Т. М. Блисов Топырақ экологиясы Тәжірибелік жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

Су балансы – су режимінің санды кескіні. Су балансына судың белгілі бір аумақта берлігі бір уақыттағы барлық кіріс және шығын тармақтары кіреді. Су балансы әртүрлі топырақ-климат аймақтарында бірдей бола қоймайды. Су режимінің түрлері: шайылмалы, шайылмайтын, оқтын-оқтын шайылмалы және тершу түрі.

Топырақ жамылғысы су режимінің типіне байланысты өзен ағынының қалыптасуында қатысады. Бұл жерде топырақтың механикалық құрамы, гранулометриялық құрамы, топырақтың үстіңгі қабатында өсімдіктің бары немесе жоғы және т.б. үлкен рөлді атқарады. Сонымен қатар топырақтың су қасиеттері (су ұстау қабілеті, су өткізгіштігі және су көтеруші) көп жағдайда судық жылжу процесін, оны ағынын және булануын анықтайды. Құрлықтан теңіздер мен мұхиттарға ағып кететін жер беті ағындысы мен грунтты сулар өзендердің негізгі қоректендіру көздері болып саналады. Бірақ өзен суымен теңіздер мен мұхиттарға минералды ерітінділер де түседі.

Өзен суында шамамен 0,2-0,4 г/л минеральды қосылыстар бар. Өзен суында тұздардан басқа топырақтың үстіңгі қабатынан шайылған гумустық заттар мен минералдық түйірлер болады. Өзен суындағы қатты заттар түйірлерінің мөлшері 2-5-10 г/л жетеді. Бұл минералдық және органикалық заттар құрлықтағы мүжілу мен топырақ түзілу процесінің өнімдері болып саналады. Сонымен өзеннің химиясы топырақ жамылғысы химиясымен тікелей байланысты болады. Теңіздер, мұхиттар және олардың шөгінді қабаттарының химиялық құрамы өзен химиясымен және олар арқылы құрлықтың топырақтарымен байланысты.

Құрлық қазіргі дәуірде элювиалды жүйе болып саналады. Мұхит жалпы аккумулятивтік супержүйе. Континенттер (жер қабығы, топырақтар, организмдер) жердегі, топырақ астындағы, жер астындағы,және өте тереңдегі су ағындары арқылы мұхитқа коллоидтық және шындық ерітінділер, органикалық зат және механикалық шөгінділерді береді. Мұхит жылына биіктігі 10-16 км табаны 1 км^2,, құрамында 7-8% СаСО₃, 1-3% органикалық заттар және 3-5% еритін тұздары бар механикалық заттарды қабылдайды. Континенттер-мұхит-жоғарғы мантия-континенттер жүйесіндегі заттар айналымы мұхитты байытады немесе ауқаттандырады. Континенттерде мүжілу, топырақ түзілу және биометаболизм арқылы басқыншы қышқылдар және олардың тұздары генерацияланады да Әлемдік мұхитқа кетеді.

Мүжілу процестерінің миграциялық қабілеті қайта пайда болған химиялық қосылыстардың өзара әсер ету қабілетіне байланысты болады. Химиялық жағынан сылбыр және бірімен бірі әрекеттеспейтін компоненттер ерітінді де қала отырып және топырақ, грунттық немесе өзен суларымен жылжи отырып миграциялық қабілеті жоғары болады. Оларға жататындар: хлорлы натрий, күкіртқышқылды магний, күкірт және көмір қышқылды кальций және б., ал керісінше фосфор, калий, алюминий және темір қосылыстары еру қабілеті төмен өнімдерді құрайды.

Топырақтағы элементтердің және олардың қосылыстарының геохимиялық жылжымалығына органикалық заттардың әсері өте оразан зор. Әсіресе темір, марганец, алюминий, никель, кобальт және мыс тағдырларына және геохимиялық жылжымалығына гумустық қышқылдар, әсіресе фулбфоқышқылдар әсер етеді. Бұл элементтердің фульфаттары суда көбінесе еритін болады.

