Топырақ қасиеттері

Құрамындағы алмасу реакциясына бейім катиондардың жалпы мөлшерін топырақтың сіңіру сиымдылығы деп атайды. Сіңіру сиымдылығын 100 г топырақтағы катиондардың мг-эквивалентімен өрнектейді. Мысалы, 100 г топырақ құрамында 500 мг сіңірілген кальций болғандағы топырақтың сіңіру сиымдылығы 500:20= 25 мг/экв. 100 г топырақта кальцийдің эквиваленттік массасы 40:2=20 болады. Топырақтың сіңіру сиымдылығының мөлшері оның механикалық құрамына, майда дисперсті бөлшектердің жалпы мөлшері мен олардың химиялық және минералогиялық құрамына, топырақ реакциясына байланысты. Топырақта майда дисперсті бөлшектер көп болған жағдайда оның сіңіру сиымдылығы жоғары болады. Сол сияқты саз топырақтың сіңіру сиымдылығы құмдақ топырақпен салыстырғанда жоғары. Монтмориллонит тобына жататын минералдар ең үлкен сіңіру сиымдылығымен ерекшеленеді. Қара шіріндіге бай топырақтың да сіңіру сиымдылығы жоғары болады. Топырақ реакциясы (рН) көтерілген сайын оның сіңіру сиымдылығы артады. Сонымен бірге топырақтардағы сіңірілген катиондар құрамы әртүрлі болып келеді. Барлық топырақтарда сіңірілген катиондар арасында кальций мен магний мөлшері көп болады. Мысалы, кәдімгі қара топырақта сіңіру сиымдылығындағы катиондардың 80-90 проценті кальций және магний үлесіне тиеді. Оңтүстік қара, қара қоңыр, боз топырақтарда аз мөлшерде сіңірілген натрий кездеседі. Олардың құрамында сутек катиондары болмайды. Сор, сортаң топырақтарда кальций, магниймен бірге сіңірілген натрий көп болады. Калий және аммоний катиондары барлық топырақтарда аз мөлшерде кездеседі.

Сіңірілген катиондар құрамы топырақтың физикалық, химиялық қасиеттеріне, өсімдіктің өніп-өсуіне, тыңайтқыштардың әсеріне жан-жақты ықпал етеді. Топырақ ерітіндісінің құрамы қатты фазадағы катиондардың құрамы мен түрлеріне байланысты өзгереді. Мысалы, құрамында кальций катиондары көп топыраққа суда жақсы еритін аммоний селитрасы немесе калий хлориді сияқты тыңайтқыштарды қолданғанда ерітіндіге көп мөлшерде кальций ауысады. Топырақтағы сіңірілген катиондар құрамы топырақтың сіңіру комплексіне әсер етеді. Мысалы, катиондар теріс зарядталған топырақ коллоидтарын шөгінді түрінде тұндырады (коагуляция). Катиондардың тұндыру қабілеттері элементтердің атомдық массасы мен валенттілігінің өсуіне қарай жоғарлайды: Lі⁺<NH₄⁺<Na⁺<K⁺<Mg²⁺<Ca²⁺<H⁺<Fe³⁺<Al³⁺. Бір валентті катиондардың (сутектен басқасы) коллоидтарды тұндыруы екі және үш валентті элемент катиондарына қарағанда төмен болады.

Топыраққа сіңірілген катиондардың құрамы мен олардың арақатынасын тыңайтқыш және мелиоранттар қолдану арқылы реттеуге болады. Мысалы, сілтілік реакция тудыратын сіңірілген натрий катиондарын, сортаң топырақ құрамынан ығыстыру үшін гипс қолдану керек. Мұнда, натрийді алмастырған кальций катиондары өсімдіктің өсіп-өнуіне қолайлы жағдай тудырады.

Топырақ реакциясы Өсімдік пен микроорганизмдер үшін топырақ реакциясы өте маңызды тіршілік факторы болып саналады. Топырақ ерітіндісінің реакциясы оның құрамындағы сутек және гидроксид иондарының арақатынасына қарай өзгереді. Ерітіндіде сутек иондарының концентрациясының өсуі, гидроксид иондарының концентрациясының азаюына ықпал жасайды және керісінше,гидрооксид иондардың концетрациясының өсуі сутек иондарының азаюына әсерін тигізеді.

