Топырақ құралу үрдісінің жалпы жобасы

Топырақ түзілу процесінің теориялық негізін қалаушы орыс және шет ел ғалымдары В.В.Докучаев, П.А.Костычев, Н.М.Сибирцев, В.Р.Вильямс, К.Д.Глинка, Г.Йенни, Ф.Дюшофур болды. Кейінгі жылдары осы бағытта топырақтану ғылымына үлкен үлес қосқан ғалымдар И.П.Герасимов., В.А.Ковда., Б.Б.Полынов., И.В.Тюрин., А.А.Роде т.б. Табиғатта топырақтың құралуы - өте ұзаққа созылатын құбылыс. Ол биологиялық, физикалық, химиялық процестердің қатысуымен жүреді. А.А.Роденің анықтамасы бойынша топырақ түзілуі процесі дегеніміз оның қабатында өтіп жататын заттармен энергияның өзгеру және жылжу құбылыстарының жиынтығы.

Топырақ тау жыныстарының ұзақ геологиялық мерзім ішінде физикалық, химиялық жолдармен үгілген, мүжілген және табиғи күштер арқылы жылжып шөккен тау жыныстарына тірі ағзалардың қоныстанып, олардың биологиялық мүжілуі байқалған уақыттан бастап дами бастайды. Осы топырақ құралудың бастапқы кезеңінде оның құралуына бактериялар, балдырлар одан кейін қоныстанған саңырауқұлақтар және төменгі сатыда дамыған өсімдіктер әсер етеді. Тау жынысы құрамына осы ағзалардың қалдықтары түсіп, оның құрамында органикалық заттар пайда болған. Осылай дайындалған ортада жоғары сатыда дамыған өсімдіктер қоныстанып, олардың жақсы дамыған тамыр жүйесінің және көп мөлшердегі органикалық қалдықтарының әсерінен топырақ құралу процесі үдей түскен. Осы кезеңде топырақ қабатында жәндіктер мен жануарлардың да әрекеті молайған. Өсімдіктер мен ағзалардың әрекетінің әсерінен топырақта органикалық заттар қоры және қарашірінді жиналған. Олардың құрамында қоректік заттар қоры шоғырланған. Осыған байланысты топырақтың физикалық және басқа да қасиеттері жақсара түскен. Сөйтіп, құнарсыз тау жынысынан бірте-бірте топырақ пайда болады.

Топырақтың құралу және даму құбылыстары жер шарында өтіп жататын әр түрлі күрделі заттар және энергия айналымдарына араласып, қатынасады. Ол айналымдардың бастылары геологиялық, биологиялық және биогеохимиялық.

Геологиялық зат айнылымы үлкен кеңістікте байқалатын және ұзақ уақытқа созылатын ауқымды құбылыс (22-сурет). Топырақтану ғылымы тұрғысынан алғанда академик В.А.Ковда геологиялық зат айналымына келесідей анықтама береді: «геологиялық зат айналымы дегеніміз, жер қыртысының, магмалық және шөгінді тау жыныстарымен минералдардың, жер қыртысының қабаттарға бөлініп, үгілу қабатының, жер бедерінің пайда болу құбылыстарының және үгіліп-мүжілудің, сұйық, қатты және химиялық өнімдері ағымының құралуы, жер үсті, жер асты суларымен, желмен олардың шоғырланып шөгу құбылыстарының жиынтығы». Геологиялық зат айналымы арқылы тау жыныстары үгіліп, шөгіп топырақ түзілуіне қолайлы жағдай туады.

22-сурет. Үлкен геологиялық зат айналымның жалпы сұлбасы (23)

Биологиялық зат айналымы дегеніміз қоршаған орта және өсімдіктер мен жан-жануарлар арасындағы қайталанып отыратын заттар және энергия алмасуы. Биологиялық зат айналымның өзіне тән ерекшеліктері бар және олар топырақ түзілуге үлкен ықпал жасайды.

Біріншіден, биологиялық зат айналымы кезінде тірі ағзалар алғашқыда тау жынысынан, кейіннен топырақтан қоректік заттарды іріктеп сіңіреді. Одан соң ол заттар биологиялық өнім құрамына енеді. Кейін, ағзалардың қалдықтары жер бетіне түсіп және топырақ ішінде ыдырағанда қоректік заттар топыраққа қайтадан оралады (23-сурет). Екіншіден, осы айналымның нәтижесінде топырақтың жоғарғы қабатында биофильды элементтер шоғырланады.

23 – сурет. Биологиялық зат айналымның сұлбасы (21)

Биогеохимиялық зат айналымы өзара келісімді жүйе ретінде кеңістікте және белгілі бір уақыт аралығында топырақтың тірі немесе өлі бөлігінде сатылап жүретін заттардың өзгерістерімен жылжу құбылыстары.

Бұл зат айналымның өзгешілігі оның жер бетіне келіп түсетін күн нұры радиациясының жыл мезгілі ішінде өзгеруіне, өсімдік дүниесінің өсіп дамуының кезеңдеріне сәйкес құбылуы, яғни кезеңденіп жүруі. Биогеохимиялық зат айналымның сұлбасы және оның ішінде биологиялық зат айналымның орны 24- суретте келтірілген.

Табиғатта топырақтың құралуы күрделі жағдайда жүреді. Сондықтан топырақтың құралуын, оның даму кезеңдерін шартты нұсқа (модель) түрінде қарап пайымдауға ғана болады.

