Сейітқазиев Ә.С., Шилібек К.Қ., Бақбергенова Н.Т., Бахманбетова А.Д.

М.Х.Дулати атындағы Тараз мемлекеттік университеті, Қазақстан

 

СҰРҒЫЛТТЫ-ШАЛҒЫНДЫ ТОПЫРАҚТЫҢ ЫЛҒАЛ ӨТКІЗГІШТІГІН АНЫҚТАУ

 

Геожүйедегі ластанған топырақтың сулы-физикалық қасиеттерін жүйелі түрде талдап, олардың топырақ құнарлылығын арттыруға ықпал ететін әсерін экологиялық-мелиоративтік тұрғыда зерттеп, сұрғылтты топырақтың қанықпаған-қанықққан күйіндегі тәжірибелік алынған мәліметтері негізінде бағдарлама құрып, экологиялық-математикалық, физикалық модельдер құрастырылуы экожүйедегі жарамсызданған топырақтардағы мәселелерді шешудегі өзектілікті көрсетеді.

«Топырақ - өсімдік» жүйесінде ылғал ауысу, әдетте, ылғал тасымалдау теңдеуіне тамырлы жүйемен ылғал сіңіру қарқындылығын сипаттайтын қосымша функцияны  енгізумен бейнеленеді. Бұл теңдеу, өсімдіктің тамырымен ылғалды сіңіруін өрнектейтін функцияны есепке алатын бірқалыпты жағдай үшін келесі түрде болады[1-2] :

 

                                                           (1)

 

мұндағы w – көлемді ылғалдылық;  - ылғал тасымалдау коэффициенті.

Қанықпаған топырақтағы ылғал тасымалдауды сипаттайтын негізгі көрсеткіш – ылғал тасымалдау коэффициентін анықтаудан тұрады. Бұл көрсеткіштің сүзілу коэффициентінен айырмашылығы қанықпаған топырақ үшін, толық қаныққан жағдайда жұтылған арынның өзгеруіне байланысты өзгереді. Сондықтан, ылғал тасымалдау коэффициенті туралы сөз болғанда, оған сәйкес сору арынын және топырақ ылғалдығын міндетті түрде білу керек.

Қанықпаған топырақты жерде ылғал тасымалдауды тудыратын негізгі күшке капиллярлық-сорбциялық және гравитациялық потенциалдар қатысты екенін және температуралық градиентті ескереміз, ал кейбір жағдайда осмостық қысымның градиентін ескермеуге болады. Ылғал тасымалдауда анықтаушы ықпалдың бірі ретінде топырақтық ерітіндімен қамтылған кеуектілік кеңістік геометриясы болып табылады.

       Топырақта лай түйіршіктері мен қара шірік неғұрлым көп болса, онда гигроскопиялық ылғал соғұрлым мол болатындығы ғылымда белгілі. Өсімдік тамырлары гигроскопиялық ылғалды пайдаланбайды. Оларды анықтау, тек зертханалық жағдайда (105-110°С-та) кептіргіш пештерде топырақты құрғату арқылы ғана айыруға болады. Дегенмен, гигроскопиялық ылғалдылықты анықтау-өсімдіктердің даму құбылысын бақылау үшін қажет. Тәжірибеден білетініміз, топырақтың ылғалдылық дәрежесі гигроскопиялық дымқылдылықтың бір жарымдай мөлшеріндей болса, сола бастайтыны белгілі.

      Топырақта бұдан басқа жиынды су немесе капиллярлық ылғалдылық болады. Капиллярлық ылғалдылық терең топырақ түйіршіктерінен тайыз топырақ түйіршіктеріне жылжып көтеріліп барады. Тағы бір ерекшелігі белгілі қабаттағы жиылған суды өзіне қосады. Сонымен , топырақ түйіршіктерінің сіңіруінен тыс қалған су (ылғал) капилляр ылғалын құрайды. Капилляр ылғалы да  салқындаған бу тәрізді, ылғалдылықтар сияқты, топырақ түйіршіктерінің саңлауымен (шамамен 0,1 мм) ағады.

