Кіріспе
Топырақ түрлерін жіктеу. АҚШ-тың Ауыл шаруашылығы министрлігі және Ұлттық Ынтымақтастық Топырақ зерттеуі әзірлеген USDA топырақ таксономиясы (ST) бірнеше параметрлер (көбінесе олардың қасиеттері) бойынша және бірнеше деңгейде топырақ түрлерінің егжей-тегжейлі жіктелуін ұсынады: Тәртіп, Кіші тәртіп, Үлкен топ, Кіші топ, Отбасы және Серия. Бұл жіктеуді алғаш рет АҚШ Ауыл шаруашылығы министрлігінің топырақ зерттеулерінің бұрынғы директоры Гай Дональд Смит жасаған.
USDA soil taxonomy (ST) developed by the United States Department of Agriculture and the National Cooperative Soil Survey provides an elaborate classification of soil types according to several parameters (most commonly their properties) and in several levels: Order, Suborder, Great Group, Subgroup, Family, and Series. The classification was originally developed by Guy Donald Smith, former director of the U. S. Department of Agriculture's soil survey investigations.
Талқылау
Таксономия – жүйелі түрде орналасу; USDA топырақ таксономиясының алты деңгейі бар. Олар, ең жалпыдан ерекшеге дейін: тәртіп, ішкі тәртіп, үлкен топ, кіші топ, отбасы және тізбе. Осы сыныптама жүйесінде топырақтың сандық өлшеуге болатын қасиеттері қолданылады – олар: тереңдік, ылғал, температура, текстура, құрылым, катион алмасу қабілеті, негіз қанықтығы, балшық минералогиясы, органикалық заттардың мөлшері және тұздық мөлшері. Топырақ таксономиясында 12 топырақ тәртібі (жоғары иерархиялық деңгей) бар. Тәртіптердің атаулары «сол» жұрнағымен аяқталады. Әртүрлі топырақ тәртіптеріне қатысты критерийлер топырақтың генезисіндегі маңызды айырмашылықтарды көрсететін қасиеттерді қамтиды. Тәртіптер:
Alfisol – алюминий және темір бар топырақтар. Оларда балшық жинақталатын горизонттар бар және кем дегенде үш ай бойы өсімдік өсуіне жеткілікті ылғал мен жылу бар жерлерде қалыптасады. Олар әлемдік топырақтың 10% құрайды. Andisol – жанартау күлі топырақтары. Олар жас топырақтар. Олар әлемдегі мұзсыз беттің 1% жабады. Aridisol – шөлдік жағдайларда қалыптасқан құрғақ топырақтар, өсу маусымында 90 күннен кем ылғалды болады және сусытылмайды. Олар Жердегі топырақтың шамамен 12% құрайды. Топырақ қалыптасуы баяу, ал жиналған органикалық заттар аз. Оларда кальций немесе дурипанның жер астындағы аймақтары болуы мүмкін. Көптеген aridisol-дерде балшық қозғалысын көрсететін жақсы дамыған Bt горизонттары бар, бұл өткен ылғалдылық кезеңдерінен туындайды. Entisol – жақында қалыптасқан және жақсы дамыған горизонттары жоқ топырақтар. Көбінесе құм мен балшықтың немесе жанартау күлінің шоғырланбаған өзен және жағажай шөгінділерінде кездеседі, кейбіреулерінде тау жыныстарының үстінде А горизонты бар. Олар әлемдік топырақтың 18% құрайды. Gelisol – бетінен екі метр қашықтықтағы немесе гелистік материалдармен бір метр қашықтықтағы мәңгі тоң топырақтары. Олар әлемдік топырақтың 9% құрайды. Histosol – органикалық топырақтар, бұрын батпақ топырақтары деп аталған, әлемдік топырақтың 1% құрайды. Inceptisol – жас топырақтар. Оларда жер астындағы горизонттар қалыптасқан, бірақ аз элювиация және иллювиация байқалады. Олар әлемдік топырақтың 15% құрайды. Mollisol – жайылымдарда және кейбір қатты ағаш ормандарында қалыптасқан жұмсақ, терең, қара топырақтар, өте қалың А горизонттарымен сипатталады. Олар әлемдік топырақтың 7% құрайды. Oxisol – қатты ауа райына төзімді, темір және алюминий оксидтеріне (сесквиоксидтеріне) немесе каолинге бай, бірақ кремнийге азырақ. Оларда ауыр тропикалық жауын-шашын мен жоғары температураға байланысты аз мөлшерде қоректік заттар бар және қалған балшықтың төмен СЕК-і бар. Олар әлемдік топырақтың 8% құрайды. Spodosol – жоғарыдан келіп, темір және алюминиймен кешенделген органикалық коллоидтық қабаты бар қышқыл топырақтар. Олар салқын климаттағы қылқан жапырақты және жапырақты ормандардың типтік топырақтары болып табылады. Олар әлемдік топырақтың 4% құрайды. Ultisol – ылғалды тропиктік және субтропиктік аймақтардағы қышқыл топырақтар, кальций, магний және калий (маңызды өсімдік қоректік заттары) тапшы. Олар қатты ауа райына ұшырайды, бірақ Oxisol-дар сияқты емес. Олар әлемдік топырақтың 8% құрайды. Vertisol – инвертті топырақтар. Олар балшыққа бай және ылғалданғанда ісінеді, ал кепкенде қысқарады, көбінесе беткі қабаттардың түсуіне мүмкіндік беретін терең жарықтарды құрайды. Олардың жоғары кеңею деңгейіне байланысты оларды өңдеу немесе жолдар мен ғимараттар салу қиын. Олар әлемдік топырақтың 2% құрайды. Жоғарыда көрсетілген пайыздық көрсеткіштер мұздан бос жерлерге қатысты. «Тау топырақтары» (11,6%) – жоғарыда аталған топырақтардың қоспасы немесе топырағы жоқ «Қирақты таулар» болып табылады. Жоғарыда аталған топырақтар даму дәрежесінің өсу кезегі бойынша: Entisol-дер, Inceptisol-дер, Aridisol-дер, Mollisol-дер, Alfisol-дер, Spodosol-дер, Ultisol-дер және Oxisol-дер. Histosol-дар мен Vertisol-дар олардың дамуының кез келген уақытында жоғарыда аталғандардың кез келгенінде пайда болуы мүмкін. Бір тәртіптің ішіндегі топырақ субреттіктері топырақтың ылғалдылығы мен температурасына байланысты топырақ қасиеттері мен горизонттары негізінде ажыратылады. АҚШ-та 47 субреттік топ танылған. Топырақтың үлкен тобы – топырақ горизонттарының түрі мен реті бір топырақты екіншісінен ажырататын субрежимнің бөлігі. АҚШ-та шамамен 185 үлкен топ танылған. Саз, темір, гумус және қатты табалармен белгіленген горизонттар, сондай-ақ саздың кеңеюі мен жиырылуы (сазбен қамтамасыз етілген өзін-өзі араластыруды тудыратын), температура және әртүрлі тұздардың айқын мөлшері ерекшелену белгілері ретінде қолданылады. Үлкен топ санаттары үш түрлі топырақ кіші топтарына бөлінеді: типикалық, интерградты және экстраградты. Типикалық кіші топ сипатталған кіші топқа жататын үлкен топтың негізгі немесе «типикалық» тұжырымын көрсетеді. Интерградты кіші топ басқа топырақ үлкен топтарының, субреттіктерінің немесе тәртіптерінің топырақтарына қарай өтетінін (ұқсас екенін) көрсететін қасиеттерді сипаттайды. Бұл қасиеттер топырақ сол үлкен топқа жатуы үшін жеткілікті дамымаған немесе білдірілмеген, бірақ ұқсастықты көрсетеді. Экстраградты ерекшеліктер – топырақтың басқа классификацияға жатуына кедерес келтіретін ерекше қасиеттер. АҚШ-та шамамен 1000 топырақ кіші тобы анықталған. Топырақ отбасы санаты – кіші топ ішіндегі топырақтар тобы және топырақтың ауыл шаруашылығын басқару мен инженерлік қолдануға жауап беруін анықтайтын физикалық және химиялық қасиеттерін сипаттайды. Топырақ отбасын ажырату үшін қолданылатын негізгі сипаттамалар: текстура, минералогия, pH, өткізу қабілеті, құрылым, тұрақсыздық, жергілікті жауын-шашын үлгісі және топырақ температурасы. Кейбір топырақтар үшін критерийлер сонымен қатар күрделі бөлшектердің пайызын, мысалы, қиыршық тас, кесекті тас және тастарды да көрсетеді. АҚШ-та шамамен 4500 топырақ отбасы танылған. Отбасыда топырақ үлгісі алынған жердегі өзен немесе қала сияқты көзге көрінетін физикалық ерекшеліктерді қолдана отырып, физикалық орналасқан жерін сипаттайтын бірнеше топырақ тізбесі болуы мүмкін. Мысалы, Нью-Гэмпширдегі Мерримак өзені үшін Мерримак. АҚШ-та 14 000-нан астам топырақ тізбесі танылған. Бұл топырақтардың өте нақты сипаттамаларын жасауға мүмкіндік береді. Тізбелердің топырақ фазасы, бастапқыда «топырақ типі» деп аталған, топырақ бетінің текстурасын, еңістігін, тастылығын, тұздылығын, эрозияны және басқа да жағдайларды сипаттайды.
