Bài giảng Hóa kỹ thuật - Phần 2: Hóa nông học - Ngô Thị Mỹ Bình

74 trang hapham 1820

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hóa kỹ thuật - Phần 2: Hóa nông học - Ngô Thị Mỹ Bình", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_hoa_ky_thuat_phan_2_hoa_nong_hoc_ngo_thi_my_binh.pdf

Nội dung text: Bài giảng Hóa kỹ thuật - Phần 2: Hóa nông học - Ngô Thị Mỹ Bình

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HOÁ BÀI GIẢNG PHẦN HAI HOÁ NÔNG HỌC GV NGÔ THỊ MỸ BÌNH Đà Nẵng, 2007
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Mục lục MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1: THÀNH PHẦN VÀ DINH DƯỠNG CỦA CÂY TRỒNG 1.1. Thành phần hoá học của cây trồng 2 1.2. Quá trình dinh dưỡng của cây trồng . 4 1.2.1. Quá trình dinh dưỡng của cây trồng trong môi trường không khí 4 1.2.2. Quá trình dinh dưỡng của cây trồng trong môi trường đất 5 CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN VÀ CÁC TÍNH CHẤT NÔNG HOÁ CỦA ĐẤT 2.1. Thành phần hoá học của đất 7 2.1.1. Thành phần khí của đất . 7 2.1.2. Thành phần của dung dịch đất (phần lỏng của đất) . 8 2.1.3. Thành phần rắn của đất (thành phần cơ giới của đất) . 8 2.2. Các tính chất nông hoá của đất . 16 2.2.1. Tính chất hấp thu chất dinh dưỡng 16 2.2.2. Tính chua, tính kiềm và phản ứng của dung dịch đất . 19 2.2.3. Tính chất đệm của đất . 23 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP NÔNG HOÁ CẢI TẠO ĐẤT 3.1. Phương pháp cải tạo đất chua 27 3.2. Phương pháp cải tạo đất kiềm 32 3.3. Phương pháp cải tạo đất mặn . 33 3.4. Phương pháp cải tạo đất phèn 35 CHƯƠNG 4: PHÂN BÓN 4.1. Vai trò và đặc điểm của phân bón . 37 4.2. Phân đạm 38 4.2.1. Vai trò của nitơ đối với dinh dưỡng của cây trồng . . 38 4.2.2. Các quá trình hoá học của nitơ trong đất 39 4.2.3. Các loại phân bón chứa nitơ 42 4.3. Phân lân 46 4.3.1. Vai trò của phôtpho đối với dinh dưỡng của cây trồng . . . 46 4.3.2. Các quá trình hoá học của phôtpho trong đất 47 4.3.3. Các loại phân bón chứa phôtpho 49 4.4. Phân kali 54 4.4.1. Vai trò của kali đối với dinh dưỡng của cây trồng . . 54 4.4.2. Các quá trình hoá học của kali trong đất 54 4.4.3. Các loại phân bón chứa kali 55 4.5. Phân vi lượng và phân vi sinh 56 4.5.1. Phân vi lượng 56 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 73
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Mục lục 4.5.2. Phân vi sinh 59 CHƯƠNG 5: HOÁ HỌC BẢO VỆ THỰC VẬT 5.1. Giới thiệu chung về hoá chất bảo vệ thực vật 61 5.1.1. Vai của hoá chất bảo vệ thực vật 61 5.1.2. Đặc điểm của hoá chất bảo vệ thực vật 61 5.1.3. Phân loại hoá chất bảo vệ thực vật 63 5.2. Một số hoá chất được sử dụng để bảo vệ thực vật . 63 5.2.1. Thuốc trừ sâu 63 5.2.2. Chất hoá học trừ nấm bệnh 65 5.2.3. Thuốc trừ cỏ dại 66 5.3. Một số chất kích thích sinh trưởng . 67 5.3.1. Auxin 67 5.3.2. Gibberellin 69 5.3.3. Cytokinin 70 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 74
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương1 - – Thành phần dinh dưỡng cây trồng CHƯƠNG 1 – THÀNH PHẦN VÀ DINH DƯỠNG CÂY TRỒNG 1.1. Thành phần hoá học của cây trồng. Trong cây trồng có hai thành phần chính là nước và chất khô có chứa các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Tỉ lệ giữa lượng chất khô và nước trong cây phụ thuộc vào trạng thái sinh lý, điều kiện canh tác, thời tiết, giống loại và ở các bộ phận khác nhau của một cây cũng có tỉ lệ nước và chất khô cũng khác nhau. Bảng 1.1. Hàm lượng tương đối (%) của nước và chất khô trong các cơ quan của một số cây trồng. Cây trồng Nước (%) Chất khô (%) Hạt lúa 85 - 88 12 – 15 Hạt ngô 78 – 82 18 – 22 Hạt lạc (đậu phụng) 12 – 15 85 – 88 Quả cà chua 94 – 96 4 – 6 Bèo hoa dâu 94,5 5,5 Như vậy trong đa số các cơ quan dinh dưỡng của cây trồng có chứa 85 – 95% nước, còn chất khô chỉ có 5 -20% khối lượng. Trong hạt, khi chín lượng nước bị giảm đi, còn lượng chất khô lại tăng lên đến 85 – 90% khối lượng chung. Do đó, đối với những cây trồng chính có năng suất tương đối cao, có thể thu được 20 – 60 tạ chất khô trên 1ha là sản phẩm hàng hoá. Ngoài ra, còn một lượng lớn của thu hoạch là chất khô trong sản phẩm phụ như rễ, rơm rạ Cây trồng tích luỹ chất khô nhờ quá trình hút CO2 của môi trường không khí, hút nước và chất khoáng từ đất * Thành phần nguyên tố Trong chất khô có rất nhiều nguyên tố hoá học. Khi nghiên cứu thành phần chất khô của nhiều cây trồng bằng phương pháp đốt, nói chung ta thu được các nguyên tố trong phần khí như: cacbon – 45%, oxi – 42%, hiđrô – 7%. Như vậy, chỉ riêng 3 nguyên tố này đã chiếm gần 94% khối lượng chung của chất khô mà cây trồng tích luỹ được nhờ quá trình hút CO2 và H2O. Còn trong phần tro của chất khô có nhiều nguyên tố khác, nhưng chỉ chiếm khoảng 6%. Trong nhiều trường hợp, sự tích luỹ chất khô và năng suất cây trồng lại chủ yếu phụ thuộc vào việc cung cấp cho đất những nguyên tố có trong phần tro để cây trồng sử dụng. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 2
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương1 - – Thành phần dinh dưỡng cây trồng Qua phân tích phần tro của nhiều loại cây để xác định thành phần và bằng kiểm tra thực nghiệm trồng cây trong dung dịch các muối vô cơ, người ta đã phát hiện thấy có 7 nguyên tố cần thiết ngoài C, H, O, đó là N, P, K, Ca, Mg, S và Fe. Hàm lượng các nguyên tố này trong tro tương đối cao, do đó người ta gọi chúng là những nguyên tố đa lượng. Ngoài 7 nguyên tố đa lượng trên, thực vật còn cần những lượng rất nhỏ các nguyên tố Mn, B, Mo, Cu, Zn, Co, I, F với hàm lượng từ phần nghìn đến phần trăm nghìn của chất khô. Người ta gọi những nguyên tố này là nguyên tố vi lượng. Ngoài các nguyên tố đa lượng và vi lượng, gần đây, người ta mới phát hiện thêm trong thực vật còn có những nguyên tố siêu vi lượng mà hàm lượng của chúng rất nhỏ từ 10-12 đến 10-5 khối lượng chất khô. Đó là những nguyên tố như Rb, Ce, Se, Cd, Ag, Hg, Nếu kể tất cả các nguyên tố đa lượng, vi lượng và siêu vi lượng thì trong cây có đến hơn một nửa số nguyên tố của bảng tuần hoàn Menđeleep. Khi đốt thực vật, các nguyên tố Na, Mg, P, S, K, Fe, Ca, Mn và các nguyên tố vi lượng khác có trong thành phần tro. Do đó, người ta thường gọi chúng là các nguyên tố tro. Thành phần nitơ và các nguyên tố tro của thực vật rất khác nhau, tuỳ thuộc vào đặc tính sinh lý của chúng, vào tuổi cây, điều kiện canh tác và cũng không đồng đều trong các bộ phận, các mô khác nhau. Chẳng hạn, trong lá thường có các nguyên tố tro nhiều hơn trong thân, hạt Việc xác định thành phần tro của các bộ phận cây trồng cho thấy: trong tro của các loại hạt, lượng P2O5 có thể chiếm 40 – 50%, lượng K2O: 30 – 40% và MgO: 8 – 12%. Như vậy trong các loại hạt, các oxit của 3 nguyên tố P, K, Mg chiếm đến khoảng 90% khối lượng chung của tro. Lượng P trong tro của rơm rạ nhỏ hơn 3 – 5 lần so với trong tro của hạt, nhưng hàm lượng Ca và Si lại lớn hơn so với tro của hạt rất nhiều. Trong tro các loại củ như khoai, sắn đặc biệt chứa nhiều K. Trong hạt, hàm lượng N cũng cao hơn trong rơm rạ. Hàm lượng N trong củ thấp hơn nhiều, so với hàm lượng N trong thân lá, các loại cây có củ. Khi trồng cây ngoài đồng, cây trồng thường thiếu nitơ, phôtpho và kali. Sự thiếu canxi, magie và lưu huỳnh thường ít thấy, còn dấu hiệu thiếu các nguyên tố vi lượng chỉ gặp ở một vài loại đất, khi trồng những loại cây nhất định. Người ta có thể dựa vào sự hấp thụ các nguyên tố dinh dưỡng từ đất để xác định nhu cầu của cây trồng đối với các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho việc tạo ra thu hoạch. Khi nghiên cứu nhu cầu của cây trồng, người ta phải tính đến toàn bộ khối lượng thu hoạch (hạt, rơm, rạ, rễ, thân lá ) và xác định hàm lượng các nguyên tố chính trong các bộ phận. Sau đó phải tính tổng lượng các nguyên tố trong toàn bộ khối lượng thu hoạch. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 3
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương1 - – Thành phần dinh dưỡng cây trồng Nhu cầu của cây trồng đối với các nguyên tố dinh dưỡng thường được tính bằng kg/ha. Như đã nêu ở trên, lượng N và các nguyên tố khoáng chỉ chiếm một phần tương đối nhỏ so với hàm lượng chung của các nguyên tố trong thu hoạch cây trồng. Phần chủ yếu của thu hoạch ngoài lượng nước ra, là các chất hữu cơ chiếm tới 80 – 90% khối lượng của chất khô thực vật. Những chất hữu cơ quan trọng trong thành phần thu hoạch của các cây trồng phổ biến là đường, tinh bột, xenlulo, lipit, protit. Song, sự hình thành và tích luỹ các chất hữu cơ trong thực vật chỉ có thể đảm bảo cho cây trồng 7 nguyên tố dinh dưỡng cần thiết. Bảng 1.2. Hàm lượng % các loại hợp chất hữu cơ trong sản phẩm cây trồng Cây trồng Đường Tinh bột Xenlulo Lipit Protit Các hợp chất chứa nitơ khác Hạt gạo 1,5 75,0-80,0 0,6 1,2 8,0-10,0 1,0 Hạt ngô 2,5 65,0 1,8 4,0 9,0 1,0 Hạt đậu trắng 4,0 45,0 3,5 1,5 22,0 2,0 Hạt đỗ tương 8,0 3,0 4,5 20,0 35,0 3,0 Củ khoai tây 1,0 16,0 1,0 0,1 1,2 1,0 Hạt lạc gluxit = 16% 46,0 30,0 1.2. Quá trình dinh dưỡng của cây trồng Tất cả thực vật bậc cao trong đó có cây trồng nông nghiệp đều đồng thời sống trong 2 môi trường: đất và lớp khí quyển gần mặt đất. Nhờ lá xanh, cây trồng hút khí CO2 từ không khí và nhờ rễ, cây trồng hút nước, các ion vô cơ và một vài chất hữu cơ từ đất. 1.2.1. Quá trình dinh dưỡng của cây trồng trong môi trường không khí. Trong chất khô của thực vật, trung bình có chứa 45% C và 42% O. Nguồn cacbon và oxi đó do quá trình dinh dưỡng của cây xanh trong môi trường không khí đã tổng hợp nên các chất hữu cơ cho thực vật. * Quá trình quang hợp: Nhờ có lá xanh, cơ quan quan trọng của thực vật, hút khí cacbonic và hơi nước qua khí khổng ở phiến lá. Dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng mặt trời và clorophin (diệp lục), lá xanh tổng hợp nên các chất hữu cơ cho cây. Diện tích tổng số của lá cây thường vượt quá diện tích đất mà cây chiếm từ 20- 70 lần, điều đó tạo nên những thuận lợi cho lá cây hấp thụ CO2 và năng lượng mặt Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 4
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương1 - – Thành phần dinh dưỡng cây trồng trời. Vai trò của lá xanh được K.A. Timiriazep phát hiện: Nếu không có clorophin của lá xanh, thực vật không thể thu được năng lượng mặt trời và do đó không tích luỹ được năng lượng dưới dạng thế năng của thu hoạch. Quá trình tổng hợp tiến hành ở lá xanh khi có chiếu sáng tạo nên gluxit, axit hữu cơ, các aminoaxit và protit, được gọi là quá trình quang hợp. Quá trình quang hợp là quá trình biến đổi năng lượng của ánh sáng mặt trời thành hoá năng để tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ mới. Có thể tóm tắt quá trình tổng hợp sinh khối (chất hữu cơ) theo phản ứng sau đây : ánh sáng nCO2 + 2mH2O + xNPS CnH2mOpNPS + mO2 + mH2O di ệp l ục sinh khối trong đó n, 2m là số lượng phân tử tham gia vào phản ứng ; x ,p là số lượng chưa biết chính xác. Nếu khử CO2 đến hexozơ thì cần tiêu tốn 685 kcal và trong trường hợp này phản ứng quang hợp có dạng đơn giản : ánh sáng 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 (O2 giải phóng ra là di ệp l ục của nước) Phản ứng quang hợp có 2 giai đoạn : - Giai đoạn thứ nhất tiến hành dưới tác dụng của ánh sáng là giai đoạn quang phân li nước, giải phóng oxi và hình thành những hợp chất hữu cơ với sự tham gia của hiđro trong thành phần H2O. - Giai đoạn thứ hai xảy ra do các enzim thực hiện là giai đoạn tạo ra các hợp chất hữu cơ. Hàm lượng CO2 là yếu tố có ảnh hưởng đến quang hợp. Thí nghiệm của Buossingault cho thấy: Ở điều kiện nhiệt độ không khí và ánh sáng mặt trời như nhau, môi trường có hàm lượng CO2 cao thì qúa trình quang hợp của lá cây tạo ra một lượng chất hữu cơ nhiều hơn so với môi trường không khí bình thường. Trong không khí, hàm lượng CO2 có tính chất quyết định qúa trình dinh dưỡng của cây trồng , mặc dù nó chỉ chiếm một tỉ lệ rất thấp (0,03% thể tích không khí). 1.2.2. Quá trình dinh dưỡng của cây trồng trong môi trường đất. Trong quá trình dinh dưỡng, thực vật hút các muối vô cơ đơn giản từ đất vào rễ. Tại đây, các muối vô cơ đơn giản chuyển lên lá để tổng hợp nhiều chất hữu cơ tương đối phức tạp và chuyển các hợp chất này đến các cơ quan khác trong cây. Ở lá, các ion trực tiếp tham gia vào quá trình quang hợp, hoặc tạo nên các sản phẩm thực vật. Nhiều ion vô cơ còn tham gia vào thành phần của các enzim, mà thiếu Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 5
