Топырақ ауасы және зерттеу тәсілдері.

Сабақтың мақсаты:Топырақ ауасының құрамы және қасиеті;

Топырақ құнарлығында топырақ ауасының ролі.

 

Кілттік сөздер:ауа алмасу,топырақ ауасы, аэробиозис.

 

Сұрақтар:

1. Топырақ ауасын зерттеу тәсілдері

2. Топырақ ауасының құрамы және оны анықтайтын факторлар

3. Топырақ аэрациясы, ауа алмасу және газ алмасу

4. Топырақ пен топырақ беткі қабаттағы газ алмасу үрдісі.

 

Топырақ ауасын зерттеу кейбір қиыншылықтар туғызады, себебі мұнда ең кем дегенде екі операцияны жасау керек. 1. Топырақтан топырақ ауа сынаб бөліп алу.2. Бөлініп алған топырақ ауасына оның құрамындағы О₂ мен СО₂ газына талдау жасау.Осы операцияларды атқарған кезде топырақтың бастапқы ауа құрамы өзгермеу керек.

Осы ең басты қиыншылық; себебі алынған топырақ ауасын талдау кезінде аналитиктің алдында кейбір техникалық қиыншылықтар кездеседі. Негізінде, мұнда О₂ мен Со₂ сіңіретін химиялық сіңіргіш қолданылады. Ең маңыздысы осы сіңіргіш арқылы ауаны өткізген кезде топырақ ауасының құрамы толық сіңуі, құрамының өзгермеуі керек. Сонымен қатар топырақ ауасын алғаннан бастап талдауды жасап біткенше барлық температуралық өзгерістерді қатаң бақылау керек.

Өткен ғасырдың 50 жылдарында топырақ ауасының талдау үшін арнайы бөлшектенетін қүтыда бірікпесі бұзылмаған (бірікпесі бұзылмаған топырақ монолиті) үлгіден алған. Соңғыны герметикалы жабық, дәрісханаға талдау үшін алып келіп отырған. Осы топырақ үлгісі салынған герметикалық жабық қүтыдан әртүрлі тәсілдермен топырақ ауасын түгел алып, оның құрамын анықтаған (О₂ және Со₂).

Топырақ ауасын талдаудың қарапайым бір жолын Б.А. Кин ұсынды. Топыраққа металдық трубаны қағады, оның ішінде стержень бар ұшы үшкірленген, труба мен стержень арасында айналасы бос қуыс орын бар. Белгіленген терендікке жеткен кезде стерженьді одан терең қағады, соның нәтижесінде топырақ ауасының өтуіне мүмкіндік жасайды. Топырақ ауасы аздап ваккум жасау арқылы алады.

П.В. Вершинин мен Н.П. Поясовтың әдісі осы тәсілге негізделген. Бұл тәсілде топырақ ауасын алып қана қоймай оны талдауға осы далалық жағдайда жасалады.

Аспит екі бөліктен тұрады: топырақ ауасын алуға арналған бүр інесі және топырақ ауа құрамын (О₂ және Со₂) анықтайтын газанализатор.

Бұл инесі тереңдігі 100 см дейін қалындықтағы топырақ ауасын ала – алады, ол жартылайдюмольды түтас біріккен трубадан тұрады, ұзындығы 100 см дейін. Осы трубаға болаттан жасалған диаметрі 11 см келетін шток орнатыоған және қорғаныш үшымен қақталған. Топыраққа инені оның басына ұру арқылыкіргізеді, яғни қысқа салмақты соққымен. Газоанализатордағы топырақ ауасын алу қанқы мен оның қабы арасындағы бос орын арқылы атқарылады, яғни труба мен шток арасындағы. Үпеде арнайы штуцер бар.

Авторлар осы метрлік талдауышпен қатар иненің кішкентай ұзындығы 80 см келетін моделін ұсынды. Бұл топырақ ауасын борпылдақ жыртылған қабатта оныңтаған жағдайда.

Топырақ ауа сынабын алу үшін арнайы қысымды тубүсті бұтыльды қолданады, ол алды мен су құйылған бюретка толтырылып, одон кейін бүтільді түсірген кезде одан су ағып, соның нәтижесінде пайда болған ваккумға топырақ ауасы кіреді. Талдау алдында топырақтан ауа алу операциясын 2-3 рет қайталайды. Ол бюретканы және барлық трубкаларды, талдауға алынатын ауа мен бірнеше рет шаю ретінде қолданылады.

Бұл аспабтардан бөлек басқада топырақ ауасын анықтайтын анализаторлар кездеседі, оған анализатор АФН, бұл арқылы Со₂ анықтау, сонымен қатар газаанализатор ВТИ және басқалар.