          Су (ылғал) осындай жүйемен ылғалы мол орыннан өте құрғақ қабатқа қарай ағатындығы физикалық заңдылықтар бойынша белгілі. Топырақ үстіңгі қабатының ылғалы неғұрлым көбірек буға айналса, топырақтың төменгі ылғалды қабатының суы капилляр бойымен соғұрлым жоғары жылжиды, демек, топырақтың ең төменгі қабаты тезірек құрғайтындығы мәлім.

         Топырақ құрамындағы ылғалдылықтың түрлерін анықтау, дақылдардан өнім алудың негізгі кепілі, сонымен қатар, топырақ құнарлылығын арттырып, баптау, қайта қалпына келтіру , агротехникалық , экологиялық-мелиоративтік шараларды  қолдануда өте маңызды орын алады. Әсіресе, топырақтың тектік қабатындағы ластану, жарамсыздану, тозу құбылыстарын болдырмау шараларын  терең зерттеуге мүмкіндік береді. Ғалымдардың ғылыми-зерттеу жұмыстарының нәтежиелерінен белгілі, әсіресе шөлейтті аймақтарда, тұзданған, сор және сортаңды жерлерді игеріп, өнім алуда топырақ құрамындағы ылғалдылықты анықтау көкейкесті негізгі  мәселенің бірі болып отыр.

Ауаландыру аралығындағы қозғалыс үш түрлі күштің әсерімен жүреді: молекулярлық (сорбциялық), өздігінен көтерілу (капиллярлы) және ауырлық күшімен. С.Ф.Аверьянов бойынша, капиллярлық ылғал өткізгіштік және сүзілу коэффициенттері аралығында төмендегідей байланыс бар[1] :

 

                                                                             (2)

 

мұндағы КК*Ы – капиллярлық ылғал өткізгіштік коэффициенті; КС – сүзілу коэффициенті; Wt – қысылған ауаны ескергендегі толық ылғал сыйымдылығы (Wt = П – РК*а); К – кеуектілік; РК*а – қысылған ауа мөлшері; Wm – капиллярлық деңгейден жоғары аралықтағы жоғарғы молекулярлық ылғал сыйымдылығы.

Тұзданған жерлерді есептеу қабаты деңгейіне дейінгі аралыққа тұщыландыру кезінде, өтімді және тиімді кеуектіліктердің нақты тәжірибе мәліметтеріне сүйеніп, әр түрлі топырақ топтары (құмдақтан-саз балшыққа дейінгі аралықта) үшін, гигроскопикалық ылғалдылық пен қысылған ауа құрамын анықтау қажет. Кез келген топырақ құрамындағы толық ылғал сыйымдылығы, топырақтың толық кеуектілігіне байланысты өзгереді. Топырақтың ылғалға толық қанығу жылдамдығы оның генетикалық есептеу қабатына, тығыздығына, ең төменгі ылғал сыйымдылығына тура пропорционал, ал кеуектілігі мен сіңірілу уақытына кері пропорционал жағдайда өзгеріп отырады[2-3]:

 

                                                                                           (3

 

мұндағы VК – толық қанығу кезіндегі жылдамдық, м/тәу; γ – топырақтың тығыздығы, т/м3; βетыс – топырақтағы ең төменгі ылғал сыйымдылығы %; t – шаю ұзақтығы, тәулік;

 

Зерттеу танаптарындағы тұзды шаюдың белгіленген уақытын, сол зерттеу нысанының ауданына, тұздану дәрежесі мен тұздың құрамына байланысты берілген судың мөлшеріне, каналдың суды өткізу қабілетіне, сонымен қатар, каналға келіп түскен судың көлеміне тікелей байланысты анықталады[3-4]:

       ,                                                                                                      (4)

         Тұщыландыру жұмыстарын жүргізгенде жер асты суларының орналасу деңгейіне, әсіресе, су тірек жақын орналасқан жағдайын көбірек ескеруді қажет етеді. Өйткені, минералды суларды дер кезінде-қашыртқы каналдар мен керіздер арқылы танап бойынан ығыстырып шығару керек. Сонымен қатар, керіздердің ұзындығы, арақашықтығы егіс алқабындағы топырақтың суды өткізу қабілетіне байланысты болатындығын мына формуладан байқауға болады .

