Су күйі

Топырақ пен судың байланысы (С. Монинше)
Ылғал түрі Топырақпен байланысы және байланыс ерекшеліктері
I. Сұйық ылғал немесе су
1. Гравитациялық су.
2. Топырақ түйіртпектері ішіндегі су
3. Қабыршақтағы су. Күшті тартылып тұрған су
Еркін сулар
Физикалық бос байланған су молекулалары
II. Бу
4. Бу.
5. Гигроскопиялық су Ұшпа су
Физикалық берік байланған су молекулалары
III. Қатты су
6. Мұз.
7. Кристалдық су.
8. Клеткалық су. Қатты су
Химиялық байланған гидраттық сулар
Биологиялық байланған су.

Химиялық байланған су деп – ион күйінде, екіншілік балшықты минералдар немесе металдардың сулы тотықтары құрамындағы конституциялық суды айтады. Мұндай суларды топырақты 1500-3000 С – та қыздырғанда ғана болып шығаруға болады. Ал минаралдар құрамында кристалдар торындағыны кристалды су деп атайды, яғни ол минералдар құрамына жаралған кезінде кірген. Оны топырақты 1500-3000 С – та қыздырғанда келтіруге болады. Химиялық байланған су молекулалық күшпен ұсталатындықтан өсімдікке тиімсіз.
Су буы – топырақ бөлшектерімен түйірлері аралығындағы ауа құрамына кіреді. Әдеттегіде топырақ ауасы су буына қаныққан. Сондықтан, бұл ылғал күйі топырақтың жылы жерінен су қабатына қарай жылжып барып, қоюланады – конденсацияланады, яғни бу суға айналады. Бұл құбылыс топырақ беті салқындаған кезде байқалады, мысалы, түнде шөлді аймақтың күз маусымында құмдар бетінде бу қоюланып, кескін бойы жоғарыдан төмен жылжиды. Осылай конденсацияланған судың өсімдіктерге тиімділігі шамалы болса да, пайдасы бар.
Гигроскопиялық ылғал – топырақтың тым майда түрлері бетінде ауадан ұсталып тұратын су молекулалары топырақтың ондай суды сіңіру қабылетін гигроскопиялық ылғал дейді. Түйірлері беті жұқа су қабыршағымен оралған және молекулалық күшпен ұсталатындықтан ерекше қасиеті бар: тығыздығы жоғары болғандықтан ол қатпайды және тұздарды ерітпейді. Бұл судың топырақта сіңірілуі заттар табиғатына, ауа температурасы мен ылғал мөлшеріне байланысты. Атмосфера су буына қаныққан жағдайда топырақ суды өзіне көп сіңіре алады да, ылғалдану дәрежесі максималды гигроскопиялыққа жетеді, оның мөлшерін максималды гигроскопиялық дейді.
Қабыршақты ылғал – топырақтың дисперсті түйірлері бетінде тарту күшімен қабыршақтанып ұсталып тұратын су, ол өсімдіктерге тиімсіз. Жалпы тиімсіз су мөлшері 1,5 максималды гигроскопиялыққа тең. Топырақтағы мұндай ылғал мөлшерінде өсімдіктер сола бастайды. Өсімдіктер тұрақты сола бастайтын топырақтағы судың мөлшерін жансыз қор деп атайды, себебі мұндай ылғалды өсімдік пайдалана алмайды. Жансыз деңгейден жоғары жиналған ылғал қорын өнімдік су деп атайды. Оның қоры – ауылшаруашылық дақылдары өнімді дамуының негізі.
