Жаратылыстану ғылымдары Естественные науки



жүктеу 117.6 Kb.
Дата11.04.2019
өлшемі117.6 Kb.

Жаратылыстану ғылымдары




Естественные науки





ӘОЖ 631.95:502.5
ТЕХНОГЕНДІ ЛАНДШАФТАРДАҒЫ ЖӘНЕ СҰРҒЫЛТТЫ-ШАЛҒЫНДЫ

ТОПЫРАҚТАРДАҒЫ КҮКІРТТІҢ АЙНАЛУ ҮДЕРІСІН МОДЕЛЬДЕУ
Сейітқазиев Ә.С., Асилова М. С.

М.Х. Дулати атындағы ТарМУ, Тараз қ.
Күкірт атмосферада шамалы көлемде болады, негізінен күкірті сутегі және күкірт қышқылы түрінде болады. Бұл элемент гидросферада барынша көп болады (сульфат-ион түрінде). Литосферада күкірт қарапайым зат түрінде кездеседі (дербес күкірт) және көптеген минералды – сульфид және сульфат металл құрамында кездеседі. Одан былай, күкірттің қоспалары көмірде, мұнай, табиғи газ, сланцта болады Күкірт көптеген белоктардың құрамына кіреді, сондықтан, ол әрдайым тірі организмдердің және өсімдіктердің құрамына кіреді.Жердің тереңінен бөліне отырып, газ түріндегі күкірт қоспалары (көбінде күкірт қос тотығы және күкірт сутегі) жерасты суларында ериді. Бұл жерде олар аз еритін сульфидті құрайды (ең бастысы пирит – темірдің дисульфиді) және сульфаттар (жекелегенде, кальций сульфаты). Сондай-ақ, дербес күкірт қалыптасады.

Биогеохимиялық айналым -биосферадағы заттар мен энергия ауысуының белгілі бір тәртіппен қайталанып тұруы. Табиғаттағы геосфераның барлық түрлерінде химиялық элементтер мен олардың қосылыстары үздіксіз биогеохимиялық айналымға түседі:



  • ол күн сәулесінің энергиясы және организмдердің тіршілік үдерісі арқылы жүзеге асады;

  • химиялық элементтердің бір геологиялық құрылымнан екіншісіне ауысуын, шоғырлануының көбейіп-азаюын тудырады;

  • тіршіліктің сақталуына және эволюциялық дамуға жағдай жасайды.

Биосферадағы кейбір  биогендік элементтердің жылдық айналымының қайталануы 95 – 98%-ке жетеді. Биогендік элементтердің қазіргі Жер бетінде таралуы геологиялық эволюция нәтижесінде қалыптасты. Тірі организмдер даму сатысында биосфералық айналымнан геологиялық айналымға ауысып отырады. Ауадағы  оттек ,азот , Жер қойнауындағы кейбір кендер ( мұнай ,көмір , т.б.) осындай ауысудың нәтижесі. Адам өзінің шаруашылық іс-әрекеті арқылы биосферадағы биогеохимиялық айналымның өзгеруіне ықпал жасайды. Адамның қолымен жасалған кейбір материалдар (жасанды талшықтар, жасанды жуғыш заттар, ксенобиотиктер) табиғи биогеохимиялық айналымға қатыспайды және биосферада ыдырамайды. Сондықтан болашақта өндіріске қалдықсыз технологияны енгізіп,  экожүйеге  ауыл шаруашылығы мен өндірістен түсетін өнімдерді тиімді қайта өңдеп, биосферада биогеохимиялық айналымның қалыпты жүріп отыруына жағдай жасау қажет.

Элементтің биогеохимиялық айналымының антропогенді өзгерісін байқаудың пайдалы әдістерінің бірі күрделі динамикалық жүйені зерттеудің кешенді әдісі болатын, жүйелі көзқарас негізінде топыраққа айналатын негізгі үдерістерін модельдеу болып табылады. Жүйелі көзқарас көптеген мамандардың зерттеу нәтижесінің интеграция қызметін орындайды, оларды бірыңғай математикалық тілге аударуға мүмкіндік береді және биогеохимиялық айналымының (БГХА) мақсатты моделін құру үшін математикалық әдістерді тиімді пайдаланады, оларды сыртқы әсердің нәтижесінде жасауға болады.