Мұхит бұл компоненттердің көп бөлігін құрлыққа және топыраққа биогендік, эол және су жолымен, мантия және таутүзілу арқылы қайтарады.

Химия дәуірінде гидросфераға мүжілу және топырақ түзілу табиғи өнімдері ғана емес, сонымын қатар адамның іс әрекетінен пайда болған жасанды өнімдер де түседі, олар гидросфераны ластайды. Су экожүйелерінің ластануы барлық тірі организмдерге, оның ішінде әсіресе адамға үлкен қауіп төндіреді.

Ластағыш заттардың әсер етуінен тұщы су экожүйелерінің қоректік пирамидасы мен биоценоздағы сигналдық байланыстарының бұзылуынан олардың тұрақтылығы төмендейді, микробиологиялық ластану, эвтрофикация және басқада өте залалды процестер байқала бастайды. Олар гидробионттардың өсу темпін және көбеуін төмендетеді, ал кей жағдайларда жойылуына әкеліп соғады. Қазіргі кезде әсіресе су қоймаларының эвтрофикациясы жақсы зерттелген.

Мұхитқа ылғыйына жаңа улы ластағыш заттар түсе бастайды, соның салдарынан эвтрофикация және мұхит жағалауларын микробиологиялық ластау проблемасы өте қауіпті жағдайларға айналды. Осыған орай теңіздік экожүйелерге деген антропогендік ауыртпалықтарды шектеу мәселелері жоғарғы деңгейде болуы керек.

Су экожүйелері химиялық токсиканттар арқылы антропогендік әсерлерге одан сайын душар болуда, себебі олар гидробионттарда жиналады, трофтық тізбек арқылы тіпті жоғарғы сатыдағы консументтердің, оның ішінде жер бетіндегі жануарлар, мысалы құстардың жойылуына жол береді.

Сонымен, гидросфераға деген антропогендік әсерлер биологиялық әралуандылықтың азаюына және су экожүйелері өнімінің төмендеуіне әкеліп соғады.

1 Топырақта судың қандай категориялары немесе түрлері бар?

2 Топырақтың су ұстағыш қабілеті дегеніміз не ?

3 Топырақта судың әртүрлі формаларының қозжғалысын немесе жылжуын түсіндіріңіз.

4 Грунттық сулардың динамикасы және балансы.

5 Топырақ су режимі және су балансы дегеніміз не?

3.1 Топырақ – литосфераның қорғаныс қабаты және даму факторы

3.2 Литосфераның үстіңгі бөлігінің биогеохимиялық түрленуі

3.3 Топырақтың литосфералық функцияларының антропогендік өзгеруі

Шыққан тегі континенталды шөгінді тау жыныстары үлкен немесе кіші деңгейде геологиялық дәуірге сәйкесті көнегі топырақ жамылғысы мен құрлықтың көнегі өсімдіктерінің өзіне деген тікелей әсерін байқаған болатын. Сонымен қатар теңіз типті шөгінді жыныстар да, әсіресе тайыз сулар аймақтарында, седиментация кезінде көне су астындағы топырақ түзілу процестер әсеріне шалдыққан. Бұл құрамында көп мөлшерде органикалық зат бар шөгінді тау жыныстарына қарайды, оның ішінде ең алдымен тас көмір, шым, отынды сланецтер, каолинді және монтмориллонитті балшықтар, темір мен алюминий қосылыстарының жиынтықтары (латериттер, бокситтер).

Сонымен, литосфера, атмосфера, гидросфера, биосфера және топырақ жамылғысы бірімен бірі үздіксіз қарым қатынаста болып тығыз байланысқан.

Осымен, топырақ жамылғысының біздің планетаның тіршілігіндегі рөлінің маңызды екенін көруге болады.

