Топырақ гидрологиясы түрлері
Ауыл шаруашылығы мелиорациясының Қазақстан жағдайындағы негізгі түрі суару мелиорациясының басты мақсаты - қосымша ылғалдандыру, яғни суару арқылы топырақтың сулық және баска мелиоративтік режимдерін (ауалық, қоректік, жылулық, тұздық және микробиологиялық) реттеу екені белгілі. Суару жұмыстары ең алдымен топырақ гидрологиясына, яғни сулық қасиеттері мәліметтеріне негізделеді. Себебі топырақтың сулық қасиеттерін терең біліп негізге алмайынша, суғару жұмыстарын сапалы және экологияға зиянсыз жоғары экономикалық пайдамен жүргізу мүмкін емес.
Енді топырақтағы ылғалдың қандай күйде болатынымен танысқан жөн. Олар төмендегідей:
1). Бу түріндегі ылғал.
2). Химиялық байланыстағы ылғал.
3). Жұка қабықшаланған ылғал.
4). Капилляр түтікшелеріндегі ылғал.
5). Гравитациялық су.
Топырақта болатын бу түріндегі ылғалды өсімдіктер тікелей пайдаланбайды. Ол тек топырақ тоңазығанда, яғни топырақтың суыған қабаттарына жиналып, ылғалдың басқа түрлері қорын толтыруға катынасады.
Химиялық байланыстағы ылғал физикалық үрдістерге катыспайды және оны өсімдіктер пайдаланбайды.
Жұқа кабықшаланған ылғал абсолютті құрғақ топырақтың ауадағы бу суын сору нәтижесінде жиналады. Топырақтың осы қасиетін гигроскопиялық қасиеті деп атайды. Осындай ылғалдың топырақ түйіршіктеріне ең жақын орналасқан кабаттарын гигроскопиялық ылғал деп атайды. Гигроскопиялық ылғалдың 1,5-2 еселенген мөлшері өсімдік пайдалана алмайтын ылғалдың ең жоғарғы шамасы болып табылады.
Топырақтың одан әрі ауадағы бу суынан ылғалдануы нәтижесінде жұка кабықшаланған ылғалға (әрі түйіршікті жеке қамтып тұрады) айналады. Аталған ылғалды өсімдіктер пайдалана алмайды.
Топырақтағы капиллярлық ылғал өсімдіктердің негізгі су қоры болып табылады. Капиллярлық ылғалдың топырақ қуыстарында ұсталып тұру күші сол қуыс диаметріне және топырақ түйіршіктері шамасына байланысты.
Судың тұщылығы жоғарылаған сайын, оның топырақ қуысында ұсталып тұру күші де артады.
Судың капилляр қуыстарымен көтерілуі топырақтың механикалық кұрамына байланысты: ауыр топырақта - 300-400 см; орташада - 150-300 см; құмдауыт топырақта - 100-150 см.
Топыраққа белгілі бір қысыммен енгізілгеннен кейін, төменгі қабаттарға өз салмақ күшімен жылжуын жалғастыра беретін суды - гравитациялық су деп атайды. Гравитациялық судың 80-90 пайыз мөлшері топырақты көлдетіп суғарғаннан кейін, екі-үш тәулік шамасында төменгі қабаттарға сіңіп кетеді және булануға шығындалады. Сол себептен, өсімдіктер гравитациялық судың тек 10-20 пайызын ғана пайдалануы мүмкін.
Егер танапта ауыспалы егістік орындалып, органикалық тыңайтқыштар қолданылса әрі басқа агротехникалық шаралар мен суару дұрыс жүргізілсе, судың физикалық булануға және басқа жолмен ысырап болуы кеміп, оның өсімдік арқылы булануы артады.
Әр танаптың суару технологиясын анықтау үшін топырақтың сулық касиеттерін білуіміз керек. Оған мыналар жатады: 1. ылғалдылығы; 2. ылғал сыйымдылығы; 3. су өткізгіштігі (сіңіргіштігі), 4. су көтергіштігі.
Топырақтың ылғалдылығы. Топырақтың ылғалдылығы немесе дымқылдылығы деп, топырақ құрамында болатын су мөлшерін айтады. Ол өлшем бірлігіне байланысты салмақтық және көлемдік болып екіге бөлінеді. Салмақтық ылғалдылық өлшем бірлігі құрғақ топырақ массасының, ал көлемдік ылғалдылық топырақ қуыстары көлемі пайыздық үлестер арқылы көрсетіледі.
Өсімдіктердің өсіп-өнуіне байланыстылығы бойынша топырақ ылғалдылығын, оның мөлшері негізінде, төмендегідей түрлерге бөлуге болады.
