Химия | Азот-фосфор тыңайтқыштарының топырақта азот қоректік элементінің жинақталуына әсері

Мазмұны

КІРІСПЕ

I - ТАРАУ. ТОПЫРАҚ РЕСУРСТАРЫ – АУЫЛШАРУАШЫЛЫҒЫ ӨНДІРІСІНІҢ НЕГІЗІ
1.1 Топырақ құрамының түзілуіне әсер ететін факторлар
1.2 Топырақтың тұздануы мен онымен күрес шаралары

II – ТАРАУ. МИНЕРАЛДЫҚ ТЫҢАЙТҚЫШТАР, ОЛАРДЫҢ ТОПЫРАҚ ҚҰНАРЛЫЛЫҒЫН АРТТЫРУДАҒЫ РОЛІ
1.3 Азот тыңайтқыштары, олардың түрлері мен өсімдіктер үшін маңызы
1.4 Топырақ құрамындағы қарашірік мөлшерін анықтау
1.5 Топырақтағы қарашірік заттарын экстракциялау
1.6 Минералдық тыңайтқыштардың қарашіріктің сапалық құрамына әсері

III – ТАРАУ. ӘРТҮРЛІ МӨЛШЕРДЕГІ МИНЕРАЛДЫҚ ТЫҢАЙТҚЫШТАРДЫҢ ТОПЫРАҚТА ҚОРЕКТІК ЭЛЕМЕНТТЕР ЖИНАҚТАЛУЫНА ӘСЕРІ
3.1 Топырақтағы аммонийлі және жеңіл гидролизденетін азот мөлшеріне минералдық тыңайтқыштардың әсері

ҚОРЫТЫНДЫ
ЕҢБЕК ҚОРҒАУ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
I-ТАРАУ. ТОПЫРАҚ РЕСУРСТАРЫ - АУЫЛ ШАРУАШЫЛЫҒЫ ӨНДІРІСІНІҢ НЕГІЗІ

Топырақ - құрлықтың өсімдік өнімін бере алатын борпылдақ құнарлы қабаты.
Топырақ - ең маңызды және бағалы салыстырмалы қалпына келтірілетін ресурстардың бірі. Ол тірі организмдер мен климат әсерінен біртіндеп қалыптасады. Топырақтың құнарлы қабатының 1 см бірнеше ғасырлар бойы түзіледі, ал бұзылуы не жойылуы үшін бірнеше жыл не тіпті күн жетіп жатыр.
Қазіргі кезде құрлықтың жер ресурстарының 10,4% өңделеді, бұл немесе бүкіл жер шарының беткі ауданының 2,95%.
Біздің еліміздің жер ресурстары ұлан-байтақ болғанымен шексіз емес. Оның үстіне, халық санының өсуіне байланысты әрбір адамға келетін жердің үлесі азаюда. Мысалы, біздің елімізде бір адамның үлесіне 2 га жер, Арменияда –0,18 га, Грузияда – 0,16 га келеді екен.
Кезінде топырақ тану ғылымының негізін салушы В.В.Докучаев қаратопырақ таскөмірден де, алтыннан да, мұнайдан да қымбат деп жазған.
Жер бетіндегі барлық тіршілікке қажетті жағдайлармен қамтамасыз етіп, топырақ өсімдіктер арқылы тікелей, жануарлар арқылы – жанама әсер ету арқылы биосфераның тіршілігін сақтап тұруға жағдай жасайды. Сондықтан топыраққа жанашырлықпен қарап, оны қорғау табиғатты комплексті қорғаудың ең негізгі бағыттарының бірі болуы керек.
Соңғы 25 жылда ауылшаруашылығында қолданылатын жер 33 млн га қысқарды. Бұның себебі, топырақтың эрозияға ұшырауы, жер ресурстарын тиімді пайдаланбау, су алу, балшықтану, тоғайлар мен ормандар өсу. Топырақтың бұзылуына әсер ететін факторларға сол сияқты табиғи қазба байлықтарды : көмір, темір рудалары, түсті металлдар мен құрылыс материалдарын жер астылық және ашық әдіспен алу, нәтижесінде бұл жерлерде құнарлы топырақты жерлердің орнында өсімдіктерінен айрылған, құнарсыз индустриялық далалар деп аталатын жерлер пайда болады.
Ғылыми мекемелердің есептеулері бойынша, ауылшаруашылық жерлері жыл сайын эрозияның әсерінен 1,5 млрд тонна құнарлы қабатынан айрылады. Жыл сайын эрозияға ұшыраған топырақтардың ауданы 0,4-1,5 млн га, жыралар –80-100 мың га ұлғаяды. Бір ғасырдың өзінде эрозия нәтижесінде бүкіл әлемде өңделетін ауылшаруашылық жердің 23% айналымнан шығып қалған.
Топырақ. Жер бетінде Күннің энергиясы заттардың екі айналымын: су айналымы мен атмосфера циркуляциясында байқалатын үлкен, немесе геологиялық және заттардың топырақ, өсімдіктер, микроорганизмдер мен жануарлар арасындағы айналымы- кіші немесе биологиялық айналымды туғызады. Екі айналым да бір-бірімен тығыз байланысты.
Топырақтың табиғи ландшафттар мен экожүйелердегі маңызы зор, оны жекеленген экожүйе деп қарастыруға болады.
Топырақтану ғылымының негізін салушылардың бірі В.В.Докучаев ХХ ғасырдың басында топырақты өзіне тән өзара байланыстары, тіршілік ету заңдылықтары мен өзін-өзі реттеуге қабілетті табиғи-тарихи дене деп қарастырады, топырақтың планетаның тарихымен, тау жыныстарымен, климатымен, өсімдіктерімен, рельефімен және ландшафтымен тығыз байланысты болатынын атап көрсеткен.