Топырақ жамылғысы және әсіресе құрлықтың гумустық қабықшасы жалпы планетарлық жинаушы және өсімдіктің фотосинтезі арқылы өткен энергияны бөлуші, сонымен қатар универсалды қалқасы болып саналады. Топырақ және оның гумусы биосферада осындай жолмен көміртегі, азот, фосфор, күкірт, калий, каль­цийді Әлемдік мұхитқа бағытталған геохимиялық ағыннан ұстайды. Топырақта күрделі биологиялық процестер жүреді, соңынан оның құрылымы және құнарлығы қалыптасады. Топырақтың деградациясы және гумусты жоғалтуы құнарлығын төмендетіп қоймай, сонымен қатар литосфераның динамикасына және құрамына әсер етеді. Топырақ-өсімдік жамылғысы литосфераны эрозиялық процестер байқалғанда бұзылудан қорғайды.
3.2 Қазіргі кезде организмдердің биогеохимиялық және топырақ түзілу рөлін толық сипаттау мүмкін емес. Бұл мәселені терең зерттеген В.И.Вернадский. Организмдердің биогеохимиялық деген функцияларын және олардың топырақ процестеріндегі ерекше рөлін айыра білу керек.

В.И.Вернадский биосферада басты түрлендіруші рөлді тірі зат іске асырады деген болатын, ол бес негізгі биосфералық функциялар мыналар:

1) газдық функциясы – бұл тірі организмдердің фотосинтез және тыныс алу арқылы биосфераның тұрақты газдық құрамын сүйемелдеу қабілеті ;

2) концентрациялық функциясы - бұл тірі организмдердің өзінің денесінде қоршаған ортаның белгілі бір элементтерін жинау қабілеті, осының арқасында биосфера шегінде элементтердің қайта бөлінуі болды және пайдалы қазбалар пайда болды;

3) тотығу және тотықсыздандыру функциясы – бұл тірі организмдердің биогеохимиялық реакция барысында элементтердің тотығу дәрежесін өзгерту, осыған орай табиғатта биосферадағы тіршіліктің әралуандылығын сүйемелдеу қабілеті;

4) деструктивтік функциясы – бұл тірі заттың өлі органикалық затты продуценттермен сіңірілетін биогендерге дейін ыдырату қабілеті, осыған орай биосферада заттардың айналымы жүреді және тіршілік қосмостан заттар түспей-ақ шексіз болады.

Топырақ-өсімдік жамылғысы литосфераның үстіңгі қабатына оразан зор әсер етеді. Мысалы, топырақ түзілу процесінің өнімдері литосфераның затымен өзара әрекеттесе отырып, ерімейтін қосылыстарды еритіндерге айналдырады, үстіңгі қабаты құрамының өзгеруіне мүмкіншілік жасайды.

Өсімдіктердің әртүрлі түрлері өзінің құрамы және қасиетмен айырмашылығы бар органикалық зат құрайды. Өсімдіктердің тамырлар жүйесі өздерінің бөлінділерімен түпкі тау жыныстарының қасиеттерін өзгертеді, оларды қопсытады, су- және ауа өкізгіштігін арттырады, әсіресе топырақтың үстіңгі қабаттарын. Шөпті өсімдіктердің оразан зор тамыршалары топырақтың үстіңгі қабатынан өтіп кетеді, құрылым түйірлерін құрайды, ал тамыр бөлінділері минералдарды ыдыратады және микроорганизмдерді дамытады. Органикалық заттар ыдырағанда жаңа органикалық заттар, қышқылдар, тұздар пайда болады, олар тау жыныстарымен әрекеттеседі. Өсімдік жамылғысы қоршаған ортаға жан-жақты әсер етеді, температура, ауа және топырақ ылғылдылығын өзгерте отырып атмосфералық жауын шашындарды ағыннан және топырақты шайылудан қорғайды.

