Топырақтың ауа қасиеттері

Топырақ тағ ы физиологиялық ү дерістердің ө туі ү шін ө сімдіктер мен микроорганизмдердің ө сіп-дамуына қ олайлы ауа жә не жылу режимі керек.

Ауа қ асиетіне топырақ тың ауа ө ткізуі, ауа алмасуы (аэрация) жатады. Ол топырақ тың борпылдақ тылығ ына, ылғ алдылығ ына байланысты. Топырақ қ опсығ ан кеуек дене болғ андық тан, оның қ ұ рамында ү немі ауа болады. Бұ л ауаның мө лшері топырақ тың ылғ алдылығ ына, тығ ыздығ ына, ө ң делу жағ дайларына, механикалық қ ұ рамына, ө сіп тұ рғ ан ө сімдіктің тү рлеріне,, т.б. жағ дайларғ а байланысты келеді. Егістіктер мен ө ң делген топырақ тарда ауаның мө лшері топырақ кө лемінің 30-40 %-ғ а тең. Мұ ның біраз бө лігі топырақ бө лшектеріне сің еді, оны сің ген ауа деп атайды. Ал ауаның қ алғ ан бө лігі топырақ кеуектерінің арасында болады. Неғ ұ рлым топырақ та су кө п болса, соғ ұ рлым онда ауа мө лшері аз, себебі мол су ауаны топырақ қ ұ рамынан ығ ыстырып жібереді. Топырақ ауасында оттегі тапшы болса, ө сімдік дә ні мен тамыр дамуы нашарлап, микробиологиялық ү дерістер мен органикалық заттардың ыдырауы тежеледі де, аэробтық тіршілік ететін микроорганизмдер ә рекеті бә сең дейді.

Ауаның жақ сы алмасуы топырақ тағ ы органикалық заттардың аэробты шіруіне ә сер етеді. Сонымен қ атар ауа ө сімдіктердің тамырлары мен топырақ жануарларының тыныс алуына жә не тотығ у ү дерістерінің ө туіне керек.

Топырақ тағ ы ауаның қ ұ рамы атмосфера ауасынан ө згешелеу болады. Яғ ни топырақ тағ ы ауаның қ ұ рамында атмосфера ауасына қ арағ анда кө мір қ ышқ ыл газы СО₂ кө п болады (0, 3-2, 7 %), ал атмосферада СО₂ аз (0, 03 %), керісінше, оттегі азырақ 15-20 %, ал атмосферада кө бірек, 75-78 % болады. Топырақ ауасында СО₂-нің кө п болуын оны мекендейтін тү рлі жә ндіктердің ауаны пайдаланып, СО₂-ні бө ліп шығ аруынан, ал оттегінің аз болуы топырақ та мекендейтін микроорганизмдердің оны тү рлі тотық тану жә не ыдырату ү дерістеріне жұ мсауының ә серінен деп білеміз. Кө мір қ ышқ ылынан басқ а топырақ ауасына органикалық шіруден шығ атын Н, Н₂S, CH₄, H₃P, NO₂, NH₄ сияқ ты газдар кіреді.

Тү зілген СО₂ басым кө пшілігі атмосферағ а кө теріледі де, біразы топырақ тың тө менгі қ абатына ө теді, кө біне жердің жоғ арғ ы қ абатында топырақ пен атмосфера ауасының арасындағ ы газ алмасуы кү шті болғ андық тан топырақ тың беткі қ абатындағ ы ауа қ ұ рамында тө менгі жағ ына қ арағ анда оттегі мол болады.

