«Жоңғар Алатауы» табиғат саяжайының табиғи ортасы компоненттерінің ауыр металдармен ластануын зерттеу

Табиғатта топырақ қуысты дене. Қуыстарда оның сұйық және газ фазалары орналасады. Қуыстылық қандай ауыр преспен басқанмен жойылмайды. Сондықтан қуыстарды сумен толтырып, топырақтың қатты фазасының массасын табу үшін пикнометр (арнайы өлшемді колба) әдісі қолданады.

Бұл әдістің мәні топырақтың қатты  фазасының көлемін оның ығыстырған суының көлемі арқылы анықтау. Сонымен, топырақтың қатты фазасының тығыздығын деп абслютті құрбақ топырақтың қатты фазасы массасының тең көлмдегі температурасы 4⁰C судың массасына қатынысын атайды (осы температурада 1 см³ су 1 грамға тең), яғни бұл ешқандай қуысталығы жоқ 1 см³ топырақтың граммен алынған массасы.

Топырақтың қатты фазасының тығыздығы ондағы аналық жыныстың минералогялық құрамына, гумстың және т.б. органикалық заттардың мөлшеріне байланысты өзгереді. Аналық жынысы жеңіл минералдардан тұрса, органикалық заттар көп болса, топырақтың тығыздығы жеңіл, ал минералдық бөлігі көп, ауыр болса, тығыздығы да ауыр болып келеді. Мысалы, шымтезекті топырақтың тығыздығы шымтезектің тығыздығына жақын -1,4-1,7 г/см³, ал гумсы аз құм топырақтардың тығыздығы ауыр, кварцтың тығыздығынан шамалас -2,65 г/см³. Мұнан топырақтың қатты фазасының тығыздығы оның химиялық құрамында жанама сипаттайтыны көрінеді. Топырақтың қатты фазасының тығыздығы 2,3-2,9 г/см³ аралығында, ал көп кездесетін егістік топырақтарда ол 2,5-2,6-2,7 г/см³ шамасында болады Топырақтың беткі қабатының тығыздығы аз, төменгі қабаттарында ол көбейе түседі. Топырақтың қатты фазасының тығыздығы оның қуыстылығын есептеуге қолданылады.

Жабдықтар мен заттар Сыйымдылығы100 мл пикнометр қоятын кристализатор немесе ұялары бар ағаш қалып, ванна, аналитикикалық таразылар (гирлерімен), кептіргіш шкаф, алюминий бюстері немесе шыны құрғату стаканшалары, эксикатор, электроплитка, саңлауы 1 мм елеуіш, топырақ үлгілері, фарфор келіше мен каучук ұшы бар кесапша, қайнатылып суытылған дистилденген су, су мен эфир үшін тамшылатқыш, сүзгі қағаз, сүлгі.

Топырақтың құрлым тығыздығын (көлемдік массасын) жеп табиғи құрлымы бұзылмаған барлық қуыстары сақталған 1 см³ абсолютті құрғақ (105⁰C- да тұрақты массаға дейін кептірілген) топырақтың массасын айтады.

Топырақтың құрлым тығыздығы оның құраушы минералдарға, органикалық заттардың мөлшеріне, стуктурасына және қуыстылығына байланысты болады. Топырақ қопсыған, структуралы және қарашірікті болған сайын оның құрлымы тығыздығы да азаяды. Топырақтың құрлым тығыздығы 0,8-1,8 г/см³ аралығында болады. Ол жеңіл топырақтарда ауыр топырақтардағыдан гөрі төмен болады.

Өсімдікткрдің тамыр жүйелерінің  жайылып өсуі, топырақтардың сулық  және жылулық режимдері, осыған орай өсімдіктердің өнімділігі де топырақтың құрлым тығыздығына тікелей байланысты. Топырақтың құрлым тығыздығы оның жырту қабатының (0-30 см- ге дейын) гектардағы массасына қуыстылығын, қоректік элементтердің, судың, гумустың қосымша және т.б. есептеу керек.

Топырақтағы (оның қабатынағы) заттардың қорын есептеу үшін мына формуланы қолданады:

                                        Зқ= Ққ x ҚТ x А

мұнда: Зқ- заттың қоры, г/см³;

                       Ққ - қабаттың қалыңдығы, см;

                       ҚТ - құрлым тығыздығы, г/см³;

                      А - топырақтың құрғақ массасына есептегендегі заттық мөлшері, %.

