Бул preprint изилдөө Кытай Лёсс платосунда терең топурак кургакчылыгынын мейкиндик боюнча кантип өзгөрөрүн изилдөө үчүн Электрдик каршылык томографиясын (ERT) колдонот. ERT топурактын астындагы электрдик каршылык айырмаларын өлчөп, нымдуулук бөлүштүрүлүшү жөнүндө эки өлчөмдүү сүрөттү бере алат.

Изилдөөчүлөр 82 ар кандай ERT өлчөө сызыгын орнотушкан; ар кандай жаан-чачын аймактарын, өсүмдүк жамылгысынын түрлөрүн, мөмө бакчасынын курактарын жана топографиялык бирдиктерди салыштырышкан. ERT ден алынган кургакчылык көрсөткүчтөрү нейтрон зонду менен жасалган түздөн-түз топурак нымдуулугу өлчөөлөрү менен ырасталган.

Жыйынтыктарга караганда, терең топурак кургакчылыгы жаан-чачын азайган сайын күчөйт. Бадалдуу жана жайыт аянттарда кургашы күчтүүрөөк көрүнсө, бадал-табигый чөп аралашмасы айрым шарттарда кургакчылыкты жеңилдете алат. Мөмө бакчаларында болсо дарактын курагы өскөн сайын терең суу керектөөсү артат жана кургакчылык белгилүү бышып жетилүү мезгилинде чокуга чыгат. Топография да аныктоочу: плато бетиндеги эң олуттуу кургаш аянттары болсо, өрөөн/gully тутумдары нымдуураак жана туруктуу аймактар катары бөлүнүп турат.

Проблема эмне?

Топурак нымдуулугу өсүмдүктөрдүн өсүшү, айыл чарба өндүрүшү, экологиялык калыбына келтирүү жана суу айлануусу үчүн негизги көрсөткүч болуп саналат. Бирок бетиндеги нымдуулук маалыматы ар дайым жетиштүү эмес. Айрыкча жарым кургак аймактарда топурактын терең катмарларында узак мөөнөттүү суу жетишсиздиги пайда болушу мүмкүн. Бул абал адабиятта Кургаган топурак катмары же англисче кыскартуусу менен DSL (Dried Soil Layer) деп аталат.

DSL — топурактын белгилүү тереңдиктен кийин өсүмдүктөр менен экосистемага керектүү сууну жетиштүү кармай албаган, туруктуу же жарым туруктуу кургаш катмарларын пайда кылган абал. Мындай катмарлар айрыкча терең тамырлуу токойлоштуруу, мөмө бакчалары, жыш бадалдуу же узак жашоочу чөп тутумдарында пайда болушу мүмкүн.

Маселе мындай: терең топурактагы нымдуулукту өлчөө оңой эмес. Классикалык ыкмаларда бургулоо жасалат, топурак үлгүсү алынат же белгилүү чекиттерден нымдуулук өлчөнөт. Булар дагы оор, дагы чекиттик өлчөөлөр. Ал эми чыныгы талаа шарттарында топурак кургакчылыгы горизонталдык жана вертикалдык багытта өтө өзгөрүлмө болушу мүмкүн. Бир чекит нымдуу болсо, бир нече метр ары жак кургак болушу мүмкүн.

Ошондуктан изилдөөнүн негизги маселеси төмөнкүдөй:

Терең топурак кургакчылыгынын топуракты үзгүлтүксүз казбастан жана кең аянттарда эки өлчөмдүү түрдө кантип байкоого болот?

Метод эмне сунуштайт?

Изилдөө бул суроого Электрдик каршылык томографиясы (ERT) менен жооп издейт.

ERT топуракка жайгаштырылган электроддор аркылуу электрдик каршылыкты өлчөйт. Жалпы логика мындай: топурак канчалык нымдуу болсо, электр тогун ошончолук оңой өткөрөт; топурак кургаган сайын электрдик каршылык өсөт. Бул байланыш түздөн-түз жана кемчиликсиз эмес, анткени топурак түзүлүшү, тамырлар, таштуулук, көңдөйлүүлүк жана температура да каршылык маанилерине таасир этиши мүмкүн. Ошондуктан ERT өлчөөлөрүнүн ишенимдүүлүгү башка нымдуулук өлчөөлөрү менен ырасталышы керек.