1.1 Топырақ құрамының түзілуіне әсер ететін факторлар.

Тау жыныстарының топыраққа айналу процесінің аса бір маңызды және жалпы құбылысы құрлықтың бүкіл бетін жауып жатқан гумустық қабаттың түзілуі болды. Бұл қабат топырақтың ең бір белсенді бөлігі болып саналады. Топыраққа ең алғаш рет М.В.Ломоносов ғылыми анықтама берді, ол : топырақ түзілу процесі құнарлылық түзіле жүретін өсімдіктер мен тау жыныстарының арасындағы ұзақ өзара қарым-қатынас деп көрсетті.
Топырақ ресурстары Жер бетіндегі тіршілікке қажетті ен маңызды алғы шарттардың бірі болып табылады. Алайда оның шын мәніндегі маңызы мен ролін өз дәрежесінде бағалай алмай келеміз. Топырақ биосфераның компоненттерінің бірі ретінде адам, жануарлар мен өсімдіктер үшін биохимиялық орта болып саналады, ол энергетикалық сиымдылығы жоғары, топырақ биотасы мен адамдар арсындағы тікелей және жанама әсерлерді тепе-теңдікте сақтап тұра алатын өздігінен тазару процестерінің механизмдерінің аса маңызды резерві болып табылады. Адамдарға азық-түлік пен жануарларға қоректі өндіру үшін қажетті жағдайлар тек топырақ арқылы ғана жасалынады. Топырақтың табиғи дене ретіндегі негізгі функциясы атмосфералық жауын-шашынды жинақтау мен су балансын реттеу, өсімдіктерге қажетті қоректік элементтерді жинақтау, жер асты суларын түзумен тазалығын қамтамасыз ету, ластаушы заттарды тасымалдау.
Топырақ - сыртқы орта жағдайлары: жылу, су, ауа, өсімдіктер мен жануарлар, микроорганизмдердің біріккен әсерінен қалыптасқан жердің беткі құнарлы қабаты. Топырақ түзгіш факторларға сол сияқты рельеф пен адамның іс-әрекеті де жатады. Тірі организмдер топырақтың негізгі қасиеті - құнарлылығының қалыптасуына жағдай жасайды.