Ең жоғарғы деңгейде агроэкожүйелердің топырақтары деградацияланады. Агроэкожүйелердің тұрақсыз күйде болуы фитоценоздың қарапайымдануы байланысты болады, себебі бұл жағдайда өзін реттеушілік қабілетімен, құрылым тұрақтылығы және өнімділігімен олар қамтамасыз етілмейді. Егер табиғи экожүйелердің биологиялық өнімділігі табиғи заңдардың әсер етуімен қамтамасыз етілсе, агроэкожүйелердегі алғашқы өнім шығымы адам сияқты субъективтік факторға, оның агрономиялық біліміне, техникаға, әлеуметті-экономиялық жағдайларға байланысты болады, сондықтан олар тұрақсыз.

1 Литосферамен байланысты топырақтың экологиялық функциялары.

2 Жер қабығының тіршілік етуінде абиотикалық сатысының биотикалықтан қандай айырмашылығы бар?

3 Биогеохимия ғылымы дегеніміз не?

4 Топырақ процестерінде тірі организмдермен атқарылатын қай биогеохимиялық функциялардың рөлі ерекше?


4 Тақырып Топырақтардың әртүрлі типтерінің түзілу экологиялық шарттары
Мақсаты: студенттерді топырақтың қалыптасу экологиялық жағдайларымен таныстыру.

Жоспар:

4.1 Табиғи-экологиялық жағдайлар және олардың топырақтың түзілуіне деген әсері

4.2 Топырақтардың таралу географиялық заңдылықтары

4.3 Топырақтарды жіктеу

Жасыл өсімдіктер күн сәулесінің энергиясы, көмір қышқылы, су және минералдық заттарды пайдалана және биологиялық айналымға қоректік элементтердің оразан зор мөлшерін қатыстыра отырып органикалық затты құрау қабілеті бар. Өсімдіктердің тіршілік ету процесінде жылына 20 млн. т органикалық зат түзіледі. Осы жағдайда олар атмосферадан 34 млрд. т көмір қышқылы, 26 млрд. т су, шамамен 0,4 млрд. т азот және 1,2 млрд. т басқа қоректік элементтерді пайдаланады. .

Топырақ түзілуде микроорганизмдердің де рөлі өсімдіктерден кем емес. Микроорганизмдер органикалық затты қарапайым тұздарға дейін ыдыратады, оларсыз қоректік элементтердің биологиялық айналымы жүре алмайды. Егер органикалық затта және топырақтарда микроорганизмдер болмаса, өлі өсімдік қалдықтар массасы бірсыпыра мөлшерде жиналар еді, ал қоректік элементтер органикалық затта қамалғанынан қолайлыз болады да өсімдік тіршілігі тоқтатылады. Микроорганизмдер әртүрлі ферменттер бөледі, оның арқасында топырақта көптеген реакциялар жүреді. Микроорганизмдер органикалық затты және минералдарды ыдырата отырып органо-минералды коллоидті қосылыстарды құрауда қатысады.

Органикалық затты ыдырататын микроорганизмдер үш үлкен топқа бөлінеді: аэробты бактериялар, анаэробты бактериялар және саңырауқұлақтар. Аэробты бактериялар – бұл оттегі болған жағдайда тіршілік ететін және көбейетін микроор­ганизмдер; оттегінің болмауы олардың өлуіне әкеліп соғады. Анаэробты бактериялар оттегінсіз дамыйды. Олар факультативті (оттегімен және оттегінсіз тіршілік етеді) және облигатты (оттегі болғанда олар құриды) немесе міндетті болып бөленеді. Саңырауқұлақтар – организмдердің байтақ топтары. Ең маңызды әсер ететіндер -актиномицеттер, олар клетчатканың лигнині мен топырақтың органикалық заттарын ыдыратуда және гумустың түзілуінде қатысады. Сонымен қатар көгертетін және басқада микроскопиялық саңырауқұлақтар үлкен рөлді атқарады.