Изилдөөчүлөр бул эмгекте ERT өлчөөлөрүн нейтрон зондунун нымдуулук өлчөөлөрү менен салыштырышкан. Нейтрон зонду — белгилүү бургулоо сызыгы боюнча топурак нымдуулугун тереңдик боюнча өлчөгөн классикалык жана түздөн-түз ыкма. Ошентип ERT берген эки өлчөмдүү сүрөттөрдүн терең топурак нымдуулугун канчалык жакшы чагылдырары сыналган.

Изилдөө дизайны абдан кеңири түзүлгөн:

• Ар кандай жаан-чачын тилкелери изилденген.
• Ар кандай өсүмдүк жамылгысынын түрлөрү салыштырылган.
• Ар кандай курактагы алма бакчалары бааланган.
• Плато, күнөстүү каптал, көлөкөлүү каптал жана өрөөн түбү сыяктуу топографиялык бирдиктер өз-өзүнчө каралып чыккан.
• Жалпысынан 82 ERT өлчөө сызыгы колдонулган.

Бул түзүлүш аркылуу изилдөө болгону «топурак кургакпы?» деген суроого эмес, «кургакчылык кайда, кандай үлгүдө, кайсы өсүмдүк жана жер шартында күчтүүрөөк?» деген суроого да жооп издейт.

Формулалар эмнени түшүндүрөт?

Бул изилдөө жыш математикалык модель куруудан көрө, өлчөнгөн электрдик каршылык маанилерин топурак суу мазмунуна, андан кийин кургакчылык индексине айландырган метод агымына негизделген.

Биринчи негизги байланыш электрдик каршылыктан топурак суу мазмунун болжолдоого жардам берет. Жөнөкөй айтканда:

• Электрдик каршылык жогору болсо, топурак кургагыраак болушу мүмкүн.
• Электрдик каршылык төмөн болсо, топурак нымдуураак болушу мүмкүн.

Изилдөөдө колдонулган модель каршылык мааниси өскөн сайын болжолдонгон топурак суу мазмуну азайганын көрсөтөт. Бул күтүлгөн абал, анткени суу топурактын электр өткөргүчтүгүн жогорулатат.

Экинчи маанилүү түшүнүк — QI (Quantitative Index), башкача айтканда сандык кургакчылык индекси. QI кургаган топурак катмарынын катуулугун бир санга чейин кыскартууга аракет кылат. Бул индекс үч негизги маалыматты бирге баалайт:

• Кургаган катмар кайсы тереңдиктен башталары
• Кургаган катмардын калыңдыгы канча экени
• Кургаган катмардын ичиндеги орточо суу мазмуну канчалык төмөн экени

QI мааниси 0 го жакын болсо, кургакчылык жок же алсыз деп кабыл алынат. Маани 1 ге жакындаган сайын кургаган топурак катмары олуттуураак жана кеңири экени түшүнүлөт.

Бул ыкманын мааниси мында: ар кандай аймактарда өлчөө тереңдиги, топурак түзүлүшү жана үлгү алуу аралыгы ар башка болушу мүмкүн. QI бул айырмачылыктарды жарым-жартылай стандартташтырып, аймактар аралык салыштырууну жеңилдетет.

График / Таблица / Схеманын негизги билдирүүсү

Макаладагы сүрөттөрдүн негизги билдирүүсүн төмөнкүчө жөнөкөйлөштүрүүгө болот:

Биринчи изилдөө картасы жана өлчөө тартиби изилдөөнүн бир гана кичинекей участоктон турарын эмес экенин көрсөтөт. Өлчөө сызыктары ар кандай жаан-чачын тилкелерине, өсүмдүк жамылгысынын түрлөрүнө жана топографиялык бирдиктерге жайылган. Бул изилдөөнүн терең топурак кургакчылыгын көп масштабдуу маселе катары караганын билдирет.

ERT ырастоо графиги ERT ден эсептелген кургакчылык индекси менен нейтрон зонду өлчөөлөрү ортосунда маанилүү шайкештик бар экенин көрсөтөт. ERT айрым учурларда кургакчылыкты жогорураак баалашы мүмкүн; мунун себеби ыкманын эки өлчөмдүү профилинде көбүрөөк кургак аянтты кармашы болушу мүмкүн. Нейтрон зонду болсо көбүнчө бир сызык боюнча чекиттик өлчөөнү билдирет.

