Т. М. Блисов Топырақтану және геология негіздері

Топырақ ерітіңдісінде Н⁺ катионы өте аз мөлшерде табылады. Ал Н⁺ мол мөлшері топырақтын қатты бөлімінде табылады да ауыспалы қышқылдылықты құрастырады. Бұл себептен топырақтын суда және тұз ерітіңдісіңдегі (KCl) ерітілген үлгілері талданады. Тұз ерітіңдісі арқылы анықталған қышқылдылық ауыспалы қышқылдылық деп аталады:

[Топырақ] H⁺ + KCl <=> [Топырақ] K⁺ + HCl

K⁺

[Топырақ]Al⁺⁺⁺ + 3 KCl <=> [Топырақ] K⁺ + AlCl₃

K⁺

AlCl₃ + 3H₂O <=> Al (ОH)₃ + 3HCl

Ауыспалы қышқылдылық топыраққа тыңайтқыш қолданылған уақытта өте маңызды болады. Ауыспалы қышқылдылығы белгіленбеген топыраққа калий тыңайтқышы ретінде (КСl) қолданатын болсақ онын қышқылдылығын өз қолымызбен көтеріп аламыз.

Қышқыл топырақтарды жақсарту үшін әктас қолданылады:

Н⁺

[Топырақ] Н⁺ + Ca(HCO₃)₂ <=> [Топырақ]Cа²⁺ + 2 H₂CO₃;

Топырақтын сілтілігі топырақ құрамындағы сілтілі тұздар мен сілтілі металлдардын табылуымен анықталады. Топырақ сілтілігінін де екі түрі болады. Актуальді сілтілігі топырақ ерітіңдісіндегі сілтілі тұздардын болуымен сипатталады (Na₂CO₃ , NaHCO₃ ,CaHCO₃.). Потенциалді сілтілігі топырақтын сіңіру кешеніңде табылатын ауыспалы натрий катиондарынын мөлшерімен сипатталады. Топырақтын сілтілігі өсімдік үшін өте зиянды болып келеді. Себебі: сілтілі топырақтын осмостық қысымы жоғары болып өсімдіктін сумен қамтамасыз етілуі нашарлайды. Бұл топырақтарда белгілі өсімдіктер ғана өсе алады. Мысалы: сораң-солянка сілтілі, тұзды топырақтын индикаторы болып табылады. Қостанай облысында кебірлі және сортаң топырақтардын рН сілтілі болып келеді. Кебірлі топырақтарды химиялық жолмен жақсарту үшін гипс қолданылады.

Na⁺

[Топырақ] Na⁺ + CaSO₄ <=> [Топырақ] Ca²⁺ + Na₂SO₄

Ион алмасу процесстерімен топырақтын буферлілігі деп аталтын қасиеті байланысты болады. Топырақтын сіңіру кешені топырақ ерітіңдісінің концентрациясын реттеуші кешен болып табылады. Топырақтын өз рН өзгертілуіне қарсы тұру қабілеті – буферлілігі деп аталады. Топырақтын сіңіру сыйымдылығы жоғары, органикалық заты мол, сілтілермен қанығу дәрежесі жоғары болса онын буферлілігі де жоғары болады.

Әдістің принципі: Әдісте индикатордын түрлі ортамда боялу ерекшелігі қолданылады. Зерттелетін топырақ ерітіңдісінін түсі Алямовский аспабынын түсті шкаласымен салыстырылады.

Талдау жұмысын жүргізу тәртібі: Топырақтын актуальді қышқылдылығын анықтау үшін 20 г топырақ үлгісі 100 мл колбаға салынып үстіне 50 мл таза су құйылып араластырылады. Топырақтын көрінбейтін қышқылдылығын анықтау үшін 20 г топырақ үлгісі 50 мл 1 Н KCl ерітіңдісі мен араластырылады. Екі колбада 5 мин шайқалады. Сонан кейін фильтрден өткізіледі. Фильтраттан 5 мл үлгі пробиркаға алынып үстіне 0,3 мл Гроак индикаторы (универсалды индикатор) қосылады. Біраз шайқалып пробирканын түсі Алямовский аспабынын түсті шкаласымен салыстырылады. Топырақтың рН осы түске байланысты болады.

Жұмыстың сонында топырақ үлгісінің белсенді және ауыспалы қышқылдылығы туралы қорытынды жасалады.

