лекция. Өсімдік шикізатының топырақ химиясы пәнінің мақсаты мен міндетте. Минералды оректену туралы жалпы сипаттама. Орташа есеппен сімдікті сусыз ра затыны рамында кміртек 46,оттегі 42 %, сутегі 6,5%, азот 1,5%, минералды элементтер 5%, шамасында болады
 Скачать 406.67 Kb.
|
|
Дәріс №5 Топырақтың органикалық бөлігі. Қарашірінді қышқылдарының қасиеттерін зерттеу. Дәріс мақсаты: Төменде келтірілген негізгі сұрақтар және олардың қысқаша мазмұны бойынша білімдерді игеру. Топырақтың органикалық заты және топырақ құнарлығының қалыптасуында оның маңызы. Топырақ органикалық заттың көздері. Топырақтың арнайы және арнайсыз органикалық заттары. Топырақ гумусы сәуле энергиясының аккумуляторы. Гумустың фракциялық және топтық құрамы, оның топырақ қасиеттеріне әсері. Топырақтың гумус жағдайының көрсеткіштері. Топырақтың дегумификациясы-маңызды экологиялық мәселелердің бірі. Топырақтың құнарлығы, факторлары және элементтері. Топырақ құнарлығының жерді игеру кезіндегі өзгерістері, оның жақсарту жолдары. Топырақтың органикалық заты және топырақ құнарлығының қалыптасуында оның маңызы. Топырақтың органикалық заттары деп өсімдіктер, жануарлар, микроағзалардың ыдырауы мен шipyi деңгейлеріндегі олардың өлі қалдықтарын, сонымен бipre қapaшipiк қышқылдары мен олардың тұздарын атайды. Органикалық заттардың топырақтың құнарлылығына әсері. Топырақтың құнарлылығын көбінесе топырақтың органикалық заттары анықтайды, өйткені оның құрамында өсімдіктер үшін керекті элементердің бәpi бар. Органикалық заттар бар жерде топырақты сумен, ауамен, жылумен қамтамасыз ететін топырақ құрамы пайда болады. Шірінді қышқылының топырақтың минералдық бөлігіне әсер етуінен қоректік элементтердің үлкен бөлігі босап шығады. Қapaшірiк қышқылдары биологиялық айналымға, өсімдіктердің қоректік элементтерін ұзақ сактауға қатысады. Топырақтан жеткілікті ылғал мен қоректік элементерді талап ететін өсімдіктер, үлкен көлемде қарашірік заттары бар микроағзалардың алуан түріне бай топырақтарда жақсы өседі. Сол себепті топырақтарда органикалық заттардың құнарлылығын және өсімдік өнімділігін жоғарлату маңызды мәселе болып табылады. Органикалық заттардың жинақтау және ыдырау үрдістерін реттеу тәсілдері топыраққа адамдардың шаруашылық ic-шаралар қолдануымен тығыз байланысты. Үлкен аумақта жер жырту кезінде топырақтардың аэрациясы жақсарады, органикалық заттар ыдырауының аэробты түpi дамиды, гумин қышқылдары белініп, топырақ структурасының жақсаруына септігін тигізеді және сонымен қатар, көп мелшерде қоректік элементтер бөлінеді. Батпақты құрғатқан кезде де осы үрдістер жүреді. Ыдырау үрдістерін азот, фосфор, калий және бактериялық тыңайтқыштар қосып тездетуге болады. Бірақ топырақтағы қарашірікті сақтау керек және де оны мүмкіндігінше көбейту керек. Ол үшін қышқыл топырақтарды әкпен қаныктыру, батпақтардың 10-40 т/га шымтезегін жырту, бактерияларды енгізу әдістерін icкe асырады. Топырақтарды суару, қар тоқтату және су мен жел эрозиясымен күресу кең таралған. Орман шаруашылығында топырақтардағы органикалық заттардың құрамын ағаштардың түрлерін таңдап отырғызу арқылы реттейді. Әдетте жапырақты және аралас ормандарда шыршалы және қарағайлы ормандарға қарағанда қарашірік көп болады, көлеңке сүйгіш өсімдіктер мен жарық сүйгіш өсімдіктер арасындағы қарашірік мөлшері де сол сияқты