1.2 Топырақтың тұздануы және онымен күрес шаралары

Суармалы егістердің дүние жүзіндегі ауданы шамамен 250 млн га жуық. Ирригациялық эрозиямен қатар суармалы топырақтар екінші реттік сортаңдануға ұшырайды. Оның мәні – танаптағы топырақ суды сіңіріп, содан соң булану мен өсімдіктерге транспирацияға қажетті судан артық су келіп түседі. Бұл су біртіндеп жер астылық грунт суларына дейін жетіп, оның деңгейінің көтерілуіне себеп болады. Мөлшерсіз, ретсіз суару кезінде қысқа уақыт аралығында (бірнеше жыл) жақындап, интенсивті түрде булана бастайды. Суда еріген тұздар топырақ бетінде жиналады. Мұндай тұздану екінші реттік деп аталады. Суғарудың жоғары деңгейінде және каналдардағы судың топыраққа сіңіп кетуі арқылы грунт суларының мөлшері көбейеді. Суғару каналдарынан судың фильтрациялануынан және дұрыс суармаудан топырақта тұздардың мөлшерінің көбеюі екінші реттік тұздану деп аталады. Ал бірінші реттік тұздану ретінде адамның әсерінсіз пайда болатын табиғи тұздану процесін атайды. Екінші реттік тұздану тек құрғақ аудандарға тән. Солтүстік аймақтарда шектен тыс суару топырақтың батпақтануына әкеліп соқтырады.
Топырақтың тұздануы деп натрий, кальций, магний тұздарының топырақта өсімдіктердің өсуі мен дамуына зиянды әсер ететін концентрацияда жинақталуын айтады. Бұл құбылыс әсіресе, Египет, Ирак, Индия мен Пакистан, т.б. құрғақшылық климатты аймақтарда белең алып отыр. Жыл сайын Жер шарында тұзданудан 200-300 мың га суармалы жер қатардан шығады. Бүкіл әлемде қазіргі таңда 20-25 млн га жер тұзданып, өнім беру қабілетінен айрылған. Бұл жағдай, әсіресе Орта Азия мен Закавказье елдерінің топырақтарында көбірек байқалып отыр. Тіпті тұзданудың аз ғана деңгейінде мақтаның өнімі 20-30%, жүгері – 40-50%, бидай – 50-60% қысқарады. Тұздану орташа жүрген аймақтарда мақтаның өнімі екі есе төмендесе, ал бидай тіпті өспейді.
Адамзат қоғамы дамуының экологиялық дағдарыстарының бірі дамыған өркениеттіліктің өз мүмкіндіктерін топырақтың тұздануы нәтижесінде жоғалтқаны белгілі. Мысалы, Ніл аңғарында қазірде суармалы жерлердің 70% тұзданған. Ғалымдардың пікірінше, ертедегі Вавилон өркениеті топырақтың екінші реттік тұздануынан жойылған. Қазір дүние жүзінде суармалы 250 млн га жердің 50-60 млн га жуығы екінші реттік тұздануға, шамамен 25% ұшыраған.
Топырақты тұздану мен батпақтанудан қорғау.
