Đề cương bài giảng suy thoái và bảo vệ đất

Trong quá trình tiến hoá số lượng cá thể thành phần loài động thực vật tăng lên, lượng chất hữu cơ tạo thành năng lượng mặt trời tích luỹ trong sinh giới vì vậy sự phát triển của quá trì

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TÀI NGUYÊN ĐẤT

1.1 Khái niệm

Đất là một tài nguyên vô giá mà tự nhiên đã ban tặng cho con người để sinh tồn Một thực tế hiển nhiên là con người được sinh ra, sống và lớn lên nhờ vào đất, khi chết lại trở về đất Thế nhưng, không ít người có thái độ thờ ơ với thiên nhiên, với đất, đất sinh ra từ đâu? Đất quý giá như thế nào,

và vì sao chúng ta phải bảo vệ đất Hiện nay, trên phạm vi toàn cầu và ở mỗi quốc gia, diện tích đất nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp, nạn mất đất canh tác được cảnh báo là thảm họa môi trường ở thế

kỷ XXI Bởi vậy, vấn đề đặt ra cho nhân loại là phải xem xét lại mối quan hệ của mình với tài nguyên đất trên quan điểm phát triển bền vững có cân nhắc tất cả các khía cạnh kinh tế xã hội và môi trường

1.2 Phạm vi nghiên cứu

Môn học nhằm trang bị cho các sinh viên kiến thức cơ bản của khoa học đất: thành phần đất, các quá trình xảy ra trong đất, hiện tượng làm suy thoái đất và các biện pháp bảo vệ đất nhằm sử dụng bền vững tài nguyên đất

1.3 Tổng quan về quá trình phát triển đất

Đất được hình thành, không ngừng tiến hoá gắn liền với sự tiến hoá của sinh giới Sự sống xuất hiện trên trái đất đánh dấu sự khởi đầu của quá trình tạo thành đất Người ta đã khẳng định những sinh vật đơn giản (vi khuẩn, tảo) tham gia đầu tiên vào quá trình tạo thành đất Chúng sống trên các sản phẩm đầu tiên của phong hoá vật lý các đá, sau đó chết đi làm giàu chất hữu cơ cho sản phẩm đầu tiên của phong hoá vật lý các đá, sau đó chết đi làm giàu chất hữu cơ cho sản phẩm phong hoá Đồng thời lúc đó năng lượng mặt trời chuyển thành năng lượng bề mặt tích luỹ trên bề mặt trái đất Sự chuyển hoá quang năng mặt trời thành năng lượng hoá học tích luỹ trong hợp chất hữu cơ là

sự khởi đầu hình thành độ phì của đất

Sau vi khuẩn, tảo xuất hiện các sinh vật tiến hoá hơn như mộc tặc, thạch tùng, dương xỉ, rêu

và sau đó là thực vật bậc cao, làm cho quá trình tạo thành đất phát triển về cường độ và chất lượng

Khi thực vật cây xanh bao phủ khắp mặt đất, hệ thống rễ của chúng phát triển đa dạng ăn sâu vào lớp đá phong hoá, thì lượng chất hữu cơ, mùn chất dinh dưỡng, đạm tích luỹ nhiều, hình thành

độ phì ổn định Đánh dấu giai đoạn chất lượng của quá trình tạo thành đất

Sự tiến hoá của sinh giới từ đơn giản đến phức tạp được hoàn thiện qua hàng triệu năm nên quá trình phát triển để tạo thành đất cũng lâu dài như vậy Trong quá trình tiến hoá số lượng cá thể thành phần loài động thực vật tăng lên, lượng chất hữu cơ tạo thành năng lượng mặt trời tích luỹ trong sinh giới vì vậy sự phát triển của quá trình tạo thành đất mạnh