Еркін (сұйық) су – топырақ түйіртпектері ішіндегі және араларындағы кеңістіктерді жайлайды. Бірінші орындағылары қыл түтікшелік, ал екіншілері бос кеңістіктегі гравитациялық суға жатады. Қылтүтікшелік ылғал топырақтың жіңішке қуыстарында сұйық тамшы күйінде жиналады. Мұндай сулар топырақта меникс күші мен әр бағытта, көбінесе жоғары немесе төмен қарай жылжиды. Олар тар қылтүтікшелік тірелген және тар түтікшелік ілінген болып екіге бөлінеді. Қылтүтікшелік тірелген су ыза деңгейінен көтеріледі. Ол тарайтын топырақ қабатын қылтүтікшелік деңгей деп атайды. Қылтүтікшелік тірелген су тараған қабат қалыңдығы топырақытң су көтеру қабілетіне байланысты болса, ілінген сумен қамтамасыз етуге аталған сулардың маңызы өте зор. Олардың ең тиімді түрлері жауын-шашын, суару және ыза суларымен қанады. Топырақ беті бүркелмесе, еркін сулар қылтүтікшелер арқылы буланып кетеді, сондықтан бұл құбылысты тиісті топырақ өңдеу тәсілдермен тежеу керек.
Гравитациялық ылғал – барлық қылтүтікшелері суға толған топырақ, ал одан әрі ылғалданған жағдайда түйіртпектер аралығына толған су. Ол топырақта салмақтың күшпен еркін, жоғарыдан төмен қозғалатын болғандықтан гравитациялық деп аталады. Төмен қарай аққан су топырақтың астыңғы қабаттарын ылғалдандырып, ыза деңгейіне жетуі мүмкін. Бұл су өсімдіктерге тиімді, бірақ топырақтағы барлық қуыстарды толтырып, ауаны ығыстырады да, анаэробты жағдай туғызады.
Негізгі су қасиеттерін топырақтың су өткізу, су ұстау, су сыйымы және су көтеру қабілеті жатады.
Су сыйымына топырақтың суды сіңіріп, ұстап тұру қабілеті жатады. Оның толық, далалық, қылтүтікшелік және гигроскопиялық түрлері бар.
Толық су сыйымы деп топырақтың барлық қуыстары гравитациялық суға толған кездегі ылғалдылықты айтады. Мұндай жағдайда топырақтың ауа алмастыру қабілеті бәсеңдеп, өсімдік тамырлары тұншығады.
Далалық су сыйымы деп топырақтың гравитация суы төмен ағып кеткенннен кейінгі ұсталған судан құралған ылғалдылығын айтады. Оның мөлшері топырақтың механикалық, минаралдық және химиялық құрамына, көлемдік тығыздығына байланысты. Далалық, сусыйымдылықтың құм топырақтардағы мөлшері 3 – 5, құмбалшықты және балшықты топырақтарда 18 – 23 процентке тең, оның ең жоғары мөлшері (35%) берік түйіртпекті құмбалшықты қара топырақтарда болады.
Қылтүтікшелік сусыйымы деп топырақ қыл түтіктерінің ыза суына қанып, су ұстап тұру қабілетін айтады. Ол топырақтың механикалық құрамына және кескін қалыңдығына байланысты: құм мен түйіртпекті топырақтарда аз, топырақтарда жоғары болады.
Су көтеру деп топырақтың қыл түтіктері арқылы ыза деңгейінен меникс күшімен су көтеру қабілетін айтады. Судың топырақта көтерілу жылдамдығы мен биіктігін қылтүтікшелер диаметрі анықтайды, яғни қылтүтіктер диаметрі жіңішкерген сайын олардың су көтеру қабілеті артады. Бұл құбылыс керісінше де білінеді. Мысалы, қылтүтікшелермен су көтерілу құм топырақта 30 – 60 см болса, ләсті құмбалшықта 3 – 4 м тең, ал балшықта 6 – 7 м жетеді. Шаңды бытыранды топырақта, түйіртпекті топыраққа қарағанда қылтүтікшелік су көтеру қабілеті жақсы жетілген.
Сусіңіру – топырақтың жоғарғы қабаттан төмен қарай су өткізу қабілеті. Су топыраққа үш ретті құбылыспен сіңеді: сіңу, ылғалдану, өту.
Сіңу мен ылғалдану деп, топырақтың бос кеңістіктерінің бірте-бірте суға толуын айтады. Бұл топырақтың су сіңіру қабілетінің бірінші сатысы. Ылғалдану құбылысы топырақ, массасы толық суға толғанша жүреді. Өту деп, гравитациялық судың өз салмағы мен топырақ қуыстары арқылы төмен жылжуын айтады. Егер топырақ бірінші сағатта суды 15 см тереңдікке сіңірсе – жақсы, 5 – 15 см орташа, ал 5 см дейін ғана сіңірсе – аз сіңіретін болып саналады.
