Bài giảng Khoa học đất - Lê Thành Bồn

Nội dung text: Bài giảng Khoa học đất - Lê Thành Bồn

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ DỰ ÁN HỢP TÁC VIỆT NAM – HÀ LAN BÀI GIẢNG KHOA HỌC ĐẤT Người biên soạn: TS. Lê Thanh Bồn Huế, 08/2009
2. BÀI MỞ ĐẦU 1. Khái niệm về đất V.V. Đôcutraiep (1846-1903) người Nga là người đầu tiên đã xác định một cách khoa học về đất rằng: Đất là tầng ngoài của đá bị biến đổi một cách tự nhiên dưới tác dụng tổng hợp của nhiều yếu tố. Theo Đôcutraiep: Đất trên bề mặt lục địa là một vật thể thiên nhiên được hình thành do sự tác động tổng hợp cực kỳ phức tạp của 5 yếu tố: sinh vật, đá mẹ, địa hình, khí hậu và tuổi địa phương. V.R.Viliam (1863-1939) Viện sĩ thổ nhưỡng nông hóa Liên Xô (cũ) thì cho rằng đất là lớp tơi xốp của vỏ lục địa, có độ dày khác nhau, có thể sản xuất ra những sản phẩm của cây trồng. Tiêu chuẩn cơ bản để phân biệt giữa "đá mẹ" và đất là độ phì nhiêu, nếu chưa có độ phì nhiêu, thực vật thượng đẳng chưa sống được thì chưa gọi là đất. Độ phì nhiêu là khả năng của đất có thể cung cấp nước, thức ăn và đảm bảo các điều kiện khác để cây trồng sinh trưởng phát triển và cho năng suất. Như vậy độ phì không phải chỉ là số lượng chất dinh dưỡng tổng số trong đất mà là khả năng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây nhiều hay ít. Khả năng đó nhiều hay ít (tức độ phì cao hay thấp) là do các tính chất lý học, hóa học và sinh học của đất quyết định; ngoài ra còn phụ thuộc vào điều kiện thiên nhiên và tác động của con người. Độ phì là một chỉ tiêu rất tổng hợp, là sự phản ảnh tất cả các tính chất của đất. Như vậy, nguồn gốc của đất là từ các loại "đá mẹ" nằm trong thiên nhiên lâu đời bị phá hủy dần dần dưới tác dụng của yếu tố lý học, hóa học và sinh học, tạo ra độ phì nhiêu để cây trồng sinh trưởng phát triển và cho năng suất. Đối với đất trồng trọt ngoài những yếu tố tự nhiên, thì yếu tố con người có ảnh hưởng mang tính quyết định đến sự tồn tại và phát triển của đất. 2. Thành phần cơ bản của đất Các loại đất, dù là loại đất nào cũng đều có các thành phần cơ bản đó là: - Chất vô cơ do đá phá hủy tạo thành chiếm khoảng 95% trọng lượng hay 38% thể tích của chất rắn; - Chất hữu cơ do xác sinh vật phân hủy chiếm dưới 5% trọng lượng hoặc 12% thể tích chất rắn; - Không khí (O2, N2, CO2 ) một phần từ khí quyển xâm nhập vào hoặc do đất sinh ra; - Nước chủ yếu do từ ngoài xâm nhập vào và vì có hòa tan nhiều chất cho nên nước trong đất thực chất là dung dịch đất; - Sinh vật sống trong đất như côn trùng, giun, nguyên sinh động vật, các loài tảo và vi sinh vật đất, là thành phần rất quan trọng, đặc biệt là vi sinh vật, bởi vì hầu hết các quá trình biến hóa phức tạp xảy ra trong đất đều có sự tham gia của vi sinh vật. 1
3. Tỷ lệ những thành phần trên có thể rất khác nhau. Ví dụ trong đất than bùn hàm lượng chất hữu cơ rất cao, ngược lại trong đất cát, hoặc đất xói mòn trơ sỏi đá không có thực bì che phủ thì hàm lượng chất hữu cơ rất thấp. Không khí và nước trong đất cũng thay đổi rất nhiều, bởi vì hai thành phần này cùng tồn tại trong các khe hở của đất, nó phụ thuộc vào độ chặt, độ xốp và độ ẩm của đất. 3. Đất là cơ sở sinh sống và phát triển thực vật Thực vật muốn sinh trưởng phát triển được phải cần có đủ 5 yếu tố là: Ánh sáng (quang năng), nhiệt lượng (nhiệt năng), không khí (O2 và CO2), nước và thức ăn khoáng. Trong đó: ba yếu tố: ánh sáng, nhiệt lượng và không khí là do thiên nhiên cung cấp (còn gọi là các yếu tố vũ trụ); Nước là yếu tố vừa do thiên nhiên vừa do đất cung cấp; Còn thức ăn khoáng gồm rất nhiều nguyên tố N, P, K, S, Ca, Mg, và các nguyên tố vi lượng thì hoàn toàn là do đất cung cấp. Vì vậy, nếu cùng một loại giống cây trồng, với các biện pháp canh tác như nhau và điều kiện thời tiết khí hậu bình thường, thì trên các loại đất khác nhau năng suất cây trồng cao hay thấp nói chung phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước và thức ăn của đất. Đất còn là nơi để cho cây cắm rễ, "bám trụ" không đổ nghiêng ngả bởi mưa và gió. 4. Đất là tư liệu sản xuất cơ bản của nông nghiệp Nói đến sản xuất nông nghiệp là phải nói đến đất. Chúng ta biết rằng nếu không có thực vật hút thức ăn trong đất qua tác dụng quang hợp biến thành chất hữu cơ thực vật, thì động vật không thể có nguồn năng lượng cần thiết để duy trì cuộc sống của chúng. Như vậy đất không những là cơ sở sản xuất ra thực vật mà còn là cơ sở để sản xuất ra động vật. Trồng trọt phát triển thì chăn nuôi cũng phát triển. Bởi vậy đất là đối tượng lao động canh tác của loài người, là tư liệu sản xuất cơ bản của nông nghiệp. 5. Đất là một bộ phận quan trọng của hệ sinh thái Trong môi trường thiên nhiên của một vùng thì thực vật, động vật, vi sinh vật, thổ nhưỡng làm thành một hệ sinh thái. Khoa học môi trường khẳng định: đất không những là tư liệu sản xuất cơ bản của nông nghiệp mà còn được coi là một bộ phận quan trọng của hệ sinh thái một vùng. Loài người luôn tìm cách cải tạo môi trường đất để phù hợp với yêu cầu của sản xuất và cuộc sống. Nhưng mặt khác sự hoạt động của con người có lúc cũng làm phá hủy cân bằng sinh thái tự nhiên, hậu quả của nó sẽ mang lại một số tổn thất không bù đắp được. Thí dụ hậu quả của ô nhiễm đất có thể gây nên tình trạng hoang hóa đất, thay đổi hệ sinh thái đất, thay đổi hệ sinh thái đồng ruộng, thậm chí có thể 2
4. dẫn đến sự diệt vong của một số sinh vật trong vùng, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và gia súc. Bởi vậy những năm gần đây, thổ nhưỡng học đã trở thành một bộ phận quan trọng của khoa học môi trường. Việc sử dụng đất không những chỉ căn cứ vào yêu cầu của nền kinh tế quốc dân và sự phát triển nông nghiệp, mà còn phải xuất phát từ góc độ khoa học môi trường. 6. Sơ lược về lịch sử phát triển khoa học thổ nhưỡng trên thế giới và ở Việt Nam 6.1. Lịch sử khoa học thổ nhưỡng thế giới Đôcutraiep (người Nga 1846-1903) là nguời địa lý, địa chất, đã đặt cơ sở và nền móng cho ngành khoa học thổ nhưỡng, Ông đã đưa ra định nghĩa về đất tương đối hoàn chỉnh đầu tiên đó là: “ Đất là một vật thể thiên nhiên được hình thành do tổng hơp của 5 yếu tố: sinh vật, đá mẹ, địa hình, khí hậu và tuổi địa phương”. Ông cho rằng nghiên cứu đất phải nghiên cứu nó trong mối quan hệ phức tạp với môi trường xung quanh và phải gắn lý luận và thực tiễn. Từ khi có học thuyết của Đôcutraiep ra đời, sự nghiên cứu về đất mới được chú ý và ngành khoa học thổ nhưỡng mới bắt đầu phát triển mạnh mẽ. 6.1. Lịch sử khoa học thổ nhưỡng ở Việt Nam Năm 1956 Học viện Nông Lâm (Trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội) ra đời. Năm 1957 Bộ môn Nông hóa Thổ nhưỡng của Học viện Nông Lâm được thành lập, do KS. Lê Văn Căn phụ trách. - Trước năm 1975, khoa học thổ nhưỡng Việt Nam phát triển theo hai trường phái: miền Bắc theo trường phái Liên Xô (cũ) và miền Nam theo trường phái Mỹ. Bộ môn Nông hóa Thổ nhưỡng Học Viện Nông Lâm, kết hợp với chuyên gia Liên Xô V.M.Fridland xây dựng được sơ đồ thổ nhưỡng miền Bắc Việt Nam tỷ lệ 1/1 triệu, kèm theo bản chú giải (1960); Vỏ phong hóa và đất nhiệt đới ẩm (lấy ví dụ miền Bắc Việt Nam) (1964). Năm 1964 Viện Khoa học Nông nghiệp được tách ra từ Học viện Nông Lâm, Bộ môn Thổ nhưỡng Nông hóa của Viện là một cơ sở nghiên cứu chuyên ngành về đất. Năm 1969 Viện Nông hóa Thổ nhưỡng được thành lập, giữ chức năng thường trực chỉ đạo nghiên cứu phân loại đất, xây dựng bản đồ đất và nhiều hoạt động nghiên cứu về đất và phân bón. - Sau 1975 khoa học thổ nhưỡng hai miền hòa nhập cùng phát triển. Năm 1978 đã hoàn thành bản đồ đất tỷ lệ 1/1 triệu với bản phân loại đất toàn quốc. Ngày 08/6/1991, Hội Khoa học Đất Việt Nam đã ra đời. Năm 1996, Hội Khoa học Đất Việt Nam đã được hoàn thành Bản đồ đất toàn quốc tỷ lệ 1/1 triệu, theo phương pháp phân loại đất của FAO-UNESCO. 3
5. Như vậy, khoa học thổ nhưỡng Việt Nam tuy mới ra đời, nhưng đã có những bước phát triển nhanh, vững chắc, hiện nay đã có thể hòa nhập được với sự phát triển như vũ bão của khoa học thổ nhưỡng trên thế giới. 7. Đối tượng và nhiệm vụ của Thổ nhưỡng học Thổ nhưỡng học là môn học nghiên cứu đất trồng. Đây là môn khoa học cơ sở nhằm bồi dưỡng cho sinh viên kiến thức về nguồn gốc hình thành đất, quy luật phân bố các loại trên địa cầu, những đặc tính về hình thái, lý học, hóa học và sinh học của đất, cùng với phương hướng sử dụng, cải tạo và bảo vệ đất, để nâng cao độ phì đất, nhằm đạt năng suất cây trồng cao và ổn định. Để học tốt Thổ nhưỡng học, cần có những kiến thức nhất định về địa chất, thực vật, vi sinh vật, sinh lý thực vật, toán, lý và hóa học. Mặt khác, nếu nắm chắc kiến thức Thổ nhưỡng học, sẽ có điều kiện học các môn chuyên môn có liên quan như: nông hóa học, thủy nông, đánh giá đất, quy hoạch đất, cây công nghiệp, cây lương thực, rau quả, bảo vệ thực vật CHƯƠNG 1 CÁC KHOÁNG VẬT VÀ ĐÁ HÌNH THÀNH ĐẤT 1.1. KHOÁNG VẬT 1.1.1. KHÁI NIỆM Khoáng vật là những hợp chất hóa học tự nhiên, được hình thành do các quá trình lý học, hóa học, địa chất học phức tạp xảy ra trong vỏ Trái Đất. Phần lớn khoáng vật gồm 2 nguyên tố trở lên, chỉ một số rất ít khoáng vật ở dạng đơn nguyên tố. Phần lớn khoáng vật ở trạng thái rắn, chỉ một số rất ít khoáng vật ở thể lỏng. Khoáng vật có thể có dạng tinh thể, hoặc ở dạng vô định hình. Kích thước và trọng lượng của khoáng vật có thể lớn, bé, nặng, nhẹ rất khác nhau. Người ta thường dùng những đặc trưng để giám định khoáng như: màu sắc, độ ánh kim, vết vỡ, tỷ trọng, độ cứng, tính dòn, tính dẻo, tính đàn hồi, từ tính hay một vài phản ứng hóa học, 1.1.2. PHÂN LOẠI KHOÁNG VẬT Trên quan điểm thổ nhưỡng học, khoáng vật được chia làm 2 loại: 1.1.2.1. KHOÁNG VẬT NGUYÊN SINH Khoáng vật nguyên sinh là khoáng vật được hình thành đồng thời với đá và hầu như chưa bị biến đổi về thành phần và trạng thái; là khoáng vật có trong các loại đá, là thành phần tạo nên đá. Khoáng vật nguyên sinh đưọc chia ra làm 8 lớp như sau: 1.1.2.1.1. Lớp silicát Silicát là muối của axit silic. Silicát là lớp khoáng vật phổ biến nhất trong thiên nhiên, chúng chiếm 75% trọng lượng vỏ Trái Đất. 4
6. Các loại khoáng vật điển hình trong lớp silicat là: Ôlivin: (Mg,Fe)2SiO4: Có màu xanh hơi vàng. Ogit: (Ca, Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6: Có màu xanh, xanh đen. Hocnơblen: (Ca,Na)2(Mg,Fe,Al,Ti) (Si4O11)2(OH)2: Có màu xanh hoặc xanh đen, nhưng nhạt hơn ogit. Mica: Có cấu tạo dạng lá bóc được dễ dàng; Có 2 loại là: - Mica trắng (Muscovit): KAl2(AlSi3O10) (OH.F)2: Màu sắc hầu hết có màu trắng, có khi vàng đục. - Mica đen (Biotit): K(Fe,Mg)3(AlSi3O10)(OH.F)2 có màu đen. Tỷ lệ mica đen ít hơn mica trắng. Phenpat: là những khoáng vật phổ biến nhất, chiếm tới 50% trọng lượng vỏ Trái Đất. Phenpat có màu trắng xám. Có các loại chính là: - Phenpat kali (Octoclaz): (K2O.Al2O3.6SiO2) - Phenpat natri (anbit): NaAlSi3O8 - Phenpat canxi (anoctit): CaAl2Si2O8 Hỗn hợp phenpat natri và canxi thì gọi là Plagioclaz. 1.1.2.1.2. Lớp cacbonat: là những muối của axit cacbonic, có đặc điểm là sủi bọt khi nhỏ HCl vào. Lớp này có các khoáng vật điển hình là: Canxit - CaCO3: Có màu trắng đục; khi vỡ tạo ra hình bình hành. Đôlômit - Ca,Mg(CO3)2: Màu trắng xám. Siđêrit -FeCO3: Có màu phớt vàng, đôi khi nâu. 1.1.2.1.3. Lớp Oxit: Là hợp chất của oxi. Có các khoáng vật điển hình là: Thạch anh - SiO2: là thành phần chính trong các loại đá macma axit, trong cát, cuội, sỏi, ánh thủy tinh, màu sắc trong suốt. Hêmatit - Fe2O3: Có màu nâu đỏ, Hêmatit là nguyên liệu chế tạo sắt, bột hêmatit dùng làm bút chì đỏ. Manhêtit - Fe3O4: Có màu đen, có từ tính, là nguyên liệu để chế tạo sắt. Coridon - Al2O3: Có màu lam, xám, đỏ, hồng, có khi vàng, lục hay không màu; 1.1.2.1.4. Lớp Sunphua: Là hợp chất của lưu huỳnh. Có các khoáng vật điển hình là: Galêrit - PbS (Sunfua chì): Có màu chì xám, khi vỡ thành những khối lập phương nhỏ có những mặt bậc thang. Pirit (FeS2): Có màu vàng (còn gọi là Vàng sống); khi đánh vào tóe lửa và mùi khét lưu huỳnh bay lên. 1.1.2.1.5. Lớp sunphat: là những muối của axit sunphuric. Các khoáng vật điển hình là: 5