Жаан-чачын градиенти графигинин негизги билдирүүсү ачык: жаан-чачын азайган сайын терең топурак кургакчылыгы өсөт. Нымдуураак аймактарда QI төмөнүрөөк болсо, кургагыраак түндүк аймактарда QI жогорураак чыгат. Бул терең топурак суу балансынын климаттык жаан-чачын чектерине күчтүү байланганын көрсөтөт.

Өсүмдүк түрүн салыштыруу ар бир өсүмдүк жамылгысы бирдей кургакчылык үлгүсүн жаратпасын көрсөтөт. Жайыт аянттарда кеңири жана «килемдей» үзгүлтүксүз кургаш үлгүсү басымдуу. Бадалдуу аянттарда болсо кургашы бөлүкчөлүү, бирок айрым чекиттерде тыгызыраак. Бадал жана табигый чөп аралашмасы айрым шарттарда бул ашыкча үлгүлөрдү жумшарта алат.

Мөмө бакчасынын курагы графиги кургакчылыктын дарак курагы менен сызыктуу өспөсүн көрсөтөт. Жаш бакчаларда терең кургаш чектелүүрөөк калса, түшүмдүүлүк мезгилине жакындаган улгайган бакчаларда терең суу керектөөсү артат. Белгилүү бышып жетилүү мезгилинен кийин индекс төмөндөшү да байкалат. Бул үлгү изилдөөдө арка сымал тенденция катары чечмеленет.

Топографияны салыштыруу жер формасынын терең топурак нымдуулугунда күчтүү роль ойноорун айтат. Плато бетиндеги эң олуттуу кургакчылык аянттары катары көрүнсө, өрөөн/gully түбдөрү суу чогулган туруктуураак аймактардай иштейт. Күнөстүү капталдар көлөкөлүү капталдарга караганда көбүрөөк кургаш көрсөтөт.

Концептуалдык классификация схемасы болсо изилдөөнүн эң практикалык билдирүүлөрүнүн бирин берет: кургаган топурак катмарлары бир типтүү эмес. Айрымдары жерди пайдаланууга байланган туруктуу кургакчылык, айрымдары аймактык-топографиялык туруктуу кургакчылык, айрымдары болсо мезгилдик жана убактылуу кургакчылык катары классификацияланышы мүмкүн.

Эксперименттер кантип жүргүзүлгөн?

Изилдөөчүлөр Кытай Лёсс платосунда ар кандай айлана-чөйрө шарттарын чагылдырган аянттарды тандашкан. Бул аянттарда жалпысынан 82 ERT сызыгы орнотулган. Ар бир сызыкка электроддор жайгаштырылып, топурактын астындагы электрдик каршылык бөлүштүрүлүшү эки өлчөмдүү өлчөнгөн.

Өлчөөлөр ар кандай электрод аралыктары менен жасалган. Кичине аралыктар деталдуураак бетиндеги-асты сүрөт берсе, чоңураак аралыктар тереңирээк катмарларды байкоого жардам берет. Ошентип изилдөө жергиликтүү да, кеңири масштабдагы да кургакчылык үлгүлөрүн көрүүнү максат кылган.

ERT жыйынтыктарынын ишенимдүүлүгүн сыноо үчүн айрым сызыктардын борборунда бургулоо ачылып, нейтрон нымдуулук зонду менен топурак суу мазмуну өлчөнгөн. Өлчөөлөр бетинен бир нече метрге, айрым жерлерде 18 метрге чейин созулган. Ошентип ERT болжолдоолору түздөн-түз нымдуулук өлчөөлөрү менен салыштырылган.

Маалыматтарды иштетүүдө үч маанилүү оңдоо жасалган:

• Ката же төмөн сапаттуу электрдик каршылык өлчөөлөрү чыпкаланган.
• Модель чечүүчүлүгү төмөн болгон аянттар алынып салынган.
• Температуранын электрдик каршылыкка тийгизген таасири оңдолгон.

Андан кийин электрдик каршылык маанилери топурак суу мазмунуна айландырылып, кургаган топурак катмарынын катуулугун жыйынтыктаган QI индекси эсептелген.

Натыйжалар эмнени көрсөтөт?

Изилдөөнүн биринчи маанилүү жыйынтыгы — ERT ыкмасынын терең топурак кургакчылыгын байкоо үчүн ишенимдүү курал боло аларын көрсөткөнү. ERT ден алынган кургакчылык индекси менен нейтрон зонду өлчөөлөрү ортосунда күчтүү жана маанилүү байланыш табылган. Бул ERT нин бир гана чекитти эмес, эки өлчөмдүү профилди көрө алары үчүн терең топурак кургакчылыгынын мейкиндик гетерогендүүлүгүн жакшыраак кармашы мүмкүн экенин билдирет.

