Топырақтың физикалық қасиеттері

Топырақ ә ртү рлі мө лшердегі бө лшектерден тұ ратын дисперсті табиғ и дене, сол себепті оның физикалық қ асиеттері тығ ыз денелердің қ асиеттерінен айырық ша. Топырақ та барлық кең істік қ атты бө лшектермен толтырылмағ ан, олардың арасында су, ауа, микроағ залар болатын кеуектер бар.

Топырақ тардың физикалық қ асиеттері жә не онда жү ретін физикалық ү дерістер топырақ тың тү зілу ү дерісіне, топырақ тың қ ұ нарлылығ ына, ө сімдіктердің ө суіне жә не дамуына зор ә сер етеді. Физикалық қ асиеттер барлық уақ ытта физикалық, химиялық, физикалық -химиялық жә не биологиялық ү дерістердің ә сер етуінен, сонымен бірге адамдар жү ргізетін агротехникалық шаралар ә серінен ө згеріп отырады.

Топырақ физикасының негізін П. И. Костычев, А. А. Измайлский, Г. Н. Высоцкий, В. Р. Вильямс жә не басқ алар қ алағ ан. Топырақ физикасын дамытуда Н. А. Качинский, В. В. Квасников, А. Ф. Лебедев, А. А. Роде жә не т.б. ү лкен рө л атқ арды.

Топырақ тардың физикалық қ асиеттері негізгі жә не функционалдық болып бө лінеді. Негізгі ө з кезегінде – жалпы физикалық жә не физикалық -механикалық қ а; ал функционалдық – сулық, жылулық, ауалық болып бө лінеді.

Топырақ тың жалпы физикалық қ асиеттеріне кө лемдік салмақ, меншікті салмақ, кеуектілік немесе саң ылаулылық жатады.

Топырақ тың кө лемдік салмағ ы (КС) деп сұ лбасын бұ збай алғ ан 1 см³ абсолютті қ ұ рғ ақ топырақ тың грамм тү ріндегі салмағ ын айтады. Кө лемдік салмақ топырақ тың структурасына жә не ондағ ы қ арашірік қ ұ рамына тә уелді. Топырақ қ ұ рамында қ арашірік кө п болса, кө лемдік салмақ аз болады; топырақ структурасы айқ ын болғ ан сайын, оның қ опсуы мен кө лемдік салмағ ы да аз болады.

Топырақ тың кө лемдік салмағ ы қ арашірікті горизонттарда ө те аз болады – ә детте, 1, 0-1, 2 г/см³, орман тө сенішінде жә не шымтезекте 0, 2-0, 4 г/ см³-не дейін тү седі, тө менгі минералдық горизонттарда 1, 4-1, 7 г/см³ дейін ө седі. Едә уір кө лемдік салмақ батпақ танғ ан топырақ тың глейлі горизонттарында – 1, 7-1, 9 кейде 2 г/см³-ке дейін байқ алады.

Топырақ тың меншікті салмағ ы (МС) деп топырақ тың қ атты бө лшектері салмағ ының 4°С температурадағ ы осындай кө лемдегі су салмағ ына қ атынасы айтылады. Меншікті салмақ топырақ қ ұ рамындағ ы қ арашірікке жә не минералдық бө лшектердің сапалық қ ұ рамдарына тә уелді. Ендеше қ арашіріктің меншікті салмағ ы 1, 4-1, 8-ге тең, ал топырақ ты қ ұ райтын минералдық бө лшектердің салмағ ы 2, 2-ден 3, 7-ге дейін барады.

Ірі тү йіршікті шымды қ ұ мдауыт топырақ тың кө лемдік салмағ ы 1, 8-ге, ал меншікті салмағ ы 2, 65 тең; кә дімгі қ ара топырақ та 10% қ арашірінді болады, соғ ан сә йкес 1, 04 жә не 2, 37. Кө птеген топырақ тардың орташа алғ андағ ы меншікті саламағ ы 2, 5-2, 7-ге тең, ал кө п қ арашірікті жоғ арғ ы горизонттарда – 2, 4-2, 6.

Кө лемдік жә не меншікті салмақ тардың ү лкен мә ні бар; олардың кө мегімен топырақ тардың кеуектілігі, кеуектердегі ауаны, су қ орын жә не қ оректік заттар қ орын анық тайды.