Булану деп, сұйық судың қызған топырақ бетінен буға айналу құбылысын айтады. Ол топырақтың механикалық құрамына, түйіртпектілігіне, беткі жанды өсімдік жамылғысы, жансыз органикалық қалдықтарымен бүркелуіне және құрлық бедеріне, ылғалдануына және климатқа байланысты өзгереді. Аса жоғару булану түйіртпексіз, түсі қара, қылтүтіктері ылғалға толған топырақта, ал аз мөлшердегі булану ірі дәнді, құмды және өсімдік жамылғысы бар топырақтар бетінде байқалады.
Өсімдіктер топырақ ылғалының тек тиімді бөлігін ғана тіршілігіне жаратады. Тиімді немесе өнімдік су органикалық зат түзуге - өнімділікке жұмсалады. Өсімдіктер топырақтағы суды тамырларының сору күші арқылы сіңіреді, сондықтан сору күшінен асқан су өсімдіктерге тиімсіз. Ауылшаруашылық дақылдар тамырларының сору күші 1,5 х 103 КПА немесе 15 атмосферадан аспайды. Өнімдік ылғалды пайдаланғаннан соң, өсімдіктер сола бастайды. Өсімдіктердің тұрақты солуы басталатын ылғал деңгейінің белгілі бір мөлшерін солу ылғалдылығы дейді. Одан жоғары ылғалдылықта өнім құрала бастайды.
Агрономиялық тәжірибеде мынандай топырақ – гидрологиялық су константылары қолданылады: максималды гигроскопиялық, солу ылғалдылығы, қылтүтіктердегі үзілмелі ылғал, кіші сусыйымдылық, толық сусыйымдылық.
Құрғақ топырақ деп аталғанымен, онда берік байланған, адсорбцияланған, өсімдік тамырларының сору күші жетпейтін су болады. Мұндай су диффузиялы күшпен жылжиды. Бұл өсімдіктерге тиімсіз.
Максималды адсорбциялық және қылтүтіктердегі үзілмелі ылғалдылық арасында осал байланған қабыршақты су болады. Ол топырақтан сорбциялық күшпен ұсталады, сәл жылжымалы өсімдіктерге тиімсіз, ал су ылғалдылығы мен қылтүтіктердегі үзілмелі ылғал арасындағы судың өнімділігі аз, яғни оған қараған өсімдіктер нашар өніп-өседі. Қылтүтіктердегі үзілмелі ылғал – кіші сусыйымдылық арасындағы су қылтүтікшелерге толған судан тұрады: ұстап тұратын күш осал болғандықтан, оның өсімдікке тиімділігі жақсы, өнімділігі жоғары болады.
ДСС пен ТСС арасында гравитациялық су тұрады, ол өсімдікке өте тиімді, бірақ артық мөлшерде болғандықтан өнімділігі нашар қуыстылық азаюынан, тіпті оның жоғалуынан, топырақта ауа алмасу нашарлап, өсімдіктердің өніп-өсуі төмендейді. Топырақ суға толық көктемде, қар еріген кезде немесе ұзақ суарудан соң қанады. Бірақ топырақ кескінінен гравитациялық су тез өтіп кететіндіктен, бұл сумен ылғалдану уақыты қысқа болдады. Толық сусыйымдылық пен кіші сусыйымдылықтың ара қашықтығын максималды су беру жүйесі деп атайды. Сонымен, өнімді ылғалдылық СЫ-пен ДСС аралығында байқалғанымен, ең қолайлы, жоғары өнімді ылғалдылық ҚҮЫ мен ДСС арасында жатыр. Өнімді ылғалдылықтың төменгі деңгейі – СЫ, оның мөлшерін вегетациялық тәсілмен және есептеу арқылы, яғни максималдық гигроскопиялық арқылы шығарады. Ал жоғары өнімді ылғалдылықтың төменгі деңгейі – қылтүтіктердегі үзілмелі ылғал. Суару алдындағы топырақ ылғалдылығы қылтүтіктердегі үзілмелі ылғалдан төмен болмағаны керек, яғни құмбалшықты, балшықты топырақтар үшін ол ДСС –тің 60 - 70%.