Жабдықтар мен заттар. Топырақ цилинр – бұрғысы, ағаш балға, қазан пышықтар, күрек, алюминий құрғату стаканшалары (бюкстер), кептіргіш шкаф, техникалық таразылар (гирлерімен), рулетка немесе сантиметр.

Тапсырманы орндау.

1. Тік қабырғалы топырақ кесіндісі – шұңқырын дайындап алу және көлемі 50 см³ арнайы цлиндр – бұрғымен құрлымы бұзылмаған топырақ үлгілерін генетикалық қабаттардық орта шамасынан, ал жырту қабаттан (0-30 см) 10 см сайын алу.
2. Топырақ үлгілерін массасы өлшеген алюминий стаканшаларға салып, қақпағын жауып, 105⁰C тұрақты массаға дейын кептіру.
3. Үлгідегі құрғақ топырақтың массасын анықтағаннан кейін құрлым тығыздығын мына форламен есептеу:

                

                      ҚТ = m/v,

 

Мұнда: ҚТ – құрлымы тығыздығы, г/ см³;

              М- абсолютті құрғақ топырақтың массасы, г;

              V- топырақтың көлемі, см³.

массасы, цилиндр-бұрғының көлемі 50 см³, құрғақ топырақтың массасы 60,5 г, топырақтың құрлымы тығыздығы 60,5:50=121 г/ см³.

4. Тәжірибе барысында көрсетілген фщрмула бойынша 1 гектардың жырту қабатындағы (0-30 см) судың (18%), гумустың (3%) және негізгі қорнктік заттардың N, P₂O₃, K₂O, 100 г топыраққа тиісінше 0,2; 2,0; 30,0 мг есебімен қорын есептеу.

Ескерту.

1. Егер тәжірибе басындағы формулада А процентпен берілмей, 100 г топыраққа миллиграммен берілсе, онда Зқ кг/га –мен шығады.
2. Цилиндр-бұрғының көлемі (см²) :

                                    

                                                    V = π d² h/4

Мұнда:  π -тұрақты сан, 3,14-ке тең;

              d- бұрғының кесу жүзінің ішкі диаметрі, см;

              h- ұрғының биіктігі, см.

3. Егер Н.А.Качинскийдің аспабы болса, онда құрлым тығыздығы осы аспаппен анықталады. Зерітханада бұрғы болмаса, онда түбінің, бетінің (ішкі) диаматрлері тең ыдыста мысалы, алюминий немесе химиялық стакандарда биіктігін ішінен өлшеп және бос топырақты стаканға салып, жұмсақ затқа ұра отырып, көлемдік массасын анықтайды.

 

 Топырақтың қуыстылығын анықтау

Әртүрлі топырақ түзуші жыныстарда қуыстылық мынадай болады: сазда  -44-50%, лесте -45% шамасында, ірі құм мен малтатаста -35-40%, құмда -36-42%, құмайт топырақтарда 42-45% шамасында.

Топырақтардабөлшектердің диаметрі 0,001 мм-ден (майа шаңнан) ұқсас болған сайын қуыстылық та өседі. Бұл саз бөлшектердің агрегаттар түзу қабілетімен дәлелденеді.

Табиғи қалпы бұзылмаған топырақтың көлем бірлігіндегі барлық қатты  бөлшектер және кесекшелер аралық қуыстардың көлемдік жиынтығын жапы қуыстық  деп атайды. Жалпы қуыстылықтың ауамен толған бөлігін аэроциялық қуыстылық  дейді. Егер топырақтың тығыздығы оның қатты фазасын құрлым тығыздығы  бұзылмаған қалпындағы барлық қуыстылықты  көрсететін болса, онда 1 см³, топырақтың қатты бөлшектері қанша көлемін, қуыстылық қанша көлемін алып жататынын анықтау керек.

Мсалы, құрлым тығыздығы 1,21 г/ см³, қатты фазасының тығыздығы 2,52 г/ см³ болса, онда қуыстылық 1,2:12,52=0,48. Олай болса 1 см³ топырақтың қатты бөлшектері 0,48 см³ (48%), ал топырақ қуыстары 0,52 см³ (52%) көлемді алады. Жалпы қуыстылықты мына формаламен анықтайды:

 

ЖҚ = (1 - ТҚ/P) x 100, немесе ЖҚ = P - ҚТ/P x 100,

 

           Мұнда:  ЖҚ- жалпы қуыстығы, %;

                           ҚТ- құрлым тығыздығы,  г/ см³;

                           P - топырақтың қатты фазасының тығызжығы, г/ см³.