болады. Топырақ органикалық заттың көздері. Топырақтың органикалық заттарының алғашкы және басты көздеріне жоғарғы және төменгі сатыдағы өсімдіктер жатады, олардың қоры тіршілік үpдici барысында өсе береді. Ормандардағы жер бетінің органикалық заттар қоры әр гектарда 400-800 т аралығында болады. Ормандар жыл сайын гектарынан 5-10 т жасыл масса берсе, шалғындар 1 гектардан 2,5-7 т жасыл масса береді. Өсімд1ктердің жер астындағы органикалық заттарының қоры да айтарлықтай көп. Ормандағы ағаш тамырларының салмағы 10-нан 12 т-ғa дейін барады, ал шалғындарда 7-ден 18 т-ға дейін жетеді. Орман мен шалғындардағы өсімдіктердің жер асты және жер үсті бөліктерінің қатынасы әр түрлі. Орманда тамыр жүйелерінің салмағы шамамен 10-30%, шалғындарда 60-80%. Далалық жердің көптеген өсімдіктерінің тамыр жүйелері жер бетіндегі массасына қарағанда көп. Ормандарда ағаш тектес өсімдіктер басым болады, онда, жыл сайын, органикалық заттардың бip бөлігі ғана өледі. Олардың көп бөлігі жер бетінде қалып, аз бөлігі ғана топыраққа түседі. Жыл сайын 2-5 т/га қылқандар, жапырақтар және жаңқалар, 12-15 т/га құраған ағаш діндері және 2-3 т/га тамырлар түседі. Жыл сайын өлетін өсімдіктер бөлігi 2-5 т құрайды. Шалғындарда, әcipece бip жылдық шөптесін өсімд1ктердің жер бетіндегі де, жер астындағы да бөліктері құрап, шіриді. Органикалық заттардың бipaз мөлшері топырақта өлетін микроағзалар (0,1-1,0 т/га) мен жануарлар қалдықтарынан (50-400 кт/га) тұрады. Органикалық заттардың топыраққа түсу уақыты әр турлі. Орманда органикалық заттардың түcyi жаздың екінші жартысынан бастап күздің аяғына дейін, суық түскенше жүреді. Мүкті жамылғы қыста өледі. Шалғындық шөптер алғашкы суық түскеннен кейін, ал дала өсімдіктерінің көпшілігі – ыстық жаздың ортасында құрай бастайды. Топыраққа түceтiн органикалық қалдықтардың химиялық құрамы әр алуан. Олардың көп бөліп келесі элементерден тұрады: көмipтeгi – 45 %, оттегі – 42 %, сутегі – 6,5 %, азот – 1,5 % және басқа элементтер – 2 – 10 %. Органикалық заттар целлюлозадан, лигниннен, майлардан, ақуыздардан, эфирлерден, шайырлардан, қышқылдардан және табиғи әр түрлі ферменттерден тұрады (5 кесте). № 5 кесте. Өсімдіктің химиялық құрамы, құрғақ заттар % (Д.Г. Виленский бойын-ша, 1961)
Әртүрлі өсімдіктердің химиялық құрамын салыстыра отырып, ағаш тектес түрлер құрамында ағаш дінінің ыдырауы мен шіруін тежейтін илік заттардың, лигниннің, шайырдың көп болатындығы анықталды. Қылқанжапырақты ағаштардың жерге түскен қылқандары жапырақты ағаштар мен шөптесін өсімдіктердікіне қарағанда қышқылдау. Шөптесін өсімдіктер ақуыздарға, күлдік элементерге бай, құрамында лигнин мен көмірсутектері аз. Мүктер және қыналардың қышқылдығы басым. Бактериялардың 40-70 % ақуыздардан, майлар және күлдік элементтерден турады. Бактериялардың тіршілігінe қолайлы бейтарап орта, ондағы ылғалдылық 10-30 %, температура +10°+350 болуы керек. Саңырауқұлақтарда әдетте ақуыздар, көмірсутектер және күлдік элементтердің мөлшерлepi едәуір көп болады. Өсу үшін олар оттегімен қамтамасыз eтiлyi керек, олар аэробты, қышқылды реакцияны жақсы өткізеді, илік заттар олардың өсуіне кедергі жасамайды. Топырақтың арнайы және арнайсыз органикалық заттары. Топырақ гумусы сәуле энергиясының аккумуляторы. Гумустың фракциялық және топтық құрамы, оның топырақ қасиеттеріне әсері. Топырақтың гумус жағдайының көрсеткіштері. Топырақтың дегумификациясы-маңызды экологиялық мәселелердің бірі. Гумус – ағзалардың анатомиялық құрылысын толық жоғалтқан топырақ органикалық затының негізгі бөлігі. Гумус 2 үлкен заттар топтарына бөлінеді: Арнайсыз органикалық заттар – топырақтан бөлінеді, ажыратылады және саналық анықталады (қанттар, аминоқышқылдар, ақуыздар, органикалық негіздер, органикалық қышқылдар және т.