Т. М. Блисов Топырақтану және геология негіздері

ББК 40.3 (26,3)

Б 63

Блисов Тілеубай Матайұлы, экология кафедрасының доценті, а.ш.-ғ.к.

Ахмет А.З., агрономия кафедрасының профессоры, а.ш.-ғ.к.

Жемпиисов Ш. С., агрономия кафедрасының профессоры, а.ш.-ғ.к.

Т.М.Блисов

Б 63

Әдістемелік нұсқауларда зертханалық жұмыстар және оларды орындау реті, бақылау сұрақтар және ұсынылған әдебиеттер тізімі келтірілген.

5В080100 - Агрономия мамандықтар бағытында оқитын студенттеріне арналған


ББК 40.3 (26,3)
Аграрлы-биологиялық факультетінің әдістемелік кеңесімен, ___ ___2012 ж. мақұлданған № хаттамасы
© Қостанай мемлекеттік университеті, 2012

Мазмұны

Кіріспе .................................................................................................................4

№1 Зертханалық жұмыс. Топырақты химиялық талдауға дайындау

және гигроскопиялық ылғал .............................................................................5

№2 Зертханалық жұмыс. Топырақтың ылғалдылығын анықтау................................................................................................................7

№3. Зертханалық жұмыс. Топырақтын механиқалық құрамы................................................................................................................10

№4 Зертханалық жұмыс. Топырақтың түйіртпегі..................................13

№5 Зертханалық жұмыс. Топырақтың сіңіру қабілеті...........................18

№6 Зертханалық жұмыс. Топырақтын реакциясы..................................21

№7 Зертханалық жұмыс. Топырақтың қатты фазасының тығыздығы..23

№8 Зертханалық жұмыс. Топырақ құрамындағы гумус мөлшерін анықтау...............................................................................................................25

№9 Зертханалық жұмыс. Топырақ құрамындағы тұздар мөлшерін анықтау...............................................................................................................32

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ...................................................................34

Кіріспе

Адам өмір сүретін табиғи ортада, яғни экосферада топырақтың алатын орны өте зор. Ғалымдардың есептеулері бойынша жер шары халықтарының пайдаланатын тамақ өнімдерінің 98% жердің кұнарлы қабаты арқылы жиналанатынын көрсетеді. Сонымен бірге топырақ құнарлығы арқылы өндіріске керек көптеген шикізат, осы топырақта әр түрлі өсімдіктер өсіру және өсімдіктерді азық ретінде пайдаланатын жануарлардың жүні, терісі ретінде өндіріледі.

Адамзат қоғамына қатынастылығына байланысты топырақ бір жағынан адам өмір сүретін табиғи орта, тіршілік кеңістігі болып саналса, екінші жағынан ол экономикалық негіз және негізгі өндіріс құралы.

Қазіргі заманғы козқарас бойынша топырақтану ілімі - өзіндік тарихи мәні бар ғылым, яғни оның басты зерттейтін бөлігі топырақ, онын пайда болуы, құрамы мен қасиеті, оның жер бетінде таралу зандылықтары мен құнарлығының қалыптасуы мен дамуы болып табылады.

Сонымен қатар бұл ғылым топырақты зерттеу мәселесі кезінде басқадай жаратылыстану ғылымдарымен байланысты, олардың әдістемелерін және жетістіктерін қолданып отырады.

Осыған орай топырақтану пәнін оқу барысында дәрісханалық жұмыстарға да көп мән беріледі, үйткені топырақтың негізгі қасиеттерін, олардың антропогендік өзгеруін зерттеу ең маңызды проблема болып саналады.

Әдістемелік нұсқаулардың ең негізгі мақсаты – студенттерді қажетті мәліметтерді алу үшін топырақтарды талдау әдістерімен таныстыру және жаттықтыру, зертханалық зерттеулерді жүргізу үшін теориялық және практикалық негіздерді жетік білдіру және практика жүзінде қолдана білуге үйрету.

Сонымен қатар әдістемелік нұсқауларда топырақтың физикалық, химиялық қасиеттерін түрлі әдістермен сипаттау және аналитикалық мәліметтерді өңдеу өдістері, оларды кесте арқылы және графикалық көрініс бойынша сипаттама беру түрлері қамтылған.

№1 Зертханалық жұмыс
Тақырыбы: Топырақты химиялық талдауға дайындау және гигроскопиялық ылғал

Тапсырма: Топырақты химиялық талдауға дайындау

Тапсырманы орындауға түсініктеме және жұмыс реті

Топырақ белгілі бір климат жағдайында қалыптасады, оның дамуы ауа-райына, өсімдіктер сипатына, топырақ қабатында өтетін түрлі биологияллық құбылыстарға байланысты.