Топырақ тың ауа режимі – топырақ тағ ы ауа мө лшері мен қ ұ рамының мезгілді (тә улік, ай, жыл бойы) ө згеруін сипаттайтын ауа қ оры болып табылады. Топырақ тағ ы ауа бос кү йінде абсорбциялы жә не ерітінді тү рінде болады. Ө сімдіктерге бос кү йіндегі жә не абсорбциялы ауа тиімді. Зерттелген мә ліметтер бойынша топырақ тағ ы ауа мө лшері бидай, сұ лы дақ ылдары ү шін – 10-15 %. Арпа мен қ ант қ ызылшасы дақ ылдары ү шін – 15-20 % аралығ ында болғ аны керек. Топырақ ауасы қ ұ рамындағ ы оттегі кө зі негізінен атмосфера болса, СО₂ – ауадан жә не ө сімдік пен топырақ тағ ы, органикалық заттар ыдырауы мен тотығ у ү дерістері нә тижесінде пайда болады. Кө мірқ ышқ ыл газының 1/3 бө лігін орта есеппен ө сімдік тамырлары шығ арады. СО₂ мен тұ здары – карбонаттар топырақ тағ ы кү рделі ү дерістерге қ атысады. Біріншілік минералды бұ зылуы, карбонаттар мен фосфаттар ыдырауы, т.б. ү дерістер бө лініп шығ атын СО₂-нің қ атысуымен ө теді. Ә ртү рлі реакциялар нә тижесінде бө лініп шығ атын СО₂-нің мө лшері – топырақ тың микробиологиялық белсенділігінің кө рсеткіші. Ө сімдіктердің ауадан қ оректенуі олардың тамыр арқ ылы қ оректенуімен тығ ыз байланысты. Соның арқ асында табиғ атта ауа алмасуы ә рдайым болып жатады. Жер бетінде жылына 240 млрд. тонна шамасында органикалық заттар тү зіледі, бұ л ү шін ө сімдіктер 170 млрд. тонна СО₂-ні сің іреді. Егер атмосферадағ ы кө мір қ ышқ ыл газының қ оры жылма-жыл толық тырылып тұ рмаса, оның қ оры 4-ақ жылда сарқ ылады екен. Бірақ ө сімдіктер мен жан-жануарлар қ алдық тарының топырақ та шіруі арқ ылы атмосферағ а кө п мө лшерде СО₂ бө лінеді. Атмосферадағ ы СО₂-нің қ оры ө те аз. Мысалы, 1 га жердегі атмосфераның 1 метрлік қ абатында небары 5-6 кг шамасында СО₂ бар, бұ л ө сімдіктер ү шін мү лде жеткіліксіз.

Топырақ ауасы топырақ та ө сетін ө сімдіктер мен микроорганизмдерге кө п ә сер етеді. Топырақ тағ ы ауаның молдығ ына, аздығ ына, оның қ ұ рамына қ арай мұ нда ә ртү рлі микроорганизмдер ө мір сү реді. Ө сімдіктер тамырының терең деп немесе кө лденең ө суіне топырақ тағ ы ауа режимінің дұ рыс болуының пайдасы зор. Сонымен топырақ тың ауа режимі де топырақ қ ұ нарлығ ына ә сер ететін негізгі фактордың бірі.

Ауа қ асиеттеріне топырақ тың ауа сыйымы, ауа алмастыруы жә не (аэрация) ауа ө ткізуі жатады.

1. Ауа сыйымы деп топырақ қ уыстарында белгілі мө лшерде ауа ұ стап тұ ру қ абілетін айтады. Ауа сыйымы – тү йіртпекаралық жә не капиллярлық болып екіге бө лінеді. Екеуінің қ осынды кө рсеткіші топырақ тың жалпы ауа сыйымын сипаттайды. Топырақ ты ө ң дегенде, қ опсытқ анда оның жалпы ауа сыйымы артады. Механикалық қ ұ рамы ауыр, тү йіртпексіз, тығ ыз топырақ тарын ауа сыйымы – қ ұ рғ ақ тү йіртпекті жә не механикалық қ ұ рамы жең іл топырақ тардан гө рі тө мен болады.

2. Тү йіртпекаралық ауа сыйымы деп топырақ тың тү йіртпектер арасындағ ы қ уыстарда шоғ ырланғ ан ауа мө лшерін айтады. Топырақ тұ рақ ты тү рде атмосферамен газ алмасып тұ рады.

3. Капиллярлық ауасыйымы деп топырақ тың тү йіртпектері ішіндегі қ ылтү тікшелеріне толғ ан ауа мө лшерін айтады. Мұ ндағ ы ауа атмосферамен газ алмасу ү дерісіне аз қ атысады, бұ л кө рсеткіш кө лемі жағ ынан капиллярлық ауа сыйым мө лшеріне сә йкес келеді.

Аэрация – ауа алмастыруы, топырақ тың жалпы ауа сыйымы мен кө лемдік ылғ ал мө лшерінің айырмасымен сипатталады (%).

Аэрация = (Тжас-Тыл. м);

Тжас – жалпы ауа сыйымы;

Тыл. м – ылғ ал мө лшері.

Топырақ та ылғ ал мол болса, ауа алмасу қ ұ былысы нашарлайды. Аэрация табиғ и жағ дайғ а жә не адам ісіне байланысты ө згермелі келеді.

Ауа алмасудың негізгі факторларына: диффузия, температура, атмосфералық қ ысым, ылғ алдылық, жел қ уаты жатады.