       Көп жылдық тәжірибелер негізінде алынған мәліметтерге және сұрғылтты-шалғынды топырақтың сулы-физикалық қасиеттеріне сүйеніп, 1-кесте түрінде анықтаймыз.

1-кесте. Сұрғылтты-шалғынды топырақтың сулы – физикалық қасиеттеріне байланысты капиллярлық ылғал өткізгіштігін (Wк.ы)  анықтау

Топырақтың механикалық құрамы

Сүзілу коэффициенті

Кс, м/тәу

 

Тығыздығы,

γ, т/м³

Қатты фазасының тығыздығы

d, т/м³

Кеуектілігі,

%, К

Өтімді кеуектілік,

%,К

Толық ылғал

сыйымдылығы

%

Ең төменгі ылғал сыйымдылығы,

%, Wетыс

Гигроскопиялық ылғал,

%, Wг

Қысылған ауа,

%, Wқ.а

Капиллярлық ылғал

өткізгіштіг, Wк.ыл., м/тәу

Құмдақ

2-3,5

1,31

2,7

51

48

38,9

12,5

3

3

0,8

Жеңіл саздақ

1,5-2

1,33

2,67

50

47

37,6

15,6      

3,5

3

0,26

Орташа  саздақ

1,0-1,5

1,41

2,68

47

44,5

33,3

18,3

4

2,5

0,077

Саздақты

0,5-1,0

1,45

2,69

46

44

31,72

23,5

4

2,0

0,015

Балшықты

0,1-0,3

1,47

2,7

45

43,5

30,6

26,4

5

1,5

0,0008

 

          1-кестеде көрсетілген әр түрлі топырақ топтары яғни топырақтың механикалық құрамына (құмдақ, жеңіл саздақ, орташа саздақ, саздақты, балшықты) байланысты, капиллярлық ылғал өткізгіштік 0,80-0,0008м/тәу аралығында өзгеретіндігі көрсетілген.

        Топырақтың құрамын зерделеу, суғару тәсілдерін, тұзданған жерлердің тұзын  шаю кезіндегі экологиялық тиімді технологияларды  қолдану барысында, суландыру аймағындағы топырақтың  сулы-физикалық қасиеттерімен қатар, топырақтағы ылғалдың қанығу күйіндегі тәуліктік жылдамдықтары, шаю мерзімінің ұзақтығы және есептеу қабаттары ескеріледі. Аталған заңдылықтарға сәйкес, ауаландыру аймағындағы  академик С.Ф. Аверьяновтың  формуласын негізге алып (Ә.С.Сейітқазиевтің  ұсынысымен), ең төменгі ылғал сыйымдылығына(ЕТЫС) дейінгі аралықтағы қанығу мөлшері, ауаландыру аймағы, тұщыландыру тереңдігі, тәуліктік сіңірілген судың жылдамдығы  , шаю ұзақтығын, өндірісте алынған тәжірибелерге сүйеніп, төмендегідей байланыспен ауаландыру аймағының есептеу қабатындағы тұщыландыруды анықтаймыз[4-7]:

   ,                                                                                     (5)

мұндағы NHT – нетто шаю мөлшері, м; Wқ-ең төменгі ылғал сыйымдылығына(ЕТЫС) дейінгі аралықтағы қанығу мөлшері, м3/га;  H а – ауаландыру аймағы, м; Х- тұщыландыру тереңдігі, м; Vт –тәуліктік сіңірілген судың жылдамдығы  , м/тәу; t – шаю ұзақтығы, тәулік.