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương1 - – Thành phần dinh dưỡng cây trồng chúng nhiều quá trình biến đổi chất cần thiết cho tế bào sống của thực vật sẽ không thực hiện được. Đặc biệt là nhiều cây trồng không những chỉ đồng hoá được các ion có sẵn trong dung dịch đất mà còn tương tác một cách tích cực với tướng rắn của đất, để chuyển các nguyên tố dinh dưỡng trong thành phần của tướng rắn thành dạng tan. Đồng thời, cũng diễn ra việc tách các cation, anion đã được keo đất hấp phụ ra dung dịch, cùng với các ion do sự phân huỷ các chất khoáng và mùn thành các chất dễ tan. Nói chung, để có thể sinh trưởng và phát triển bình thường, tất cả thực vật bậc cao đều cần đến những nguyên tố dinh dưỡng như nhau. Song tuỳ thuộc vào đặc tính sinh lý của các loại, các dạng thực vật khác nhau còn đòi hỏi một tỉ lệ các nguyên tố dinh dưỡng khác nhau. Do đó, việc nghiên cứu dinh dưỡng thực vật để phục vụ cho trồng trọt đòi hỏi không chỉ chú ý đến cơ sở chung về dinh dưỡng của hệ rễ mà còn phải quan tâm đến những đặc tính cụ thể của các quá trình này đối với các cây trồng, ở những điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng nhất định của việc trồng trọt. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 6
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất CHƯƠNG 2 – THÀNH PHẦN VÀ CÁC TÍNH CHẤT NÔNG HOÁ CỦA ĐẤT 2.1. Thành phần hoá học của đất Đất gồm có phần rắn, phần lỏng (dung dịch đất) và phần khí. Trong đất, ba phần này có quan hệ chặt chẽ với nhau. 2.1.1. Thành phần khí của đất Phần khí của đất thường có thành phần khác với không khí trong khí quyển. Hàm lượng khí CO2 cao hơn và O2 thấp hơn. Trong đất, thường xuyên diễn ra sự hút oxi và giải phóng khí CO2 do phân huỷ chất hữu cơ, hô hấp của vi sinh vật, rễ cây và một số phản ứng hoá học. Trong khí quyển, CO2 chiếm 0,03%, còn trong đất, CO2 có thể có từ vài phần nghìn đến 1% (có khi chiếm 2  3% và hơn nữa). Độ ẩm, thành phần cơ giới, cấu trúc và độ xốp của đất, đặc tính thực vật, nhiệt độ, áp suất khí quyển v.v có ảnh hưởng đến số lượng và thành phần khí trong đất. Hàm lượng CO2 trong thành phần khí của đất phụ thuộc vào cường độ trao đổi khí giữa đất và khí quyển. CO2 tạo ra trong đất, một phần thoát ra khí quyển, một phần tan vào trong dung dịch đất. Do sự khuếch tán CO2 từ đất làm tăng lượng CO2 trong lớp không khí gần mặt đất, tạo ra những điều kiện thuận lợi cho sự đông hoá CO2 của thực vật và dẫn tới khả năng tăng thu hoạch. Sự hoà tan khí CO2 vào dung dịch đất tạo ra axit cacbonic. Khi phân li, nó gây ra sự axit hoá phần lỏng của đất. CO2 + H2O H2CO3 + - H2CO3 H + HCO3 Hàm lượng CO2 trong phần khí và trong dung dịch đất có mối liên quan khá chặt chẽ: Khi nồng độ khí CO2 trong không khí tăng sẽ dẫn đến sự chuyển khí CO2 vào dung dịch mạnh hơn, do đó làm tăng nồng độ H+ trong dung dịch, và ngược lại, khi lượng khí CO2 trong không khí bị giảm thì CO2 từ dung dịch sẽ thoát ra ngoài không khí. Việc làm giàu CO2 trong dung dịch đất có tác dụng hoà tan các hợp chất khoáng trong đất (các phôtphat và canxi cacbonat ) dẫn tới việc chuyển các chất khoáng thành dạng dễ tiêu cho cây trồng. Song, hàm lượng CO2 cao quá và thiếu oxi trong phần khí của đất (chẳng hạn, ở nơi ngập úng và độ thoáng khí của đất kém) thì lại có ảnh hưởng xấu đến phát triển của thực vật và vi sinh vật. Trong điều kiện thiếu oxi, quá trình hô hấp và phát triển rễ bị hạn chế. Ở điều kiện độ thoáng khí kém, nồng độ oxi trong phần khí của đất thấp, các quá trình khử yếm khí bắt đầu tiến hành mạnh trong đất. Đất có độ thoáng tốt và sự trao đổi khí diễn ra mạnh Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 7
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất giữa phần khí của đất với khí quyển, sẽ tạo ra nhiều CO2 cho lớp không khí gần mặt đất, đồng thời tạo những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển vi sinh vật đất và dinh dưỡng thực vật. 2.1.2. Thành phần của dung dịch đất (phần lỏng của đất) Dung dịch đất là phần hoạt động và linh động nhất của đất, trong đó có nhiều quá trình hoá học được thực hiện và từ đó thực vật trực tiếp đồng hoá các chất dinh - - - - 2- dưỡng. Trong dung dịch đất có thể có các anion HCO3 , OH , Cl , NO3 , SO4 , - H2PO4 v.v và còn có các muối sắt, nhôm, các chất hữu cơ tan được trong nước. Ngoài ra, trong dung dịch đất còn chứa các khí tan như O2, CO2, NH3 v.v Sự có mặt các muối trong dung dịch đất là do quá trình phong hoá các chất khoáng bị phân huỷ và sự biến đổi các hợp chất hữu cơ trong đất do vi sinh vật, do phân bón vô cơ và hữu cơ. + 2+ 2+ + - 2- Sự có mặt thường xuyên và đầy đủ các ion K , Ca , Mg , NH4 , NO3 , SO4 , - H2PO4 trong dung dịch đất là điều đặc biệt quan trọng đối với dinh dưỡng thực vật. Hàm lượng muối tan trong đất thường vào khoảng 0,05%. Nếu hàm lượng muối tan cao hơn (0,2%) sẽ có tác dụng hại đối với cây trồng. Thành phần và nồng độ của muối tan có thể bị thay đổi do ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Lượng muối trong dung dịch đất tăng lên khi bón phân, khi giảm độ ẩm của đất hoặc khi tăng cường hoạt động của vi sinh vật và quá trình vô cơ hoá hợp chất hữu cơ. Ngược lại, sự hút chất dinh dưỡng của thực vật, sự rửa trôi các chất tan, hoặc sự chuyển hoá chúng thành các dạng không tan, sẽ dẫn đến tình trạng giảm nồng độ dung dịch đất. Thành phần và nồng độ muối tan trong dung dịch đất cũng phụ thuộc vào tương tác giữa dung dịch đất với phần rắn của đất và các phản ứng trao đổi giữa dung dịch đất và keo đất. 2.1.3. Thành phần rắn của đất (thành phần cơ giới của đất) Phần rắn của đất là nguồn dự trữ chính các chất dinh dưỡng cho cây trồng. Nó gồm phần khoáng mà ở đa số loại đất chiếm đến 90 – 99% khối lượng của phần rắn và phần chất hữu cơ chỉ chiếm vài phần trăm khối lượng phần rắn, nhưng lại có vai trò rất quan trọng đối với độ phì nhiêu của đất. Bảng 2.1. Thành phần (nguyên tố) hoá học trung bình của phần rắn (%) Nguyên tố % Nguyên tố % Nguyên tố % Oxi 49,0 Rubiđi 6.10-3 Nitơ 0,1 Silic 33,0 Kẽm 5.10-3 Đồng 2.10-3 Nhôm 7,1 Xezi 5.10-3 Bo 1.10-3 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 8
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất Sắt 3,7 Niken 4.10-3 Chì 1.10-3 Cacbon 2,0 Liti 3.10-3 Gali 1.10-3 Canxi 1,3 Kali 1,3 Thiếc 1.10-3 Flo 0,02 Natri 0,6 Coban 8.10-4 Crôm 0,02 Magie 0,6 Thori 6.10-4 Clo 0,01 Hiđro 0,5 Asen 5.10-4 Vanađi 0,01 Titan 0,46 Iôt 5.10-4 Phôtpho 0,08 Mangan 0,08 Lưu huỳnh 0,08 Bari 0,05 Stronti 0,03 Palađi 5.10-4 Molipđen 3.10-4 Urani 5.10-4 Berili (10-4) Selen 1.10-6 Cađimi 5.10-3 Thuỷ ngân (10-5) Rađi 8.10-11 Tất cả các nguyên tố trên, trừ nitơ, đều chứa trong phần khoáng cúa đất và tồn tại trong các hợp chất khoáng khác nhau. Các nguyên tố C, H, O, P và S có trong phần khoáng và cả trong thành phần chất hữu cơ. Riêng N thì hầu như hoàn toàn chứa trong thành phần chất hữu cơ của đất. * Phần khoáng của đất: Phần khoáng của đất là sản phẩm phong hoá lâu dài của đá mẹ. Nó có thành phần cơ giới, thành phần khoáng và hoá học phức tạp. Nó gồm các hạt khoáng khác nhau, có kích thước từ phần triệu milimet đến 1mm và hơn nữa. Người ta phân loại các khoáng chứa trong đất theo nguồn gốc: khoáng sơ cấp và thứ cấp. Các khoáng sơ cấp: thạch anh, fenspat, mica có trong đất, hình thành từ đá mẹ do phong hoá. Trong đất, các khoáng này chủ yếu tồn tại dưới dạng hạt cát (từ 0,05 – 1mm) và bụi (0,001 – 0,05mm) và có một lượng nhỏ ở dạng hạt bùn (<0,001mm) và keo (< 0,25micron). Các khoáng sơ cấp khi bị phân huỷ, dưới ảnh hưởng của các quá trình hoá học (hiđrat hoá, thuỷ phân, oxi hoá) và hoạt động của các vi sinh vật khác nhau trong đất, tạo nên sesquioxit, các muối silicat khác nhau Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 9
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất và những khoáng thứ cấp mà người ta gọi là các khoáng sét như kaolinit, mongmorilonit Các khoáng thứ cấp có trong đất chủ yếu dưới dạng bùn và hạt keo. Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo kaolinit (Al4Si4O10(OH)6) Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo mongmorilonit (Al4Si8O20(OH)4) Về thành phần hoá học, các khoáng được chia thành các hợp chất silicat và aluminôsilicat: - Các silicat: trong số các silicat trong đất, khoáng thạch anh (SiO2) là phổ biến nhất. Người ta thường gặp thạch anh dưới dạng các hạt cát, bụi, một phần nhỏ ở dạng bùn và hạt keo. Hầu như trong tất cả các loại đất, thạch anh chiếm trên 60%, còn trong đất cát có khoảng 90% và hơn nữa. Thạch anh rất bền, về mặt hoá học thì khá trơ và ở điều kiện thường không tham gia vào các phản ứng hoá học trong đất. Còn các silicat khác, công thức cấu tạo có nhiều dạng khác nhau. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 10
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất Hình 2.3. Những hình dạng của các nhóm silicat khác nhau (các silicat tự nhiên) - Các hợp chất của sắt thường ở dạng muối hiđro: Muối kiềm Fe3(OH)6PO4, Fe2(OH)3PO4, Fe3(OH)3(PO4)2 Muối trung tính: FePO4 Muối axit: FeH3(PO4)2, FeH6(PO4)3 - Các hợp chất của Ca, Na, K và Mg thường ở dạng muối nitrat, sunfat, clorua, photphat. Các hợp chất của photpho thường ở dạng floapatit Ca5(PO4)3F. Trong hiđroxiapatit, F được thay thế bằng OH: Ca5(PO4)3OH Trong cloapatit, F được thay thế bằng Cl: Ca5(PO4)3Cl - Lưu huỳnh có khoảng 0,85% trong đất và ở dạng các hợp chất: H2S, SO2, FeS2, ZnS, PbS, CaSO4 v.v - Hợp chất của nguyên tố vi lượng: MnSiO3 (Silicat rodenit), Mn3Al2Si3O12 (Alumino silicat), MnO, Mn3O4 v.v Các hợp chất của Co, Mn, Cu, Zn cũng thường ở các dạng muối. Sự hình thành các chất trên là do quá trình phong hoá đá mẹ, do tác dụng của vi sinh vật và axit hữu cơ. * Các chất hữu cơ trong đất: Chất hữu cơ trong đất tuy ít (0,5 – 10%) nhưng là thành phần quan trọng, đặc trưng cho đất trồng trọt. Trong số các hợp chất hữu cơ đó, mùn là loại chất có vai trò đặc biệt đối với dinh dưỡng của cây trồng. Có thể phân chia các hợp chất hữu cơ của đất thành 2 nhóm sau: Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 11
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất 1. Các chất hữu cơ chưa mùn hoá có nguồn gốc động thực vật: Các hợp chất này chủ yếu vẫn là các chất hữu cơ trong xác động thực vật chưa được phân huỷ hoặc bán phân huỷ. Hàng năm trong lớp đất trồng trọt có khoảng 5 – 8 tấn xác thực vật trên mỗi ha, chiếm 7 – 8% lượng chất hữu cơ của lớp đất này. Khối lượng vi sinh vật (ở lớp đất 0 – 20cm) từ 0,7 – 2,4 tấn/ha. Những hợp chất hữu cơ trong xác động thực vật gồm những chất hoá học khác nhau và những sản phẩm trung gian của sự phân huỷ các chất đó như gluxit (xenlulo, hemixenlulo, tinh bột ), các axit hữu cơ, protit và các chất hữu cơ chứa nitơ khác (các aminoaxit, amit ), chất béo, nhựa, andehit, các axit poliuric và các dẫn xuất của chúng, các poliphenol, tanin, lignin Phần chất hữu cơ chưa mùn hoá thường chiếm 10 – 15% khối lượng chất hữu cơ của đất. Song những hợp chất này có vai trò đối với sự sống của thực vật, vi sinh vật trong đất và độ phì nhiêu của nó. Các hợp chất hữu cơ chưa mùn hoá có thể bị phân huỷ trong đất thành chất vô cơ dễ được cây trồng đồng hoá. Các nguyên tố dinh dưỡng trong thành phần của chúng là nitơ, photpho, lưu huỳnh và các nguyên tố khác. Tuy nhiên, không phải tất cả các chất hữu cơ trong xác động thực vật đều được khoáng hoá hoàn toàn. 2. Nhóm các hợp chất hữu cơ có bản chất đặc biệt được gọi là các chất mùn: Trong đất, ngoài sự phân huỷ các chất chưa mùn hoá như trên còn có các quá trình tổng hợp. Các hợp chất hữu cơ mới khá phức tạp, từ những sản phẩm phân huỷ của các chất chưa mùn hoá hình thành các chất mùn. Các vi sinh vật đất thường có vai trò xúc tiến cho các quá trình mùn hoá này. Dưới ảnh hưởng của chúng, xác động thực vật ban đầu bị phân huỷ thành các chất hoá học đơn giản hơn. Trong số này, có những hợp chất loại thơm poliphenol, các quinon tạo ra khi phân huỷ các chất tanin và lignin, đồng thời với các sản phẩm phân huỷ protit của nguyên sinh động vật (polipeptit và aminoaxit) là những thành phần chất mùn. Các chất mùn là những hợp chất chứa nitơ có phân tử lượng cao và tính axit. Phần lớn các chất này tồn tại dưới dạng liên kết với chất vô cơ của đất. Có thể chia các chất mùn làm 3 nhóm chính: các axit humic, axit funvic và các humin. Axit humic là nhóm các chất được chiết ra khỏi đất bằng kiềm (hoặc bằng các + + + dung môi khác), ở dạng dung dịch màu sẫm (các humat Na , NH4 hoọc K ) và được kết tuả dưới dạng vô định hình bằng các axit. Nhóm các axit humic được chiết ra từ các loại đất khác nhau có thành phần nguyên tố: C: 50 – 62%; H: 2,8 – 6%; O: 31 – 40%; N: 2 – 6%. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 12
