Тақырыбы: Топырақтың физикалық қасиеттері 1 страница
Лекция жоспары:
- Топырақтың физикалық қасиеті.
- Топырақтың экологиялық маңызы.
Лекция мақсаты:Топырақтың маңызды ауылшаруашылықтық өндірістік құрал ретіндегі физикалық қасиеттері және оныңэкологиялық маңызы туралы мағлұмат қалыптастыру.
Қолданылатын әдістер:Лекция-консультация,сұрақ-жауап-талдау.
Лекция мәтіні: Топырақты агрофизикалық және физика-химиялық қасиеттері.
Топырақ көп фазалы жүйе, ол қатты, сұйық және газ бөліктерінен тұрады. Бұлар-дың арақатынасы әртүрлі топырақта ғана емес, бір топырақ қабатының өзінде де әртүрлі болады. Топырақтың жоғарғы қабатынан бастап төменгі қабатына қарай бірте-бірте орга-никалық заттар мен тірі ағзалар азаяды да, оның қатты бөлігінде минералдық заттар басым келеді.
Топырақтың қатты бөлігінің құрамы - органикалық заттар да, оның негізгі бөлігі - күрделі құрамды қарашірік. Органикалық затта клетчатка, лигнин, ақуыз, қант, шайыр, май т.б. өсімдіктер мен жан-жануарлар, микробтектес қалдықтар қосындылары және олар-дың ыдырау құбылысында пайда болған аралық заттары болады.
Топырақтағы органикалық заттар ыдыраған кезінде олардағы азот өсімдікке сіңімді түрге айналады.
Топырақтаың сұйық бөлігі - топырақ ерітіндісі өсімдікті сумен және еріген қорек-тік заттармен қамтамасыз етеді. Сұйық бөлікте иондар, молекулалар, коллоидтар, не бұ-дан ірілеу бөлшектер болады, кейде ол суспензияға айналады.
Топырақтың газ бөлігіне топырақтың ауасы жатады. Ол оның су толмаған қуыста-рында болады. Құрамында NO2, CO2 т.б. қосындылар болатын топырақ ауасының мөлше-рі топырақта үнемі болып жататын биохимиялық, биологиялық құбылыстарға байланысты түрлі болады. Бұл микроағзалардың, өсімдік тамырларының жылда, тәулікте газ бөлу дең-гейіне орай өзгеріп отырады.
Топырақ пен атмосфера арасында ауаның алмасуы, яғни топырақтағы CO2-ның атмосфераға шығуы және O2-нің топыраққа сіңуі диффузия құбылыс арқылы жүреді.
Топырақтың негізгі массасы - мөлшері 1 мм-ден кем ұсақ топырақтың. Топырақ-тың түйіршікті құрамы ондағы түйіршік мөлшеріне қарай мынадай топыраққа бөлінеді (3-кесте).
3- кесте
Топ түйіршіктерінің мөлшері және аттары
| Түйіршік мөлшері, мм | Аты |
| Тас | |
| 3-1 | Қиыршық тас |
| 1-0,5 | Ірі құм |
| 0,5-0,25 | Орташа құм |
| 0,25-0,05 | Ұсақ құм |
| 0,05-0,01 | Ірі тозаң |
| 0,01-0,005 | Орташа тозаң |
| 0,005-0,001 | Ұсақ тозаң |
| 0,001-0,0005 | Ірі тұнба |
| 0,0005-0,0001 | Ұсақ тұнба |
| 0,0001 | Коллоидтар |
Көрсетілген бөлшектеудегі түйіршіктерді қосып, оған анықтама береді. Мысалы, ірілігі 1 мм-ден аспайтын түйіршіктер жинағын физикалық балшық деп, ал 0,01 мм -ден кем үгінділерін физикалық құм деп атайды. Топырақтың құрамымен минералдық,, органикалық-минералдық, механикалық элементтерді бөледі. Егістегі топырақтың негізгі бөлігі сол минералдық-механикалық элементтерден тұрады. Осы екі бөліктің арақатына-сына қарай Н.А.Качинский топырақты былайша топтады.