1. Анаэробтық үрдіс туғызатын ылғалдылық. Мұндай ылғалдылық көлдетіп суару нәтижесінде топырақ куыстары капиллярлық және гравитациялық суларға толғанда байқалады. Бірақ, бұл ылғалдылық гравитациялық судың төменгі қабаттарға сіңуіне және булануына байланысты екі-үш күннен ұзаққа сақталмайды.
2. Аэробты үрдісті қамтамасыз ете алатын ең жоғарғы ылғалдылық. Бұл ылғалдылық өсімдікке және топырақ микроорганизмдеріне қолайлы жағдай туғызатын ылғалдылықтың ең жоғарғы шегі. Мұндай ылғалдылық топырақтағы гравитациялық судың 80-90% төменгі қабаттарға сіңіп кеткен кезінде туады. Бұл процесс 1-3 күн арасында жүреді.
3. Өсімдіктердің өсу үрдісі нашарлауын туғызатын ылғалдылық. Бұл ылғалдылықты суғаруды кажетсінетін "ылғалдылық" деп те атайды. Оның шамасы топырақтың механикалық құрамына және өсімдік биологиясына байланысты, аэробты үрдісті қамтамасыз ете алатын ылғалдылықтың 60-80 процентіне тең болады.
4. Өсімдік өркенінің солуын туғызатын ылғалдылық (өсімдіктіқ солу ылғалдылығы). Бұл ылғалдылық топырақтағы ең жоғары гигроскопиялық ылғал мөлшерінен 1,5-2 есе көп болады.
Осы ылғалдылықтың топырақтың механикалық кұрамына байланыстылығын мына деректерден білуге болады: жеңіл және құмдауыт топырақтарда - 3-6% (құрғақ топырақ массасынан); орта топырақтарда - 6-12%; ауыр топырақтарда - 14-16%.
Ылғал сыйымдылығы. Топырақтың ылғал сыйымдылығы деп, оның белгілі бір су мөлшерін өз бойында ұстап тұра алатын қасиетін айтады.
Топырақтың ылғал сыйымдылығының төмендегідей негізгі түрлері бар: толық ылғал (су) сыйымдылығы (ТСС); ең жоғарғы еркін ылғал (су) сыйымдылығы немесе жай еркін ылғал (су) сыйымдылығы (ЕСС); капиллярлық ылғал (су) сыйымдылығы (КСС); гигроскопиялық ылғал сыйымдылығы (ГС).
Толық ылғал сыйымдылығы деп, топырақтың мүмкін болатын ең көп ылғалды өзінің барлық қуыстарына орналастыра алатын қасиетін айтады.
Топырақтың осы жағдайы оның қалың жаңбыр жауғанда немесе көлдетіп суғарған кезде байқалады да, екі-үш күннен кейін, гравитациялық судың булануы және төменгі қабаттарға өтуіне байланысты қайтады. Егер топырақ ылғалдылығы осы сыйымдылық шамасында ұзақ уақыт болса, ауаның жетіспеушілігінен өсімдік тамырлары (күріштен басқасы) жұмысы күрт нашарлайды. Сонымен қоса, топырақта өте зиянды анаэробты үрдіс өрбиді. Топырақтың толық ылғал (су) сыйымдылығын мына формула арқылы табуға болады:
ТСС = Р/а, %
мұндағы: ТСС - топырақтың толық ылғал (су) сыйымдылығы, %; Р - топырақтың қуыстылығы, %; а - топырақтың көлемдік массасы, г/см .
Еркін ылғал (су) сыйымдылығы (ЕСС) деп, топырақтың өз бойында судың ең көп мөлшерін төменгі қабаттарға жібермей ұстап тұра алатын қасиетін атайды.
Ғылыми тәжірибелер нәтижесінде анықталған топырақтың еркін ылғал (су) сыйымдылығы шамалары төмендегідей: жеңіл топырақтарда - 12-18%; орташа топырақтарда - 19-23%; ауыр топырақтарда - 24-30%.
Егістік танаптарында суаруды топырақ ылғалдылығы оның еркін су сыйымдылығының 60-80 процент (жеңіл топырақтарда 60 процент), орташада - 70 процент, ауыр топырақтарда - 80 процентіне дейін төмендегенде бастайды. Суару барысында танапқа берілетін су мөлшері топырақ ылғалдылығын оның еркін су сыйымдылығына сәйкес шамаға жеткізеді. Мұндай жағдайда топырақтағы ауа мен судың ара қатынасы өсімдікке қолайлы деңгейде болады.
