Тақырыбы: Топырақтың органикалық заты және оның топырақ құнарлылығында маңыздылығы
Лекция жоспары:
1.Органикалық заттар және олардың топырақ құнарлылығын қалыптастырудағы маңызы. Топырақтағы органикалық заттардың көздері.
2.Экологиялық жағдайлардың органикалық заттардың мөлшеріне әсері.
3.Топырақ гумусы..
Лекция мақсаты:Топырақтың органикалық затының оның құнарлылығын қалыптастыратын ағзалар, оынң көздері, қарашірікке сипаттама беру.
Қолданылатын әдістер:сұрақ-жауап-талдау
Лекция мәтіні:Топырақтың және биосфераның органикалық затының алғашқы көзі минералды қосылыстардан органикалық заттарды өздері синтездей алатын ағзалар - алғашқы проду-центтер, немесе автотрофтар болып табылады. Жерүсті экожүйелерде органикалық заттың көп бөлігін жасыл өсімдіктер өндіреді.
Топыраққа өлген өсімдіктердің органикалық қалдықтарымен қатар (алғашқы орга-никалық зат) олардың микробиологиялық трансформациясының өнімдері және жануар-лардың қалдықтары (екіншілік органикалық зат) келіп түседі. Әр түрлі жерүсті экожүйелердің алғашқы өнімділігі бірдей емес, ол жылына құрғақ органикалық заттың 1-2т/га (әр түрлі тундрада) – 30-35 т/га (ылғал тропикалық ормандарда) арасында ауытқиды. Агроэкожүйелерде топыраққа жылына 2-3 т/га-дан (жыртылатын алқаптарда) 7-9 т/га-ға дейін (көп жылдық шөптер) өсімідк қалдықтары келіп түседі. Практика жүзінде барлық органикалық затты микроағзалар мен топыратың фаунасының өкілдері өңдейді. Минерал-ды қосылыстар бұл процестердің соңғы өнімі болып табылады.
Шығу тегі микробиологиялық екіншілік органикалық заттар алғашқы өніммен салыстырғанда мөлшері жағынан аз болуы керек. Әр түрлі топырақтарда өлген топырақ факунасымен бірге келіп түсетін органикалық заттар-дың мөлшері жылына 100-200 кг/га құрайды да, лардың топырақ қимасында таралуы да біркелкі емес. Орманды ценоздарда алғашқы өнімнің негізгі бөлігі жапырақтардың түсуімен сипатталады, ал шөпті ценоздар-да өлген тамыр жүйелермен бірге келеді. Бұл жағдай өсімдік қалдықтарының транс-формациясы мен топырақ түзу құбылысында маңызды роль атқарады. Топыраққа келіп түсетін органикалық қалдықтардың химиялық құрамы өлген ағзалардың түріне байла-нысты болады.
Төменгі және жоғарғы сатыдағы ағзалардың химиялық құрамы, құрғақ заттың % (А.Е.Возбуцкая)
| Ағзалар | Күл | Ақуызды заттар | Көмірсулар | Лигнин | Майлар, илік заттар | |
| целлюлоза | гемицеллюлоза ж/е т.б. көмірсулар | |||||
| Бактериялар | 2-10 | 40-70 | - | Бар | - | 1-40 |
| Балдырлар | 20-30 | 10-15 | 5-10 | 50-60 | - | 1-3 |
| Қыналар (бұталы ж/е тақталы) | 2-6 | 3-5 | 5-10 | 60-80 | 8-10 | 1-3 |
| Мүктер | 3-10 | 5-10 | 15-25 | 30-60 | - | 5-10 |
| Папортник тәрізділер Қылқандылар: ағаштар қылқан | 0,1-1 | 0,5-1 2-5 | 45-50 15-20 | 15-25 15-20 | 25-30 20-30 | 2-12 15-20 |
| Жапырақтылар: ағаштар жапырақтар | 0,1-1 3-8 | 0,5-1 4-10 | 40-50 15-25 | 20-30 10-20 | 20-25 20-30 | 5-15 5-15 |
| Көпжылдық шөптер: астық бұршақ | 5-10 5-10 | 5-12 10-20 | 25-40 25-30 | 25-35 15-25 | 15-20 15-20 | 2-10 2-10 |
Топырақтың органикалық заттарының жүйесін сипаттайтын схема 1-суретте берілген.
Әр түрлі топырақ түрлерінің топырақ қимасында органикалық заттары «өлі» қоры негізгі болып табылады. Тамырлардан, микроағзалардан, топырақ өкілдерінің фаунасы тірі биомассаны (эдафон) құрып, жалпы органикалық заттың 2-15% түзеді. Схемада берілген қосылыстардың негізгі топтары мен фракцияларын қарастырамыз.
 | |||||||
 | | |
|
|
|
1-сурет. Топырақтың органикалық затының жүйесі (Д.С.Орлов бойынша)
Топырақ құнарлылығын ұйымдастыру проблемасында органикалық заттардың жағдайын бақылау күрделі фактор болып табылады. Топырақ - экологияның мониторингісінде гумустың сандық және сапалық сипаттамалары, топырақтың негізгі қасиеттерін, тәртіптерін, интенсивті егіншілік барысында және техногенез нәтижесінде келіп түсетін токсинді заттардың трансформациясы мен миграциясы анықтайды.