-кесте
Органикалық және минералдық бөліктердің арақатынасына байланысты топырақты топтау
| Топырақтың түрі | Ірілігі 0,001мм-ден аспайтын түйіршіктер жинағы - физикалық балшық, % | Ірілігі 0,01мм-ден ірілеу физикалық құм, % |
| Балшық | ||
| Ауыр балшық | 40-60 | 55-40 |
| Орта балшық | 30-45 | 70-55 |
| Жеңіл балшық | 20-30 | 80-70 |
| Құмайт | 10-20 | 90-80 |
| Құмша | 5-10 | 95-90 |
| Құм | 0-5 | 100-95 |
Топырақтың жалпы физикалық қасиеттері.
Топырақтың қатты фазасының негізгі сипаттамасы оның меншікті массасы (тығыздығы) болып табылады.
Топырақтың меншікті массасы деп оның абсолютті құрғақ, қатты фазасы күйіндегі көлемдік бір өлшемінің массасын айтады.
Топырақтың қатты фазасының меншікті массасы, оның құрамына енетін бөліктері-нің арақатынасына байланысты. Мысалы, саздың меншікті массасы 0,7 г/см3, құмдікі - 2,65 г/см3, қарашіріктікі - 1,4г/см3.
Топырақтың тығыздығы деп табиғи жағдайдағы 1см3 құрғақ топырақтың грамм есебімен алынған массасын айтады. Су және ауа тәртіптері топырақтың тығызыдығына байланысты.
Топырақтың жыртылған қабатының тығыздығы 0,8-ден 1,5г/см3 аралығында өзге-реді, оған себеп - топырақтың қасиеті мен ауылшаруашылық дақылдарын өсіру техноло-гиясы. Құмдақ топырақтың бұл көрсеткіші 1,82 г/см2 болса, нағыз қара топырақты жердің көрсеткіші - 1г/см3. Топырақтың көлемдік массасы бір мағыналы көрсеткіш емес, ол тек топырақтың орналасуымен (түйірлердің өзара орналасуы), оның қатты бөлігіне де байланысты.
Көлемдік масса топырақ кеуектілігінің жалпы кеуек көлемі мен оның жіктелуінің сандық және сапалық жағын көрсетеді.
Әртүрлі топырақтар мен мен дақылдар үшін кеуектердің ең қолайлы мөлшері 48-65% аралығында болады. Бұл, әрине, механикалық құрамы жеңіл, қарашірігі тапшы, құры-лымы төмен, ылғалы шамалы топырақтар үшін жеткіліксіз. Топырағының жалпы кеуек қуыстылығы 50-60% дейін болатын егіс танаптары жиі кездеседі, ал зерттеу нәтижелеріне қарағанда ең қолайлысы оның 53-58% деңгейде болғаны дұрыс.
Топырақтың физика-механикалық және технологиялық қасиеттері
Жер өңдеу сапасына топырақтың физика-механикалық және технологиялық қаси-еттері үлкен әсер етеді. Топырақтың келесідей технологиялық қасиеттері бар: байланыс-тылылығы, жабысқақтығы, жетілуі, қаттылығы, меншікті кедергісі.
Топыратың байланыстылығының ең аз шегі - оны созғанда, ең көп шегі оны сық-қанда, орта шегі - ол ығысқанда байқалады.
Топырақтың байланыстылық мөлшері топырақтың механикалық құрамына және оның ылғалдылығына байланысты. Саз балшық, саздақ топырақтардың байланыстылығы құмдақ және құмды топырақтарға қарағанда көбірек. Қүрылымдық топырақтар қарғанда үгітілген топырақ байланыстылығы күштірек болады. Топырақ байланыстылығы неғұр-лым жоғары болған сайын, осы бұзуға соғұрлым күш көп жұмсалады. Байланыстылығы күшті топырақтар өсімдіктердің тамыр жүйесінің дамуын қиындатады.
Топырақтың созылмалылығы деп сыртқы күштің әсерінен өзгерген қалпын сол күш әсері тоқтағаннан кейін де бұзылмай сақтау қабілетін айтады.
Созылмалылық қасиет сазды және саздақ топырақтарда көп, құмдақ топырақтарда кем болады. Топырақтың созылмалылығының шегі оның езілген түрінің жайылуы тиы-лып, иленген қамыр сипатына айнала бастаған сәтімен сәйкес келеді.