Топырақтың құралу процесінде келесідей басты буындар бар деп есептелінеді:

· тау жыныстарының минералдарының, кейіннен топырақ минералдарының өзгерістерге ұшырауы;

· топырақта органикалық заттардың шоғырлануы және олардың өзгерістерге ұшырауы;

· топырақтағы минералды және органикалық заттардың әрекеттесіп күрделі органикалық-минералды қосылыстар түзуі;

· топырақтың үстіңгі қабатында біршама қоректік заттар мөлшерінің шоғырланып жиналуы;

· топырақ құралуы кезінде пайда болған заттардың ылғалдың әсерімен оның тік бойында және үстіңгі бетінде жылжуы.

биологиялық зат айналымы

24 – сурет. Биогеохимиялық зат айналымы және ондағы биологиялық зат айналымның орны (21)

Аталып өткен топырақ құралу процесінің негізгі буындарының жүру қарқыны топырақтың пайда болуы, дамуы кезінде әр түрлі болып келеді. Сондықтан топырақтың пайда болуын келесідей үш кезеңге бөлуге болады.

– топырақ құралуының алғашқы кезеңі;

– топырақтың даму кезеңі;

– топырақтың кемелденіп жетілген кезеңі.

Топырақ құралуының алғашқы кезеңі тау жыныстарына тірі ағзалардың қоныстануынан басталып, топырақ түзілуіне себепкер факторлардың қатысуымен жүреді. Осы алғашқы кезеңнің өзінде заттардың биологиялық айналымы қалыптасады. Бірақ бұл айналымның көлемі шамалы болады. Өйткені тау жыныстарына ең бірінші қарапайым өсімдіктер (саңырауқұлақтар, қыналар, балдырлар), микроағзалар қоныстанады. Осы кезеңде физикалық, физикалық-химиялық, химиялық процестер (заттардың еруі, шөгуі, булану, конденсациялануы, сіңуі т.б) жүреді. Осы құбылыстардың әсерінен заттардың өзгеруімен қозғалып жылжуы байқалады. Биогеохимиялық зат айналымы әлі қалыптаспаған болады. Топырақ құралуының алғашқы кезеңі барысында оның қатты бөлігінің көптеген белгілері болмайды. Топырақ әлі қалыптаспаған, тек оның құралуына дайындықтар жүріп жатқан кезең болып есептелінеді.

Топырақтың даму кезеңінің басталуына жер бетіндегі экожүйелердің биологиялық өнімінің ұлғаю себеп болады деп есептеуге болады.

Осы кезеңде жоғары сатыдағы өсімдіктердің әрекетінің көлемі жоғарылап, биологиялық зат айналымның мөлшері ұлғаяды. Биологиялық зат айналымның әсерінен топырақта жаңа қосылыстар пайда болады және олар ағзалардың келесі тобына тиімділігі жақсы болып, келесі биологиялық айналымның көлемінің тағыда ұлғая түсуіне мүмкіндік туғызады. Осы кезеңде топырақта қоректік заттардың жинақталған қоры түзіледі. Биогеохимиялық зат айналымы қалыптасады. Физикалық қасиеттері өзгеріп, топыраққа тән қасиеттер пайда болып, оның заттық құрамы айқындалады. Сонымен қатар осы кезеңде топырақтардың әр типіне тән қасиеттер де пайда болады. Сөйтіп бұл сатыда топырақ өзіне тән ерекшеліктерінің барлығын өз бойына қалыптастырып, топырақ түзілді деп атай аламыз.

Топырақтың даму сатысы күрделі құбылыс және ол ұзақ уақыт аралығында байқалып, одан әрі қарай жалғаса береді. Топырақтың даму сатысы тіршілік көзі құрығанда ғана тоқталады деп есептеуге болады.

Топырақтың кемелденіп жетілген кезеңіне көшуіне келесідей себептер бар. Топырақтың дамуы барысында бір мезгілдерде табиғаттың, қоршаған ортаның жағдайлары ұзақ жылдар бойы бір қалыпты болуы ықтимал. Сол себепті топырақтың қоршаған ортамен байланысы оның қасиеттері өзгермей, ондағы құбылыстар тұрақтылығымен сипатталады. Табиғи жағдайдағы биогеоценоздағы биологиялық зат айналымның кезекті сатысы, оның алдындағы зат айналымдарына сәйкес және оған қатысатын қосылыстар алдыңғы зат айналымдарына қатысқан болып келеді. Сонымен бірге тау жыныстарының минералдарынан зат айналымына қосылатын элементтер өте шамалы болады. Көрсетілген себептердің салдарынан топырақтың құрамы, негізгі қасиеттері көп уақыт бойы тұрақты болып қалыптасады. Сондықтан топырақты кемелденіп жетілген кезеңіне жетті деп санаймыз.

Топырақтың кемелденіп жетілген кезеңінде топырақ бойында түрлі құбылыстар өзара үйлесімді кеңістікте және белгілі бір уақыт аралығында өтіп, заттардың биогеохимиялық айналымын құрайды. Оның әсерінен топырақтардың қасиеттерінің ұдайы толысып отыруы байқалады. Сөйтіп топырақтың қасиеттерінің бір қалыпты, оның экожүйеде қалыптасуының тұрақты болуын қамтамасыз етеді.

Топырақты агроэкологиялық жүйеде пайдаланғанда ондағы үйлесімді қатынастар бұзылып, оның қасиеттері өзгереді. Топырақты оның қасиеттеріне, пайда болу заңдылықтарына, аймақтың топырақ құралу жағдайларына сүйене отырып оны жақсарту шараларын қолданатын мәдени агроэкологиялық жүйелерді жүзеге асырған жағдайда топырақтың құнарлылығы ұдайы жоғарылай түседі.