Егіншілік саласында еңбек етіп жүрген әрбір маман топырақ құнарлылығын арттыруға басты назар аударғаны жөн. Ол үшін топырақтфың физикалық, химиялық, биологиялық және агрохимиялық қасиеттері мен ерекшеліктерін жете білу қажет. Сонда ғана топырақтың құнарлылығын арттырудың басты факторларын жете білетін болады.

Ал топырақты талдау үшін оның химиялық көрсеткіштерін анықтау әдістерін игеру керек.

Топырақты зертханалық зерттеуге дайындау өте жауапты жұмыс. Топырақ үлгісін химиялық талдау үшін дайындық жұмыстарын белгілі бір ретпен жүргізеді. Ең алдымен топырақ үлгілерін алады. Содан кейін осы үлгілерді топырақ зертханасына жеткізеді. Егістен немесе алқаптан дымқыл күйінде әкелінген үлгілерді дереу кептіреді. Ол үшін әрбір үлгіні бөлек қағазға жұқалап (1-2 см) жаяды, топырақ туралы деректер бар қағаз-этикетка оның астында болуы керек. Егер топырақтың ірі кесектері кездессе, оларды қолмен үгітіп, ұсақ түйіршіктерді, тастарды және басқа қоспаларды теріп алады. Топырақты жақсы желдетілетін бөлмеде үш-төрт күнге қалдырады. Мұнда үлгілерге күн сәулесі тікелей түспеуі керек.

Кептірілген топырақтың үштен бірін бөлек алады, ал қалғанын диірменде немесе фарфор келіде мұқият ұнтап, тесігі 1 мм електен өткізеді. Осыдан кейін құрғақ үлгіні картон қорапқа немесе қағаз пакетке салып, этикеткасын қораптың ішіне салады. Қорапқа тек үлгінің нөмерін жазады.

Үлгінің бастапқы үштен бір бөлігінен орташа сынама алып, одан гумус немесе қарашірік пен жалпы азотты анықтайды. Ол үшін топырақты таза қағазға төгіп, жұқалап жаяды да, 5-10 жерінен шөкімдеп алады. Оның массасы 25-50 г болуы тиіс. Гумус және азотты анықтауға арналған топырақ үлгісінен пинцетпен көзге көрінетін түйіршектер мен басқа да органикалық қоспаларды түгел теріп алады. Содан кейін топырақты фарфор келіде келсаппен түйіп, тесігінің диаметрі 0,25 мм електен өткізеді. Еленген топырақты қағаз пакетке төгіп, оған үлгі нөмерін жазады.

Топырақ үлгісін жылытылатын немесе жылытылмайтын қоймада сақтауға болады. Топырақ үлгісін химиялық зертханада сақтауға болмайды, үйткені онда аммиактың, сірке және тұз қышқылының буы кездеседі. Осы заттардың буы топыраққа тез сіңіп, оның өзіндік қасиетін өзгертеді.

Зертханада көптеген талдауларға арналған топырақты ауалы-құрғақтық жағдайға дейін құрғатады. Бұндай топырақтың құрамында ылғыйына аздаған ылғал мөлшері болады. Бұл ылғалды топырақ ауаның бу күйіндегі суын сіңіру арқылы алады, оны гигроскопиялық ылғал деп атайды. Ал топырақтың қатты түйірлерінің ауадан су буын ұстау қабілетін оның гигроскопиялылығы дейді.

Топырақ құрамындағы гигроскопиялық ылғалдың ең көп мөлшері ауа бу күйіндегі ылғалмен толық қаныққанда немесе салыстырмалы ылғалдылығы 100% тең болғанда байқалады. Бұл гигроскопиялық ылғал мөлшері максималды гигроскопиялық ылғал деп аталады.

Гигроскопиялық ылғалды анықтаудың қажеттілігі мынада: топырақты талдауға ауалы-құрғақтық жағдайда әкеледі, ал оның нәтижелерін абсолютті құрғақ күйге есептеледі. Ал ол үшін гигроскопиялық ылғалдың мөлшерін білу керек, осы тұрғыдан гигроскопиялық ылғалдың маңыздылығы бар. Сонымен қатар максималды гигроскопиялық ылғалды білген күнде топырақтағы пайдалы және тиімсіз ылғал қорын есептеуге болады.