Биологиялық құбылыс нәтижесінде топырақ ерітіндісінде әрдайым көмір қышқылы пайда болып, ол сыртқы ортада қышқылдық реакция тудырады:

H₂O + CO₂ = H₂ CO₃

 

H₂CO₃ Н⁺+ HСO₃ ^-

 

Бұл қышқылдықты топырақ сіңіру комплексіндегі катиондар және карбонаттар бейтараптайды:

H

(Т.С.К)Ca + 2H₂CO₃ = (Т.С.К) H + Ca(HCO₃)₂

 

CaCO₃ + H₂CO₃ = Ca(HCO₃)₂

 

Егер топырақтың сіңіру комплексінде натрий иондары болса ерітіндіде натрий карбонаты немесе натрий бикарбонаты түзіледі:

(Т.С.К) Na + H₂CO₃ = (Т.С.К) H + NaHCO₃

 

Na H

(Т.С.К) Na + H₂CO₃ = (Т.С.К) H + Na₂CO₃

 

Көмір қышқылының тұздары гидролиттік диссоциацияланады:

 

Ca(HCO₃)₂ + H₂O = Ca(OH)₂ + 2H₂CO₃

 

NaHCO₃ + H₂O = NaOН + H₂CO₃

 

Көмір қышқыл тұздарының еруінен Са(ОН)₂ және NаОН сияқты күшті негіздер мен өте әлсіз Н₂СО₃ пайда болуынан, реакция сілтілік жаққа қарай жылжиды.

Сонымен топырақ ерітіндісінің реакциясы топырақтың сіңіру комплексіндегі катиондардың құрамына қарай өзгереді.

Топырақ ерітіндісінің реакциясы құрамында СО₂, органикалық қышқылдар, алюминий тұздарының әсерінен қышқылдық қасиет көрсетеді. Топырақ қышқылдылығының актуалды және потенциалды түрлері болады. Ал потенциалдық қышқылдылықтың өзі алмасу және гидролитикалық болып бөлінеді. Актуалдық қышқылдықты, топырақ ерітіндісіндегі Н₂СО₃, органикалық қышқылдар, алмасу қышқылдығын сіңіру комплексінің сутек және алюминий иондары тудырады. Алмасу қышқылдықты бейтарап тұздардың әлсіз ерітіндісімен өңдегенде ерітіндіге бөлінетін сутек иондары тудырады.

 

(Т.С.К) Н+KCl = (Т.С.К) K+HCl

Ал топырақпен берік байланысқан сутек иондарын тек гидролиттік сілтілік тұздардың (мысалы, CH₃COONa) көмегімен ығыстыру мүмкін.

 

CH₃COONa + H₂O = CH₃COO + NaOH

(Т.С.К)Н + NaOH + CH₃COO = (Т.С.К)Na +CH₃COOH+ H₂O

 

Топырақтың алмасу қышқылдығын суда еритін тыңайтқыш түрін дұрыс қолдану үшін, гидролитикалық қышқылдық бейтараптауға қажет әк мөлшерін есептеу үшін пайдаланады.

Топырақтың негіздермен қанығу дәрежесі және буферлігі. Топырақ ерітіндісінің гидролитикалық реакциясының мәні құрамындағы сутек иондарына ғана емес, оның негіздермен қанығу дәрежесіне де байланысты болады. Егер топырақ қышқылдығын Н әрпімен, сіңірілген негіздердің қосындысын S әрпімен белгілесек топырақтың сіңіру сиымдылығы Т= S + Н болады. Сіңірілген негіздердің сіңіру сиымдылығына қатынасын топырақтың негізбен қанығу дәрежесі (V) дейді. Топырақтың негізбен қанығу дәрежесін процентпен өрнектейді.

 

S×100 S

V = немесе V = × 100

S+H T

Гидролиткалық қышқылдығы бірдей болуына қарамастан негізбен қанығу дәрежесі төмен топыраққа қолданылатын әк мөлшері көп болуы керек.

Топырақ реакциясы түрлі биологиялық, химиялық және физика-химиялық құбылыстардың әсерінен өзгеріп тұрады.

Топырақтың ерітіндісі реакциясының қышқылдық немесе сілтілік жаққа өзгеруіне қарсы тұра алатын қабілетін, оның буферлігі деп атайды. Топырақ буферлігі топырақтың негізбен қанығу дәрежесі мен сіңіру сиымдылығына байланысты. Негізбен қанығу дәрежесі жоғары, гидролитикалық қышқылдығы аз топырақтың орта реакциясының қышқылдық бағытқа жылжуына қарсы тұруы артады. Егер топырақтың негізбен қанығу дәрежесі төмен болса, оның реакциясының сілтілік жаққа өзгеруіне қарсы тұру қабілеті күшейеді.

Топырақ буферлігі тыңайтқыштарды дұрыс қолдану әдістерін таңдауға көмектеседі. Мәселен, буферлігі төмен топырақтарға физиологиялық қышқыл тыңайтқыштарды қолдану, дақылдардың өсіп-дамуына қолайлы жағдай жасамайды.