Топырақтың су сіңіргіштік қасиеті мен құбылымы

Колоидтердің диффузиялы қ абатындағ ы иондар кө бінесе алмаспалы реакциялар арқ ылы топырақ ерітіндісінен ұ сталады. Коллоидтер кө бінесе теріс зарядты болғ андық тан, олар негізінен катиондарды сің іреді. Сің ірілген катиондар коллоидті бө лшектің сыртында ү лкен энергиямен берік ұ сталып тұ рады да, тек басқ а катиондармен ығ ыстырылады. Сондық тан топырақ тың иондар сің іруі негізінен катиондардың алмасу ү дерісі болып саналады. Мысалы, қ ара топырақ ты ас тұ зының ерітіндісімен араластырсақ, оның натрий катиондары топырақ тағ ы кальций катиондарын ерітіндіден ығ ыстырып шығ арады:

[топырақ ] 4Са+8NaCl = [топырақ ] 8Na + 4СаCl₂.

К. Гедройц жә не басқ а зерттеушілердің тә жірибесіне қ арағ анда, топырақ та катиондар алмасуы эквиваленттік те мө лшерде ө теді: ығ ыстырылғ ан бір жә не екі валентті кальций катионы орнына екі жә не бір валентті натрий сің іріледі.

Топырақ тың ерітінді тұ здар катиондарын сің іріп алмаспалы ерітіндіге катиондар ығ ыстыруын физика-химиялық ауыспалы сің іру дейді. Бұ л – топырақ тың сің іру қ абілетінің басты тү рі. Оның негізінде біріншіден, физикалық сырт энергия арқ ылы сің іру (адсорбция) бар да, екіншіден ө зара алмаспалы химялық реакциялар жатыр.

Сің ірілген катионды басқ а катион қ айтадан ерітіндіге ығ ыстыра алады. Сондық тан топырақ та сің ірілген катиондарды алмаспалы негіздер дейді. Алмаспалы сің іру қ абілет топырақ тың тек тым уақ коллоидті бө лшектеріне тә н.

Топырақ тың майда, бытыранды катиондар алмастыра алатын бө лігін топырақ тың сің іргіштік кешені деп атайды жә не минералдық (шаң, тозаң), органикалық қ арашірінді мен химиялық қ осындылардан қ ұ ралады. Сондық тан оны кешенді (жинақ ты) деп атайды. Ал сің іргіш деп коллоидті бө лшектердің сыртқ ы энергиясы мен ерітіндіден иондарды сің іре алатын қ абілетін айтады. Топырақ тардың сің іргіштігі ә р мө лшерлі: топырақ неғ ұ рлым балшық ты, қ ұ мбалшық ты жә не онда қ арашіріндісі кө п болса, соғ ұ рлым оның сің іру қ абілеті жоғ ары, ал қ арашіріндісі аз қ ұ м топырақ тың сің іру қ абілеті тө мен болады. Топырақ тың сің іре алатын жалпы катиондар жиынтығ ын сің іру сыйымы деп атайды. Оның мө лшерін кальций катионының миллиэквивалеттімен бейнелейді. Алмаспалы сің ірілген негіздерге Ca, Мg, Na, H, K жә не NH_4, Fe, Al катиондары жатады. Қ ұ рамында сің ірілген металл катиондары бар топырақ тарды негіздерге қ анық, ал қ ұ рамында Н жә не Al катиондары бар топырақ тарды негіздерге тапшы топырақ тар деп атайды.

Сің ірілген катиондар топырақ қ асиеттеріне тікелей ә сер етеді. Кальций катионы қ ара топырақ тарда жақ сы су, ауа жә не қ орек режимін қ алыптастырады, берік тү йіртпектілік, бейтарап орта (РН-7) жасайды. Сің іру кешенінде Н катионы басым кү лгін топырақ тар тү йіртпексіз болады, оларғ а нашар су, ауа жә не қ орек режимі мен қ ышқ ыл орта реакциясы тә н. Ал сің ірілген натрий катионы басым топырақ тардың су, ауа жә не қ орек режимі ө те нашар, олар тү йіртпексіз болады, сондық тан су тисе соң ғ ысы батпақ қ а айналады, кепсе тас болып қ атады да, ө ң деуге қ арамайды, топырақ ерітіндісінің ортасы ө те сілтілі болады (РН-8, 9).

Топырақ тың физика-химиялық немесе алмаспалы сің іру қ абілетінің маң ызы зор. Сол арқ ылы топырақ тарда ө сімдіктердің қ оректік заттары (элементтер) берік ұ сталады. Екіншіден, минералдық тың айтқ ыштарды қ олдану топырақ тың алмаспалы сің іру қ абілетінен басқ а механикалық, физикалық, химиялық сің іру қ абілеттерін бө лген.

