Тотығу-тотықсыздану үрдістері

Топырақтарда тотығу тотықсыздану үрдістері әрқашанда өтіп жатады, сондықтан топырақтарды күрделі тотығу-тотықсыздану жүйесі ретінде қарастыруға да болады. Тотығу үрдісіне оттегін қосып алу, сутегін немесе электронды беру, ал тотықсыздану үрдісіне, керісінше, оттегін беру, сутегін немесе электронды қосып алу жатады. Әдетте электронды беру-тотығу, ал электронды қосып алу-тотықсыздану үрдісі деп есептеледі.

Топырақ құрамындағы органикалық заттардың өзгерістерге ұшырауы кезінде тотығу үрдістері қарқынды жүреді. Топырақтағы өсімдік қалдықтары құрамындағы илік заттар, аминоқышқылдар, ақуыз ж.т.б. тотығу үрдісіне ұшырайды. Қарашіріндінің құралуы негізінен тотығу үрдісі арқылы өтеді.

Топырақтағы тотығу үрдістерінің басым бөлігі бір бағытта өтеді, яғни кері бағытта бұл құбылыстар қайталанбайды. Сонымен бірге кері бағытта қайталанатын тотығу-тотықсыздану құбылыстары да топырақта жүруі мүмкін. Осындай құбылыстар темірдің (Fe³⁺_←^→ Fe²⁺), марганецтің (М _←^→ М²), азоттың (N⁵⁺ _←^→N³⁺) оттегінің (О^←_→О²), сутегінің (Н_←^→Н⁺), күкірттің (S⁶⁺_←^→S^2-) тотығу-тотықсыздануы.

Тотығу-тотықсыздану үрдістерінің биохимиялық негізі бар. Сондықтан бұл үрдістер қарқыны топырақтағы микробиологиялық құбылыстармен тығыз байланыста болады.

Топырақта негізгі тотықтырғыш топырақ ауасының және топырақ ерітіндісінің құрамындағы оттегі болып саналады. Сондықтан топырақтың ауа құбылымы және оған ықпал жасайтын топырақтың түйіртпектігі, тығыздылығы, гранулометриялық құрамы, ылғалдылығы тотығу–тотықсыздану құбылыстарына әсерін тигізеді. Әсіресе топырақтың ылғалдылығы, аэрациясы оның құрамындағы органикалық заттар мөлшері және микробиологиялық құбылыстарға қажет жылу дәрежесі, тотығу-тотықсыздану үрдістері қарқынына үлкен ықпал тигізеді.

Артық ылғалдылығы бар, тығыздалған, бетінде қабыршық қабат қалыптасқан топырақтарда ауа жетіспеушілік байқалып, тотығу-тотықсызадну үрдісі нашарлайды. Сондықтан, органикалық қалдықтардың ыдырауы бәсеңдейді, жылжымалы және белсенді органикалық қосылыстар пайда болады, гумин қышқылдары фульвоқышқылдарға айнала бастайды.

Топырақтың тотығу-тотықсыздану үрдісі жағдайының дәрежесін сипаттау үшін тотығу-тотықсыздану потенциалын анықтайды. Топырақтың тотығу-тотықсыздану потенциалы (ТТП) дегеніміз топырақтағы бір мезгілдегі барлық тотығу-тотықсыздану құбылыстарының жиынтық көрсеткіші.

Тотығу-тотықсыздану потенциалын анықтау үшін салыстырмалы электродтарды пайдаланады және ол Eh көрсеткіші арқылы белгіленіп, оның дәрежесін милливольт (мВ) өлшемімен есептейді. Тотығу-тотықсыздану үрдісінің қарқынына топырақ ортасының реакциясы (рН) үлкен ықпал жасайды. Сондықтан топырақ ортасы реакциясы әр дәрежеде болған жағдайда тотығу-тотықсыздану потенциалы мөлшері туралы мәліметтерді салыстыруға мүмкіншілік алу үшін Ф.У. Кларк rН₂ көрсеткішін қолдануды ұсынды. Бұл көрсеткіш молекулалық сутегінің қысымы дәрежесінің теріс санды логарифимін көрсетеді. Оны келесі теңдеумен анықтайды:

rН₂ =

Сонымен, топырақтағы тотығу-тотықсыздану үрдістері жағдайының сандық көрсеткішін анықтау үшін милливильт өлшемімен есептелінетін Eh көрсеткіші және шартты өлшем ретінде rН₂ көрсеткіші қолданылуы мүмкін.

Егерде топырақта rН₂ 27-ден үлкен болса тотығу үрдістері басым жүреді, ал rН₂ 27-ден кіші болса (22-25) – тотықсыздану басым болады. Тотықсыздану үрдісі аса қарқынды бағыт алғанда rН₂ 20-дан кіші болуы ықтимал.

Әр топырақ типінің тотығу-тотықсыздану потенциалы әр дәрежеде болады. Мысалы, оңтайлы ылғалданған күлгін, шымды-күлгін топырақтарда ТТП 550-750мВ, қара топырақтарда- 400-600мВ, боз топырақтарда 350-450мВ, болып келеді. Әсіресе ұзақ уақыт су астында болатын күріш егілетін танаптарда ТТП көрсеткіші төмен болып келеді. Егер ТТП көрсеткіші 200мВ-ке және одан төмен дәрежеге жетсе онда топырақта тотықсыздану құбылыстары қарқынды дамиды және глейлену үрдісінің белгілері байқала бастайды. Топырақта нитрификациялану үрдісі Eh 350-500мВ болғанда жақсы жүреді, ал ТТП күрт төмендеп кетсе, онда денитрификация құбылысы басым жүреді және топырақта темірдің шала тотығы, марганецтің жылжымалы қосылыстары пайда болуы мүмкін.

Жыл мезгілдері кезіндегі топырақтың ауа, ылғалдылық, жылулық және микробиологиялық құбылымдарының өзгеруі тотығу-тотықсыздану үрдісінің серпініне (динамикасына) ықпалдарын тигізіп, оның белгілі бір режимін қалыптастырады. Топырақтың тотығу-тотықсыздану құбылымыдегеніміз топырақ түзілуінің жылдық мерзімі ішінде топырақ кескінінде қалыптасқан тотығу-тотықсыздану құбылыстары қарқының салыстырмалы сипаттамасы. Бұл құбылымның төрт типі бар. Олар келесідей:

- тотығу үрдісінің басым сипаты бар топырақтар-автоморфты дала, шөл-дала және шөл аймақтары топырақтары (қара топырақ, қара-қоңыр, қоңыр, сұр-қоңыр, боз топырақтар);

- тотығу үрдісінің басым сипаты бар, бірақ ылғалды жылдары немесе ылғалды мезгілде тотықсыздану үрдісі байқалуы мүмкіншілігі бар топырақтар (тайгалы-орман аймағының, ылғалды субтропикалық, жалпақ жапырақты орман аймақтарының автоморфты топырақтары);

- күрт өзгермелі тотығу-тотықсыздану режимі бар топырақтар (әр түрлі аймақтардағы жартылай гидроморфты топырақтар);

- тотықсыздану үрдісінің басым сипаты бар топырақтар (батпақты топырақтар, гидроморфты сортаң топырақтар).