1. 
   Топырақ реакциясы деп не аталады?
   
2. 
   Топырақ қышқылдылығы деп не аталады?
   
3. 
   Топырақ сілтілігі деп не аталады?
   
4. 
   Топырақ буферлілігі деп не аталады?
   
5. 
   Топырақ қышқылдылығынын түрлері.
   
6. 
   Ауыл шаруашылық дақылдарынын талап ететін рН көрсеткіштері.
   
7. 
   Топырақ рН өзгерту әдістері.
   

№7 Лабораториялық жұмыс

а) Топырақтың қатты фазасы тығыздығымен (үлестік салмағымен) танысу;

б) Топырақтын қатты фазасынын тығыздығына әсерлі факторларды табу;

Құралдар: Пикнометр, топырақ үлгілері, таразы, дистилденген су, термометр;

Топырақ физикалық дене ретінде үш фазадан құрамалы болады: қатты, сұйық және газ тәрізді. Қатты фазасының құрамында минералдық және органикалық қосылыстар табылады. Сұйық фазасын су мен суда еріген тұздар құрайды. Газ тәрізді фазасы топырақ ауасынан тұрады.

Топырақтың қатты фазасының тығыздығы деп (үлестік салмағы) құрғақ топырақтын қатты фазасының соған тең көлемдегі судын салмағына қатынасын атайды. Былайша айтқанда топырақтың үлестік салмағы бұл құрғақ топырақтың 1 см³ көлемдегі қатты фазасының граммен өлшенген салмағы. Бұл көрсеткіш формулаларда d әріпімен белгіленеді. Топырақтың үлестік салмағы біріншіден топырақ құрамындағы минералдарға, ал екіншіден органикалық затар мөлшеріне байланысты болады.

Орташа есеппен бұл көрсеткіш әртүрлі топырақтарда 2,5 - 2,65 г/см³ арасында өзгереді және жоғарыда көрсетілген факторларға қарай өзгереді.

Топырақ құрамында неғұрлым гумус мөлшері мол болатын болса, соғұрлым оның үлестік салмағы төмен болады. Мысалы, 10 % гумусы бар қара топырақтын үлестік салмағы - 2,4 г/см³ болатын болса, 2,5 % гумусы бар шымды – күлгін топырақта бұл көрсеткіші – 2,6 г/см³ болып табылады. Шымтезектің-торф үлестік салмағы 1,4 – 1,7 г/см³ арасында болады. Кейбір қаңқалы-скелетные топырақтарда бұл көрсеткіші 3,0 г/см³ дейін барады.

Топырақтын үлестік салмағы арқылы оның қуыстылығын және ондағы минералдық және органикалық бөліктердің арақатынасын анықтауға болады. Сонымен қатар минералдардың петрографикалық құрамын болжауға болады.

Топырақтың үлестік салмағы пикнометрлік әдіспен анықталады. Оны есептеу үшін топырақтың қатты бөлімінің салмағы мен көлемін білу керек. Пикнометрлік әдісте топырақтың көлемі алынған топырақ үлгісімен ығыстырылған су мөлшерімен анықталады.

Орындау реті:

Колбаға 250 мл су құйылып 30 минут ауаны шығару үшін қайнатылып суытылады. 100 мл пикнометрге осы судан белгіге дейін толтырылып температурасы мен салмағы өлшенеді (В). 1 мм електен өткізілген топырақ үлгісінен 9-10 грамм топырақ алынады (А). Пикнометрден ½ көбірек су төгіліп үстіне топырақ үлгісі салынады. Топырақтын өлшенген ыдысынын салмағы белгіленеді (топырақтын таза салмағын табу үшін). Топырақ салынған пикнометр 30 минут қайнатылады, су таусылған сайын толтырылып отырады. Белгілі уақыт өткеннен кейін пикнометр суытылады, белгіге дейін су толтырылып салмағы өлшенеді (С). Судын алғашқы температурасы мен топырақпен қайнатылған судын температурасы тен болу керек. Топырақтын қатты фазасынын тығыздығы келесі формула арқылы есептеледі:

1. 
   Топырақтын қатты фазасынын тығыздығы басқаша қалай аталады?
   
2. 
   Топырақтын қатты фазасынын тығыздығынын өзгеретін шектері.
   
3. 
   Қандай топырақтын бұл көрсеткіші төмен болады?
   
