдiктер денесiнде көп тұрмайды, ол әрi қарай түрлi амин қышқылдарына айналады. Әрі қарай бұл қышқылдар iрiленiп, көмiр қышқыл газының қатысуымен белок молекуласын түзедi. Өсімдіктерде өне бойы тек белок түзiлiп қана қоймайды, олардың амин қышқылдарына және аммиакқа дейiн ыдырауы да жиi кездеседi. Жас өсiмдiктерде көбiне белок түзiлу процесi күштi болса, өсiмдiктерде оның ыдырауы басымырақ болады. Жас өсiмдiктердер белогының құрамындағы азот 3 тәулiкте толық жаңарады, ал күнбағыстың қурап келе жатқан жапырағында белок құрамындағы азоттың тек 12%-ды ғана 10 тәуліктің iшiнде жаңарады. Тұқымында көмiр сутегi мен органикалық заттар аз дақылдар өсуiнің алғашқы кезiнде оларға нитратты азот жеткілiктi болуы шарт, өйткенi нитратты азот қанша көп жиналса да оларды уландырмайды. Ал тұқымы органикалық заттар мен көмiр сутегiне бай дақылдар үшiн, айталық картоптүйнегі үшiн бастапқы кезден азоттың аммиакты түрлерiн қолдануға болады. Клетканың құрамды бөлiгi белоктардан тұрады. Оның негiзгi көзi – өсiмдiктер, жануарлар мен микроорганизмдер. Бұлардың алдынғы топырақ қабатына түскеннен кейiн, ондағы микроорганизмдердің әсерiнен шiри бастайды. Соның нәтижесiнде аммиак бөлiнедi. Азоттың осындай жолмен минералдануын оның аммонификациясы деп атайды. Бөлiнетiн аммиак мөлшерi ыдырайтын заттардың құрамындағы азот пен көмiртегiнiң арақатынасына байланысты. Егер мұнда азотқа бай қосылыс мол болса, аммиак едәуiр мөлшерде түзеледі. Ал ол заттар көміртегіне бай болса, микробтар минералды азотпен қоректенедi де, өз клеткасының белогын құрайды. Органикалық заттар топырақ қабатында ыдырағанда оның құрамында аммиак азоты қышқылға шапшаң тотығады. Азотты қышқыл тиiсiнше азот қышқылына айналады. Бұл құбылысты нитрификация деп атайды. Бұл процеске белсене қатысатын организмдер –нитрификациялаушы бактериялар. Фосфор – өсiмдiк тiршiлiгiне аса қажет элементтердiң бiрi. Ол көбiнесе топырақта, өсiмдiктерде, микроорганизмдер клеткасында, органикалық және органикалық емес қосылыстарда кездеседi.

Топырақта фосфор әрқилы формада, әртүрлiше мөлшерде кездеседі. Жалпы фосфордың органикалық түрi топырақта 85%-ға дейiн барады. Фосфор – клеткадағы ең қажеттi элемент, фосфордың әсерiнен дәндi дақылдардың сабағына қарағанда, дәнi көп түзiледi, көптеген көкенiс және техникалық дақылдардың өнiм сапасы жақсарады, мәселен, қызылшаның қанттылығы, картоптың крахмалы, зығыр талшығының берiктiгi артады. Топырақта фосфордың өзгерiске ұшырауы екi процестен тұрады. Бiрiншiсi- органикалық фосфордың минерал қосылысқа айналуы, екiншiсi – фосфор қышқылы тұздарының ерiмейтiн қосылыстан ерiгiш күйге көшуi. Органикалық заттар ыдырағанда немесе тыныс алу барысында пайда болған көмiрқышқыл газы, су бар жерде көмiр қышқылына айналады да, ерiмейтiн фосфаттардың тез еруiне әсерiн тигiзедi. Са3(Р04)2 + 2С04 + 2Н20 – 2СаНРО4+ Са(НСО3)2 Фосфордың топырақтағы жалпы қоры көп болғанмен, өсімдіктерге сіңімді түрлерi аз ғана мөлшерде кездеседi. Фосфордың негiзгi қоры топырақта оны өсімдіктерге сiңімдi түрге келтiру үшiн бiрсыпыра агротехникалық шараларды жүзеге асыруы қажет. Фосфордың өсiмдiктерге сiңімсiз қосылыстарын ыдырататын топырақ микроорганизмдерi де болады. Олар фосфордың күрделi қосылыстарынан бойында аз кездесетiн фосфатаза деп аталатын ферменттің көмегiмен фосфор қышқылын босата алады. Дақылдар өзінің бастапқы өсу кезеңінде фосфорды аса қажет етедi. Сондықтан оның сiңiмдi түрiн дақылдарға ерте көктемде берген жөн. Мұны қазiргi егiншiлікте дақыл тұқымын себу мезгiлiнде түйiршiкті тыңайтқыштар (суперфосфат) қолдану арқылы жүзеге асырылады. Фосфор өсiмдiк дәнiнде, жемiсiнде, тұқымында жиналады. Өсiмдiктерге фосфорлы қоректiк заттар жетiспесе, олардың сабағы мен жапырағының өсуi баяулайды, олар дәндемейдi, тұқым салмайды. Сондай-ақ мұндай жағдайда өсiмдік жапырақтарының шеткi жиектерi ширатылып, күрең теңбiлдер пайда болады, бар-бара жапырақ тканьдерi өледi.

Топырақ қопсыған кеуек дене болғандықтан, оның құрамында үнемі ауа болады. Бұл ауаның мөлшері топырақтың ылғалдылығына, тығыздығына, өңделу жағдайларына, механикалық құрамына, өсіп-өніп тұрған өсімдіктерге, тағы басқа жағдайларға байланысты.

Егістіктер егілетін, өңделген топырақтарда ауаның мөлшері топырақ көлемінің 30-40 пайызына тең. Мұның біраз бөлігі топырақ бөлшектеріне сіңеді, оны сіңген ауа деп атайды. Ал ауаның қалған мол бөлігі топырақ кеуектерінің арасында болады.

Неғұрлым топырақта су көп болса, соғұрлым онда ауа мөлшері аз, себебі мол су ауаны топырақ құрамынан ығыстырып жібереді. Мысалы, күріш егістерінің топырақтарында су жер бетінде көлдеп тұратындықтан, онда ауа мөлшері мүлдем жоқ. Керісінше, ылғалы аз, жиі қопсытылып, жиі өңделетін топырақтарда ауа мол болады.

Топырақ – көптеген өсімдіктер мен микроорганизмдердің тіршілік ететін мекені. Олар тыныс алады, көптеген органикалық заттарды ыдыратып ауаға ұшырады. Осының нәтижесінде топырақ ауасының құрамы, атмосферадағы ауаға қарағанда өзгешелеу. Мысалы, топырақ ауасындағы көмір қышқылының мөлшері 0,15-165% шамасында, ал атмосферадағы оның мөлшері небары – 0,03% ғана. Топырақ ауасындағы оттегі мөлшері атмосферадағыдан анағұрлым аз.

Топырақ ауасы топырақта өсетін өсімдіктер мен микроорганизмдерге көп әсер етеді. Топырақтағы ауаның молдығына, аздығына, оның құрамына қарай мұнда әр түрлі микроорганизмдер өмір сүреді. өсімдіктер тамырының тереңдеп немесе көлденең өсуіне топырақтағы ауа режимінің дұрыс болуының пайдасы зор.

Сонымен, топырақтың ауа режимі де – топырақ құнарлығына әсер ететін негізгі фактордың бірі.

Топырақ кеуек дене, сондықтан оның құрамында әрқашанда ауаның біраз мөлшері болады. Ауа топырақтың ылғалдан бос қуыстарында орналасады. Топырақ ауасы оның ең бір құбылмалы бөлігі және топырақтың катты, сұйық бөліктермен тығыз байланыста келеді. Топырақтағы ауаның маңызы оның ылғалының, қоректік заттард маңызынан кем түспейді. Топырақ ауасының басты қоры атмосфера ауасы және оның қабаттарында түзілетін газдар. Топырақ ауасы құрамындағы оттегі өсімдіктер тамырларының, аэробты микроағзалардың және топырақ ішіндегі жәндіктердің тыныстануына қажет. Топырақ ауа құрамында оттегі шамадан тыс кеміп, ал көмірқышқыл газы молайса, өсімдіктердің өсуімен тамыр жүйесінің дамуы тежеліп, қоректік заттарды, ылғалды сіңіруі кемиді, өнімінің мөлшері шектеледі. Топырақ ауасы оның құрамындағы заттардың еруіне, жылжуына және топырақтың дамуы құбылыстарының қарқынына мәнді ықпал жасайды. Сонымен бірге топырақ атмосферадағы зардапты өндірген қалдық газдарын өз бойына сіңіріп атмосфера құрамын тазартуға қатысады. Сондықтан топырақ ауасының құрамын, қасиеттерін құбылысын зерттеу аса маңызды экологиялык мәселе болып есептеледі. Топырақтағы ауа үш күйде кездеседі. Олар: еркін ауа, сіңірлген (адсорбцияланған) және еріген ауа.

Еркін ауа топырақтың қылтүтікті және қылтүтікті емес қуыстарында болып, қозғалмалы келеді және атмосфера ауасымен алмасып тұрады.

Адсорбцияланған ауа – топырақтың қатты бөлігінің бетіне сіңген түрлі газдар. Оның мөлшері топырақтың гранулометриялық құрамына, қарашірінді мөлшеріне және ылғалдылығына байланысты. Қарашіріндісі мол, ауыр гранулометриялық құрамды құрғақ топырақта адсорбцияланған ауа мол болады.