7. Anhydrit (hay thạch cao khan) - CaSO4: Có màu trắng, xám, hơi đỏ; Thường gặp dạng tập hợp đông đặc, dạng hạt nhỏ. Anhydrit thường được dùng để sản xuất xi măng. Thạch cao - CasO4.2H2O: Có màu trắng, mềm, hơi trong, tinh thể dài như bó sợi. Khi nung thì nước bốc hơi còn lại dạng bột trắng như vôi. Thạch cao dùng để nặn tượng, làm phấn, và làm nguyên liệu cải tạo đất mặn. 1.1.2.1.6. Lớp photphat: là những muối của axit photphoric. Các khoáng vật điển hình là: Apatit - Ca5(PO4)3 (F,Cl): Có màu vàng lục, trắng, lam, đôi khi không màu; Photphorit [Ca3(PO4)2]: Có màu vàng hoặc nâu trắng xen kẽ; thường được tạo thành trong các hang đá vôi, nên còn được gọi là phân lèn. Vivianit [Fe3(PO4)2.8H2O]: có màu xanh lơ; mềm, có dạng bột vẽ được hình thành dưới các lớp than bùn. 1.1.2.1.7. Lớp Haloit: là những muối của các axit haloit (HF, HCl, HBr). Có các khoáng vật điển hình là: Muối mỏ - NaCl: Có màu trong suốt hoặc trắng; có vị mặn. Được thành tạo trong các vũng biển khô cạn từ lâu. Muối mỏ dùng để ăn và trong công nghiệp hóa học. Kacnalit - KCl, MgCl2.6H2O: Kacnalit là trầm tích hóa học biển, được hình thành ở vùng khô lạnh. Có màu hồng hay nâu đỏ; Thường gặp dạng khối đông đặc; dễ chảy nước, vị chát. Dùng kacnalit làm phân manhê, phân kali. 1.1.2.1.8. Lớp nguyên tố tự nhiên (Khoáng vật đơn nguyên tố) Lưu huỳnh (S): Có màu vàng, nâu; Có thể do hoạt động núi lửa phun ra hoặc bằng con đường sinh hóa trong trầm tích. Than đá, than chì (graphit), kim cương (C) là những dạng của C và các kim loại quý như vàng (Au), đồng (Cu), bạch kim, 1.1.2.2. KHOÁNG VẬT THỨ SINH Khoáng vật thứ sinh là do khoáng vật nguyên sinh phá hủy, bị biến đổi về thành phần và trạng thái mà tạo nên. Chúng được hình thành trong quá trình phong hóa đá và quá trình biến đổi của đất. So với khoáng vật nguyên sinh thì số lượng khoáng vật thứ sinh ít hơn nhiều và có kích thước bé. Sự phân biệt khoáng vật thứ sinh với khoáng vật nguyên sinh nhiều khi chỉ là tương đối. Ví dụ: Thạch anh trong đá là nguyên sinh và thạch anh trong đất là thứ sinh. Ngưòi ta chia khoáng vật thứ sinh ra 3 lớp: 1.1.2.2.1. Lớp aluminosilicat Lớp aluminosilicat do các khoáng vật lớp silicat nguyên sinh bị biến đổi và phá hủy mà hình thành. Lớp này thường gặp các khoáng vật sau đây: . Hydromica: Do các loại mica ngậm thêm nước; + Vemiculit: Dạng tấm mỏng, màu nâu, nâu phớt vàng, đôi khi có phớt lục. + Hydromuscovit (còn gọi là Ilit): KAl2 [(Si.Al)4O10](OH)2.nH2O: màu trắng vảy hoặc tấm mỏng, thường gặp trong đất sét. 6
8. . Secpentin - Mg6(SiO4)(OH)8: Là sản phẩm của khoáng Olivin biến đổi, màu xanh lá cây đến xanh đen, còn gọi là khoáng "da rắn" (vì thường nằm lẫn với amiăng tạo thành những khoang trắng đen như da rắn cạp nong). . Clorit - Mg4Al2(Si2Al2O10)(OH)8: Là sản phẩm phá hủy của khoáng Ogit; màu xanh lá cây, mềm. . Các khoáng vật sét: Là nhóm khoáng vật có tinh thể rất nhỏ, cấu tạo dẹt, khi thấm nước thì trương lên, dẻo, dính, có khả năng hấp phụ. Hai khoáng vật điển hình của nhóm này là: Kaolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O) và Monmorilonit (Al2O3.4SiO2.nH2O) 1.1.2.2.2. Lớp Oxit và hydroxit . Oxit và hydroxit nhôm: Những khoáng vật điển hình là: + Điaspo - (HAlO2) + Gipxit - Al(OH)3 Hai loại này hỗn hợp với nhau sẽ tạo thành Bôxit (Al2 O3.nH2O) . Oxit và hydroxit sắt: Thường gặp trong đá ong và đất đỏ; có màu nâu, nâu đỏ, vàng hay đen. Có 2 dạng: + Gơtit - HFeO2 + Limônit - Fe2O3.nH2O . Oxit và hydroxit mangan: Màu đen, mềm, thường kết tủa thành những hạt tròn nhỏ trong đất phù sa và đất đá vôi. Như: + Manganit: Mn2O3.H2O + Psilômêlan: mMnO.nMnO2.pH2O . Hydroxit silic: Điển hình là Ôpan, SiO2.nH2O thường có màu trắng, xám, được tạo thành khi các loại silicat bị phá hủy, oxit silic được tách ra. 1.1.2.2.3. Lớp Cacbonat, sunfat và clorua Các kim loại kiềm và kiềm thổ bị tách ra từ khoáng, đá hay xác sinh vật chúng sẽ 2- 2- - kết hợp với CO3 , SO4 , Cl trong môi trường tạo thành các muối cacbonat, sunfat và clorua, như: Canxit: CaCO3 ; Manhêzit: MgCO3; Nalit: NaCl; Thạch cao: CaSO4.2H2O. 1.2. CÁC LOẠI ĐÁ HÌNH THÀNH ĐẤT (ĐÁ MẸ) 1.2.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐÁ Đá là một tập hợp các khoáng vật và là thành phần chủ yếu tạo nên vỏ Trái Đất. Phần lớn đá là do nhiều loại khoáng vật tạo thành, tuy nhiên vẫn có một số ít đá chỉ do một loại khoáng tạo nên (Ví dụ: đá vôi chỉ do khoáng vật canxit, CaCO3; đá apatit chỉ do một khoáng vật apatit). Các loại đá bị phong hóa tạo ra mẫu chất, làm nguyên liệu để hình thành đất thì gọi là đá mẹ. 1.2.2. PHÂN LOẠI ĐÁ Căn cứ vào nguồn gốc hình thành, người ta chia đá ra 3 nhóm: Đá macma, đá trầm tích và đá biến chất. 1.2.2.1. Đá macma (còn gọi là đá núi lửa) 1.2.2.1.1. Nguồn gốc và phân loại 7
9. Đá macma là đá được hình thành do khối Aluminosilicat nóng chảy nửa lỏng, nửa đặc (gọi là macma) trong lòng Trái Đất phun ra ngoài, do nhiệt độ hạ thấp đột ngột bị ngưng kết lại tạo thành đá. Tùy theo vị trí ngưng kết mà người ta chia đá macma ra 2 loại là: Đá macma xâm nhập và đá macma phún xuất. Dựa vào tỷ lệ SiO2 (%) có trong đá mà người ta chia đá macma ra các loại sau đây: - Macma siêu axit SiO2 > 75 % - Macma axit 65 - 75 % - Macma trung tính 52 - 65 % - Macma bazơ 40 - 52 % - Macma siêu bazơ < 40 % 1.2.2.1.2. Mô tả một số đại diện của đá macma . Đá macma siêu axit và axit: - Đá pecmatit: Là đá macma xâm nhập, có màu hồng; xám sáng; khoáng vật có Octoclaz, thạch anh và mica. - Đá Granit (còn gọi là đá Hoa cương): Là đá macma xâm nhập, màu xám sáng, khoáng vật gồm Octoclaz, thạch anh, mica, đôi khi có hocnơblen hoặc ôgit. - Đá Liparit (hay Riolit): Là đá macma phún xuất, thành phần khoáng vật giống granit, màu xám sáng. . Đá macma trung tính: - Sienit: Là đá macma xâm nhập; thành phần khoáng vật có octoklaz, hocnơblen, màu xám. - Trakit: Là đá macma phún xuất, thành phần khoáng vật có octoklaz, hocnơblen, màu xám. - Đá Diorit: Là đá macma xâm nhập; khoáng vật có plagioklaz, hocnơblen; có màu xám xanh nhạt. - Andezit: Là đá macma phún xuất; màu xám xanh, thành phần khoáng vật có plagioklaz, hocnơblen và ogit, . Đá macma bazơ: - Đá gabro: Là đá macma xâm nhập; khoáng vật có ogit, plagioklazơ; màu đen hoặc xám lục. - Đá Bazan (còn gọi là đá Huyền vũ): Là đá macma phún xuất; khoáng vật có ogit, plagioklazơ, màu đen hoặc xanh đen. - Điaba: Là đá macma phún xuất; khoáng vật có ogit, plagioklazơ, có màu đen hoặc xanh đen. . Đá macma siêu bazơ: Có các đá Đunit, Périđôtit và Pirôxênit: Là đá macma xâm nhập; khoáng vật các đá này đều có Ôlivin, Ôgit. 1.2.2.2. Đá trầm tích 1.2.2.2.1. Nguồn gốc Đá trầm tích được hình thành từ sản phẩm phá huỷ của các đá khác, có thể là sản phẩm vỡ vụn cơ học, hoặc các chất hoà tan trong nước hoặc từ xác sinh vật chết đi, 8
10. chúng được nước mang đi và tích đọng ở sông, biển, hồ, lúc đầu thường rời rạc, sau đó do những chất hoá học tự nhiên, hoặc bị sức ép chúng gắn chặt lại với nhau tạo thành đá cứng rắn, gọi là đá trầm tích. Do sự vận động địa chất, sự hoạt động “tạo sơn” mà đá trầm tích nằm ở đáy biển, đáy hồ được nhô lên tạo thành các dãy núi đá. Hiện nay đá trầm tích chiếm khoảng 75% diện tích mặt đất. 1.2.2.2.2. Đặc điểm chung - Đa số các loại đá trầm tích đều có cấu tạo phân lớp, mỗi một lớp là kết quả lắng đọng của cùng một loại sản phẩm trong một thời gian nhất định. - Thành phần hoá học và khoáng vật đơn giản hơn đá macma (ví dụ: Đá vôi chỉ có CaCO3, đá sét chỉ có sét, ). - Có thể có di tích hữu cơ. 1.2.2.2.3. Phân loại trầm tích Căn cứ sản phẩm gắn kết tạo nên đá mà người ta chia đá trầm tích ra làm 4 nhóm: . Đá trầm tích cơ học (còn gọi là đá vụn): Là đá mà sản phẩm tạo nên đá là do sự phá huỷ cơ học của các đá khác. Người ta thường dựa vào kích thước của các sản phẩm vỡ vụn để chia ra: đá vụn không gắn kết và đá vụn gắn kết. - Đá vụn không gắn kết: Sản phẩm vỡ vụn ở trạng thái rời rạc. Dựa vào kích thước của các hạt vụn. Người ta chia ra: + Đá tảng: Có kích thước > 200 mm. + Dăm, cuội: có kích thước 10 - 200 mm. Dăm là những đá vụn sắc cạnh, còn cuội là những đá vụn mà cạnh bị bào mòn. + Sạn, sỏi: có kích thước từ 2 - 10 mm. + Cát: có kích thước từ 0,1 - 2 mm. Có thể chia ra: Cát thô 1 - 2 mm Cát hạt lớn 0,5 - 1 mm Cát hạt trung bình 0,25 - 0,5 mm Cát nhỏ 0,1 - 0,25 mm + Bột (alơrit): có kích thước từ 0,01 - 0,1 mm. + Sét: có kích thước < 0,01 mm. - Đá vụn gắn kết: Là những loại đá được tạo thành do các hạt vụn được gắn lại với nhau bởi một ”chất kết gắn” hoặc một tác nhân nào đó. Tuỳ theo loại hạt vụn khác nhau mà sẽ có tên đá tương ứng: + Dăm, cuội, sạn, sỏi, gắn kết lại với nhau tạo nên đá dăm kết. + Hạt cát gắn kết lại với nhau tạo nên đá cát kết hay sa thạch. + Hạt bột gắn kết lại với nhau tạo nên đá bột kết (alơrôlit) hay đá phấn sa. + Sét bị ép cứng lại với nhau tạo nên đá sét (acgilit); khi bị ép mạnh và bị phân thành lớp rõ thì gọi là đá phiến sét. . Đá trầm tích hoá học 9
11. Đá trầm tích hoá học được hình thành do các loại đá khác bị phá huỷ bằng các phản ứng hoá học giải phóng ra một chất nào đó, chất ấy kết hợp với một chất khác có trong môi trường, tạo nên một đá mới có thành phần hoá học khác với đá ban đầu. Có các loại sau đây: + Túp vôi: Đá xốp trắng, hơi xám hoặc hơi vàng; sủi bọt mạnh với HCl loãng. Túp vôi được tạo thành là do vôi kết tủa bởi các dung dịch nước quá bão hoà vôi trong khu vực giàu đá vôi, do CaCO3 hoà tan đọng lại. + Túp silic (gâyđêrit - cửa suối nước nóng): Tạo thành do sự lắng đọng silic ở cửa suối nước nóng chứa silic hoà tan. Đá gồm một khoáng chất SiO2.nH2O (opan), bề ngoài giống túp vôi nhưng không sủi bọt với HCl loãng và có độ rắn lớn hơn. . Đá trầm tích hữu cơ Đá trầm tích hữu cơ là đá trầm tích mà sản phẩm tạo nên đá có nguồn gốc từ xác sinh vật. Có một số đá sau đây: - Đá vôi: Đá vôi được tạo thành ở biển, do nhiều loài sinh vật biển trong cơ thể chứa nhiều canxi khi chết đi để lại, ví dụ: san hô, trai, ốc, nhuyễn thể, tảo biển, - Đá silic: Là sản phẩm của các loại Khuê tảo, Hải miên, Đá rất cứng thường có dạng phiến nên gọi là phiến silic. - Đá phôtphat: Là sản phẩm của động vật có xương sống và vác động vât khác, cơ thể của chúng có nhiều Ca và P2O5. Ở Việt Nam gặp 2 loại sau đây: + Phôtphorit: Ca3(PO4)2: Thường được tạo thành trong các khe núi hoặc hang đá vôi do di tích sinh vật chết từ lâu, nên còn gọi là phân lèn. Có màu vàng nâu hoặc trắng đen xen kẽ, có cấu tạo đồng tâm như mã não. + Đá phiến Apatit Ca5(PO4)3(F.Cl): Được hình thành do xác sinh vật biển chết đi, canxiphôtphat trong cơ thể bị hòa tan rồi kết tủa lại tạo nên. Có dạng đá phiến, hạt nhỏ, màu xanh xám hoặc nâu xanh. - Đá than: Do xác thực phân hủy trong điều kiện yếm khí tạo nên. + Than bùn: Là do xác thực vật phân hủy không hoàn toàn trong điều kiện yếm khí, tạo nên một thứ than xốp, màu nâu, nâu vàng hoặc nâu đen; còn nhiều di tích của rễ, cành, lá cây. + Than đá: Thực vật bị chôn vùi dưới sâu, bị phân hủy yếm khí đầu tiên tạo thành than bùn, sau đó lâu ngày thì bị ép cứng biến thành than nâu. Than nâu lâu dần thành than khói và thành than không khói. Dựa vào tỷ lệ C và chất bốc cháy mà người ta chia ra: than gỗ, than nâu, than mỡ, than gầy, than không khói, . Đá trầm tích hỗn hợp Là những đá cấu tạo từ sản phẩm hỗn hợp: vật liệu vỡ vụn, vật liệu hóa học, vật liệu hữu cơ, Có các loại như: đá sét vôi, đá vôi lẫn sét, đá vôi lẫn cát, 1.2.2.3. Đá biến chất Đá macma hoặc trầm tích chịu tác động của nhiệt độ cao hoặc áp suất lớn thì bị biến đổi về thành phần khoáng vật, thành phần hóa học và cả về kiến trúc tạo nên đá biến chất. 10
12. Đá biến đổi do nhiệt độ cao gọi là đá biến chất nhiệt; Đá biến đổi do áp suất lớn gọi là đá biến chất động lực. Một số đá biến chất phổ biến như: - Đá phiến mica: Do các vảy mica xếp thành lớp nên gọi là phiến mica. - Đá Gơnai: Có thành phần khoáng vật giống đá granit (thạch anh, phenpat, mica, hoocnơblen). Nếu từ macma thì gọi là octogơnai, nếu từ đá trầm tích thì gọi là paragơnai. - Đá hoa (cẩm thạch): Là sản phẩm kết tinh của đá vôi hay những đá trầm tích giàu canxi khác; có màu trắng, hơi lục, hồng, vàng hoặc đỏ; sủi bọt với HCl loãng nhưng yếu hơn đá vôi. - Đá quăczit: Do cát và cát kết biến đổi tạo thành. Đá có màu trắng, khi bị lẫn thì hơi đỏ, đỏ thẫm, còn gọi là đá “óc chó”. 11