Топырақ пен атмосфера арасында ауа алмасу қ ұ былысын топырақ тың тынысы деп атайды. Газдың кө лемі температура ө скенде ұ лғ айып, температура суығ анда кішірейеді. Сондық тан кү ндіз кү н жылығ анда топырақ қ уыстарындағ ы ауа кө лемі ұ лғ айып, топырақ тан ығ ыстырылып ауағ а таралады, ал тү нгі салқ ында газдардың кө лемі кішірейеді де, топырақ тың бос кең істіктері атмосфера ауасымен толады. Газдар молекулалары кең істікте ыдырап, біркелкі таралуғ а тырысады, олардың мұ ндай қ озғ алысын диффузия деп атайды. Ол атмосферамен топырақ ауасы тү йіскен шекарада ө теді де, топырақ “тынысында” маң ызды рө л атқ арады. Жаң быр суы топырақ қ уыстарына толып, ондағ ы ауаны ығ ыстырады, соң ында бұ л су топырақ қ а сің еді де, жоғ арғ ы қ абат қ уыстары судан босап, атмосфера ауасымен толады.

Атмосфера қ ысымы ө скенде, топырақ қ уыстарындағ ы ауа тығ ыздалады, ал қ ысым тө мендегенде газдар топырақ пен қ айта атмосферағ а ығ ыстырылады. Осы сипаттағ ы факторлар ә серінен топырақ пен атмосфера арасында газ алмасу ү дерісі болмаса, ө сімдіктер ө ніп-ө суі мен микроорганизмдердің тіршілігі мү мкін болмас еді.

Қ ұ рылысы тү йіртпекті топырақ тарда ауа ө ткізу қ асиеті жоғ ары, ал тығ ыз қ алыпты ауыр балшық тарда тө мен болады. Газдар топырақ тың қ атты жә не сұ йық фазаларымен ә рекеттесіп сің іріледі немесе еріп кетеді.

Қ ұ рамында балшық ты минералдар мен органикалық заттар мө лшері артқ ан сайын, топырақ тың газдар сің іру мө лшері де ө седі. Температура тө мендегенде топырақ ылғ алында газдар (ә сіресе, СО₂) мө лшері артып, ондағ ы карбонаттардың еруі мен тотығ у реакциясы ү дейді. Керісінше, температура ө скен сайын топырақ ылғ алында газдар еруі кү рт тө мендеп, тотығ у реакциясы бә сең дейді, ол карбонаттар ерітінді кү йінде тұ нбағ а шө геді.

Қ ысымның ө суі топырақ тағ ы газдардың еруін кү шейтеді, ал оның кемуі, яғ ни қ ысым тө мендесе, газдың ерітіндісінен топырақ ауасына кө шуі тездетіледі.

Тотығ у ү дерісіне – оттегін алу (2КNО₂ +О₂ =2КNО₂₀) – сутегін беру (2СНСООН янтарь қ ышқ ылы – 2СНСООН+Н₂ футор қ ышқ ылы), сондай-ақ сутегі мен оттегінің қ атысуынсыз электрондар беру (Ғ е²⁺+е^-+Ғ е³⁺), яғ ни тотығ у электронды беру, ал тотық сыздану – электронды қ осып алу ү дерістері жатады.

Ауа ө ткізу деп нақ тылы уақ ытта топырақ тың ө з денесінен ауа ө ткізу қ абілетін айтады. Топырақ тағ ы ауа қ ұ былысына қ арай тотығ у жә не тотық сыздануү дерісі жү реді. Ауа қ ұ рамында ө ткізгіштігі басым жағ дайда тотығ у, ал ол аз жағ дайда тотық сыздану ү дерісі жү реді, керісінше, ө ту ү дерісі тотығ у ү дерісінде жә не яғ ни тотығ у кезінде электрондары алу ү дерістері жү реді. Тотығ у кезінде элементтерінің оң валенттілігі ө седі, энергия бө леді. Топырақ тың тотығ у жә не тотық сыздану ү дерісін санды тү рде сипаттау ү шін топырақ тың тотығ у потенциалы (ТТП) қ олданады. Осы ТТП-нің сутегіге қ атысы Еh белгіленеді. Тотық сыздану ү дерісі кезінде Еh кө рсеткіші сілтілі топырақ та ү лкен болады, ал қ ышқ ыл топырақ та Еh мө лшері тө мен болады.

Сондық тан сілтілі ортада тотық сыздану ү дерісі Еh-тың тө менгі кө рсеткіштерінде басталады. Топырақ тағ ы жағ дайларғ а байланысты Еh-тың дең гейі жыл бойы, ылғ алдану дә режесіне байланысты Еh-мө лшері маусымды ө згереді.

Еh-кө рсеткіші Рh-дең гейіне (орташа) байланысты ө згереді. Мысалы,: Рh-тың бір интервалғ а кө шуі Еh-ты 57-59 мв-қ а ө згертеді. Осы байланыс негізінде Кларк ұ сынғ ан аэробты индексі (Н₂) қ олданады.