Зерттеу күрделі динамикалық жүйе екендігіне қарамастан, элементтердің БГХА топырақтың суғармалы экожүйеде қандай болып табылады, жүйелі көзқарас негізінде бірыңғай үдерісті көрсетеді және қатар және ілеспелі жұмыстармен, модельдеу және сараптау арасындағы кері байланыс айналымдарымен Т.Г.Гильманов[1]бүтіндей осы бірыңғай үдерісті ілеспелі кезең қатарына жинақтау керек деп пайымдайды:


  • модельдеу мақсатын қалыптастыру;

  • зерттелетін экожүйенің жалпы сипаттамасы, алға қойған мақсаттан және айнымалы моделдердің ерекшелігінен туындайды;

  • модельдердің құрылымының идентификациясы;

  • бүтіндей математикалық модельдердің синтезі;

  • моделдерді тексеру;

  • моделдерді талдау және зерттеу.

Модельдеудің мақсаты – өсімдіктіктердің құлауымен және атмосферадан оған қосымша көлемінің түсуі кезінде күкірт айалымының бұзылуын болжау үшін суғармалы экожүйенің сұрғылтты-шалғынды топырақтарына күкірт айналдырудың негізгі үдерістеріне қарымта байланыста өтуін сандық жағдайда түсіндіру.

Зерттеу нысаны ретінде күкірт ангидридті әлсіз қарқындылықпен ауаның ластануына ұшыраған жағдайындағы, таза аймақтың жергілікті ландшафтының әр түрлі жайылымдықтары мен сұрғылтты-шалғынды топырақтары қызмет атқарады.



Атмосфералық жауынмен күкірттің топыраққа түсуі. Күкірттің атмосфералы жауынмен түсуі өнеркәсіптік емес аудандарда шамасы жылына бірнеше килограммнан 20 кг/га дейін тербеледі. Шетелдік Еуропа үшін кәсіпорыннан оқшауланған орындардың өзінде жылына 20 кг/га асып түсетін, көлемде күкірт түсуі болып табылады.

Ғалымдардың зерттеулері көрсеткендей, ол І нысанның алынған аумағында атмосфералық жауында күкірттің құрамы орташа 1,9 мг/л құрайды, ол 12 кг S/га түсуіне сәйкес келеді. Жауындағы күкірт құрамы шыршаның әр түрлі шөпті, өнеркәсіпті кәсіпорынға үйреншікті аумақтарында орташа 6,8 мг/л құрады, ол жылына 42 кг S/га жауынмен атмосферадан түсуіне сәйкес келеді.

БГХА күкірттің сұрғылтты-шалғынды топыраққа бұзылысын болжау үшін жауындағы күкірт қоспасы пайдаланылған болатын, ол 5-6 мг/л тең және орташа көп жылғы мәліметтер зерттелген аймақ үшін жауын көлеміне қарай пайдалагнылады.

Күкірттің өсімдік өнімімен бірге түсуі. Күкірттің БГХА бөлінбейтін бөлігі оны топырақтың бетіне өніммен бірге қайта қайтару болып табылады. Жетілген және піскен ағаштарда ол жыл бойына төселімге өтеді, соған сай бөліктері толықтай жатқызылады. Оның көлеміне көптеген ықпалдар әсер етеді: топырақты-климатты және табиғат жағдайы, жыныстар, ағаштың жасы. Оңтүстік тайганың шыршаларында оның қоры үшін сенімді қашықтық беріледі – 2 – 7 т/га, ол күкірттің қорына сәйкес келеді 1,2 – 15,4 кг/га. Ағашты өсімдіктердің күкірттің әсерлеріне ұшыраған аудандарда күкірттің қосымша көлемі жиналады, ол күкірттің құрамын 3,2-ден 19,6 дейін арттырады кг/га. Осылайша, ондағы күкірттің құрамының артуы өнімнің салмағы азаймағанның өзінде, топырақтың бетіне күкірттің түсуінің қосымша қайнар көзі ретінде қызмет етеді.