13. CHƯƠNG 2 SỰ PHONG HÓA ĐÁ VÀ SỰ HÌNH THÀNH ĐẤT 2.1. SỰ PHONG HÓA ĐÁ 2.1.1. Khái niệm Các đá và khoáng vật ở lớp ngoài của vỏ trái đất dưới tác động của các yếu tố ngoại cảnh sẽ bị phá hủy bởi các tác nhân khác nhau, dưới các hình thức khác nhau, được gọi chung một cụm từ là quá trình phong hóa đá. Sản phẩm của quá trình này gọi là mẫu chất, đó là các chất vô cơ, là nguyên liệu để hình thành đất. 2.1.2. Phân loại Dựa vào tính chất và tác nhân gây ra quá trình phong hóa, người ta phân biệt ra ba loại phong hóa đá là: Phong hóa lý học; phong hóa hóa học và phong hóa sinh học. Thực tế trong tự nhiên các loại phong hóa này cùng đồng thời xảy ra, nhưng tùy vào từng khu vực, từng điều kiện cụ thể mà loại phong hóa này xảy ra mạnh hơn các loại phong hóa khác hoặc ngược lại. 2.1.2.1. Phong hóa lý học Là sự vỡ vụn của các loại đá thành những hạt nhỏ hơn, chưa có sự thay đổi về thành phần và tính chất hóa học. Tác nhân gây ra là do các yếu tố vật lý, chủ yếu là nhiệt độ, nước và gió. + Tác nhân nhiệt độ: Đá được cấu tạo từ nhiều khoáng vật khác nhau, các khoáng vật khác nhau lại có hệ số giãn nở khác nhau. Khi nhiệt độ thay đổi thì các khoáng vật co giãn không đồng thời, nên đá sẽ bị nứt vỡ ra. Biên độ nhiệt càng lớn thì sự nứt vỡ càng mãnh liệt. + Tác nhân của nước: Nước chảy cuốn trôi đá, làm cho đá va đập vào nhau bị sứt vỡ ra; hoặc “nước chảy đá mòn”, nước chảy sẽ bào mòn đá, làm cho các phần tử trên bề mặt đá bị bứt ra khỏi đá; Nước xâm nhập vào kẽ nứt của đá, khi nhiệt độ xuống dưới 0OC sẽ bị đóng băng, thể tích tăng lên ép vào thành kẽ nứt làm cho đá nứt to hơn, bị vỡ vụn thêm. + Tác nhân của gió: Gió thổi mạnh cuốn bay đá, cuốn các hạt bụi nhỏ va đập vào đá cũng có tác dụng mài mòn dần khối đá lớn đứng đầu ngọn gió. 2.1.2.2. Phong hoá hoá học Là sự phá huỷ đá bằng các phản ứng hoá học. Tác nhân chủ yếu là H2O, O2, CO2. Dạng phong hoá này làm cho đá bị biến đổi sâu sắc về thành phần và tính chất hoá học. Có thể chia ra 4 loại: + Quá trình ôxy hoá: Do tác dụng của oxi và nước đá sẽ bị phá hủy theo quá trình oxi hóa tạo thành chất dễ tan hơn. Ví dụ: FeS2 + n H2 O + n O2 Fe2O3.n H2O + Fe(OH)3  + H2SO4 Pyrit Limonit + Quá trình hoà tan: 12
14. Do tác dụng của nước và CO2 đá sẽ bị phá hủy theo phản ứng hòa tan tạo thành chất dễ tan hơn. Ví dụ: CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2 Đá vôi Bicacbonat canxi (dễ tan) + Quá trình hydrat hoá (thủyhợp): Là quá trình nước tham gia vào cấu tạo tinh thể của khoáng vật. Ví dụ: CaSO4 + 2H2O CaSO4.2H2O Anhydryt Thạch cao + Quá trình sét hoá (thuỷ phân): Dưới tác dụng của nước và CO2 các ion kiềm và kiềm thổ trong khoáng vật Aluminosilicat và Silicat sẽ bị ion H+ của nước chiếm chỗ trong mạng lưới tinh thể, để tạo ra các khoáng vật thứ sinh, trở nên dạng dễ hoà tan hơn. Ví dụ: K2O.Al2 O3.6SiO2 + nH2O + CO2 Al2O3.2SiO2.2H2O + K2CO3 + 4SiO2.nH2O Phenpat kali Kaolinit Opan Các khoáng vật thứ sinh đó là gọi là khoáng sét của đất, chúng là những tinh thể nhỏ bé, thuộc kích thước keo đất, nên được gọi là keo sét của đất. 2.1.2.3. Phong hoá sinh học Là sự phá huỷ đá bởi các nhân tố sinh vật, bao gồm: vi sinh vật, thực và động vật (kể cả con người). Ví dụ: Địa y và rêu bám rễ vào kẽ nứt, hoà tan và hút chất dinh dưỡng từ đá. Rễ cây lớn cũng có thể đâm vào kẽ nứt của đá rồi lớn dần lên làm đá vỡ to ra. Các hợp chất hữu cơ do xác sinh vật phân hủy mang tính axit cũng có tác dụng phá hủy đá; 2.1.3. SẢN PHẨM PHONG HOÁ Các sản phẩm do sự phong hoá đá và khoáng vật tạo ra được gọi chung là mẫu chất. Mẫu chất là nguyên liệu chính của đất (95 - 98% trọng lượng đất), là cơ sở để hình thành đất; Mẫu chất chịu tác động sâu sắc của hoạt động sinh học dần dần được bổ sung thêm chất hữu cơ và trở thành đất. . Căn cứ vào khả năng di chuyển của mẫu chất, người ta chia mẫu chất ra 3 loại là: + Tàn tích (eluvi): là sản phẩm phong hoá được giữ lại tại chỗ. + Sườn tích (deluvi): là sản phẩm phong hoá bị cuốn trôi từ trên cao xuống và tích tụ ở sườn và chân núi giống như sản phẩm dốc tụ. + Phù sa (aluvi): là loại mẫu chất hạt mịn do nước lôi cuốn và vận chuyển đi xa rồi bồi tụ lại dọc đường đi của chúng. . Căn cứ vào nguồn gốc hình thành người ta phân biệt làm 2 loại: + Mẫu chất tại chỗ: Là mẫu chất sau khi phong hoá ra thì được giữ lại tại chỗ. + Mẫu chất bồi tụ: Là mẫu chất do nơi khác đưa tới. 2.1.4. VỎ PHONG HOÁ Là lớp ngoài cùng của vỏ Trái đất chứa các sản phẩm của các quá trình phong hoá đá và khoáng. Đất là phần trên cùng của vỏ phong hóa. 13
15. Do nguồn gốc của các loại mẫu chất khác nhau nên đã hình thành nên 2 loại vỏ phong hoá khác nhau, đó là: vỏ phong hoá tại chỗ (chứa mẫu chất tàn tích) và vỏ phong hoá trầm tích (chứa mẫu chất sườn tích và phù sa). Ở Việt Nam có các loại vỏ phong hoá sau đây: - Vỏ phong hóa alit: gặp ở vùng núi cao >1.700m (ở miền Bắc) và >1.800m (ở miền Nam). - Vỏ phong hóa feralit: Có ở độ cao từ 25-1.700m (ở miền Bắc) và từ 50-1.800m (ở miền Nam). - Vỏ phong hóa macgalit-feralit: gặp ở vùng đá bọt bazan và đá vôi. - Vỏ phong hóa trầm tích sialit: là các vùng phù sa. Có các vỏ phong hóa như: trầm tích sialit không mặn, trầm tích sialit mặn, trầm tích sialit chua mặn, 2.2. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT 2.2.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT Sự hình thành đất là một quá trình biến đổi vật chất rất phức tạp diễn ra ở lớp ngoài cùng của vỏ Trái đất, dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau. Khi Trái đất chưa có sự sống, bấy giờ chỉ diễn ra sự phá huỷ đá mẹ (phong hóa) tạo ra sản phẩm là các chất vô cơ có kích thước khác nhau, gọi chung là mẫu chất. Mẫu chất bị nước cuốn trôi, trầm tích lại một nơi nào đó, dần dần hình thành nên đá trầm tích. Có thể gọi đó là vòng Đại tuần hoàn địa chất. Thực chất của vòng đại tuần hoàn địa chất là quá trình phong hóa đá để tạo thành mẫu chất. Khi Trái đất có sinh vật, đã bổ sung thêm một phần mới đó là các hợp chất hữu cơ. Mặc dù chất hữu cơ chỉ là một phần nhỏ của trọng lượng đất, nhưng đã làm cho mẫu chất trở thành đất, có thuộc tính sinh học của nó là độ phì và có khả năng sản xuất ra sản phẩm cây trồng, gọi đó là vòng Tiểu tuần hoàn sinh vật. Đây là vòng tuần hoàn không khép kín, mà theo kiểu xoáy trôn ốc. Nghĩa là sau một chu kì sống, sinh vật trả lại cho đất một lượng chất hữu cơ nhiều hơn, làm cho đất ngày càng phì nhiêu, màu mỡ hơn. Như vậy, quá trình hình thành đất chỉ bắt đầu từ khi có sự sống xuất hiện. Bởi vậy bản chất của quá trình hình thành đất là sự thống nhất mâu thuẫn giữa vòng đại tuần hoàn địa chất và vòng tiểu tuần hoàn sinh học. Cơ sở của quá trình hình thành đất la vòng đại tuần hoàn địa chất, còn bản chất của quá trình hình thành đất là vòng tiểu tuần hoàn sinh vật. 2.2.2. CÁC YẾU TỐ HÌNH THÀNH ĐẤT Theo Đô-cu-trai-ep thì có 5 yếu tố hình thành đất là: Sinh vật, khí hậu, đá mẹ, địa hình và thời gian (tuổi). Đối với đất trồng còn chịu tác động của yếu tố con người. 2.2.2.1. Sinh vật: Đây là yếu tố chủ đạo, vì nhờ nó mà mẫu chất trở thành đất. Sinh vật có thể phân thành 3 nhóm chính là: Vi sinh vật, thực vật và động vật. . Vi sinh vật Vi sinh vật giữ vai trò rất quan trọng trong quá trình hình thành đất với hai chức năng chính: - Phân giải và tổng hợp chất hữu cơ: Đó là quá trình khoáng hóa và quá trình mùn hóa chất hữu cơ. Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ chứa cacbon và chứa 14
16. đạm, đã duy trì và ổn định vòng tuần hoàn cacbon và vòng tuần hòa đạm trong tự nhiên, đảm bảo cho cây xanh phát triển, từ đó duy trì sự sống các sinh vật khác trên Trái đất. - Tạo nên đạm cho đất: Trong đá và khoáng không có đạm, mà đạm trong đất đầu tiên là nhờ các sinh vật cố định đạm từ nitơ khí trời. Đây là một khả năng đặc biệt chỉ có ở một số vi sinh vật, chúng được gọi là vi sinh vật cố định đạm. Nhờ vậy mà đất được bổ sung đạm và ngày càng màu mỡ hơn. . Vai trò của thực vật Thực vật là nguồn cung cấp chất hữu cơ chủ yếu cho đất (chiếm 4/5 tổng số chất hữu cơ của đất). Thực vật xúc tiến quá trình phong hóa đá tạo ra mẫu chất. Rễ cây làm tăng độ tơi xốp và tăng độ phì nhiêu cho lớp đất mặt. Thực vật còn có tác dụng giữ ẩm cho đất, hạn chế sự xói mòn rửa trôi các chất trong đất. Thảm thực vật khác nhau đã hình thành nên các loại đất có tính chất khác nhau. . Vai trò của động vật Động vật cung cấp chất hữu cơ cho đất bằng các chất thải của chúng và bằng xác cơ thể chúng khi chết đi. Mặt khác, động vật đào bới đất hoặc phân giun thải ra đã góp phần cải thiện tính chất vật lý của đất, tăng tính thoáng khí, tạo kết cấu tốt, 2.2.2.2. Khí hậu Các yếu tố khí hậu có ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp tới quá trình hình thành đất. * Ảnh hưởng trực tiếp: mưa, nhiệt độ, gió, đẩy mạnh quá trình phong hóa đá tạo ra mẫu chất. Mưa tạo ra độ ẩm cho đất, tạo ra sự xói mòn và rửa trôi các chất của đất; Nắng kéo dài, đất mất nước trở nên khô hạn; Nước còn ảnh hưởng tới màu sắc của đất. * Ảnh hưởng gián tiếp: các điều kiện của khí hậu có tác dụng đẩy mạnh hay kìm hãm sự phát triển của sinh vật. Vì vậy, ở mỗi đới khí hậu khác nhau sẽ có những loại đất đặc thù ở đó. 2.2.2.3. Địa hình Địa hình bằng phẳng, dốc hay thấp trũng, sẽ có tác dụng xói mòn hay tích lũy mẫu chất và chất hữu cơ, làm cho sự hình thành và các quá trình biến đổi của đất sẽ theo các chiều hướng khác nhau. Độ cao tuyệt đối khác nhau thì sự phân phối chế độ mưa, ẩm, nhiệt độ, cũng khác nhau, từ đó sẽ ảnh hưởng tới quá trình phong hóa đá, sự phát triển, phân bố chủng loại sinh vật và tích lũy các chất trong đất. Vì thế độ cao khác nhau đã tạo ra các vành đai đất hoàn toàn khác nhau. 2.2.2.4. Đá mẹ Đá mẹ bị phong hóa cho ra mẫu chất, mẫu chất là nguyên liệu chính của đất. Vì thế có thể nói đá giàu nguyên tố nào thì cho ra đất giàu nguyên tố đó. Ví dụ: đất đỏ phát triển từ đá bazan - một loại đá kiềm cho ra đất có tầng dày, có tổng hàm lượng dinh dưỡng cao, ngược lại đất được hình thành từ đá granit thì có tầng đất mỏng, nghèo dinh dưỡng, dễ bị khô hạn. 2.2.2.5. Thời gian (tuổi của đất) 15
17. Sự hình thành đất phải trải qua một thời gian dài. Người ta có các khái niệm sau: - Tuổi tuyệt đối của đất đồi núi được tính từ khi mẫu chất bắt đầu có tích lũy chất hữu cơ cho đến hiện tại (người ta thường dùng phương pháp cacbon phóng xạ để định tuổi của mùn rồi suy ra tuổi tuyệt đối của đất). Tuổi tuyệt đối của đất đồng bằng được tính từ khi vùng đất đó thoát khỏi ảnh hưởng của thủy triều sông hoặc biển. Tuổi tuyệt đối được tình bằng năm. - Tuổi tương đối của đất là sự chênh lệch về giai đoạn phát triển của các loại đất trên cùng một lãnh thổ có tuổi tuyệt đối như nhau. Nó được đánh gía bằng mức độ phát triển của đất trong những điều kiện ngoại cảnh nào đó. 2.2.2.6. Yếu tố con người Trong quá trình sử dụng đất để trồng trọt con người đã có tác động đến đất rất sâu sắc, làm cho đất thay đổi rất nhanh chóng, có thể làm cho đất ngày càng màu mỡ hoặc thoái hóa đi. Con người có thể xúc tiến sự hình thành đất trồng trọt sớm hơn và làm cho đất ngày càng màu mỡ; nhưng nếu du canh du cư, phát rừng làm rẫy, thì sau vài vụ gieo trồng đất sẽ bị kiệt quệ, mất sức sản xuất. Sử dụng đất hợp lý là cách tác động tích cực vào đất để “bắt” đất cung cấp nhiều sản phẩm nhất, khai thác đất lâu dài và độ phì đất ngày càng được nâng cao. 2.3. HÌNH THÁI ĐẤT Hình thái đất là những đặc trưng của đất mà có thể quan sát được, đó là kết quả của quá trình hình thành và phát triển của đất. Người ta quan sát hình thái của đất qua phẫu diện đất (profile). Phẫu diện đất (profile) là mặt phẳng cắt thẳng đứng từ mặt đất xuống các tầng sâu của đất. Các đặc trưng hình thái của đất mà có thể quan sát được đó là: 2.3.1. Các tầng đất Trong quá trình hình thành đất, các vật chất được tạo ra vì những lý do khác nhau chúng sẽ được di chuyển theo không gian và được tích lũy lại ở các vị trí khác nhau. Kết quả đã tạo ra các tầng đất khác nhau mà ta có thể quan sát được dễ dàng. Người ta gọi các tầng đất trong phẫu diện đất là tầng phát sinh. Các tầng đất khác nhau được phân biệt nhờ một số dấu hiệu như: màu sắc, kích thước cấp hạt (thành phần cơ giới), độ chặt, kết cấu, . Một phẫu diện đất rừng tự nhiên (đất địa thành) thường có 4 tầng là: O, A, B và C theo thứ tự từ mặt đất xuống sâu như sau: Tầng O: là tầng hữu cơ (còn gọi là tầng thảo mục). Tầng này chứa xác thực vật và động vật chưa được phân giải hoặc mới ở trạng thái bán phân giải. Cần lưu ý rằng tầng O chỉ có ở đất rừng chưa khai thác, còn đất đã được khai thác để trồng trọt mất thảm thức vật rừng, thì tầng này xem như không có. Tầng A: gọi là tầng rửa trôi (eluvial). Là tầng đất chứa nhiều mùn. Trong thực tế tầng này có nhiều chất bị rửa trôi xuống các tầng sâu ngay cả sét, chính vì thế người ta gọi là tầng rửa trôi. Thường nhóm này người ta chia ra các tầng phụ A1, A2, A3. 16