Балдырлар – хлорофиллоносты микроорганизмдер, олар органикалық заттар , гумус және алғашқы топырақ түзілу процестерінде қатысады.

Қарапайымдар – бір клеткалы жануарлар (талшықтылар, тамыраяқтылар, инфузориялар), олар қозғалады, аэробты. Оларды топырақ бактерияларымен қоректенеді деп есептейді.

Микроорганизмдердің саны оразан зор, олардың топырақтың 25-сантиметрлік қабатынында салмағы 5—7 т/га. Олар топырақтың бар органикалық болсын, минералдық болсын қореттік эелементтерін босатады, олардың қатысуымен топырақтың үстіңгі қабатын қара түске бояйтын немесе сырлайтын және топырақтың минералдық бөлігіне әсер ететін ерекше қарашірік қышқылы синтезденеді.

Микроорганизмдер, жәндіктер, жаңбыр құрттары және сүтқоректілер органикалық заттарды екпінді ыдыратады, минерализациялайды және қоректік элементтердің биологиялық айналымын қамтамасыз етеді, оларсыз топырақ түзілу процесі жүрмейді

Ағашты өсімдік формациясы ағаштар, бұталар, жартылай бұталар жиынтығынан тұрады. Органикалық зат микроскопиялық саңырауқұлақтар, аэробты және анаэробты бактериялар арқылы ыдыратылады.

Шалғынды өсімдік формациясы шалғынды өсімдіктерден тұрады. Органикалық зат көп жағдайда анаэробты бактериялар арқылы ыдыратылады.

Дала өсімдік формациясы шөпті өсімдіктерден тұрады, оның ішінде едәуір бөлігі эфемерлерге жатады. Органикалық зат аэробты бактериялар арқылы ыдыратылады. Қазіргі кезде шалғынды және далалы өсімдіктер формациясы шөпті формация тобына біріктірілген.

Шөл өсімдік формациясы шөлдің сирек өсімдіктері, сонымен қатар микроорганизмдерінен тұрады. Мысалы, оның ішінде балдырлар, аэроб­ты және анаэробты бактериялар, саңырауқұлақтар арқылы минералдық заттардың тотығу кезіндегі энергияны пайдаланатын хемотрофты бактериялар.

Қына-мүкті формация негізінен қыналар мен мүктерден құрылады; органикалық зат саңырауқұлақтар мен бактериялар арқылы ыдыратылады. Органикалық заттың ыдыратылуы баяу жүреді.

Топырақтың салыстырмалы жасы деген ығымды В. Р. Вильямс (1949) енгізген, ол былай деген, территорияның абсолюттік жасы бірдей болғанда топырақтар әртүрлі даму сатысында болуы мүмкін: біреулері алғашқы сатыда, ал басқалары едәуір дамыған. Топырақтың салыстырмалы жасы табиғатта топырақ түзілуіне әсер ететін өсімдіктер, түпнегіз тау жыныстары, жер бедері және басқада жергілікті жағдайларға байланысты кең көрінеді.

Адамның шаруашылық іс әрекетінен заттардың биологиялық айналымы өзгереді, топырақ қосымша органикалық зат және қоректік элементтерді алады, жыртылатын қалың қабат қалыптасады және құнарлылығы жоғары мәдениетті топырақтар пайда болады. Дегенмен шаруашылықты дұрыс жүргізбеу барысында қолайсыз топырақ түзілу процестері байқалады. Олар: батпақтану, сортаңдану, органикалық заттың бұзылуы немесе күйреуі және қоректік элементтердің шығындануы.