Топырақ ауасы құрамындағы осы моменттегі көмірқышқыл газын анықтау, бір бірлік өлшеміндегі Со₂ газының пайда болуы мен оның алынып кету айырмашылығына тең, яғни атмосфераға газалмасуға байланысты. Оттегінің концетрациясың қараған кезде, оның бір бірлік уақытындағы атмосферадан топыраққа кіретін ауа мен микроорганизмдер мен өсімдік тамырлары арқылы түтынатын оттегінің айырмашылығына тең. Топырақта әрдайым Со₂ газының пайда болуы оның шығымымен артық болады. Егер топырақта оттегін пайдалану оның түсуінен артық болған жағдайда, онда оттегінің жетіспеушілігі байқалады. Бұл сұрақты қарастырған кезде осы үндістердің арасындағы байланыстың бір бірімен тығыз екенін және бір- біріне әсерететінін еске сақтаған жоқ мысалы, топырақ пен оны қоршаған ортаның арасында ауа алмасу қиындалған жағдайда, сол ортада Со₂ газы көбейіп О₂ мөлшері азайады. Бұл атанған өзгерістер, яғни газ құрамы биологиялық үрдістерден өту жылдамдығына әсер етеді, соның нәтижесінде оттетіні түтіну азайады, көмірқышқыл газы көбейеді, соның нәтижесінде топырақ ауасының құрамы өзгереді.

Топырақта аэрацияның жақсаруы, сонымен қатар топырақта көмірқышқыл газының азайуына, оттегінің көбейуіне алып келеді.

Сондықтан осы үрдістердің барлығын бір- бірімен байланысты қарау керек.

Э. Рассельдің мағлуматы бойынша Еуропаның кейбір топырақтарында, топырақ ауасының құрамы әртүрлі топырақтарға өте үлкен алшақтақта ауытқиды.Ал жыртылған топырақ қабаттарына келсен, мұнда топырақ ауасындағы Со₂ мөлшері барлық ауа салмағының ондаған пайызының қамтиды, міне ол топырақтағы биологиялық үрдістерге кері әсерін тигізеді деп айтуға болмайды.

Одан бөлекше жағдай нөсерлі жаңбыр мен вегетациялық суғару кезінде байқалады. Бұл жағдайларда топрақтағы Со₂ газының үлес салмағы күрт өсуі мүмкін. Мұндай жағдай ұзақ мерзімде емес небәрі 2- 3 тәулік аралығында байқалады, яғни топырақ қуыстары суға толған жағдайда ғана.

Атап өту керек, органикалық тыңайтқыштарды берген кезде, қалыпты дозада (20-40 т / га), топырақ ауасының құрамы ұзақ уақытқа өзгермейді. Кейбір авторлар бұл жағдайды бір- біріне қарама қарсы екі үрдіспен түсіндіреді: 1. Біржағынан газының көбейуі; 2. Ал екінші жағынан органикалық заттардың әсерінен топырақтың физикалық қасиеттері жақсарып содан аэрация жывлдамдығының артуымен түсіндіреді.

И.Ревуттың мағлуматты бойынша, әртүрлі тәсілмен өнделген тәжирибе учаскесіндегі топырақ ауасының құрамы әртүрлі болған. Келтірілген мағлумат нәтижесіне көз жіберсек, өңдеу тәсіліне байланыссыз-ақ топырақтың 0-20 см беткі қабатындағы топырақ ауасындағы өттегінің мөлшері 20 % төмен сирек түскеннін, ал Со₂ газының мөлшері 0,2-0,5 % артпағаның көреміз.

Топырақ ылғалдығы артқан барлық жағдайда, оның нығыздалғанында (ылғалды топырақта мол жайылған кезде) топырақ ауасында Со₂ газының көп мөлшерде жинақтағаның көреміз.Оның деңгейі 3-7 % және одан көп болуы мүмкін.

Қалыпты ылғалдықта топырақ ауасындағы Со₂ газының мөлшері 0,2- 0,5%, ал О₂ – 20,5%асында болады. Атап өткен жоқ өсімдік жамылғысы бар топырақтарда топырақ ауасында Со₂ газы көбейіп О₂ мөлшері азаяды.

Ал өсімдіктерді алып тастаған кезде оның мөлшері қалыпты деңгейге келеді.

Бақылаулар бойынша температура мен Со₂ газының арасында тығыз байланыс бар. Топырақ температурасы артып өсімдіктерге керекті ылғал жеткілікті болған жағдайда көмірқышқыл газының мөлшері артады. Ал тиімді ылғал қоры азайса салыстырмалы жоғары температураға қарамай Со₂ газ мөлшері төмендейді. Көмірқышқыл газының максимальды көрсеткіші ылғалды жылдары байқалады.

Ағашты өсімдіктер астында шоптесінді өсімдіктерге қарағанда Со₂ мөлшері көп.

Топырақ қабатындағы топырақ ауасының құрамы белгіленген уақытта екі үрдісіне байланысты болады.

Топырақтың өзінде ішкі үрдістер нәтижесінде О₂ түтыну Со₂ газы пайда болуы мүмкін, яғни топырақ үрдісі демалған кезде қоршаған ортада О₂ азайып Со₂ көбейеді.