Өсімдіктердің тамырына қажет оттегі негізінен топырақты еркін ауа құрамынан өтеледі. Топырақтағы еркін ауаның құрамы атмосфера ауасының құрамымен сәйкес болып келеді, бірақта олардың арасында ерекше өзгешіліктер бар (17-кесте).

Топырақ ауасының құрамында атмосфера ауасына қарағанда оттегі мөлшері кем, ал көмір кышқыл газы көп больш келеді. Орташа есеппен топырақта көмір қышқылы газының мөлшері 0,3 %, яғни атмосфера ауасы құрамымен салыстырғанда 10 есе көп. Топырақтың үстінгі қабатында отгегі 10-19% болуы мүмкін, ал төменгі қабаттарда ол 10-12%-ға дейін кемиді. Сонымен бірге топырақ ауасы су буына қанныққан болып келеді.

Қоршаған ортаның әсерінен және топырақтағы микроағзалардың әрекетінен өсімдік тамырларының, жәндіктердің тыныстануымен органикалық қосылыстардың тотығуының ықпалынан топырақ ауасынын құрамы құбылмалы болып келеді. Ауамен жақсы қамтамасыз етілген, құнарлы топырақта көмір қышқылы газының мөлшері 1-2%-дан аспайды, ал оттегінің мөлшрі 18%-дан кемімейді. Ал артық ылғалданған, батпақты топырақ көмір қышқылы газы 4-6%-ға дейін артып, оттегі мөлшері 15 және оданда кем болуы мүмкін. Егістік алқапта орташа есеппен 1 кг топырақ 1 сағатта 0,5-5 мл оттегін өзіне сіңіреді және қолайлы жағдайда осындай мөлшерінен көмір қышқыл газын бөліп шығарады. Топырақтан бөлініп шыққан көмір қышқылы газының (С02) топырақ сіңірген оттегіне (О2) қатынасы топырақтың тыныстану коэффициенты деп аталынады (Тк).

Тк = СО2

О2

Құнарлы, құрлымы жақсы топырақта тыныстану коэффициенты 1-ге тең. Топырақта көмір қышқыл газы негізінен биологиялық құбылыстар кезінде түзіледі. Егер топырақ құрамында көмір қышқыл газы 2-3%-дан асса өсімдіктердің өсіп дамуы тежеледі.

Топырақ ауасында атмосфера ауасымен салыстырғанда оттегі концентрациясы кем, ал көмір қышқыл газы молшері сондықтан диффузия әсерінен топыраққа оттегі сіңіп, ал одан көмір қышқыл газы ауаға бөлініп газ алмасу тұрақты жүреді.

Аэрацияның қарымталы жүруіне топырақтың ауа қасиеттері өткізгіштігі және ауа сыйымдылығы қасиеттері әсерін тигізеді. Топырақтың ауа өткізгіштігі оның өз бойынан ауаны қабілетімен сипатталады. Оның мөлшері топырақ гранулометриялық құрамына, тығыздылығына, ылғалдылығына, құрылымына байланысты. Қылтүтікті және қылтүтікті емес қуыстары мол, құрамында топырақтың ауа өткізгіштігі жақсы болып келеді.

Дәріс 11.

Топырақтың физикалық қаситеттері және оның экологиялық маңызы.

Топырақтың физика-механикалық қасиеттері.

B = LE + P +A

Топырақтың төменгі қабатына қарағанда оның беткі жылуы жоғары болған кезде (күндіз, жазда), жылу ағымы жер бетінен топырақтың төменгі қабаттарына қарай бағытталады. Топырақтағы температураның осындай жайласуы инсоляция типі деп аталады.

Топырақтың үстіңгі қабатының температурасы астыңғы қабаттан төмен болған кезде (түнде, қыста), жылудың ағымы үстіңгі қабатқа қарай бағытталады. Топырақтағы температураның осындай жайласуын сәулелену типі деп атайды.

Топырақтың физикалық жылу көрсеткіштеріне топырақтың жылу сыймдылығы, жылу өткізгіштігі жатады. Топырақтың физикалық жылу көрсеткіштері көбінесе, топырақтың ылғалдылығына, түсіне, тығыздығына және құрылымына байланысты өзгереді.

Өсімдіктердің тіршілігі белгілі бір ауа тампературалары аралығында өтеді. Ауыл шаруашылығы өндірісінде температуралық ереженің қолданбалы көрсеткіштері: орташа, тәуліктік, айлық, жылдық температуралар; ең төменгі (минималды), ең жоғары (максималды) температуралар; температураның өзгеру амплитудасы; белсенді температура жиынтығы.

1. Топырақтың жылу сыймдылығы. Оның екі түрін айырады: көлемдік және меншікті жылу сыймдылықтар. Көлемдік жылу сыймдылығы С_көл деп топырақтың 1 м ³ 1⁰ С жылытуға жұмсалған жылу (Дж) көлемін атайды. Оның өлшем бірлігі Дж/ (м³ К). Меншікті жылу сыймдылығы деп 1 кг топырақты 1⁰С жылытуға қажетті жылу көлемін атайды. Оның өлшем бірлігі Дж/ (кг К). Көлемдік және меншікті жылу сыймдылықтар арасында  келесі қатынас болады:

Скөл = С менш. d.

D – топырақтың тығыздығы кг/м₃

2. Жылу өткізгіштігі. Топырақтың бір қабаттан басқа қабатқа жылуды өткізу қабілетін жылу өткізгіштігі деп атайды. Жылу өткізгіштігі топырақтың минералдық құрамына, оның ылғалдылығына және оның қуыстарындағы ауаның мөлшеріне байланысты болады. Сонымен қатар топырақтың жылулық көрсеткіштері оның түсіне қоңыр топырақтар ақшылдарға қарағанда тезірек қызады, тығыздығына және құрылымына байланысты болады.

Топырақ пен ауаның жылу ережесін сипаттайтын көрсеткіштері сынап, спирт, биметалл, электрлік термометрлердің көмегімен анықталады.

Топырақтың температурасын өлшейтін термометрлер:  топырақтың бетінде жылдам өлшейтін ТМ-3, максималды термометр ТМ-1, минималды ТМ-2. Топырақтың жыртылатын қабатын өлшейтін Савиновтың ТМ-5 термометрі, ол 5, 10, 15, 20 см қабаттарында бір мезгілде өлшеуге мүмкіндік береді. Топырақтың тереңгі қабаттарында ТПВ-50 сынап термометр арқылы температураны анықтайды. Оның құрамына мына 20, 40,60, 80, 120, 160, 240, 320 см термометр кіреді. Қазіргі кезде тік ұшақ, ұшақ және спутниктегі орнатылған аспаптары арқылы топырақтың температурасын өлшейтін әдістер дамытылуда.

Температураның тәулік бойы өзгеруін тәуліктік ағымы деп атайды. Оның минимумы және максимумы болады. Минимум күн жаңа шығудың алдында және аспан ашық болған кезде болады Максимум сағат 13-те байқалады. Жыл бойы топырақ температурасының өзгеруін жылдық ағымы деп атайды. Минимумы қаңтар ақпан, ал максимум шілде айларында байқалады. Минимум және максимум аралығында айырмашылығын температура ағымының амплитудасы деп аталады. Оған әсер ететін: жыл мерзімі (ең жоғарғы амплитуда жаз кезеңде, ал кіші ауытқуы қыста болады); жағрапиялық ендік, жер бедері; өсімдік және қар жамылғысы; топырақтың жылу сыйымдылығы және өткізгіштігі; топырақтың реңі; бұлттану.

Топырақтың температуралық ережесін келесі тәсілдер арқылы реттейді: топырақтың жылу қасиеттерін реттеу арқылы (қопсыту, түсін өзгерту және т.б.); жерді суару және құрғату. Топырақты 2-4 см қопсытқанда оның температурасы 1-3 С төмендейді, ал тығыздаған кезде 1-2 С жоғарылайды.

Ауаның температуралық ережесі. Жер беті мен әуенің арасындағы жылудың ауысуы келесі: жылу конвекциясы әртүрлі жер учаскелерінің біркелкі емес қызған кезде ауаның вертикаль бағытындағы ауысуы.

–турбуленттілік ауаның кішігірім көлемдерінің жалпы жел ағымындағы құйын тәрізді астан кестең ауысуы;

–молекулалық жылу алмасуы қозғалмайтын ауаның молекулалық жылу өткізгіштігі арқылы жер бетімен және әуе арасындағы жылу ағымы;

–радиациялық жылу өткізгіштігі – жер беті мен әуенің ұзын толқынды радиация ағымдары арқылы жылудың ауысуы;

–конденсация (сублимация) – жер бетінен әуеге су буының ауысуы, үрдістер арқылы жүреді;

Ауаның температурасын әртүрлі:

1) психрометрлік; 2) максималды; 3) минималды термометрлер арқылы өлшейді. Термомтрлерді психрометрлік күркенің ішіне орнатады, ол оларды тура, шағылысқан радиациядан, сонымен қатар жауын-шашындардан, желден қорғайды.