18. Tầng B: gọi là tầng tích tụ (illuvial). Là tầng chứa các hợp chất như oxyt sắt, nhôm, khoáng sét bị rửa trôi từ trên xuống. Cũng có trường hợp các chất này được hình thành tại chỗ hoặc từ những tầng phía dưới đi lên. Tầng B Tầng O trong nhiều vùng đất có thể tách ra các tầng phụ B1, B2, B3. Tầng A Tầng C: Tầng mẫu chất; chứa các sản phẩm phong hóa từ đá. Tầng D: Tầng đá mẹ. Là tầng đá gốc. . Đối với đất đồng bằng (đất thủy thành): Tầng B Phẫu diện đất không tuân theo đúng quy luật trên, các tầng đất trong phẫu diện của các loại đất khác nhau hoặc ở những vị trí khác nhau sẽ rất khác nhau, phụ thuộc vào chế độ nước và phương thức canh tác cây trồng cạn hay cây Tầng C trồng nước. Ví dụ: đặc trưng một phẫu diện đất lúa nước ở vùng đồng bằng có các tầng như sau: Tầng D Tầng Ac - tầng canh tác. Tầng P - tầng đế cày. Tầng B - tầng tích tụ, loang lổ đỏ vàng. Tầng G - tầng glây. Hình 1 - Sơ đồ cấu tạo phẫu diện đất 2.3.2. Màu sắc đất Màu sắc đất thể hiện thành phần hóa học của đất, thành phần các chất chứa trong đất. Màu sắc đất rất phong phú, nhưng đều được tạo nên bởi 3 màu cơ bản là: trắng, đen và đỏ. Màu đen chủ yếu là do mùn tạo nên, mùn càng nhiều thì đất càng đen. Đôi khi màu đen còn do oxit mangan (MnO2) tạo nên. Màu đỏ của đất chủ yếu do oxyt sắt (Fe2O3) tạo nên. Nếu oxyt sắt ngậm nước chúng có màu vàng. Màu trắng chủ yếu là do thạch anh (SiO2), khoáng sét (kaolinit) hay canxi cacbonat (CaCO3) tạo nên. Đất càng trắng chứng tỏ mùn càng ít, càng nghèo dinh dưỡng. Ngoài ra đất bị glây thì có màu xanh xám, chủ yếu là do hợp chất Fe hóa trị 2 (FeO.nH2O) tạo ra. Trong thực tế đất có nhiều màu sắc khác nhau, không có một loại đất nào đồng nhất một màu, mà luôn có sự pha trộn giữa các màu, trong đó có một màu là chủ đạo. Người ta có thể dựa vào màu sắc của đất để đặt tên cho đất. 2.3.3. Chất xâm nhập và chất mới sinh 17
19. Trong quá trình nghiên cứu phẫu diện đất người ta gặp những vật liệu khác nhau, người ta phân biệt ra 2 loại: - Các chất (hoặc vật liệu) mà không có nguồn gốc từ quá trình hình thành và phát triển của đất thì gọi là chất xâm nhập (còn gọi là chất lẫn vào), như: mảnh sành, gạch vụn, - Các chất (hoặc vật liệu) được sinh ra có nguồn gốc (hay là kết quả) của quá trình hình thành đất thì gọi là chất mới sinh. Dựa vào nguồn gốc hình thành có thể chia ra: + Chất mới sinh có nguồn gốc hóa học như: kết von, đá ong, + Chất mới sinh có nguồn gốc sinh học như phân giun, tổ mối, Trên cơ sở chất mới sinh ta có thể nhận định được tính chất đất và một số quá trình xảy ra trong đất, ví dụ: gặp kết von hay đá ong ta biết được đất đã có qúa trình tích lũy sắt. 2.4. MỘT SỐ QUÁ TRÌNH THƯỜNG XẢY RA TRONG ĐẤT Dưới tác động của các điều kiện tự nhiên khác nhau, mỗi loại đất không chỉ chịu ảnh hưởng của một quá trình nhất định, mà chịu ảnh hưởng của nhiều quá trình khác nhau, trong đó có một hoặc vài quá trình chiếm ưu thế, quyết định tính chất đất. Sau đây là một số quá trình thường xuất hiện trong sự hình thành đất Việt nam. 2.4.1. Quá trình hóa sét Trong quá trình phong hóa hình thành đất, các khoáng thứ sinh alumin silicat phức tạp được hình thành từ các khoáng vật nguyên sinh silicat như fenspat, mica, amphibolit, Ví dụ: Sự phá hủy của fenspat kali: K2O.Al2 O3.6SiO2 + nH2O + CO2 Al2O3.2SiO2.2H2O + K2CO3 + 4SiO2.nH2O fenspat kali kaolinit Các khoáng vật thứ sinh đó gọi là khoáng sét của đất, chúng là những tinh thể nhỏ bé, thuộc kích thước keo đất, nên được gọi là keo sét của đất. Như vậy: Hóa sét là quá trình biến đổi khoáng vật nguyên sinh (chủ yếu là silicat và alumin silicat) tạo thành các khoáng sét. Quá trình hóa sét thường kèm theo sự rửa trôi các chất kiềm dưới dạng muối cacbonat. Điều kiện khí hậu, địa hình, đá mẹ, ảnh hưởng đến thành phần và số lượng sét trong đất. Ở vùng khí hậu nóng ẩm quá trình hóa sét diễn ra mạnh và hình thành chủ yếu là kaolinit. Ở vùng khí hậu lạnh thì hình thành chủ yếu là sét monmorilonit. Địa hình cao bị rửa trôi mạnh, đất chua thì hình thành chủ yếu là kaolinit. Địa hình thấp trũng, tích lũy nhiều canxi thì hình thành chủ yếu là sét monmorilonit. Ở nước ta, khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, sinh vật phát triển mạnh, quá trình hóa sét diễn ra mạnh, hầu hết vùng đồi núi có thành phần sét chủ yếu là kaolinit, chỉ có 18
20. một ít đất đen ở thung lũng đá vôi, đá secpentin thì thành phần sét monmorilonit khá cao. 2.4.2. Quá trình hình thành đá ong và kết von (còn gọi là quá trình tích lũy tuyệt đối Fe, Al) 2.4.2.1. Quá trình hình thành đá ong Về mùa mưa các chất Fe bị hòa tan trong nước dưới dạng oxyt và hydroxyt Fe hóa trị 2, Al thì tồn tại trong các keo sét, chúng được di chuyển theo nước. Sự di chuyển bằng 2 đường chính là từ nước chảy tràn trên mặt đất và từ nước ngầm. Tất cả được trôi xuống nước ngầm tích đọng lại ở chân đồi núi. Đến mùa khô, khi lớp đất trên mặt bị khô hạn, nước ngầm theo khe mao quản bốc lên tầng mặt đất, rồi bị oxy hóa thành oxyt và hydroxyt Fe hóa trị 3 kết tủa lại thành vệt sắt dưới dạng HFeO2 (gơtit) hoặc Fe(OH)3, Fe2O3 nH2O (limonit). Các vệt sắt này được tích lũy rồi lớn dần lên và nhiều ra nối liền lại với nhau làm thành một mạng lưới sắt dày đặc, bao bọc ở giữa nhiều ổ keo kaolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O), tạo nên đá ong. Khi ở dưới đất, đá ong còn mềm, khi lộ ra ngoài mặt đất các vệt oxyt Fe bị oxy hóa thêm và bị khử nước, nên tiếp tục kết tinh cứng rắn lại, các ổ kaolinit mềm nên bị ăn mòn đi để lại những lỗ như tổ ong, nên gọi là đá ong. Thành phần chủ yếu của đá ong là oxyt và hydroxyt sắt. Đá ong có 3 loại: Tổ ong, hạt đậu và phiến. Đá ong tổ ong thường gặp ở các vùng đồi thấp tiếp giáp với đồng bằng. Đồi càng trọc, càng trơ trụi thì đá ong càng nhiều và sự xuất hiện càng nông, thậm chí tạo thành các bãi đá ong lộ thiên. Ở những vùng núi đá vôi, Fe gặp môi trường trung tính hay kiềm sẽ kết tủa lại các hạt sắt tròn, lâu ngày các hạt sắt tròn nối liền với nhau kết gắn lại tạo nên đá ong hạt đậu. Trong trường hợp nhiều lớp sắt chồng chất lên nhau thì tạo ra đá ong dạng phiến. Loại này ít gặp và nguyên nhân chưa rõ. Như vậy đá ong hình thành là do nước ngầm và sự bốc hơi của nước ngầm quyết định. Vì thế ở những nơi nước ngầm không tích lũy được (ở đỉnh núi đồi hoặc sườn núi đồi) hoặc ở vùng đồng bằng thường xuyên có nước trên mặt (hạn chế được sự bốc hơi của nước ngầm) thì không hình thành đá ong. Sự xuất hiện đá ong là dấu hiệu của sự thoái hóa đất. Những đất có đá ong thì chua, nghèo dinh dưỡng ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng phát triển của nhiều loại cây trồng. Đá ong sẽ làm cho tầng đất mặt mỏng dần, thậm chí không thể canh tác được nữa. 2.4.2.2. Quá trình hình thành kết von Về cơ chế hình thành cũng do Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+ tích lũy trong đất ở dạng Fe(OH)3 hoặc Fe2O3nH2O, tạo nên những giáp sắt bao quanh vật thể nào đó hoặc kết tủa sắt ở dạng viên, gọi là những hạt kết von. Như vậy về nguồn gốc hình thành không phải chỉ từ nước ngầm, mà có thể ngay từ dung dịch đất, vì bản thân trong đất nhiệt đới ẩm vốn dĩ chứa nhiều sắt. 19
21. Dựa vào hình dạng và nguyên nhân tạo kết von mà chia ra: Kết von tròn, kết von hình ống, kết von gạc nai hoặc củ gừng và kết von giả. Kết von tròn có một nhân ở giữa và sắt tạo thành những vòng cầu đồng tâm xung quanh nhân, thường được kết tủa từ dung dịch thật, có màu nâu đen, nếu màu đen và mềm là kết von MnO2, kết von hình ống thường rỗng ở giữa, kết von giả là các mảnh đá hay khoáng vật được sắt bao bọc xung quanh. Quy luật phân bố: Ở những đồi thấp chỗ nào cũng có kết von, nhưng nhiều nhất là ở chân đồi (vì nơi ấy tụ đọng được nhiều sắt); Ở vùng núi ít có kết von (hoặc chỉ có kết von giả mà thôi); Những nơi tiếp giáp với đá vôi hoặc đất có nhiều vỏ sò, hến thì hàm lượng kết von tăng vọt (chứng tỏ cation kiềm có ảnh hưởng lớn đến việc kết tủa sắt); Những vùng đất thấp bằng thì ít có kết von hoặc chỉ gặp kết von tròn mà thôi; Đất ngập nước quanh năm thì không có kết von. Nếu kết von còn ít từ 10-15% và ở sâu thì chưa ảnh hưởng lớn, thậm chí một số cây lại mọc tốt trên loại đất này (như cây dứa). 2.4.3. Quá trình Feralit (còn gọi là quá trình tích lũy tương đối Fe, Al ) Đây là quá trình diễn ra rất điển hình ở Việt Nam và là một quá trình hình thành đất phổ biến ở vùng nhiệt đới ẩm, hình thành nên đất Feralit (đất đồi núi) có màu vàng đỏ hay đỏ vàng. Ở vùng nhiệt đới nóng ẩm, các khoáng vật bị phá hủy mạnh mẽ tạo ra các oxit: SiO2, Al2O3, Fe2O3 và oxit của các kim loại kiềm và kiềm thổ. Trong điều kiện ẩm độ cao, nên: - Các oxit Fe, Al kết tinh thành các oxit (R2 O3) ngậm nước kết tủa: Fe2O3.nH2O (limonit), Al2O3.nH2 O (boxit), khó rửa trôi, nên bị rửa trôi ít. - SiO2 bị thủy phân thành H2SiO3 hòa tan, nên bị rửa trôi nhiều. - Oxit của các kim loại kiềm và kiềm thổ bị thủy phân thành các hydroxyt hòa tan, nên bị rửa trôi nhiều. Do R2O3 bị rửa trôi ít hơn nên tồn tại trong đất nhiều hơn, làm cho tỷ lệ % Fe và Al trong đất tăng lên so với các nguyên tố khác, gọi đó là sự tích lũy tương đối. Sự rửa trôi càng mạnh thì sự tích lũy tương đối Fe và Al càng thuận lợi. Quá trình tích lũy Fe, Al tương đối và tuyệt đối có liên quan chặt chẽ với nhau. Quá trình tích lũy Fe, Al tương đối giải phóng ra Fe, Al tạo điều kiện cho việc hình thành kết von và đá ong. Cả hai quá trình đều gọi là tích lũy, nhưng hoàn toàn khác nhau về bản chất, nên không thể coi hai quá trình là một. Trong một số trường hợp nhất định, kết quả của quá trình feralit sẽ dẫn đến sự hình thành kết von và đá ong. Tuy nhiên không thể coi sự hình thành kết von và đá ong là kết quả tất yếu của quá trình tích lũy Fe, Al tương đối. - Các nhà khoa học đất thường dựa vào tỷ lệ SiO2/Al2O3, SiO2/Fe2O3, SiO2/R2O3 để đánh giá quá trình Feralit, tỷ lệ trên càng thấp thì quá trình Feralit diễn ra càng mạnh: SiO2 Tỷ lệ < 2 thì quá trình feralit mạnh; R2O3 20
22. = 2 thì quá trình feralit điển hình; > 2 thì quá trình feralit yếu. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ quá trình feralit: - Độ cao tuyệt đối: Càng lên cao nhiệt độ càng giảm dần, khí hậu càng lạnh, ẩm độ càng tăng, quá trình feralit yếu dần, quá trình tích lũy mùn lại tăng lên. Ở nước ta quá trình feralit xảy ra ở vành đai độ cao là: ở miền Bắc từ 25 - 900m, ở miền Nam từ 50 - 1000m. - Đá mẹ và địa hình: Điều kiện địa hình càng dốc, càng dễ thoát nước thì quá trình feralit xảy ra càng mạnh. Đá mẹ càng cứng rắn thì quá trình feralit càng mạnh (do phong hóa ít, đá mẹ lại nghèo Ca, Mg mà rửa trôi nhiều thì tỷ lệ Fe, Al sẽ tăng nhanh). - Thảm thực vật thưa thớt thì quá trình feralit xảy ra càng mạnh (vì làm tăng sự rửa trôi). 2.4.4. Quá trình glây Quá trình glây là hiện tượng đặc trưng xảy ra trong đất yếm khí, đất ngập nước dài ngày (đất thừa ẩm), phổ biến ở vùng đất đồng bằng và một số đất ngập nước vùng đồi núi như: đất lầy thụt, đất thung lũng dốc tụ trồng lúa nước, Bản chất của quá trình glây là quá trình khử sinh vật rất phức tạp trong điều kiện yếm khí, với sự tham gia của vi sinh vật yếm khí. Một đặc điểm quan trọng của quá trình glây là sự tích lũy các sản phẩm khử: Fe3+ thành Fe2+ do kết quả hoạt động của vi sinh vật yếm khí (nhóm vi sinh vật khử Fe và vi khuẩn Clostridium), cùng với sự khử Mn4+ thành Mn2+ và các sản phẩm 2+ phân giải chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí (CH4, H2, H2S, ). Fe sau khi được hình thành, nếu đất tiếp tục bị yếm khí thì nó cùng với silicat và khoáng sét tái tổng hợp ra silicat thứ sinh, trong đó Fe ở dạng hóa trị 2 làm cho các khoáng này có màu xanh, xanh lơ, hay xanh thẫm. Tầng đất chứa nhiều khoáng thứ sinh này sẽ có màu xanh đặc trưng và có mùi tanh hôi, gọi là tầng glây (sét gan trâu). Nếu tình trạng ẩm của đất không kéo dài thì tầng glây không hình thành mà chỉ hình thành những vệt glây, tầng đất có rải rác những vệt glây gọi là tầng bị glây hóa. Sản phẩm xuất hiện đầu tiên trong quá trình khử sắt là Fe(HCO3)2. Hợp chất sắt Fe(HCO3)2 rất dễ di động và háo khí, khi gặp oxy nó bị oxyhóa thành Fe3+. 4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 + 8CO2 Quá trình này nó tạo nên lớp váng có màu đỏ trên mặt ruộng ngập nước lâu ngày và những vệt đỏ vàng loang lổ xen kẽ với các vệt xám xanh trong đất có điều kiện khô và ẩm xen kẽ. Nếu điều kiện khô hạn kéo dài thì tạo thành kết von rải rác với các vệt glây. Trong quá trình glây còn sinh ra Mn2+ là ion dễ bị rửa trôi như sắt. Đó là hiện tượng tầng canh tác của đất phù sa bị nhạt dần từ màu nâu sang màu nâu nhạt, là do Fe2+ và Mn2+ bị rửa trôi nhiều, tạo ra đất gọi là đất "bạc điền" hay đất "gan gà". Trong quá trình glây còn tạo ra H2S và FeS. H2 S tạo ra nhiều trong điều kiện đất có nhiều chất hữu cơ, lúc đó sẽ gây độc cho cây. Đó là hiện tượng xảy ra ở đất 21
23. bạc màu nếu vùi nhiều cây phân xanh mà cấy ngay thì sẽ làm cho rễ lúa bị thối đen. FeS sinh ra nhiều hay ít phụ thuộc vào lượng Fe trong đất, nhưng FeS không hại cho cây trồng nhiều vì nó rất khó tan. Trong quá trình glây còn hình thành một số khoáng rất khó bị oxyhóa như FeCO3 (xiđêrit), Fe3(PO4)2.8H2O (vivianit), gây ra hiện tượng đất giàu lân tổng số nhưng nghèo lân dễ tiêu. - Trong quá trình glây, đạm cũng bị biến đổi nhiều: NO3 bị khử thành N2 gây ra hiện tượng mất đạm của đất. Còn đối với lân thì phôtphat sắt 3 bị khử thành phôtphat sắt 2 dễ tan hơn lại có lợi cho cây. Vì vậy bón dạng lân khó tan (như apatit, phôtphorit) một lượng lớn sẽ có tác dụng lâu dài cho nhiều vụ sau. Như vậy: Quá trình glây xảy ra mạnh ở những đất ngập nước lâu ngày, như đất lầy, đất phù sa úng nước, đất phèn, Ở những đất như đất cát, đất bạc màu, đất đỏ vàng trồng lúa nước, đất trồng một vụ lúa và một vụ màu thì trong phẫu diện đất có thể xuất hiện tầng bị glây hóa mà thôi. Tùy theo thời gian ngập nước, mức độ yếm khí trong đất và độ sâu của mực nước ngầm mà tầng glây dày hay mỏng và ở nông hay sâu. Đặc điểm chung của tầng đất glây là có thành phần cơ giới nặng, dẻo, dính, bí chặt, không có kết cấu, đất chua, nhiều chất độc cho cây trồng như CH4, H2 S, Đất bị glây mạnh, tầng glây ở nông thì ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng và phát triển của cây, kể cả những cây ưa nước như lúa. Vì vậy ở những đất bị glây mạnh ta phải thay đổi môi trường đất từ trạng thái khử sang trạng thái oxyhóa. * * * 22
24. CHƯƠNG 3 CHẤT HỮU CƠ CỦA ĐẤT 3.1. KHÁI NIỆM, NGUỒN GỐC VÀ THÀNH PHẦN CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT 3.1.1. Khái niệm Chất hữu cơ là một bộ phận cấu thành đất, là nguyên liệu để tạo nên độ phì nhiêu của đất; là phần quý giá nhất của đất, là kho dự trữ dinh dưỡng cho cây trồng. Số lượng, thành phần và tính chất của chất hữu cơ có ảnh hưởng lớn đến quá trình hình thành đất và các tính chất lý, hóa, sinh học xảy ra trong đất. 3.1.2. Nguồn gốc chất hữu cơ trong đất Chất hữu cơ trong đất có nguồn gốc từ tàn tích sinh vật, bao gồm xác thực vật, động vật và vi sinh vật đất (trong đó xác thực vật chiếm tới 4/5 tổng số chất hữu cơ của đất) và từ các sản phẩm phân giải và tổng hợp được của vi sinh vật. Đối với đất trồng trọt thì chất hữu cơ trong đất còn do con người bổ sung vào đất các nguồn hữu cơ khác như phân chuồng, phân bắc, phân xanh, phân rác, bùn ao, 3.1.3. Thành phần của chất hữu cơ trong đất Chất hữu cơ trong đất có thể chia ra 2 bộ phận: - Chất hữu cơ chưa bị phân giải (còn nguyên hình thể ban đầu) như: rễ cây, thân lá cây, xác động vật, đây không phải là phần chính của chất hữu cơ trong đất. - Các chất hữu cơ đã bị phân giải: đây là phần chính của chất hữu cơ trong đất. Bộ phận này được chia làm 2 phần: + Nhóm chất hữu cơ ngoài mùn (không phải là mùn): đó là sản phẩm phân giải của chất hữu cơ, gồm các hợp chất hữu cơ đơn giản chứa C và N như: gluxit, protit, lipit, các axit hữu cơ, các andehyt, lignin, tanin, nhựa, sáp (chiếm 10-15%). + Nhóm hợp chất hữu cơ phức tạp gọi là mùn, (chiếm 85-90%). 3.2. QUÁ TRÌNH BIẾN HÓA CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT Sự biến hóa chất hữu cơ trong đất là một quá trình sinh hóa rất phức tạp, bằng các phản ứng hóa học có sự tham gia tích cực của hệ vi sinh vật đất. Có thể tóm tắt quá trình biến hóa chất hữu cơ theo sơ đồ sau đây: CHẤT HỮU CƠ N2 VSV cố định Muối khoáng: đạm - - 2- R+ (NO 3 , NO 2 CO 3 , 2- 3- SO4 , PO4 ), NH3, Chất mùn CO2, H2O, H2S, CH4, PH3, Khoáng hóa từ từ 2+ 2+ + + 3+ 3+ + R: có thể là: Ca , Mg , K , Na , Fe , Al , NH4 , 23
25. 3.2.1. QUÁ TRÌNH KHOÁNG HÓA CHẤT HỮU CƠ 3.2.1.1. Khái niệm: Quá trình khoáng hóa chất hữu cơ là quá trính phân giải hoàn toàn chất hữu cơ trong đất dưới tác dụng của quần thể vi sinh vật để tạo ra các + sản phẩm như muối khoáng, NH4 , CO2, H2O, các chất khí H2 S, CH4, PH3, Sự khoáng hóa chất hữu cơ được tiến hành bằng các phản ứng sinh hóa học với sự tham gia của nhiều loại vi sinh vật đất, có thể tóm tắt qua 3 bước: . Thủy phân peptit, axit amin, cácloại đường (hexoza, pentoza, sacaroza, glucoza, ), polyphenol, glyxerin, axit béo. . Thực hiện các phản ứng khử amin, oxyhóa-khử, khử cacboxyl, Các rượu, các andehyt, các axit hữu cơ mạnh vòng, mạch thẳng, các axit hữu cơ no và không no, các hợp chất phenon và quynon, các hợp chất cacbon đơn giản và các axit vô cơ. . Khoáng hóa hoàn toàn: Theo 2 con đường: - Háo khí R2SO4, R3PO4, R2(SO4)3, R2(PO4)3, R2 SO3, RNO3, RNO2, NH3, 2+ 2 + + + 3+ 3+ + CO2, H2O, (R có thể là: Ca , Mg , K , Na , Fe , Al , NH4 , ) - Yếm khí CH4, H2, N2, H2S, PH3, NH3, CO2, H2O 3.2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khoáng hóa - Khí hậu: để tạo môi trường khoáng hóa thích hợp, các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ đòi hỏi nhiệt độ từ 25 - 300C và ẩm độ khoảng 70%, đặc trưng cho khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của Việt Nam. - Tính chất đất: Đất có thành phần cơ giới nhẹ (đất cát, đất bạc màu, thịt nhẹ) tơi xốp, thoát nước, pH trung tính là môi trường thích hợp cho hệ vi sinh vật háo khí hoạt động phân giải chất hữu cơ, nên quá trình khoáng hóa sẽ chiếm ưu thế. - Đặc điểm chất hữu cơ: Các loại cây thân thảo, cây non, cây lá to giàu đường, C/N thấp, thường phân giải dễ hơn, nên quá trình khoáng hóa sẽ nhanh và mạnh hơn. 3.2.2. QUÁ TRÌNH MÙN HÓA CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT 3.2.2.1. Khái niệm Mùn là sản phẩm tổng hợp được hình thành nhờ sự hoạt động của nhiều loại vi sinh vật trong đất. Quá trình mùn hóa là quá trình kết hợp các phản ứng phân giải và các phản ứng tổng hợp chất hữu cơ do vi sinh vật đảm nhiệm, để tạo ra một hợp chất hữu cơ phức tạp, cao phân tử, có chứa các hợp chất cấu tạo mạch vòng (hợp chất thơm) gọi là mùn. 3.2.2.2. Các bước mùn hóa trong đất Các nhà khoa học đất trên thế giới đã chấp nhận rằng: hợp chất mùn được hình thành theo 3 bước chính, có thể tóm tắt như sau: * Bước 1: Từ các hợp chất hữu cơ như protit, lipit, lignin, tanin, (của xác sinh vật hoặc sản phẩm tổng hợp của vi sinh vật), chúng được các vi sinh vật phân giải thành các sản phẩm hữu cơ trung gian. * Bước 2: Dưới tác động của các vi sinh vật tổng hợp, các hợp chất hữu cơ trung gian tạo thành các liên kết hợp chất, đó là các hợp chất phức tạp như: các chất tạo 24
26. nhân vòng, các chất tạo mạch nhánh và các chất tạo nhóm định chức cho hợp chất mùn. * Bước 3: Trùng hợp các liên kết hợp chất phức tạp đó thành hợp chất mùn. 3.2.2.3. Cấu tạo chung của một phân tử mùn Một phân tử mùn có 4 phần: - Nhân vòng: có nguồn gốc từ các hợp chất hữu cơ chứa gốc phenon, quinon như: benzen, naftalin, antraxen, furan, pirol, indol, piridin, quinolin, O Benzen Naftalin Antraxen Fural N N N N H H Pirol Indol Piridin Quinolin - Mạch nhánh: có thể là các hợp chất hydratcacbon hay hợp chất chứa nitơ. - Các nhóm định chức: như cacboxyl (-COOH), hydroxyl (-OH), cacbonyl (=CO), metoxyl (-O-CH3), - Cầu nối: có thể là một nguyên tử (-O-; =N-), hoặc một nhóm nguyên tử (=NH; =CH2), 3.2.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình mùn hóa . Khí hậu - Chế độ nhiệt: nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật tham gia vào quá trình mùn hóa chất hữu cơ là 25 - 300C và ẩm độ > 70%. - Chế độ ẩm: Trong điều kiện khô hanh quanh năm thì tốc độ mùn hóa chậm, nhưng nếu thường xuyên ngập nước thì quá trình mùn hóa xảy ra trong điều kiện yếm khí sinh ra nhiều chất độc, ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật, làm giảm tốc độ mùn hóa. Trong điều kiện mùa ẩm và mùa khô xen kẽ thì mùn được tích lũy nhiều nhất. Ở mùa nóng ẩm thuận lợi cho quá trình phân giải, đến mùa khô các sản phẩm phân giải đó được vi sinh vật chuyển hóa, trùng hợp lại, tạo thành mùn. . Tính chất đất: Đất có thành phần cơ giới nặng quá trình tích lũy mùn thuận lợi hơn đất có thành phần cơ giới nhẹ. Đất cát, đất bạc màu quá trình phân giải nhanh và khả năng giữ mùn kém. pH trung tính là môi trường thích hợp cho hệ vi sinh vật mùn hóa hoạt động tốt. Đất giàu Ca2+, Mg2+ thì mùn được tích lũy nhiều hơn, vì Ca2+, Mg2+ vừa tạo pH trung tính, vừa cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật hoạt động, vừa tạo liên hết với các axit mùn tạo thành hợp chất bền, ít bị rửa trôi. 25
27. . Đặc điểm xác hữu cơ: Các loại cây thân thảo, cây non, cây lá to giàu đường, tinh bột, protit, lipit, tỷ lệ C/N thấp (< 25), quá trình hình thành mùn nhanh hơn và cho ra mùn nhuyễn. Ngược lại các loại cây thân gỗ lâu năm, cây lá kim, cây bụi gai chứa nhiều xenlulo, sáp nhựa, tanin, tỷ lệ C/N lớn, thì thường cho ra mùn thô. 3.2.2.5. Thành phần mùn và đặc điểm của chúng Người ta dùng biện pháp hòa tan mùn trong các dung môi khác nhau để tách mùn ra các thành phần khác nhau. Kết quả cho thấy chất mùn gồm 3 tổ hợp chính là: axit humic, axit fulvic và humin. Axit humic Là một tổ hợp của mùn, có màu nâu sẫm hoặc nâu đen, đó là một axit hữu cơ cao phân tử chứa nitơ, có chứa các hợp chất cấu tạo mạch vòng, được hình thành trong môi trường trung tính, không tan trong nước và axit vô cơ, nhưng tan trong dung dịch kiềm loãng, - Thành phần nguyên tố hóa học chủ yếu của axit humic là: C: 50 - 62%; H: 2,8 - 6%; O: 31 - 41%; N: 2,0 - 6%; các nguyên tố tro như: P, S, Al, Fe, Si, (1 - 10%). Phân tử lượng của axit humic rất lớn, hiện nay còn có nhiều ý kiến khác nhau, như: 3.000-1.000.000 (Russel, 1983); 1.300 (Oden, 1912-1919); 30-50.000 (Flaig, 1929), Axit humic có cấu trúc phân tử rất phức tạp: - Các hợp chất cấu tạo mạch vòng chiếm 50 - 60% trọng lượng phân tử mùn. - Các hợp chất mạch nhánh chiếm 25 - 40% trọng lượng phân tử mùn. - Các nhóm định chức chiếm 10 - 25% trọng lượng phân tử mùn. * Những tính chất cơ bản của axit humic: + Tính axit thấp (pH = 3 - 3,6) do nhiều nhân vòng và nhiều nhóm định chức OH. + Ít di động, mức độ ngưng tụ cao do trọng lượng phân tử lớn, nên ít bị rửa trôi. + Khả năng hấp thu của keo mùn axit humic rất cao: 300 - 600 lđl/100g keo. + Tính đệm của axit humic cao do mạch nhánh có nhiều hợp chất chứa nitơ. Axit Fulvic Là một tổ hợp của mùn, có màu vàng rơm, đó là một axit hữu cơ cao phân tử chứa nitơ, có chứa các hợp chất cấu tạo mạch vòng, hình thành trong môi trường chua, dễ tan trong nước, axit, bazơ và nhiều dung môi hữu cơ khác. Thành phần các nguyên tố hóa học: C: 40 - 52%; H: 3,5 - 5% ; O: 40 - 48%; N: 2,4%, hàm lượng các nguyên tố tro từ 7-10% - Cấu trúc phân tử axit fulvic tương tự như axit humic, nhưng nhân vòng ít hơn, mạch nhánh nhiều hơn, nên axit fulvic có tính ưa nước, khả năng ngưng tụ keo kém, độ phân tán cao, khả năng di động lớn, nhiều nhóm định chức COOH nên chua hơn (pH = 2,6 - 2,8). - Axit fulvic cũng có khả năng hấp phụ trao đổi cao (T: 120-150 lđl/100g keo).  Trạng thái tồn tại của các axit mùn 26
28. Trong đất các axit mùn rất ít ở trạng thái tự do, mà chủ yếu kết hợp với các cation tạo thành các phức chất và các muối humat (H) và muối fulvat (F). Các muối và phức chất được chia thành 3 nhóm: - Nhóm H1 và F1: các axit mùn kết hợp với các cation kim loại kiềm hóa trị 1 + + + (K , Na và NH4 ) tạo thành các muối có màu nâu, phân tử nhỏ, không bền, dễ bị hòa tan trong nước nên dễ bị rửa trôi. 2+ 2+ - Nhóm H2 và F2: các axit mùn kết hợp với cation kim loại hóa trị 2 (Ca , Mg ) tạo thành các muối có màu xám, có phân tử lớn hơn, không tan trong nước, là keo phức bền nên ít bị rửa trôi. 3+ 3+ - Nhóm H3 và F3: các axit mùn kết hợp với cation hóa trị 3 (Al , Fe ) tạo thành các phức chất nội là những chelat khá bền; có thể có liên kết với keo sét của đất qua cầu Fe, Al tạo nên những liên kết bền vững rất khó bị phân hủy.  So sánh axit humic với axit fulvic - So sánh H1, H2, H3 với F1, F2, F3 thì các muối F1, F2, F3 dễ tan hơn và di động hơn nhiều, nên dễ dàng rửa trôi ra khỏi đất, vừa làm mất mùn, vừa làm mất chất khoáng của đất. - Axit humic là một tổ hợp mùn tốt nhất của hợp chất mùn, có những đặc tính tốt như: ít chua, ít bị rửa trôi, hàm lượng nitơ cao, khả năng hấp phụ lớn, các liên kết với cation và khoáng sét khá bền. - Axit fulvic là một tổ hợp mùn xấu hơn axit humic. Đất giàu axit fulvic thường bị chua, dễ bị nghèo mùn, các nguyên tố trong đất dễ bị rửa trôi đi dưới dạng các muối fulvat dễ hòa tan. Humin Là tổ hợp của các chất mùn không hoạt động, nên còn được gọi là mùn trơ, được cấu tạo bởi các liên kết giữa các axit humic, axit fulvic và các khoáng sét trong đất. Humin có màu đen, không tan trong nước, trong axit và kiềm, có phân tử lượng rất lớn, rất bền vững trong đất, khó phân hủy để cây trồng sử dụng. 3.3. VAI TRÒ CỦA CHẤT HỮU CƠ VÀ MÙN TRONG ĐẤT 3.3.1. Đối với tính chất của đất Mùn cải thiện tính chất vật lý đất: + Mùn là nhân tố chủ yếu để cải thiện và tạo kết cấu đất làm cho đất tơi xốp. + Mùn cải thiện thành phần cơ giới của đất. + Mùn ảnh hưởng đến tỷ trọng, dung trong, tính liên kết, tính dính, dẻo và sức cản của đất. + Mùn là nhân tố điều hòa nhiệt độ, tránh được sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ của đất ảnh hưởng cho cây. + Mùn làm tăng khả năng giữ nước, đồng thời tăng tính thấm nước của đất, hạn chế nước chảy trên bề mặt, làm giảm quá trình rửa trôi xói mòn đất. Mùn quyết định những tính chất hóa học quan trọng của đất: + Số lượng mùn ảnh hưởng đến số lượng keo đất (vì mùn là một keo hữu cơ). + Số lượng và thành phần mùn ảnh hưởng đến phản ứng (pH) của dung dịch đất. 27
29. + Đất càng giàu mùn thì khả năng hấp phụ càng cao, làm tăng khả năng chịu nước, chịu phân cho đất . + Đất giàu mùn có tính đệm cao, đảm bảo các phản ứng hóa học và oxyhóa-khử xảy ra bình thường, không gây hại cho cây trồng. 3.3.2. Đối với sinh vật - Mùn là kho dự trữ thức ăn cung cấp từ từ và thường xuyên cho cây trồng và vi sinh vật đất. - Mùn chứa một lượng khá lớn các nguyên tố đa lượng cũng như vi lượng cần thiết cho đời sống của cây và vi sinh vật, đặc biệt là nguyên tố đạm. - Axit humic của mùn là chất kích thích sinh trưởng và là chất kháng sinh chống chịu bệnh đối với cây (tác dụng chủ yếu là ở nhân Polyphenol của mùn). 3.4. CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ SỐ LƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ VÀ MÙN TRONG ĐẤT 3.4.1. Đánh giá số lượng - Đánh giá số lượng mùn bằng mùn tổng số (% trọng lượng lớp đất mặt) hoặc bằng chỉ tiêu tấn/ha ở mỗi tầng dày nào đó. 3.4.2. Đánh giá chất lượng * Dựa vào dạng mùn: - Mùn thô: Là mùn có tỷ lệ C/N > 15. - Mùn nhuyễn: Là mùn có tỷ lệ C/N 15, càng thấp thì càng nhuyễn; xác hữu cơ đã được phân giải và tổng hợp thành chất mùn màu đen, trộn đều với lớp đất. axit humic * Dựa vào tỷ lệ tỷ lệ này 1 là tốt, càng cao thì chất lượng mùn axit fulvic : càng tốt. 3.5. BIỆN PHÁP BẢO VỆ VÀ NÂNG CAO CHẤT HỮU CƠ VÀ MÙN TRONG ĐẤT 3.5.1. Các biện pháp bảo vệ - Đối với đất đồi núi: cần áp dụng các biện pháp bảo vệ thảm thực vật và che phủ đất, hạn chế tập quán đốt nương rẫy. - Đối với đất trồng trọt: tuyệt đối không cày ủi mất lớp đất mặt. - Đất có địa hình dốc thì phải có biện pháp ngăn chặn dòng chảy, hạn chế sự rửa trôi, xói mòn làm mất mùn của đất. - Bón vôi để trung hòa độ chua của đất để tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật mùn hóa hoạt động tốt, đồng thời tạo liên kết bền với axit mùn hạn chế mùn bị rửa trôi. - Làm đất hợp lý, tưới tiêu nước khoa học, sẽ tạo ra chế độ nước, nhiệt độ và không khí thích hợp cho quá trình phân giải và tổng hợp chất hữu cơ. 3.5.2. Các biện pháp nâng cao - Bón phân hữu cơ thường xuyên để nâng cao hàm lượng mùn cho đất. - Tăng cường trồng xen các loại cây phân xanh, nuôi bèo hoa dâu làm nguồn phân hữu cơ bổ sung cho đất. 28
30. - Cần áp dụng các biện pháp luân canh, xen canh hợp lí, vừa tạo ra nhiều sản phẩm, vừa tạo ra lượng chất hữu cơ lớn trong các sản phẩm phụ như: rơm, rạ, thân lá cây để vùi trả lại chất hữu cơ cho đất. - Bón vào đất các loại phân vi sinh vật để tăng số lượng và chủng loại vi sinh vật, thúc đẩy quá trình mùn hóa thuận lợi. - Giảm tỷ lệ C/N trong chất hữu cơ, tạo môi trường thích hợp để tăng tỷ lệ axit humic của mùn đất. axit fulvic * * * 29
31. CHƯƠNG 4 THÀNH PHẦN HÓA HỌC ĐẤT VÀ CHẤT DINH DƯỠNG ĐỐI VỚI CÂY . Trong đất có chứa tất cả các nguyên tố hóa học tự nhiên, nhưng phương tiện kỹ thuật phân tích cho đến nay người ta mới chỉ định lượng được khoảng 45 nguyên tố hóa học trong đất. Các nguyên tố có hàm lượng cao trong đất như sau: Nguyên tố % Nguyên tố % 1. O 49,0 8. Mg 0,63 2. Si 33,0 9. C 2,00 3. Al 7,13 10. N 0,10 4. Fe 3,80 11. S 0,08 5. Ca 1,37 12. P 0,08 6. K 1,36 13. Mn 0,08 7. Na 0,63 14. Cl 0,01 (: 99,27%) . Thực tế trong cây cũng có chứa tất cả các nguyên tố hóa học tự nhiên, nhưng cây chỉ cần 16 nguyên tố để tăng trưởng tốt, gọi là các nguyên tố dinh dưỡng (nutriments or nutritives element), Có 3 nguyên tố C, H và O có nguồn gốc từ không khí và nước (người ta gọi là nguyên tố vũ trụ), còn lại 13 nguyên tố do đất cung cấp, cho nên gọi là các chất dinh dưỡng của đất và được chia ra: - Những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng là những nguyên tố có hàm lượng trong cây từ 2-30g/kg chất khô, gồm 6 nguyên tố là: + Các nguyên tố dinh dưỡng chính là: N, P, K. + Các nguyên tố dinh dưỡng thứ yếu là: Ca, Mg, S. - Những nguyên tố dinh dưỡng vi lượng là những nguyên tố có hàm lượng trong cây từ 0,3-50mg/kg chất khô, gồm 7 nguyên tố là: Fe, Zn, Mn, Cu, B, Mo, Cl. Một số nguyên tố như: Na, Si, Co, Al, Va, Pb, chỉ có lợi cho một số cây (ví dụ: Na cần đối với cây lấy củ, Si cần đối với cây lúa, Al cần đối với cây chè, Co cần cho cây họ đậu, ), hàm lượng của chúng trong cây ít đến mức độ khó phát hiện, nên còn được gọi là nguyên tố siêu vi lượng. . Cây hấp thu các nguyên tố trên ở các dạng sau đây: 30
32. TT Nguyên tố Cây hút ở dạng TT Nguyên Cây hút ở dạng tố 2+ 1 H H2O 10 Fe Fe 2- 2 C CO2 11 Mo MoO4 - 3 O O2, CO2, H2O 12 Cl Cl - + 3- 2- 4 N NO3 và NH4 13 B BO3 , B4 O7 2- 2+ 5 P H2PO4- và HPO4 14 Mn Mn 6 K K+ 15 Zn Zn2+ 2- 2+ 7 S SO4 16 Cu Cu 8 Ca Ca2+ 17 Na Na+ 9 Mg Mg2+ 31
33. CHƯƠNG 5 KEO ĐẤT VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ĐẤT 5.1. KEO ĐẤT 5.1.1. Khái niệm Đất bao gồm các hạt có kích thước khác nhau; dựa vào kích thước người ta chia thành các cấp hạt đất. Cấp hạt có kích thước từ 1-100m có những đặc tính của hạt keo, khác hẳn các cấp hạt có kích thước lớn hơn và khi hòa tan chúng trong nước thì tạo ra dung dịch có đặc tính của một dung dịch keo. Những hạt đất trong phạm vi kích thước như vậy được gọi là keo đất. 1m (milimicron mét) = 10-3 (micron mét) = 10-6mm = 10-9m) (Về kích thước của hạt keo đất, các nước quy định còn có sự khác nhau chưa thống nhất). Như vậy, keo đất là hạt đất có kích thước rất nhỏ, có thể chui qua được giấy lọc thông thường, không lắng đọng trong nước mà ở trạng thái huyền phù (lơ lửng và chuyển động Brao), muốn quan sát cấu trúc và hình dạng của chúng phải dùng kính hiển vi điện tử. 5.1.2. Cấu tạo của hạt keo đất - Nhân keo: Là một tập hợp phân tử không mang điện. Có thể là chất vô cơ, chất hữu cơ, hoặc phức chất hữu-vô cơ; Có thể ở trạng thái vô định hình hay tinh thể. - Tầng ion quyết định điện thế: Nằm sát nhân keo. Tầng ion này quyết định điện thế của hạt keo: Nếu là cation thì cho keo dương, ngược lại nếu là anion thì cho keo âm. - Tầng ion bù: Là tầng ion bao bọc tầng ion quyết định điện thế, có điện lượng bằng điện lượng của tầng ion quyết định điện thế nhưng ngược dấu. Tầng ion bù này chia làm 2 lớp: * Lớp ion không di chuyển: Nằm sát tầng ion quyết định điện thế. * Lớp ion khuyếch tán (còn gọi là lớp ion trao đổi): Do xa tầng ion quyết định điện thế, nên linh động hơn, sự trao đổi ion của hạt keo với môi trường xảy ra ở lớp ion này. Tầng ion quyết định điện thế Nhân keo Lớp ion không di chuyển Lớp ion khuyếch tán 32
34. Hình 2 - Sơ đồ cấu tạo của mixen keo 5.1.3. Tính chất cơ bản của keo đất 5.1.3.1. Keo đất có tỷ diện lớn: Tỷ diện là tổng diện tích tiếp xúc của một đơn vị thể tích. Cùng một đơn vị thể tích nếu hạt càng nhỏ thì tổng diện tích tiếp xúc càng lớn. 5.1.3.2. Keo đât có năng lượng bề mặt lớn: Trên bề mặt keo đất các phân tử và ion luôn luôn ở trạng thái tiếp xúc với thể lỏng và thể khí bao quanh, nên chúng chịu lực tác động trong và ngoài khác nhau, sinh ra một năng lượng tự do gọi là năng lượng bề mặt. Do keo đất có tỷ diện lớn nên tạo ra năng lượng bề mặt rất lớn. 5.1.3.3. Keo đất có mang điện: Có 3 loại keo đất: Keo âm, keo dương và keo lưỡng tính. Phần lớn keo đất mang điện âm, chỉ có một ít mang điện dương hoặc lưỡng tính. 5.1.3.4. Tính ưa nước và ghét nước của keo đất: Nước là phân tử lưỡng cực, hạt keo đất luôn mang điện, nên thường tạo được một màng nước bao quanh, gọi là màng nước thủy hóa (hay hydrat hóa). Nếu hạt keo chỉ tạo quanh nó được một màng nước mỏng thì gọi là keo ghét nước và nếu màng nước dày thì gọi là keo ưa nước. 5.1.3.5. Keo đất có tính ngưng tụ và phân tán: Keo đất có thể tồn tại ở 2 trạng thái: - Nếu các hạt keo đứng riêng rẽ không liên kết với nhau thì gọi là sự phân tán keo (trạng thái sol hay hydrosol). Quá trình keo đất từ trạng thái liên kết thành trạng thái đứng riêng rẽ thì gọi là quá trình tán keo. Quá trình này do 2 nguyên nhân chính đó là: các hạt keo mang điện trái dấu đẩy nhau hoặc do màng nước thủy hóa bao quanh các hạt keo dày lên (ví dụ: đất khô bị ngập nước). - Nếu các hạt keo riêng rẽ liên kết với nhau để tạo thành hạt có kích thước lớn hơn thì gọi là sự ngưng tụ keo (trạng thái gel) và quá trình này gọi là quá trình tụ keo. Hiện tượng này do 3 nguyên nhân chính sau đây: + Do các hạt keo mang điện trái dấu hút nhau: + Do bị mất màng nước thủy hóa bao quanh các hạt keo, nên các hạt keo tiến lại gần nhau để liên kết với nhau (ví dụ : đất ngập nước bị khô nước). + Do tác dụng của các ion chất điện giải trong môi trường. Đây là nguyên nhân chủ yếu của sự ngưng tụ keo. Vì đa số keo đất mang điện âm, nên nói chung chúng bị ngưng tụ chủ yếu do các cation trong dung dịch đất. Tác dụng ngưng tụ của chất điện giải phụ thuộc vào hóa trị của cation trong chất điện giải: cation hóa trị 1 < cation 2 < cation 3. Sức ngưng tụ của cation hóa trị 2 lớn gấp 25 lần cation hóa trị 1, cation hóa trị 3 lớn gấp 10 lần cation hóa trị 2. Nếu cùng hóa trị thì khả năng gây tụ keo của các cation phụ thuộc vào bán kính ion và độ dày của màng thủy hóa. Nếu bán kính ion bé thì độ dày màng thủy hóa lớn, khả năng gây tụ keo giảm đi và ngược lại. + + + + 2+ 2+ + 3+ 3+ Li < Na < NH4 < K < Mg < Ca < H < Al < Fe 33
35. Khi các chất điện giải trong dung dịch đất bị rửa trôi hoặc bị thiếu hụt thì keo đất khó ở trạng thái ngưng tụ mà dễ bị phân tán. Sự ngưng tụ keo là có lợi vì sẽ tạo cho đất có kết cấu tốt hơn. 5.1.4. Phân loại keo đất 5.1.4.1. Phân loại keo đất theo tính mang điện Do khả năng tích điện của các keo đất khác nhau nên chúng mang điện khác nhau, đó là những keo âm, keo dương hoặc keo lưỡng tính. + Keo âm (asidoit) mang ký hiệu chung là X - H. Các keomang điện âm do tầng ion quyết định thế hiệu của keo là các anion, như: keo axit silisic, axit mùn và các loại keo sét, Fe(OH)3, Al(OH)3. + Keo dương (basidoit) ký hiệu chung là X - OH: là các keo đất có tầng quyết định thế hiệu là các cation. Trong đất lượng keo dương rất ít, chủ yếu là Fe(OH)3, + Al(OH)3 và khoáng sét Kaolinit bị ion hóa:Al2O3.SiO2.H2O [Al2 O3.HSiO2 ] + OH- + Keo lưỡng tính (amphôliôit) ký hiệu chung X - O - H. Là keo mang điện âm hay dương phụ thuộc vào pH dung dịch đất bao quanh. Các keo lưỡng tính thường gặp trong đất là Fe(OH)3, Al(OH)3, CaCO3 và keo protit. Trị số pH mà tại đó keo đất đổi dấu điện thì gọi là điểm đẳng điện (Điểm đẳng điện của Fe(OH)3 là pH =7,1 và của Al(OH)3 là pH =8,1) Keo Fe(OH)3: Nếu pH 7,1 là keo âm. Keo Al(OH)3:Nếu pH 8,1 là keo âm. Keo protit: Điểm đẳng điện thường nhỏ hơn 7. 5.1.4.2. Phân loại keo đất theo thành phần hóa học Có 3 loại là: Keo vô cơ, keo hữu cơ, keo hữu cơ -vô cơ. + Keo vô cơ (keo khoáng): Nhân keo là hợp chất vô cơ. Trong đất keo vô cơ chủ yếu thuộc nhóm khoáng vật thứ sinh Alumin silicat (khoáng sét) và oxyt, hydroxyt (axit silicsic, oxyt, hydoxyt sắt và nhôm). + Keo hữu cơ: Nhân keo là chất hữu cơ. Keo hữu cơ được tạo thành do sự biến hóa của xác động, thực vật. Chủ yếu là keo mùn, lignin, protit, xenlulôz, các hợp chất khác. Keo hữu cơ chiếm tỷ lệ ít hơn nhiều so với keo vô cơ (<10%). + Keo hữu cơ-vô cơ: Trong đất tự nhiên các keo hữu cơ ít tồn tại ở trạng thái tự do. Chúng thường liên kết với các keo vô cơ (khoáng sét) để tạo ra những phức hợp keo gọi là keo hữu cơ- vô cơ. Những keo hữu cơ-vô cơ đóng vai trò quan trọng trong việc tạo kết cấu bền cho đất, đồng thời chúng làm tăng khả năng giữ mùn cho đất cũng như tăng khả năng hấp phụ của đất. 5.1.4.3. Phân loại keo đất theo khoáng sét Nguồn gốc hình thành các loại khoáng sét: 34
36. Trong quá trình phong hóa hình thành đất, các khoáng thứ sinh Aluminsilicat phức tạp được hình thành từ các khoáng vật nguyên sinh silicat như Fenspat, mica, Amphibolit, Các khoáng vật thứ sinh đó là gọi là khoáng sét của đất, chúng là những tinh thể nhỏ bé, thuộc kích thước keo đất, nên được gọi là keo sét của đất. Tính chất và đặc điểm chung của khoáng sét: Khoáng sét thường là những tinh thể có cấu tạo từ các phiến (lớp), các phiến (lớp) được gọi là các tinh tầng. Các loại khoáng sét khác nhau thì có số phiến khác nhau, nhưng chúng đều được cấu tạo từ 2 loại phiến cơ bản là: phiến tứ diện oxyt 4- silic (SiO4 ) và phiến bát diện gipxit (Al2O3.nH2O). Mỗi khoáng sét được tạo bởi một số loại phiến khác nhau, các phiến đó liên kết với nhau tạo nên lưới (bó-packet) tinh thể, oxy là các cầu nối liên kết giữa các phiến tứ diện và phiến bát diện. Người ta chia kkoáng sét trong đất ra làm 3 nhóm sau đây:  Nhóm keo Kaolinit: Gồm các loại keo chính: Kaolinit: Al2Si2O5(OH)4; Metahaluzit: Al2Si2O5(OH)4.4H2O; Haluzit: Al2Si2O5(OH)4.2H2O Công thức chung là Al4Si4O10(OH)8 hoặc có thể viết: Al2O3.2SiO2.2H2O SiO Tỷ số 2 = 2 Al2 O3 Cấu tạo với loại hình 1:1 (cấu tạo từ 1 phiến oxit silic và 1 phiến gipxit, nên được gọi là khoáng 2 lớp). Nhóm keo Kaolinit được hình thành trong điều kiện môi trường đất chua, vì thế sét hóa trong điều kiện môi trường chua thì sẽ hình thành nhiều loại keo sét Kaolinit (điển hình nhiều trong đất nhiệt đới) Nhóm keo Kaolinit có những đặc tính sau: - Bề dày của lưới (bó-packet) tinh thể của keo khoảng 7,1A0 ; khe hở giữa các tinh tầng là 0,2A0 . - Không có hiện tượng thay thế “đồng hình khác chất” xảy ra trong tinh thể. - Khe hở giữa các tinh tầng bé, nên sự liên kết giữa các tinh tầng trong Kaolinit rất chặt, vì thế tính trương co (giãn nở) của keo kém, khó hút thêm cation hoặc nước. Do đó dung tích hấp phụ của nhóm keo này rất thấp: 5 - 15lđl/100g keo. - Có nhóm OH lộ trần của phiến gipxit nên có khả năng hấp phụ lân mạnh khi pH < 6, vì vậy đất giàu Kaolinit có khả năng giữ chặt lân nhiều. Tóm lại: Đất giàu Kaolinit thì đất chua, dung tích hấp phụ thấp, khả năng giữ nước, giữ phân kém. Tuy nhiên, do sức hút ẩm kém nên độ ẩm cây héo thấp, cây chịu được điều kiện hạn nhất định, tính trương co của đất thấp, đất ít bị nứt nẻ, cùng với keo vô cơ của oxyt sắt, keo sét Kaolinit tạo nên kết cấu viên bền cho đất.  Nhóm keo sét Monmorilonit Công thức chung là: Al4Si8O20(OH)4.nH2O, hoặc có thể viết: Al2O3. 4SiO2.nH2O SiO Tỷ số 2 = 4 Al2 O3 35
37. Cấu tạo với loại hình 2:1 (cấu tạo từ 2 phiến oxit silic kẹp ở giữa 1 phiến gipxit, nên được gọi là khoáng 3 lớp). Nhóm keo sét Monmorilonit bao gồm các loại keo chính là: Monmorilonit: Al2 Si4O10(OH)2.nH2O; Baydenlit: Al3Si3O3(OH)3.nH2 O; Nontronit: Fe2Si4O10(OH)2.nH2O Chúng được hình thành trong điều kiện môi trường đất trung tính- kiềm. Vì vậy nếu sét hóa trong môi trường trung tính đến kiềm thì sẽ hình thành nhiều loại keo sét nhóm Monmorilonit. Keo Monmorilonit có những đặc tính sau: - Bề dày của lưới (bó-packet) tinh thể của keo thay đổi từ 9,4 - 21,4A0 (trung bình là 14A0); khe hở giữa các tinh tầng khá lớn (4A0). - Có hiện tượng “thay thế đồng hình khác chất” xảy ra rất phổ biến trong mạng lưới tinh thể ở cả 2 loại phiến, Al3+ thế Si4+ trong khối tứ diện của phiến oxyt silic; Fe3+ hoặc Mg2+ thay thế Al3+ trong khối bát diện của phiến gipxit, nhờ đó mà sẽ dư ra các hóa trị tự do, kết quả làm cho keo tích điện âm; là nguyên nhân làm cho keo có khả năng trao đổi và hấp phụ trao đổi cation mạnh. - Khe hở giữa các tinh tầng lớn, nên sự liên kết giữa các tinh tầng không chặt, vì thế tính trương co (giãn nở) của keo lớn. - Dung tích hấp phụ khá lớn: 80-150lđl/100g keo. Như vậy, đất giàu sét Monmorilonit thì có đặc tính tốt như phản ứng trung tính, khả năng giữ nước, giữ phân tốt, đất màu mỡ. Tuy vậy do tính trương và co của keo lớn nên đất thường bị nứt nẻ và do giữ chặt nước nên tạo cho đất có độ ẩm cây héo cao.  Nhóm keo sét Illit (Hydromica) 2+ 2+ Công thức chung là: (Mg .Fe )(SiAl)4O10(OH)2.4H2 O, 2+ 2+ hoặc có thể viết: (Mg .Fe )Al2O3. (3-3.5)SiO2.nH2O SiO Tỷ số 2 = 3 - 3,5 Al2 O3 Cấu tạo giống với loại hình 2:1. Gồm các keo: Illit (Hydromica trắng), Vecmiculit. Đặc điểm: - Cấu trúc tinh thể giống keo Monmorilonit. - Bề dày của lưới (bó-packet) tinh thể của keo Illit khoảng 10A0, khoảng cách giữa các tinh tầng nhỏ hơn (2,5 - 3A0) nên lực liên kết khá chặt, nước khó thấm vào trong, tính trương co kém hơn Monmorilonit. - Có hiện tượng “thay thế đồng hình khác chất” xảy ra trong mạng lưới tinh thể, Al3+ thay thế cho Si4+ trong phiến oxyt silic, kết quả làm cho nó mang điện âm, vì vậy dung tích hấp phụ khá cao 30 - 40lđl/100g keo. 36
38. Đặc biệt keo này giàu kali, nhưng đa phần K+ nằm sâu trong mạng lưới tinh thể keo, nên sự trao đổi kali của keo với dung dịch bên ngoài kém, kali trao đổi chỉ xuất hiện khi lưới tinh thể keo bị phá vỡ và khi đó là nguồn cung cấp kali cho đất. Nhóm keo này phân bố nhiều ở các vùng đất khô hạn hoặc bán khô hạn. 5.2. KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ĐẤT 5.2.1. Khái niệm - Hấp phụ là đặc tính của đất có thể thu giữ các chất (rắn, lỏng, khí) làm thay đổi nồng độ hoặc số lượng của các chất ấy trên bề mặt đất. - Trong đất có chứa nhiều hạt đất kích thước càng nhỏ, sẽ có tỷ diện lớn, năng lượng bề mặt lớn thì khả năng hấp phụ cao. Như vậy keo đất là cơ sở tạo ra sự hấp phụ của đất, đất càng nhiều hạt keo thì khả năng hấp phụ càng cao. Khả năng hấp phụ của đất sét bao giờ cũng > đất thịt > đất cát - Khả năng hấp phụ của đất cao hay thấp phụ thuộc vào hàng loạt các tính chất lý, hóa học, sinh học của mỗi loại đất, phụ thuộc vào hàm lượng và bản chất keo đất, phụ thuộc vào thành phần cơ giới và nồng độ ion trong dung dịch bao quanh keo,.v.v 5.2.2. Các dạng hấp phụ của đất Theo Ghedroiz có 5 dạng hấp phụ sau đây: 5.2.2.1. Hấp phụ sinh học Dạng hấp phụ này do sinh vật đảm nhiệm. - Vi sinh vật cố định đạm sống trong đất đã lấy đạm khí trời làm giàu đạm cho đất. - Sự thu hút các cation và anion trong đất vào trong cơ thể sinh vật đất (vi sinh vật, thực vật và động vật sống trong đất) để biến thành chất hữu cơ trong cơ thể chúng, sau khi chúng chết đi xác của chúng làm cho chất hữu cơ của đất tăng lên và sau khi được vi sinh vật phân giải thì các cation, anion đó được trả lại cho đất, tạo ra một vòng tuần hoàn sinh học: Ion trong đất sinh vật trả lại cho đất. Đặc tính của hấp phụ sinh học là hấp phụ có tính chọn lọc. 5.2.2.2. Hấp phụ cơ học Là khả năng của đất có thể giữ lại các hạt vật chất nhờ các khe hở giữa các hạt đất. Đây là hiện tượng thu giữ các chất hoàn toàn cơ học. Điều kiện của sự hấp phụ này là: Khe hở của đất có kích thước nhỏ hơn kích thước hạt vật chất bị hấp phụ. Khe hở của đất có kích có thể lớn, nhưng bờ khe hở gồ ghề hay ngoằn ngoèo, đã cản trở sự di chuyển của các hạt vật chất và các hạt nhỏ được giữ lại ở những chỗ gồ ghề hay những chỗ cong của bờ khe hở đó. Các hạt sét có điện tích trái dấu với ion điện tích nằm trên bề mặt hạt đất nên bị hút giữ lại. Tác dụng của sự hấp phụ này là: - Nhờ hấp phụ cơ học mà đã tạo ra các tầng khác nhau trong phẫu diện đất. - Khi trời mưa, nhờ đất có khả năng hấp phụ cơ học nên các phần tử thô được giữ lại trên mặt, các phần tử nhỏ được đưa xuống dưới, tạo ra một tầng đất rắn chắc, 37
39. nhờ đó mà hạn chế được sự rửa trôi các chất dinh dưỡng và hạn chế được sự thấm nước xuống tầng sâu của đất. - Nhờ có hấp phụ cơ học mà người ta có thể dùng biện pháp lọc nước biển để làm muối, hoặc lọc nước đục qua một thùng cát để lấy nước trong. Nhưng mặt trái của quá trình này là: nếu sự hấp phụ này quá nhiều sẽ làm cho đất bí, chặt, lý tính đất trở nên xấu đi, đồng thời gây ra lầy lội cho đất. 5.2.2.3. Hấp phụ lý học (hấp phụ phân tử) Là sự hấp phụ xảy ra khi có sự chênh lệch nồng độ vật chất trên bề mặt keo đất và nồng độ của chất ấy trong dung dịch đất, làm tăng hoặc giảm nồng độ phân tử vật chất trên bề mặt hạt đất. Nguyên nhân của sự hấp phụ này là do hạt keo đất có năng lượng bề mặt. Tỷ diện hạt đất càng lớn thì năng lượng bề mặt càng lớn, sự hấp phụ lý học càng mạnh. Hấp phụ lý học chỉ hấp phụ được các chất khí, hơi nước và một số ion, nhưng khả năng hấp phụ không giống nhau: Hơi nước > NH3 > CO2 > O2 > N2 Có 2 dạng hấp phụ lý học: hấp phụ dương và hấp phụ âm. + Hấp phụ mà làm tăng nồng độ các chất ấy trên bề mặt hạt đất gọi là hấp phụ dương. Ví dụ: Để làm giảm sự mất đạm trong quá trình ủ phân chuồng, thì người ta trộn đất bột với phân chuồng để ủ. + Hấp phụ mà làm giảm nồng độ các chất ấy trên bề mặt hạt đất gọi là hấp phụ - - âm (ví dụ: các chất điện li như Cl , NO3 ). Sự hấp phụ lý học phụ thuộc vào: - Bản chất keo đất, kích thước hạt đất và tính chất các chất khí. Các hạt đất càng nhỏ thì hấp phụ càng cao. - Đất càng khô thì sự hấp phụ càng lớn. - Nhiệt độ càng cao thì hấp phụ càng yếu. 5.2.2.4. Hấp phụ hóa học Là sự tạo thành các chất khó tan (kết tủa) từ những chất dễ tan trong dung dịch đất thông qua các phản ứng hóa học, nhờ đó mà các chất kết tủa được giữ lại trong đất. Ví dụ: Na2 SO4 + CaCl2 CaSO4 + 2NaCl Sự hấp phụ hóa học trong đất còn xảy ra giữa các ion hấp phụ trên bề mặt keo đất và các chất điện giải trong dung dịch đất: 2Al3+ Ca2+ + 4H+ [KĐ] + Ca(H2PO4)2 [KĐ] + 2AlPO4 Đây là hiện tượng lân dễ tan trong đất bị kết tủa (đặc biệt là ở những đất giàu Fe3+, Al3+) làm nghèo lân dễ tiêu cho cây (hoặc làm giảm hiệu lực của phân lân). Người ta gọi hiện tượng này là sự “giữ chặt lân” của đất. + Tác dụng: Nhờ có hấp phụ hóa học mà các chất dễ tan được giữ lại trong đất không bị rửa trôi khỏi đất. Đây cũng là nguyên nhân tích lũy các chất trong đất như: Al, Fe, P, S, Ca trong đó có những nguyên tố có lợi cho cây trồng như P, Ca, S hoặc giảm được sự gây độc của một số nguyên tố như Al chẳng hạn. 38
40. + Tác hại: Hiện tượng hấp phụ hóa học của đất gây nên một số bất lợi, như làm tăng khả năng giữ chặt một số chất dinh dưỡng, gây nên hiện tượng: hàm lượng chất tổng số trong đất cao nhưng chất dễ tiêu vẫn nghèo, cây trồng vẫn bị thiếu dinh dưỡng. Ví dụ: hiện tượng giữ chặt lân trong một số loại đất. 5.2.2.5. Hấp phụ lý hóa học (hấp phụ trao đổi ion) Là đặc tính của đất có thể trao đổi các cation và anion trên bề mặt hạt keo đất với các cation hoặc anion trong dung dịch đất làm thay đổi thành phần và nồng độ ion của dung dịch đất. Hiện tượng hấp phụ trao đổi ion này chỉ xảy ra ở keo đất khi có sự chênh lệch nồng độ ion giữa bề mặt hạt keo và dung dịch đất bao quanh. Ví dụ: như khi bón phân vào đất, hoặc khi có sự thay đổi độ ẩm của đất. 2+ + Ca 2NH4 [KĐ] + 2NH4 Cl [KĐ] + CaCl2 Sự trao đổi ion xảy ra ở lớp ion khuếch tán của hạt keo đất. Cation trên lớp ion khuếch tán sẽ được thay thế bởi cation trong dung dịch, anion trên lớp ion khuếch tán sẽ được thay thế bởi anion trong dung dịch. + Keo âm thì ở lớp ion khuếch tán sẽ là các cation, như vậy sự trao đổi cation (hấp phụ cation) là do keo âm đảm nhiệm. + Keo dương thì ở lớp ion khuếch tán sẽ là các anion, như vậy sự trao đổi anion (hấp phụ anion) là do keo dương đảm nhiệm. Trong đất do lượng keo âm chiếm tỷ lệ lớn nên hiện tượng hấp phụ trao đổi cation là chủ yếu. 5.2.2.5.1. Sự hấp phụ trao đổi cation Là hiện tượng hấp phụ xảy ra ở keo âm. Các cation ở tầng ion khuếch tán của các keo âm sẽ trao đổi với các cation trong dung dịch đất khi tiếp xúc. 2+ + Ví dụ: [KĐ]Ca + 2H+ [KĐ]2H + Ca2+ Sự trao đổi cation trong đất tuân theo những quy luật nhất định: + Sự hấp phụ trao đổi cation tuân theo đương lượng: Tức là một đương lượng gam của cation này trao đổi với một đương lượng gam của một cation khác. Tổng lượng cation hấp phụ bằng tổng lượng cation bị đẩy ra, làm cho tổng lượng cation trong dung dịch không thay đổi. Ca2+ + - 2Na+ Ví dụ: [KĐ] + 2Na + 2Cl [Kđ] + CaCl2 Nguyên tử lượng của Na=23, hóa trị Na là 1 đương lượng gam Na = 23g Nguyên tử lượng của Ca = 40 hóa trị Ca là 2 đương lượng gam Ca = 20g Như vậy: 23g Na của dung dịch đất sẽ trao đổi với 20g Ca của keo đất; + Sự hấp phụ trao đổi cation tiến hành theo 2 chiều thuận nghịch. Chiều của phản ứng thuận hay nghịch phụ thuộc vào nồng độ và đặc tính của cation trong dung dịch đất. Phản ứng sẽ dừng lại khi keo đất và dung dịch đất hình thành sự cân bằng về nồng độ cation, song trong thực tế không bao giờ có sự cân bằng này, vì thành phần và nồng độ cation trong dung dịch đất luôn luôn bị thay đổi (do dinh dưỡng cây, vi sinh vật, bón phân, tưới tiêu, ). + Sự hấp phụ cation phụ thuộc vào nồng độ cation trong dung dịch đất. 39
41. Nồng độ cation trong dung dịch đất càng cao thì trao đổi của keo đất càng mạnh, ngược lại nồng đô nồng độ ion của dung dịch đất càng nhỏ thì các cation bị đẩy từ keo đất vào dung dịch đất càng dễ. + Sự hấp phụ trao đổi cation xảy ra rất nhanh. Các phản ứng trao đổi thường xảy ra rất nhanh, chỉ sau một thời gian rất ngắn sự cân bằng động các ion giữa keo đất và dung dịch đất đã được hình thành. Tốc độ của phản ứng phụ thuộc vào đặc tính cation, phụ thuộc vào tỷ lệ keo đất và dung dịch đất, vào nồng độ dung dịch đất và cả nhiệt độ của đất. + Sự hấp phụ cation phụ thuộc vào hóa trị, bán kính cation và độ dày màng thủy hóa của các cation: Hóa trị cation càng cao thì trao đổi xảy ra càng mạnh, hóa trị 3 > hóa trị 2 từ 4-5 lần, hóa trị 2 > hóa trị 1 đến 4 lần. Riêng ion H+ là ion đặc biệt, tuy có hóa trị nhỏ nhưng có màng thủy hóa rất mỏng (1,35AO) (rất ít bị hydrat hóa) nên khả năng trao đổi không những vượt các cation hóa trị 1, mà còn vượt cả các cation hóa trị 2. Các cation cùng hóa trị thì cation nào có bán kính lớn, tức là độ dày màng thủy hóa mỏng sẽ trao đổi mạnh hơn. Sự hấp phụ cation có thể xếp theo thứ tự như sau: + + + + 2+ 2+ + 3+ 3+ Li < Na < NH4 < K < Mg < Ca < H < Al < Fe Các cation bị keo đất hấp phụ càng dễ thì chúng bị đẩy ra khỏi keo đất càng khó.  Dung tích hấp phu - CEC (T) Dung tích hấp phụ của đất là tổng số cation được keo đất hấp phụ, tính bằng lđl/100g đất. Ký hiệu: CEC hoặc T Công thức tính: CEC = S + H Trong đó: * CEC là dung tích hấp phụ (lđl/100g đất). * S là tổng số các cation kiềm hấp phụ, phần lớn là các cation kiềm 2+ 2+ + + + trao đổi Ca , Mg , K , Na , NH4 . * H là tổng số các cation không kiềm hấp phụ, chủ yếu là H+ và Al3+ (còn gọi là độ chua thủy phân của đất). CEC của đất phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau: - CEC phụ thuộc vào bản chất của keo đất: Loại keo CEC (lđl/ 100g keo) Fe(OH)3 và Al(OH)3 Rất bé Kaolinit 5 - 15 Monmorilonit 80 - 150 Illit 30 - 40 Axit mùn 350 - 500 - CEC phụ thuộc tỷ số SiO2/R2O3: tỷ lệ càng cao thì CEC càng lớn. - CEC phụ thuộc vào thành phần cơ giới đất: Đất có thành phần cơ giới nặng, giàu sét thì thường có CEC lớn. Chính vì vậy những chân đất sét thì có khả năng chịu nước, chịu phân hơn những chân đất cát. - CEC còn phụ thuộc vào pH môi trường: pH đất tăng thì CEC thường cũng tăng lên.  Độ no kiềm (V%) 40
42. Tỷ lệ phần trăm các cation kiềm có trong dung tích hấp phụ được gọi là độ no kiềm (no bazơ), công thức tính: S S V(%) = 100 = 100 CEC S + H Như vậy V(%) càng lớn thì tỷ lệ cation kiềm trong đất càng nhiều. Người ta dựa vào trị số V(%) để đánh giá mức độ bão hòa kiềm của đất và nhu cầu cần thiết bón vôi cho đất. V 70%: đất no kiềm, không cần bón vôi. V = 50 - 70%: đất có độ kiềm trung bình, chỉ cần một ít vôi. V 70%). Vì vậy hầu hết các loại đất Việt Nam việc bón vôi là rất cần thiết. 5.2.2.5.2. Sự hấp phụ anion của keo đất Việc nghiên cứu sự hấp phụ anion trong đất còn ít và còn nhiều hạn chế. Tuy vậy, những nghiên cứu về tính chất mang điện của keo đất đã chứng minh rằng một số anion cũng bị hấp phụ trao đổi ion bởi các keo đất dương. Các anion trong đất được chia thành 3 nhóm theo khả năng hấp phụ khác nhau: - - . Nhóm 1: Là nhóm anion không bị đất hấp phụ, gồm những anion NO3 , NO2 và Cl-. Chỉ trong trường hợp rất đặc biệt khi trong đất hàm lượng keo secquyoxyt - - cao và có pH rất chua, nồng độ Cl và NO3 trong dung dịch đất cao mới có sự hấp phụ anion này, nhưng trong thực tế không có trường hợp này. 2- . Nhóm 2: Là nhóm anion bị hấp phụ với mức trung bình, đó là các anion: SO4 2- - , CO3 , HCO3 . . Nhóm 3: Là nhóm anion bị hấp phụ mạnh, gồm các anion của gốc phosphat - 2- 3- - (H2PO4 , HPO4 và PO4 ) và OH . - Trong đất chua thì Fe(OH)3 và Al(OH)3 là những keo dương nên có khả 3- năng hấp phụ trao đổi ion PO4 . - Keo sét cũng có khả năng hấp phụ trao đổi anion với phosphat, do vị trí tích điện dương của keo sét đảm nhiệm, hiện tượng này xảy ra phổ biến ở Kaolinit do phiến gipxit của keo có các nhóm OH lộ trần có khả năng trao đổi ion phosphat. Các quá trình hấp phụ lân nói trên đã gây nên sự giữ chặt lân trong đất, làm cho cây bị thiếu lân và làm giảm hiệu lực của các dạng phân lân bón vào đất. 5.2.3. Khả năng hấp phụ của đất đối với độ phì nhiêu của đất và chế độ bón phân Đối với độ phì đất: - Nhờ có khả năng hấp phụ mà các chất được giữ lại trong đất, làm tăng độ phì nhiêu cho đất. Vì thế cho nên đất có khả năng hấp phụ cao bao giờ cũng phì nhiêu hơn, có khả năng giữ nước, giữ phân tốt hơn, có tính đệm cao hơn. Khả năng hấp 41
43. phụ thấp là một trong những nguyên nhân làm cho đất chóng bị thoái hóa, nghèo dinh dưỡng vì các chất không được hấp phụ sẽ dễ bị rửa trôi. - Thành phần cation hấp phụ khác nhau có ảnh hưởng rất lớn đến trạng thái kết cấu của đất bền hay không bền, phân tán hay ngưng tụ. - Sự hấp phụ anion phosphat sẽ ảnh hưởng đến chế độ lân trong đất và hiệu lực của phân lân. Đối với chế độ bón phân bồi dưỡng cải tạo đất. - Thông qua khả năng hấp phụ của đất, người ta dùng biện pháp bón phân để tăng các chất dự trữ cho keo đất, đồng thời cải tạo thành phần ion của keo đất (khử chua, khử mặn, ) đây là nguyên lý của biện pháp hóa học cải tạo đất. - Căn cứ vào khả năng hấp phụ của đất cao hay thấp mà người ta đề ra quy trình bón phân cho thích hợp, cụ thể là: Đất có dung tích hấp phụ cao thì có thể dùng biện pháp bón phân dự trữ (nghĩa là tăng lượng phân trong một lần bón, mà có thể giảm số lần bón trong một vụ để khỏi tốn công); Ngược lại, đối với đất có dung tích hấp phụ thấp thì phải giảm lượng phân trong một lần bón, nhưng tăng số lần bón trong một vụ. CHƯƠNG 6 DUNG DỊCH ĐẤT 6.1. KHÁI NIỆM Dung dịch đất gồm nước trong đất và chất hòa tan là các chất vô cơ, hữu cơ và hữu cơ-vô cơ có trong đất. Nước xâm nhập vào đất gồm: Nước mưa, nước sông, nước biển, nước tưới, - - mang theo O2, CO2, NH3, NO3 , NO2 , các chất khí, các muối và cát bụi, bản thân nó đã là một dung dịch, khi vào đất nó hòa tan thêm các chất của đất, tạo nên dung dịch đất. Chất hòa tan trong dung dịch đất gồm có: - - - 2- 3- - Chất vô cơ: ở dạng hòa tan hay dạng keo như: NO3 , NO2 , HCO3 , CO3 , PO4 , 2- - SO4 , Cl , keo sét, keo silic, keo sắt, nhôm, - Chất hữu cơ: các axit mùn, các chất sinh ra trong quá trình phân giải chất hữu cơ như: axit hữu cơ, axit amin, aldehyt, rượu, - Các chất hữu cơ-vô cơ: các muối của axit mùn, các liên kết mùn-sét, mùn khoáng, - Các chất khí: CO2, O2, N2, NH3, H2S, Thành phần, số lượng và nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch đất luôn thay đổi, vì hàm lượng nước trong đất luôn luôn thay đổi và các chất hòa tan thì luôn luôn được bổ sung vào đất bởi các nguồn sau đây: + Do đá mẹ phong hóa, do nước mang nơi khác tới, do các chất được phân giải từ chất hữu cơ, do các chất hòa tan có sẵn trong nước mưa, + Do hàng năm con người bón phân vào đất. + Do các ion hấp phụ trên keo đất chuyển vào dung dịch đất. + Do các chất mà thực vật và vi sinh vật trong quá trình sống đã thải vào đất. 42
44. Như vậy: Dung dịch đất là một bộ phận linh hoạt của đất. Nó tham gia trực tiếp vào quá trình hình thành đất, vào các phản ứng lý học, hóa học, sinh học xảy ra trong đất; tham gia vào sự trao đổi chất dinh dưỡng giữa đất với cây và với vi sinh vật đất. 6.2. VAI TRÒ CỦA DUNG DỊCH ĐẤT - Thành phần và số lượng chất hòa tan trong dung dịch đất nói lên khả năng cung cấp chất dinh dưỡng cho thực vật và vi sinh vật. - Nồng độ dung dịch đất ảnh hưởng đến sự hút nước của cây. Nếu nồng độ chất tan quá cao (ví dụ: đất bị mặn) thì áp suất thẩm thấu của dung dịch đất tăng lên sẽ cản trở sự hút nước của cây, nên dù trong đất có nhiều nước nhưng cây vẫn bị héo (gọi là hạn sinh lý). - Phản ứng của dung dịch đất (chua, kiềm hay trung tính) ảnh hưởng lớn đến hoạt động của vi sinh vật; ảnh hưởng đến tính chất lý học, hóa học, sinh học của đất; ảnh hưởng đến độ hòa tan các chất dinh dưỡng có trong đất. - Một số loại muối, các anion, cation, chất hòa tan trong dung dịch đất làm cho đất có tính đệm, có thể giữ độ pH đất ít bị thay đổi. - Dung dịch đất chứa một số chất hòa tan có thể tăng cường quá trình phá hủy đá để hình thành đất. 6.3. ĐẶC TÍNH CỦA DUNG DỊCH ĐẤT Dung dịch đất có các đặc tính đó là: Phản ứng của dung dịch đất, tính đệm và tính oxy hóa-khử. 6.3.1. PHẢN ỨNG CỦA DUNG DỊCH ĐẤT Phản ứng của dung dịch đất là tính chua, tính kiềm hay tính trung hòa của dung dịch đất. Người ta biểu thị phản ứng dung dịch đất bằng pH: pH = - lg[H+] Như vậy: pH = 7 tức là [H+] = [OH-]: đất có phản ứng trung tính. pH [OH-]: đất có phản ứng chua. pH > 7 tức là [H+] < [OH-]: đất có phản ứng kiềm. 6.3.1.1. PHẢN ỨNG CHUA CỦA ĐẤT (TÍNH CHUA CỦA ĐẤT) 6.3.1.1.1. Nguyên nhân gây ra tính chua của đất Đất bị chua do 5 nguyên nhân sau đây: Do bản thân đất được hình thành từ các loại đá nghèo các cation kiềm và kiềm thổ, giàu SiO2 (như đá macma axit). Do các cation kiềm trong đất bị rửa trôi ra khỏi đất, làm giảm chất kiềm trong đất. Nói chung lượng mưa càng lớn thì sự rửa trôi vật chất càng nhiều và đất càng dễ trở nên chua hóa nhanh. Hàng năm cây hút đi nhiều chất kiềm của các muối khoáng trong đất như: + + ++ ++ NH4 , K , Ca , Mg , Mặt khác, trong quá trình sống của mình rễ cây và hoạt động của vi sinh vật đất đã không ngừng thải ra khí CO2, khí này hòa tan trong + nước thành H2CO3, tuy độ phân ly không lớn nhưng nó là nguồn gốc H chủ yếu trong đất. Chất hữu cơ trong đất được vi sinh vật phân giải và chuyển hóa tạo ra nhiều loại axit hữu cơ và axit vô cơ đã làm cho đất bị chua. 43
45. Đặc biệt trong các vùng đất chua mặn thường có xác cây sú, vẹt, đước, xác các loại cây này có chứa nhiều lưu huỳnh, trong điều kiện yếm khí sẽ sinh ra H2S, sau đó oxy hóa tạo thành H2 SO4 làm cho đất rất chua. Do con người bón phân hữu cơ và phân vô cơ vào đất: - Phân hữu cơ: Vi sinh vật phân giải và chuyển hóa tạo ra nhiều loại axit hữu cơ và axit vô cơ đã làm cho đất bị chua. - Phân vô cơ: + Loại phân chua tự do, như superphotphat có lượng axit dư gây chua cho đất. + Loại phân chua sinh lý, như: KCl, K2SO4, (NH4)2SO4, NH4Cl, cây hút gốc dinh dưỡng, còn lại các anion kết hợp với nước để tạo ra axit vô cơ gây chua cho đất. 6.3.1.1.2. Các loại độ chua của đất Người ta phân biệt ra 2 loại độ chua là: độ chua hoạt tính và độ chua tiềm tàng. 6.3.1.1.2.1. Độ chua hoạt tính Độ chua hoạt tính là độ chua tạo nên bởi ion H+ tự do trong dung dịch đất. Có thể rút những ion H+ này ra bằng nước cất, nên độ chua hoạt tính được biểu thị bằng pH . Thường pH của đất biến thiên từ 3 - 9 và người ta chia làm 6 cấp như H2O H2O sau: pH 8,5 Đất kiềm nhiều Độ chua hoạt tính chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau: - Mức độ phân ly thành ion của các chất axit và bazơ có trong đất. Cùng một lượng axit nhưng axit vô cơ phân ly thành ion nhiều hơn axit hữu cơ, nên pH của H2O dung dịch đất chứa nhiều axit vô cơ thấp hơn. Đối với bazơ cũng vậy, bazơ nào phân ly mạnh sẽ cho nhiều ion OH- thì làm giảm độ chua hoạt tính tức là tăng pH . H2O - Nếu đã có một độ chua tiềm tàng mà bón nhiều phân vô cơ thì sẽ xảy ra sự trao đổi cation làm đẩy H+ và Al3+ vào dung dịch, làm cho độ chua hoạt tính tăng lên. Ý nghĩa của việc xác định pH : H2O Vì độ chua này gây ảnh hưởng trực tiếp cho cây và vi sinh vật, nên mỗi loại cây và vi sinh vật chỉ thích hợp sống ở một khoảng pH nhất định. Vì thế người ta căn H2O cứ vào pH để bố trí cây trồng cho phù hợp với từng loại đất cụ thể. H2O 6.3.1.1.2.2. Độ chua tiềm tàng Độ chua tiềm tàng là độ chua biểu hiện nồng độ ion H+ và nồng độ ion Al3+ bị hấp phụ trên bề mặt keo đất, bình thường thì chưa gây chua, nhưng vì một lý do nào đó chúng bị đẩy ra khỏi keo đất đi vào dung dịch, lúc đó gây ra một độ chua. 44
46. Người ta dùng các loại muối khác nhau tác động vào đất thì sẽ đẩy được các ion H+ và Al3+ ra khỏi keo đất một lượng khác nhau. Cùng một muối mà thời gian tác động khác nhau cũng đẩy được một lượng khác nhau. Dựa vào các loại muối tác động mà người ta chia độ chua tiềm tàng ra 2 loại là: Độ chua trao đổi và độ chua thủy phân. Độ chua trao đổi Khi tác động vào đất một dung dịch muối trung tính như KCl, NaCl, CaCl2, + BaCl2, thì ngoài độ chua "hoạt tính" của dung dịch đất do ion H gây ra như đã nói ở trên, còn có một số ion H+ và Al3+ trên keo đất bị tống ra do sự trao đổi nữa, đã tạo ra một độ chua, người ta gọi là độ chua trao đổi. Như vậy độ chua trao đổi sinh ra là do nồng độ H+ tự do (gây ra pH ) cộng với nồng độ H+ và Al3+ được H2O trao đổi từ keo đất. Nếu chỉ tác động dung dịch muối trung tính với đất trong thời gian 10 phút, thì chỉ đẩy được một ít các ion H+ và Al3+ vào dung dịch. Lúc đó người ta ký hiệu là pHKCl Trị số pHKCl dùng để đánh giá chung chung độ chua của đất trên các bản đồ nông hóa thổ nhưỡng và dùng để đánh giá mức độ cấp thiết phải bón vôi cho đất: Nếu pHKCl 5,5 cần ít hoặc chưa cần. Người ta còn có thể căn cứ vào trị số pHKCl để tính liều lượng vôi bón cho đất một cách tương đối. Ví dụ: Theo Lê văn Căn, lượng vôi bón dựa vào trị số pHKCl như sau: Bảng 1: Lượng vôi cần bón dựa vào trị số pHKCl (tạ CaO/ha) pHKCl Mức độ chua Thành phần cơ giới đất của đất Nhẹ Trung bình Nặng < 3,5 Đặc biệt chua 10 - 20 20 - 30 30 - 40 3,6 - 4,5 Rất chua 7 - 10 10 - 15 15 - 20 4,6 - 5,5 Chua 5 - 7 7 - 8 8 - 10 5,6 - 6,5 Ít chua 2 - 3 3 - 4 4 - 5 Nếu tác động dung dịch muối trung tính với đất trong thời gian 1 giờ (60 phút), thì đẩy được khá nhiều các ion H+ và Al3+ vào dung dịch. Lúc đó người ta dùng đơn vị đo là lđl/100g đất khô. Xác định độ chua này để xem xét đất đã cần bón vôi hay chưa, đồng thời có thể xác định được lượng nhôm di động trong đất. Độ chua thủy phân Khi tác động đất với dung dịch muối trung tính thì chỉ đẩy được những ion H+ và Al3+ hút bám ở ngoài cùng của keo đất, do chúng bị hấp phụ không chặt, bị hút giữ bởi một lực không lớn. Nhưng nếu tác động vào đất bằng một dung dịch muối thủy phân (là muối của một axit yếu và bazơ mạnh) như CH3COOK, CH3COONa hoặc + 3+ (CH3COO)2Ca trong thời gian 60 phút, thì sẽ đẩy được hầu hết H và Al vào dung 45