Зерттеулер көрсеткендей, гумустың мөлшері мен сапасы тұрақты, консервативті-антропогенді факторлардың әсерінен зиян шектейтін көрсеткіштер. Топырақтың құнарлы-лығын анықтаған кезде, онда тек гумустың мөлшерін ғана есепке алу жеткіліксіз, оның сапалы жағдайын да бақылау керек.
Гумус сапасының табиғи өзгеруі тыңайтқыштардың жүйелі қолдануына алып келеді. Бұл кезде топырақтың құрамы өзгермейді. Негізгі топтардың Сгк:Сфк (гумин және фульвоқышқылдарының көміртегісі) ара-қатынасы – көң қосылған варианттарда зерттелген топырақтарда біршама өзгеріп, гумус түзілу құбылысының аймақтық си-паттамасы бойынша гумус типіне сәйкес келеді.
Осымен бір уақытта органикалық және минералдық тыңайтқыштар гумустың фракциялық құрамын өзгертіп, белсенділідігін жоғарылатып, оның жылжымалы формаларының жиналуына себебін тигізеді. Бірақ, кей жағдайларда осы өзгерістер негативті сипатта болуы мүмкін. Мысалы, қара топырақтарда тыңайтқыштарды ұзақ уа-қыт қолдну нәтижесінде гумустың фракциялық құрамының қайта бөлінуі іске асады: бірінші фракцияда гумус мөлшері жоғарылайды (жылжымалы гумус) және маңызды, Са2+-мен байланысқан бағалы екінші фракция кемиді.
Сөйтіп, әртүрлі әсерлердің нәтижесінде гумус жағдайының өзгеруі үнемі бақы-лауды, оның байланыстың тиімді шараларын және сапалы сипаттамаларын дайындауды қажет етеді.
Топырақ типтерінің гумус жағдайын зерттеудің кең масштабта жүргізу үшін аймақ-ты ақпараттың, математикалық модельдеу және т.б. оптимизация мақсаттарын шешушуде жүйелі түрде жүргізу керек.
Топырақ гумусына байланысты агроэкологиялық мониторингті қарастырып оты-рып, әртүрлі топырақтың гумустың генетикалық ерекшеліктерін фракциялық-топырақтың құрамын айқындауға мүмкіндік береді, бірақ олар әртүрлі факторлардың әсерінен гумус зат-тарының табиғатының өзгеруін бағалауға жарамыз, тіпті егіншілік әдістерінің ұзақ уақыт әсері де жарамсыз. Сондықтан гумусты қосылыстардың мөлшерін және сапасын бағытты түрде реттеу олардың техногенездың түрлі факторларының әсерінен өзгеру диагностикасының әдістерін жасауды талап етеді.
Бұл кезде гумусты қосылыстардың деградациясын бағалаудың экологиялық крите-рилерін жасау және топыраққа техногенді жүктеменің қалыптылығы, агроландшафтттың басқа компоненттері ең күрделі болып есептеледі. Біршама деңгейде бұл жағдай жиі негізделмеген негативті нәтижелермен және биосфера компоненттеріне агрессивті техногенді әсер ету шарт болып есептеледі.
Бұдан, заттардың ұйымдастырылуының әртүрлі деңгейде жинақты экологиялық-химиялық зерттеулер жүргізуді талап етеді. Кейбір экожүйелер және ландшафттар үшін сәйкес экологиялық экспертиза жүргізген дұрыс болады.
Техногенез өнімдерінің өзіндік әсерін бейнелеу үшін табиғи индикатор ретінде заттар мен энергияның биогеохимиялық тобы тасымалданатын гумусты қосылыстар пайдаланылады.
Гумус-, фульвоқышқылдарының және негізгі топырақ типтерінің фракцияларының құрамын, қасиетін және құрылымын зерттеу, микроағзалардың әсерінен болатын гумус қышқыларының өзгеруін, физика-химиялық талдау әдістер жиынтығын қолданған кездегі интенсивті егіншіліктің тәсілдері топырақ-генетикалық және топырақты қорғау мақсат-тарын шешуде осы шарттар ұсынылады. Бұл ұсынылып отырған жүйе 5 бөлімнен тұрады:
1.Элементті және функцилналды талдау
2.ИҚ-спектроскопия
3.Көріну аймағындағы спектрофотометрия
4.Дериватографикалық талдау
5.Пиролитикалық массалық спектрометрия.
Деградация көрсеткіштерінің алынған мәндерін топырақтың гранулометриялық құрамына байланысты гумусты қосылыстардың деградация дәрежесін білдіретін түзету коэффицентінің көлеміне түзету жасау керек.