Созылмалылықтың төменгі шегі - топырақтың тобарсып, қатты кесектену күйге көшуі. Топырақтың түйіршік құрамының бытыраңқылығы артқан сайын, созылмалылығы да артады.
Топырақтың жабысқақтығы деп өңдеу құралдары мен топырақтың түйісу нүкте-сінің айналасында ылғалдың жұқа қабатының байқалуы, сондай-ақ топырақ түйіршікте-рінің электрлік және молекулалық әсерінен болатын өңдегіш құралдың бетіне жабысу қа-білетін айтады. Топырақтың ылғал кезінде өңдегіш құралдың жабысуы жерді өңдеу сапа-сын төмендетеді. Топырақ ұнтақтылығы көбейген сайын, оның жабысқақтығы артады.
Топырақтың қаттылығы тым жоғары болса, соғұрлым өсімдіктердің өсуіне, оның тамырларына үлкен кедергі туғызады. Топырақтың қаттылығы 25-30 кг/см3-дан жоғары болса, өсімдіктердің өсуі нашарлайды. Топырақ ылғалдылығы мен топырақтың ұсақ түй-іршіктері, ұнтғы оның қаттылығына әсер етеді.
Топырақ қаттылығы мен ылғалдылық арасындағы байланыстық коэффициентінің шамасы топырақ қабаттары үшін 0,90-0,45 жетеді. Сазды құрылымды қара топырақтың қаттылығы құрылымсыз топырақтарға қарағанда әлдеқайда аз. Топырақ қаттылығы ар-найы қаттылық өлшеуіш арқылы анықталады. Қаттылық - заттың берік, мықтылығын ситпаттаса, тығыздық - заттың көлем бірлігіндегі массасын анықтайды.
Меншікті кедергі. Топырақ өңдейтін құралдың қамтылған аумағының немесе ай-далған қабаттың әр нүктесіне жырту кезінде түсетін кедергіні тарту кедергісі деп аталады.
Меншікті кедергі топырақты өңдеуге қажетті тарту күшін есептеуге мүмкіндік береді. Топырақтың меншікті кедергісі оны өңдейтін тереңдігіне қарай өзгеріп отырады.
Топырақтың механикалық құрамы өзгермеген кезде белгілі бір танаптың өзінде ылғалдылығына байланысты меншікті кедергісі өзгеріп отырады.
Топырақтың сіңіру қабілеті. Топырақ қабатында өсімдіктерге қажетті қоректік зат-тардың жиналуы, оның сіңіру қабілетімен тығыз байланысты болады. Топырақтың сіңіру қабілеті деп, оның өз бойында ерітінді және газ күйіндегі заттарды сақтап қалуын айтады.
Сіңіру қабілеті - әр топырақта әртүрлі болады да, ондағы ұсақ түйіршіктердің мөл-шеріне байланысты. Топырақтың сіңіру қабілеттілігін күшейтетін ұсақ түйіршіктер коллоидты түйіршіктер деп аталады. Коллоидты түйіршіктер негізінен екі жолмен түзіле-ді: тау жыныстарының бұзылуынан және заттардың ыдырауынан пайда болады.
Сіңіру қабілеті бес түрге бөлінеді:
1.Биологиялық сіңіру - мұның топырақтағы қоректік заттардың жуылып кетпей сақталып тұруынд үлкен мән бар. Бүл сіңіру өсімдіктердің тамырлары мен микроағзалар тіршілігіне тікелей байланысты, өйткені олар топырақтан қажетті заттарды алып, оны өз мүшелеріне құруға жұмсайды, сөйтіп ерімейтін күрделі қосындылар түзеді.
2.Механикалық сіңіру қабілеті деп топырақтың басқа түйіршіктер аралықтарындағы қуыс-тардың диаметріне үлкен заттарды сүзіп алып қалуын айтады. Механикалық құрамы саз-ды және саздақ топырақтардың сіңіру қабілеті күшті болады.
3.Химиялық сіңіру дегеніміз топыраққа енген түрлі тұздар мен топырақ ерітіндісіндегі тұздардың өзара химиялық алмасуы. Бұл жолмен пайда болған тұздар сумен шайылмай-ды. Сондықтан топырақта өсімдіктердің қорегіне қажетті иондар мен аниондар топырақ-қа сіңіп, сақталады.