Кеуектілік немесе саң ылаулылық (Н) деп топырақ тардағ ы кеуектердің жалпы кө лемі жә не белгілі кө лемдегі берік топырақ бө лшектері мен тү йіршіктер структурасындағ ы бос аралық тарды атайды. Кеуектілік – табиғ и қ ұ рылымын бұ збай алынғ аннан топырақ тың жалпы кө лемінің пайызбен ө рнектелген мә ні.

Кеуектілікке топырақ тың структурасы ү лкен ә сер етеді. Себебі топырақ структурасындағ ы структуралық тү йіршіктердің ө зінде жә не олардың арасында да кеуектер бар. Кө птеген зерттеушілер анық тағ анындай, кеуектілік структуралық топырақ тарда структурасыздарғ а қ арағ анда, 1, 5 есе жоғ ары. Топырақ тардың ө те жоғ ары кеуектілігі жоғ арғ ы (қ арашірікті) горизонттарда 55­70%-ғ а тең, ал шымтезектер мен орман тө сеніштерінде, тіпті – 90%. Терең деген сайын кеуектілік кемиді. Жоғ арғ ы горизонттардың кеуектілігі қ арашірік қ ұ рамымен, структура болуымен, ө сімдік тамырлары мен қ азғ ыш жә ндіктердің ә сер етуімен айқ ындалады.

Кеуектілікке топырақ тардың механикалық қ ұ рамы да ә сер етеді. Кеуектілік балшық та 50­55%-ғ а тең, саздақ та 50­40%, қ ұ мда – 30-35%. Топырақ тардың глейлі горизонттарында кеуектілік ө те тө мен – 25-30%. Топырақ тың жалпы кеуектілігі топырақ тың меншікті жә не кө лемдік салмақ тарының мә ндері бойынша (топырақ тың жалпы кө лемінен пайыздық мө лшері) анық талады.

Топырақ тың физикалық -механикалық қ асиеттері. Топырақ ө ң деу ү дерісінде ауылшаруашылық қ ұ рал­жабдық тарының ә сер етуіне байланысты топырақ едә уір ө згерістерге ұ шырайды да, ауылшаруашылық ө сімдіктерінің ө німділігіне ық пал етеді.

Топырақ тың физикалық -механикалық қ асиеттеріне байланыстылығ ы, иленгіштігі, ісінуі, жабысқ ақ тығ ы, сығ ылуы, тығ ыздығ ы жә не жетілуі жатады.

Топырақ тың байланыстылығ ы – топырақ бө лшектерін механикалық кү штердің ажыратуына кедергі жасайтын топырақ қ абілеті. Ол топырақ бө лшектерінің арасындағ ы байланысу кү штерінен туындайды, мұ нда ерекше ү лкен рө лді коллоидты бө лшектер атқ арады. Топырақ тардың байланыстылығ ы оның ылғ алдылығ ы мен механикалық қ ұ рамына тә уелді. Мысалы, балшық ты топырақ тарда ылғ алдылық тың жоғ арылауынан байланыстылығ ы азаяды да, олар жаң а қ асиет – иленгіштікке ие болады. Балшық ты топырақ қ ұ рғ ақ кү йде жоғ арғ ы байланыстылық қ а ие.

Қ ұ мдауыт топырақ тар, керісінше, ылғ алы жоғ арылағ анда біраз байланыстылық қ а ие болады. Ауыр балшық ты, саздық топырақ тарда қ арашірік байланыстылық ты кемітеді, ал жең іл қ ұ мдақ тарда – жоғ арылатады. Кейбірлерде сің ірілген натрий катионы байланыстылық ты қ атты жоғ арылатады; иллювиалды-кебірлі горизонт қ ұ рғ ақ жағ дайда тас сияқ ты қ атып қ алады да, кү рекпен қ азуғ а келмейді. Топырақ структурасы байланыстылық ты кемітеді. Структуралы топырақ тар ә детте, қ опсығ ан болады.