Alfisol – soils with aluminium and iron. They have horizons of clay accumulation, and form where there is enough moisture and warmth for at least three months of plant growth. They constitute 10% of soils worldwide. Andisol – volcanic ash soils. They are young soils. They cover 1% of the world's ice free surface. Aridisol – dry soils forming under desert conditions which have fewer than 90 consecutive days of moisture during the growing season and are nonleached. They include nearly 12% of soils on Earth. Soil formation is slow, and accumulated organic matter is scarce. They may have subsurface zones of caliche or duripan. Many aridisols have well developed Bt horizons showing clay movement from past periods of greater moisture. Entisol – recently formed soils that lack well developed horizons. Commonly found on unconsolidated river and beach sediments of sand and clay or volcanic ash, some have an A horizon on top of bedrock. They are 18% of soils worldwide. Gelisol – permafrost soils with permafrost within two metres of the surface or gelic materials and permafrost within one metre. They constitute 9% of soils worldwide. Histosol – organic soils, formerly called bog soils, are 1% of soils worldwide. Inceptisol – young soils. They have subsurface horizon formation but show little eluviation and illuviation. They constitute 15% of soils worldwide. Mollisol – soft, deep, dark soil formed in grasslands and some hardwood forests with very thick A horizons. They are 7% of soils worldwide. Oxisol – are heavily weathered, are rich in iron and aluminum oxides (sesquioxides) or kaolin but low in silica. They have only trace nutrients due to heavy tropical rainfall and high temperatures and low CEC of the remaining clays. They are 8% of soils worldwide. Spodosol – acid soils with organic colloid layer complexed with iron and aluminium leached from a layer above. They are typical soils of coniferous and deciduous forests in cooler climates. They constitute 4% of soils worldwide. Ultisol – acid soils in the humid tropics and subtropics, which are depleted in calcium, magnesium and potassium (important plant nutrients). They are highly weathered, but not as weathered as Oxisols. They make up 8% of the soil worldwide. Vertisol – inverted soils. They are clay rich and tend to swell when wet and shrink upon drying, often forming deep cracks into which surface layers can fall. They are difficult to farm or to construct roads and buildings due to their high expansion rate. They constitute 2% of soils worldwide. The percentages listed above are for land area free of ice. "Soils of Mountains", which constitute the balance (11.6%), have a mixture of those listed above, or are classified as "Rugged Mountains" which have no soil. The above soil orders in sequence of increasing degree of development are Entisols, Inceptisols, Aridisols, Mollisols, Alfisols, Spodosols, Ultisols, and Oxisols. Histosols and Vertisols may appear in any of the above at any time during their development. The soil suborders within an order are differentiated on the basis of soil properties and horizons which depend on soil moisture and temperature. Forty seven suborders are recognized in the United States. The soil great group category is a subdivision of a suborder in which the kind and sequence of soil horizons distinguish one soil from another. About 185 great groups are recognized in the United States. Horizons marked by clay, iron, humus and hard pans and soil features such as the