4.Топырақтың физика-химиялық алмастыра сіңіруі. Топырақтың иондар сіңіруін, катион-дар сіңіру қабілетін физикалық-химиялық алмастыра сіңіру қабілеті деп атайды. Мүның негізінде біріншіден, физикалық сырттық қуат арқылы сіңіру (адсорбция), екіншіден өзара алмасу химиялық реакциясы бар. Топырақтың қабаты тым сілтілі болса, яғни онда Na+ катионы көп болса, ондай топырақ көбіне құрылымсыз келеді, су, ауа және қоректік тәртіптері тапшы болады, аз мөлшерде су тисе батпаққа, ал кепсе қабыршаққа айналады.
5.Топырақтың физикалық сіңіру қабілеті деп оның түйіршіктерінің сыртқы молекулалық күш әсерімен газды және ерітінді заттарды сіңіріп, өз бойында ұстап тұру қабілетін айта-ды. Бұған түрлі бояулы немесе иісті заттардыі топырақ қабатынан өткенде сүзіліп шығуы мысал болады.
6.Топырақ коллоидтары (грекше kolla-желім, lіdos-түр). Бұл жоғары дисперстік фаза мен дисперстік ортадан тұратын гетерогенді жүйе. Табиғатта коллоидтардың екі түрлі шығу жолы бар: 1 - тау жыныстары, 2 – органикалық заттар. Осыған байланысты топырақтың коллоид бөлігінің құрамына органикалық және минералдық заттар кіреді: 1-сі - топырақ шіріндісінің құрамында, 2-сі - балшық құрамында болады.
Бақылау сұрақтары:
1.Өсімдіктердің бойындағы құрғақ заттардың құрамына қандай элементтер кіреді?
2.Жерді ылғалмен қамтамасыз ету коэффицентінің шамасына қарай топырақтың су тәртібінің қандай түрлері болады?
3.Топырақты агрофизикалық және физика-химиялық қасиеттеріне қандай қандай қасиеттері жатады?
4.Топырақтың жалпы физикалық қасиеттері.
5.Топырақтың физика-механикалық және технологиялық қасиеттері
6.Топырақтың сіңіру қабілеті неше түрге бөлінеді?
Дебиеттер
1. Е.Жамалбеков, Р.Білдебаева. Топырақтану және топырақ геологиясы мен экологиясы. -Алматы, 2000.
2. Почвоведение. Под ред. проф. С.И.Кауричева. -Москва, 1998.
3. Цуриков Т. Почвоведение. М.: Высшая школа, 1992.
4. И.Г.Добровольский. География почв с основами почвоведения. МГУ, 1999.
5. Ерденов М.Т., Омарова З.М., Абдраимова Қ.Т. Топырақтану пәнінен практикум
6.Тазабекұлы Т., Тазабекова Е. Топырақтану түсіндірме сөздігі – Алматы: Рауан, 1193.
Лекция № 8
Тақырыбы:Топырақтың физика-химиялық қасиеттері, топырақтың өсімдік тіршілігіндегі маңызы
Лекцияның мақсаты: Студенттерге топырақтың негізгі физика-химиялық қасиеттері, топырақтың өсімдік тіршілігіндегі алатын орны туралы білім беру.
Лекцияның жоспары:
1.Топырақтың сіңіру қасиеті және судың түрлері.
2. Топырақтағы ауа ырғағы және құрылымы.
Қолданылатын әдістер: Лекция –консультация.
Лекция мәтіні:Топырақтың өсімдік тіршілігіндегі алатын маңызды орны біріншіден, көптеген жер бетіндегі және су өсімдіктерінің бекіну субстраты болып табылуы, екіншіден, фотосинтез қорлары мен қатар топырақтан өсімдіктер әртүрлі минерал заттары мен суды өз денесінің құрылымын жасауда қолдануға алады.
Өсімдік өзінің дамуы кезінде қоректік заттар, су, ауа және жылуды қажет етеді. Мәдени өсімдіктің осы мұқтаждарын қанағаттандыруға қабілеті бар топырақ кұнарлы топырақ болады.
Құнарлылық - топырақтың ең басты, негізгі қасиеті.Ал ол топырақтың бірқатар басқа қасиеттеріне байланысты болады.