Мысалы: егер жеңіл топырақтың еркін су сыйымдылығы аса кұрғақ топырақ массасының 20 процент шамасында болса, суғаруды топырақ ылғалдылығы көрсетілген шаманың 60 процентіне, яғни абсолютті құрғак топтың төменгі кабаттарға, жер бетіндегі су қабаты қысымымен жылжуын фильтрация деп атайды, Аталған үш үрдістің ара қатынасын былайша көрсетуге болады:
V1 > V2 > V3,
мұндағы: V1 - сіңу жылдамдығы; V2 - инфильтрация жылдамдығы; V3 - фильтрация жылдамдығы,
Топырактың су өткізгіштігі динамиқалық үрдіс. Яғни алғашқы сәтте өте жоғары (сіңу), содан кейін бірте-бірте төмендеп, белгілі бір шамаға жеткенде (фильтрация) тұрақталады. Осы үрдістің математикалық моделін А.Н. Костяков ұсынған: Vt = V1/ tа, мм/мин.
мұндағы: V - кез-келген кейінгі уақыттағы судың топыраққа сіңу жылдамдығын, мм/мин; V1 - топырақ су сіңіргіштігінің алғашқы уақыт бірлігі аяғындағы шамасы. мм/мин; tа - суғару уақыты, мин; судың топыраққа сіңу жылдамдығы бәсендеуінің коэффициенті (жеңіл топырақтарда - 0,2-0,3, орташа топырақтарда - 0,4-0,5; ауыр топырактарда - 0,7-0,8).
Бұл формуланың маңызы зор, себебі егер судың топыраққа сіңу жылдамдығының алғашқы 5-10 минуттағы мәнін білсе болғаны, қалған мерзімдегі (3 сағат үшін) мәндерін есептеп аныктай беруге болады.
Топырақтың су өткізгіштігі мынадай факторларға байланысты:
1. Топырақтың механикалық кұрамы (женіл топыракта - 0,15 м3/сағат немесе 1500 м3/га, орташа топырақта - 0,10 м 3/сағ. немесе 1000 м3/га, ауыр топырақта - 0,05 м 3/сағ. немесе 500 м3/га).
2. Топырақ кұрылымы (кұрылымы жаксы топырақтың су өткізгіштігі жоғары).
3. Топырақтың сорттандану деңгейі (сортаң топырақтың су өткізгіштігі төмен).
4. Топырақ ылғалдығы (жыртылмаған тығыз топырақгың су өткізгіштігі төмен, ол жыртылғаннан кейін күрт артады).
5. Топырақ ылғалдылығы (топыракгың бастапкы ылғалдылығы артқан сайын су сіңіргіштігі төмендейді).
6. Танапка су беру тәсілі, ең жоғары су өткізгіштігі көлдетіп суғарғанда байқалады.
Топыракгың су өткізгіштігін білмей, суару технологиясын дұрыс таңдап алмай және танапқа эрозия туғызбай суды үнемдеп беру мүмкін емес.
Жоғарыда айтылғандарды ескерсек, судың топыраққа сіңу үрдісін ойдағыдай басқаруға болады. Яғни, оның жылдамдығын топырақты әртүрлі терендікке өңдеу арқылы, органикалық тыңайтқыштар мен әртүрлі химиялык полимер қолдану және танапка су беру тәсілін өзгерту аркылы реттеуге болады.
Жерді неғұрлым терең жыртса, топырактьтң су сіңіргіштігі солғұрлым жоғары болады. Егер жер бірнеше жыл қатарынан тек бір тереңдікке жыртыла берсе, сол тереңдіктен сәл төмен тұста су өткіз гіштігі өте нашар "соқа табаны" деп аталатын аса тығыздалған кабат пайда болады.
Мысалы, Зайсан өнірінде мұндай кабат 20-25см тереңдікте орналасқан. Нәтижесінде 50 см терен қабатты ылғалдандыру үшін берілген судың (шамамен 550 м3 /га) 30-40% эрозиялау үрдісінтуғызып, танап сыртына шығып, кашыртқы азға айналып кетеді.Сондықтан ауыспалы егістік жерін әр түрлі (20-22 см және 27-30) тереңдікте жыртқан жөн. Орташа және ауыр механикалық құрамды топырак тарды әрбір 3-4 жылда бір рет 35-40 см қопсытып отырған даөте пайдалы. Ауыспалы егіс талаптарын орындап, органикалық тыңайтқышты мезгілімен қолдану арқылы топіырақтың сусіңіргіштігімен қоса, су сыйымдылығын 10-15% арттыруға болатындығы ғылыми дәлелденген.
Топырақтың су көтергіштігі. Топырақ астындағы (топырақ асты суы) суды капилляр түтікшелері арқылы жоғары көтере алу касиетін оның су көтергіштігі деп атайды. Ол ауыр топырақтарда 2-4м, ал кұмдауыт және жеңіл топырақтарда 0,5-1 м аралығында. Бұл мәліметтер топырақ асты суының тамыр орналасқан кабатқа қаншалықты әсер ете алатынына баға беру үшін кажет.
№ 4-Дәріс. Дақылдарды суару режимі және оның элементтері.