Топырақтағы құрамында күкірті бар органикалық қоспаларды.Күкірттің топыраққа айналу үдерісінің арасында, барынша маңыздысының бірі құрамына күкірті бар органикалық қоспаларды минералдау болып табылады.75 – 96 % топырақты күкірт органикалық үлгіде берілгені белгілі. Алайда органикалық күкірт іс жүзінде өсімдіктерге қол жетімсіз, сондықтан тек минералдау үдерісінде ғана ол қол жетімді өсімдіктерге сульфатты түрінде өтеді. Құрамында күкірті бар органиклаық қоспаларды минералдау көп реттік және әр түрлі топырақты микроорганизмдердің топтық құрамына қарай жүзеге асырылады. Сондықтан қоршаған ортаның шарты – температура, ауаландыру , ылғалдылық, рН, ол микроорганизмдердің өсіміне әсер етеді, органикалық күкірттің минералдануына әсер ететін болады.

Маңызды ықпалдардың бірі минералды қоспаларда, сондай-ақ қоректің жеткілікті элементтерінің көлемі қатысқан кезде орын алады. С, N және S құрамдары арасындағы тығыз байланыс минералданған материалда және минералдау қарқындылығында байқалады. Жекелегенде, құрамына күкірті бар өсімдіктердің қалдықтарын жайластыру жылдамдығы C:S қатынасына байланысты. Егер органикалық материалда күкірт, микробты өсім үшін талап етілгеннен аз болса, онда иммобилизация орын алады. Егер күкірттің құрамы C:S қатынасты мөлшерлі көлемнен асып кетсе, органикалық қоспалардағы күкірт минералданады. Әр түрлі авторлар C:S мөлшерлі қатынасының көлеміне жақын алып келді.



Қарашіріктің минералдануы. Қара шірік топырақтағы күкірттің негізгі тасушысы болып табылады. Барлық топтық құрамды бөліктер қара шірікте күкіртті құрайды. Оның шірікті және фульвоқышқылды көлемі шымды-күлді топырақтарда 46 % құрайды, 14 – 20 % күкірт құрамы шірктердің үлесіне тиесілі. Осылайша, қарашіріктің құрамына кіретін күкірт құрамы, 60-70 % құрайды. Қарашіріктің минералдануы көптеген микроорганизмдермен жүзеге асырылады. Бұл ажғдайда ерекше белсенділік бактерияға және актиномицеттерге тиесілі. Көптеген зерттеушілердің көзқарастарында, жыл сайын 1 – 3 % топырақты органикалық заттар минералданады. Қарашіріктің минералдану үдерісінің жылдамдығы жылу және сулы-ауадағы жағдайда анықталады, өсімдiкті қалдықтардың минералдану үдерісі сияқты орын алады.

Жоғарыда айтылғандарды ескеріп, қарашіріктің минералдану үдерісінің жылдамдығын қарашіріктегі күкірт құрамының қызметі ретінде алып ,топырақтың ылғалдылығы және температурасын және келесі қатынастарды қарастыруға болады:


RHmin(HS,W,T,t)=CHmin*HS(t)*Fw(W)*FT(T), (1)
мұндағы CHmin (тәу-1) органикалық заттардың минералдану үдерісін көлемдік суреттеу үшін пайдалануға болады; HS(t) (г S/м2)- қарашіріктің құрамындағы артық күкірт; FT(T),FW(W)- минералдану үдерісі үшін ылғалдылық және температура ықпалдары. Шымды-күлді топырақтарда орташа есеппен жылсайын органикалық заттардың 3%-ы минералданады, соған байланысты CHmin 8,8*10-4(тәу-1)тең.

Микробты плазма күкіртінің минералдануы. Топырақты органикалық күкірттің кейбір бөлігі топырақтың үстіңгі жиектері және ұлтарақтарына жатқызылған, микроорганизмдердің клеткаларының құрамында болады. Өкінішке орай, топырақты микроорганизмдердің плазмасындағы күкірт қоры туралы мәлімет әдебиетте іс жүзінде жоқ. Сондықтан күкірт қоры микроорганизмдер плазмасында бағаланған болатын, ол клеткадағы күкірттің құрамы және шымды-күлді топырақтың микробты биомассасы туралы мәліметтерден шығады. Барлық құрғақ биомассалар суланған жағдайдағы 10% салмаққа тең қабылданған, ал күкірт құрамы құрғақ заттың пайызында 1% тең қабылданған.