Температураның орташа тәуліктік, айлық және жылдық түрлерін ажыратады. Тәуліктік температураны анықтау үшін оны үш сағат сайын 8 рет тәулік бойынша термометрмен өлшейді. Осы мәліметтердің қосындысын сегізге бөледі. Бұл орташа тәуліктік температурасы болып табылады. Орташа айлық температураны білу үшін ай бойынша барлық температураларын қосып күндердің санына бөледі. Орташа жылдық температурасы – бұл жыл бойы орташа тәуліктіктердің немесе айлықтардың орташа мәліметтері. Әрбір айда минималды және максималды температуралар болады. Солтүстік Қазақстан жағдайында ең төмен (минималды) температуралары  желтоқсан-қаңтар айларында байқалады, ал ең жоғарғы (максималды) температура шілде айында болады. Тәуліктік және жылдық температураның амплитудасы климаттың континенттігін сипаттайды. Мысалы, Ирландияда температураның жылдық амплитудасы 7,9 С болса, Нерчинск (Сібір) жағдайында 53С -на тең. Белгілі бір жерде және кезең аралығында жылудың мөлшерін сипаттау үшін температура жиынтығын кең қолданады. Алғашқы рет Г. Т. Селянинов климаттың жылу қорларын бағалау үшін активті температураларының жиынтығын ұсынды. Активті температураларының жиынтығын есептеу үшін 10С жоғары температураларын қосады. Олар ауылшаруашылық дақылдардың вегетация кезеңінде жылумен қамтамасыз етілуін бағалайтын көрсеткіші ретінде қолданады. Өсімдіктердің жылуға талаптарын сипаттау үшін тиімді температуралар жиынтығын қолданады. Бұл–белгілі бір дақылдың (сорт, будан) биологиялық минимумынан жоғары орташа тәуліктік температураларының жиынтығы. Әртүрлі дақылдардың биологиялық минималды температуралар бірдей емес (өзгеше). Мысалы, жаздық бидайда  5С, жүгеріде 10С, мақтада 13С-қа тең.

Топырақтардың дамуы мен өсімдіктердің өмірі үшін жылу керек. Топырақтың жылулық қасиеті де оның қажетті қасиеттерінің бірі. Топырақ жылуы белгілі бір мөлшерге жеткен кезде ғана онда өсімдіктер тамыры өсе бастайды. Жылу әсерінен микробиологиялық және химиялық процестердің қарқыны өзгереді. Топырақ жылуды негізінен күн сәулесінен, оған қоса топырақтың жоғарғы қабатынан, жердің ішкі қызған қабаттарынан да, сонымен бірге топырақтағы микробиологиялық процестерден, тірі жәндіктердің тыныс алуынан, өсімдіктер мен жануарлар қалдықтарының шіруінен, топырақтың құрамындағы кейбір заттардың өзара қосылысқа түсуінен, су буларының суға айналуынан, судың булануынан алады. Сонымен топырақтағы жылу режимі – жылулық күн сәулесінің топыраққа түсіп, оның қабаттарына еніп, жоғарыдан төмен қозғалып, қайтадан ауаға оралу процесі.

Топырақтың жылулығы топырақтың температурасымен белгіленеді. Температура тәуліктік, апталық, айлық, маусымдық және жылдық  көрсеткіштермен ажыратылады.

Топырақтың жылулық режимінеи ауа райы, өсімдік, жер бедері, қар жамылғысы, топырақтың механикалық құрамы, ылғалдылық пен түсі әсер етеді. Әр түрлі топырақ күн сәулесінен әртүрлі қызады. Ашық-түсті топырақтарға қарағанда, қара шіріндіге бай қара топырақ пен қара қоңыр топырақ анағұрлым тез жылынады. Ал құмдақ топырақтар балшықты топырақтарға қарағанда тез жылынады. Дегенмен, ол топырақтар тез арада суиды.  Ылғал топырақтармен  салыстырғанда  құрғақ  топырақтар тез жылынады. ЬІлғал топырақтар баяу жылынады, өйткені ондағы суды жылытып, буландыру үшін көп жылу жұмсалады. Құм топырақтар саз топырақтардан құрғақтау болғандықтан, анағұрлым тезірек жылынады. Топырақтың жылулығына оның орналасқан жері де әсер етеді Мысалы, оңтүстік баурайдағы топырақтар солттүстік жағымен салыстырғанда жақсырақ жылынады.

Топыраққа берілген жылу оның бөлшектерімен, су және ауа арқылы төменгі қабаттарға тарайды. Топырақтың қатты бөлшектері су, жылуды жақсы өткізеді. Ал ауа жылуды нашар өткізеді.

Түнде топырақ бетінен бастап салқындайды, ал күндізгі жылу толқыны тереңірек қабатқа өтеді. Жылудың толқындары осылайша күнбе-күн тереңірек қабаттарға өтіп отырады. Топырақ бөлшектері жылудан біресе ұлғайып, біресе суықтан кішірейіп отырады. Бұл олардың тез және толық үгілуіне көмектеседі. Жылы топырақ өсімдіктермен бірге тірі жәндіктердің дамуы үшін де қолайлы.

Қыста топырақты қар басып, ондағы су қатқан кезде және жылу толқындарының орнын суық толқындар басқанда топырақтағы тіршілік едәуір бәсеңдейді.

Топырақтың жоғарғы сипатталған физикалық қасиеттерінен басқа кейбір топырақтарға тән және оның құнарлылығына едәуір нұқсан келтіретін жағдайлар да болады. Мысалы, топырақтардың сортаң немесе сорланған болып келетін жағдайлары. Мұндай топырақтар оңтүстік және кейбір солтүстік зоналарда кездеседі. Ол топырақтарды тиімді пайдалану оларды алдын ала мелиорациялау қажет.

  Топырақтың сіңіру қасиеті. Топырақ қопсыған кеуекті дене болғандықтан, оның түйірлерінің арасында әр уақытта бос кеңістіктер болады. Топырақтың сіңіру қасиеттерінің қалыптасуына топырақ құрамындағы ең майда ұнтақталған, көлемі 0,0001 мм-ден төмен коллоидты бөлшектер шешуші рөл атқарады. Бұл бөлшектер топырақтың әртүрлі органикалық және минералдық қосылыстарынан тұрады.

Топырақтың сіңіру қасиеті деп, оның топырақ ішіндегі ерітінділерінің кейбір қосылыстарды, майда ұнтақталған минералдарды және органикалық қосылыстарды, микро-организмдерді және ұнтақталмаған ірі заттарды өзіне сіңіріп, ұстап қалуын айтады. Топырақтың сіңіру құбылысы жалпы топырақтың дамуымен және топырақта өсетін өсімдіктерде күлді элементтердің (азот, т.б. қоректік заттардың) жиналуымен қатар жүреді. Әсіресе, өсімдіктердің қоректік элементтерінің жиналуы топырақтың сініру қасиетімен тығыз байланысты. Осы қасиеті арқылы топырақта өсімдіктерге керекті элементтер жиналады. Бұл салада орыстың ірі ғалымдары К. К. Гедройц, Д. И. Прянишников, А. И. Соколовский, И. Н. Антипов-Каратаев, В. А. Чернов, И. И. Горбунов, т.б.көп еңбек сіңірген.

Әртүрлі топырақтардың сіңіру қасиеттері әр деңгейде болады. Ол көбінесе, топырақтағы өте жоғары бөлшектерге (дисперсті), түйірлерге, коллоидты бөлшектердің мөлшеріне байланысты. Топырақ неғұрлым қарашіріндіге бай және механикалық құрамы ауырлау балшықты болса, соғұрлым онын сініру қасиеті де мол, ал топырақта қара шірінді аз, құрамы жеңіл құм немесе құмдақ болса, оның сіңіру мүмкіндігі де шамалы болады.

Топырақ коллоидтарының диаметрлері шамамен микронмен есептелетін әр текті заттардың бөлшектерін құрайды: 1 мкр - 0,01 мм тең, оны миллимикрон дейді. Коллоидты бөлшектердің ірілігі 0,1 мкр - 1 ммкр.

Академик К. К. Гедройцтың тұжырымдамасында топырақтың сіңіру қасиеті деп, оның топырақ ішіндегі ерітінділерінің кейбір қосылыстарын, майда ұнтақталған минералды және оргалникалық қосылыстарды, микроорганизмдерді және ұнтақталмаған ірі заттарды өзіне сіңіріп, ұстап қалу мүмкіншілігін айтады. Сіңіру оның тәсілдеріне қарай, бірнеше түрге: механикалық, физикалық, физика-химиялық, химиялық және биологиялық сіңірулерге бөлінеді (К. К. Гедройц. 1933).

Жылу – өсімдік тіршілігіне қажетті бес фактордың бірі. Өсімдіктердің жер бетіндегі бөлігі мен тамырлары үшін температураның маңызы зор. Топырақ қабатында температура төмендеген кезде тамырлар жүйесі, ал көтерілген кезде өсімдіктің топырақ бетіндегі бөлігі жақсы дамиды. Өсімдік тамырларының белсенділігі мен тіршілік әрекеті топырақ қабатындағы температураға байланысты. Дәннің өне бастауы мен көктің пайда болуы үшін оптималды температура қажет.

Көптеген егіншілік аймақтарда дән түсетін тереңдіктегі топырақтың белгілі бір температураға дейінге жылуын тұқым себуге қолайлы мерзім ретінде пайдаланады.

Жылу топырақтың қажетті қасиеттерінің бірі. Жылу әсерінен микробиологиялық және химиялық процестердің қарқыны өзгереді, өсімдіктердің өсуіне, дамуына қолайлы жағдай туады. Топырақ жылуды негізінен күн сәулесінен алады. Сонымен қатар жылу топырақтағы микробиологиялық процестерден, өсімдіктер мен жануарлар қалдықтарының шіруінен, топырақ құрамындағы кейбір заттардың өзара қосылысқа түсуінен, су буының қоюланып суға айналуынан да пайда болады.