Гумус қышқылдарының шымды-күлгін топырақтың деградация дәрежесі, деградацияланбаған топырақтардың гумус қышқылдарына есептегендегіпайыздық мөлшері
| Диагностикалық көрсеткіш | Деградация дәрежесі | ||
| әлсіз | орташа | күшті | |
| Атм. % мөлшері: С Н | 85-90 85-90 | 75-85 80-90 | |
| Тотығу дәрежесі | 80-85 | 75-80 | |
| Н/С атомдық қатынасы | 80-85 | 75-80 | |
| Гуматтардың гумус қышқылына қатынасы | 80-85 | 75-80 | |
| Термодеструкция нәтижесінде органикалық заттардың массасын жоғалтуы | 70-75 | 65-70 |
Деградация параметрлері топырақтың типіне және гранулометриялық құрамына байланысты оның критерийлері өзгеріп отырады. Бұл жағдайда 100% күйіне деградацияға ұшырамаған фондық гумс қосылыстарының мәні алынады. Деградация көрсеткіштерін түзету коэфициценттері арқылы реттеуге болады. Олар топырақтың гранулометриялық құрамына байланысты гумус қосылыстарының деградация дәрежесін көрсетеді.
Әртүрлі гранулометриялық құрамды топырақтың гумус қосылыстарының деградация дәрежесін бағалайтын түзету коэффиценттері
| Деградация дәрежесі | Гранулометиялық құрамы | ||||
| құм | құмдақ | жеңіл құмдақ | орташа құмдақ | ауыр саздақ және саз | |
| Деградацияланбаған топырақтар | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Деградация: әлсіз орташа күшті | 1,25 1,45 1,60 | 1,25 1,30 1,45 | 1,10 1,20 1,30 | 1,05 1,25 1,35 | 1,05 1,15 1,20 |
Өсімдіктер мен жануралардың ыдырамаған қалдықтары – топырақ үлгісінде жәй көзбен немесе үлкейткіш шыны арқылы көрінетін көптеген минералды топырақтардың өлі фазасының жалпы органикалық затының 5-10% құрайды.
Гумус (қарашірік) – анатомиялық құрылысын толығымен жоғалтқан органикалық заттың негізгі бөлігі. Үлкен екі топқа бөлінеді:
Арнайы емес органикалық қосылыстар – қант, амин қышқылдары, ақуыздар, орга-никалық негіздер, илік заттар, органикалық қышқылдар т.б. Минералды топырақтардың органикалық затының аз мөлшерін құрайды.
Арнайы гумусты қосылыстар – минералды топырақтардың органикалық затының 80-90% құрайтын арнайы сипатталатын бөлігі.
Гумусты заттар ерігіштігіне байланысты келесі топтарға бөлінеді: фульвоқышқыл-дар (ФҚ), гуминді қышқылдар (ГҚ) және гумин; кей кезде гиматомелан дейтін ерекше топты да жатқызады.
Фульвоқышқылдар – гумусты қосылыстардың ішіндегі едәуір еритін тобы, жылжы-малылығы жоғары, молекулярлық массасы орташа гумусты заттармен салыстырғанда төмен болатын қосылыстар. Көміртегінің мөлшері басқа топтарға қарағанда төмен, түстері ашық, күлденген, қызыл, кейбір тропик және сұр топырақтарда көп кездеседі.
Гуминді қышқылдар – минералды және органикалық қышқылдарда ерімейтін гу-мусты қосылыстар. Молекулярлы массасы жоғары, көміртегінің мөлшері көп (62%-ке дейін). Қара-, каштан топырақтарда көп, ал кейде сұр-орманды, жақсы мәдениеленген топырақтарда да кездеседі.
Гумин – гумустың экстрагирленбеген бөлігі. Екі түрлі қосылыстар түрінде кезде-седі: балшықты минералдармен мықты байланысқан гумусты заттар (балшықты гумусты гумин); анатомиялық құрылымын жоғалтқан және тұрақты компоненттермен, соның ішін-де лигнинмен (детритті гумин) байытылған ыдыраған өсімдік қалдықтары. Бұл мәліметтер эксперимент жүзінде дәлелденген (Моток, 1986).
Гиматомеланды қышқылдар –фульво- және гуминді қышқылдардың арасындағы аралық қасиеттерімен сипатталатын гумусты заттардың тобы. Бұрын гумусты қышқыл-дардың тобына жатқызылатын. Соңғылардан полярлы органикалық еріткіштерде ерігіш-тігімен ерекшеленеді.
Бақылау сұрақтары:
1.Топырақтағы органикалық заттардың көздері.
2.Топырақтағы органикалық заттардың мөлшеріне қандай жағдайлар әсер етеді?
3.Топырақ гумусы. Қандай заттардан тұрады?
4.Арнайы және арнайы емес органикалық қосылыстар дегеніміз қандай қосылыстар?
5.Гиматомеланды қышқылдар қандай органикалық қосылыстар?
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 №6