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất Sự dao động về thành phần nguyên tố của các axit humic ở các loại đất khác nhau là do thành phần các chất trong nhóm này hoàn toàn không đồng nhất. Ngoài C, H, O, N, khi phân tích nhóm các axit humic, người ta còn thấy trong tro có những nguyên tố: P, S, Si, Fe, Al chiếm 1 – 10% về khối lượng. Những nguyên tố này kết hợp với axit humic thường do các phản ứng thứ cấp. Cấu tạo phân tử của các axit humic, hiện nay vẫn còn là vấn đề chưa được hoàn toàn giải thích rõ ràng. Theo các giả thuyết hiện tại, các axit humic là những hợp chất phức tạp có phân tử lượng cao, có bản chất thơm. Đơn vị cấu tạo cơ bản của chúng là mạch cacbon vòng có các mạch nhánh cacbon dài mang những nhóm chức khác nhau (hiđroxyl, phenol, metoxyl ). Trong thành phần phân tử của các axit humic có những vòng thơm, dị vòng 5,6 cạnh, có nitơ và không có nitơ. Chúng liên kết với nhau bằng các cầu – NH –, – CH2 – Có những tài liệu cho biết trong axit humic có những gốc gluxit (hexozơ, pentozơ ) và các hợp chất hữu cơ chứa nitơ (các aminoaxit khác nhau). Trong thành phần phân tử của nó có các nhóm chức: 3 – 6 nhóm hiđroxyl phenol (OH), 3 – 4 nhóm cacboxyl (COOH) và các nhóm metoxyl (OCH3), cacbonyl (– C –), chúng tạo nên tính chất của axit humic và đặc tính tương tác của O chúng với đất. Các nhóm hiđroxyl phenol và cacboxyl trong axit humic tạo khả năng cho nó tham gia vào các quá trình trao đổi hấp phụ cation và quyết định tính axit của axit này. Còn ion hiđro trong nhóm cacboxyl cho khả năng thế các cation khác nhau để tạo muối humat: RCOOH + NaHCO3 RCOONa + H2O + CO2 2RCOOH + CaCO3 (RCOO)2Ca + H2O + CO2 Sepfe và Unrich (1960) đã trình bày nguyên tắc cấu tạo axit humic như sau: Các axit humic được tạo thành từ các đơn vị cấu tạo là các cầu nối và nhóm chức loại izo hoặc hetero. Nhân của axit humic là những vòng 5 hoặc 6 cạnh, ví dụ: NH N N Indol Piriđin Quinolin Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 13
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất Các nhân liên kết với nhau bằng các cầu nối, chỉ gồm nguyên tử (–O–; –N=) hoặc nhóm nguyên tử (–NH–; –CH2–), các nhóm định chức thường là nhóm cacboxyl (COOH), hiđroxyl (OH), phenol metoxyl (OCH3) và cacbonyl. Sự có mặt nhóm cacboxyl là cơ sở để sắp xếp các axit humic vào loại axit. Dung dịch huyền phù của axit humic thường có pH 3. + + + Muối của axit humic với cation hoá trị 1 (Na , K , NH4 ) là những humat tan được trong nước, còn những axit humic tự do và các muối của chúng với các cation hoá trị 2, 3 thì không tan và có trạng thái gen. Trong đất, các axit humic liên kết với Ca2+, Mg2+, nên không có khả năng di chuyển theo phẫu diện đất mà được tích luỹ ở những nơi hình thành ra chúng và ở lớp đất mặt, do đó có chứa nhiều các muối này. Axit humic là phần mùn có giá trị nhất: có khả năng hấp phụ lớn đối với các cation và có vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu tượng đất thích hợp cho trồng trọt; các axit humic còn có ý nghĩa lớn là nguồn các chất dinh dưỡng dự trữ, trước hết là nitơ. Các axit funvic là những chất mùn có màu vàng hoặc đỏ nhạt trong dung dịch sau khi axit hoá nước chiết đất bằng kiềm. Cũng như axit humic, theo cấu tạo, axit funvic là nhóm các hợp chất có phân tử lượng cao. Thành phần nguyên tố của các axit funvic khác axit humic là hàm lượng C và N nhỏ hơn và hàm lượng O và H lại cao hơn: C: 44 – 49%; H: 3,5–5%; O: 44 – 49%; N: 2 – 4%. Những nguyên tố tro trong axit funvic chiếm từ 7 – 10%. Khi hoà tan trong nước, nó là một axit hữu cơ tương đối mạnh. Các humin là những phức của axit humic và funvic, liên kết bền với nhau và với phần khoáng của đất. Điều này giải thích tính bền của cao của các humin với tác dụng của axit và kiềm. Lượng nitơ trong các humin là 20 – 30% nitơ tổng số của đất và liên kết khá bền, nên các vi sinh vật đất khó phân huỷ được chúng. Sự tạo thành mùn của đất: Mùn được hình thành là do kết quả của sự chuyển hoá các hợp chất hữu cơ, dưới tác động của enzim và vi sinh vật đất. Nguyên liệu cơ bản để tạo thành mùn là xác thực vật ở trong đất hay ở lớp đất mặt. Dưới ảnh hưởng của hoạt động vi sinh vật đất, sự biến đổi của các nguyên liệu thực vật này theo nhiều quá trình khác nhau: - Quá trình khoáng hoá: quá trình này tạo nên những chất đơn giản như CO2, H2O, NH3, những muối đơn giản. - Quá trình tổng hợp: Đó là quá trình tạo nên axit mùn phức tạp, từ những chất hữu cơ và vô cơ đơn giản. Ví dụ: Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 14
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất OH Xác hữu cơ OH O OH O hidro quinon quinon O + 2NH2RCOOH O NHRCOOH O O NHRCOOH axit mùn Vai trò của mùn đối với độ phì nhiêu của đất: Từ thành phần và cấu tạo của mùn, khi phân huỷ, nó cung cấp nitơ cho thực vật, nên mùn là nguồn dự trữ chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng. Nhờ có các nhóm hoạt động trong phân tử, mùn có khả năng hấp phụ và trao đổi cation, tạo nên những muối mới làm thay đổi thành phần và cấu tượng của đất. Do sự thay đổi cấu tượng, đất nặng trở thành tơi xốp, đất rời rạc được liên hợp lại với nhau nên thay đổi được chế độ không khí, nhiệt độ và nước trong đất, tạo nên những điều kiện thích hợp cho sinh trưởng và phát triển thực vật. Các axit mùn, với một lượng nhỏ, khi tạo thành các dạng keo hoà tan có tác dụng xúc tiến cho sự phát triển rễ, làm cho cây có khả năng sử dụng được nhiều chất dinh dưỡng có trong đất. Do đó, hàm lượng mùn trong đất là một trong những tiêu chuẩn hàng đầu trong việc đánh giá độ phì nhiêu của đất. * Hàm lượng chất dinh dưỡng và khả năng cung cấp chất dinh dưỡng của đất. Có thể phân biệt các loại đất khác nhau dựa vào thành phần khoáng, thành phần và khối lượng chất hữu cơ. Do đó, khối lượng các nguyên tố dinh dưỡng của thực vật trong các loại đất khác nhau, cũng không giống nhau. Nếu xác định lượng N, P2O5 và K2O tổng số ở lớp đất trồng trọt thuộc các loại đất khác nhau, ta sẽ thấy khối lượng các nguyên tố dinh dưỡng dự trữ trong đất rất lớn. Bảng 2.1. Tỉ lệ và khối lượng các nguyên tố dinh dưỡng dự trữ trong đất Nguyên tố dinh dưỡng Tỉ lệ (%) Khối lượng (kg/ha) N 0,02 0,20 600 6.000 P2O5 0,02 0,30 600 9.000 K2O 0,50 3,00 15.000 90.000 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 15
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất Lượng nitơ tổng số trong đất phụ thuộc vào lượng mùn; lượng photpho cũng lớn nếu như đất giàu chất hữu cơ, còn lượng kali thì phụ thuộc vào thành phần cơ giới của đất. Trong nhiều loại đất, lượng tổng số N, P và K dự trữ rất lớn, gấp 10 100 lần lượng các nguyên tố dinh dưỡng này trong thu hoạch của cây trồng. Thế nhưng phần lớn khối lượng các chất dinh dưỡng trên tồn tại trong đất dưới dạng các hợp chất mà cây trồng không đồng hoá hoặc khó hấp thu được. Chẳng hạn, nitơ chủ yếu tồn tại các chất hữu cơ phức tạp (chất mùn, protit ), phần lớn photpho ở dạng các hợp chất vô cơ và hữu cơ khó tan, còn phần chủ yếu của kali ở trong các khoáng aluminosilicat không tan. Do đó, lượng tổng số các nguyên tố dinh dưỡng trong đất chỉ đặc trưng cho độ phì nhiêu tiềm tàng của đất mà thôi. Để xác định độ phì nhiêu hiệu dụng tức là khả năng cung cấp chất dinh dưỡng thực tế của đất cho thu hoạch cao của cây trồng, phải là lượng chất dinh dưỡng ở dạng dễ tiêu đối với thực vật. Cây trồng chỉ có thể đồng hoá các chất dinh dưỡng dưới dạng các hợp chất tan được trong nước và môi trường axit yếu hoặc các ion ở trạng thái hấp phụ trao đổi. Quá trình biến đổi các hợp chất không tan và khó tan thành dạng đồng hoá được thường diễn ra trong đất, dưới ảnh hưởng của vi sinh vật đất và các quá trình hoá học, hoá lý. Việc huy động các nguyên tố dinh dưỡng (quá trình biến đổi các chất khó tan thành dạng dễ tiêu) trong các loại đất khác nhau, thường diễn ra không đồng đều mà phụ thuộc vào tính chất các hợp chất, điều kiện khí hậu, tính chất đất và mức độ canh tác. Cho nên, mặc dù lượng chất dinh dưỡng dự trữ trong đất khá lớn, cây trồng vẫn không có đủ chất dinh dưỡng dễ tiêu để cho khối lượng thu hoạch cao. Do đó, để tăng độ phì nhiêu thực tế cho đất và tăng thu hoạch cây trồng, việc bón phân vô cơ và hữu cơ là vấn đề có ý nghĩa to lớn. Lượng chất dinh dưỡng dễ tiêu phụ thuộc vào loại đất, mức độ canh tác, chế độ phân bón nên hàm lượng các chất dinh dưỡng đó thường khác nhau không chỉ ở các cơ sở nông nghiệp khác nhau mà ngay cả ở mỗi cánh đồng trong cùng một cơ sở nông nghiệp. Vì vậy, việc phân tích nông hoá đất để xác định lượng N, P và K dễ tiêu đồng thời với việc tiến hành những thí nghiệm đồng ruộng là công việc có ý nghĩa quan trọng, đối với việc sử dụng phân bón hợp lý. Tóm lại, đất trồng trọt là một hệ đa tướng gồm khí, lỏng và rắn, có quan hệ mật thiết với nhau và là môi trường dinh dưỡng của cây. 2.2. Các tính chất nông hoá của đất 2.2.1. Tính chất hấp thu chất dinh dưỡng Khả năng hấp thu chất dinh dưỡng của đất là khả năng hút các ion, các phân tử của các chất khác nhau từ dung dịch đất và giữ chúng lại. Nhờ có tính chất đó, đất Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 16
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất giữ được chất dinh dưỡng cho cây trồng, hạn chế sự rửa trôi và khi cần, cây trồng có thể trao đổi chất dinh dưỡng với đất. Mặt khác, cũng nhờ đó, cây có khả năng điều tiết được nồng độ các ion thích hợp cho cây. Quá trình hấp thu chất dinh dưỡng của đất được chia thành 5 dạng: hấp thu sinh học, cơ học, lý học, hoá học và hấp phụ hoá lý. * Hấp thu sinh học: Dạng hấp thu này do vi sinh vật hoặc thực vật trong đất thu hút các chất vô cơ trong dung dịch đất hay trong không khí, biến đổi các chất này thành các chất hữu cơ để sinh trưởng phát triển. Xác vi sinh vật, thực vật và động vật là nguồn chất hữu cơ bổ sung cho đất nhờ hấp thu sinh học. Dạng hấp thu này có ý nghĩa lớn đối với sự hình thành đất và cung cấp phân bón cho đất. Những cây trồng có bộ rễ ăn sâu, hút các chất dinh dưỡng từ tầng sâu chuyển lên cho lớp đất mặt, hoặc những cây họ đậu có khả năng hút nitơ trong thành phần không khí, biến đổi thành chất dinh dưỡng cho đất. Sự hút các chất dễ tiêu trong điều kiện cây không sử dụng hết, tránh sự rữa trôi chất dinh dưỡng là một quá trình có lợi. Nhưng trong điều kiện đất thiếu chất dinh dưỡng, nếu vi sinh vật phát triển mạnh tranh chấp chất dinh dưỡng với cây trồng, sẽ làm cho cây kém phát triển do thiếu thức ăn : đó là quá trình bất lợi cho việc hình thành năng suất. * Hấp thu cơ học: Trong đất có những khe hở do các hạt đất sắp xếp không khít nhau, hoặc có những mao quản. Khi các chất di chuyển chúng bị khe hở giữ lại. Nhờ đó, đất thu hút được nhiều chất dinh dưỡng và sinh vật có ích, không để cho nước cuốn trôi đi. * Hấp thu lý học: Dạng hấp thu này xảy ra trên bề mặt những hạt đất nhỏ (keo đất). Do năng lượng mặt ngoài của keo đất khá lớn làm cho đất có khả năng giữ lại trên bề mặt hạt keo những phân tử của nhiều chất khác nhau trong đất. Sự hấp thu này phụ thuộc vào diện tích bề mặt hạt keo. Diện tích bề mặt hạt keo càng lớn, sự hấp thu lí học càng mạnh. Phân tử các chất tan trong dung dịch đất bị keo đất hấp thu mạnh hơn các phân tử nước. Do đó, nồng độ dung dịch ở xung quanh hạt keo thường cao hơn so với những điểm xa keo đất. Trường hợp này xảy ra sự hấp thu phân tử dương, còn gọi là hấp thu lí học dương. Đó là cơ chế của sự hấp thu các chất hữu cơ như rượu, axit hữu cơ, bazơ hữu cơ và các chất cao phân tử. Theo K.K.Geđroit trong số các hợp chất vô cơ phức tạp trong đất, chỉ có các bazơ mới có thể hấp thu dương. Những chất vô cơ tan trong nước, trái lại có hiện tượng hấp thu âm. Hiện tượng hấp thu âm thường xảy ra khi có đất tiếp xúc với những dung dịch clorua, nitrat. Nhờ có hiện tượng hấp thu lí học âm mà các clorua và nitrat dễ di chuyển trong đất. Khi độ ẩm trong đất tăng thì các clorua và nitrat dễ di chuyển xuống lớp - - đất dưới. Vì vậy, khi bón phân nitrat hay đạm clorua thì Cl , NO3 dễ bị rửa trôi và Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 17