Механикалық сің іру қ абілеті деп топырақ тың басқ а қ уысты денелер сияқ ты, ө зінен ө ткен лай, қ ұ м, т.б. қ атты заттарды ө ткізбей ұ стап қ алатындығ ын айтады. Бұ л қ абілет топырақ тың механикалық қ ұ рамына, тү йіртпектілігіне байланысты. Балшық, қ ұ м балшық, тү йіртпекті топырақ тардың механикалық сің іру қ абілеті қ ұ м, қ ұ майт топырақ тарғ а қ арағ анда жоғ ары болады.

Физикалық сің іру қ абілеті немесе молекулалық адсорбция деп топырақ бө лшектерінің сыртқ ы молекулалық кү шпен газды жә не ерітінді заттарды сің іріп ұ стап қ алу қ абілетін айтады. Мысалы, молекулалы су буларының, жарғ ақ ты сулардың, ерітінді бояу жә не иісті заттардың сің ірілуі.

Химиялық сің ірудің мә ні – топырақ қ а енген тұ здар мен оның ерітіндісіндегі тұ здардың ө зара химиялық алмаспалы реакцияғ а тү сіп, топырақ та тұ рақ ты ерімейтін қ осындылар тү зуінде. Химиялық сің іру нә тижесінде топырақ та тү рлі қ оспалар шоғ ырланады жә не олар сумен шайылмайды. Сондық тан топырақ та ө сімдіктер мен қ орегіне керекті заттар, катиондар мен аниондар сің іріліп ұ сталады.

Ұ сталғ ан тұ здар топырақ ерітіндісінің ортасы ө згеруіне қ арай қ айтадан жылжымалы тү ріне айналады да, оларды ө сімдіктер қ ажетіне жаратады. Тез еритін заттар топырақ тан басқ а қ осындылармен реакцияғ а тү сіп, ерімейтін қ осылыстар тү зеді. Олар химиялық жолмен сің ірілетін қ осындыларғ а жатады.

Мысалы: 3 CaCl +2Na₂HPO₄ = Ca₃ (PO₄)₂ + 4 NaCl+2HCl.

CaCl +Na₂CO₃ = CaCO₃ +2NaCl.

Химиялық жолмен сің ірілмейтін қ осындыларғ а ас тұ здары жатады. Олар топырақ тағ ы барлық катиондармен ә рекеттесіп, суғ а тез еритін жылжымалы тұ здар қ ұ райды да, топырақ тан шайылып кетуі мү мкін.

Биологиялық сің іру. Топырақ та қ оректік заттарды сің іріп ұ стап, шайылудан сақ тап қ алуда бұ л сің іру тү рінің рө лі ө те зор. Биологиялық сің іруді ғ ылыми тұ рғ ыдан академик В.Вильямс негіздеген Бұ л сің іру топырақ тардағ ы ө сімдіктердің тамырлары мен кіші жандылардың тіршілігіне байланысты. Олар топырақ тың жылжымалы қ оректік заттарын сің іріп, ө з денелерін қ ұ руғ а, ерімейтін кү рделі органикалық қ осындылардың қ ұ ралуына жұ мсайды. Мысалы, азот тұ здары биологиялық сің іру арқ асында ө сімдік пен кіші жандылар денелеріндегі ақ уыз қ ұ рамында бекіп қ алады. Ө сімдіктер азот тұ здарын топырақ тан алатын болса, бактериялар азотты ауадан тікелей ұ стап жұ та алады. Оларды азот тұ тынушылар деп атайды. Ө сімдіктер тек ө здеріне керекті қ оректік элеметтерді таң дамалы сің іреді. Ө сімдік қ орегіне ө те қ ажетті элеметтерге: C, H, O, N, K, S, Ca, Mg, Fe, т.б. элементтер жатады. Ө сімдіктер массасы қ ұ рғ ағ анда денелеріндегі қ оректік заттар ыдырап, топырақ қ а қ айтып оралады.

Топырақ тарда су қ ұ былымының 5 типі қ алыптасқ ан;

І. Тоң ды тип – кө п жыл тоң данып жатқ ан топырақ қ а тә н. Тоң ды аймақ тарда жауын кө бінесе, қ ар тү рінде жауады, жазда топырақ тың беткі қ абаты ғ ана ериді. Астың ғ ы тоң ды қ абат су ө ткізбейтін болғ андық тан, ү стің гі қ абаттар суғ а толады да, топырақ батпақ тануғ а шалдығ ады.

ІІ. Шайылмалы тип – К_ылғ > 1, 3 топырақ кескіні сумен шайылғ ан, ыза суларының ағ ыны болмаса, топырақ батпақ тана бастайды. Мұ ндай судың қ ұ былым типі ормандық кү лгін, қ ызыл жә не сары топырақ типтеріне тә н. Су ө ткізгіштігі нашар, ыза дең гейі жоғ ары кө терілсе, топырақ жә не оны қ ұ раушы жыныстар батпақ тана бастайды.