б.); Арнайы гумус қосылыстары – ең сипатты арнайы бөлігі, көптеген минералдық топырақтарда органикалық заттың жалпы мөлшерінен шамамен 80-90 % құрайды. Гумус заттары әр түрлі құрамы және қасиеттері бойынша жоғары молекулярлы азот болатын органикалық қосылыстардың қоспасы, пайда болуы, кейбір қасиеттері және құрылыс сипаты бойынша ұқсас келеді: 1) арнайы түсі қою-құбадан қызыл-құба және қызғылт сарыға дейін; 2) карбоксилдық топтарымен қамтамасыз етілген қышқыл сипаты; 3) көміртегі мөлшері – 36-62 %, азоттың мөлшері – 2,5-5 %; 4) барлық топтарда гетероциклдық фрагменттердің болуы, мысалы, 3-6 % гетероциклдық азоттың; 5) гидролизге түспейтін азоттың мөлшері – 25-35 %; 6) молекулярлы массасы 700-800-ден жүздік мыңға дейін. Гумус заттары ерігіштігі және экстрацияға қатысуына байланысты үлкен топтарға бөлінеді: фульвоқышқылдар, гумин қышқылдары, гумин, гиматомелан қышқылдары. Қарашірінді (перегной) немесе қарашірік(гумус) қышқылдары және олардың қасиеттері. Органикалық заттардың ауысу үрдістерінде алдымен өсімдіктер жеке бөліктерге, сосын бөлшектерге, органикалық молекулаларға және соңында минералдық тұздардың молекулаларына дейін ауысуы ыдырау, гумификация және минералдану сатылары бойынша жүреді. Органикалық және минералдық заттардың бөлшектері, молекулалары және иондары өзара реакцияға түсуге қабілетті, осыған байланысты топырақта, микроағзалардың қатысуымен мүлде жаңа, бастапқыларынан ерекшеленетін органикалық зат – қарашірінді немесе қарашірік қышқылдары және олардың құрамында азоты бар тұздар пайда болады. Егер өсімдіктерде орташа есеппен 15 % азот болса, жаңа қарашірік қышқылдары мен олардың тұздарында-3-6 % азот болады. Топырақтың минералдық бөлігіндегі қарашіріндіде 10-15 % ыдырамаған алғашкы органикалық заттар болса, топырақта синтезделген жаңа қарашірік қышқылдары мен олардың тұздарының органикалық қосылыстары 80-90 %-ын қамтиды. Қарашірінді заттарын 2 топка бөледі: гумин қышқылдары және фульвоқышқылдар. Бірінші топқа қара түске боялған гумин қышқылдары жатады, олар алғашында суда еріген түрде болады, ал сутектің екі, үш валенттік катиондарымен әрекеттескенде, олар тұнбаға түседі. Гумин қышқылдарының тұздары-гуматтар NA+, NH4+ және К+ суда ериді және төменге ағу арқылы төменгі горизонттарға шайылады да нағыз және коллоидтық ерітінділер түзеді. Гумин қышқылдары мен гуматтар минералдық бөлшектердің сыртын жабу арқылы гумин деп аталатын сұр, сұрғылт-құба немесе құба түсті органоминералдық микроагрегаттар түзеді. Л.