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất không có khả năng tích luỹ lại trong đất, do đó hiệu lực của phân clorua, nitrat bị giảm sút, ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. * Hấp thu hoá học: Nguyên nhân của sự hấp thu này là do trong đất có những phản ứng hóa học xảy ra, biến đổi một số chất tan thành dạng kết tủa ở lại trong phần rắn của đất. Ví dụ: Khi photphat một canxi tan tương tác với canxi hdrocacbonat trong đất, phản ứng sẽ tạo nên photphat 2 hoặc 3 canxi (không tan). Ca(H2PO4)2 + Ca(HCO3)2 = 2CaHPO4  + 2H2CO3 Ca(H2PO4)2 + 2Ca(HCO3)2 = 2Ca3(PO4)2  + 4H2CO3 Ở đất chua và đất đỏ có nhiều nhôm, sắt thì sự hấp thu hoá học của axit H3PO4 chủ yếu sẽ diễn ra theo hướng tạo thành sắt, nhôm photphat ít tan: Fe(OH)3 + H3PO4 = FePO4 + 3H2O Al(OH)3 + H3PO4 = AlPO4 + 3H2O Do đó, môi trường đất có ảnh hưởng rõ rệt đến sự hấp thu hoá học. Sự hấp thu này chỉ có lợi trong trường hợp đất có nhiều sắt, nhôm di động. Nhờ đó, cây không bị ngộ độc do hàm lượng cao của các ion này. Nhưng ở trường hợp trên, lân dễ tan chuyển thành dạng kết tủa, cây trồng sẽ thiếu lân. Hiệu suất của phân lân trong trường hợp này bị giảm sút. Sự hấp thu hoá học và lí học đều làm thay đổi trạng thái, nồng độ muối trong dung dịch đất. *Hấp phụ hoá lý (hấp phụ trao đổi): Sự tiếp xúc giữa phần rắn với dung dịch đất không những xảy ra hấp thu hoá học, hấp thu phân tử mà còn phổ biến diễn ra sự hấp phụ hoá lí có tầm quan trọng đặt biệt. Quá trình hấp phụ này thường được thể hiện rõ rệt nhất khi phần rắn hấp phụ trao đổi các ion. Đó là khả năng của các hạt đất nhỏ ( 0,0002 mm) phân tán, mang điện tích âm (được gọi là hạt keo có thành phần là chất vô cơ hoặc hữu cơ phức tạp) hút và giữ các cation trên bề mặt hạt keo, đồng thời có kèm theo sự tách một đương lượng các cation khác (Ca2+, Mg2+ ) từ bề mặt keo đất ra dung dịch. Chẳng hạn, khi xử lý đất đã bão hoà ion canxi bằng dung dịch kali clorua, các cation K+ từ dung dịch bị hấp phụ lên bề mặt keo đất và đồng thời từ bề mặt keo đất, một đương lượng Ca2+ được chuyển ra dung dịch. Nếu ký hiệu keo âm là [KĐn-], phản ứng trao đổi cation giữa keo đất với ion trong dung dịch, có thể viết: n- 2+ n- K [KĐ ]Ca + 2KCl [KĐ ] K + CaCl2 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 18
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất Trong trường hợp này diễn ra sự trao đổi cation nên người ta gọi dạng hấp phụ này là hấp phụ trao đổi cation. Hấp phụ trao đổi cation là quá trình chủ yếu trong các phản ứng diễn ra trong đất. Nó có ảnh hưởng lớn đến tính chất lí học, hoá lí của đất như: cấu tượng và khả năng đệm của đất. Do đó, nó có ý nghĩa đặc biệt đối với việc bón phân vào đất. Biến đổi hoá học của nhiều loại phân bón, nhất là phân kali và phân đạm dễ tan, phần lớn bị chi phối bởi quá trình hấp phụ trao đổi. Mỗi loại đất ở trạng thái tự nhiên thường có chứa một lượng nhất định các 2+ 2+ + + + + 3+ cation hấp phụ trao đổi như: Ca , Mg , H , Na , K , NH4 , Al Phần lớn các loại đất có chứa nhiều Ca2+, Mg2+. Một vài loại đất ở trạng thái + + + + hấp phụ có chứa một lượng lớn H và thường có ít Na , K , NH4 . Khi bón một muối tan vào đất (ví dụ: NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4Cl, NaNO3, KCl, K2SO4) các cation của muối trong dung dịch bị hấp phụ bởi các hạt đất có độ phân tán cao, đồng thời có một đương lượng cation đã bị đất hấp phụ từ trước được tách ra và đi vào dung dịch: n- n- NH 4 [KĐ ]Ca2+ + (NH4)2SO4 [KĐ ] + CaSO4 NH 4 n- n- Na [KĐ ]Ca2+ + 2NaNO3 [KĐ ] Na + Ca(NO3)2 [KĐn-]H+ + KCl [KĐn-]K+ + HCl Trong quá trình hấp phụ trao đổi cation, các hạt đất có độ phân tán cao (keo khoáng hoặc keo hữu cơ) có vai trò chủ yếu. 2.2.2. Tính chua, tính kiềm và phản ứng của dung dịch đất Phản ứng của dung dịch đất có ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển thực vật và vi sinh vật đất, đến tốc độ và chiều hướng của các quá trình sinh hoá, hoá học trong đất. Sự đồng hoá các chất dinh dưỡng của thực vật, hoạt động của vi sinh vật đất, sự khoáng hoá của các chất hữu cơ, quá trình phân huỷ các chất khoáng và sự hoà tan các hợp chất khó tan, việc kết tụ và phân tán keo và những quá trình hoá lí khác, phần lớn phụ thuộc vào phản ứng của đất. Nó cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phân bón trong đất. Mặt khác, phân bón có thể làm thay đổi phản ứng của dung dịch đất như axit hoá hoặc kiềm hoá dung dịch đất. Phản ứng của dung dịch đất phụ thuộc vào tỉ số ion H+ và OH-. Nồng độ ion H+ trong dung dịch được biểu thị bằng chỉ số pH (pH = -log[H+]). Bảng 2.2. Các loại phản ứng dung dịch đất (phân loại dựa vào nồng độ ion H+ - giá trị pH) Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 19
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất Phản ứng pH Nồng độ ion H+ (g/l) Chua mạnh 3 – 4 10-3 – 10-4 Chua 4 – 5 10-4 – 10-5 Ít chua 5 – 6 10-5 – 10-6 Trung tính 7 10-7 Kiềm yếu 7 – 8 10-7 – 10-8 Kiềm 8 – 9 10-8 – 10-9 Kiềm mạnh 9 - 11 10-9 – 10-11 Trong điều kiện tự nhiên, phản ứng dung dịch đất thường không vượt quá giới hạn pH = 4 ÷ 8. Phần lớn đất trồng cây lương thực, rau, hoa quả và cây công nghiệp ở nước ta là đất chua không thuận lợi cho sự phát triển thực vật và vi sinh vật có ích trong đất. Do đó, việc làm sáng tỏ bản chất độ chua của đất và nghiên cứu phương pháp khử chua là những vấn đề có ý nghĩa khá quan trọng. * Độ chua và nguyên nhân gây ra độ chua: Đất chua là đất có chứa nhiều H+ không những hiện tại có trong dung dịch đất mà chủ yếu là trên bề mặt keo đất ở trạng thái hấp phụ có nhiều H+ và Al3+. Dựa vào trạng thái tồn tại của H+ trong đất, người ta chia độ chua của đất thành 2 loại: độ chua hiện tại và độ chua tiềm tàng. - Độ chua hiện tại: là độ chua của dung dịch đất, gây nên do nồng độ của ion H+ cao hơn so với ion OH-. Độ chua hiện tại có ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của thực vật và vi sinh vật đất. Nguyên nhân gây ra độ chua hiện tại là do trong đất thường xuyên có sự hình thành khí CO2. Khí CO2 hoà tan vào dung dịch đất tạo ra H2CO3, phân ly thành ioh + - H và HCO3 . Nồng độ CO2 trong phần khí của đất càng cao, hoà tan vào dung dịch đất càng nhiều, dung dịch càng bị axit hoá. Song một phần axit cacbonic được tạo ra bị trung hoà bởi bazơ hấp phụ (Ca2+, Mg2+, Na+) và canxi, magie cacbonat trong đất: CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 20
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất H 2+ 2 KĐ ]Ca + 2H2CO3 = KĐ  H + Ca(HCO3) Ngoài ra, dung dịch còn bị axit hoá bởi các axit hữu cơ tan và cả muối nhôm thuỷ phân tạo thành axit và bazơ yếu. Vậy, độ chua hiện tại là độ chua của dung dịch đất tạo nên bởi axit cacbonic, các axit hữu cơ tan trong nước và các muối axit thuỷ phân. Độ chua hiện tại được xác định bằng cách đo pH nước chiết của đất. - Độ chua tiềm tàng: được phân thành độ chua trao đổi và độ chua thuỷ phân. Độ chua trao đổi: Ngoài độ chua hiện tại, đất còn có độ chua tiềm tàng tạo nên sự có mặt của ion H+ hoặc ion Al3+ ở trạng thái hấp phụ. Một số ion H+ ở trạng thái hấp phụ có thể tách ra từ dung dịch do trao đổi với các cation của muối trung tính. Chẳng hạn, khi xử lí đất bằng dung dịch KCl, cation K+ bị hấp phụ bởi đất và ion H+ từ trạng thái hấp phụ chuyển ra dung dịch: KĐ ]H+ + KCl = KĐ ]K+ + HCl Các ion H+ được tách ra làm cho dung dịch đất bị axit hoá. Ngoài ion H+ ở trạng thái hấp phụ, ở các loại đất chua còn có Al3+ hấp phụ cũng có thể chuyển ra dung dịch, khi đất tương tác với các muối trung tính. K+ 3+ + KĐ ]Al + 3KCl = KĐ K + AlCl3 K+ Trong dung dịch, nhôm clorua bị thuỷ phân tạo ra bazơ yếu và axit mạnh AlCl3 + 3H2O = Al(OH)3 + 3HCl Do đó, độ chua trao đổi là độ chua tạo nên bởi các ion H+, Al3+ từ đất tách ra dung dịch, khi xử lý đất bằng dung dịch muối trung tính. Do đó độ chua có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, khi bón một lượng lớn phân vô cơ tan vào đất. Lúc này, độ chua tiềm tàng chuyển thành độ chua hiện tại và trực tiếp ảnh hưởng âm đến sự phát triển của cây trồng và vi sinh vật có mẫn cảm với độ chua. Đặc biệt Al3+ chuyển vào dung dịch sẽ gây độc cho nhiều loại cây trồng. Do đó việc bón vôi vào đất chua cần thiết không chỉ để đảm bảo trung hoà độ chua hiện tại mà còn cả độ chua trao đổi. Người ta xác định độ chua trao đổi bằng cách xử lí lượng cân đất bằng dung dịch KCl 1N. Sau đó đo giá trị pH của nước chiết bằng phương pháp so màu hoặc chuẩn độ nước chiết bằng kiềm và biểu diễn giá trị độ chua trao đổi (pHKCl) bằng số mđlg/100g đất. Trong giá trị của độ chua trao đổi bao gồm cả độ chua hiện tại. Do đó, độ chua trao đổi của đất thường lớn hơn độ chua hiện tại. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 21
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất Độ chua thuỷ phân: Khi xử lý đất bằng dung dịch muối trung tính thì không thể tách được toàn bộ ion H+ ở trạng thái hấp phụ ra dung dịch, nên độ chua trao đổi chưa thể hiện được toàn bộ độ chua tiềm tàng. Các ion H+ ở trạng thái hấp phụ có thể tách hoàn toàn hơn, khi xử lý đất bằng dung dịch muối kiềm thuỷ phân, (chẳng hạn, natri axetat CH3COONa 1N). Trong nước, muối này bị thuỷ phân tạo ra axit axetic phân li yếu và bazơ mạnh, do đó dung dịch trở nên kiềm (pH 8,5) + - CH3COONa + H2O CH3COOH + Na + OH Phản ứng kiềm của dung dịch muối này chính là nguyên nhân chủ yếu để tách ion H+ hoàn toàn hơn khỏi trạng thái hấp phụ trên bề mặt keo đất. + Khi dung dịch CH3COONa tương tác với keo đất, các ion H từ bề mặt keo đất + + - trao đổi với Na . Các ion H đi ra dung dịch và liên kết với ion OH để tạo H2O. + + - + [KĐ]H + CH3COOH + Na + OH [KĐ]Na + CH3COOH + H2O Đất hấp phụ ion Na+ càng nhiều và ion OH- trong dung dịch được liên kết với + ion H càng nhiều thì cân bằng của phản ứng thuỷ phân CH3COONa càng chuyển dịch sang phải. Do vậy, axit axetic được tạo ra càng lớn. Có thể xác định lượng axit axetic trong dung dịch bằng chuẩn độ với kiềm. Dạng độ chua này được thể hiện nhờ các muối kiềm thuỷ phân, nên được gọi là độ chua thuỷ phân. Dưới tác dụng của muối trung tính (khi xác định độ chua trao đổi) chỉ có một phần ion H+ trên bề mặt keo đất được tách ra. Các ion H+ còn lại trên bề mặt keo đất không tham gia vào phản ứng trao đổi này. Còn dưới ảnh hưởng dung dịch + kiềm của CH3COONa (khi xác định độ chua thuỷ phân), các ion H ở phức hệ hấp phụ (keo đất) được tách ra hoàn toàn hơn. Vì thế, độ chua nhận được khi xử lý đất bằng dung dịch CH3COONa lớn hơn độ chua trao đổi. Độ chua thuỷ phân được biểu thị bằng số mđlg trong 100g đất. Tuy nhiên, đôi khi kết quả xác định độ chua thuỷ phân nhỏ hơn độ chua trao đổi. Có thể giải thích là do một vài loại đất có nhiều keo dương (đất đỏ) có khả năng hấp phụ các anion của axit axetic và trao đổi bằng ion OH- của keo dương, vì vậy mà độ chua của nước chiết giảm đi. Trong trường hợp này, sử dụng phương pháp thường dùng để xác định độ chua thuỷ phân là không thuận lợi. Nói chung, độ chua thuỷ phân có giá trị gần đúng với độ chua tiềm tàng của đất, nên nó là một cơ sở quan trọng cho việc giải quyết nhiều vấn đề thực tế sử dụng phân bón. * Độ kiềm của đất: Ngoài đất chua, còn có những loại đất có giá trị pH cao (pH>7): đất kiềm. Phản ứng của loại đất này cũng không thuận lợi cho sự phát triển của thực vật và Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 22
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất vi sinh vật đất. Những đất có chứa nhiều Na+ ở trạng thái hấp phụ (KĐ]Na+) thuộc vào loại đất kiềm. Sự có mặt của nhiều ion Na+ trong số các cation trao đổi có liên quan với tính mặn của đất do các muối natri (ví dụ: NaCl, Na2SO4, Na2CO3). Trong dung dịch các đất kiềm thường có chứa Na2CO3, NaHCO3, do đó pH>8, nên phản ứng của loại đất này không thuận lợi cho đa số cây trồng. Sự hình thành Na2CO3 trong dung dịch đất có thể giải thích bằng phản ứng trao đổi giữa Na+ với dung dịch axit cacbonic trong đất: Na H KĐ  Na + H2CO3 KĐ  H + Na2CO3 Tuỳ thuộc vào hàm lượng Na+ hấp phụ và có thể trao đổi trong đất, người ta phân loại đất kiềm như sau: - Đất solonet có hàm lượng Na+ trao đổi > 20% - Đất thuộc loại solonet 10- 20% - Đất thuộc loại solonet yếu 5- 10% - Đất không thuộc loại solonet . < 5% Đất có chứa một lượng lớn ion Na+ trao đổi (trên 5% so với dung lượng hấp phụ) thường gây ra những ảnh hưởng xấu đến các tính chất lí học, làm giảm năng suất cây trông và gây khó khăn cho việc cày bừa, làm đất. 2.2.3. Tính chất đệm của đất. Phản ứng của dung dịch đất hay nói một cách khác là độ chua kiềm không phải là một đại lượng không đổi. Trong đất còn có quá trình lí, hoá học và sinh học tạo ra axit hoặc bazơ và dẫn đến thay đổi phản ứng của dung dịch đất. Sự giải phóng axit cacbonic trong quá trình hô hấp của rễ, sự tạo thành axit nitric do quá trình nitrat hoá và những sản phẩm khác của axit trong quá trình sinh sống của vi sinh vật gây ra sự axit hoá dung dịch đất. Phản ứng của dung dịch đất cũng bị thay đổi dưới ảnh hưởng của việc sử dụng phân bón. Chẳng hạn, khi bón những phân sinh lí chua (NH4Cl, (NH4)2SO4 vv ) dung dịch đất bị axit hoá, còn khi sử dụng phân sinh lí kiềm (NaNO3, Ca(NO3)2) lại diễn ra sự trung hoà độ chua hoặc kiềm hoá dung dịch đất. Khi bón có hệ thống các phân sinh lí chua hoặc sinh lí kiềm, phản ứng của dung dịch đất có thể bị thay đổi đáng kể và có ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng và vi sinh vật đất. Song, sự thay đổi phản ứng của môi trường đất dưới tác dụng của những yếu tố trên, ở các loại đất khác nhau lại diễn ra không hoàn toàn như nhau. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 23