Экинчи жыйынтык — жаан-чачындын аймактык масштабда негизги аныктоочулардын бири экени. Жаан-чачын өлчөмү азайган сайын кургаган топурак катмары кеңирирээк, калыңыраак жана олуттуураак болгон. Изилдөөдө эң кургак жаан-чачын тилкесинде QI мааниси жогорураак, нымдуураак аймактарда болсо төмөнүрөөк табылган.

Үчүнчү жыйынтык — өсүмдүк жамылгысынын терең топурак суусуна күчтүү таасири бар экени. Жайыт жана бадалдуу аянттар айрым учурларда олуттуу кургаш көрсөткөн. Бадалдар терең тамыр түзүлүштөрү үчүн белгилүү чекиттерде тыгызыраак суу керектөөсүн жаратышы мүмкүн. Жайыттарда болсо тамыр бөлүштүрүлүшү кеңири болгондуктан кургашы үзгүлтүксүзүрөөк катмар катары көрүнүшү мүмкүн.

Төртүнчү жыйынтык — өсүмдүк аралашмаларынын ар дайым бирдей таасир көрсөтпөсү. Бадал жана табигый чөп аралашмасы кургакчылыкты жеңилдете алса, суу талабы жогору түрлөр бирге колдонулган аралашмалар ошол эле жакшыртууну берген эмес. Бул калыбына келтирүү долбоорлорунда болгону «өсүмдүк ар түрдүүлүгү» эмес, өсүмдүктөрдүн суу керектөө стратегиялары да эске алынышы керектигин көрсөтөт.

Бешинчи жыйынтык — мөмө бакчаларында курак факторунун маанилүү экени. Алма бакчаларында терең топурак кургакчылыгы жаш мезгилдерде төмөн болсо, дарактар өсүп, түшүмдүүлүк мезгили күчөгөн сайын өскөн. Изилдөөдө бул тенденция арка сымал үлгү катары билдирилет: кургакчылык адегенде өсөт, бышып жетилүү мезгилинде чокуга жакындайт, андан кийин айрым шарттарда азайышы мүмкүн.

Алтынчы жыйынтык — топографиянын аныктоочу экени. Плато бетиндеги эң олуттуу кургакчылык аянттары. Күнөстүү капталдар көлөкөлүү капталдарга караганда көбүрөөк суу жоготушу мүмкүн. Өрөөн түбдөрү болсо бетиндеги агым жана жер астындагы агым чогулган жерлер болгондуктан нымдуураак жана туруктуу аймактар катары бөлүнүп турат.

Бу эмне үчүн маанилүү?

Бул изилдөө кургакчылыкты болгону бетиндеги жарылган топурак же кыска мөөнөттүү жаан-чачын жетишсиздиги деп ойлобошубуз керектигин көрсөтөт. Айрым аймактарда чыныгы маселе топурактын алда канча тереңинде, жылдар бою топтолгон суу тартыштыгы болушу мүмкүн.

Бул абал экологиялык калыбына келтирүү үчүн өтө маанилүү. Жарым кургак аймактарда токойлоштуруу жана өсүмдүк жамылгысын калыбына келтирүү бетиндеги эрозияны азайтышы мүмкүн; бирок туура эмес түр тандоо же жыш отургузуу терең топурак суусун ашыкча керектетип, узак мөөнөттүү кургакчылык катмарын жаратышы мүмкүн. Мындай катмар пайда болгондон кийин жамгыр менен кыска мөөнөттө калыбына келбеши мүмкүн.

ERT сыяктуу сүрөттөө ыкмалары ошондуктан баалуу. Анткени жер башкаруучулар же изилдөөчүлөр топурактын болгону үстүнкү бир нече сантиметрине эмес, метрлерге созулган суу бөлүштүрүлүшүнө карай алышат. Бул кайсы аянтта кайсы өсүмдүк түрү ылайыктуураак экенин, кайсы аянттарда жыш токойлоштуруу тобокелдүү болушу мүмкүн экенин жана кайсы топографиялык бирдиктер туруктуураак экенин түшүнүүгө жардам берет.