Những nghiên cứu về cổ thực vật, cho thấy ở kỷ Cambri và Ocđovit mới có thực vật bậc thấp (vi khuẩn, tảo), quá trình hình thành đất ở giai đoạn đầu Đến kỷ Silua, Đevon, Than đá thực vật phong phú hơn nên sự phát triển hình thành đất phức tạp hơn Ở kỷ Phấn trắng và kỷ Thứ ba trên lục địa phát triển rộng rãi rừng là kim, lá to bản, bãi cỏ, thảo nguyên cỏ đã tạo nên những loại đất tương ứng Các kiểu thực bì, ở kỷ Thứ tư, dưới tác dụng của băng hà, quá trình hình thành đất bị

gián đoạn, không phát triển Lớp đất gần băng hà, bịbào mòn do nước băng hà lôi cuốn và sau đó được phủ bởi lớp trầm tích băng hà

Chương 2 SỰ HÌNH THÀNH VÀ TÁC NHÂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÀI NGUYÊN ĐẤT

2.1 Đá và khoáng chất tạo thành đất

2.1.1 Khoáng chất tạo thành đất

a Khái niệm khoáng chất:

Khoáng chất là những hợp chất giống nhau về thành phần và cấu tạo được hình thành trong điều kiện tự nhiên do các quá trình lý, hóa học của vỏ trái đất Các khoáng chất là thành phần cấu tạo nên đá hình thành đất

b Phân loại

Có nhiều cách để phân loại khoáng chất tạo thành đất

- Phân loại theo thành phần hóa học

- Phân loại theo thổ nhưỡng học

Theo thổ nhưỡng học thành phần khoáng hóa của đất chia thành 2 nhóm chính: khoáng nguyên sinh và khoáng thứ sinh

c Một số tính chất lý hóa học của khoáng chất

* Khoáng chất nguyên sinh

- Khoáng chất nguyên sinh là khoáng chất trong thành phần khối mac ma ở sâu trong lòng đất hay phun trào trên bề mặt ngưng tụ mà thành như Fenspat, mica, thạch anh (SiO2), các silicat

- Khoáng nguyên sinh trong đất có nguồn gốc trực tiếp từ đá, chúng thường là những mảnh nhỏ tinh thể chưa bị phong hóa hay phong hóa nhẹ, chiếm ưu thế trong các phần thô của đất (đó là các phần cát cuội nhỏ) Trong đất chiếm 5 – 15% khoáng của đất

- Khoáng thứ sinh quan trọng nhất trong đất là nhóm khoáng sét

- Khoáng sét gồm: Kaolimit, Montmovilonit, Vecmiculit

- Đặc điểm chung của khoáng sét:

+ Khoáng sét là hợp chất có công thức nSiO2Al2O3 mH2O

+ Có cấu tạo dạng lớp ghép chồng, mỗi lớp tinh thể keo được cấu tạo từ các phiến khối tứ diện oxi Silic SiO44-

và các khối bát diện gipxit Al(OH)3 + Các khoáng sét có hiện tượng thay thế đồng hình

Thay thế đồng hình là hiện tượng các cation (+) ngoài dung dịch đất thay thế cho ion Si4+hoặc Al3+ không làm thay đổi cấu trúc của keo sét nhưng làm thay đổi diện tích

 Khoáng sét Kaolinit:

Kaolinit là khoáng sét có một lớp tứ diện liên kết với một lớp bát diện ( gọi là khoáng 1:1)

- Mỗi lớp tinh thể của keo có bề dày 7 – 7,15 A0 (1Ao=1.10-10 m)

- Khoảng cách giữa các lớp đơn vị kết cấu nhỏ ( 2,7 Ao) nên khả năng hút nước thấp, khả năng hút cation vào các khe hở thấp