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất Đối với các loại đất này thì ít thay đổi, đối với các loại đất khác lại biến đổi nhiều hơn. Khả năng của đất chống lại sự thay đổi phản ứng của dung dịch đất về phía axit hoặc kiềm được gọi là khả năng đệm của đất. Nói chung, khả năng đệm của đất phụ thuộc vào tính đệm của phần rắn và phần lỏng của đất. Tính đệm của dung dịch đất là do các axit yếu (H2CO3, axit hữu cơ tan) và muối của chúng. Axit yếu (chẳng hạn H2CO3) phân li không hoàn toàn, do đó trong dung dịch phần lớn axit yếu còn ở dạng phân tử ít phân li và chỉ có một lượng nhỏ được phân li + - H2CO3 H + HCO3 Nếu trong dung dịch đất có chứa axit cacbonic, khi có kiềm xuất hiện thì ion OH- sẽ liên kết với ion H+ tạo ra các phân tử điện li yếu, cân bằng được chuyển dịch và các phân tử axit yếu phân li thêm. Các ion H+ tạo ra sẽ liên kết với ion OH- của kiềm và pH của dung dịch sẽ bị thay đổi. Do đó, axit yếu của dung dịch đất có khả năng chống lại sự kiềm hoá dung dịch. Chẳng hạn, khi bón phân sinh lí kiềm canxi nitrat trong đất, sẽ có Ca(OH)2 tạo thành. Tác dụng với axit cacbonic cho canxi cacbonat không tan và sẽ hạn chế phản ứng kiềm hoá dung dịch: Ca(OH)2 + H2CO3 = CaCO3 + 2H2O Dung dịch đất, có hỗn hợp axit yếu và muối của nó (chẳng hạn H2CO3 và Ca(HCO3)2 sẽ đệm, hay nói một cách khác là sẽ có khả năng chống lại axit hoá. 2+ - Muối của axit yếu phân li gần hoàn toàn Ca(HCO3)2 = Ca + 2HCO3 ). Vì sự phân li của axit yếu, ví dụ H2CO3 , không hoàn toàn, nên theo định luật tác dụng khối lượng , ta có: H .HCO3  H 2CO3  K H  K. H 2CO3  HCO3  Theo hệ thức trên, sự phân li của axit H2CO3 phụ thuộc vào lượng trong dung - dịch. Sự phân li sẽ giảm khi nồng độ anion HCO3 tăng. Khi dung dịch có chứa - đồng thời H2CO3 và Ca(HCO3)2, nồng độ anion HCO3 chủ yếu phụ thuộc vào lượng Ca(HCO3)2. Do đó, sự có mặt các muối này trong dung dịch sẽ tạo nên một - + lượng lớn anion HCO3 , cản trở sự phân li của axit , một phần các ion H từ trạng thái phân li sẽ chuyển về trạng thái không phân li và nồng độ H+ trong dung dịch càng giảm, khi nồng độ muối càng cao. Nếu trong dung dịch đất chứa H2CO3 và Ca(HCO3)2 lại xuất hiện axit nitric (do quá trình nitrat hoá) axit nitric sẽ tác dụng + với Ca(HCO3)2 tạo ra axit yếu ít phân li (H2CO3), có nghĩa là các ion H liên kết - với các anion HCO3 chuyển thành trạng thái không phân li. Như vậy, trong dung dịch tạo nên muối trung tính và axit yếu, vì vậy pH của dung dịch ít bị thay đổi do dung dịch có tác dụng đệm đối với sự axit hoá của axit nitrric. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 24
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất 2+ - + - 2+ - Ca + 2HCO3 + 2H + 2NO3 = Ca + 2NO3 + 2H2CO3 Hệ đệm gồm axit hữu cơ và muối của chúng cũng có tác dụng đệm tương tự: (RCOO)2Ca + 2HNO3 = 2R-COOH + Ca(NO3)2 axit hữu cơ phân li yếu 2RCOOH + Ca(OH)2 (RCOO)2Ca + 2H2O Khả năng đệm của đất không chỉ phụ thuộc vào thành phần của dung dịch đất mà còn phụ thuộc vào tính chất phần rắn của đất. Vai trò đệm của dung dịch đất, trong khả năng đệm nói chung của đất thường rất nhỏ. Phần rắn, chủ yếu là phần keo của nó, là yếu tố đệm mạnh nhất trong đất. Do đó, khả năng đệm của đất chủ yếu phụ thuộc vào thành phần các cation trao đổi ở phức hệ hấp phụ của đất. Dung lượng hấp phụ của đất càng lớn, khả năng đệm của nó càng cao. Các ion bazơ hấp phụ (Ca2+, Mg2+ ) có tác dụng đệm đối với sự axit hoá. Nếu đất đã bão hoà bazơ, khi có axit xuất hiện (ví dụ, bón phân + amoni sunfat thì xuất hiện H2SO4) thì những ion H của axit sẽ trao đổi với các cation của phức hệ hấp phụ (H+ chuyển vào trạng thái hấp phụ) dung dịch có muối trung tính, và phản ứng của dung dịch đất ít bị thay đổi. Ca2+ H+ 2+ + 2- + KĐ Ca + 2H + SO4 KĐ H + CaSO4 Mg2+ Ca2+ Mg2+ Độ bão hoà bazơ và dung lượng hấp phụ càng lớn, đất càng có khả năng chống sự axit hoá. Các cacbonat (CaCO3 và MgCO3) cũng làm yếu sự axit hoá dung dịch đất vì chúng trung hoà axit và tạo ra bicacbonat: 2CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + Ca(HCO3)2 Vì vậy, đất được bão hoà bazơ có khả năng đệm rất cao đối với axit. Còn đất không bão hoà bazơ có chứa nhiều Al3+ và H+ ở trạng thái hấp phụ, có khả năng đệm cao đối với sự kiềm hoá. Khi bón vôi vào đất này, các cation của nó được hấp phụ và trao đổi với các ion H+: H+ Ca2+ + KĐ H + Ca(OH)2 = KĐ + 2H2O Ca2+ Ca2+ Độ chua thuỷ phân của đất càng lớn, khả năng đệm chống lại phản ứng kiềm hoá càng lớn. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 25
Simpo PDF Merge and Split UnregisteredChương2 Version – Thành - phần và các tính chất nông hoá của đất Khả năng của đất chống lại sự thay đổi phản ứng của dung dịch đất có ý nghĩa lớn khi bón phân vô cơ. Đất có khả năng đệm thấp (đất cát và đất cát pha) khi bón nhiều phân sinh lí chua có thể có sự thay đổi mạnh phản ứng về phía axit và ảnh hưởng bất lợi đến sự phất triển thực vật và vi sinh vật đất. Đất có thành phần cơ giới nặng và giàu mùn, có dung lượng hấp phụ cao và do đó có tác dụng đệm lớn, phản ứng dung dịch ít thay đổi, ngay cả khi bón có hệ thống các phân khoáng chua hoặc kiềm. Đất có độ bão hoà bazơ cao sẽ có khả năng đệm tốt với sự axit hoá, còn đất có độ bão hoà bazơ thấp sẽ có khả năng chống sự kiềm hoá dung dịch. Việc bón phân hữu cơ kết hợp với vôi có hệ thống sẽ nâng cao dung lượng hấp phụ và độ bão hoà bazơ, do đó cũng làm tăng khả năng đệm của đất. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 26
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương3 - – Các phương pháp nông hoá cải tạo đất CHƯƠNG 3 – CÁC PHƯƠNG PHÁP NÔNG HOÁ CẢI TẠO ĐẤT 3.1. Phương pháp cải tạo đất chua Ở nước ta, đất chua chiếm một diện tích khá lớn. Loại đất này thường chứa nhiều ion H+, Al3+ và chỉ có một lượng nhỏ cation Ca2+, Mg2+ ở trạng thái hấp phụ. Một lượng lớn ion H+, Al3+ ở phức hệ hấp phụ sẽ làm cho tính chất sinh học, lí học và hoá lí của đất trở nên giảm sút. Để cải tạo đất chua, cần phải kết hợp phương pháp hoá học với các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp, được gọi là phương pháp nông hoá. Qua nhiều nghiên cứu cho thấy, thành phần các cation hấp phụ có ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất đất và sự phát triển của thực vật. Trong số các cation hấp phụ, canxi có vai trò đặc biệt quan trọng. Nhiều tính chất nông hóa của đất, sinh trưởng và phát triển của cây trồng phần lớn phụ thuộc vào độ bão hòa canxi phức hệ hấp phụ của đất. Các phương pháp hóa học cải tạo đất chua đều dựa trên cơ sở thay đổi thành phần cation hấp phụ ở các loại đất này, chủ yếu bằng cách đưa canxi vào phức hệ hấp phụ đất. Do vậy, bón vôi là biện pháp cơ bản để trung hòa độ chua và nâng cao độ phì nhiêu cho đất. 3.1.1. Quan hệ của cây trồng và vi sinh vật với phản ứng của đất. Ảnh hưởng độ chua của đất đến cây trồng. Đa số cây trồng và vi sinh vật đất phát triển tốt ở phản ứng trung tính hoặc ít chua (pH = 6 → 7). Phản ứng kiềm hoặc chua quá sẽ gây ảnh hưởng âm đến sự phát triển của chúng. Các cây trồng khác nhau đòi hỏi phản ứng môi trường có khoảng pH nhất định để sinh trưởng và phát triển thuận lợi. Bảng 3.1. Khoảng pH thích hợp của một số loại cây trồng Cây trồng Khoảng pH thích hợp Cây trồng Khoảng pH thích hợp Lúa 5,0 – 6,3 Ngô 6,2 – 7,2 Bông 6,8 – 7,5 Sắn 5,5 – 6,5 Khoai 5,7 – 6,7 Mía 6,5 – 7,5 Lạc 6,0 – 7,2 Chè 4,5 – 6,5 Cà phê 3,5 – 7,5 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 27
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương3 - – Các phương pháp nông hoá cải tạo đất Độ chua cao của dung dịch đất trước hết làm giảm sự phát triển của rễ và hạn chế khả năng hút chất dinh dưỡng của nó, do gây ra tác dụng âm đến trạng thái hóa lí của màng nguyên sinh tế bào rễ. Do đó, thực vật sử dụng được ít chất dinh dưỡng của đất và phân bón. Phản ứng dung dịch đất ảnh hưởng đến sự hút các cation, anion của thực vật. Ở phản ứng kiềm, sự đồng hóa các anion của thực vật bị giảm sút, còn ở phản ứng chua thì ngược lại, khả năng của thực vật hấp phụ các cation 2+ 2+ + + Ca , Mg , NH4 , K , cũng bị cản trở. Phản ứng của dung dịch đất cũng ảnh hưởng đến sự trao đổi gluxit, protit trong thực vật: ở phản ứng chua, quá trình tổng hợp protit bị yếu đi, tổng số hàm lượng protit và nitơ trong thực vật cũng bị giảm, còn lượng nitơ phi protit lại tăng lên, quá trình chuyển hóa các monosaccarit thành các hợp chất hữu cơ phức tạp cần thiết cũng trở nên khó khăn. Độ chua của đất còn gây nên những ảnh hưởng xấu đến đất: ion H+ sau khi tách Ca2+ từ mùn đất làm cho độ phân tán keo mùn tăng lên và dễ bị rửa trôi. Sự bão hòa các hạt keo khoáng bằng ion H+ dần dần gây ra sự phá hủy keo. Do đó, độ chua cao có ảnh hưởng xấu đến tính chất hóa học, hóa lí và cấu trúc của đất. Các vi sinh vật đất cũng có mối liên quan với độ chua của đất. Thông thường, vi sinh vật có ích (như vi sinh vật nitrat hóa, cố định nitơ) đòi hỏi khoảng pH thích hợp là 6,5 – 7,8. nếu pH < 4 – 4,5, nhiều vi sinh vật có ích hoàn toàn không phát triển được. Do đó, ở đất chua, việc cố định nitơ của không khí bị giảm sút rõ rệt, sự khoáng hóa hợp chất hữu cơ bị chậm lại, quá trình nitrat hóa bị cản trở, nên thực vật thiếu điều kiện cần thiết cho quá trình dinh dưỡng nitơ. 3.1.2. Tác dụng của vôi với đất. CaCO3 trong đá vôi thực tế không tan trong nước nguyên chất, nhưng trong nước có chứa axit cacbonic thì tính tan của nó tăng lên rõ rệt (tăng khoảng 60 lần). Khi bón CaCO3 vào đất, dưới ảnh hưởng của axit cacbonic có trong dung dịch đất, CaCO3 hoặc MgCO3 biến đổi dần thành dạng bicacbonat. CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2 Ca(HCO3)2 là muối kiềm thủy phân: Ca(HCO3) + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2O + 2CO2 2+ - Ca(OH)2 Ca + 2OH - 2+ Trong dung dịch đất chứa Ca(HCO3)2, nồng độ ion OH và Ca tăng lên. Các ion Ca2+ tách những ion H+ từ phức hệ hấp phụ và độ chua được trung hòa. H+ Ca2+ + KĐ H + Ca(OH)2 → KĐ + 2H2O H+ H+ Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 28
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương3 - – Các phương pháp nông hoá cải tạo đất Đá vôi cũng tương tác với axit humic, các axit hữu cơ khác trong đất chua và axit nitric do quá trình nitrat hóa tạo ra, trung hòa các axit đó: 2RCOOH + CaCO3 → (RCOO)2Ca + H2O + CO2 2HNO3 + CaCO3 → Ca(NO3)2 + H2O + CO2 Khi bón đủ lượng đá vôi có thể khử được độ chua hiện tại, độ chua trao đổi và độ chua thủy phân cũng giảm đi đáng kể, đồng thời hàm lượng Ca2+ trong dung dịch đất và độ bão hòa bazơ của đất cũng được tăng lên. Ngoài đá vôi, người ta còn dùng Ca(OH)2 để khử chua. Khi dùng đá vôi hay đolomit cần phải nghiền nhỏ ( 5,5 Đất không cần bón vôi Tuy nhiên phản ứng của dung dịch đất không chỉ phụ thuộc vào độ chua mà còn phụ thuộc vào độ bão hòa bazơ của đất. Do đó, mức độ chua của đất là một căn cứ quan trọng chứ không phải là một chỉ số duy nhất đặc trưng cho nhu cầu bón vôi của đất. Khi xác định nhu cầu bón vôi, cần phải tính đến cả hàm lượng các hợp chất di động của nhôm, mangan, độ bão hòa bazơ của đất và thành phần cơ giới của nó. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 29
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương3 - – Các phương pháp nông hoá cải tạo đất Bảng 3.3. Nhu cầu bón vôi tùy thuộc vào độ bão hòa bazơ Độ bão hòa bazơ Nhu cầu bón vôi 70% Ít cần (nhu cầu thấp) > 80% Không cần bón vôi Ở các giá trị pH bằng nhau, đất nào có độ bão hòa bazơ lớn hơn thì ít cần bón vôi hơn. Loại đất có thành phần cơ giới nặng cần được bón vôi nhiều hơn đất cơ giới nhẹ. Nhu cầu bón vôi có thể được xác định khá chính xác bằng cách đồng thời tính đến giá trị pHKCl, độ bão hòa bazơ và thành phần cơ giới của đất. Bảng 3.4. Nhu cầu bón vôi dựa vào tính chất đất Nhu cầu bón vôi Đất Rất cần Cần Ít cần Không cần pH V% pH V% pH V% pH V% 6,0 >70 Đất á sét nặng và 5,5 >75 trung bình 5,0 >80 6,0 >65 Đất á sét nhẹ 5,5 >70 5,0 >75 6,0 >55 Đất cát và pha cát 5,5 >60 5,0 >65 Than bùn và than 4,8 >65 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 30