Микробты күкірттің минералдануы туралы мәселе іс жүзінде зерттелмеген. Микробты клетканың компоненттеріндегі күкірттің құрамын салыстырмалы түрде тез салынатындығына нұсқау бар. Мысалы, құрамында күкірт бар амин қышқылын салу жылдамдығы – цистин, метонин және тиамин – шамамен 10 аптаның ішінде 60% құраған. Қаншалықты микробты клеткаларға сол қоспалар құрамында болса, азотта кіретін болса, біз топырақтағы микроорганизмдердің өлі клеткаларын салу кезінде босатылғанын пайдалана аламыз.



Топырақтағы күкірт минералдылығын иммоблизациялау.Иммобилизация – үдеріс, кері минералдылық, минералды күкірттің бекуіне алып келеді де алдымен микроорганизмдердің клеткасының құрамына, сосын қара шірікте жүреді. Күкіртті клеткалы синтез үшін сияқты клеткадан тыс энзим өнімдері үшін сияқты микроорганизмдерге қажет. Сондықтан өсімдікті қалдықтарды салудың максималды жылдамдығы тек ондағы күкірттің жеткілікті көлемінде ғана болады. Б.Стеварттың мәліметі және т.б., максималды жылдамдық өсімдікті қалдықтарды салған кезде ондағы күкірттің құрамы байқалған кезде 0,15% қадағаланған. Құрамында 0,15 % күкірт құрамы бар күкірттің құрамы кезінде иммобилизация есебінен минералданған күкірттің көлемін азайтқан. Қаншалықты иммобилизация іс жүзінде барлық микроорганизмдермен жүзеге асатындықтан, сульфатты күкіртті игеру тәсілімен орын алса, онда үдерістің жылдамдығына сол ықпал әсер ететін болады, ол минералдану үдерісінде жүреді.

Өсімдіктермен күкіртті тұтыну.Өсімдікке күкірттің қажеттілігі негізінен тамырдың сульфатты сіңіруі есебінен жабылады. Бұл үдерістің жылдамдығына көптеген ықпалдар әсер етеді: өсімдіктің даму сатысы, тамырдың физиологиялық жағдайы, қышқылдық және қоректік ерітіндігінің температурасы.

Биологиялық айналымды зерттеу бойынша жұмыстарда негізгі элементтерде әр түрлі өсімдікті үйлесімдіктермен жыл сайын сіңіру көлемі анықталған, ол фитоценоздың типі және өсу шартына байланысты кең шамада тербеліске түседі. Н.П.Ремезовтың қызметтестерімен жасаған зерттеулерінде, күкіртті шыршалы ағаштармен тұтыну көлемі ІІ класты жас шамасына қарай жасы бойынша артатындығын көрсеткен. Жастың үшінші класынан бастап, күкіртті тұтыну бірден қысқарады және күкірттің құрамы, топыраққа қайтарылған көлемі, дамып келе жатқан сабақпен күкіртті тұтына отырып салыстырылады. Мысалы, күкіртті қышқылды-жасыл шыршалармен тұтыну оңтүстік тайга аймағында 24 жастық, 38 және 60 жас 2,4; 9,3 және 6,0 кг/га жылына құраған.

Қазіргі уақытта кәсіпкерлер көлемдік түрінде өсімдіктің тамрыларымен қоректік затты сіңіру үдерісін сипаттауға тырысқан. Осы моделдерді қолдану тамырдың бетінде қоспаларды және осы иондардың сіңірілу жылдамдығы арасындағы тепе-теңдіктің шартын сақтай отырып анықталады.

Сульфаттар адсорбциясы. Сульфаттар адсорбциясы қатты желдетілген, бір жарым қышқылды топырақтармен байытылған, абсордциялы сульфаттың ары қарай аллюминий және темірмен қиын еритін қоспаларында тіркелуіне жол аша отырып аккумуляцияға түседі.