        Формулаға ҚТ және P- ның мәні қойсақ, онда

                 

                     ЖҚ = (1 – 1,21/2,52) x 100 = 48% немесе

 

                   ЖҚ = 2,52 – 1.21/ 2,52 x 100 = 48%.

Топырақтың қуыстылығы бетгі қабаттарында 55-70%, төменгі қабаттарында 35-50% болады. Топырақтың қуыстылығы 40%-тен кем болса өсімдік тамырларының өсуі қиындайды.

        Топырақтардың гранулометиялық  құрамына, структуралылығына, органикалық  заттың мөлшеріне қарай қуыстылық  26%- тен 65%- ке дейін өзгереді. Ең төменгі қуыстылық құм және көгіс топырақтарда болады. Мысалы, топырақтың қурлымы тығыздығы 2,0, қатты фазасының тығыздығы 2,7 болса, онда ең төменгі жалпы қуыстылық шығыды:

 

                            ЖҚ = (1 – 2,0/2,7) x 100 = 26%.

 

Ал, профессор Н.А.Качинск йдің дәлелдеуінше көптеген ауы шаруашылығы дақылдары  үшін оптимальды (қолайлы) қуыстық 55-65% аралығында болады. Қуыстылық мұнша жоғарлату үшін топырақты дер кезінде дұрыс баптау, қопсыту, органикалық тыңайтқыштарды енгізу, сор топырақтардың тұзын сумен шайдырып жіберу, ауыспалы егістер жүйесінде көп жылыдқ шөптесін өсімдіктерін егу, т.б.  жүргізіледі.

Топырақтың аэрациясы (ауа жеткіліктілігі) 100 см3 топырақтағы ауаның көлемімен  анақталады. Аэрация дәрежесі топырақ  жағдайының маңызды көрсеткіші ретінде  есептеледі және топырақтағы судың  қуыстарды толтыру дәрежесіне байланысты. Топырақ қуыстары сумен қанша  толы болса, өсімдіктер, аэроотық микроағзалар үшін сонша ауа аз болады. Егер топырақтаға  ауаның  мөлшері 15%- тей болса, онда өсімдіктердің, аробтық микроағзалардың  оттегімен қамтамасыз етілуі қиындайды. Ал 8% және онан кем болса оттектің ағзаларға түсуі тоқтайды, мезофиттердың тамырлары опат болады, топырақ көгістенеді (батпақтана бастайды).

       Топырақтың жалпы қуыстылығын,  ылғалдылығын және құрлым тығыздығын  білу арқылы топырақтағы ауа  мөлшерін (аэрация қуыстылығы) мына  формула бойынша анақтайды:

 

                    Қ_аэр = ЖҚ  - (X x ҚТ) немесе Қ_аэр =  ЖҚ – W,

 

Мұнда:       Қ_аэр- 100 см³ топырақтағы ауа көлемі, %

                       (топырақ көлемінен);

                    ЖҚ- топырақтың жалпы қуыстылығы, %

                        (топырақ көлемінен);

                    ҚТ- топырақтың құрлымы тығыздығы,  г/ см³;

                    W- топырақтың ылығалдылығы, %

                         (топырақ көлемінен);

                     X- топырақтың ылығалдылығы, %

                        (топырақ көлемінен).

 

Мысалы, топырақтың жалпы қуыстылығы 48%, ылығалдылығы 18%, топырақ құрлым тығыздығы 1,21 г/ см³ болса, онда топырақтың аэрациясы

                  

                             V_a = (48 – 18x1,21) = 27,2% -ке тең.

 

  Топырақтың сулық қасиеттері

        Топырақ қатты сұйық және газ  тәрізді фазалардан тұратын күрделі  жүйе. Ал өсімдіктер тіршілігінде  су негізгі факторлардың бірі  болып саналады. Өсімдіктердің сумен  және қоректік заттармен қамтамасыз  етілуі топырақтың сулық қасиеттеріне  тікелеі байланысты. Олардың бастыларына  су сыймдылығы, су буландрғыштығы, су өткізгіштігі, су көтергіштігі  немесе капиллярлығында жатады. Топырақтың нашар су сыймдылығында  өсімдікке су жетіспейді, нашар  су өткізгіштігінде жауған жауын,  көктемде еріген қар сулары  жер беті мен топыраққа сіңбей  ылғйға ағып кетеді немесе  жер бетінде жиналып, өсімдікке  топырақтағы ауа жетіспейді де, оның өсуін, дамуын тежейды.  Топырақ артық ылығалданса аэробтық  микроағзалардың тіршілігі алсірейді,  тіпті жойлады. сонымен судың  аз немесе артық болуыда өсімдіктерге  теріс әсерін тійгізеді. Себебі: жоғары дәрежелі өсімдіктер керекті  суды толығынан топырақтан алады.