Топырақ тың байланыстылығ ы оның ү зілуге, мыжылуғ а, майысуғ а кедергісінің мә нін ө лшеумен анық талады жә не 1 см²-граммен ө рнектеледі. Мысалы, қ аратопырақ тың байланыстылығ ы 12-16% ылғ алдылық кезінде сығ ылуғ а қ арсылық мә ні бойынша 1080 г/см²-ге жетеді, 21-23% ылғ алдылық кезінде – 61, 8 г/см². Ылғ алдылық ө скен сайын балшық ты қ ара топырақ тың байланыстылығ ы барлық кө рсеткіштері бойынша тө мендейді. Топырақ тың байланыстылығ ы ө ң деу сапасы мен машиналарғ а, ө ң деуші қ ондырғ ыларғ а, жекелей алғ анда соқ ағ а кедергі келтіреді.

Топырақ тың иленгіштігі – ылғ алды жағ дайда иленуі, оғ ан берілген форманы сақ тау қ абілеттілігі. Бұ л қ асиетке тек саздақ жә не балшық ты топырақ тар, аздап қ ұ мдақ топырақ тар ие, қ ұ мдауыт топырақ тар иленгіш емес. Қ ұ рғ ақ жағ дайда топырақ тың иленгіштік қ асиеті болмайды. Топырақ тың иленгіштік дә режесі оның механикалық қ ұ рамына, ең бастысы лайлы тұ нба қ ұ рамына тә уелді.

Топырақ тардың иленгіштігі ылғ алдылық тың белгілі бір аралығ ында байқ алады. Ылғ алдылық тың жоғ арғ ы (топырақ ағ а бастайды) жә не тө менгі (жіпше тә різдес оралуы тоқ тай бастайды) ылғ алдылық арасындағ ы айырмашылық иленгіштік саны деп аталады. Бұ л сан жоғ ары болғ ан сайын иленгіштік те жоғ арылайды. Жоғ ары иленгіштігі бар топырақ тардағ ы иленгіштік саны 17-ден кө п, саздық тарда 17-7; қ ұ мдақ тарда 7-0; қ ұ мдарда – 0.

Топырақ тың жабысқ ақ тығ ы деп ылғ алды жағ дайда топырақ тың ө ң деу жабдық тарының бетіне жабысу қ абілеттілігін айтады. Жабысқ ақ тық топырақ тың механикалық қ ұ рамы мен структурасына тә уелді. Ауыр балшық ты топырақ тардың жабысу қ абілеттілігі жоғ ары, жең ілдерде – қ ұ мдауыт, қ ұ мдақ тарда тө мендігімен ерекшеленеді. Структурасыз топырақ тардың жабысқ ақ тығ ы структуралыларғ а қ арағ анда, 2 есе жоғ ары.

Қ ұ рғ ақ топырақ тарда жабысқ ақ тық қ асиет жоқ. Топырақ тың ылғ алдылығ ы жоғ арылағ ан сайын оның жабысқ ақ тығ ы да жоғ арылайды, топырақ тардың жабысқ ақ тығ ы шамамен, суғ а 90%-ғ а, толық қ анығ уына дейін жоғ арылайды, ал одан кейін азая бастайды да, топырақ ағ атын кү йге ауысады.

Жабысқ ақ тық мә ні ө ң деу қ ұ ралдарынан топырақ ты бө ліп алу ү шін керек болатын кү шпен, 1 см² граммен ө лшенеді. Ауыр батпақ ты топырақ тарда бұ л мә н 300-350 г/см²-қ а жетеді.

Жабысқ ақ тық топырақ ты ө ң деуде ү лкен кері ә серін тигізеді. Қ ұ ралдарғ а топырақ тың жабысуы нә тижесінде тарту кедергісі ұ лғ аяды, топырақ ты ө ң деу қ иындап, егістік сапасы тө мендейді.

Топырақ тың физикалық жетілуі (пісуі) деп оның ө ң деуге қ олайлы болатын, кесектері жақ сы ү гітілетін жә не ең аз тарту кү ші болатын кү йін атайды. Жетілу жағ дайы топырақ тың ылғ алдылығ ымен анық талады, себебі ылғ алдылық қ а оның байланыстылығ ы тә уелді. Қ ажетті ылғ алдылық тағ ы топырақ ты ө ң деу қ олайлы жағ дай туғ ызады. Жыртуғ а қ олайлы жағ дай толық ылғ ал сыйымдылығ ының 50-60% ылғ алдылығ ы кезінде болады.

