Сіңіру қабілеті және оның маңызы

Топырақтың қатты, сұйық заттарды және газдарды өз бойына сіңіріп ұстау қасиетін оның сіңіру қабілеті деп атаймыз. Бұл топырақтың басты қасиеттерінің бірі. Топырақтың осы қасиетін зерттеуге үлкен үлес қосқан орыс ғалымдары К.К.Гедройц, А.Н.Соколовский, И.Н.Антипов-Каратаев, Н.И.Горбунов, швед ғалымдары Г.Вигнер, С.Маттсон ж.т.б.

Топырақтыңсіңіру қабілеттерінің пайда болуының түрлі себептері бар. Осыларға байланысты К.К.Гедройц топырақтың сіңіру қабілетінің бес түрі бар екенін анықтады. Олар механикалық, физикалық, химиялық, физикалық-химиялық және биологиялық сіңіру түрлері.

Сумен не ауамен топыраққа келіп түскен қатты бөлшектердің топырақтың қуыстарынан әрі қарай өте алмай оның бойында кептелініп сіңіп қалуы топырақтың заттарды механикалық жолмен сіңіру түрін көрсетеді. Топырақ қуыстарының мөлшеріне байланысты топырақта ұсталынып қалатын бөлшектердің көлемі әр түрлі. Егер топырақ қуыстары өте нәзік болса, онда осы топырақ ұсақ бөлшекті заттарды көп сіңіреді, ал керісінше болған жағдайда топырақта тек ірірек заттар жиналады. Бұл сіңіру түрі көктемде қар еріп, өзен тасығанда, қатты нөсер жаңбырлардан кейін ылайлы судың топыраққа сіңуі кезінде байқалады.

Топырақтың қатты бөлігінің сыртқы үстінде еріген заттардың, газдардың концентрациясының артуы топырақтың сіңіру қабілетінің физикалық түрін аңғартады. Топырақтың қатты бөлігінің сыртқы молекулалық күші әсерінен газдардың, су буының, органикалық заттардың молекулалары осы қатты бөліктің үстіне қатпарланып орналасады. Бірақ олар топырақтың қатты бөлігінің ішкі құрамына араласпайды.

Топырақ ертіндісіндегі катиондардың эквивалентті түрде топырақтың қатты бөлігінің құрамындағы катиондардың бір бөлігінің орнына алмасып сіңуін оның физикалық-химиялық немесе алмаспалы сіңіру қабілеті деп атаймыз. Алмаспалы сіңіруді келесі нұсқамен сипаттауға болады:

Топырақта катиондардың алмаспалы сіңуімен қатар аниондардың да алмаспалы сіңуі және катиондардың алмаспай сіңуі де байқалады.

Химиялық сіңіру түрінің мәні - топырақ құрамындағы заттардың өзара химиялық әрекеттерге ұшырап, оның құрамында ерімейтін тұрақты тұздар түзілуінде болып келеді. Мысалы:

1)

2)

Химиялық сіңіру нәтижесінде пайда болған қоспалар сумен шайылмайды. Сондықтан топырақта өсімдіктердің қоректенуіне керек заттар сіңіріліп ұсталынады.

Топырақтың биологиялық жолмен заттарды сіңіруі оның құрамындағы өсімдік тамырлары және микроағзалар тіршілігіне байланысты. Олар топырақтан жылжымалы қоректік заттарды сіңіріп, өз денелерінің талабына пайдаланып, ерімейтін күрделі органикалық қосындылардың құралуына қатысады. Мысалы, азот элементі биологиялық сіңіру арқасында өсімдіктер мен микроағзалардың денесіндегі ақуыздың құрамында бекіп қалады. Өсімдіктер мен ағзалар өздеріне керекті элементтерді таңдап сіңіреді. Осы ағзалар әрекеті аяқталған соң олардың денесі ыдырап, минералданып, топыраққа элементтер қайтып оралады.

Топырақ құрамындағы сіңіру құбылыстарына қатынасатын заттар қосылысы топырақтың сіңіру кешені [ТСК] деп аталынады. Топырақтың сіңіру кешенінің басты бөлігін топырақ коллоидтары құрайды.

Топырақ коллоидтарының бойына алмаспалы сіңген катиондардың жалпы мөлшері топырақтың сіңіру көлемі немесе алмасуға жарамды катиондар көлемі(АЖК) деп аталынды. Осы көрсеткішті 100г топырақтағы миллиграмм-эквивалентпен өлшенген катиондар көлемімен есептейді (м-экв/100г).

Топырақтың сіңіру көлемі оның типіне, коллоид бөлшектердің мөлшеріне және топырақтың гранулометриялық құрамына байланысты.

Қазақстанның жазықтық аймағында тараған топырақ типтерінің сіңіру көлемі 100г кәдімгі қара топырақта 35-40, оңтүстік қара топырақта - 30-35, күңгірт қара-қоңыр топырақта 25-30, қара-қоңыр топырақта 20-25, ашық қара-қоңыр топырақта 15-20 м-экв болады (К.Ш. Фаизов, 2001).

