Топырақтың ауасының маңызы, құрамы, құбылымы

Топырақ кеуек дене, сондықтан оның құрамында әрқашанда ауаның біраз мөлшері болады. Ауа топырақтың ылғалдың бос қуыстарына орналасады. Топырақ ауасы оның ең бір құбылмалы бөлігі және ол топырақтың қатты, сұйық бөліктермен тығыз байланыста болады. Топырақтағы ауаның маңызы оның ылғалының, қоректік заттарының маңызынан кем түспейді.

Топырақ ауасының басты қоры атмосфера ауасы және оның қабаттарында түзілетін газдар. Топырақ ауасы құрамындағы оттегі өсімдіктердің тамырларының, аэробты микроағзалардың және топырақ ішіндегі жәндіктердің тыныстануына қажет. Топырақ ауасы құрамында оттегі шамадан тыс кеміп, ал көмірқышқыл газы молайса өсімдіктердің өсуімен тамыр жүйесінің дамуы тежеліп, қоректік заттарды, ылғалды сіңіруі кемиді, өнімнің мөлшері шектеледі. Топырақ ауасы оның құрамындағы заттардың еруіне, жылжуына және топырақтың дамуы құбылыстарының қарқынына мәнді ықпал жасайды. Сонымен бірге топырақ атмосферадағы зардапты өндіріс қалдықтары газдарын өз бойына сіңіріп атмосфера құрамын тазартуға қатысады. Сондықтан топырақ ауасының құрамын, қасиеттерін, құбылымын зерттеу аса маңызды мәселе болып есептеледі.

Топырақтағы ауа үш күйде кездеседі. Олар еркін ауа, сіңірілген (адсорбцияланған) және еріген ауа. Еркін ауа топырақтың қылтүтікті және қылтүтікті емес қуыстарында болып қозғалмалы келеді және атмосфера ауасымен алмасып тұрады. Адсорбцияланған ауа топырақтың қатты бөлігінің бетіне сіңген түрлі газдар. Оның мөлшері топырақтың гранулометриялық құрамына, қарашірінді мөлшеріне және ылғалдылығына байланысты. Қарашіріндісі мол, ауыр гранулометриялық құрамды құрғақ топырақта адсорбцияланған ауа мол болады.

Еріген ауа топырақ ылғалы құрамында кездесетін түрлі газдар. Олар қөмірқышқыл газы, аммиак, оттегі, күкіртті газ.

Өсімдіктердің тамырына қажет оттегі негізінен топырақтағы еркін ауа құрамынан өтеледі. Топырақтағы еркін ауаның құрамы атмосфера ауасының құрамымен сәйкес болып келеді, бірақта олардың арасында ерекше өзгешіліктер бар (22-кесте).

Топырақ ауасының құрамында атмосфера ауасына қарағанда оттегі мөлшері кем, ал көмір кышқыл газы көп болып келеді. Орташа есеппен топырақта көмір қышқылы газының мөлшері 0,3%, яғни атмосфера ауасы құрамымен салыстырғанда 10 есе көп. Топырақтың үстіңгі қабатында оттегі 10-19% болуы мүмкін, ал төменгі қабаттарда ол 10-12%-ға дейін кемиді. Сонымен бірге топырақ ауасы су буына қаныққан болып келеді.

Топырақ ауасындағы азоттың, атмосфера ауасындағы азоттан өзгерісі шамалы. Топырақтағы азот бекітуші түйнекті бактериялардың және денитрификация процесінің әсерінен кейбір өзгерістер ғана байқалады. Топырақ ауасы құрамында органикалық жеңіл газдар (этилен, метан) және аммиак, сутегі болуы ықтимал.

Қоршаған ортаның әсерінен және топырақтағы микроағзалардың әрекетінен, өсімдік тамырларының, жәндіктердің тыныстануының, органикалық қосылыстардың тотығуының ықпалынан топырақ ауасының құрамы құбылмалы болып келеді.