Күн нұрының әсерінен әрқилы топырақ түрліше жылынады. Ылғалы мол ашық түсті топыраққа қарағанда, қарашірікке бай, құрғақ топырақ анағұрлым тез жылынады. Құмдақ топырақ сазды топырақтан оңай жылынады. Температураның әсерінен топырақ бөлшектері әрдайым бұзылып отырады. Ауа райының жағдайларына қарай топырақтың жылу тәртіптері де өзгереді. Топырақ қабатының жылынуы күн сәулесіне байланысты болады. Осы энергия көзінің әсерінен ондағы микробиологиялық процестер де жақсы жүреді. Күн сәулесінің, әсіресе, ультракүлгін сәулесі микроорганизмдерге жойқын әсер етеді. Ғылыми деректерге қарағанда, өсімдіктер суды өздері салқындау үшін буға айналдырады екен. Ал булану үшін көп жылу қажет. Топырақтағы пайдалы микрорганизмдер жоғары және төменгі температураға мейлінше төзімді, әйтсе де олардың тіршілігі үшін ең қолайлы температура 25-30⁰ С болып саналады.Топырақтың бұл температурасы мәдени өсімдіктер үшін де қолайлы. Топырақтың температурасы төмендегенде, олар өзінің тіршілік әрекетін күрт тежейді, ал көктемде топырақ қайта жылынғанда олар бұрынғы қалпына келеді.

Топырақтың күн сәулесі әсерінен жылынуы оның қай жерде орналасқанына да байланысты болады. Мысалы, таулы жерлерде, оңтүстік баурайда кездесетін топырақтар басқаларға қарағанда жақсы жылынады, шығыс және батыс баурайдағылар орташалау, ал солтүстік баурайдағылар бәрінен де солғын жылынады.

Топырақтың жылуы су және ондағы ауа арқылы төменгі қабаттарға тарайды. Топырақ бөлшектері жылудан біресе ұлғайып (қызғанда), біресе кішірейіп (суығанда) отырады, ал мұның өзі оның тез үгілуіне себепкер болады.

Топырақтың қыс кезеңдерінде жылы сақталуына, оның бетінде қардың көп жиналуы септігін тигізеді, ал қардың көп жиналуына өсімдіктер әсер етеді.

Кейбір жағдайларда топырақтағы жылуды сақтау үшін оның беткі қабатын торфпен және де басқа қопсыған құрғақ затпен (қалыңдығы 1,0-1,5 см шамасында) жабады. Бұл үшін солтүстіктің қара топырақтарын және жылуды көбейту үшін торф қолданылады, ал оңтүстікте топырақ өте қызатындықтан, оларды біршама салқындату үшін астық бастырудан қалған қалдықтармен жабады, бұл тиімді.

1. Құрылымы жоқ, шаң-тозаңды, борпылдақ;

2. Құрылымы майда түйіртпекті, оқ дәрісіндей, мөлшері 0,5-1 мм;

3. Дәнді түйіртпекті, диаметрі 1-5 мм;

4. Жанғақты құрылым, бөлшектері 5-10 мм;

5. Майда кесекті құрылым 10 мм-ден ірі;

6. Ірі  кесек құрылым, топырақ бөлшектерінің көлемі бірнеше см-ге жетеді.

Сонымен, шамалы ылғалданбаған топырақтар өздері орналасқан табиғи жағдайларына қарай осы жоғарыда айтылған құрылымдардың біреуіне ыңғайлана бастайды. Игерілген жерлерде топырақ құрылымы адам әрекетіне, яғни өңдеу, қандай егістіктерге пайдалану жағдайларына тікелей байланысты. Топырақ құнарлылығына, ондағы ылғал ауа режиміне майда-түйіртпекті, дәнді-түйіртпекті құрылым жақсы әсер етеді. Топырақтардың мұндай құрылымдары топырақ қара шіріндісіне бай, топырақ сіңіру кешені (комллексі), негізінен, кальций катионына қаныққан қара топырақ пен қара қоңыр топырақтарға тән. Ал толырақ сіңіру кешені натрий катионына қаныққан сортаң топырақ қара шіріндісі аз, құрғақ және шөлейтті топыраққа тән. Топырақ құрылымы оның құнарлылығының бір шарты болғандықтан, игерілген жерлерде оны қолдан жасау шаралары да қарастырылады. Мәселен, академик Р. В. Вильямс топырақ құрылымын жақсарту үшін егіншіліктің шөптанапты жүйесін енгізді. Бұл әдіс еліміздің көптеген жерлерінде қолдау тапты. Оның мәні: егісті жерлерге шөптанапты емес бір дақылды жылма-жыл егіп, оны өңдеген кездерде, топырақтың құрылымы бұзылып, егістік өнімі кемиді. Мұны болдырмас үшін негізгі дақылды міндетті түрде шөптанапты егістіктермен ауыстырып, кезектестіріп егу қажеттігін (мәселен, шөптанапты егістіктер үшін, бұршақ тұқымды дақылдар мен дәнді шөптерді араластырып егуді) ұсынды. Сонда топырақтың әрі құрылымы жақсарып, әрі оның құрамына азот көп жиналады.

Топырақ құнарына және ондағы болатын процестерге топырақтың құрылымы мен оның физикалық қасиеттерінің әсері көп. Топырақтың үйлесімді су – ауа режимі да, оның көп физикалық қасиеттеріне тікелей байланысты. Топырақта қоректік заттар жеткілікті болғанымен, онда ауа немесе су тапшы болса, өсімдіктердің нашар өсетіні, ал кейде тіршілігі тіптен тежелетіні мәлім. Топырақта ауаның және судың үйлесімді мөлшерде болуы оның кеуектілік дәрежесімен анықталады. Ал кеуектілік топырақтың түріне карай әртүрлі болады. Адамдар топырақты кеуектілігін жасау үшін оны қолдан өңдейді. Топырақтың қопсыған, жыртылған қабатындағы топырақта, оның жартысына дейігі кеуектер болады да, қалғаны топырақтың қатты бөлігінің үлесіне тиеді. Шымтезекті топырақтарда кеуектілік одан артық, ал құм топырақтарда 30-40%-дай болады. Өсімдіктер тамырлары кеуекті топырақтарда жақсы өсіп, оңай таралады.

Топырақтың су өткізгіштігі де оның кеуектілігіне тікелей байланысты. Құрылымы (структурасы) жақсы топырақтарға су оңай сіңіп, өсімдік тамырларына тез жетеді. Мұндай топырақтарда сумен қатар жеткілікті мөлшерде ауа да сақталады. Сондықтан да бұл топырақтарда судың булануы төмендейді де, топырақ сіңірген ылғал ысырап болмай біраз уақытқа шейін дұрыс сақталады.

Топырақтың суды өз денесіне сіңіріп, ұстап қалу қасиетін оның су сыйымдылығы дел атайды. Әртүрлі топырақтың су сыйымдылығы әртүрлі болады.

Топырактың  су сыйымдылығына оның  кеуектігімен  қатар механикалык құрамы, топырақтары қара шіріктің  мөлшері де әсер етеді. Мысалы, қара шірікке бай 100 грамм балшықты топырақ 50 грамдай суды бойына ұстаса, 100 грамм құмдақ топырақ  не бары 5-25 грамм суды ғана ұстай алады. Ал органикалық заттарға өте бай шымтезекті топырақтардың 100 граммы өзінен екі-үш есе артық көлемдегі суды сіңіре алады.

Топырақтың дұрыс құрылымы бұзылып,  қажетті кеуектілігі сақталмаған жағдайда топырақ нығыздалып, ондағы қылтүтіктер бір-бірімен жалғасып, топырақ ішіндегі сулар осы қылтүтіктер арқылы тез буланып кетеді. Мұны болдырмас үшін топырақты дер кезінде өңдеу  қажет. Ал суармалы жерлерде топырақты суару шаралары қалай болса, солай жүргізілмей, мұнда оның су сыйымдылығы, су өткізгіштігі, т.б. сияқты қасиеттері ескеріледі.

Топырақтың суды көтергіш қасиеті де оның механикалық құрамына тікелей байланысты. Мәселен, құрамы ірі құмдақ топырақтар жерасты ыза суларынан ылғалды не бары 50-60 см-ге ғана көтереді. Ал механикалық құрамы ауырлау саз балшықты топырақтар өздерінің майда қылтүтіктері арқылы жерасты ыза суларының ылғалын 3-3,5 метрге шейін көтере алады.