Топырақ құрамындағы гигроскопиялық ылғал мөлшері ондағы гумус мөлшеріне, оның құрамына байланысты, сонымен қатар оның механикалық құрамын көрсететін қосымша көрсеткіші болып саналады. Мысалы, топырақ бөлшектерінің өзіндік немесе үлестік беті немесе балшықты бөлшектері үлкен болса, соғұрлым гигроскопиялық ылғал мөлшері де көп болады. Топырақ құрамында органоминералды кол­лоидтардың болуы да гигроскопиялық ылғал мөлшерін арттырады, үйткені олар ауаның буланған ылғалын өзіне сіңіреді.

Гигроскопиялық су – бұл топырақтың ауадан сіңірген және 100—105° температурада кептіргенде одан бөлінетін су мөлшері.

Сонан соң үлгісі салынған шыны бюксті қақпағы ашық күйінде 100—105° дейін қыздырылған кептіру шкафына немесе термостатқа орналастырады.

Термостат температурасын 105⁰ ұстайды да 5 сағат кептіреді. Кептіру кезінде термостатты ашып жаңадан топырақ үлгілерін қоюға болмайды.

Құрғату уақыты өткеннен соң бюкстерді термостаттан алады, қақпағын жауып суыту үшін эксикаторға көшіреді (арнаулы қысқаштармен).

Эксикаторды абайлап таразылар тұратын бөлмеге апарады да 20-30 мин-ке дейін суытады.

Сонан соң бюкстерді қақпағы жабылған күйде аналитикалық таразыда өлшейді де жоғалған салмағы бойынша гигроскопиялық ылғалдың мөлшерін есептейді.

Егер судың толық бөлінгенін білу керек болса бюкстерді қайтадан кептіреді , суытады, сонан соң қайта өлшейді.

Егер екінші өлшегенде салмақ мөлшері кемісе, топырақты қайтадан 1,5-3 сағатқа кептіреді. Бюкстердің салмағы алдынғысына тең немесе артық болса (кептіру кезінде органикалық заттардың тотығуы) кептіруді тоқтатады. Нақтылы салмағы болып алғашқы ең азы саналады.

Гигроскопиялық ылғалды анықтауды екі қайтарымда жүргізеді.

Гигроскопиялық ылғал мөлшерін мына теңдеу бойынша есептейді:

мұнда а – салмақ шығыны; г – құрғақ топырақ салмағы (100 - 105° кептірілген).

Мысалы: ауалы-құрғақты топырақ үлгісі – 1,5167 г. Топырақты кептіргеннен кейінгі салмағы немесе құрғақ үлгі салмағы – 1,4890 г. Салмақ шығыны – 0,0277 г. Гигроскопиялық ылғал мөлшері = 0,0277 х 100/1,4890= 1,86%.

Ауалы-құрғақ топырақтың талдау нәтижесін құрғақ топыраққа айналдыру коэффициентін мына теңдік бойынша есептейді:

К = 100+Н₂О/100 мұнда Н₂О – гигроскопиялық ылғал мөлшері.
Бақылау сұрақтары:

1 Топырақты зертханалық зерттеуге дайындау жұмысы және оның ретін айтып өтіңіз.

2 Гигроскопиялық ылғал дегеніміз не?

3 Максималды гигроскопиялық ылғал дегеніміз не?

4 Гигроскопиялық ылғалды анықтаудың қажеттілігі неде?

5 Гигроскопиялық ылғал мөлшерін анықтау теңдеун жазып беріңіз.

Су – топырақ құнарлығы мен екпе өсімдіктердің өнімділігінің ең негізгі факторы. Жоғарғы сатыдағы өсімдіктер өзіне қажетті суды топырақтан алады. Топырақтағы ылғал әртүрлі күйде болады, бірінде өсімдіктерге қолайлы, бірінде қолайсыз.

Топырақты ең негізгі су қасиеттері: су сиымдылығы, су өткізгіштігі, су көтеру қабілеті немесе капиллярлігі, булану қабілеті..

Су сиымдылығы – бұл топырақтың судың белгілі бір мөлшерін сіңіре ұстай алатын қабілеті. Ұсталған су түрлеріне қарай топырақтың келесі су сиымдылығын ажыратады: толық, капиллярлы, шекті далалық және максималды адсорбциялы.

Су сиымдылығының барлық түрлерінің мөлшері немесе шамасы топырақтың механикалық құрамына, құрылымына және гумус мөлшеріне байланысты: ол жеңіл топырақтардан ауыр топырақтарға, құрылымсыз топырақтардан құрылымды топырақтарға, шамалы гумустылардан жақсы гумусты топырақтарға қарай артады.

Төменгі немесе ең аз су сиымдылығы (НВ) топырақтың гранулометриялық құрамына, гумустылығына, құрылымдылығы мен жайластығына байланысты болады. Құмайтты және құмды топырақтарда НВ 5-20 %, құмбалшықты және балшықты немесе сазды топырақтарда 20-45 % шамасында деуге болады. НВ – топырақтың ең маңызды сипаттамасы, себебі ол өсімдіктерге қолайлы немесе игерімді топырақтың ұзақ уақыт ұстап тұра алатын су қорын көрсетеді. Топырақтың оптималды ылғалдылығы НВ 70-100 % шамасына сәйкесті (1 кесте).

Топырақ ылғалдылығының өсімдіктердің әртүрлі топтарына деген оптималды мөлшерлері

НВ шамасы мен топырақтың нақтылы ылғалдылығының айырмасын топырақтағы ылғал тапшылығы (дефицит) деп атайды және егіншілікте кеңінен қолданылады.

Топырақ құрғағанда капиллярдың сумен жаппай толуы үзіледі немесе тоқталады, осыған орай судың капилляр бойы көтерілуі тежеледі немесе тоқталады. Әрине, осыған орай өсімдіктерге қолайлы ылғал да азаяды. Топырақтағы бұндай ылғал мөлшерін капиллярлы үзілу ылғалдылығы (ВРК) деп атайды. ВРК топырақтың оптималды ылғалдылығының төменгі деңгейін сипаттайды. Топырақта су мөлшері ВРК төмен болғанда өсімдіктердің өсуі тежеледі және оның өнімділігі төмендейді. Топырақтағы ВРК мөлшері едәуір құбылады және шамамен НВ- дан 50-70 % деңгейінде болады.

Өсімдіктер жамылғысы астында топырақтың қолайлы ылғал мөлшерінің жоғарғы және төменгі деңгейі белгіленген. Жоғарғы шегі – бұл шекті далалық су сиымдылық, былайша айтқанда топырақ грунтында гравитациялық ылғалды қайта бөлу аяқталғаннан кейін, топырақта ұсталып тұратын су мөлшері. Бұндай мезгіл сорғытылатын немесе құрғатылатын топырақтарда жауыннан немесе суарудан кейін 2-3 күннен кейін басталады. Төменгі шегі – бұл өсімдіктің одан әрі өсіп-өнуі жалғаса алмайтын немесе сола бастайтын топырақтағы су мөлшері. Бұл өсімдік солатын ылғалдылық немесе солу коэффициенті (ВЗ ). Солу ылғалдылығы негізінен топырақтың механикалық құрамына және бір жағынан гумус мөлшеріне байланысты. Құмды топырақтарда оның мөлшері бірнеше ондық пайызда, құмайттыларда 1-3 %, құмбалшықтарда - 4-10, саздақтарда - 10-15 % және одан артық.

Солу коэффициенті әртүрлі өсімдіктерде топырақтың бір түрінде де бірдей емес, мысалы қара топырақтарда зығыр үшін ол 18 %, бидайға - 15,5%.

Топырақ ылғалдылығының әртүрлі формаларын және олардың өсімдіктерге қолайлығын, сонымен қатар өсімдіктердің топырақтың ылғалдануына қатысын білу негізінде су режимін реттеу шаруашылықты тиімді жүргізудің тиісті шарты болып саналады.

Топырақтың ылғалдылығы деп абсолютты құрғақ топырақ массасына қатысты пайызбен көрсетілген ондағы су мөлшерін атайды. Топырақтың ылғалдылығын білу оның жалпы және өсімдікке пайдалы ылғал қорын анықтау үшін қажетті, сонымен қатар топырақтағы ылғал мөлшерін білу оның су режимін реттеуге де мүмкіншілік жасайды.

Орындау реті:

1. Далалық жағдайда танаптың қажетті тереңдігінен топырақ бұрғысымен 10-15 г топырақ үлгісін алып алдын ала өлшенген стаканға салады.

2. Зертханада топырағы бар стакандарды дәлділігі 0,01г дейінгі техникалық таразыда өлшейді.

3. Стаканды қақпағы ашық күйінде кептіргіш шкафқа орналастырады да 105⁰С температурада 6 сағат ұстайды.

4. Құрғату уақыты өткеннен кейін стаканды қақпағын жауып эксикаторға көшіреді, суығанға дейін ұстайды.

5. Сонан кейін стаканды топырағымен өлшейді де тағыда 2 сағатқа қайтадан құрғатуға қояды, содан кейіе қайтадан өлшейді.

6. Топырақтағы ылғал мөлшерін төмендегі формуламен есептейді.

Х = (b – c) : (c – a) х 100,

мұнда, Х – топырақтағы ылғал мөлшері, % құрғақ топырақтың массасынан;

a – бос стаканның массасы, г;

b – топырағы бар стаканның құрғатуға дейінгі массасы, г;

с - топырағы бар стаканның құрғатқанан кейінгі массасы, г;

Алынған мәліметтерді келесі форма түрінде жұмыс дәптеріне жазу керек.

1 Топырақта судың қандай формалары бар?

2 Олардың қолайлығы немесе өсімдіктермен игерулігі қандай?

3 Топырақтың ылғалдылығы дегеніміз не?

4 Су сиымдылығы дегеніміз не?

5 Топырақтағы өсімдік солатын ылғалдылық мөлшері қандай деңгейлерді немсе шектерде өзгереді?

6 Өсімдіктерге деген суды маңыздылығы қандай?

7 Топырақтағы ылғал мөлшерін анықтау тәсілі неге негізделген?

8 Өсімдіктерге қандай ылғалдылық оптималды болады?

9 Топыраққа түсетін су көздері қандай?

10 Су сиымдылығының қандай түрлерін білесіз?
№3 Лабораториялық жұмыс

Тақырыбы: Топырақтын механиқалық құрамы

Тапсырма:

а) Топырақтын механикалық құрамымен танысу;

в) Далалық әдіспен топырақ үлгісіснін механикалық құрамын анықтау;

с) Топырақтын механикалық құрамынын маңызын анықтау;

Топырақтын құрамында әр өлшемдегі бөлшектер табылады. Бұл бөлшектерге механикалық элементтер дейміз. 0,01 мм – ден ірі болған механикалық элементтерінің жабысу қабілеттері болмаған үшін – физикалық құм деп аталады. Ал 0,01 мм – ден ұсақ болған элементтер жабысқақтық қабілеттері үшін - физикалық балшық деп аталады. Топырақтын механикалық элементтерінің жіктелуі 2 кестеде көрсетілген.

Топырақтын механикалық элементтерінің жіктелуі (Качинский Н.А. мәліметтерінен)

1 мм ірі болған механикалық элементтер – топырақ (скелет) қаңқасы деп аталады. Топырақтын механикалық құрамы деп онын құрамындағы физикалық балшық пен физикалық құм мөлшерінін арақатынасы. Бұл арақатынас арқылы топырақтар жіктеледі (3 кесте).

Түрлі механикалық құрамдағы топырақтардын ерекшеліктері де түрлі болады. Құмды топырақтар суды жақсы өткізеді, бірақ су ұстау қабілеті төмен болады. Көктемде құмды топырақтар тез жылиды, бұл себептен жылы топырақ деп те аталады. Құмды топырақтар жеңіл өнделеді бұл себептен – жеңіл топырақ деп те аталады. Құмды топырақтардын ауа режимі өте жақсы болады. Бірақ гумус мөлшері мен қоректік зат мөлшері төмен болғандан жоғары мөлшерде органикалық, минералдық тыңайтқыштарына талап көрсетеді.

3 Кесте

Балшықты топырақтардын қасиеттері қарама қарсы болады: Олар суық деп аталады – көктемде нашар жылитын болғандан, ауыр деп аталады - өнделуі ауыр болғандан. Балшықты топырақтар тығыз болғандан нашар су және ауа режиміне ие болады. Балшықты топырақтардын құрамында қоректік зат мөлшері мол болады, бірақ нашар физикалық қасиеттерінен мәдени дақылдармен бұл заттар сіңірілмейді.

Агрономиялық көзқарастан механикалық құрамы жақсы топырақ болып жеңіл және орташа құмбалшықтар саналады. Бұл топырақтардын су, физикалық, ауа және жылу қасиеттері оңтайлы көрсеткіштер ішінде болады.

Механикалық құрам – топырақтын маңызды агрономиялық сипаттамасы. Механикалық құрамы құнарлылық деңгейін де көрсетеді. Механикалық құрамынан топырақтын барлық физикалық қасиеттері тәуелді болады (тығыздық, қуыстылық, су сыйымдылық, су өткізгіштік, су көтеру қабілет, ауа және жылу режимдері ж.т.б.).