Топырақ ауасының барлық үрдістері және оған қатнасты жағдайлардың атмосфера ауасымен алмасуын топырақ аэрациясы дейді. Бірақта аэрация деп біз екі типті айтамыз. Оның біреу топырақ ауасының алмасуы, бір мезетте барлық газдардың және оған байланыссызақ топырақ ауасындағы барлық газ компонеттерінің ауа ауасымен алмасады. Мұндағы басты мәселедегі жағдай топырақ ауа газдарымен атмосфера ауасының арасындағы концентрациаларын және порциальді қысымдарының теңесуі. Бұл үрдісті ауа алмасу немесе газдар диффузиясы деп атайды.

Ауа алмасуының жылдамдығые, бағытын және алмасуын негізгі агенттері болып климаттық факторлар саналады:

1. Топырақ пен ауа температурасының өзгеруі

2. Топырақ ылғалдығының өзгеруі (атмосфералық түсік, суғару, булану, ылғалдардың шоғырлануы)

3. Барометрикалық қысымның өзгеруі

4. Желдің әсері.

 

Бірінші фактор- температура ауытқуының аэрация үрдісіне әсері.

Бүрыннан белгілі температура төмендегенде газдар сығылады, ал жоғарлағанда температура үлғайады.Топырақ температурасы төмендегенде атмосфера ауасының жаңа порциясының топыраққа ету жағдайы туындайды. Ал топырақты қыздырғанда керісінше ол топырақтан атмосфераға шығады.

Температураның айтарлықтай өзгеруі топырақтың тел беткі қабатында байқалады. Борпылдақ топырақтардағы максимальді ауаның ауысу жылдамдығы 2,4 см / сағат.Ауа алмасуының екінші фактор болып топырақ ылғалдығының өзгеруі жатады. Топыраққа су кірген кезде оның қуыстарындағы ауа ығысып шығады. Егер топырақ қуыстылығын 50-55%, ал орташа ауа сиымдылықты 20-25 % десек, онда жыртылған қабатта бір мезгілде 40 мм дейін су сийады, ал жазғы барлық жаңбырлардың мөлшері жыртылған қабаттағы топырақ ауасының он мәртенің алмасу деңгейін қамтамасыз етпейді.

Екінші жағынан алып қарағанда, булану мен транспирацияға байланысты шығып тәулігіне 7-10 мм артпайды. Міне сондықтан топыраққа атмосфера ауасының булану мен транспирацияға байланысты түсуі беткі 10 см қабатта тәулігіне 7-10% қана болса, ол топырақ аэрациясына қамтамасыз ете алмайды.

Ауа алмасу үшінші факторға да байланысты болмақ – яғни ауа атмосферасының қысымынан.

Барометрикалық қысым көтерілгенде топырақ ауасы қысылады және оған қосымша күш түседі, ал қысым азайғанда топырақ ауасының үлғайып соның салдарынан оның кейбір бөлігі атмосфераға өтеді. Бірақ бүл жағдай топырақ ауасының ауысуында белгілі бір роль атқармайды.

Басты фактор болып желдің әсері саналады. Жел градиент қысым туғызады, сондықтан қосымша аэрация тудырады. Мысалы жел қопталға жотаға, биік жерге соққан кезде ол байқалады.

Ауа алмасу үндісінде желдің жылдамдығы және оның бағыты, сонымен қатар топырақ бетінің мкро және микро бедері, топырақтың өңдеу сапасы, түйіртпектілігі және басқа қасиеттері әсер етеді.

Ауа мен топырақтағы Со₂ мен О₂ газдарының порциальдық қысымы әрқашанда бар. Осы қысым айырмашылығы топырақтағы оттегі алмасуын қамтамасыз етеді. Міне сондықтан топырақ ауасындағы оттегінің мөлшері атмосфераға қарағанда төмен. Топырақта Со₂ газының кейбір бөлігі ылғи түтынып отырылады, сонымен қатар оның қаралиты даму үрдісіде орын алады. Міне сондықтан топырақ ауасында Со₂ газының мөлшері атмосфераға қарағанда көп.

Атмосфера мен топырақ ауасының арасындағы О₂ мен Со₂ газының порцияльдық қысымдарының айырмашылығы арасында. Олардың диффузиялық және газалмасу құбылысы орын алады. Диффузия газ концентрациясы аз және порцияльдық қысым төмен жаққа карай бағытталған соның салдарынан Со₂ газы атмосфераға, ал О₂ газы керісінше атмосферадан топыраққа қарай бағытталған. Диффузия үрдісі фиказацлиа бағынады, яғни заттар порциальдық қысымы жоғары жақтан оның төмен жағына қарай аусады.

 

Слайдтар, кестелер, иллюстрациялар;

Бақылау сұрақтар:

1. Топырақ ауасы, оның құрамы және динамикасы топырақ ауасының аэрациядағы, топырақ үрдісіндегі, өсімдіктер мен макроорганиздегіндегі маңызы.

2. Ауа алмасу мен газалмасу және оның факторлары, олардың анықтамалары.

3. Ауа құбылымы туралы түсінік және оны реттеу жолдары.

 

Әдебиеттер:

1. Ревут И.Б. Физика почв. М., Колос, 1972 г.

2. Ковда В.А. Основы учения о почвах.Т 1,2, М., Наука, 1972 г.