- Không có hiện tượng thay thế đồng hình nên khả năng hấp thụ không cao : 5 – 10 mdlg/100

g khoáng

- Đặc trưng cho các loại đất đỏ vàng ở vùng nhiệt đới ẩm

 Khoáng sét Monmorilonit

- Monmorilonit là khoáng sét có hai lớp tứ diện kẹp giữa một lớp bát diện

- Mỗi lớp tinh thể có bề dầy 9 – 21 Ao

- Khoảng cách giữa các lớp đơn vị kết cấu là 3,5 – 14A0

- Có khả năng thay thế đồng hình giữa cả hai vị trí Al3+ trong khối gipxit và Si4+ của khối tứ diện nên dung tích hấp phụ lớn 100 – 120 mldlg/100g khoáng

- Dễ dàng hút nước, thay đổi bề dầy lớn, khả năng trương co lớn

- Đây là sét đặc trưng cho vùng đất ôn đới

 Keo hiđrômica

- Loại hình 2:1 (như Monmorilonit)

- Các loại: ilit, Vecmiculit

- Bề dầy (h): 10 Ao khe hở nhỏ gần như không có nên khả năng hút nước nhỏ tính trương co thấp

- Có sự thay thế đồng hình

- CEC: 30 – 40 lđl/100g keo

- Khả năng hấp phụ trao đổi với ion K+ rất mạnh nên những đất giầu hiđrômica thường là những đất có khả năng hấp phụ cố định Kali lớn

- Thường gặp ở các loại đất phù sa, đồng bằng ven biển, đất ở trên núi đá

 Khoáng thứ sinh nhóm oxit và hyđrôxit

Trong đất nhiệt đới và cận nhiệt đới thường gặp nhóm khoáng này như hyđrôxit nhôm (gipxit: Al(OH)3, Hidroxit sắt nặng có màu nâu đỏ hay nâu vàng, nâu đen

2.1.2 Các loại đá tạo thành đất

- Đá là do một hay nhiều loại khoáng tạo thành, là vật chất cấu tạo vỏ trái đất Đá hình thành đất gọi là đá mẹ, thường nằm dưới lớp đất Vì vậy tính chất đất liên quan rất lớn với đá mẹ hình thành chúng

- Theo nguồn gốc đá chia thành 3 nhóm chính: đá macma, đá trầm tích, đá biến chất Giữa các loại đá này có thể chuyển hoá trong những điều kiện nhất định

a Đá macma: là đá đựoc hình thành do sự đông đặc của khối macma nóng chảy xảy ra trong lòng hay bề mặt trái đất

Đá macma hình thành bên trong lòng đất gọi là đá macma xâm nhập

Khối macma theo vết nứt của vỏ trái đất phun ra ngoài đông đặc lại gọi là đá macma phún xuất

- Đá macma có 5 loại, được chia theo hàm lượng SiO2 trong chúng

 Đá macma siêu axit có hàm lượng SiO2 > 75%

 Đá macma axit có hàm lượng SiO2 từ 65-75%

 Đá macma trung bình có hàm lượng SiO2 từ 52-65%

 Đá macma bazơ có hàm lượng SiO2 từ 45-52%

 Đá macma siêu bazơ có hàm lượng SiO2 < 45%

Đá macma chiếm tới 95% đá hình thành vỏ trái đất

VD: Đá Granit(ở Cao Bằng , Lạng Sơn, Thanh Hoá, Quảng Bình, Quảng Trị, Huế, đèo Hải Vân)

b Đá trầm tích:

Là đá được hình thành do sự lắng đọng của các sản phẩm phá huỷ từ các loại đá khác

c Đá biến chất

Là đá hình thành do sự biến đổi của các loại đá khác nhau dưới điều kiện nhiệt độ cao

2.2 Quá trình phong hoá đá

2.2.1 Khái niệm

- Quá trình phong hoá dưói tác động của các nhân tố bên ngoài (nhiệt độ, nước, vi sinh vật,…) mà trạng thái vật lý và hoá học cuả đá và khoáng chất trên bề mặt vỏ trái đất bị biến đổi

- Sản phẩm phong hoá: là các sản phẩm được tao thành do đá và khoáng chất bị phá hủy Đó

là đá và những khoáng bị phá vỡ thành những mảnh vụn hoà tan, di chuyển làm cho trạng thái tồn tại và thành phần hoá học hoàn toàn bị thay đổi