Топырақ суы – топырақ қыртысындағы әртүрлi минералдық тұздарға бай сұйық. Топырақ суын ауыз су ретiнде, не шаруашылық мақсаттарға пайдалануға болмайды. Топырақ суы – өсiмдiктер әлемінің негiзгi қорегi, өсiп етуiне қажеттi су көзi. Құм топырақтарда салмағының 4-10 пайызын, құмайт, құмды саздардың 10-30 пайызын, саз топырақтардың 25-30 пайызындан астамы топырақ суы құрайды. Топырақ суының мөлшерi ауа райына, жыл маусымдарына сәйкес өзгерiп отырады. Топырақ ылғалдылығы өсiмдiктерге екi түрлі әсер етедi: бiрiншiден, тамырдың өсуi мен тармақталуы топырақ ылғалдылығына байланысты; екiншiден, өсiмдiктің ылғалды қабылдауы топырақтағы судың мөлшерiне де байланысты. Топыраққа су жаңбыр, қар, бұршақ, не шық түрiнде түсiп отырады. Кейде ол топырақтың беткi қабаттарына төменнен көтерiледi. Бұл жер астындағы су немесе ыза суы топырақтың беткi қабатына таяу орналасқанда кездеседi. Қандай топырақта болмасын азды көптi ылғал болатыны белгiлi. Топырақта кездесетiн су түрлi құрамда болады, ол жыл мезгiлiне, ауа температурасының өзгеруiне қарай түрлiше күйге ауысып отырады. Мысалы, топырақ кесектерiнің арасындағы ауада кездесетiн су топырақ температурасы жоғары болса, көбiне, бу күйiнде болады, ал температура төмендесе, ол су тамшысына айналады. Топырақта кездесетiн бу күйiндегi суды өсiмдiктер пайдалана алмайды, оны топырақтағы судың пайдасыз қоры деп атайды. Аталған су өсiмдiктерге тиiмдi болу үшiн, топырақ түйiршiктерiнiң сыртын толығымен қапталдап мөлшерi өскенде ғана, ол топырақ түйiршiктерiнiң аралықтарындағы қылтүтiкке енедi де, өсімдіктердің қоректік минимумынан қолайлы режимiн реттеуге көмектеседi. Құбылыстар жиынтығы арқылы анықталатын топырақ ылғалының жиналуы, жылжуы, жұмсалуы және оның физикалық жағдайын өзгерту топырақтың су режимi деп аталады. Топырақтың су тәртiбi топырақтың құралуындағы ең маңызды фактордың бiрi, ал оның құнарлылығын арттыратын басты жағдайлардың бiрi болып саналады. Топырақтың су тәртібінің мөлшер көрсеткiшi, яғни ылғалдың жиналуы мен жұмсалуы жиынтығының барлық шамасын және белгiлi бiр кезең аралығында оның қорының өзгеруін су тепе-теңдігі деп атайды. Су тепе теңдігінің көпжылдық орташа мөлшерi, топырақтың су тәртiбiнiң түрлерін сипаттайды. Су – табиғатта ең көп таралған, сонымен бiрге нағыз ерекше зат. Өсiмдiк тiршiлігiне қажеттi су қорын негiзiнен топырақтан алады. Топырақ ылғалды жинайтын, сақтайтын және өсімдіктерді барлық даму кезеңдерiнде 20 ылғалмен қамтамасыз ететiн орын болып табылады. Су өсiмдiкте өсетiн барлық тiршiлiк процестерiне мiндеттi түрде қатысады. Көптеген өсімдіктердің клеткаларында 80-90 пайыз, ал тұқымдарында 10-15 пайыз су кездеседi. Өсiмдiк табиғатында су айналымы да елеулi рөл атқарады. Топырақтағы судың мөлшерi оның құнарлылық тиiмдiлiгiн анықтайтын судың технологиялық қасиетiне, химиялық, физикалық-химиялық және микробиологиялық процестердiң қарқынды өтуiне байланысты.

Топырақтағы судың түрлері. Топырақ ылғалы әртүрлi күйде болады. Олардың барлығы бiрдей өсiмдiкке сіңе бермейдi. Жалпы топырақ суларын төмендегі түрлерге бөлуге болады.

Химиялық байланыс күйіндегі су. Су көбiнесе әртүрлі минерал кристалдарымен байланысты болады. Бұл су заттың молекуласына гидроксил (ОН) ион тобымен кiредi. Мысалы, Fe2O3+ НО=2Ее (ОН)3. Ол топырақтан 400-800 0С градуста ажыратылады, сондықтан топырақтағы биологиялық процестерге тiкелей қатыса алады.

Гравитациялык су деп топырақтың түйірлерінің аралықтарын жайлап өз салмағымен (гравитация аралық) көбiнесе төмен қарай жылжитын суды айтамыз. Мұны өсiмдiктер оңай сіңіре алады. Дегенмен, оның ағысы қылтүтік судан гөрi шапшаңырақ болғандықтан, өсiмдiктердi ылғалмен қамтамасыз етуге тiкелей қатыспайды.

Қылтүтiк (капилляр) суы. Топырақ түйірлерінің iшiндегi су барлық бағытта қозғалады. Соның iшiнде, топырақтың төменгi қабатынан жоғары қарай түйiршiк қуыстарындағы сорғыштық (мениск) күштер арқылы ылғалданған жерден құрғаққа қарай жылжиды. Сондықтан бұл судың өсiмдiктер үшiн маңызы зор. Бұл суды өсiмдiктер оңай сіңіре алады.

Жарғақты су. Топырақтың қатты бөлшектерінің сыртын молекулалық тартылыс күшiмен, жарғақты қабат күйiнде қоршап тұрады. Ол молекулалық тартылыс күшінің көмегiмен қалың жарғақтанған күйiнен жұқа жарғағына қарай жылжиды. Топырақ түйiршiктерiне 6-10 мың атмосфералық күшпен байланысып тұрғандықтан, жарғақты суды өсiмдiктердiң тамырлары сіңіре алмайды. Бұл өсiмдіктерге сіңбейтін күйiндегi су болып табылады. Гигроскопиялық су – гигроскопиялық ылғал топырақ түйiршiктерiнің бетiнде молекулалық тарту күшiмен будан жиналған су, ол қозғалмайды, өсiмдiкке пайдасыз. Ауыр және қарашірікке бай топырақтарда гигроскопиялық су көп болады. Топырақтан оны ажырату үшін оны 105 градус ыстықта 5–6 сағат кептiредi.

Қатты ылғал. Мұз төмен температурада (0° төмен) пайда болады. Ал жарғақты сулар 78 градуста мұзға айналады.

Топырақтың су қасиеттерi мен ылғалдылығы. Топырақтың су қасиеттерiне су сыйымдылығы (топырақ өзінің құрамындағы судың белгiлi бiр мөлшерiн ұстап, сақтап тұруы) жатады. Топырақтың қабатындағы судың осы қасиеттерi түрлі физикалық күйiне және оның түрлерiне тығыз байланысты.

Топырақтың су сыйымдылық шегі – оның өз бойына белгiлi мөлшерде суды сіңіріп ұстай алатын қасиетi. Ұсталған (сақталған) су түрлеріне қарай топырақтың су түрлеріне бiрнеше түрлерiн ажыратады. Ең көп немесе толық су сыйымдылық деп топырақтың табиғи кеңістегі сумен толған жағдайын айтады. Ауылшаруашылық дақылдарының өсiп, өнiм бере алатын топырақ ылғалдылығының шегi егiстiктiң далалық толық су сыйымдылығының 50-ден 80 пайызға дейiнгi аралығында жатады. Дақылдардың әрбiр түрлерi мен сорттарына, алынатын өнiмнің мөлшерiне қарай топырақтың тиімді ылғалдылығы тәжiрибе арқылы белгiленедi. Мысалы, Орта Азияның сұр топырағында өсетiн мақта дақылының суға деген қажеттілігі гүлденгенге дейiнгi кезеңде топырақтың ылғалдылығы – 75 процент, гүлдеу және жемiс түзу кезеңінде – 60 процент болған жағдайда қанағаттандырылады.

Топырақтың барлық қуыстары жаңбыр суымен және көктемде қар суымен толады. Бұл өсiмдiкке зиян су топырақтағы барлық ауаны ығыстырады да, өсімдіктердiң тамырлары ауасыз тұншығады. Далалық су сыйымдылық шегі топырақтың табиғи құрылымында бос су өз салмағымен топырақ қабатына сiңiп кетедi. Осы жағдайда жерасты суы тереңде жатса, ал топырақ қабатындағы су буға айналмайтын болса, топырақ бойында ұсталып қалатын су мөлшерiн далалық су сыйымдылық шегi деп атайды. Капиллярлық су сыйымдылық шегi деп судың топырақ түйiршiктерiнiң iшiнде ұсталып қалатын қабiлетiн айтады. Капиллярлық су сыйымдылық шегi жерасты суының тереңдiк деңгейiне және жоғарыдан келетiн табиғи су мөлшерiне байланысты. Мұндай сулар капилляр түтiктерi арқылы жоғары көтерiледi және керiсiнше, жоғарыдан төмен қарай жылжиды. Соның нәтижесiнде өсімдіктердің әртүрлi тереңдікте орналасқан тамырларына, кезiнде олардың өсiп-дамуына елеулi әсер етедi. Сонымен капиллярлық суды өсімдіктер пайдаланып, оның мөлшерiн азайтады да, топырақта жарғақты су қалады. Бұл – су қорының шегi немесе топырақтың ең аз су сыйымдылық қасиеттi. Ауаның су буымен толық қанған кезiндегi, топырақта ұсталатын ең жоғары гигроскопиялық су мөлшерiн максималдық гигроскопиялық дейдi. Топырақ өзінің құрамындағы судың белгiлi бiр мөлшерiн ұстап тұра алады. Оның бұл қабiлетiн су ұстаушылық күшi деп атайды. Бұл күш топырақтағы коллоидтық бөлшектерінің гидратталуына байланысты. Судың бұл бөлiгi коллоидтың байланысқан су немесе гигроскопиялық су деп аталады. Мұны ылғалдың пайдасыз қоры деп атайды. Кейiнiрек ылғалдың пайдасыз қоры топырақтың екi еселенген максималдық гигроскопиялығына тең болатындығы анықталды. Топырақта өсiмдiктер қабылдай алмайтын белгiлi бiр мөлшерi бар кезде ақ олардың сола бастайтындығы байқалады. Бұл шама солу коэффициентi деп аталған. Бұл ұғым ылғалдың пайдасыз қоры ұғымына ұқсас.