Алайда еритін аймақтағы сұрғылтты-шалғынды топырақтардың сульфатты адсорбциясы бойынша бөлшекті зерттеулер, топырақтың бетіндегі үлгілер, органикалық заттармен байытылған, сульфатты тіпті ерітіндідегі күкірттің көп қоспаларында да сормайтындығын көрсетеді. 10-20 см тереңдіктегі топырақтар сульфатты 25-30 мг/л ерітіндідегі күкірттің қоспасы кезінде де ұстап тұрады, ал 40-50 см тереңдіктегі топырақ үлгісі сульфатты шамамен 7-10 мг/л күкірт қоспасы кезінде де сора береді, ол осы тереңдіктегі топырақты ерітіндідегі күкірттің қоспаларымен салыстыруға келеді.



Топырақтағы сулфаттың қозғалысы. шымды-күлді топырақтағы сульфаттың сорылуы маңызсыздығына байланысты, топырақты саладағы шамаға сульфаттың таралу үдерісі кең тараған.Топырақтағы күкірттің тігінен көшірілуіне жауапты, физико-химиялық үдерістен жүргізушісі топырақты ылғалдың төмендеу немесе жоғаылау ағынымен конвективті тасымалдану , диффузия және дисперсия болып табылады. Топырақтағы ерітілген сульфаттың қозғалысын мына түрдегі дифференциалды теңдеу ретінде сипаттауға болады :
(kdSO42-(х,t)/dx -Q(x,t).SO42-(х,t)+Rаmin-Rup), (2)

мұндағы S042-(x, t) (г/м3)—топырақты ерітіндідегі сульфатты күкірттің қоспалары; К (см2/тәу) — топырақтағы сульфаттың конвективті диффузиясының коэффициенті; Q (см/тәу) — топырақтағы суды тігінен ауыстыру жылдамдығы; RAmn (г/м3 тәу) —минералды үдерістің нәтижесінде топырақтағы ерітіндіге сульфатты күкінттің түсу жылдамдығы; Rap (г/м тәу) — өсімдіктерді күкірттің тұтыну жылдамдығы. Теңдіктің оң бөлігінің бірінші мүшесі диффузия үдерісінің әсерінің нәтижесінде топырақтағы сульфаттың көшуін сипаттайды. К — бос көзді ортадағы конвективті диффузияның коэффициенті және ол тең [2] :


K= Ko + λ Q, (3)
мұндағы Ко — бос көзді ортадағы молекулярлы диффузияның коэффициенті; Q — топырақтағы судың тігінен ауысу жылдамдығы; X— сүзілу жылдамдығының бағыты және топырақтың түріне байланысты коэффициент. X көлемінде ұзындық мөлшері болады, ол топырақтың дәнегінің тепе-тең диаметрін санауға негіз береді.

Екінші мүше теңдікте топырақтағы сульфаттың конвективті ауысуын суреттейді. Топырақтағы судың тігінен ауысу жылдамдығы топырақтың типіне және ылғалдылығына байланысты. Q сандық белгісі шымды-күлді топырақ үшін И.Л.Калюжный және К.К.Павлованың мәліметтерінің негізінде анықталған болатын [2-3].Гидродинамикалық дисперисяны ескермеген, себебі топырақтағы судың сүзілуінің нақты жылдамдығы кезінде бұл құбылыс ескерілмеген.