- Mẫu chất : là những sản phẩm trung gian giữa sản phẩm phong hoá và đất

Chia mẫu chất thành 3 loại:

+ Tàn tích : đó là những sản phẩm phong hoá đọng lại trên đỉnh đồi hoặc đỉnh núi, nếu tiếp tục phá huỷ tàn tích tạo ra đất địa hình (đất hình thành tại chỗ ) có tính chất liên quan chặt chẽ với đá

2.2.2 Các quá trình phong hoá

Dựa vào đặc trưng của các nhân tố tác động, phong hoá được chia thành 3 loại: phong hoá lý học, phong hoá lý học, phong hoá sinh học

a Phong hoá lý học(cơ học)

- Là quá trình làm đá vỡ vụn ra, trong quá trình này các tính chất và thành phần hoá học của chúng không bị biến đổi

- Tác nhân gây ra quá trình phong hoá vật lý: nhiệt độ, đặc biệt là sự chênh lệch nhiệt độ ngày đêm và giữa các mùa

Trải qua phong hoá lý học, thành phần hoá học của đá tuy chưa thay đổi, nhưng đá đã hình thành đặc tính mới – đó là khả năng thấm nước và không khí vì nó tơi xốp, vỡ vụn tổng thể tích lớn lên càng cao tạo điều kiện cho phong hoá làm phá huỷ triệt để hơn

b Phong hoá hoá học

- Là quá trình phá huỷ đá và khoáng chất do tác động hoá học của nước và dung dịch nước

- Khác với phong hoá cơ học, phong hoá hoá học không chỉ làm cho đá vỡ vụn mà sâu sắc hơn là làm cho thành phần khoáng học và thành phần hoá học của chúng thay đổi:

+ Kết quả đá vụn xốp

+ Xuất hiện khoáng thứ sinh

- Yếu tố chính gây nên phong hoá hoá học là nước, nhất là nước chứa một ít H2CO3, ngoài ra còn phụ thuộc vào bản chất các khoáng tạo thành đá

- Những quá trình chính trong phong hoá hoá học:

+ Quá trình hoà tan: thường xảy ra với đá và khoáng vật chứa Cacbonat dưới tác động của nước, đá và khoáng chất chuyển từ trạng thái khó tan thành dạng dễ hoà tan

VD: CaCO3 hoà tan rất ít trong nước tinh khiết, nhưng trong không khí có chứa 0,03% CO2 thì độ hoà tan sẽ tăng lên đến 52mg CaCO3/l nước Nếu trong không khí chứa 10% CO2 thì độ hoà tan tăng lên tới 390mg CaCO3/l nước

+ Quá trình hyđrat hóa (quá trình ngậm nước)

Là quá trình nước kết hợp với khoáng vật và tham gia vào mạng lưới kết tinh của khoáng vật

VD:

+ Quá trình oxy hoá

Là quá trình phá huỷ đá và khoáng vật dưới tác động của oxy không khí, thường xảy ra với

đá có chứa các nguyên tố đa hoá trị

Vd:

+ Quá trình sét hóa:

Thường xảy ra với khoáng vật thuộc lớp Silicat hoặc đá chứa những khoáng vật lớp này Quá trình sét hóa là quá trình hình thành các khoáng sét ở trong đất đồng thời với sự tạo thành các muối kiềm kiềm thổ và các oxit silic từ các khoáng vật

VD

CaSO4 + 2H2O = CaSO4 2H2O

2Fe2O3 + 3H2O = 2Fe2O3.3H2O

(hêmatit) (limonit)

Hematit ngậm nước thành limonit

FeS2 FeSO4 Fe2(SO4)3 Fe2O3 n H2O

Pyrit Limonit

Phenspat Kaly + CO2 + H2O Kaolinit + K2CO3 + SiO2 nH2O

(KV nguyên sinh) (KV sét) (Opan)

[O]

Kết luận: Quá trình phong hóa hóa học

- Làm đá vỡ vụn

- Làm thay đổi thành phần của khoáng và đá

c Phong hóa sinh học

Là quá trình biến đổi cơ học và hóa học các loại khoáng chất và đá dưới tác dụng của sinh vật và những sản phẩm sống của chúng Sinh vật hút những nguyên tố ding dưỡng do các quá trình phong hóa trên giải phóng ra để tồn tại

- Sinh vật tiết ra các axit hữu cơ phân tử bé (axit axetic, malic…) và CO2 ở dạng H2CO3 Các axit này phá vỡ và phân giải đá và khoáng chất

- Những vi sinh vật do hoạt động phân giải cũng sẽ giải phóng ra các axit vô cơ (nitoric, sunfuric…) làm tăng quá trình phá hủy đá

- Tảo địa y có khả năng phá hủy đá thông qua bài tiết và hệ rễ len lỏi vào khe đá

- Tác dụng phong hóa cơ học do hệ rễ len lỏi và gây áp suất lên đá

2.3 Quá trình hình thành đất

2.3.1 Khái niệm về đất

Đất được hình thành và tiến hóa chậm hàng thế kỷ do sự phong hóa đá và sự phân hủy xác thực vật dưới ảnh hưởng của các yếu tố môi trường Một số đất được hình thành do bồi lắng phù sa sông biển hay do gió Đất có bản chất khác với đá là có độ phì nhiêu tạo sản phẩm cây trồng

Khái niệm về đất (Docutraep, 1897): “Đất là một vật thể tự nhiên độc lập, lâu đời do kết quả của quá trình hoạt động tổng hợp của 5 yếu tố hình thành đất gồm: đá, thực vật, động vật, khí hậu, địa hình và thời gian”

- Theo quan điểm phát sinh học quá trình hình thành đất diễn ra như sau:

Vậy đất được hình thành do sư kết hợp 2 vòng tuần hoàn xảy ra trong tự nhiên

* Vòng đại tuần hoàn địa chất:

Đá, khoáng vật SP phong hóa Mẫu chất Đất Phá hủy Phá hủy sv

Trước khi có sư sống xuất hiện trong tự nhiên chỉ có duy nhất 1 vòng tuần hoàn giữa các loại

đá Đó là quá trình phong hóa đá để tạo thành mẫu chất gọi là đại tuần hoàn địa chất, sản phẩm tạo

ra chưa phải là đất và chưa sinh ra đất

* Vòng tiểu tuần hoàn sinh học

Sau khi sự sống xuất hiện trong tự nhiên xuất hiện vòng tuần hoàn 2 Trong vòng tuần hoàn này chính yếu tố sinh vật có khả năng hấp thu các chất dinh dưỡng được giải phóng trong vòng đại tuần hoàn địa chất (chất khoáng, muối…) được tích lũy dưới dạng hợp chất hữu cơ (của cơ thể sinh vật) không bị rửa trôi

- Vòng tiểu tuần hoàn sinh vật không chỉ tích lũy các thức ăn khoáng mà đặc biệt tích lũy cả nitơ và năng lượng sinh học

- Nhờ có chất hữu cơ được tích lũy mà chất mùn trong đất được hình thành và là chỉ tiêu quan trọng tạo độ phì nhiêu của đất, cải thiện nhiều tính chất khác của đất

* Mối quan hệ giữa hai vòng tuần hoàn:

Hai vòng tuần hoàn liên hệ chặt chẽ với nhau để tạo thành đất:

Không có đại tuần hoàn địa chất thì không có chất dinh dưỡng được giải phóng và như vậy không có cơ sở cho vòng tiểu tuần hoàn sinh học phát triển Ngược lại, không có vòng tiểu tuần hoàn sinh học thì không có sự tập trung và tích lũy các chất dinh dưỡng được giải phóng ra trong vòng đại tuần hoàn địa chất, thì mẫu chất không thể phát triển để hình thành đất 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