Топырақ коллоидтары өздерi байланыстырып тұрған гидроскопиялық суды атмосфераға дейiнгi күшпен ұстап тұрады. Тамырдың сору күшi топырақтағы бұл суды соруға жеткiлiксiз.

Топырақтың су өткізгіші деп оның жоғарыдан төмен қарай су өткiзу қасиетін айтады. Ол топырақтың түйiртпектігiне, механикалық құрамына, органикалық қорына байланысты және мұның өзi сiңiру, ылғалдану мен өткiзу кезеңдерiнен құралады.

Суды жақсы өткiзгiш топырақтарға құм, құмай, ең аз су өткiзгiш топырақтарға балшықтар жатады. Топырақтың су өткiзгiш қабiлетi деп өзінің капиллярлары (түтiктерi) арқылы оның төменгi қабатынан жоғары қабатына су көтергiштiгiн айтады. Бұл қасиет топырақтың түйіртпектігіне, механикалық құрамына байланысты. Құмдар суды тез, бiрақ аз биіктікке көтерiледi (тәулiгiне 30-60 см-ге дейiн ғана), балшықтар керiсiнше, суды баяу сорып, биiкке (3-4 м дейiн) көтерiледi. Капиллярлы суды көтеру арқылы топырақ құрғақшылық аймақтарда өсімдіктерді өзінің төменгі қабатындағы сумен қамтамасыз етiп тұрады. Ал шөлдi аймақтарда жақын жататын ащы жер суларының буға айналуынан топырақ сортаңдана бастайды. Көптеген ауылшаруашылық дақылдары кұрғақ заттарды құрау үшiн судың орасан көп мөлшерiн жұмсайды. Мәселен, бидай өсiмдiгi, өзінің жер бетiндегi массасымен салыстырғанда тәулiк бойында шамамен, 1,3-1,5 есе артық суды жұмсайды және сіңірілген 90-95 пайыз құрғақ заттың пайда болуы үшiн (транспирация) жұмсалады. Өсімдіктерде бір грамм құрғақ заттардың пайда болуы үшiн жұмсалатын судың үлгiлiк мәнi бірнеше дақылдар үшiн мынадай: жоңышқа – 858, сұлы – 636, мал азықтық бұршақ –372, тары – 287 грамм. Бұл көресеткіштер өсімдік өсетiн топырақ-климат және басқа жағдайларға байланысты едәуiр ауытқып отырады. Өсімдіктер транспирация жолымен өте көп мөлшерде су жұмсайды. Өсiмдiк бойына сiңірген 1000 г судың небары 1-2 грамын ғана пайдаланады, судың 998 грамы өсiмдiк арқылы өзгермей өтедi. Топыраққа тыңайтқыштарды, әсiресе, фосфор тыңайтқышын еңгiзу, су, ауа режимiн ретке келтiруi арқылы және басқа шаралардың көмегiмен, өсімдіктердің қоректену жағдайын жақсарта отырып, 1 грамм құрғақ заттың пайда болуы үшін жұмсалатын су шамасын азайтуға болады. Алайда, құрғақ заттың пайда болуы үшiн жұмсалатын судың азайғанына қарамай, тыңайтылған жердің бiр гектарға жұмсалатын жалпы ылғалдың қоры ұлғаяды, өйткенi оның өнiмi өседi. Мұндай жағдайда ылғал мейлінше, тиімді пайдаланылады.

Өте баяу ыдырайтын топырақтағы органикалық зат – целлюлоза.  Оны микроорганизмдер тек 5%-ы ғана ыдырата алады.

Органикалық зат – топырақтың ажырамас бөлігі,топырақ түзілу және құнарлылық осы затқа тәуелді. Ол ұлпалық құрылысын жоғалтпаған органикалық қалдықтардан және табиғаты биохимиялық жаңа түзілімдер – қарашіріктерден құралады, олар спецификалық жоғарғы молекуляр азоттының органикалық қосындылардың комплексі болып табылады.

Топырақтағы органикалық заттар, тіршілігін тоқтатқан өсімдіктердің, жануарлардың, жәндіктердің қалдықтарынан құралады. Бір гектар қара топырақта жыл сайын 7 тонна, құрғақ ауалы ылғалдылықтағы,өсімдіктердің жер бетіндегі қалдықтары, 27 тоннаға жуық тамырлары жиналады. Ал шөп аймақтағы сұр топырақтардың бір гектарында 1 тонна өсімдіктердің жер бетіндегі қалдықтары, 15 тоннаға жуық тамырлары қалады. Орталық аймақта көп жылдық дақылдар орналасқан топырақтың 1 метрлік қабатында гектарына 15 тоннадай, ал бір жылдық дақылдардың астында 3-5 тоннадай тамыр жиналады. Өсімдік қалдықтары (жер бетіндегі және тамырлар) топырақтағы органикалық заттардың негізгі көзі болып табылады.

Топырақтың органикалық заты негізінен төрт элементтен тұрады. Олар: көміртегі, оттегі, сутегі және азот. Осы элементтердің қатысуымен төмендегідей күрделі органикалық қосылыстардың маңызды топтары құрылады:

1) көмірсулар (моно-, ди- және полисахаридтер). Өсімдік қалдықтарында негізінен полисахаридтер болады. Олардың ішінен көп таралғаны клетчатка, немесе целлюлоза (С₅Н₁₀О₅). Шөптік өсімдіктерде оның мөлшері 40%, ал ағашта 60%-ға жетеді. Клетчатка суда ерімейді, күшті қышқылдарды қыздырғанда гидролизденеді. Ол микроорганизмдермен ыдырауы мүмкін. Полисахаридтерге хитин жатады. Ол саңырауқұлақтар жамылғысының клеткаларының, шаян тәріздестердің және шіркейлердің қабыршықтарының құрамына кіреді;

2) лигнин-клетка қабырғаларына сіңетін жоғары молекулялары қосындылардың тобы. Өсімдік қалдықтарында оның мөлшері 30-40%-ға жетуі мүмкін;

3) азотты заттар-белоктар (ақуыздар) немесе протеиндер. Олар протоплазманың және өсімдік клеткаларының ядроларының негізгі бөлігі болып табылады. Шөптік өсімдіктерде белоктың мөлшері 10-14%-ға дейін жетеді. Белоктар суда ерімейді, сілтілерде колоидтық ерітінділерді құра алады. Күшті қышқылдардың әсерінен белоктар гидролизденеді және амин қышқылдарына ыдырайды. Азотты заттардың қатарына хлорофил және алколоидтар жатады.

4) майлар-өсімдік қалдықтарында бұлардың мөлшері үлкен емес, клетка ядросына және тұқым құрамына кіреді. Өсімдік қалдықтарында аз мөлшерде смололық заттар және тері илеуге қолданылатын заттар (дубильдік) кездеседі. Өсімдік қалдықтарында 5% жуық күлдік элементтер: Са,Мд,К,Р,S,Fe, AI, сонымен қатар микроэлементтер бар.

Топырақтың органикалық заты жеке кезеңдерде спецификалық қасиеттерге ие бола отырып, биологиялық және биохимиялық алмасулардың ұзақ жолын өтеді. Бұл алмасулар күрделі қосылыстардың қарапайым қосылыстарға ыдырау жолымен жүреді. Алмасулар, СО₂,Н₂О,NH₃ түзіліп, толық минерализациялануға дейін тоқтамайды. Ыдырау нәтижесінде органикалық қалдықтардың 1/10-1/3 бөлігіне жуығы жаңа тұрақты қосылыстар-қарашірікті құрады.

Топырақтағы органикалық қалдықтардың ыдырау жылдамдығы оның ылғалдану дәрежесіне және температураға байланысты. Ауалы-құрғақ өсімдік қалдықтары топырақта минерализацияланбайды десе де болады. Ылғал жетіспейтін жағдайларда физика-химиялық құбылыстар басым түседі. Бұл құбылыс қара топырақтарда көктемде және күзде байқалады. Өйткені осы мезгілдерде топырақ ылғалды болып, органикалық заттың ыдырауына ықпал етеді. Жазда топырақ кеуіп кетеді де, ыдырау бәсеңдейді. Топырақ ылғалдылығы өскен сайын органикалық заттардың ыдырауы жеделдейді, бірақ шексіз болмайды. Топырақ ылғалдылығы артқан сайын ондағы оттегінің мөлшері азая береді де, аэробтық процестер анаэробтыққа ауысады.

Аэробтық ыдырау кезінде минерализацияның соңғы өнімі CO₂ және H₂O құрылады. Анаэробтық ыдырау өнімдерінде тотықтанбаған және жеткілікті түрде тотықтанбаған заттар басым. Бұлар микроорганизмдердің тіршілігін бәсеңдетіп, ыдырауды тежейді. Органикалық заттардың ыдырауы басылып, майлардың, балауыз заттардың және смолалардың битумдануы ғана байқалады. Жартылай ыдыраған, жартылай торфты және торфты масса анаэробтық жағдайларда пайда болып, жиналады.

Азотсыз заттардың ыдырауы (ашу типі) майлы қышқылды, метанды, сутекті болып келетін бактериялардың әрекетінен басталады. Ағаштық денелердің құрамдас бөліктері мысалы лигнин, саңырауқұлақтармен бұзылып ыдырайды. Лигнинің шіріктік заттарға айналуы химиялық жолмен, тотықтық энзимдердің қатысуымен әрі қарай жалғастырылады. Қанттар бактериялармен бұзылып ыдырайды. Нәтижесінде органикалық қышқылдар түзіледі, CH₄ және Н, содан кейін, СО₂және Н₂О бөлініп шығады.

