Опырақтың сіңіру қасиеті.

Топырақ қопсыған кеуекті дене болғандықтан, оның түйірлерінің арасында әр уақытта бос кеңістіктер болады. Топырақтың сіңіру қасиеттерін қалыптасуда шешуші рөл атқаратын топырақ құраымндағы ең майда ұнтақталған, көлемі 0,0001 мм-ден төмен коллоидты бөлшектер. Бұл бөлшектер топырақтың әр түрлі органикалық және минералдық қосылыстарынан тұрады.

Топырақтың сіңіру қасиеті деп, оның топырақ ішіндегі ерітінділерінің кейбір қосылыстарды, майда ұнтақталған минералдарды және органикалық қосылыстарды, микроорганизмдерді 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. Әіресе, өсімдіктердің қоректік элементтерінің жиналуы топырақтың сіңіру қасиетімен тығыз байланысты. Осы қасиеті арқылы топырақта өсімдіктерге керекті элементтер жиналады. Бұл салада көп еңбек еткен орыстың ірі ғалымдары К.К.Гедройц, Д.И.Прянишников, А.И.Соколовский, И.Н.Антипов-Каратаев, В.А.Чернов, И.И.Горбуннов т.б.

Әр түрлі 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 оның сіңіру қасиеті де мол, ал топырақта қара шірінді аз, құрамы жеңіл құм немесе құмдық болса, оның сіңіру мүмкіндігі де шамлы болады.

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

В.Оствальдің тұжырымы бойынша каллоидтердің пайда болуының екі жолы бар: 1) бөліну арқылы, яғни топырақтың бөлініп жатқан бөлшектерінен шығуы; 2) конденсация арқылы, яғни заттардың бірнеше молекулаларынан қосылып үлкейіп шығуы. Сонымен топырақ коллоидтарының бір бөлігі минералдардан физикалық үгілу арқылы бөлініп, тозаңданып құрылады да, екінші бөлігі конденсация арқылы органикалық қалдықтардан өзгеріп, химиялық үгілу нәтижесінде түзіледі. Топырақтар коллоидтар екі түрде золь (коллоидтік ерітінді) және гель (коллоидты қоймалжың – тұнба) күйлерінде кездеседі. Каллоидтар бір күйден екінші күйге көше береді. Олардың ерітіндіден тұнбаға көшуін коагуляция (жиырылу), керісінше тұнбадан ерітіндіге көшуін коагуляция (жиырылу), керісінше тұнбада ерітіндіге пептизация (бытырау) дейді. Каллоидтардың бір күйден екіншісіне көшуі қайталанатын немесе қайталанбайтын болады. Топырақтардың қалыптасуына коллоидтар коагуляциясының маңызы үлкен. Өйткені коллойдтар топырақта тек золь (ерітінді) күйінде жылжып, жиыла алады да, гель (тұнба) күйінде топырақта бекиді. Коллоидтар топырақтың қандай жағдайы болса да, топырақтың температурасы жоғары немесе төмен болса да, қызғанына немесе кепкеніне, суығына қарамай коагуляйияланады. Бірақ коагуляция процесінде элоктролиттердің де (тұздар, қышқылдар, негіздер) әсері зор. Электролит дененіміз заттар суға ерігенде оң немесе теріс зарядты иондарға бөлінуі. Коагуляция электролиттердің ең аз «коагуляция босағасы» деп аталатын қоюлануында өтеді. Топырақтағы коллоидты бөлшектер электр зарядты (көбінесе олар теріс зарядты). Коагуляция процесі негізінен коллоидтардың зарядтарын жоғалтуына байланысты өтеді. Теріс зарядты коллоидтар оң зарядты катиондармен, ал темір мен алюминий коллоидтері теріс зарядты аниондармен кездескенде коагуляцияланады. Коагуляциялану қасиеті катиондардың валенттілігіне, оның атомдық салмағына байланысты.белсентті коагулянттарға үш валентті темір мен алюминий, содан кейін екі валентті калций мен магний катиондары жатады. Ал бір валентті катиондар калий, аммоний, натрий аз коагуляцияланады, кейде керісінше, коллоидтарды бытыратады (пептизацияланады). Тек сутегі катионы коагуляциялау қабілеті жағынан екі валентті катиондарға жақын. Коллоидтар коагуляциясында топырақта кең тараған кальций катионының рөлі өте үлкен. Ол коллоидтарды қайталанбайтындай етіп берік коагуляциялайды.коллоидтар негізітау және органикалық заттардан шығатын болғандықтан, олардың құрамында органикалық және минералды заттар бар. Органикалық заттар топырақ шіріндісінің құрамында, ал минералды заттар балшық құрамында болады. Топырақта катиондардың және коагуляцияның пайда болуына байланысты коллоидтар көбінесе тұрақты тұнба –гель күйінде кездеседі. Ал коллоидтардың золь (ерітінді) күйінде болуы – уақытша, тұрақсыз. Катиондардың гель түрінен зольге айналдыру үшін, оларды байланыстырып тұрған катиондарды басқа катиондармен ығыстыру керек. Мысалы, К.К.Гедройнц топыраққа сіңірілген катиондарды ығыстыру үшін ас тұзын қолдануды ұсынғанү сіңірілген катиондарды ығыстыру кезінде топырақ коллоидтары пептизацияланып, ерітінді күйіне айналады. Жоғарыда айтылғандай, коллоидтарға өте майда күйіндегі заттар жатады және соның әр бөлшегі көп молекула жинағы болып саналады.қазіргі көзқарастар бойынша (проф. Н.И.Горбунов) коллоидті бөлшектің немесе мицелланың құрылысы күрделі, ол төрт құрамды қабаттан:1) коллоидты күйдегі заттың ішкі ядросынан; 2) ішкі ядромен тығыз байланып тұратын сол колоидты бөлшектің зарядын анықтайтын ионды немесе ішкі қос электр қабатшадан; 3) сыртқы қарама-қарсы зарядты иондар қабатшасынан; 4) диффузиялық иондар қабатшасынан тұрады. Сонымен коллоидтар заряды деген түсінік түгел мицеллаға жатпайды. Мысалы, кремний қышқылының мицелласының ядросы SiO₃ тұрады. Коллоидты бөлшектің заряды теріс, оның сыртында оң зарядты теңгеру Н* иондары орналасады. Теріс қабатты диффузды қабатында Н* иондары бар коллоидтарды ацидоидтер (қышқыл тәрізді) дейді. Мұндай қасиеттер гумин қышқылдарына, кремний қышқылдарына тәне. Оң зарядты, диффузды қабатында ОН иондары бар коллоидтарды безоидтер (негіздік қасиетті) дейді. Оларға жататындар: Аl және Fe гидроксидтері Al(OH)₃, Fe(OH)₃.