Топырақтың тұздануына себеп болатын факторлар түрліше. Олардың бірі – құрғаған теңіздерден пайда болған тұздың жел арқылы таралуы. Суда еріген тұздар атмосфералық жауын-шашын арқылы да таралады. Галофит-өсімдіктер тұзды ортаға жақсы бейімделіп, топырақтан тұзды сіңіруге қабілетті, соның нәтижесінде топырақтың жоғары қабаттарының одан әрі тұздануына себеп болады. Галофиттер тіршілігін тоқтатқан соң және олардың жапырақтары түсіп, минералданып, суда еритін тұздардың мөлшері көбейіп, топырақтың одан сайын тұздануына мүмкіншілік жасайды. Галофит-өсімдіктердің әсерінен суда еритін тұздардың топырақта жинақталуы 1 га жерде 500 кг дейін жететін жағдайлар байқалған.
Көбінесе топырақтың тұздануы грунт суларының құрамында болатын тұздар есебінен жүретіндігі жиі байқалады. Егер олар тереңде болмаса, капилляр арқылы булану нәтижесінде топырақтың жоғарғы қабатында тұздар жинақталады. Климат неғүрлым құрғақ және топырақтың механикалық құрамы ауыр болса, соғұрлым бұл процесс қарқынды жүреді.
Екінші реттік тұзданудың алдын алу шараларының бірі тереңдігі 1-1,8 м етіп террриторияда дренаждар жасау. Сол сияқты жаңбырлатып суғару ирригациялық эрозияға қарсы күрес шараларының бірі. Тұзды топырақтарды натрийдің тұздарын гипстеу арқылы да тазартады.
Суарудың жетілдірілген технологияларын қолданумен қатар, жер асты суларының деңгейінің көтерілуіне байланысты грунт суларын сорып алу арқылы және топырақты шаю арқылы да тұзданумен күресуге болады. Бірақ бұл кезде де міндетті түрде грунт суларын алып кету керек. Кейбір жағдайда химиялық әдіс те жақсы нәтиже береді. Мысалы, топырақ бетінде жиналған зиянды тұздарды нейтралдау үшін гипстеу жүргізіледі. Бірақ бұл әдіс қымбат және қоршаған ортаның тазалығы үшін тиімсіздеу.
Жер ресурстарына үлкен зиян келтіретін үшінші бір фактор – жердің азуы. Оның орын алу себептері - өніммен бірге қоректік заттардың топырақтан әкетілуі. Гумустың жойылуы, су режимінің және басқа да қасиеттерінің топырақтың азуының нәтижесінде, құнарлылығы жойылып, шөлге айналады.
Өніммен бірге әкетілетін қоректік заттарды топыраққа қайтарудың ең тиімді әдісі органикалық тыңайтқыштарды (көң, компост, және т.б.) қолдану, шөп себу, пар жүйесі арқылы топырақты тынықтыру. Топырақтың азуы ең алдымен органикалық заттардың, оның ішінде негізгісі қарашіріктің кемуімен байланысты.
Топырақ құнарлылығының жойылуы топырақты интенсивті өңдеуге, ауыр ауылшаруашылық техникаларды қолдану нәтижесінде топырақтың тығыздануы, ластануға, ең алдымен қышқыл жаңбырлар мен минералдық тыңайтқыштарды тиімсіз пайдалануға байланысты туындап отыр.