Тә жірибелі жер ө ң деушілер топырақ тың физикалық жетілуін жә не жырту уақ ытын дә л анық тауды ү йренген. Топырақ тың физикалық жетілу мерзімін анық тау ү шін қ олғ а біраз топырақ алып сығ амыз да, жасалғ ан кесекті жерге тастаймыз. Егер кесек шашылмаса, онда ылғ алдылық ә лі кө п, жыртуғ а ә лі ерте, егер шашылып кетсе, онда бұ л жырту уақ ыты келгенін кө рсетеді. Бұ л кезде топырақ тың механикалық қ ұ рамын ескеру керек, бірдей ылғ алдылық та қ ұ мдақ топырақ кесегі саздақ кесегіне қ арағ анда тез шашылады. Егер алынғ ан топырақ ү лгісін қ олмен қ ысқ ан кезде кесек жасалмаса, бұ л топырақ тың кеуіп кеткенін жә не жырту кезі ө тіп кеткенін білдіреді.

Физикалық жетілуден басқ а биологиялық жетілуді де бө ліп кө рсетуге болады. Биологиялық жетілу кезінде топырақ тағ ы микроағ залардың биологиялық белсенділігі ө сімдіктерге қ ажетті қ оректік ө німдердің босауына ық пал жасайды. Топырақ тағ ы микроағ залар ө здерінің белсенді іс-ә рекеті ү шін белгілі бір мө лшердегі ылғ алдылық пен жылуды, сонымен бірге ауаның еркін айналымын қ ажет етеді, кейде топырақ тың биологиялық жетілуі оның физикалық жетілуімен сә йкес келмей, егістік жыртылғ аннан кейін басталуы да мү мкін.

Топырақ тың тығ ыздығ ы дегеніміз – ә ртү рлі формадағ ы денелерді (конус, цилиндр, т.б.) топырақ қ а кү шпен енгізуге кө рсететін кедергісі. Тығ ыздық 1 см²-қ а тү сетін килограммен ө рнектеліп, тығ ыздық ө лшегішпен анық талады. Топырақ тың тығ ыздығ ы топырақ бө лшектерінің санына байланысты жә не де ылғ алдылық жоғ арылағ ан сайын азаяды.

Қ ұ рғ ақ топырақ тың тығ ыздығ ы ө те жоғ ары. Тығ ыздық топырақ тың тартылу кедергісінің мә ніне ық пал етіп, ө сімдіктің ө суіне біршама ә сер етеді. Тығ ыз топырақ та тамырлардың таралуы жә не ө ркендердің жер бетіне шығ уы қ иындайды. Механикалық қ ұ рамы ауыр, структурасыз, аз қ арашірікті жә не қ ұ рамында сің ірілген натрий бар топырақ тардың тығ ыздығ ы ө те жоғ ары.

Топырақ ісінуі дегеніміз – ылғ алданғ ан топырақ тың кө лемінің артуы. Бұ ндай қ асиеттерге қ ұ рамында органикалық (ә сіресе, қ арашірік), минералдық коллоидтар жә не сің ірілген натрий бар топырақ тар ие. Қ ұ рамында коллоидты бө лшектер мү лде аз қ ұ мдауыт топырақ тар ісінбейді. Топырақ ісінуіне ерекше ә сер ететін қ арашірік, себебі оның кө лемі ылғ алданғ анда едә уір ұ лғ аяды. Натрий катиондарымен қ анық қ ан топырақ тар – кебірлер ісінуге ерекше бейімді. Керісінше, сің ірілген натрийді кальциймен ауыстырғ анда, ісіну тө мендейді.

Топырақ тың сығ ылуы дегеніміз – оның кебуі кезіндегі кө лемінің кішіреюі. Ылғ алданғ ан кезде қ атты ісінетін топырақ тар, кепкенде кө лемі біршама кішірейеді. Сығ ылу мө лшері топырақ тың ылғ алдану дә режесіне, қ ұ рамындағ ы коллоидтық бө лшектерге, ауысу катиондарының қ ұ рамына тә уелді. Сығ ылу кө бінесе, структурасыз, натрий катиондарымен қ анық қ ан балшық ты жә не саздақ топырақ тарда кездеседі. Қ ұ мдауыт топырақ тардың сығ ылу қ асиеті болмайды.

Сығ ылу – қ ажетсіз қ ұ былыс, себебі оғ ан байланысты жарық шақ тар пайда болып, топырақ тағ ы ылғ ал буланып кетеді. Топырақ жарылғ анда ө сімдіктердің тамырлары ү зіліп кетуі де мү мкін.