Изилдөө ошондой эле айыл чарбасы менен экологиянын ортосундагы назик балансты көрсөтөт. Өсүмдүк отургузуу ар дайым автоматтык түрдө «жакшыраак экосистема» дегенди билдирбейт. Өсүмдүк түрү, тамыр тереңдиги, суу керектөөсү, жер формасы жана жергиликтүү жаан-чачын өлчөмү бирге бааланышы керек.

Көңүл буруучу пункттар

Бул макала рецензиялоодон өтпөгөн preprint болуп саналат. Жыйынтыктар илимий баалоо процессинен кийин өзгөрүшү же кайра чечмелениши мүмкүн.

Изилдөө Кытай Лёсс платосуна багытталган. Лёсс топурактары терең профиль түзүлүшү жана жарым кургак климат шарттары үчүн өзгөчө айлана-чөйрө контекстине ээ. Ошондуктан жыйынтыктар башка аймактар үчүн түздөн-түз рецепт катары колдонулбашы керек.

ERT ыкмасы күчтүү болсо да, кемчиликсиз эмес. Электрдик каршылыкка болгону суу мазмуну таасир этпейт. Тамыр тыгыздыгы, таштуулук, көңдөйлүүлүк, температура жана топурак түзүлүшү да каршылык маанилерин өзгөртүшү мүмкүн. Ошондуктан ERT жыйынтыктары жергиликтүү калибрлөө жана ырастоо менен колдонулушу керек.

Изилдөөдөгү башкаруу сунуштары жергиликтүү түр тандоо жана топографияга негизделген пландаштыруу жагынан жол көрсөтүүчү болушу мүмкүн; бирок так айыл чарба же жер башкаруу кеңеши катары окулбашы керек.

Терең топурак кургакчылыгы узак мөөнөттүү процесс. Бир мезгилдеги жаан-чачындын өсүшү туруктуу кургаган катмарларды дароо мурунку абалына кайтарбай калышы мүмкүн. Ошондуктан байкоо изилдөөлөрүнүн узак мөөнөттүү жүргүзүлүшү маанилүү.

Жыйынтык

Бул preprint изилдөө терең топурак кургакчылыгын көрүнүктүү кылуу үчүн ERT ыкмасынын күчтүү курал боло аларын көрсөтөт. ERT классикалык чекиттик өлчөөлөр өткөрүп жибериши мүмкүн болгон эки өлчөмдүү кургаш үлгүлөрүн кармай алат.

Изилдөөнүн негизги билдирүүсү мындай: терең топурак кургакчылыгы бир типтүү эмес. Жаан-чачын, өсүмдүк түрү, өсүмдүк курагы жана топография бирге иштеп, ар кандай кургаш үлгүлөрүн жаратат. Жайыттарда кеңири жана үзгүлтүксүз кургаш, бадалдуу аянттарда бөлүкчөлүү бирок тыгыз кургаш, мөмө бакчаларында терең жана блоктуу кургаш, өрөөндөрдө болсо убактылуу жана мезгилдик кургаш байкалышы мүмкүн.

Verianla окурман үчүн бул макала маанилүү пунктту эскертет: экологиялык калыбына келтирүү болгону «көбүрөөк өсүмдүк отургузуу» эмес. Негизги маселе — топурак көтөрө ала турган суу бюджетине ылайык өсүмдүк-топография балансын түзүү. Тереңдеги көрүнбөгөн суу тартыштыгы түшүнүлбөстөн жасалган калыбына келтирүү узак мөөнөттө жаңы айлана-чөйрө басымын жаратышы мүмкүн.

Булак жана метод эскертмеси

Бул жазуу “Exploring the spatial heterogeneity of deep soil drought by using Electrical Resistivity Tomography (ERT) at multiple scales” аттуу рецензиялоодон өтпөгөн preprint изилдөөнүн жөнөкөйлөштүрүлгөн локалдаштырылган комментарийи. Текст сөзмө-сөз котормо эмес; макаладагы негизги идея, метод, формулалар, график/схема билдирүүлөрү жана жыйынтыктар Verianla окурман үчүн кайра баяндалган.

Изилдөө Кытай Лёсс платосунда 82 ERT өлчөө сызыгы, нейтрон зонду ырастоосу, жаан-чачын градиенти, өсүмдүк жамылгысы, мөмө бакчасынын курагы жана топография салыштырууларына негизделген. Жыйынтыктар аймактык талаа маалыматтарына таянгандыктан, башка географияларга колдонууда жергиликтүү климат, топурак жана жерди пайдалануу шарттары эске алынышы керек.