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương3 - – Các phương pháp nông hoá cải tạo đất Do ảnh hưởng của các quá trình tiến hành trong đất và của phân bón nên phản ứng của đất sẽ bị thay đổi, vì vậy theo chu kỳ (sau 4 – 5 năm) việc phân tích nông hóa phải được tiến hành lại để lập lại sơ đồ độ chua cho chính xác hơn. 3.1.4. Lượng vôi cần bón. Lượng vôi cần thiết để làm giảm độ chua cao của lớp đất trồng trọt cho đến phản ứng ít chua (pH nước chiết bằng nước: 6,2 – 6,5; pH nước chiết bằng muối: 5,6 – 5,8), thuận lợi cho đa số cây trồng và vi sinh vật có ích, được gọi là lượng vôi đầy đủ hoặc tiêu chuẩn. Lượng vôi này phụ thuộc vào các độ chua của đất. Có thể xác định lượng vôi đầy đủ một cách chính xác hơn bằng cách dựa vào độ chua thủy phân. Có thể tính lượng vôi (ra tấn CaCO3 đối với 1ha) như sau: Lượng CaCO3 = H . 1,5 Trong đó, H là giá trị độ chua thủy phân (mđlg/100g đất). Qua nghiên cứu cho thấy,để đạt được phản ứng của đất đến phản ứng ít chua chỉ cần khử 2/3 giá trị độ chua thủy phân. Do đó, trong nhiều trường hợp chỉ cần bón 2/3 lượng vôi tính theo độ chua thủy phân tiêu chuẩn. Nếu sử dụng phân vôi không phải là CaCO3 mà là MgCO3 hoặc CaO, Ca(OH)2 thì khi tính lượng vôi phải nhân với hệ số sau: 0,84 đối với MgCO3; 0,74 đối với Ca(OH)2; 0,56 đối với CaO. Khi sử dụng các nguyên liệu vôi, trong đó có tạp chất, cần phải hiệu chỉnh theo công thức sau: Lượng CaCO3 . 100 % CaCO3 trong nguyên liệu Ví dụ: lượng CaCO3 tìm được theo độ chua của đất bằng 4 tấn CaCO3, nếu 4.100 dùng đá vôi chứa 80% CaCO3 thì lượng đá vôi cần lấy là: 5 tấn/1ha 80 Lượng vôi cũng có thể xác định gần đúng theo giá trị pHKCl và thành phần cơ giới của đất. Bảng 3.5. Sự phụ thuộc của lượng vôi vào pHKCl và thành phần cơ giới của đất pHKCl Đất 4,5 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4 – 5,6 Lượng CaCO3 (tấn/1ha) Cát pha và á sét nhẹ 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 2,0 Á sét trung bình và nhẹ 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 31
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương3 - – Các phương pháp nông hoá cải tạo đất (Lượng vôi trong bảng trên xấp xỉ bằng 75% độ chua thủy phân của đất.) 3.2. Phương pháp cải tạo đất kiềm (đất solonet và đất thuộc loại solonet) Đối với loại đất kiềm, thông thường người ta thường bón thạch cao. Phản ứng giữa đất kiềm với thạch cao: Na+ Na+ Ca2+ + 2+ KĐ Na + 2CaSO4 → KĐ Ca + 2Na2SO4 Na+ Ca2+ Ca2+ Sự thay thế Na+ bằng Ca2+ ở lớp ion bù của keo đất này ngăn cản được khả năng tạo sôđa và làm cho pH giảm xuống. Ngoài ra, trong dung dịch đất còn diễn ra phản ứng giữa thạch cao với sôđa: Na2CO3 + CaSO4 = Na2SO4 + CaCO3 Để tránh sự hóa mặn đất do các sản phẩm phản ứng (Na2SO4), việc bón thạch cao hợp lý thường kết hợp với biện pháp rửa mặn. * Lượng thạch cao cần bón: Để trung hòa lượng kiềm, người ta phải bón vào đất một lượng thạch cao đủ để thay thế lượng dư Na+ hấp phụ bằng Ca2+. Có thể xác định lượng thạch cao cần bón tùy thuộc vào hàm lượng Na+ hấp thụ theo công thức sau: Lượng CaSO . 2H O (tấn/ha) = 0,086 (Na – 0,05T) H.d 4 2 Trong đó: 0,086 là 1mđlg CaSO4.2H2O (gam). H là độ sâu của lớp đất cải tạo (cm). d là khối lượng riêng của lớp đất cải tạo. Na là tổng lượng Na+ trao đổi (mđlg/100g đất). T là dung lượng hấp phụ trao đổi của lớp đất cần cải tạo (mđlg/100g đất). Các nguyên liệu thạch cao (thạch cao thô ngậm nước, phôtpho thạch cao) dùng để bón cho đất chứa lượng CaSO4 khác nhau, do đó để cung cấp lượng CaSO4 cần thiết phải dùng những lượng nguyên liệu khác nhau, tính theo hàm lượng CaSO4 trong đó, được xác định theo công thức sau: Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 32
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương3 - – Các phương pháp nông hoá cải tạo đất Lượng CaSO4.2H2O . 100 CaSO4.2H2O trong nguyên liệu thạch cao sử dụng 3.3. Phương pháp cải tạo đất mặn 3.3.1. Nguồn gốc sự hình thành đất mặn Đất mặn là loại đất chứa nhiều muối tan (1 – 1,5% hoặc cao hơn), nhất là ở lớp đất mặt. Những loại muối tan trong đất mặn thường là: NaCl, Na2SO4, NaHCO3, CaCl2, CaSO4, MgCl2 Nguồn gốc của các muối này có thể khác nhau: từ lục địa, từ biển hoặc từ sinh vật Nói chung, nguồn gốc ban đầu của chúng xuất phát từ thành phần khoáng của nham thạch núi lửa. Nhờ quá trình phong hoá, các khoáng đó bị phân huỷ thành muối tan, di chuyển, tập trung ở những vùng có địa hình trũng, không thoát nước. Ở các miền nhiệt đới mưa nhiều như nước ta, do sự phong hoá thổ nhưỡng xảy ra mãnh liệt, nên các loại muối, kể cả những loại muối khó tan như CaCO3, CaSO4 cũng bị hoà tan và có điều kiện tích luỹ sẽ hình thành nên đất mặn. Ở miền nhiệt đới có đất mặn có nguồn gốc biển thì thành phần muối tương tự như thành phần muối có trong nước biển. Ở các vùng khô hạn, các muối khó tan thường ở lại trong đất, chỉ có những muối dễ tan mới bị hoà tan, nhưng vì khô hạn nên dung dịch muối không di chuyển ra mà tích luỹ ở nơi trũng, dưới dạng nước ngầm. Ở những vùng này vì khô hạn và mực nước ngầm nông, muối được di chuyển và tập trung lên lớp đất mặt, do sự bốc hơi và thoát hơi nước, nên có nơi muối được tập trung lên mặt đất thành lớp muối trắng. Như vậy, sự hình thành đất mặn là do kết quả tác động của nhiều yếu tố: mẫu thổ chứa nhiều muối tan, địa hình trũng không thoát nước, mực nước ngầm chứa muối gần mặt đất, khí hậu khô hạn 3.3.2. Các loại đất mặn Căn cứ vào quá trình phát sinh, tính chất vật lí, hoá học và sinh học, người ta chia đất mặn thành 3 loại chính: đất solonsac, solonet và đất solot (Kopda, 1950). * Đất solonsac: Loại đất này hình thành do quá trình tích luỹ muối có hàm lượng muối cao (1 – 1,5%) có khi tạo nên lớp muối trắng trên mặt đất. Vì vậy, người ta còn gọi loại đất này là đất kiềm trắng. Đất solonsac thường có phản ứng trung tính hoặc kiềm yếu. Đất solonsac điển hình rất mặn, cây trồng không thể sinh trưởng và phát triển được. * Đất solonet: Loại đất này được hình thành từ đất solonsac do quá trình thoát mặn, có nghĩa là đất solonsac được rửa mặn một cách tự nhiên hoặc nhân tạo. Đất này thường có phản ứng kiềm hoặc rất kiềm (pH = 8 – 12). Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 33
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương3 - – Các phương pháp nông hoá cải tạo đất * Đất solot: loại đất này được hình thành do đất solonet bị rửa mặn mãnh liệt. Trong quá trình này, ion Na+ ở keo đất bị thay thế bởi H+. Do đó, đất solot thường có phản ứng chua. 3.3.3. Đặc điểm của đất mặn và ảnh hưởng của hàm lượng cao của muối tan đến sinh trưởng, phát triển của cây trồng. Do có chứa một lượng muối tan cao, đất mặn thường có những tính chất lý học, hoá học, sinh học không thích hợp với sinh trưởng, phát triển của cây trồng. Khi khô, đất nứt nẻ, khi ướt, đất bị dính bết, hạt đất trương mạnh bịt kín các khe hở làm cho đất trở nên không thấm nước. Ở nước ta, đất mặn có phản ứng trung tính, kiềm yếu, có khi hơi chua. Ở vùng khô hạn, đa số đất mặn có phản ứng kiềm hoặc rất kiềm, có khi pH đất tới 11 – 12. Ở độ pH này, không loại cây trồng nào có thể sinh trưởng được. Ảnh hưởgn xấu của đất mặn đối với cây trồng, tước hết là do áp suất thẩm thấu cao của dung dịch đất. Áp suất này thay đổi tỉ lệ thuận với nồng độ muối tan. Khi áp suất của dung dịch đất từ 10 – 12at, cây bị chết. Ngoài ra, cây còn bị tác dụng độc do nồng độ cao của các ion. Các ion thường thấy trong đất mặn và kiềm - 2- - + 2+ mặn là Cl , SO4 , HCO3 , Na , Mg 3.3.4. Biện pháp nông hoá cải tạo đất mặn. Đất mặn có độ phì nhiêu tiềm tàng khá cao, nhưng do chứa nhiều muối tan, nên phần lớn không trồng trọt được hoặc trồng trọt không có năng suất cao. Vì vậy, đất mặn được coi là nguồn tài nguyên tiềm tàng cần được cải tạo. Có thể dùng nhiều biện pháp cải tạo khác nhau như rửa mặn (biện pháp thuỷ lợi), trồng các loại cây có khả năng chống chịu mặn (biện pháp sinh học) hoặc biện pháp nông hoá Cơ sở của biện pháp nông hoá cải tạo đất mặn là xuất phát từ bản chất của đất mặn có chứa nhiều ion Na+ không những trong dung dịch đất dưới dạng muối tan như NaCl, NaHCO3, Na2SO4 (đất solonsac) mà còn tiềm tàng trên bề mặt của phức hệ hấp phụ có thể trao đổi (đất solonet). Hàm lượng ion Na+ cao gây nên nhiều ảnh hưởng xấu đến tính chất vật lý, hoá học và sinh học, do đó ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây trồng, cần được cải tạo bằng cách loại trừ và thay thế ion Na+ bằng Ca2+. * Cải tạo độ kiềm của đất, thay thế Na+ bằng Ca2+: Để cải tạo đất kiềm mặn, người ta thường bón các hợp chất của canxi, có phản ứng kiềm như thạch cao, phôtpho thạch cao. Phản ứng ở đất kiềm mặn khi bón thạch cao cũng diễn ra tương tự như ở đất kiềm. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 34
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương3 - – Các phương pháp nông hoá cải tạo đất + Nếu đất kiềm mặn giàu CaCO3 cần phải bón vào đất những chất tạo ra H , để chuyển Ca2+ ở dạng không tan thành dạng tan có thể trao đổi với Na+. Ví dụ, có thể bón lưu huỳnh, pirit, nhôm sunfat, sắt sunfat. Phản ứng giữa lưu huỳnh hoặc pirit với đất có vi sinh vật như sau: 2S + 3O2 2SO3 SO3 + H2O H2SO4 Với pirit: 2FeS2 + 7O2 + 2H2O 2FeSO4 + 2H2SO4 Axit H2SO4 được hình thành trong đất mặn kiềm (giàu CaCO3) sẽ phản ứng với CaCO3: H2SO4 + CaCO3 = CaSO4 + CO2 + H2O Na+ 2+ KĐ + CaSO4 KĐ ]Ca + Na2SO4 Na+ Nhôm sunfat, sắt sunfat cũng là nguyên liệu cải tạo đất mặn kiềm: Al2(SO4)3 + 6CaCO3 + 6H2O = 3CaSO4 + 3Ca(HCO3)2 + 2Al(OH)3 Al3+, Fe3+ là những cation có hoá trị cao, có khả năng làm keo đất kết tụ, tránh được hiện tượng rửa trôi chất dinh dưỡng và làm cho đất có kết cấu thích hợp. Đối với đất solot và đất solonet bị solot hoá, người ta có thể dùng các hợp chất canxi khó tan như CaCO3, CaO: Na+ 2+ KĐ + CaCO3 KĐ ]Ca + NaHCO3 H+ H+ 2+ KĐ + CaCO3 KĐ ]Ca + H2O + CO2 H+ Biện pháp hoá học cải tạo đất mặn không chỉ làm thay đổi tính chất hoá học mà còn làm thay đổi cả tính chất lí học của đất và tạo điều kiện cho việc áp dụng các biện pháp khác một cách có hiệu quả hơn. 3.4. Phương pháp cải tạo đất phèn 3.4.1. Sự hình thành đất phèn. Đất phèn là loại đất đặc biệt của vùng đầm lầy ven biển nhiệt đới. Đất này còn được gọi là đất chua mặn, đất chua sunfat. Ở loại đất này, sau khi cày bừa, nước Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 35
Simpo PDF Merge and Split Unregistered VersionChương3 - – Các phương pháp nông hoá cải tạo đất ruộng trong như được đánh phèn, do vậy, trước đây người ta gọi đất này là đất phèn. Nước ở đây có vị chua chát như phèn chua, pH thường nhỏ hơn 4. Đất phèn cũng chứa nhiều muối tan mà thành phần chủ yếu là sắt sunfat và nhôm sunfat. Theo Aarino (1930), nguồn gốc hình thành đất phèn là do trong đất có khoáng pirit FeS2. Trong điều kiện hiếu khí, pirit bị oxi hoá tạo thành axit sunfuric và sắt sunfat: 2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4 Theo J. Bandenxpejơ, đất phèn được hình thành do sự khử muối sunfat nguồn gốc nước biển trong điều kiện yếm khí. Sự khử này xảy ra nhờ vi sinh vật khử sunfat: VSVkhử sunfat Na2SO4 + CH4 Na2S + CO2 + 2H2O VSVkhử sunfat Na2SO4 + 4H2 Na2S + 4H2O Na2S + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2S H2S sẽ kết hợp với các hợp chất sắt trong đất tạo ra FeS2: 4H2S + 2Fe(OH)2 + O2 = 2FeS2 + 6H2O Nếu môi trường trở nên hiếu khí, FeS2 sẽ bị oxi hoá tạo nên FeSO4 và H2SO4. Ở điều kiện nhiệt đới, H2SO4 sẽ tác dụng với các khoáng sét trong đất, giải phóng Al khỏi mạng lưới tinh thể của chúng và tạo thành Al2(SO4)3. 3.4.2. Biện pháp nông hoá cải tạo đất phèn (đất chua mặn) Đất chua mặn có chứa nhiều muối sắt sunfat, nhôm sunfat, H2SO4, do đó đất rất chua (pH < 4, có khi pH < 2), nhôm nằm trong khoảng 8 – 10mđlg/100g. Vì vậy, biện pháp nông hoá chủ yếu để cải tạo đất phèn là sử dụng vôi để khử chua và kết tủa nhôm. Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 = 3CaSO4 + 2Al(OH)3 Na2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 + NaOH Al(OH)3 tạo ra có thể bị hoà tan bởi NaOH tạo natri aluminat tan. Nếu bón nhiều vôi, NaAlO2 sẽ chuyển thành Ca(AlO2)2 hoàn toàn không tan trong nước: 2NaAlO2 + Ca(OH)2 = Ca(AlO2)2 + 2NaOH Vì đất phèn rất chua, để cải tạo nó cần phải bón nhiều vôi, làm triệt để và kết hợp với các biện pháp khác như rửa mặn, tiêu nước ngầm Ngoài việc bón vôi, cần phải bón phân hoá học cho đất phèn, đặc biệt là phân lân (dạng thích hợp là phôtphorit). Dạng phân đạm thích hợp với đất phèn là urê, không cần bón phân kali vì đất này giàu kali. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 36