Н. Александрова бойынша орта есеппен гумин қышқылдарындағы көміртегі – 52-62 %, cyтeгi – 2,5-5,8 %, оттегі – 31-39 % және азот – 2,6-6,1 % құрайды. Гуматтар мен гумин қышқылдары жинақтала келе топырақты сұр, құба-сұр немесе қара түстерге бояйды. Олар топырақ түйіртпектеріне сіңіп, олардың желімденуіне және топырақ құрылымының қалыптасуына ықпал етеді, құрылымдық түйіртпектер арасындағы сызаттар бойымен ағып, онда қарашірікті және қарашірікті-темірлi үлбірлерге айналады. Гумин қышқылдары мен олардың тұздары бактериялардың ықпалынан ыдырайды. Гумин қышқылдары тобын гумин және ульмин қышқылдарына бөледі. Қасиеттері бойынша олар бip-бipiнe ете жақын, дегенмен ульмин қышқылдары суда пептирленеді, түci бурыл және коңыр болады. Олардың қышқылдық қасиеттері карбоксил (—СООН) және басқалардың болуы арқылы анықталады. Қышқылдардың екінші үлкен тобы – фульвоқышқылдар, казақшаға аударғанда сары қышқылдар. Негізінен ылғалды салқьш климатта, саңырауқұлақ микрофлорасының басымдық жағдайында, яғни мүктер, қыналар және орман төсеніштері ыдырауы кезінде пайда болады. Фульвоқышқылдарының түci құбасары, суда ериді, өте қышқыл (рН 2,6 – 2,8). Қарапайым құрамы: көміртегі – 40-52 %, сутегі – 4-6 %, оттегі – 40-48 % және азот – 2-6 %. Фульвоқышқылдардың 1 және 2 валентті катиондарынан еритін тұздар – фульваттар түзіледі. Fe және А1 фульваттары концентрациясы неғұрлым қаныққан және құрамындағы біржарымдық тотықтар мөлшері аз болған кезде суда epігіш болады. Фульвоқышқылдар неғұрлым біржарымдық тотықтармен қаныққан сайын, соғұрлым олардың ерігіштігі төмендей береді. Біржарымдық тотықтар топырақта көп болғанда, темір мен алюминий фульваттары тұнбаға түседі де, коллоидтық қосылыстар түзеді. Фульвоқышқылдар өте белсенді, яғни олардың топырақтың минералдық бөлігімен реакцияға түсу қабілеті жоғары. Мысалы, олар екіншілік минералдарды ыдыратып, одан кальций, магний, калий, темір және алюминийді бөліп алады. Фульвоқышқылдар 2 топқа бөлінуі мүмкін: ашық түске боялғандары – олар өте белсенді, крен қышқылдарына сәйкес, күңгірт түске боялғандары – апокрен қышқылдарына сәйкес (Вильямс, 1949). Топырақтағы гумин және фульвоқышқылдардың арақатынасы мен құрамына байланысты олардың топырақтың минералдық бөлігіне жалпы белсенділігі де өзгеріп отырады. Гумин және фульвоқышқылдардың арақатынасы 0,2-ге дейін болғанда, қарашірік жинақталмайды десе де болады (ceбeбi, олардың көп бөлігi суда epiгіш), минералдық бөлігінің ыдырауы жоғары; 0,2-0,5 шамасында болғанда қарашірік жинақталуы мардымсыз, ал әсер белсенді; 0,5-0,7 шамасында болғанда қарашірік жинақталуы орташа; 0,7-ден жоғары болғанда қарашірік жинақталуы да жоғары болып, минералдық бөлік өзгермеген күйінде қалады. Коллоидтық күйге дейін ыдыраған органикалық заттарды шірінді (перегной) деп атайды. Шірінді топырақта гуминдерден, гумин қышкылдарынан, Fe3+, А13+ гуматтары мен фульваттарынан тұрады. И.В. Тюрин (1937) бойынша әртүрлі топырақтың 1 метрлік тереңдік қабатындағы органикалық заттар құрамы (т/га) мынадай: Орманның шымды топырағы -110 Қалың қабатты қаратопырақ – 760 Шымды-шымтезекті топырақ – 230 Кәдімгі қаратопырақ – 450 Орманның сұр топырағы – 475 Қаракүрең топырақ – 250 Сілтісізденген қаратопырақ – 555 Ашықкүрең топырақ – 120 Сұр топырақ – 80 Құнарлылығы бойынша ең кедей топырақтар құрамында 80-110 т/га органикалық заттар болса, ең бай топырақтардағы органикалық заттар мөлшері – 760 т/га болады. Топырақтың органикалық заттары биологиялық үрдістердің қарқынды жүруіне үлкен ықпал етеді, сондықтан, топырақ-органикалық заттардың түзілуі және ыдырауыныц күрделі үрдістері жүріп жататын табиғи дене деп айтуға болады. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||