II – ТАРАУ. МИНЕРАЛДЫҚ ТЫҢАЙТҚЫШТАР, ОЛАРДЫҢ ТОПЫРАҚ ҚҰНАРЛЫЛЫҒЫНА ӘСЕРІ

Қазіргі ғылыми техниканың өрлеу заманында аграрлық экожүйелерді минералдық тыңайтқыштар қолданбай тиімді ауыл шаруашылық өнімін алу мүмкін емес. Бірақ минералдық тыңайтқыштарды ұзақ мерзімде және оларды шамадан тыс көп мөлшерде қолдану агроценоздың табиғи көрінісін өзгертіп, топырақ құнарлылығын күрт төмендетті. Бұл жағдай қазіргі таңда, экология саласының проблемалары шеңберінен шығып, табиғи ресурстарды және табиғатты қорғаудың ауқымды мәселесіне айналып отыр.
Қазіргі таңда ауыл шаруашылығы қажеттілігі үшін әлемдік өндіріс жылына 125 млн. тонна минералдық тыңайтқыш түрлерін өндіреді. Минералдық тыңайтқыштардағы негізгі қоректік элементтер — азот, фосфор, калий элементтері.
Минералдық тыңайтқыштардың сіңірілу тиімділігі қоректік элементтердің арақатынасымен және өсімдіктер сортының биологиялық ерекшеліктерімен анықталады. Азот тыңайтқыш-тарының нитраттары өсімдіктерге тез әсер ететін азот көзі болып табылады. Осыған байланысты нитраттар түріндегі азот тыңайтқыштарын біркелкі пайдаланбаған жағдайда азық түлік құрамына нитраттардың артық мөлшері жинақталып, оның сапасын нашарлатады. Нитраттарды тиімді пайдалану үшін әрбір өсімдік түрінің азотқа қажеттілігінің, оның топырақтағы қорын, климаттық факторларын ескере отырып, ЭЕМ-да дәл есептеулер жасау арқылы жүргізу керек. Алюминий тыңайтқыштарынан нитраттың топырақтарға және өсімдіктерге түсуі топырақтағы микроорганизмдер белсенділігі мен ауа райы жағдайларына байланысты.
Азот тыңайтқыштарының суда ерігіштігіне жауын-шашын мөлшері және суару нормасы біршама әсер етеді. Ылғалдылық жоғары болған жағдайда нитраттар тамырдан тыс аймақтарға таратылып, өсімдіктегі мөлшері азаяды. Құрғақ климат жағдайларында ылғалдылық аз болуынан топырақтың беткі қабаты кеуіп, нитрат-тардың жоғарғы қабатына көтерілуіне және өсімдіктерде оның концентрациясының көбеюіне мүмкіндік туады.
Топырақ пен өсімдіктерде нитраттардың жинақталуына топырақ, климаттық жағдайлар және пайдаланылған тыңайтқыштар түрі мен мөлшері әсер етеді. Қүрғақшылық кезде қоректік өсімдіктердегі нитраттар мөлшері азот алмасу процестерінің ферменттерінің активтілігі төмендейтіндіктен артады. Бұл ферменттердің активтілігі сол сияқты топырақта K,Mо,S элементтері жетіспеген жағдайда да төмендейді.
Жер бетілік және жер астылық сулардың нитраттармен ластануы тазартылмаған тұрмыстық және өндірістік сулармен, табиғи органикалық заттардың минералдануы, сол сияқты азот тыңайтқыштарын шамадан тыс пайдаланған жағдайда байқалады. Отандас және шетелдік ғалымдар мен практиктердің еңбектері нәтижесінде азот тыңайтқыштарын интенсивті пайдалану ауыл шаруашылық өнімдерінің сапасы мен қоршаған ортаға зиянды әсерін тигізетіні дәлелденді.
Ауыл шаруашылық өсімдіктері сіңірген нитраттардың белгілі мөлшері өнім түзілуге жұмсалатыны белгілі. Бірақ, кейбір экологиялық факторлар әсері күшті жағдайларда (жарық жеткіліксіз, су режимі бұзылған, т.б.) өсімдіктер топырақтан алған азоттың барлығын сіңірмей, оның артық мөлшері адам мен жануарлар үшін зиянды әсерін тигізеді. Жануарлар жемі рационындағы нитраттың артық мөлшері сүттің азаюына себеп болады. Жалпы алғанда, нитраттар барлық тамақ өнімдері мен мал жемі үшін ең қажетті қосылыстар, бірақ оның артық мөлшері адам мен жануарлар организмін улайды, организмдегі зат алмасу процестерін бұзып, оның иммунологиялық қасиеттерін төмендетеді, т.б. Адам организмі үшін әсіресе құрамында нитраттардың жоғарғы мөлшері жинақталған көкөніс, бақша дақылдары қауіпті болып саналады.