       Топырақта ылығал әртүрлі дәрежеде  кездеседі:бір топрақтарда ол  өсімдікке түсетін,ал кейбіреулерінде  түспейтін жағдайларда болады.Топырақтағы  судың формалары топыраққа түсетін  судың (атмосфералық қалдықтардың )мөлшеріне және топрақтың сулық  қасиетіне байланысты өзгереді.

       Топырақтағы сулар гравитациялық,  капиллиярлық, қабықтық тартылған,  бу тәрізді және гигроскопиялық  формаларда болады. Судың өсімдікке   түсуі топырақтағы осы су формаларына  байланысты.

 Мысалы, гигаскопиялық және  бу түріндегі ылығалды өсімдік  тіпті ала алмайды, бұлар су  қорын жасауға ғана көмектеседі.

        Гравитациялық су өсімдікке түседі, бірақ топырақтың беткі қабаттарында  аз уақыт (нөсер жауыннан кейн  екі сағаттай) болып, оның терең  қабаттарына сіңеді де капилляр  түтікшілерін толтырады, яғни  капиллярлық ылыға ауысады. Топырақтың  сулық қасиеттерін зерттегенде  гигроскопиялық ылығалдың мөлшерін  білу топырақтағы қос максимальді  гигроскопиялық ылығалдың (МГ), яғни  судың өлі қорын (запасын), өсімдіктің  солу коэффициентін анықтауға  көмектеседі. Топырақтың толық  су сыймдылығы сол топырақтың  көрсеткіші болады.

       Су сыймдылығы аз құм топырақтарда  суару жиі, ал қарашірікті саз  және сазды топырақтарда салыстырмалы  түрде сирек жүргізіледі. Топырақтың  далалық  ылғалын  анықтаудың  да маңызы үлген. Ол өсімдіктердің  вегетациялық (өсу) кезеңдеріне және  әр жылдары ауа-райына байланысты толық ылығалдылықпен өлі қарға дейін өзгеріп отырады. Топырақтың ылығалдылығының өзгеруін фенологиялық бақылаулармен салыстыра отырып суару мерзімін белгілуге және әртүрлі өсу фазаларында сумен қамтамасыз етудің оның өнімділігіне тигізетін әсерін білуге болады.

       

Топырақтың  гигроскопиялық ылығалдығын анықтау

       Әрбір топырақ гигроскопиялық, яғни бөлшектерінің беттерімен ауадағы бу түріндегі ылығалды адсорбциялайтын (тартатын) және берік ұстайтын болып келеді. Бұл су өсімдікке тіпті түспейді.

        Құрғақ топырақтың бөлшектерінің  атмосфера ауасынан су буын  адсорбциялауы арқылы жиналған  ылығалды гигроскопиялық ылғалдық  дейді. Оның шамасы топырақтың  гранулометриялық, химиялық құрамдарына,  органикалық затына және ауаның  салыстырмалы ылғалына байланысты  болады. Топырақтың құрамы ұсақ (дисперстілігі  күшті, коллоидтары көп), органикалық  заты мол, ауаның салыстырмалы  ылғалы жоғары болған сайын  гигроскопиялық ылғалдық та жоғары  болады. Гранулометриялық құрамы  ірі болғандықтан, құмайт топырақтар  суды аз адсорбциялайды, олардың  гигроскопиялық ылғалдылығы абсолюттік  құрғақ топырақ массасында есептегенде 0,5-1,5 проценттей, жеңіл сазды топырақтарда 1,5-3,0; орташа сазды топырақтарда 2,5-4,0 проценттей болады, ал құрамы ұсақ сазды топырақтарда ол 6-8 проценттен 18 поцентке дейін жетеді. Ең жоғары адсорбциялық қасиет топырақтың органикалық затында болады. Органикалық зат құмайт және сазды топырақтардың гигроскопиялық ылғалын көбейтеді. Шымтезекті топырақта ол 28 процентге жетеді. Ал сор топырақты сумен шайғаннан кейін максималды гигроскопиялық су мөлшері күрт (2-3 есе) төмендейді.