ІІІ. Кезең ді шайылмалы тип – К _ылғ = 1. Бұ л типте топырақ жыл сайын шайыла бермейді, ол тек ылғ алды жылдарда шайылады. Мұ ндай су қ ұ былымы сұ р ормандық топырақ тар мен солтү стік қ ара топырақ ты аймақ тарда қ алыптасқ ан.

ІV. Шайылмайтын тип – К _ылғ = 1-0, 7. Жауын-шашын суы топырақ тың тек жоғ ары қ абаттарына ә сер етеді, ал ыза терең жатады. Мұ ндай типте кү зге қ арай топырақ аса кеуіп кетеді де, ондағ ы ылғ ал мө лшері ө сімдік солуына дейін тө мендейді. Бұ л тип қ ара жә не кү рең топырақ ты аймақ тарда қ алыптасқ ан. Жоғ ары жә не тұ рақ ты ө німді тек суармалы егіншілікте алуғ а болады.

V. Жіпсінді тип – К _ылғ < 0, 7. Ыза дең гейі жақ ын орналасқ ан қ ұ рғ ақ жә не шө лді дала аймақ тарда қ алыптасқ ан. Қ ылтү тіктілер арқ ылы ыза суы топырақ бетіне жетіп барып буланады. Егер ол тұ зды болса, қ ұ рлық бетіне ылғ алмен бірге жең іл еритін тұ здар да кө теріліп шоғ ырланады, сө йтіп топырақ сортаң дана бастайды.

Суармалы топырақ тарда ирригациялық су қ ұ былымы қ алыптасады. Топырақ мол ылғ анданса, оның кескіні ызағ а дейін шайылуы, ал суару аралық мезгілі ұ зақ қ а созылса, ыза суы топырақ бетіне кө терілуі мү мкін.

Егіншілік ө німділігін арттырудағ ы шаралардың бастысы – топырақ тағ ы су қ ұ былымын реттеу. Ол ү шін жергілікті климат пен топырақ ерекшеліктерін ескере, егілетін дақ ылдың суғ а сұ ранысын біле отырып, жан-жақ ты тә сілдер қ олданады.

Мә дени ө сімдіктердің ө ніп-ө суіне лайық ты жағ дай туғ ызуы ү шін топырақ қ а тү сетін судың мө лшері, транспирация мен физикалық булануғ а кеткен шығ ынды тең естіру, яғ ни ылғ алдану коэффицент санын бірге кө теру керек. Нақ тылы топырақ климаттық жағ дайда су қ ұ былымын реттеудің ө з ерекшелігі бар. Мысалы, тұ рақ сыз ылғ алданатын жә не ылғ алғ а тапшы щө лді аймақ тарда су қ ұ былымын реттеудегі ең басты мақ сат – топырақ та жиналғ ан ылғ алды сақ тай отырып, оны тиімді пайдалану. Топырақ та ылғ алды жинау тә сілдерінің бірі – қ ыста қ арды, кө ктемде еріген суларды ұ стау. Ол ү шін ық тырмалы егіс аң ызын, жасанды қ ар жолдарын пайдаланады. Топырақ бетіндегі су ағ ысын азайту ү шін сү дігерді, беткейлерді кө лденең жыртады, ауылшаруашылық дақ ылдарын жолақ тап орналастырады, топырақ ты шұ ң ғ ылдап ө ң дейді, тағ ы басқ а тә сілдер қ олданады. Топырақ тағ ы су қ орын молайтуда таза немесе қ ара сү рінің маң ызы зор. Мұ ндай сү рілерде ө ң делген топырақ қ абатында ылғ ал қ оры, басқ а ауыспалы танаптарына қ арағ анда, 1, 5-2 есе артық.

Ылғ алды сақ тап жинауда азот агротехнологияны пайдаланғ ан жө н: кө ктемде топырақ бетін қ опсыту немесе тырмалап, ылғ алды жабу арқ ылы топырақ ты физикалық буланудан, яғ ни ылғ ал шығ ынынан сақ тауғ а болады. Тұ қ ым себілгеннен кейін топырақ ты дө ң бекпен тығ ыздайды. Бұ л тә сіл топырақ тың қ ылтү тікшелері арқ ылы ылғ алды тө меннен жоғ ары кө теру мақ сатымен жү ргізіледі. Осылай сумен қ амтамасыз етілген тұ қ ым тез ө неді. Топырақ тағ ы ылғ алды ү немі жә не тиімді пайдалануғ а органикалық жә не минаралдық тың айтқ ыштар да себептеседі.

Шө л дала мен шө лді аймақ тарда топырақ тың су қ ұ былымын жақ сартудың басты жолы – суару, яғ ни егіске қ олдан су беру. Ә рине, оның мө лшері ө сімдік сұ ранысына сай, ол тә сіл де топырақ ты шайылу мен сортаң даудан сақ тайтындай болу керек