Топырақтың қасиеті де әртүрлі: сулы, ауалық, жылулық және тұздық.
Топырақтың сіңіру қабілеті.Өсімдік қоректі өзінің тамырлары арқылы топырақ ерітіндісінен алады. Бірақ ол өзіне қажетті заттарды ала алу үшін ерітінді сұйық, былайша айтқанда көп суға тұздың өте аз мөлшерінің (1 литр суға 2-3 г қоректік тұз шамасы) ерітілген болуы керек. Рас, ерітіндіде тұз өте аз болса өсімдік ашығады, бірақ ол ерітінді өте күшті болса да өсімдік өліп қалады. Мұндай концентрациялы сулы ерітіндіден өсімдік тамырлары тұздарды сорып ала алмайды, сондықтан өсімдік аштықтан өлген сияқты, мұндай жағдайда да өліп қалады.
Топырақтағы су мөлшерінің үздіксіз өзгеріп тұратындығы белгілі. Жаңбырдан кейін ол көп те, құрғақшылықта - аз болады. Демек, топырақ ертіндісінің күштілігі мезгіл-мезгіл құбылып тұрады, ал бұл құбылу өсімдікке өте қолайсыз болып табылады. Осы орайда, өсімдікке оны қоректендіретін топырақтың кейбір қасиеттері, оның сазды бөлшектері мен қарашірік «көмекке» келеді. Топырақтың саз бөлшектері мен қарашірік бөлігі белгілі шамада ерітіндінің күштілігін реттеп тұрады. Ерітіндінің концентрациясы жоғарлаған кезде, еріген заттардың бір бөлегін топырақ бойына сіңіріп алады. Бұл түрлі себептерге байланысты. Топырақтың қатты бөлігі кейбір заттарды күшті сіңіріп, олармен бірге жаңа, қиын еритін қосылыстар және тұздар құрайды. Темір, фосфор қышқылы, көмір қышқылы осылайша берігірек сіңіріледі. Басқа заттар, мысалы кальций, калий, натрий, магний ерітіндіден топырақ бөлшектерінің бетіне жақындап, судың бұл бөлшектерге ең жақын қабаттарында (диффузиялық қабатында) жиналады да, одан басқа элементтерді ығыстырып шығарады. Мысалы, ерітіндіден кальций сіңіреді де, ерітіндіге магний немесе натрий ығыстырылып шығарылады. Ал, кейде керісінше болуы да мүмкін. Әдетте, топырақ ерітіндісіндегі көп элементтер сіңіріледі. Ақырында, үшінші бір заттар топырақ ерітіндісінің концентрациясы өте күшейген кезде кристалға айналып бөлініп шығуы мүмкін, мысалы қаратопырақтарда ізбес, қызыл - қоңыр топырақтарда ізбес пен гипс және басқалар.
Көпшілік жағдайларда өсімдікке керекті заттар, мәселен, калий, кальций, фосфор қышқылы, ізбес сіңіріледі.
Топырақтағы судың түрлері.Топырақтағы судың сапасы бірдей емес. Топырақтағы судың бір-бірінен айырмашылығы үлкен, алты категорияларын ажыратып көрсетуге болады: 1) байланысқан, еріксіз, топырақ бөлшектері өте берік ұстап тұрған су, мұның көпшілік бөлімі өсімдіктерге пайдасыз; бұл гигроскопиялық, өте гигроскопиялық және жұқа қабат түзетін су; 2) топырақтағы орташа мөлшерлі кеуектерде орналасқан қылтүтік суы; 3) топырақтан төмен қарай, не ылдиды бойлап жан-жағына ағып кете алатын еркін, гравитациялық су; 4) топырақ ауасының ішінде болатын бу түріндегі су; 5) топырақ қатқанда пайда болатын қатты (мұз) су; 6) өлген, бірақ шіріп үлгірмеген өсімдіктердің жасушаларында болатын жасушалық (осмостық) су.