Азоттық қосылыстар және майлар бактериялармен, зеңденген саңырауқұлақтармен және актиномиценттермен ыдыратылады. Нәтижесінде глицерин және майлы қышқылдар құрылады. Смолалар, балауызды және дубильдік заттар өте жай ыдырайды. Себебі олар микробтардың әсеріне төзімді. Белок қарапайым қосылыстарға ыдырап, амин қышқылын және N₄H түзеді.

Олардың бір бөлігі автотрофты микробтармен толықтай минералданады да пайда болған күлдік заттар қайтадан жасыл өсімдіктермен сіңіріледі. Қалған бөлігін гететрофты микроорганизмдер пайдаланады. Нәтижесінде олардың денелерінде туынды белок, көмірсулар, майлар және басқа органикалық заттар түзіледі. Осындай жолмен көбейген гететрофты микробтар уақыт өте келе тіршілігін тоқтатады да денелерді ыдыратуға ұшырайды.

Органикалық қалдықтардың бір бөлігі гуминдік заттарға айналады. Гуминдік заттар – спецификалық, жоғарғы молекулярлы, күрделі, көбінесе күңгірт түсті болып келетін коллоидтық табиғаты бар органикалық қосылыстар. Өсімдік қалдықтарының гумустық қышқылға және оның тұздарына айналу процесі гумификация (қарашіріктену) деп аталады.

Гумустық заттар органикалық заттардың гумификация процесі кезінде өзара алмасу, өзгеруінің нәтижесінде төменгі үлгі бойынша құрылады (Кононова және басқалар,1960).

Ыдыраудың және микробтық синтез өнімінің бір бөлігі өзара әрекеттесе отырып күрделі, жоғарғы молекулярлық, спецификалық гумустық қышқылға айналады.

Топырақ гумусы 85-90% спецификалық гумустық заттардан және 10-15% спецификалық емес қосылыстардан: азоттық (белок, ферменттер, амин қышқылдары), көмірсулардан, дубильдік заттардан, смололардан, органикалық қышқылдардан тұрады. Гумустық заттар гуминдік қышқылдардан, фульвоқышқылдардан және гуминдендер құралады.

Гумин қышқылдары. Гумин қышқылдары–циклдік құрылысты, құрамында азот бар жоғарғы молекуляры қышқылдар. Олар суда және минералдық қышқылдарда ерімейді, бірақ сілтілерде ериді.

Гумин қышқылдарының құрамында 50-60% сутегі және 2-6% азот бар. Оның құрамы топырақ түріне қарай өзгеріп отырады. Мысалы, күлдік элементтері көп күлгін топырақтардағы гумин қышқылдарының құрамында қара топырақтардағы гумин қышқылдарының құрамына қарағанда, көміртегі аздау, бірақ сутегі артықтау келеді.

Топырақтағы гумин қышқылдары негізінен гель түрінде болады. Топырақтың минералдық бөлігімен әрекеттесе отырып, гумин қышқылдары гуматтарды түзеді. Гуматтар дегеніміз – сазды минералдардың бетіне сіңген күрделі органо-минералдық комплекс. Кальцийдің және магнийдің гуматтары суда ерімейді, топырақта гель түрінде байланысып бекиді. Бұл гуматтар топырақтың минерал түйіршіктерін желімдеп түйіртпектер құрып, суға төзімді құрылым құрылуына ықпал жасайды. Осы процестер қара топырақтарда, шымды-карбонатты топырақтарда айқын білінеді. Сортаңдау және сортаң топырақтарда сілтілердің гуматтары (натрийдің, калийдің, аммонийдің) түзіледі. Бұлар суда жақсы ериді, сондықтан топырақтың жоғарғы қабаттарынан оңай шайылады. Гуминді-темірлік және гуминді-алюминийлік комплекстер топырақта берік бекіп орнығады.

Фульвоқышқылдар. Фульвоқышқылдар да құрамында азоты бар жоғары молекулярлы органикалық қышқылдарға жатады. Олар элементарлық құрамына қарай гуминдерден көміртегінің аз мөлшерімен, оттегінің көбірек мөлшерімен айрықшаланады. Фульвоқышқылдар суда, қышқылдарда және сілтілерде де жақсы ериді. Ерітінділердің түсі концентрациясына байланысты сабан өңдес сарыдан қызғылт сарыға дейін құбылады. Судағы ерітіндісінің күшті қышқылдық реакциясы болады. Фульвоқышқылдар топырақтық минералдардың химиялық үгітілу процесін жеделдетеді. Олар гуминдерге қарағанда, белсендірек түрде топырақтың минералдық бөлігімен комплекстер құрады. Мұндай комплекстерді фульваттар деп атайды. Сілтілі және сілтілі-жерлік металдардың фульваттары жақсы ерімелі және жылжымалы келеді. Фульвоқышқылдардың темірмен және алюминиймен қосылыстарының ерігіштігі төмендеу болады. Фульваттардың ерігіштігі және жылжымалылығы топырақтағы органикалық және минералдық қосылыстардың азаюына әкеп соғады. Оны күлгін топырақтардың түзілуінен байқауға болады.

Топырақта түзіліп жиналатын гумустың мөлшері және сапасы топыраққа келіп түсетін органикалық заттарға, топырақтың химиялық қасиеттеріне, оның сулық, ауалық және жылу тәртібіне байланысты болады. Мысалы, ағаш қалдықтарынан аз мөлшерде сапасы нашар гумус түзіледі. Ал шөптік өсімдіктердің қалдықтарынан көп мөлшерде гумус түзіліп, топырақта жақсы бекіп жиналады.

Органикалық қалдықтардың ыдырауы жеткілікті ылғалдылықта, қолайлы температурада және жақсы ауа тәртібінде жеделдейді. Тіпті толықтай минералдануға дейін барады. Осының әсерінен топырақта гумус көп жиналмайды. Өсімдік қалдықтары ылғалы өте көп және төмен температура жағдайларында нашар ыдырайды да, торфтың жиналуы байқалады. Гумустың ең көп мөлшері топырақтың ылғалдылығы және оның температурасының қолайлы арақатынасы жағдайында түзіледі. Осындай жағдай мол өсімдік жамылғысы бар далалық аймақта байқалады. Бұл жерлерде гумусқа бай қара топырақтар түзілген. Осы аймақтан солтүстікке және оңтүстікке қарай топырақтағы гумустың мөлшері біртіндеп азая береді (18-кесте).
18-кесте

Әр түрлі топырақтағы гумустың мөлшері

(М. В. Тюриннің мәліметтері)

Алғашқы органикалық қалдықтарға қарағанда, гумус ұзағырақ ыдырайды. Органикалық қалдықтарда азоттың мөлшері көп болса, ыдырау жылдамырақ өтеді. Азоттың жетіспеушілігі байқалса, ыдырау процесі бәсеңдейді және ысырабы да көп болады, себебі микробтық синтез нашарлайды. Ыдыраудың жылдамдығы топырақтың ауа тәртібіне және ылғалдану дәрежесіне байланысты болады. Былайша айтқанда, аэробтың және анаэробтың процестердің арақатынасына тәуелді өтеді. Аэробтық ыдырау гумустың толық минералдануын қамтамасыз етуі мүмкін.

Гумус өсімдіктердің минералдық заттарды сіңіруін жақсартады, топырақтың борпылдақтығын, ылғал сиымдылығын, күн сәулесін сіңіруін арттырады. Гумус жеңіл топырақтардың біріккіштігін жақсартып, ауыр топырақтардың біріккіштігін төмендетеді. Ол топырақтың қолайлы ылғалдылықта болуына ықпал жасайды. Гумустық заттардың бір бөлігі полимеризацияланудың әсерінен тығыздалады және топырақта жиналады да өсімдіктер үшін қоректік элементтердің қорын құрады.

Топырақтағы гумустың мөлшері топырақ өңдеу жүйесіне, өсімдіктерге және микроорганизмдерге байланысты болады. Топырақтағы аэробтың және анаэробтық процестерді реттеп басқарып отырса, гумустың жиналуына жағдай жасалынады.

Топыраққа гумусты жинап қор жасау топырақтарды түбегейлі жақсартудың негізгі мәселелерінің бірі болып табылады. Гумус түзілудің негізгі заңдылықтарын біле отырып, егіншіліктің және топырақтанудың мәселелерін шешу бағытында топырақ құнарлығын реттеуге болады. Бірақ органикалық заттардың ыдырауына қолайлы жағдайлар жасаумен ғана шектелуге болмайды. Себебі гумус минералданып, топырақ ерітіндісімен бірге шайылып кетуі де мүмкін. Мұны болдырмау үшін гумусты топырақтың минералды саз тұнбалы коллоидты бөлігімен комплекс түзетіндей етіп біріктіру қажет.

Топырақтағы органикалық заттардың мөлшерін торф, компост, көң төгу арқылы көбейтуге болады. Төменгі батпақтардың торфымен бірге топыраққа табиғи гумус енгізіледі. Осының арқасында микроорганизмдердің тіршілік іс әрекетін күшейтетін топырақтың биогендігі артады. Минералдық тыңайтқыштарды енгізгенде де, гумификация процесі жақсарады.

Осы мәселені агрономиялық және жерге орналастыру тұрғысынан шешу, топырақ коллоидтарының қасиеттерін және топырақтың сіңіру қабілеттерін білу арқылы жүзеге асырылады.