Топырақтағы су құбылымын да білу керек, ондағы су қорының кірісі мен шығысын су балансы, кірісі мен шығысының тепе-теңдігі дейді.
Топырақтың су балансы
Судың кірісі Судың шығысы
Жауын суы.
Құрлық бетімен ағып келген су.
Құрлық астымен ағып келген су.
Қар суы.
Будан жиналған су. Өсімдік денесіне және заттарға ұсталғаг су.
Құрлық үстімен ағып кеткен су.
Құрлық астымен ағып кеткен су.
Жел ұшырған қар.
Өсімдік тамырлары сорып, жапырақтары арқылы транспирацияланған су.

Жалпы су балансын мына формула арқылы шығарады (мм):
Ыо + Ыж + Ыжа + Ык + Ыб + Ыжт = Бс + Бт + Бтг + Жб + Тс + Ты, мұнда:
Ыо – бақылау алдындағы топырақтағы ылғал қоры;
Ыж – бақылау кезіндегі жауын суының мөлшері;
Ыжа – ызадан кетірілген ылғал;
Ык – су буынан конденсацияланып жиналған ылғал;
Ыб – құрлық бетімен келіп жиналған ылғал;
Ыжт – грунт және топырақ ішімен бүйірден ағып келіп жиналған ылғал;
Тс – бақылау кезіндегі топырақ бетінен буланып кететін су мөлшері, физикалық булану;
Бт – транспирациялық ылғал шығыны;
Бтг – топырақ кескінінен өтіп грунтқа сіңетін су мөлшері;
Жб – құрлық бетімен ағып кететін су мөлшері;
Тс – топырақ пен грунт ішінде бүйірден ағып кететін су;
Ты – бақылау соңында топырақта қалған ылғал қоры.
Формуланың сол жағында – судың кіріс, ал оң жағында шығыс баптары келтірілген.
Әр қабаттағы ылғал қоры жеке есептеледі, себебі топырақ кескінінде ылғалдылық пен тығыздық бірдей емес. Әр тектік ылғал қоры мына формуламен есептеледі:
Ск = a. dv. H, мұнда:
Ск - тиісті қалыңдықтағы судың қоры
а - анықтау кезіндегі топырақтың далалық ылғалдылығы
dv – топырақтың тығыздығы
H - қабат қалыңдығы, см, м3-ға есептелген су қорын, мм-ге айналдыру үшін 0,1 коэффициентін қолданады, себебі 1 мм су қабаты 1 гектарда 10 м3 су қорына тең.
Су балансы әр топырақ - климаттық аймақтар мен оқшау өңірде бірдей емес. Оның негізгі баптарының өзара қарым-қатынасы өзгеруіне байланысты топырақта бірнеше сулық құбылым типтері қалыптасады. Су құбылым типтерін анықтау үшін Г. Высоцкий ылғалдану коэффициентін ұсынған (Кылғ.):
Кылғ. = Ж/Б, мұнда,
Ж – орташа көпжылдық жауын-шашын мөлшері, мм
Б – су бетінен орташа көпжылдық булану мөлшері, мм.
Топырақтарда су құбылымының 5 типі қалыпатасқан:
1. Тоңды тип – көп жыл тоңданып жатқан топыраққа тән. Тоңды аймақтарда жауын көбінесе қар түрінде жауады, жазда топырақтың беткі қабаты ғана ериді. Астыңғы тоңды қабат су өткізбейтін болғандықтан, үстіңгі қабаттар суға толады да, топырақ батпақтануға шалдығады.
2. Шайылмалы тип: Кылғ. 1,3 – тен жоғары. Топырақ кескіні сумен шайылған, ыза суларының ағыны болмаса, топырақ батпақтана бастайды. Мұндай судың құбылым типі ормандық күлгін, қызыл және сары топырақ типтеріне тән. Су өткізгіштігі нашар, ыза деңгейі жоғары көтерілсе, топырақ және оны құраушы жыныстар батпақтана бастайды.