Катиондардың құрамы топырақтардың типіне, түріне байланысты өзгермелі болады. Топырақтың сіңіру кешенінің құрамына өсімдіктерге қажет барлық макро- және микроэлементтер кіреді. Олардың басым көпшілігінің мөлшері аз дәрежеде болады. Қазақстанның жазықтық жер аймағында тараған қара топырақ, қара-қоңыр топырақ типтерінің катиондары құрамында кальций ионы мол болып келеді, сонымен бірге магний ионы да кездеседі. Орманның сұр топырағы құрамында кальций, магний иондарымен бірге сутегінің және алюминийдің катиондары болады. Ал кебір және кебірленген топырақтарда натрий ионының мөлшері мол болады.

Топырақтың сіңіру кешені қалыпты, жағдайда ерітіндіден түрлі катиондарды немесе аниондарды әр мөлшерде сіңіреді. Яғни топырақ кейбір катиондарды немесе аниондарды жақсы сіңіреді, ал кейбіреулерін нашар сіңіреді. Бұл құбылыс топырақтың иондарды сұрыптап, таңдап сіңіруін көрсетеді. Көптеген топырақтарда алмаспалы сіңіруге иондардың қабілетінің артуы бағыты келесі көрсетілген қатарларға сәйкес болады:

Na⁺< NH₄⁺<K⁺<Mg²⁺<Ca²⁺<H⁺<Al³⁺;

Сl^-<NO₃^-<SO₄^2-<PO₄^3- (НРО₄^2-, Н₂РО₄^-)

Топырақ құрамындағы сутегі және алюминий катиондарынан басқа катиондар қосындысы топырақтағы алмаспалы сіңген негіздер көлемін көрсетеді. Топырақтың сіңіру кешені құрамында сутегі және алюминий иондары болмаса осы топырақ негіздерімен қаныққан болып, ал осы иондар бар болса - негіздермен қанықпаған топырақ болып есептелінеді.

Өсімдіктердің өсуіне қолайлы жағдайы бар топырақтардың құрамында кальций және басқа қоректік заттар катиондары мол болып келеді. Ал, топырақтың сіңіру кешенінің (ТСК) құрамында Н⁺, Аl³⁺ немесе Nа⁺ катиондары мөлшері молырақ болса бұл топырақ өсімдіктер өсуіне қолайсыз жағдай туғызады. Егер ТСК құрамында Н⁺, Аl³⁺ катиондары болса топырақ ертіндісінің реакциясы қышқыл, ал Nа⁺ иондары болса – ол сілтілі болып келеді және топырақтың құрылымы нашарлап, физикалық қасиеттері де төмендейді.

Топырақ сіңіру қабілеті арқылы өзінің экологиялық қызметін толық атқаруға мүмкіндік алады. Осы қабілеті оның құнарлылығын қалыптастырады және топырақтың түзілуі құбылыстарына ықпалын тигізеді. Топырақтың қоректік заттар құбылымы (режимі), оның ертіндісінің реакциясы, физикалық қасиеттерінің қалыптасуы да осы қабілетімен тығыз байланысты. Коллоидтардың қасиеті мен қалыпты күйі топырақтың түйіршіктерінің түзілуіне, қуыстылығына, тығыздылығына, физикалық-механикалық қасиеттеріне оң ықпал жасайды. Сөйтіп өсімдіктермен ағзалардың тіршілігіне қолайлы жағдай жасалынады. Сонымен бірге топырақтың эрозияға және басқа қолайсыз жағдайларға төзімділігі артып, тұрақтылығы сақталынады.

Ауыл шаруашылығын қарқынды жүргізу барысында қолданылатын тыңайтқыштардың, мелиоранттардың және пестицидтердің топырақпен әрекетінің тиімділігі оның сіңіру қабілетімен тығыз байланысты. Сіңіру қабілеті шамалы гранулометриялық құрамы құм топырақ, қолданылған тыңайтқыштардың, пестицидтердің біраз бөлігін сіңіре алмауы мүмкін. Сөйтіп олар қоршаған ортаның, жер асты суларының ластануына жағдай жасайды.

Топырақтың физикалық сіңіру қабілеті газдарды, органикалық қосылыстарды, пестицидтерді топырақпен сіңірілуін қамтамасыз етіп оның тазалықты қорғау қызметінің артуына ықпал жасайды. Химиялық сіңіру кезінде түзілетін балшықты-қарашірінділі қосылыстар топырақ түйіртпектігінің пайда болуына үлес қосады, сөйтіп оның физикалық қасиеттерін жақсартады.

Топырақ құрамындағы алмаспалы сіңген катиондар өсімдіктердің өніп дамуына қажетті жағдайларға көп ықпалын тигізеді. Мысалы, топырақ колоидтары кальций иондарына бай болса, осы топырақтың ертіндісінің реакциясы бейтарап болып келеді, бұл коллоидтар ылғалдылық артқанның өзінде гель күйінде сақталынады, яғни түйіртпектігі жойылмайды. Осындай қасиеттері бар топырақ қатарына қара топырақты жатқызуға болады. Алмаспалы сіңген катиондар құрамында натрий иондары мол болған жағдайда (кебір топырақтарда) оның ертіндісінің реакциясы сілті болып келіп, өсімдіктердің өніп-өсуіне қолайсыз жағдай туады. Коллоид бөлшектер тез суда ыдырап кетеді, топырақ түйіртпектігін жоғалтады. Сөйтіп топырақтың көптеген ылғалдылық-физикалық қасиеттері нашарлайды.