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

Топырақтың механикалық сіңіру қасиеті деп, оның сумен немесе желмен бірге келген әр түрлі заттардың топырақ кеуектерінде ұсталуын айтады (топырақ кеуектері арасында топырақ арқылы өткен сулардан ұсталып қалған, әр түрлі заттар). Топырақтың физикалық сіңіруі деп, топырақ бөлшектерінің беткі қабатының топырақ ауасы мен ерітіндісінен кейбір молекулаларды сіңіру қасиетін (абсорбция) айтады.

Топырақтың физика-химиялық сіңіруі деп топырақтың қатты фазасындағы катиондардың өзіне жұғысқан ерітінділердегі катиондарға тең мөлшерде алмасуын айтады, сондықтан мұны кейде алмасу сіңірулері деп те айтады. Былайша айтқанда бір катиондар алмасу реакциялары арқылы екінші катиондармен орын алмастырады.

Топырақтың химиялық сіңіруі деп, топыраққа жуысқан ерітінділерден топырақтың кейбір иондары сіңіру арқылы суға ерімейтін немесе өте аз еритін тұздарды құру процесін айтады. Мәселен, карбонаттар мен гипстердің түзілуі.

Топырақтың биологиялық сіңіруі деп, топырақтың тірі бөлігі (микроорганизмдер мен өсімдік тамырлары) арқылы әр түрлі заттарды сіңіруін айтады.

Топырақтың көп қасиеттеріне өзінің шешуші әсерін тигізетіндердің бірі- топырақтың физико-химиялық немесе алмасу сіңіруі. Сондықтан бұл процесті зерттеуге академик К.К.Гедройц баса назар аударған болатын. Топырақтың сіңіру комплексіндегі катиондар әр уақытта өзіне тең мөлшердегі басқа катиондарға алмаса алады.

Топырақтың сіңіру мүмкіндігі әр түрлі топырақтарда түрліше. Топырақ неғұрлым қара шірікке бай және механикалық құрамы ауырлау (балшықты) болса, соғұрлым оның сіңіру қасиеті де мол болады. Ал топырақта неғұрлым қарашірік аз, құрамы жеңілдеу (құм,құмдақ) болса, соғұрлым сіңіру мүмкіндігі шамалы болады.

Топырақтың сіңіру қасиетінің оның құнарлығына әсері өте зор. Топырақ әр түрлі заттарды өзіне сіңіріп, ұстап қалу арқылы (әсіресе өсімдік тіршілігіне керекті заттарды ұстап қалу арқылы) құнарлығын арттыра түседі. Осы сіңірілген заттардың ішінде өсімдіктерге қажетті негізгі макроэлементтер. Азот, фосфор, калий, кальцийлермен қатар, аз да болса көптеген микроэлементтер кездеседі. Сондықтан да топырақтарда әр түрлі өсімдіктер өсіп, нәр алады. Топырақта сіңірілген заттардың құрамына, әсіресе топырақтың алмасу реакциясына мүмкіндігі бар, сіңірілген катиондарға байланысты топырақтың физикалық қасиеттері де әр түрлі болады. Әдетте, құрамында калций катионы бар топырақтардың физикалық қасиеттері жақсы, ал құрамында натрий катионы мол топырақтардың физикалық қасиеттері өте нашар, сортаң топырақ болып келеді.

Ал топырақ құрамында CO₃^-, Cl^-SO₄^- иондары мол болса, ондай топырақтар өсімдіктер үшін улы, онда ештеңе өспейді. Олар сорланған, сор, тұзы мол топырақтарға жатады. Бұл топырақтарды егістікке пайдалану үшін оның тұзын шайып, мелиорациялау керек.