Ауамен жақсы қамтамасыз етілген, құнарлы топырақта көмір қышқыл газының мөлшері 1-2%-дан аспайды, ал оттегінің мөлшері 18% - дан кемімейді. Ал, артық ылғалданған, батпақты топырақтарда көмір қышқыл газы 4-6% ға дейін артып, оттегі мөлшері 15-16% және одан да кем болуы мүмкін.

Егістік алқапта орташа есеппен 1 кг топырақ 1 сағатта 0,5-5мл оттегін өзіне сіңіреді және қолайлы жағдайда осындай мөлшерде өзінен көмір қышқыл газын бөліп шығарады.

22-кесте. Атмосфера және топырақ ауасының құрамы, көлемдік %

* Азот + аргон

Топырақтан бөлініп шыққан көмір қышқыл газының (СО₂) топырақ сіңірген оттегіне (О₂) қатынасы топырақтың тыныстану коэффициенті деп аталынады (Тк).

Құнарлы, түйіртпектігі жақсы топырақта тыныстану коэффициенті 1-ге тең. Топырақта көмір қышқыл газы негізінен биологиялық құбылыстар кезінде түзіледі. Егер топырақ құрамында көмір қышқыл газы 2-3 % - дан жоғарыласа өсімдіктердің өсіп дамуы тежеледі.

Топырақ бойынан атмосфераға көмір қышқыл газының бөлінуі топырақтың тыныстануы деп аталынады. Осылай бөлініп шыққан көмір қышқыл газы өсімдік жапырақтарымен сіңіріліп фотосинтез құбылыстарының белсенді жүруіне ықпалын тигізеді. Қара топырақ тыныстануы арқылы жылына әр гектар алқаптан атмосфераға 40-70т көмір қышқыл газын бөліп шығарады.

Топырақтың экологиялық қызметі белсенді жүруі үшін топырақ ауасымен атмосфера ауасы арасында газ алмасу құбылысы тұрақты өтіп жатуы қажет. Осы екі ауа арасындағы алмасу құбылысын газ алмасу немесе аэрация деп атайды. Аэрация топырақ құнарлылығын анықтаушы жағдайдың бірі болып саналады. Газ алмасу топырақтың ауасы бар қуыстарының атмосфера ауасымен қатынасуы арқылы өтеді. Газ алмасу құбылысының жүруіне диффузия, топыраққа ылғал түсу, температураның және ауа қысымының өзгеруі, жел, ыза сулардың деңгейінің өзгеруі әсер етеді. Осылардың ішінде аэрация жүруіне басты ықпал жасайтын диффузия құбылысы. Топырақ ауасында атмосфера ауасымен салыстырғанда оттегі концентрациясы кем, ал көмір қышқыл газы мөлшері артық, сондықтан диффузия әсерінен топыраққа оттегі сіңіп, ал одан көмір қышқыл газы ауаға бөлініп газ алмасу тұрақты жүреді.

Аэрацияның қарымталы жүруіне топырақтың ауа қасиеттері – ауа өткізгіштігі және ауа сыйымдылығы әсерін тигізеді.

Топырақтың ауа өткізгіштігі оның өз бойынан ауаны өткізу қабілетімен сипатталады. Оның мөлшері топырақтың гранулометриялық құрамына, тығыздылығына, ылғалдылығына және түйіртпектілігіне байланысты. Қылтүтікті және қылтүтікті емес қуыстары мол, түйіртпекті топырақтың ауа өткізгіштігі жақсы болып келеді.

Топырақтың жалпы ауа сыйымдылығы - деп түйіртпектілігі бұзылмаған құрғақ күйінде оның бір көлемінде бар ауаның пайыз арқылы сипатталған көрсеткіші. Топырақтың ауа сыйымдылығы да оның гранулометриялық құрамына, тығызыдылығына, құрылымына тәуелді. Топырақтағы газ алмасу құбылыстары белсенді жүруі үшін дала аймағы топырақтарында ауа мөлшері 20-25 % болуы, ал шымтезекті топырақтарда 30-40 % болуы қажет.

Қазақстанның басым көпшілік топырақ типтерінде оның ауа құбылымы жақсы қалыптасқан, тек қана ылғалы артық ойпат, батпақты жерлердің ауа құбылымы оны жақсартуды қажет етеді.