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 – Phân bón CHƯƠNG 4 PHÂN BÓN 4.1. Vai trò và đặc điểm của phân bón 4.1.1. Vai trò của phân bón Trong sản xuất nông nghiệp, phân bón có tác dụng lớn đến năng suất, chất lượng sản phẩm của cây trồng và độ phì nhiêu của đất. Đó là do nó đã bù lại cho đất những chất dinh dưỡng mà cây trồng đã lấy đi sau mỗi vụ sản xuất để tạo ra năng suất. * Lượng chất dinh dưỡng cây trồng lấy đi để tạo nên năng suất: Lượng chất mà cây Lượng chất lấy đi để tạo Năng suất Cây trồng trồng lấy đi (kg/ha) ra 1 tạ thu hoạch (tạ/ha) N P2O5 K2O N P2O5 K2O Lúa mùa 30 28 12 82 0,9 0,4 2,7 Ngô 20 60 12 60 3,0 0,6 3,0 Khoai lang 200 90 20 140 0,4 0,1 0,7 Sắn 100 136 104 534 0,1 0,1 0,6 Lạc 20 84 14 50 4,2 0,7 2,5 Bông 6 94 22 69 15,6 3,6 11,3 Đậu tương 10 30 7 22 3,0 0,7 2,2 Qua bảng trên ta thấy, chỉ kể 3 nguyên tố dinh dưỡng chính là N, P, K thì sau mỗi vụ sản xuất cây trồng đã lấy đi từ đất một lượng chất dinh dưỡng khá lớn để góp phần vào việc tổng hợp các thành phần của cây trồng. Tóm lại, phân bón có vai trò to lớn trong việc tăng năng suất cây trồng và góp phần cải tạo, nâng cao độ phì nhiêu của đất. Tuy nhiên, cần phải chú ý kết hợp nhịp nhàng việc cải tiến nhiều biện pháp canh tác khác nhau với việc sử dụng phân bón hợp lý. 4.1.2. Các loại phân bón Dựa vào phương pháp sản xuất, chế biến, người ta chia phân bón thành 2 nhóm: - Phân bón công nghiệp (phân vô cơ): gồm những loại phân bón có nguồn gốc vô cơ. Nhóm phân bón này do các nhà máy sản xuất bằng phương pháp hoá học Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 37
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 – Phân bón nên còn được gọi là phân hoá học. Phân bón công nghiệp thường chứa một lượng lớn chất dinh dưỡng trong một đơn vị khối lượng. - Phân bón hữu cơ: loại phân bón này thường được sản xuất, chế biến trực tiép ở các cơ sở nông nghiệp địa phương, phần lớn là những sản phẩm phụ của sản xuất nông nghiệp (phân chuồng, phân gia cầm, tro ) hoặc còn được khai thác ở gần các cơ sở nông nghiệp (than, bùn, vôi, thạch cao), hoặc người ta còn dùng cả những cây trồng làm phân bón (phân xanh) và các phế phẩm của các nhà máy. Phân hữu cơ được chia thành các loại sau: phân chuồng, than bùn, phân bắc, phân gia cầm, tro bếp, bùn ao, khô dầu, phân xanh 4.1.3. Đặc điểm của phân hoá học Hầu hết các loại phân hoá học không chứa chất hữu cơ nên còn được gọi là phân vô cơ hoặc phân khoáng. Phân hoá học có nhiều loại, nhiều dạng khác nhau nhưng chúng đều có một số đặc điểm chung như sau: - Tỷ lệ chất dinh dưỡng cao. Ví dụ: Trong (NH4)2SO4 có 20%N, trong supephôtphat có 16 – 21%P2O5, trong NH4NO3 có 34%N, trong ure (CO(NH2)2) có 46%N. Trong khi đó phân chuồng chỉ chứa 0,3 – 0,5%N, 0,2 – 0,4%P2O5. Như vậy, hàm lượng N và P2O5 trong 1 tấn phân chuồng tương đương với 20kg phân đạm và supe lân. - Dễ tan trong nước và cây trồng dễ hấp thu. Phần lớn phân hoá học dễ tan trong nước và dễ được hấp thu bởi cây trồng, tỷ lệ chất dinh dưỡng lại cao nên sau khi bón, cây trồng phát triển nhanh, hiệu quả rõ rệt. Tuy nhiên, cũng do đặc điểm này mà phân hoá học không bề lâu, khó cất giữ. - Phân hoá học không chứa chất hữu cơ. Do vậy, nếu chỉ dùng phân hoá học thì sau vài năm sẽ có ảnh hưởng đến tính chất đất. Để khắc phục nhược điểm này, cần phải bón phối hợp phân hoá học với phân hữu cơ. 4.2. Phân đạm 4.2.1. Vai trò của nitơ đối với dinh dưỡng của cây trồng - Nitơ là một trong những nguyên tố cơ bản cần thiết cho thực vật. Nó là thành phần quan trọng của tất cả các protit đơn giản và phức tạp trong nguyên sinh chất của tế bào thực vật. Nguồn nitơ chủ yếu cần cho dinh dưỡng của cây trồng là muối nitrat và muối amoni. - Nitơ cũng có trong thành phần của các axit nucleic (ribonucleic RNA và dezoxiribonucleic DNA), chúng có vai trò đặc biệt quan trọng trong sự trao đổi chất của thực vật. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 38
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 – Phân bón - Nitơ là một trong thành phần chủ yếu của clorofin. Cây trồng có chứa clorofin thì cơ thể của chúng có khả năng tự dưỡng (khả năng tổng hợp chất hữu cơ cần thiết từ chất vô cơ). - Nitơ còn là thành phần của các phôtphatit, alcaloit trong một số vitamin, các enzim và nhiều chất hữu cơ khác của tế bào thực vật. - Sự cung cấp đầy đủ và thừa nitơ: Khi cây trồng được cung cấp đầy đủ nitơ và những điều kiện khác thì tốc độ phát triển, hiệu suất quang hợp tăng lên, tạo điều kiện cho quá trình tổng hợp các chất hữu cơ có chứa nitơ trong cây. Tuy vậy, khi thừa nitơ, thời kỳ sinh trưởng, phát triển sẽ kéo dài, cây hô hấp mạnh hơn quang hợp. Kết quả là gluxit tiêu hao nhiều hơn gluxit tích luỹ, lượng tinh bột trong cây giảm xuống. Như vậy, bón nitơ có ảnh hưởng cả tốt và xấu đến cây trồng. Để phát huy được tác dụng tốt của nitơ cần phải cung cấp đầy đủ lượng nitơ cho cây trồng tuỳ theo từng thời kỳ sinh trưởng của nó. 4.2.2. Các quá trình hoá học của nitơ trong đất 4.2.2.1. Nitơ trong đất Trong đất, hàm lượng nitơ trung bình khoảng 0,1% khối lượng của đất. Tuỳ theo từng loại đất chứa lượng nitơ rất khác nhau và thường tỷ lệ thuận với lượng mùn có trong đất. Ví dụ: đất miền núi chứa nhiều nitơ, sau đó đến đất phù sa và dất bạc màu có lượng nitơ thấp nhất. Lượng nitơ trong đất tuy có ít, nhưng nếu huy động tất cả cung cấp cho cây trồng thì sẽ đưa năng suất lên cao. Ví dụ: tổng lượng nitơ trong đất bạc màu là 0,07%, nghĩa là 100kg đất có 0,07kg N. Vậy, trên 1ha đất sẽ có một lượng nitơ khá lớn là: (0,07kg.3000000)/1000 = 2100kg N 4.2.2.2. Quá trình chuyển hoá các hợp chất nitơ trong đất Tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường và khí quyển, đạm hữu cơ hay vô cơ có thể biến đổi theo các quá trình sau: a) Quá trình amoni hoá: là quá trình phân giải các chất hữu cơ chứa nitơ đến dạng amoniac. Sơ đồ biến hoá đơn giản như sau: Prôtit, chất mùn (1) aminôaxit, amit (2) amoniăc (1): quá trình phân giải prôtit dưới tác dụng của các enzim do các nhóm vi sinh vật tiết ra (xạ khuẩn, actinomyces, nấm mốc), prôtit bị thuỷ phân biến thành aminôaxit. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 39
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 – Phân bón (2): quá trình các aminôaxit bị vi sinh vật hấp thụ và dưới tác dụng của các enzim của chúng, aminôaxit bị khử thành amôniăc và axit hữu cơ. Ví dụ: quá trình amôni hoá từ một aminôaxit đơn giản nhất: NH2CH2COOH + O2 HCOOH + CO2 + NH3 (glixin) (axit foocmic) NH2CH2COOH + H2O CH3OH + CO2 + NH3 (rượu metylic) NH2CH2COOH + H2 CH3COOH + NH3 (axit axetic) Sau quá trình amôni hoá, 4 loại hợp chất được tạo thành là axit hữu cơ, rượu, khí CO2, NH3. Quá trình này xảy ra trong môi trường hiếu khí cũng như trong môi trường yếm khí. Các axit hữu cơ và rượu tiếp tục phân giải và cuối cùng biến thành những hợp chất đơn giản nhất là CO2, H2O, H2, CH4. Còn NH3 cùng với các axit vô cơ và hữu cơ trong đất tạo thành những muối amoni tương ứng. 2NH3 + H2CO3 = (NH4)2CO3 NH3 + HNO3 = NH4NO3 + Các muối amôni ở trong đất bị phân ly thành các ion amôni (NH4 ) và các ion + của gốc axit tương ứng với muối của nó. Một phần ion NH4 bị cây hấp phụ, một phần do keo đất hấp phụ. 2+ + Ca NH4 + KĐ + (NH4)2CO3 = KĐ NH4 + CaCO3 Ca2+ Ca2+ Amôniăc được tạo ra trong các loại đất có độ chua và độ thoáng khác nhau. Tốc độ của quá trình amôni hoá xảy ra phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và độ ẩm của môi trường. Trong điều kiện yếm khí, chất hữu cơ chứa nitơ chỉ bị phân giải đến amôniăc. Còn trong điều kiện hiếu khí, các muối amôni bị ôxi hoá và biến thành nitrat. Sự ỗi hoá amôniăc đến nitrat được gọi là quá trình nitrat hoá. b) Quá trình nitrat hoá Quá trình này được thực hiện trong đất nhờ nhóm vi khuẩn đặc biệt ưa khí và giải phóng một năng lượng khá lớn. Quá trình nitrat hoá có thể xảy ra theo các phản ứng sau: 2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + 158kcal (giai đoạn đầu) Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 40
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 – Phân bón 2HNO2 + O2 = 2HNO3 + 43,2kcal (giai đoạn hai) Axit nitric tạo ra trong quá trình này được trung hoà nhờ Ca(HCO3)2 hay Mg(HCO3)2, hoặc bởi các bazơ hấp phụ trong đất. 2HNO3 + Ca(HCO3)2 = Ca(NO3)2 + 2H2CO3 Ca2+ H+ + KĐ + HNO3 = KĐ H + Ca(NO3)2 Ca2+ Ca2+ Để cho quá trình nitrat hoá xảy ra tốt, cần có các điều kiện sau đây: - Độ ẩm của đất: 60 – 70% độ ẩm mao quản. - Nhiệt độ đất: 25 – 320C. - pH: 6,2 – 9,2. + 2+ - Đất giàu NH4 và Ca . - Đất có đủ không khí. Với những điều kiện này, phần lớn đạm amôni trong đất chuyển thành đạm nitrat. Quá trình nitrat xảy ra mạnh hay yếu là biểu hiện độ phì nhiêu của chân đất cao hay thấp. Tốc độ của quá trình này ở các loại đất thường khác nhau. Nó xảy ra mạnh ở những loại đất có đủ 5 điều kiện trên, như đất macgalit, đất Đồng bằng Bắc bộ Ngược lại, nó xảy ra kém hơn ở các loại đất bạc màu, đất chiêm trũng, đất chua, đất chua mặn. Làm đất và bón phân là những biện pháp chủ yếu có tác dụng tăng cường quá trình nitrat hoá trong đất. Ngoài ra, việc trồng cây và luân canh hợp lý cũng có tác dụng tốt đến quá trình này. c) Quá trình phản nitrat hoá Là quá trình khử nitơ trong nitrat thành nitơ phân tử, do tác dụng của vi sinh vật (như vi khuẩn yếm khí Bact. Sutzeri, Denitrificans). Quá trình này làm mất nitơ và năng lượng của đất nên là hiện tượng bất lợi cho sản xuất nông nghiệp. Phản ứng có thể xảy ra như sau: - C6H12O6 + 4NO3 = 6CO2 + 6H2O + 2N2 Quá trình xảy ra trong điều kiện yếm khí, đất kiềm giàu chất hữu cơ chưa phân giải, phần lớn là gluxit, xenlulô. d) Quá trình cố định nitơ sinh vật Là quá trình vi sinh vật lấy nitơ trong quá trình phân giải chất hữu cơ hoặc vi sinh vật có khả năng hút nitơ khí trời để sinh trưởng, phát triển. Đây là sự cạnh tranh tạm thời về đạm giữa vi sinh vật và cây trồng (trường hợp bón phân tươi Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 41
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 – Phân bón (không ủ) mà không bón thêm đạm vô cơ), làm cho cây trồng thiếu đạm, lá trở nên vàng. Hiện tượng thiếu đạm này chỉ là tạm thời, sau khi vi sinh vật chết, chất hữu cơ trong đất được phân giải thì lượng đạm trong đất sẽ tăng lên. Các vi khuẩn này gồm: + Clostridium pasteurianum: có khả năng hút nitơ tự do trong không khí, chịu được đất chua và có thể sống trong điều kiện yếm khí. Khả năng cung cấp đạm: 5 – 10kgN/ha/năm. + Azotobacter chroococcum (hiếu khí): chịu ảnh hưởng của pH (pH 5,5) và lượng canxi trong đất, cung cấp đạm: 10 – 15kgN/ha/năm. + Vi khuẩn nốt sần họ đậu Bacterium radicicola: sống với điều kiện: đất trung tính, đất thoáng, đủ nước, đất có Ca và P. Khả năng cung cấp đạm: 150 – 200kgN/ha/năm. + Thanh tảo sống tự do và sống cộng sinh trong bèo hoa dâu: cung cấp đạm: 62,5kgN hay 312,5kg(NH4)2SO4/ha/tháng. e) Sự cung cấp đạm của nước mưa Một số nitơ oxit và amôniăc theo nước mưa rơi xuống đất tạo nên muối nitrat, muối amôni. 4.2.3. Các loại phân bón chứa nitơ Dựa vào thành phần phân tử, có thể chia đạm vô cơ thành những dạng sau: - Phân đạm chứa nitơ cả ở dạng amôni và dạng nitrat: NH4NO3. - Phân đạm chỉ chứa nitơ dưới dạng amôni: (NH4)2SO4, NH4Cl, phân đạm lỏng. - Phân đạm chứa nitơ ở dạng amit: cacbamit CO(NH2)2. 1. Amôni nitrat NH4NO3: thường chứa 34,5 – 35%N, được sản xuất từ NH3 và HNO3. Sản phẩm thu được có dạng kết tinh nhỏ hoặc có dạng hạt kích thước 1 – 3mm. NH3 + HNO3 = NH4NO3 * Tính chất: - Muối kết tinh trắng, rất dễ hút ẩm và vón cục. - Phản ứng trong đất: NH4NO3 phân li trong dung dịch đất: + - NH4NO3 = NH4 + NO3 + - NH4 và NO3 đều có thể bị cây hút. + - Trong quá trình NH4NO3 tương tác với đất, nói chung NH4 bị hấp phụ bởi - keo đất còn NO3 ít được giữ lại trong đất nên dễ bị rửa trôi. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 42
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 – Phân bón 2+ + Ca NH4 + KĐ + 2NH4NO3 = KĐ NH4 + Ca(NO3)2 Ca2+ Ca2+ Nếu đất thiếu canxi và bón nhiều NH4NO3 thì phản ứng có thể diễn ra: + + H NH4 + KĐ + 3NH4NO3 = KĐ NH4 + Ca(NO3)2 + HNO3 2+ + Ca NH4 Nếu đất có nhiều sắt, nhôm thì thời gian đầu HNO3 xuất hiện có thể hoà tan các muối nhôm, sắt và gây độc cho cây. Do vậy, cần phải bón vôi cho đất trước khi bón NH4NO3. - NH4NO3 bị oxi hoá dưới tác động của vi sinh vật nitrat hoá trong đất: 2NH4NO3 + 4O2 = 4HNO3 + 2H2O * Sử dụng NH4NO3: - NH4NO3 tan được trong nước và cây trồng dễ hấp thu, có hàm lượng đạm cao. - Khi bón vào đất, NH4NO3 không để lại một ion nào gây độc cho cây trồng. - - Ở nước ta, có chứa NO3 dễ bị rửa trôi, nếu sử dụng cho đất lúa thì hiệu suất không cao bằng (NH4)2SO4 và NH4Cl. Vì vậy, NH4NO3 được dùng để bón thúc cho lúa với lượng nhỏ và dùng để bón cho các cây công nghiệp như bông, chè, cà phê, mía 2. Natri nitrat NaNO3: chứa 16,1%N, được tổng hợp từ NH3. Oxi hoá + Na2CO3 NH3 HNO3 NaNO3 * Tính chất: - NaNO3 kết tinh màu trắng, rất dễ tan trong nước và dễ chảy nước. - Phản ứng trong đất: Ca2+ Na+ + KĐ + 2NaNO3 = KĐ Na + Ca(NO3)2 Ca2+ Ca2+ NaNO3 là loại phân sinh lý kiềm, nó kiềm hoá nhẹ đất. * Sử dụng: - NaNO3 có tác dụng cải tạo đất chua, nhưng không có lợi cho đất mặn. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 43