3. Кезеңді шайылмалы тип: Кылғ. 1-ге тең. Бұл типте топырақ жыл сайын шайыла бермейді, ол тек ылғалды жылдарда шайылады. Мұндай су құбылымы сұр ормандық топырақтар мен солтүстік қара топырақты аймақтарда қалыптасқан.
4. Шайылмайтын тип: Кылғ. 1 – 0,7 тең. Жауын-шашын суы топырақтың тек жоғары қабаттарына әсер етеді, ал ыза терең жатады. Мұндай типте күзге қарай аса кеуіп кетеді де, ондағы ылғал мөлшері өсімдік солуына дейін төмендейді. Бұл тип қара және қара қоңыр топырақты аймақтарда қалыптасқан. Жоғары және тұрақты өнімді тек суармалы егіншілікте алуға болады.
5. Жіпсінді тип: Кылғ. 0,5-ден төмен. Ыза деңгейі жақын орналасқан құрғақ және шөлді дала аймақтарда қалыптасқан. Қылтүтікшелер арқылы ыза суы топырақ бетіне жетіп барып буланады. Егер ол тұзды болса, құрлық бетіне ылғал мен бірге жеңіл еритін тұздар да көтеріліп шоғырланады, сөйтіп топырақ сортаңдана бастайды. Суармалы топырақтарда ирригациялық су құбылымы қалыптасады. Топырақ мол ылғалданса, оның кескіні ызаға дейін шайылуы, ал суару аралық мезгілі ұзаққа созылса ыза суы топырақ бетіне көтерілуі мүмкін.
Егіншілік өнімділігін арттырудағы шаралардың бастысы – топырақтағы су құбылымын реттеу. Ол үшін жергілікті климат пен топырақ ерекшеліктерін ескере, егілетін дақылдың суға сұранысын біле отырып, жан-жақты тәсілдер қолданады.
Мәдени өсімдіктердік өніп-өсуіне лайықты жағдай туғызу үшін топыраққа түсетін судың мөлшері, транспирация мен физикалық булануға кеткен шығынды теңестіру, яғни ылғалдану коэффициент санын бірге көтеру керек. Нақтылы топырақ климаттық жағдайда су құбылымын реттеудің өз еерекшелігі бар. Мысалы, тұрақсыз ылғалданатын және ылғалға тапшы шөлді аймақтарда су құбылымын реттеудегі ең басты мақсат – топырақта жиналған ылғалды сақтай отырып, оны тиімді пайдалану. Топырақта ылғалды жинау тәсілдерінің бірі – қыста қарды, көктемде – еріген суларды ұстау. Ол үшін ықтырмалы егіс аңызын, жасанды қар жондарын пайдаланады. Топырақ бетіндегі су ағысын азайту үшін сүдігерді, беткейлерді көлденең жыртады, ауылшаруашылық дақылдарын жолақтап орналастырады, топырақты шұңғылдап өңдейді, т.б. тәсілдер қолданады. Топырақтағы су қорын молайтуда таза немесе қара сүрінің маңызы зор. Мұндай сүрілерде өңделген топырақ қабатында ылғал қоры, басқа ауыспалы егіс танаптарына қарағанда 1,5 – 2 есе артық.
Ылғалды сақтап жинауда озат агротехнологияны пайдаланған жөн: көктемде топырақ бетін немесе тырмалап, ылғалды жабу арқылы топырақты физикалық буланудан, яғни ылғал шығынынан сақтауға болады. Тұқым себілгеннен соңыра топырақты дөңбекпен тығыздайды. Бұл тәсіл топырақтың қылтүтікшелері арқылы ылғалды төменнен жоғары көтеру мақсатымен жүргізіледі. Осылай сумен қамтамасыз етілген тұқым тез өнеді. Топырақтағы ылғалды үнемді және тиімді пайдалануға органикалық және минералдық тыңайтқыштар да себептеседі.
Шөл дала мен шөлді аймақтарда топырақтың су құбылымын жақсартудың басты жолы – суару, яғни егіске қолдан су беру. Әрине, оның мөлшері өсімдік сұранысына сай, ал тәсілі әлбетте топырақты шайылу мен сортаңданудан сақтайтындай болғаны керек.....