Топырақта су көп болса, топырақ оның белгілі бір бөлімін ғана өзінің бетінде ұстап қалады. Қалған су бос, оны өсімдіктер өзінің тамырлары арқылы оңай сорып ала алады; бұл гравитациялық және қылтүтік су. Қылтүтік суы ерекше бағалы, өйткені оны өсімдік оңай пайдалана алады және ол төмен қарай ағып кетпей, топырақтың тамырлар тараған қабаттарында ұсталып тұрады. Бұл судың тағы бір қасиеті топырақтың қылтүтіктері арқылы барлық бағытта: төменнен жоғары, жоғарыдан төмен, жан-жағына қарай қозғала алады. Өсімдік тамыры өзінің айналасындағы суды «ішіп» бітіргеннен кейін, бұл су көршілес, ылғал жерлерден ауысып өсімдікке келе алады. Қылтүтік суы барлық қуыстарды түгел толтырмай, ішінде ауа толған ірірек қуыстармен алмасып отырғаны дұрыс, өйткені ауа өсімдік тамырларының және топырақтағы басқа тірі ағзалардың тыныс алуы үшін керек.
Топырақ құрғай бастағанда ондағы су азая береді. Ол топырақ бөлшектерінің айналасында жұқа қабат түрінде ғана қалады және оны топырақ бөлшектері өте үлкен күшпен тартып, ұстап тұрады. Бұл байланысқан су болады. Жоғарыда айтылғандай, бұл су құрамы жөнінде де біртектес емес. Оның сыртқы жұқа қабаттары бостау келеді. Топырақ оларды бостау ұстайды. Байланысқан судың (бос байланысты, немесе жарғақ су) бұл бөлімін өсімдік өзінің тамырлары арқылы сорып ала алады, бірақ өте қиыншылықпен, баяу алады. Топырақтың ылғалдығы осындай болған жағдайларда өсімдік тамырларының сорып ала алған судан, оның жапырақтары мен сабақтары арқылы булануға кететін судың мөлшері артық болады. Осының нәтижесінде өсімдік өзінің серпімділігін (әдетте тургор деп атайды) жоғалтып, сола бастайды. Топырақтың өсімдіктер сола бастаған кездегі дымқылдығын өсімдіктердің солу дымқылдығы деп атайды.
Топырақ бұдан да күшті құрғап, оның байланысқан суының сыртқы қабаты таусылғаннан кейін топырақ бөлшектерін қаптаған өте жұқа жарғақ су ғана қалады. Бұл тығыз, топырақпен берік байланысқан гигроскопиялық және өте гигроскопиялық су. Бұл суды топырақтың тартып ұстап тұрған күші өсімдік тамырларының сору күшінен басым, сондықтан өсімдіктер оны ала алмайды. Бұл өсімдіктерге пайдасыз су.Топырақта осындай су ғана болса, өсімдік өліп қалады. Топырақта өте ұсақ (коллоидтық) бөлшектер неғұрлым көп болса, ол суды соғұрлым берік ұстап тұрады, өсімдіктерге пайдасыз су соғұрлым көп болады. Саз топырақтар суды көп ұстай алғанмен, кұм топырақтарға қарағанда, онда өсімдіктерге пайдасыз судың да көп екендігін есте ұстау керек.
Түрлі топырақтардағы су мөлшері.Түрлі топырақтарда, түрлі уақытта судың мөлшері бірдей болмайды. Бұл жергілікті климатқа, жыл маусымына, ауа райына, топырақтың қасиеттеріне, ондағы өсіп тұрған өсімдіктерге байланысты.
Құрғақшылық кезінде топырақта су аз болады, ол тек ұсақ кеуектерді ғана толтырып тұрады. Су көп болатын басқа жағдайларда ол ірі кеуектерді де толтырып тұрады. Сонымен бірге су қарашірік, саз сияқты заттарды да қанықтырады, бұл заттар судың әсерінен ісініп кетеді. Қарашірік пен өсімдіктердің жартылай шіріген қалдықтары суды өте көп сіңіреді. Осындай заттар және саз бөлшектері көп топырақтың ылғал сыйымдылығы жоғары болады. Топырақта су аз болып, тез құрғап қала беретін болса, өсімдік ондай топырақта өсе алмайды. Бірақ судың өте көп болғаны да дұрыс емес, мұндай топырақта ауа жетпегендіктен, өсімдік өліп қалады. Өсімдіктердің көбі үшін топырақтың дымқылдығы орташа болғаны, суға толған кеуектермен (барлық қуыстардың төрттен үш бөлігі шамасында) бірге ауа толған кеуектердің де болғаны қолайлы.