Топырақтағы сульфаттың қозғалыс үдерісін толық сипаттау үшін бастапқы және шекаралы жағдай қажет. Бастапқы жағдай t=0: S042-(x, 0) = SO4 2-(x) уақыт сәтінде топырақ саласы бойынша сульфатты бастапқы бөлу болып табылады. Шекаралы жағдай топырақты саланың үстіңгі және төменді шекараларында сульфаттың ағысы түрінде қалыптасуы мүмкін[4]:
Rpr S042-(t)= Q(t)* S042-(t) - K. X=0 см,  X=40 см, (4)
Бұл теңдік шекаралы және бастапқы жағдайлармен сандық әдістермен маңайласып шешілуі мүмкін және осылайша топырақ саласындағы сульфаттың көшірілуінің сипаттамасы алынады.
Нәтижелерін талдау.«Таза» аумаққа сәйкес келетін, сыртқы айнымалыны пайдалана отырып теңдік жүйелерінің шешімі, жыл мезгілі бойынша топырақты жүйенің негізгі компоненттеріндегі күкірт құрамының динамикасын қадағалауға, дақылдардың өніп-өсуі кезеңінде де ,олардың арасында күкірттің ағыс қарқындылығын анықтауға, сондай-ақ, үдерістің орын алу тұрақтылығын таңдау дұрыстығын тексеруге мүмкіндік береді.Жердегі өсімдікті қалдықтардағы күкірт құрамының динамикасы көктемгі және күзгі максимум және жазғы минимумды көрсеткен, ол құлап түсуінің мезгілдік сипатымен байланысты және жазда минералдану үдерісінің ағысының үлкен қарқындылығымен сипатталады. Күкіртті өсімдік қалай қарқынды сіңіретіндігін көрсететін, көктемгі-ерте жазғы және күзгі және жаздағы минимум – екі максимумда топырақты ерітіндіде сульфатты күкірттің қоспаларында болады..Атмосферадан күкірттің түсуінің артуы және сол бастапқы жағдайда құлауымен таза аумақта, топырақты жүйенің негізгі компоненттеріне күкірт қорының артуына алып келген 10 жылға төселімнің күкірттің құрамының артуы 25%, микроорганизмнің биомассалсында — 22, қара шірікте — бастапқы қордан 2,5%[4].

Мысалы, күкірт қорының төселімде артуы алғашқы 5 жылда максималды және он жылдыққа қарай айтарлықтай азаяды. Күкірт қорының қарашірікте тұрақтануы үшін көп уақыт керек — бірнеше ондаған жыл, қаншалықты қарашіріктің жаңару үдерісінде барынша баяу орын алатындығына байланысты.


Әдебиеттер


  1. Гильманов Т.Г. Математические моделирование биогеохимических циклов втравяных экосистемах.-Москва,1978.-166с.

  2. Калюжный И.Л.,Павлова К.К.Обобщенные зависимости потенциала почвенной влаги и влагопроводности почв от влажности //Вопросы гидрофизики почв .-Ленинград .,1980.-С.51-57.

  3. Моделирование и управление водно-солевым режимом почв.-Алматы., 1976.-180с.

  4. Влияние атмосферного загрязнения на свойств почв //Под редакцией Л.А.Гришиной , Москва ,МГУ,-1990,-205с.





Каталог: rus -> all.doc -> Konferencia -> konf 2014 II
konf 2014 II -> Әож 627. 886 Жалғастыру қҰрылымдарының жаңа конструкциялары
konf 2014 II -> Жұрымбаева Р., Қожамқулова Г. М. Х. Дулати атындағы ТарМУ, Тараз қ
konf 2014 II -> Исследование влияния технологических факторов на прочность склеивания клеевых соединений
konf 2014 II -> Д., Шилібеков С.Қ. М. Х. Дулати атындағы ТарМУ, Тараз қ
konf 2014 II -> Қазақстанның экологиялық ЖҮйесінің климаттың Өзгеруіне байланысты табиғи географиялық ареалының Өзгеру мүмкіншілігін бағалау рсалиева А. М., Асатова Е. С.,Асқанбек А. А
konf 2014 II -> С., Бақбергенова Н. М. Х. Дулати атындағы ТарМУ, Тараз,қ
konf 2014 II -> ӘОЖ: 627 03: 628. 06 Көкөніс консерві зауыттарыныҢ ақаба суларындағы қалқымалы заттарды торлармен тазалаудың тиімділігі
konf 2014 II -> Зерттелетін өҢірдің климаттық ерекшеліктеріне байланысты қазақстанның ОҢТҮстік су ресурстары қорларына болжам жасау мейрбекова А. С., Омарова Ғ. Е.,Тұрсын Б
konf 2014 II -> Әож 631. 862 Биогаз қондырғысына механикалық араластырғыш қҰру мәселесі


Достарыңызбен бөлісу:


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет