Кіріспе
Топырақтың денсаулығы, өсіруге жарамдылығы. Топырақтың физикалық күйі, әсіресе оның егін егуге немесе өсіруге қолайлылығына қатысты. Топырақтың жағдайын анықтайтын факторларға топырақ бөлшектерінің құралуы мен тұрақтылығы, ылғалдылығы, ауа өткізгіштігі, топырақ микроорганизмдері, судың сіңу және дренаж жылдамдығы жатады. Топырақтың жағдайы қоршаған орта факторларына, мысалы, ылғалдың өзгеруіне, топырақ өңдеуге және топыраққа қосылатын заттарға байланысты тез өзгеруі мүмкін. Топырақ өңдеудің (топырақты механикалық түрде өңдеудің) мақсаты – топырақтың жағдайын жақсарту, соның арқасында егін өнімділігін арттыру. Бірақ, ұзақ мерзімді перспективада дәстүрлі топырақ өңдеу, әсіресе жырту, көбінесе кері нәтиже береді, топырақтағы көміртектік заттардың тотығуына, ыдырауына және тығыздалуына себеп болады. Жақсы жағдайдағы топырақ – ауаның және судың өтуіне қолайлы үлкен кеуекті, серпімді болады. Тамырлар топырақтағы оттегінің жеткілікті деңгейін қамтамасыз ететін жерде ғана өседі. Мұндай топырақ сонымен қатар су мен қоректік заттардың қорына ие болады. Топырақ өңдеу, органикалық заттар қосу, тыңайту және суару топырақтың жағдайын жақсартуға көмектеседі, бірақ оларды шамадан тыс қолданғанда кері әсері болуы мүмкін. Топырақ агрегаттарының құрылымы топырақтың жағдайымен тығыз байланысты. Ірі бөлшекті топырақтарда агрегаттар кішірек агрегаттардан тұруы мүмкін. Агрегаттар құрылымы жеке агрегаттар арасындағы кең кеуектілікті білдіреді. Топырақтың астыңғы қабаттарындағы агрегаттар да маңызды, ол жыртылған қабаттың астында орналасқан. Мұндай агрегаттар көбінесе бұрыштарлы, айқын емес, ірі (2-ден 6 дюймге дейін) топырақ блоктарынан тұрады. Бұл агрегаттарға биологиялық белсенділіктің әсері жыртылған қабатқа қарағанда аз болады. Топырақтың астыңғы қабаттарындағы агрегаттар тамырдың терең өсуіне маңызды. Терең тамырлар ылғалдылыққа қол жеткізуді жеңілдетеді, бұл құрғақшылық шаруашылығында көмектеседі. Топырақтың астыңғы қабаттарындағы агрегаттар, әсіресе ылғалды топырақта ауыр техниканың өтуінен тығыздалуы мүмкін. Топырақтың астыңғы қабаттарының тығыздалуының тағы бір себебі – трактор дөңгелектерімен ашық егіс жолдарында жырту. Топырақтың жағдайын механикалық және биологиялық әдістермен қысқа мерзімді жақсартуға болады.
Tilth is a physical condition of soil, especially in relation to its suitability for planting or growing a crop. Factors that determine tilth include the formation and stability of aggregated soil particles, moisture content, degree of aeration, soil biota, rate of water infiltration and drainage. Tilth can change rapidly, depending on environmental factors such as changes in moisture, tillage and soil amendments. The objective of tillage (mechanical manipulation of the soil) is to improve tilth, thereby increasing crop production; in the long term, however, conventional tillage, especially plowing, often has the opposite effect, causing the soil carbon sponge to oxidize, break down and become compacted. Soil with good tilth is spongy with large pore spaces for air infiltration and water movement. Roots only grow where the soil tilth allows for adequate levels of soil oxygen. Such soil also holds a reasonable supply of water and nutrients. Tillage, organic matter amendments, fertilization and irrigation can each improve tilth, but when used excessively, can have the opposite effect. Aggregation is positively associated with tilth. With finer textured soils, aggregates may in turn be made up of smaller aggregates. Aggregation implies substantial pores between individual aggregates. Aggregation is important in the subsoil, the layer below tillage. Such aggregates involve larger (2 to 6 inch) blocks of soil that are more angular and not as distinctive. These aggregates are less impacted by biological activity than the tillage layer. Subsurface aggregates are important for root growth deep into the profile. Deep roots allow greater access to moisture, which helps in drought periods. Subsoil aggregates can also be compacted, mainly by heavy equipment on wet soil. Another significant source of subsoil compaction is the practice of plowing with tractor wheels in the open furrow. Short lived tilth can be obtained through mechanical and biological manipulation.
Егістік
2021 жылы әлем бойынша өңделген топырақтың көлемі 1840 км³/жыл шамасында бағаланды. Бұл көрсеткіш барлық инженерлік жер жұмыстарының жалпы көлемінен екі рет артық. Салыстыру үшін, өсімдік тамырлары мен жер құрттары арқылы топырақтағы табиғи биотурбация процесі 960 км³/жыл деп бағаланған. Топырақты механикалық өңдеу амалдары, оның ішінде бірінші реттік өңдеу (қалыпты немесе тісті аралау) және одан кейінгі екінші реттік өңдеу (дискілеу, тырмалау және т.б.) топырақты бөліп, ауамен толықтырады. Механикалық көлік және қарқынды өңдеу әдістері топырақ агрегаттарына, топырақтың ұсақталуына, топырақ кеуектілігіне және топырақ тығыздығына теріс әсер етеді. Топырақ нашарлап, тығыздалған жағдайда мұндай өңдеу амалдары қажет болып саналады. Дегенмен, өңдеу арқылы құрылған топырақ тұрақсыз болады, себебі агрегация топырақтың физикалық түрлендіруі арқылы қол жеткізіледі, ол, әсіресе ұзақ жылдар бойы қарқынды өңдеуден кейін, қысқа мерзімді болады. Осы процестердің салдарынан циклді түрде көбірек өңдеу және араласу қажеттілігі туындайды, сондықтан өңдеу амалдары топырақ құрылымын, топырақ көміртегінің жиналуын және өңдеу сапасын тұрақтандыратын биологиялық механизмдерді бұзуы мүмкін.
Биологиялық
Жақсы жер өңдеудің ең қолайлы жағдайы – өсімдік тамырларының, микроорганизмдердің, құрттардың және басқа да пайдалы организмдердің әрекеті арқылы қамтамасыз етілетін топырақтың табиғи құрылу процестерінің нәтижесі болып табылады. Мұндай тұрақты агрегаттар жер өңдеу/егіс кезінде бұзылады және жақсы жер өңдеуді жеңілдетеді. Топырақ биотасы мен органикалық заттар топырақ агрегаттарын байланыстырып, топырақтың табиғи тұрақтылығын – топырақ көміртек шұңқырын құру үшін бірлесіп жұмыс істейді. Өсімдік тамырларының шығарындылары клеткадан тыс полисахаридтер (EPS) бөліп шығаратын бактерияларды қоректендіреді, сондай-ақ саңырауқұлақ гифаларының өсуін күшейтеді, нәтижесінде шашыраңқы саз бөлшектерімен топырақ көміртек шұңқыры қалыптасады. Бұл белсенді жер өңдеу процестері топырақ құрылымының қалыптасуына және бекітілуіне үлесін қосады. Соның салдарынан топырақ құрылымы созылуға төзімділігін және топырақ тығыздығын азайтады, бірақ олардың абиотикалық/биотикалық байланыс механизмдері арқылы топырақ агрегаттарын құрайды, олар сумен қанығу кезінде бұзылуға қарсы тұрады. Саңырауқұлақ гифаларының желілері EPS және тамыр шөгінділерімен өзара әрекеттесуге қабілетті, осылайша агрегаттардың тұрақтылығын арттырады. Дегенмен, бұл органикалық материалдар биологиялық ыдырауға ұшырайды, сондықтан органикалық заттармен белсенді түзетулер және минималды механикалық өңдеу қажет. Жер өңдеу сапасы биотикалық микроорганизмдер мен абиотикалық топырақ бөлшектері арасындағы табиғи байланыс процестеріне, сондай-ақ органикалық заттардың қажетті мөлшеріне тікелей байланысты. Осы табиғи байланыс желісіндегі барлық компоненттерді ауыл шаруашылығында қамтамасыз ету немесе басқару қажет, осылайша олардың өсу маусымындағы тұрақтылығын сақтауға болады.
Айналу
Егіс ауыстыру тығыз топырақта топырақтың құнарлылығын қалпына келтіруге көмектеседі. Бұл жетістікке екі процесс үлес қосады. Біріншіден, топырақ өңдеуден туындаған органикалық заттардың үдемелі ыдырауы егістік астындағы дақылдар тоқтатылады. Мұны жеткізудің тағы бір жолы – тікелей егіс технологиясын қолдану. Екіншіден, шөптер мен бұршақ тұқымдас дақылдар кең тамыр жүйесін дамытады, ол үнемі өсіп, өліп отырады. Өлген тамырлар белсенді органикалық заттардың көзі болып табылады, ол топырақ агрегаттарын құрайтын топырақ микроорганизмдерін қоректендіреді. Пайдалы микроорганизмдер өмірлік қызметін сақтау үшін үнемі органикалық заттармен қамтамасыз етілуі керек, және олар қоректенген материалдарды топырақ агрегаттарына жинап, оларды тұрақтандырады. Сондай-ақ, тірі тамырлар мен симбиоздық микроорганизмдер (мысалы, микоризалық саңырауқұлақтар) топырақ микроорганизмдерін қоректендіретін және агрегацияға көмектесетін органикалық заттарды бөліп шығарады. Сондықтан шөптер мен бұршақ тұқымдас дақылдар топыраққа басқа дақылдарға қарағанда көбірек органикалық заттар жинақтайды. Кейбір жылдық ауыстырып егілетін дақылдар, мысалы қара бидай, тығыз, талшықты тамыр жүйесіне ие және топырақтың құнарлылығын жақсарта алады. Әртүрлі тамыр жүйесі бар дақылдардың қоспасы тиімді болуы мүмкін. Мысалы, қысқы бидайға себілген қызыл жалпақ топыраққа қосымша тамырлар мен белокқа бай топырақ органикалық затын қосады. Басқа ауыстырып егілетін дақылдар терең топырақ қабаттарын жақсарту үшін құндырақ. Алфалфа сияқты көп жылдық дақылдардың күшті, терең өсетін түйір тамырлары бар, олар қатты қабаттарды, әсіресе топырақ ылғалды және жұмсақ болған кезде тесіп өте алады. Бұл терең тамырлар су мен болашақ өсімдік тамырлары үшін жол ашады және топырақ органикалық затын өндіреді. Егіс ауыстыру дәстүрлі қатарлы дақылдарға қарағанда белсенді өсу кезеңін ұзарта алады, нәтижесінде көбірек органикалық материал қалдырылады. Мысалы, жүгері-соя ауыстыруында белсенді өсім 32% уақытты құрайды, ал құрғақ бұршақ-қысқы бидай-жүгері ауыстыруы 72% уақыт бойы белсенді болады. Бидай, сұлы, арпа, бұршақ және салқын маусымдық шөптер сияқты дақылдар күздің соңы мен көктемнің басында, басқа дақылдар белсенді болмаған кезде белсенді өседі. Олар ауыстырып егілетін және жабын дақылдары ретінде де пайдалы, бірақ қарқынды топырақ өңдеу олардың тиімділігін жоя алады.
Топырақ түрлері
Топырақтың өңделуін сақтау үшін қажетті топырақ шаруашылығы тәсілдері топырақ типіне байланысты болады. Құмды және құрақ топырақтар кішкентай тесіктерге табиғи түрде жетіспейді, сондықтан құрғақшылыққа осал, ал құмақ және сазды топырақтар көбірек суды сақтап, осы арқылы егінге жеткізе алады.
Қалың топырақ
Құмды топырақ су мен қоректік заттарды сақтау қабілеті төмен. Судың төменгі қабатқа сіңіп, қоректік заттарды тамыр аймағынан шығарып жібермеу үшін, су жиірек, бірақ аз мөлшерде беріледі. Органикалық заттарды тұрақты түрде енгізу құмды топырақтың су мен қоректік заттарды сақтау қабілетін 10 есе немесе одан да көп есеге арттырады.
Ұсақ пішінді саз топырақ
Сазды топырақтарда ірі кезеңдер жеткіліксіз болғандықтан, су мен ауаның қозғалысы шектеледі. Суару немесе жаңбыр кезінде, ұсақ құрылымды топырақтағы шектеулі ірі кезеңдер тез сумен толып, топырақтағы оттегі деңгейін төмендетеді. Органикалық заттарды үнемі қолданумен қатар, микроорганизмдер мен жануарлар топырақтың құрылымын жақсартуға маңызды үлес қосады. Микроорганизмдер органикалық затты ыдыратқанда, топырақ бөлшектері ірі агрегаттарға бірігіп, ірі кезеңдердің көлемін арттырады. Сазды топырақтар топырақтың тығыздалуына бейім, бұл ірі кезеңдердің көлемін азайтады.
Қабыршақты және ыдырап қалған гранитті топырақтар
Мұндай топырақтар табиғи түрде өңделуге қиын, әсіресе бұзылғаннан кейін. Көлемі бойынша 25%-ға дейін органикалық заттар қосу бұған көмектеседі. Мысалы, егер сіз сегіз дюйм тереңдікте жыртып жатсаңыз, екі дюйм органикалық материал қосыңыз.