Сонымен, топырақ түзілу процесі заттардың кіші биологиялық айналымы қалыптасқаннан басталады. Топырақ түзілу факторлары ықпалымен құрылған топырақ жаңа табиғи тарихи дене болып саналады. Бұл топырақтардың түпнегіз тау жыныстарынан айырмашылығы құрамында өсімдіктердің негізгі қоректік элементтер көзі болатын және топырақтың негізгі қасиеті – құнарлығын сипаттайтын органикалық зат болады.
4.2 Табиғатта топырақ негізгі топырақ түзілу факторларының біріккен әсерлерінен пайда болады және дамиды. Қопсыған түпнегіз тау жыныстарында топырақ түзілу факторларының бірлестігінен әртүрлі процестер жылдамдығы және бағыты жағынан, органикалық заттардың түсу, ыдырау және синтездену сипатына, су, ауа, жылу және қоректік режиміне қарай айырмашылығы бар топырақтар қалыптасады.

Табиғатта топырақ түзілу факторларының әртүрлі қарым қатынаста болған жағдайда әр жеке факторлардың әсері мезгіл мен кеңістікте өзгереді. Факторлар мезгіл немесе уақыт бойынша өзгергенде топырақтың эволюциясы болады: топырақ түзілу процестері өзгереді, топырақ бір күйден басқа күйге ауысады. Факторлар кеңістікте өзгергенде, мысалы құрлықта, олардың біріккен әсерлеріне сәйкесті топырақтың едәуір әр түрлілігі немесе әралуандылығы пайда болады.

Табиғатта топырақтардың көп түрлілігі шыққан тегіне, генезисіне немесе қалыптасуына, маңызды белгілері және қасиеттеріне қарай топтарға бөлінуі мүмкін. Бұндай бөлу топырақтардың жіктелуіне кіреді.

Топырақ-климат (топырақ-биоклиматтық) белдеуі топырақ түзілу факторлары мен жағдайлары ұқсастық жағынан біріктірілген ендік топырақ аймақтары мен таулы (вертикальды) топырақ провинцияларының жиынтығы болып саналады. Климаттың термикалық ерекшеліктеріне қарай полярлы, бореальды, суббореальды, субтропикалық және тропикалық топырақ- климаттық белдеулері деп бөлінеді, оларға ең алдымен топырақ түзілу режимімен ұқсас белгілі топырақтардың аймақтық типтері сәйкесті болады.

Топырақ-климат белдеулері (Глазовская бойынша) топырақ-климат областарына бөлінеді, олар атмосфералық жауын шашын режимі мен өсімдіктер типтері ұқсас топырақтармен сипатталады. Мысалы, ылғалды облыстар орманды тайгалы немесе тундралы өсімдіктер жамылғысымен (экстрагумидты және гумидты); өтпелі немесе аралық облыстар далалы ксерофитті-орманды және саванналы өсімдіктер жамылғысымен (субгумидты және субаридты); құрғақ областар шөлейтті және шөлді өсімдік жамылғысымен (аридты және эк­страаридты).

Топырақ-климаттық облыстарда топырақ жамылғысы аймақтық және интразональдық топырақ типтерінен тұрады, олар бір текті емес, сондықтан облыс ішінде бірнеше топырақ аймақтарына бөлінеді. Топырақ аймағы топырақтар үйлесімдерінің ареалы болып саналады, оның құрамына аймақтық және оларға үйлесімді интрозоналдық топырақтар кіреді.

Аймақтық топырақтардан басқа интразоналдық және азоналдық топырақтар көп таралған. Интразоналдық топырақтарға батпақты, сортаңданған және карбонатты тау жыныстарындағы топырақтар кіреді, олар барлық аймақтарда кедеседі. Олардың қалыптасуына белгілі интрозоналды факторларға (гидроморфтылық, сортаңдану және т.б.) қарағанда аймақтық жағдайлар шамалы әсер етеді. Азоналдық топырақтарға жас қалыптасып үлгермеген және аймақтық ерекшеліктерді енгермеген топырақтар жатады. Бұл жаңа аллювиидағы топырақтар, массивті-кристалдық тау жыныстары элювиидағы жас тасты топырақтар, қарапайым-ірі қыйыршықты және басқа литогенді т опырақтар.