Азот тыңайтқыштарының жоғарғы нормаларын пайдаланған жағдайда көкөністерде нитраттардың жинақталуын қатаң бақылап, олардың мөлшерін төмендету жолдарын іздестіру қажет. Нитраттардың өнім құрамында артық мөлшері жинақталмайтындай жағдайда пайдалану бұл процеске әсер ететін экологиялық факторларды есепке ала отырып жүргізілуі қажет. Өсімдіктер мен ауыл шаруашылық дақылдарында нитраттардың жинақталуына әсер ететін негізгі факторлар - азот тыңайтқыштарын шамадан тыс пайдалану, жарық пен ылғалдылық. Жарық көп болғанда нитраттар амин қышқылдарына айналады. Сондықтан, қысты күні жылыжайларда өсірілген көкөністерде ашық топырақта өскен өсімдіктерге қарағанда нитраттар көп жинақталады. Сол сияқты топырақта ылғал жетіспеген жағдайда да өсімдіктердегі нитрат мөлшері көбейеді. Сондықтан қазіргі кезде көкөніс өнімдеріндегі нитраттар мөлшерін төмендету жолдары қарастырылуда.
Азот тыңайтқыштары табиғи суларды ластайды, әсіресе адам мен жануарлар үшін ең зиянды - нитрат иондары. Бүкіл әлемдік денсаулық сақтау ұйымының ұсынуы бойынша ауыз судағы нитрат иондарының шектеулі концентрациясы 11,3 мг/л.
Азот табиғи суларға негізінен, ауыл шаруашылық егістіктерінің ағызынды суларымен бірге келіп түседі. Жауын-шашын мол болған жылдары азот тыңайтқыштарын көп пайдаланған жағдайларда азот топырақтың 10 м-ге дейінгі тереңдігіне өтіп, грунт суларына жетеді. Ал құрғақшылық болған жылдары нитраттар грунт суларына жетпейді.
Су объектілерін нитраттармен ластанудан қорғаудың негізгі әдістері - тыңайтқышты қолайлы кезеңдерде бірнеше рет және дақылдың қоректік элементтерді сіңіру динамикасын ескере отырып беру. Егіске минералды тыңайтқыштар беру кезінде жергілікті жердің климаттық жағдайлары, агротехника түрлері, топырақтың қасиеті, суғару тәртібі, сорттар мен гибридтердің биологиялық ерекшеліктері, тыңайтқыш беру тәсілдері, т.б. факторлар ескерілуі қажет.
Өсімдіктерге фосфор тыңайтқыштары да өте қажет. Фосфордың азоттан айырмашылығы қозғалғыш емес, топырақта түгелдей сақталады. Фосфор тыңайтқыштарын жүйелі түрде қолдану нәтижесінде топырақта тыңайтқыш құрамындағы фосфордың 22,4 % дейін мөлшері жиналады.
Су объектілеріндегі топырақтың миграциясы суармалы топырақтарда өсімдіктердің вегетациялық кезеңінде күшейеді. Топырақ эрозиясы және оның нәтижесінде болатын шаңды дауылдардан соң топырақ фосфордың 10% дейін жоғалтады. Ауыз суындағы фосфордың ең жоғарғы шектеулі нормасы 10 мг/л-ден аспауы керек.
Ауыл шаруашылық дақылдарына қажетті деңгейден көп мөлшерде топыраққа түскен минералдық тыңайтқыштар топырақтың қышқылдануына әкеліп, нәтижесінде қарашіріктің қарқынды ыдырауына және топырақтағы органикалық қосылыстардың азотының минералдану процестерінің белсенділігі артуына жағдай жасады /1-3/.
Минералдық тыңайтқыштарды кең көлемде қолданудың осындай негативті әсері, көптеген елдердің (АҚШ,Канада, Ұлыбритания, Ресей, ФРГ) ғалымдарын ойландырып, олар соңғы кезде жиі айтылып жүрген биологиялық егіншілік жүйесіне көшудің жолдарын іздестіруде /4-10/.
Олар ұсынған биологиялық егін шаруашылығының негізгі жақтары: минералдық тыңайтқыштардың оптимальды мөлшерін қатаң түрде қолдану немесе оларды және өсімдік қорғаудың химиялық жолын пайдалануды мүлдем тоқтату, топырақты минимальды механикалық өңдеу, топырақта жүретін микробиологиялық процестерді ынталандыру болып табылады.
Әрине, осы аталған биологиялық егін шарушылығының теориялық негізін жасағанда агрохимия, топырақтану және микробиология сияқты ғылымдардың жетістіктерін пайдаланумен қатар экология ғылымын да қамти білу қажет. Өйткені, агроценозға антропогендік қысым (минералдық тыңайтқыштардың жоғары мөлшерін қолдану, пестицидтермен ластану, т.с.с.) түскенде, ол, біріншіден топырақтың микрофлорасының сапалық және сандық құрамын өзгертіп, нәтижесінде топырақ қабатында жүретін қарашіріктену және минералдану процестерінің бағытын өзгертіп, топырақтың тиімді және потенциалды құнарлылығының деңгейіне әсер етеді.
Топырақтағы қарашіріктің мөлшері оның су-ауа режимін қамтамасыз етеді, ал ол, топырақтағы ең маңызды физико-химиялық көрсеткіштерін, катиондық алмасудың сиымдылығын, топырақтың қышқыл-сілтілік аралығын (буферлігін), және топрыақта ......