expansion contraction of clays (that produce self mixing provided by clay), temperature, and marked quantities of various salts are used as distinguishing features. The great group categories are divided into three kinds of soil subgroups: typic, intergrade and extragrade. A typic subgroup represents the basic or 'typical' concept of the great group to which the described subgroup belongs. An intergrade subgroup describes the properties that suggest how it grades towards (is similar to) soils of other soil great groups, suborders or orders. These properties are not developed or expressed well enough to cause the soil to be included within the great group towards which they grade, but suggest similarities. Extragrade features are aberrant properties which prevent that soil from being included in another soil classification. About 1,000 soil subgroups are defined in the United States. A soil family category is a group of soils within a subgroup and describes the physical and chemical properties which affect the response of soil to agricultural management and engineering applications. The principal characteristics used to differentiate soil families include texture, mineralogy, pH, permeability, structure, consistency, the locale's precipitation pattern, and soil temperature. For some soils the criteria also specify the percentage of silt, sand and coarse fragments such as gravel, cobbles and rocks. About 4,500 soil families are recognised in the United States. A family may contain several soil series which describe the physical location using the name of a prominent physical feature such as a river or town near where the soil sample was taken. An example would be Merrimac for the Merrimack River in New Hampshire. More than 14,000 soil series are recognised in the United States. This permits very specific descriptions of soils. A soil phase of series, originally called 'soil type' describes the soil surface texture, slope, stoniness, saltiness, erosion, and other conditions.
Топырақтың ылғалдылық режимдері
Топырақтың ылғалдық режимі, көбінесе климаттық факторларды көрсететін, құрлықтағы экожүйелердің, соның ішінде ауыл шаруашылығы жүйелерінің өнімділігін анықтайтын маңызды фактор болып табылады. Топырақтың ылғалдық режимдері белгілі бір аймақтағы жер асты суы деңгейіне және өсімдіктерге белгілі бір жыл ішінде қолжетімді топырақ суының мөлшеріне сүйеніп анықталады. Топырақты сипаттау үшін бірнеше ылғалдық режимдер кластары қолданылады. Бұл категориялар топырақ субордері деңгейіндегі сипаттама терминологиясын өзгертеді. Топырақ ылғалдық режимінің негізгі сипаттамалары:
Аквик – Топырақ сумен толық қаныққан және жеткілікті уақыт бойы газ тәрізді оттегіден дерлік бос, нәтижесінде нашар ауа алмасу (көктесу және дақтанғандық) байқалады; көбінесе ылғалды жерлерде кездеседі.
Удик – Топырақ ылғалдылығы көптеген жылдардағы өсімдік қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін жыл бойы жеткілікті деңгейде болады; ылғалды аймақтарда жиі кездеседі.
Устик – Топырақ ылғалдылығы Удик және Аридик режимдері арасындағы орташа деңгейде болады; әдетте, өсімдіктерге қолжетімді ылғал өсу маусымында жеткілікті, бірақ қатты құрғақшылық кезеңдері болуы мүмкін; жартылай құрғақ аймақтарда жиі кездеседі.
Аридик – Топырақ өсу маусымының кемінде жартысында құрғақ және 90 күннен кем уақыт бойы ылғалды болады; құрғақ (шөл тәрізді) аймақтарда жиі кездеседі.
Ксерик – Топырақ ылғалдық режимі Жерорта теңізі типті климатта кездеседі, онда салқын, ылғалды қыстар мен жылы, құрғақ жаздар болады. Устик режимі сияқты, ол жазғы ұзақ құрғақшылық кезеңдерімен сипатталады.