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 – Phân bón - NaNO3 dễ bị rửa trôi từ lớp đất mặt xuống lớp dưới, do đó không dùng để bón lót. - NaNO3 được bón cho cho cây ăn quả, cây có củ, vừa tăng năng suất, vừa tăng chất lượng nông sản. 3. Kali nitrat KNO3: chứa khoảng 14%N và hơn 46%K2O. KNO3 là loại phân phức tạp và chủ yếu là kali. 4. Amôni sunfat (NH4)2SO4 (phân đạm một lá): chứa 20,5 – 21,0%N, được điều chế từ NH3 và H2SO4. 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 * Tính chất: - Thường có màu trắng, dễ tan vào nước, rất ít hút ẩm, dễ bảo quản. - Nếu tích trữ lâu ngày, trong điều kiện độ ẩm và nhiệt độ cao, (NH4)2SO4 có thể bị mất 1 phân tử NH3 và biến thành NH4HSO4, làm độ chua tăng lên khá mạnh. - Phản ứng trong đất: Khi bón vào đất, (NH4)2SO4 tan nhanh và phân li thành + 2- + 2- NH4 và SO4 . NH4 bị cây hút và bị keo đất hấp thụ, SO4 có thể kết hợp với cation trao đổi tạo thành hợp chất mới. Trường hợp đất trung tính hoặc có chứa canxi: 2+ + Ca NH4 + KĐ + (NH4)2SO4 = KĐ NH4 + CaSO4 Ca2+ Ca2+ Trường hợp đất chua: + + H NH4 KĐ + (NH4)2SO4 = KĐ + H2SO4 + + H NH4 Do vậy, nếu bón (NH4)2SO4 liên tục qua nhiều vụ thì phải bón vôi và phân hữu cơ, nếu không thì đất sẽ bị xấu đi. Ngoài ra, vi sinh vật nitrat hoá trong đất sẽ gây ra sự biến đổi (NH4)2SO4 thành 2 loại axit, làm cho đất chua thêm: (NH4)2SO4 + 4O2 = 2HNO3 + H2SO4 + 2H2O * Sử dụng: là phân sinh lí chua, do vậy khi sử dụng cần phải chú ý các điểm sau: - Đối với đất chua, cần phải bón vôi trước để khử chua rồi mới bón (NH4)2SO4. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 44
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 – Phân bón - Nên trộn phân này với các loại phân hoá học có tính chất sinh lí kiềm, phân khó tan như phôtphorit. Tuyệt đối không được trộn với phân có tính chất kiềm, với vôi vì sẽ gây nên hiện tượng mất đạm. 5. Amôni clorua NH4Cl: chứa 24 – 25%N, thường được điều chế từ sản phẩm phụ của quá trình sản xuất NH3. NH3 + CO2 + H2O + NaCl = NaHCO3 + NH4Cl - NH4Cl ít hút ẩm và ít bị chảy rữa. - NH4Cl cũng có những tác dụng trong đất như (NH4)2SO4. - có chứa một lượng lớn ion Cl- (66,7%), có tác dụng xấu đến chất lượng sản - phẩm. Do vậy, phải bón NH4Cl trước khi gieo trồng vài tháng để cho Cl rửa trôi bớt. 6. Phân urê CO(NH2)2: có chứa 44 – 48%N, điều chế từ khí CO2 và NH3. ONH4 NH2 200at,2000 C,xt CO2 + 2NH3 CO  CO + H2O - H O NH2 2 NH2 * Tính chất: - Urê kết tinh màu trắng, dễ tan trong nước, hút ẩm mạnh. - Phản ứng trong đất: urê bị amôni hoá dưới ảnh hưởng của men urêza. CO(NH2)2 + 2H2O (NH4)2CO3 Ở đất trung tính, nhiệt độ tương đối cao và độ ẩm thích hợp, quá trình phân giải trên tiến hành nhanh. Trái lại, trong đất chua sự phân giải urê chậm hơn. (NH4)2CO3 được tạo ra làm đất tạm thời có phản ứng kiềm: (NH4)2CO3 + H2O NH4HCO3 + NH4OH + NH4 có thể bị hấp thụ bởi keo đất, cây trồng, vi sinh vật hoặc có thể bị nitrat hoá tạo HNO3 tạm thời làm đất chua. Nhưng sau một thời gian, cây hút cả 2 dạng amôni và nitrat, pH của đất thay đổi không đáng kể. Do vậy, urê là loại phân sinh lí trung tính. * Sử dụng: - Nên bón urê từng lượng nhỏ và phải bón cho đều, tránh tập trung một nơi, do tỉ lệ N trong urê cao, gây hại cho cây. - Khi bón nên trộn urê với đất bột, cát hoặc mùn cưa Đối với đất chua, nên trộn urê với phôtphorit. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 45
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 – Phân bón - Có thể dùng urê để bón thúc ngoài rễ, phun lên lá cây vì lá cây có thể trực tiếp hút đạm hữu cơ dạng urê. 4.3. Phân lân (phân phôtpho) 4.3.1. Vai trò của phôtpho đối với dinh dưỡng của cây trồng P là nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho sự sống của động thực vật. Nó có trong thành phần của nhiều chất, giữ vai trò quan trọng bậc nhất trong hoạt động sống. Ngoài ra, nhiều quá trình trao đổi chất, đặc biệt là quá trình tổng hợp chỉ được tiến hành được khi có sự tham gia của axit phôtphoric. 1. Phôtpho là thành phần của nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng trong cơ thể thực vật. * Nhóm các axit nuclêic và nuclêôprôtit Axit nuclêic là những hợp chất phức tạp có phân tử lượng cao, tham gia vào những quá trình hoạt động sống quan trọng nhất như tổng hợp prôtit, sự tăng trưởng và sinh sản, truyền đạt những tính di truyền. Có 2 dạng axit nuclêic cơ bản trong thực vật là axit ribônuclêic (ARN) và đezoxiribonucleic (AND). Trong thực vật, các axit nucleic thường tạo ra các phức với protit và các phức này được gọi là nuclêôprôtit. * Nhóm phôtphoprôteit: là nhóm hợp chất hữu cơ phôtpho rất quan trọng trong thực vật, đó là những hợp chất của prôtit với axit phôtphoric. Nhiều enzim prôtit thuộc nhóm này thườgn xúc tác cho hàng loạt phản ứng sinh hoá. * Phitin: là dẫn xuất của hợp chất inozit mạch vòng 6 lần rượu và là muối Ca–Mg của axit inozitphôtphoric. Phitin có nhiều trong các bộ phận còn non, đặc biệt là trong hạt. Phitin là chất dữ trữ trong hạt và phôtpho trong thành phần của nó được dùng cho quá trình nảy mầm. 2. Những hợp chất phôtpho có năng lượng lớn. Trong số các hợp chất này có axit ađenôzintriphôtphoric (A.T.P). Những hợp chất này khi phân huỷ trong tế bào sẽ cho một năng lượng lớn cần cho việc thực hiện các quá trình tổng hợp. A.T.P gồm có gốc bazơ nitơ ađênin liên kết với gốc gluxit (ribozơ) và với 3 gốc của axit phôtphoric. A.T.P là chất chuyển năng lượng cho các quá trình sinh tổng hợp prôtit, lipit, tinh bột, hàng loạt aminôaxit và nhiều hợp chất khác. Không có A.T.P, không thể tiến hành các quá trình quang hợp, hô hấp và cả sự biến đổi của nhiều hợp chất trong thực vật. 3. Các ion phôtphat tham gia vào việc điều chỉnh môi trường (pH) và quá trình biến đổi các hợp chất nitơ. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 46
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 – Phân bón - 2- - Trong dịch tế bào thực vật thường có chứa H2PO4 và HPO4 . Các ion này phân ly và thuỷ phân trong dung dịch: - 2- + H2PO4 HPO4 + H 2- - - HPO4 + H2O H2PO4 + OH Trong quá trình dinh dưỡng, phản ứng của dịch tế bào ([H+] hoặc [OH-]) có lúc thay đổi đột ngột, vượt quá pH thích hợp. Nhờ sự có mặt của hỗn hợp ion phôtphat, pH của dich tế bào được điều chỉnh bằng sự chuyển dịch các cân bằng phân ly và thuỷ phân trên. Tính chất này của hỗn hợp ion phôtphat được gọi là khả năng đệm axit hoặc bazơ của nó. + - - - Quá trình phân ly ra H của H2PO4 tạo điều kiện cho NO3 được khử thành NH3. Quá trình này có tác dụng xúc tiến cho việc hình thành prôtit. 4.3.2. Các quá trình hoá học của phôtpho trong đất * Phôtpho trong đất: Hàm lượng P trong đất phụ thuộc vào tính chất đá mẹ, thành phần cơ giới và lượng chất hữu cơ. Hàm lượng P tổng số trung bình ở nhiều loại đất là 0,02 – 0,08%. Trong đất, P chủ yếu ở 2 dạng vô cơ và hữu cơ. - Hợp chất vô cơ của phôtpho: + Dạng phôtpho khó tan: phần lớn là apatit Ca5(PO4)3F, phôtphorit Ca3(PO4)2 Ngoài ra, P còn có trong FePO4, AlPO4, trong các tinh thể khoáng, trong các loại đá thông thường (bazan, zlôlit, hoa cương ). + Dạng phôtpho dễ tan: do quá trình phong hoá, các hợp chất phôtpho khó - 2- tan biến dần thành dạng dễ tan (H2PO4 , HPO4 ). Tuy nhiên các muối phôtphat tan - 2- vào nước, nếu gặp môi trường chua có nhiều sắt, nhôm thì các ion H2PO4 , HPO4 có thể lại biến thành dạng không tan như FePO4, AlPO4. - Hợp chất hữu cơ phôtpho (Lân hữu cơ): chủ yếu có trong thành phần mùn, phổ biến ở dạng phitat (chiếm khoảng 50% tổng số lân hữu cơ). Ngoài ra, lân hữu cơ trong đất còn ở dạng phôtpho nuclêoprôtit (<5%) và phôtphatit, saccarophotphat. Trong quá trình vô cơ hoá các hợp chất hữu cơ, lân hữu cơ bị biến đổi tạo ra axit phôtphoric và các muối tan của nó. Nhưng các dạng lân dễ tiêu này lại bị đất hấp phụ, vi sinh vật hút. Do đó, trong dung dịch đất thường có rất ít phôtpho ở dạng hoà tan. * Khả năng cung cấp phôtpho của đất cho cây: - Trong đất, hàm lượng P tổng số khá thấp so với lượng P trong cây, trong đó chỉ có một phần ở dạng cây có thể hấp thu được, đó là các muối phôtphat tan của kim loại kiềm, amôni và của Ca, Mg (tỉ lệ rất thấp: <1mg/1kg đất). Tuy vậy, nhờ khả năng tiết ra axit hữu cơ của rễ nên các muối phôtphat khó tan có thể tan dần và cây cũng có thể sử dụng được. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 47
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 – Phân bón - Khả năng cung cấp P của đất phụ thuộc nhiều vào pH của môi trường đất. - Để xác định nhu cầu bón phân lân cho cây, cần phải chú ý đến loại đất và xác định hàm lượng lân dễ tiêu trong đất. Quan hệ giữa hàm lượng lân dễ tiêu và nhu cầu bón lân: Hàm lượng P2O5 dễ tiêu Hiệu lực phân lân và mức độ bón (mg/100g đất) 0 – 5 Bón phân lân có hiệu lực cao. Rất cần bón 5 – 10 Bón phân lân có hiệu lực trung bình. Cần bón 10 – 15 Bón phân lân có hiệu lực thấp. Bón ít > 15 Bón phân lân không có hiệu lực. Không cần bón * Sự hấp thu các ion phôtphat của đất: Sự tồn tại và biến đổi của các ion phôtphat phụ thuộc rõ rệt vào phản ứng môi trường (pH). Chỉ trong môi trường kiềm, axit H3PO4 mới phân li hoàn toàn và có 3- ion PO4 tạo thành. Còn ở môi trường trung tính hoặc axit yếu, axit H3PO4 phân li - 2- tạo các ion H2PO4 và HPO4 . Lượng ion trong nước (%) ở các giá trị pH khác nhau: pH 5 6 7 8 9 10 Loại anion - H2PO4 98,09 83,68 33,9 4,88 0,51 0,05 2- HPO4 1,91 16,32 66,1 95,12 99,45 99,59 3- PO4 0,04 0,36 3- Do đặc tính phân li của axit H3PO4 nên ion PO4 không có ý nghĩa thực tiễn đối với dinh dưỡng cây trồng, vì ở các giá trị pH mà cây trồng sống được thì hầu 3- 3- như không có ion PO4 , ở pH 10 mới có ít ion PO4 thì cây trồng không sống - 2- được. Còn ở trong nước có phản ứng axit thì chủ yếu có các ion H2PO4 , HPO4 . Trong đất, phản ứng hoá học đóng vai trò lớn trong việc hấp thu các ion phôtphat dưới dạng các kết tủa, hạn chế sự di chuyển các ion này trong dd đất. - Trong đất có phản ứng gần trung tính, có chứa Ca(HCO3)2, việc bón muối tan của axit phôtphoric vào đất như Ca(H2PO4)2 (supephôtphat) sẽ bị kết tủa: Ca(H2PO4)2 + Ca(HCO3)2 2CaHPO4 + 2H2CO3 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 48
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 – Phân bón hoặc Ca(H2PO4)2 + 2Ca(HCO3)2 Ca3(PO4)2 + 4H2CO3 Nếu đất không có canxi cacbonat, việc tạo thành phôtphat ít tan cũng có thể được thực hiện do phản ứng trao đổi với keo đất: H 2+ KĐ Ca + Ca(H2PO4)2 KĐ H + 2CaHPO4 - Ở đất có phản ứng chua, các hợp chất phôtphat ít tan được tạo thành do phản ứng với các ion sắt, nhôm và mangan di động: Al2(SO4)3 + 2Na3PO4 2AlPO4 + 3Na2SO4 Ca2+ Al3+ H+ + KĐ + Ca(H2PO4)2 KĐ H + 2AlPO4 Al3+ H+ H+ Do vậy, nếu đất có nhiều nhôm, khi bón phân supephôtphat phải bón thêm vôi. Ngoài các quá trình tạo kết tủa phôtphat trên, còn có quá trình hấp phụ hoá lí do keo đất cũng có vai trò quan trọng trong sự hấp thu các ion phôtphat. Cơ chế hấp phụ trao đổi các ion phôtphat trên bề mặt của keo dương là các ion phôtphat được trao đổi với các ion của lớp ion bù và chính các ion hoạt động của lớp ion bù như anion arsenat, xitrat, tactrat, silicat, OH- có thể bị thay thế. 4.3.3. Các loại phân bón chứa phôtpho (phân lân) Phân được sản xuất từ các loại quặng chứa phôtpho (chủ yếu là phôtphorit và apatit), xương động vật và cả những cặn bã công nghiệp luyện kim giàu hợp chất của phôtpho. Thành phần của P trong phân lân được biểu thị bằng %P2O5 so với khối lượng chung. Dựa vào tính tan trong các dung môi khác nhau, có thể chia phân lân thành 3 loại chính: + Loại thứ nhất: gồm những phân lân dễ tan trong nước như supephôtphat, amôni phôtphat + Loại thứ hai: tan trong axit yếu như phân lân kết tủa (prexipitat), lân nung chảy, lân khử flo + Loại thứ ba: phân lân khó tan như bột phôtphorit, phân xương Nếu dựa vào nguồn gốc và phương pháp chế biến, có thể chia phân lân thành 2 loại chính: phân lân tự nhiên và phân lân chế biến. Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học 49