4. 
   Топырақтын қатты фазасынын тығыздығына әсерлі факторларды атаңыз.
   

№8 Лабораториялық жұмыс

Түрлі топырақта гумус мөлшері түрлеше болады. Кейбір топырақта оның мөлшері топырақ массасының жүзден бір бөлігіндей болса, екінші біреулерде оннан бір бөлігіндей болады. Мысалы, шөлді аймақ топырағында гумус 0,5-1,0%, шалғынды-далалы қара топырақты аймақта оның мөлшері 10% дейін жетеді.

Топырақ гумусының қоректік маңызы бар. Ол негізінен көміртегі, сутегі, лигнин, белокты заттар, май және смоладан тұрады. Сонымен қатар оның құрамында өсімдіктерге қажет негізгі қоректік элемент азот, фосфор, күкірт және басқалары бар. Топырақтағы микробиологиялық процестердің нәтижесінде гумус құрамындағы бұл элементтер босайды да, онымен өсімдіктер қоректенеді.

Гумус топырақтың физикалық қасиетін де жақсартады.

Топырақтағы гумустың көбеюіне органикалық тыңайтқыштарды қолдану, көп жылдық шөптер егу шешуші рөл атқарады.
Жалпы гумус мөлшеріне қарай топырақты былай топтастырады:
Қамтамасыз ету дәрежесі Гумус мөлшері, %

Өте төмен <2,0

Төмен 2,1-4,0

Орташа 4,1-6,0

Көтеріңкі 6,1-8,0

Жоғары 8,1-10,0

Өте жоғары >10

Топырақтағы гумусты анықтау үшін әртүрлі әдістерді қолданады, оның ішінде ең негізгісі И.В.Тюрин әдісі болып саналады.

2К₂Сг₂0₇ + 8Н₂S0₄ + ЗС = 2К₂S0₄ + 2Сг₂(S0₄)₃ + 8Н₂0 + ЗС0₂.

Хром қышқыл калийдің артық мөлшерін Мор тұзының ерітіндісімен титрлейді:

6ҒеS0₄(NH₄)₂S0₄ + К₂Сг₂0₇ + 7Н₂S0₄ - Сг₂(S0₄)₃ -I- ЗҒе₂(S0₄)₃ + +6(МН₄)₂S0₄ + К₂SО₄ + 7Н₂0.

Шыны сауытты кіші воронкамен жауып, электр плиткасының үстіне орналастырады. Шыны сауыт ішіндегі қоспа қайнай бастағанда уақыт белгілеп, бір қалыпты жағдайда 5 минөт қайнатады. Ішіндегі қоспа ерітінді тасып кетпеу үшін, шыны сауытты қарап түру керек. Өйткені ұзақ немесе қатты қайнатуға болмайды. Себебі ерітінді қайнаған жағдайда күкірт қышқылы хром қышқылын ыдыратады. 5 минөт өткен соң шыны сауытты электр плиткасынан алып суыту керек. Басқа шыны сауытқа ұнтақталған 0,2 г пемза салып, үстіне 10 мл калий бихроматының күкірт қышқылында дайындалған ерітіндісін қосып, плиткага орналастырып 5 минөт қайнатады. Оны да суытады. Ішінде топырағы бар шыны сауыттағы ерітіндіні дистилденген сумен бірнеше рет шайып сиымдылығы 250 мл шыны сауытқа көшіреді. Пемза салынған шыны сауытты да дистилденген сумен шайып, оны да сиымдылығы 250 мл баска шыны сауытқа ауыстырады. Осы шыны сауыттардағы ерітінділердің жалпы көлемі 100-150 мл болу керек, түсі қызғылт-сары немесе жасыл-сары болуы тиіс.

Бұл ерітінділерге 8 тамшы фенилантранил қосады да 0,1 н Мор тұзының ерітіндісімен жасыл түске енгенше титрлейді.

Топырақ қүрамындағы қара шірік немесе гумус мөлшерін төмендегі формуламен есептейді:

(а-б)-0,0052 • 100

Х= --------------------------

Н

Мұнда, X - топырақ қүрамындағы қара шірік мөлшері, %;

б - топырақ үлгісіндегі қара шірік тотықтырғаннан кейін қалған калий бихроматын титрлеуге жүмсалған 0,1 н Мор түзы ерітіндісінің көлемі, мл;

н - талдауға алынған топырақ массасы, г;

0,0052 - 1 мл 0,1 н Мор түзы ерітіндісіне сәйкестендірілген қара шірік мөлшерін білдіретін коэффициент.

100 - процентке ауыстыру коэффициенті.

Жалпы талдау кезінде төменгі берілген мәліметтерге ерекше көңіл бөлу керек.

I. Қима бойындағы гумус мөлшері мен оның өзгеру сипаты. Топырақтың түрлі типтеріне жоғарғы горизонттағы гумус мөлшерінің әртүрлілігі, сонымен қатар тереңдеген сайын мөлшерінің азаюының түрлі жылдамдығы тән. Жоғарғы горизонттағы гумус мөлшері 1-2 %-тен (сұр топырақ, күлгін топырақ) 12-14 %-ке дейін (қара топырақ) өзгеріп отырады. Тек торфты горизонттарда (батпақталған және батпақты топырақтарда) және орман тәсенішінің горизонттарында органикалық зат мөлшері бірнеше ондаған пайызға жетеді. Гумус топырақ бойынша бөлінуінде гумустық қимасының 3 типі кездеседі.

1. Гумус мөлшері тереңдеген сайын азаяды. Гумус қимасының бұл типі шөптесінді есімдіктер тамырларының жылда топырак қабатында терең таралуы тән. Бұларға қара топырақ, қара коңыр топырақ, сұр топырақ жатады (2 сурет).

2. Гумустың негізгі қоры жоғарғы горизонтта шоғырланған және тереңдеген сайын күрт өзгереді. Гумустың мұндай бөлінуі гумификация процесі жүретін топырақ беті мен беткі горизонттарында органикалық қалдықтардың басым шоғырлануының белгісі. Мұндай гумустық типтің мысалы - күлгін топырақ (2 сурет).

3. Қима бойынша гумус мөлшерінің күрт азаюы кезінде, терендікте оның мөлшерінің едәуір үлғаюы байқалады. Қиманың орта және төменгі болігінде гумус мөлшерінің үлғаюы қиманың жоғарғы бөлігінен шайылатын гумустық-иллювийпі горизонтының еритін формаларының әсерінен сол гумустық-иллювийлі горизонттың қальштасуы. Гумустық киманың бұл типі күлгін гумустық-иллювийлі топырактардың, кейбір түзданған сортаңдарға тән (2 сурет).

Гумустың сапалык құрамын сипаттай алу үшін топтық талдаудың кей мәліметтері қажет; С:N қатынасы гумустық құрам туралы ұғым береді. Бұл қатынасты есептеу үшін гумус молшері бойынша С мөлшерін анықтау қажет (гумус құрамындағы С орташа молшері 58 %). Орташа алсақ С: N қатынасы топырактарда 10-ға тең, 5-20 арасында тербеледі. С: N қатыңасы аз болған сайын гумус азотқа барынша бай және оның қоректік құндылығы соғұрлым жоғары.
Реактивтер

1. Калий бихроматының күкірт қышқылындағы ерітіндісі (20 г калий бихроматын 300-400 мл дистилденген жылытылган суда ерітіп, денгейін дистилденген сумен 500 мл жеткізеді. Осы шыны сауыттағы ерітіндіні сиымдылығы 2 л ыстыққа төзімді шыны сауытқа құяды да оған 500 мл концентрлі күкірт қышқылын қосады).

2. Мор тұзының 0,1 н ерітіндісі (40 г Мор тұзын 20 мл концентрлі күкірт қышқылы қосылған 500-700 мл дистилденген суда ерітеді. Тұз толық еріген соң дистилденген сумен көлемін 1 литрге жеткізеді).

3. Фенилантранил (0,2 г фенолантранилді 100 мл 0,2 проценттік Na₂С0₃ ерітіндісінде езеді).

1 Гумус немесе қарашірік дегеніміз не?

2 Гумустың түзілуіне қандай факторлар әсер етеді?

3 Гумустың қоректік маңыздылығы нелерге байланысты?

4 Топырақта гумус мөлшерінің көбеюіне нелер шешуші рөл атқарады?

5 Топырақта гумус мөлшерін кімнің әдісімен анықтайды және ол неге негізделген?

Карбонатты оңтүстік қара топырақтарының химиялық және физико-химиялық қасиеттері

12 Кесте

13 Кесте

Тұздалған топырақтар деп құрамында суда еритін тұздар мөлшері 0,2%-дан артқан мөлшерін айтады. Тұздалған топырақтарда көбінесе кездесетін тұздар: NaCl, Na₂ SO₄ , NaHCO₃, Na₂ CO₃, CaSO₄ CaCl₂ , MgSO₄ , MgCl₂.

Суда еритін тұздар мөлшері көптеген топырақтарда пайыздың жүз-ден он бөлігіне дейін табылады. Тұзды топырақтарда (мысалы, сортаңдарда) оның мөлшері бірнеше пайызға дейін жетуі мүмкін.

Топырақтың тұздалу мөлшерін анықтағанда оның судағы ерітінді сүзісіндісінде кептіргенде қалатын құрғақ (тығыз) қалдығын немесе суда еритін заттардың жалпы қосындысын, аниондар мен катиондар құрамын анықтайды.

Қысқартылған талдау кезінде құрғақ қалдығын және кальций, магний катиондары мен HCO₃^-, Cl ^–, SO₄ ^2- аниондарын анықтаумен тынады.
Орындау реті. Топырақтың судағы ерітіндісі сүзіндісін дайындау:

1 Технохимиялық таразыда ауада кептірілген, тесіктері 1 мм електен өткен топырақтың 100 г өлшейді де 500 мл колбаға салады және 500 мл дистилденген су құяды (суда СО₂ болмауы керек).

2 Колбаны тығынмен жабады, 3 мин араластырады және сүзіндіні қатты қағаздан жасалған фильтден (қатпарлы фильтр ) өткізеді.

Сүзінді-фильтрат мөлдір-ашық болуы керек, ол үшін алғашқыларды қайтадан фильтрге құяды және жалпы сүзіндіні топырағымен бірге құю керек, сонда ашық фильтрат алуға болады.

3 Сүзу (фильтрлеу) процесін аяқтағаннан кейін фильтрат буланбау және әртүрлі газдармен ластанбау үшін колбаны тығынмен жабады.
Құрғақ қалдықты анықтау:

4 Пипеткамен 50 мл су ерітіндісі сүзіндісін алады да алдын-ала аналитикалық таразыда өлшенген және кептірілген фарфорлы ыдысқа құйып құрғағанға дейін су моншасында кептіреді.

5 Кептіргеннен кейін ыдысты қайтадан 105⁰С температурада кептіргіш шкафта 3 сағат кептіреді.

6 Эксикаторда суытылған ыдысты құрғақ қалдықпен аналитикалық таразыда өлшейді.

7 Құрғақ қалдықты мына формула арқылы есептейді: А= а х 10, мұнда, А-құрғақ қалдық, %; а-құрғақ қалдықтың 50 мл су ерітіндісі сүзіндісіндегі салмағы, г; 10- топырақтың 100 г-на айналдыру коэффициенті.
Бақылау сұрақтары:

1 Тұздалған топырақтар дегеніміз не?

2 Тұздалған топырақтарда қандай тұздар кездеседі?

3 Құрғақ қалдық дегеніміз не және ол арқылы нені білуге болады?

2. 
   Почвоведение с основами геологии. Под ред. В.П.Ковриго. – М.: КолосС, 2008. - 439 с.
   
3. 
   Топырақтар географиясы. Жалпы редакциясын басқараған Т.Т.Тазабеков. – Алматы, Агроуниверситет, 2000. - 180б.
   
4. 
   Практикум по почвоведению. Под ред. Кауричева И.С. - М.: Агропромиздат, 1986.-336 с.
   

6 Маланьин А.Н., Чехова Т.И. Морфология почв, Костанай: КГУ им. А.Байтурсынова, 2002. – 19с.

7 Блисов Т.М.,0 Наумов Н.С. Топырақтар экологиясы, Қостанай: А.Байтурсынов атындағы ҚМУ, 2008. – 88б.

8 Мақаш К.К., Науменко А.А. Топырақ географиясы мен топырақтану негіздері: Оқу-әдістемелік құралы. – Алматы: Қазақ университеті, 2005. – 38б.

9 Бигалиев А., Жамалбеков Е., Білдебаева Р. Қазақ топырағы және оның экологиясы(Оқу құралы). – Алматы, Санат, 1995. – 128б.

10 Елешев Р., Смағұлов Т., Басибеков Б., Балғабаев Ә. Агрохимия практикумы. - Алматы: Кенже пресс, 1995. – 270б.