          Әр түрлі топырақ топтары(Топырақтың механикалық құрамы) үшін нетто шаю мөлшерлерін 2-кесте түрінде береміз. Мұндағы тұзды шаюға арналған формуланың ерекшелігі: ауаландыру аймағының есептеу қабатындағы толық қанығу мөлшері, ондағы жылдамдық, топырақтың сулы – физикалық қасиеттері және шаю ұзақтығы өндірістік және монолиттік тәжірибеге негізделініп алынады.

                          2-кесте Шаю мөлшерлерін анықтау   

Топырақ механикалық құрамы

Тығыздығы γ, т/м³

Өтімді кеуектілік К

ЕТЫС   %,

Шаю ұзақты t, тәу

Қанығу жылдамдығы, м/тәу

ЕТЫС  м3/га

Шаю мөлшері NHT,м

Құмдақ

1,31

48

12,5

56

0,0061

1638

0,66

Жеңіл саздақ

1,33

47

15,6

70

0,0063

2075

0,65

Орташа  саздақ

1,41

44,5

18,3

84

0,0069

2580

0,62

Саздақты

1,45

44

23,5

112

0,00069

3408

0,61

Балшықты

1,47

43,5

26,4

139

0,0064

3881

0,60

 

         Осы уақытқа дейін отандық және шетел ғалымдарының тұзданған жерлерді шайып, тұщыландыруға негізделген көптеген формулалары, оның ішінде, А.Н. Костяков, Л.П. Розов, П.С. Панин, С.Ф. Аверьянов, И.П. Айдаров, В.М. Легостаев, В.Р. Волобуев, А.И. Голованов, Ж.С. Мұстафаев, Ә.С. Сейітқазиевтің т.б формулалары  ғылыми баспаларда жарияланды. Тозығы жетіп, жарамсызданған жерлерді экологиялық- мелиоративтік тұрғыда қарастырылған теориялық және тәжірибелік нәтижелерімен дәлелденген көптеген өзекті мәселелерді айқындайтын формулалар жеткілікті.

 

Әдебиеттер

1.       Аверьянов С.Ф. Борьба  с засолением орошаемых земель, Москва, 1978, -288 с.

2.       Сейтказиев А.С., Музбаева К.М., Салыбаев С.Ж. Моделирование водно-солевого и теплового режимов деградировенных почв. Тараз, 2011,-356 с.

3.       Seitkaziyev Adeubai, Asanov Amankait, Shilibek Kenzhegali, Hoganov Nietbai. Saline Land Ecological Assessment inGray-Meadow Soils Environment.//World Applied Journal 26(9):1234-1238,2013.

4.       Сейітқазиев Ә.С. Ауаландыру аймағындағы топырақты тұщыландырудың тиімді тәсілдері // М.Х. Дулати атындағы ТарМУ. Хабаршысы,2007, № 4, Б.50-55.

5.       Seitkaziyev Adeubai, Shilibek Kenzhegali, Salybaiev Satipalde, Seitkaziyeva Karlygash. The Research of the Ground Water Supply Process on Irrigated Soils at Various Flushing Technologies // World Applied Journal 26(9):1168-1173,2013.

6.       Сейтказиев А.С., Тайчибеков А.,Сейтказиева К.А. Methods of Salt and Alkaline Soils Improvement in Zhambylsk Region// European Researcher,2013,Vol.(64),№12-1,С.2768-2773.

7.       Сейітқазиев Ә.С., ШилібекК.Қ., Сейітқазиева Қ.Ә. Тұзданған топырақтың  экологиялық қауіптілік деңгейін анықтау// Қ.И.Сәтбаев атындағы  Қазақ  ұлттық техникалық университетінің  Хабаршысы ,Алматы ,№(101),2014, Б.27-31.