Табиғаттағы заттар екі: кристалдық (анизотроптық) және кристалдық емес (аморфты) күйімен ерекшеленеді. Аморфты заттарды изотроптық заттар деп атайды. Анизотроптық күйдегі заттардың жарық, жылу өткізуі және басқа қасиеттері әр түрлі бағыттарда бірдей емес. Осындай заттарға ас тұзы, мыс купоросы, кварц, гипс, далалық шпаттар, слюдалар, т.б. жатады. Изотроптық күйдегі аморфты заттардың жоғарыда көрсетілген физикалық қасиеттері барлық бағыттарда бірдей. Мұндай заттарға жұмыртқа белогы, каучук, қойыртпақ, сілікпе, т.б. жатады. Бұларды коллоидтар бар.

Коллоидтар – дисперстік орта және осы ортада шашырап таралған коллоидты-дисперстік фазадан тұратын жүйелер. Орта, фаза, қатты, сұйық, газ тәріздес немесе осылардың әртүрлі мөлшерде араласқан күйінде болуы мүмкін. Коллоидтар өлшемдері әртүрлі түйіршіктерден құралса – полидисперстік жүйе, немесе салыстырмалы түрде алғанда, өлшемдері бірдей түйіршіктерден құралса–монодисперстік жүйе деп аталады. Екі фазаның бөліну аймағында кездесетін коллоидтық түйіршіктерде еркін беттік энергияның біраз қоры бар. Бұл сіңіру энергиясының құрылуына себепші болады. Оның шамасы үлестік беттің жалпы жиынтық мөлшеріне байланысты. Топырақ түйіршіктерінің жалпы бетінің ауданы (үлестік бет) олардың ұсақтану дәрежесі өскен сайын артады. Үлестік бет заттың дисперстігіне байланысты, оның өсуі түйіршіктердің ұсақтану дәрежесіне тура пропорционал түрде өтеді.

Топырақ коллоидтарының негізгі бөлігі гумустық түйіршіктерден және негізінен қалыңдығы 0,01-0,05 ммк пластина тәріздес кристалдық құрылысы бар саз түйіршіктерден құрылады. Бұл түйіршіктердің бетінің жалпы ауданы 15-100м²/г құрайды. Коллоидтарға броундық қозғалыс тән. Бұл қозғалыс – дисперсті ортаның қозғалыстағы молекулаларының коллоидты түйіршіктерге жасайтын соққыларының нәтижесінде судағы түйіршіктердің өздігінен пайда болатын үздіксіз, ретсіз орын ауыстырулары. Дисперстік фазаның ұсақ түйіршіктері, күштілігі әртүрлі сансыз соққылардың әсерінен қозғалысқа түседі. Олардың өлшемдері неғұрлым ұсақ болса, қозғалыс соғұрлым белсенді өтеді. Броундық қозғалыс дисперсті фазаның түйіршіктерінің қалқып шығуына немесе тұнбаға түсуіне жол бермейді. Коллоидтар ерімей жатып-ақ молекулалармен немесе беттік қабаттың иондарымен жанасатын ерітінділердің қосылыстарымен химиялық реакцияға түсе алады.

Электрлік бейтарап заттардың өзара әрекеттесуінен және оларға зарядталған иондардың қосылуынан коллоидтар иондардың зарядына сай зарядқа ие болады. Бірақ бір таңбалы зарядты иондардың белгілі мөлшері, заряды басқа таңбалы иондардың осындай мөлшерінсіз күнелте алмайды. Кез келген заттың ядросының айналасында иондардың екі: ішкі және сыртқы қабаты болады. Осы екі қабаттың қосындысы коллоидтық мицелланы құрайды.

Ядро және иондардың ішкі қабаты грануланы (түйіршікті) құрайды. Ол иондардың сыртқы қабатымен қосыла келе коллоидтық бөлшекті түзеді. Ішкі иондық сфера сыртқы қабаттың ядросының молекулаларының ұсақ түйіршіктерге ыдырауының нәтижесінде пайда болады. Бөлшектердің электрлік зарядына байланысты барлық коллоидтар ацидоидтер, базоидтер, амфолитоидтер деп бөлінеді.

Электролиттердің бейтараптандыру рөлінің әсерінен коллоидтық бөлшектер зарядтарын жоғалтады, бір-бірімен қосылып жылдам іріленеді, қоюланады, сөйтіп золь (ерітінді) күйінен гель (тұнба) күйге өтеді. Осы құбылысты коагуляция деп атайды. Коагуляция кезінде бірінші, екінші, үшінші реттегі бөлшектер құрылады. Олар серпімсіз соққылардың нәтижесінде бір-біріне қосылады да, іріленеді. Коагуляцияға қажетті электролиттің концентрациясы – коагуляция табалдырығы деп аталады.

Коагуляция кезінде коллоид, коагулятордың иондарының бір бөлігін ұстап алып қалады. Олар сумен жуылып шайылмайды. Оларды тек басқа электролиттің ерітіндісімен шаю арқылы бөліп алуға болады. Коагуляция қайтымды және қайтымсыз болуы мүмкін. Қайтымсыз коагуляция процесі – топырақтың цементтенуінің қуатты факторы. Қайтымды коагуляция кезінде коллоидтар еріткіштермен орнықсыз қосылыстар түзеді. Осы кезде коллоидтар еріткіштердің молекулаларын гель (тұнба) құрамында ұстап қалады. Коагуляцияға ұшыраған бөлшектер өздерінің зарядын қалпына келтіріп қайтадан золь (ерітінді) күйіне өтеді. Коагуляцияға кері процесс, бөлшектердің гель күйінен золь (ерітінді) күйіне өту құбылысын пептизация деп атайды. Бұл процесс гель жас және сумен жақсы қаныққан күйде болғанда оңай жүзеге асады. Пептизацияның бірінші басқышы – коллоидтардың ісінуі.

Топырақтағы көптеген физикалық-химиялық құбылыстар, негізінен, әртүрлі топырақ коллоидтарының қасиеттерінің білінуіне байланысты. Топырақта ең көп тараған коллоид SiO₂ минералдық жолмен пайда болған. Кремний қышқылы үгітілу және топырақ түзілу кезінде ерітіндіге өтеді. Содан кейін полимеризация процесінде мицеллалар пайда болады. SiO₂ коллоиды – кәдімгі ацидоид. Белоктық заттармен әрекеттесе отырып, ол күрделі белоктық-кремнийлік қосылыстар түзеді. Күшті дәрежеде суланған гидрофильді коллоид SiO₂ бір жарым тотықты коллоидтар үшін қорғаныш рөлін атқарады. Бірақ R₂O₃ мөлшері артық болса, ол өзінің теріс зарядын оң зарядқа ауыстыра алады. Теріс зарядталған минералдық коллоидтардан марганецтің қосылыстары белгілі. Кейде олар топырақтың иллювиальды қабатынан көп мөлшерде кездеседі. Осы қосылыстар Fe₂O₃ өзара тұнбаға түсіп, темірлі-марганецтік конкрецияларды береді.

Оң зарядталған минералдық коллоидтардан, бірінші ретте, бір жарым тотықтың гидраттарын атауға болады. Қышқыл ортада R₂O₃ коллоиды оң заряд, сілтілік ортада теріс заряд әкеледі. Оң зарядталған коллоидтар аниондарды сіңіреді, мысалы P₂O₅. R₂O₃ гидраты теріс зарядталған минералдық және органикалық коллоидтармен әрекеттесе отырып, күрделі комплекстік қосылыстар түзеді.

Топырақта минералдық коллоидтармен қатар органикалық және органо-минералдық коллоидтар бар. Соңғы коллоидтар – теріс зарядталған шіріген заттар.

Ионогендік қабатта гумустық қышқыл (COOH), ядроға бекіген COO және диффуздық қабаттағы Н⁺ ыдырайды. Органикалық және органо-минералдық коллоидтардың гидрофильдік қасиеттері бар. Осы қасиеттері арқылы олар сазды коллоидтарға үлкен орнықтылық беріп, олардың жоғарғы қабаттан иллювиальдық қабатқа қарай орын ауыстыруына себепші болады. Осылайша орын ауыстырған коллоидтар коагуляцияланып топырақта бекиді.

Топырақтың барлық коллоидтары, коллоидтық комплекстің құрамдас бөліктері, топырақтық сіңіру комплексі – сіңіру құбылысына себепші болатын топырақтың жоғары дисперсті бөлігі. Коллоидтық комплекс сазды, шіріген заттарға бай топырақтарда және қара топырақтарда мол болады да, құмды топырақтарда аз мөлшерде кездеседі.

Топырақтық сіңіру комплексі коллоидтық күйдегі қосылыстардың:

1) ұсақ уатылған минералдардың бөлшектері, олардың SiO₂, Al(OH)₃, Fe(OH)₃, MnO₂ алюмокремнийлік, ферроалюмокремнийлік қосылыстар және басқа минералдық коллоидтар түріндегі ыдырау өнімдері (комплекстің цеолиттік бөлігі);

2) органикалық қалдықтардың ыдырау өнімдері және синтезі-органикалық коллоидтар (комплекстің гуматтық бөлігі);

3) органо-минералдық коллоидтардың өзара коагуляциялануы нәтижесінде түзілген, органикалық және минералдық коллоидтар және комплекстердің өзара әрекеттесуінің өнімдері (комплекстің цеолитті-гуматтық бөлігі) сияқты қоспасынан тұрады.