2.3.3 Các yếu tố hình thành đất

a Đá mẹ

+ Là nguồn cung cấp vật chất vô cơ cho đất, trước hết là khoáng chất cho nên nó là bộ xương

và ảnh hưởng tới thành phần cơ giới, khoáng học và hóa học đất

+ Thành phần và tính chất đất chịu ảnh hưởng của đá mẹ thường được biểu hiện rõ rệt ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất, càng về sau sẽ bị biến đổi sâu sắc do các quá trình hóa học và sinh học xảy ra trong đất

Vd: Đá mac ma axit chứa nhiều SiO2, khi đất hình thành trên đá này sẽ có nhiều cát, thấm khí và nước tốt, nghèo dinh dưỡng Đá macma bazơ chứa ít SiO2 dễ phong hóa nên đất có tầng dầy, trung tính và giầu dinh dưỡng chứa nhiều hạt sét

b Khí hậu

+ Thảm thực vật là tấm gương phản chiếu cho các điều kiện khí hậu

+ Khí hậu tham gia vào quá trình hình thành đất được thể hiện qua:

Nước mưa

Các chất khí quyển (O2, N2, CO2)

Đại tuần hoàn địa chất Tiểu tuần hoàn sinh học

(Cơ sở quá trình hình thành đất) (Bản chất quá trình hình thành đất)

Hơi nước và năng lượng mặt trời

Sinh vật sống trên trái đất

+ Khí hậu có ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến quá trình hình thành đất

Trực tiếp: nước và nhiệt độ

Nước mưa quyết định độ ẩm, mức độ rửa trôi, pH đất và tham gia tích cực vào phong hóa hóa học Nhiệt độ làm cho đất nóng hay lạnh, nó thúc đẩy quá trình hóa học, hòa tan và tích lũy chất hữu cơ

Vd: Ở vùng nhiệt đới có lượng mưa lớn nên đất có độ ẩm cao, rửa trôi mạnh và nghèo dinh dưỡng, cation kiềm bị rửa trôi nên đất bị chua

Gián tiếp: Thể hiện qua thế giới sinh vật – yếu tố chủ đạo cho quá trình hình thành đất

c Sinh vật

+ Cây xanh có vai trò quan trọng nhất vì nó tổng hợp nên chất hữu cơ từ những chất vô cơ của đất và của khí quyển – nguồn chất hữu cơ của đất

+ Vi sinh vật phân hủy, tổng hợp và cố định nitơ

+ Các động vật có xương sống và không xương sống xới đảo đất làm cho đất tơi xốp, đất có cấu trúc

1800 – 2300m: đất alit mùn trên núi

2300m trở lên: đất mùn thô than bùn trên núi

+ Độ dốc càng lớn, dốc càng lớn thì quá trình xói mòn xảy ra càng lớn

+ Đối với vùng đồng bằng ảnh hưởng của địa hình đến sự hình thành đất chủ yếu là do sự phân bố độ ẩm:

Cao – quá trình oxy hóa chiếm ưu thế

Trũng – quá trình khử chiếm ưu thế

f Con người

Con người có vai trò chuyển từ đất tự nhiên sang đất trồng trọt Tác động của con người được thể hiện chủ yếu thông qua các hoạt động

2.3.4 Sự phát triển của quá trình hình thành đất

- Đất được hình thành không ngừng tiến hóa gắn liền với sự tiến hóa của sinh giới Sự sống xuất hiện trên trái đất đánh dấu sự khởi đầu của quá trình tạo thành đất

Vi khuẩn, tảo là sinh vật đơn giản tham gia đầu tiên vào quá trình tạo thành đất Chúng sống trên các sản phẩm đầu tiên của phong hóa vật lý các đá, sau đó chết đi làm giàu chất hữu cơ cho sản phẩm phong hóa Đồng thời lúc đó năng lượng mặt trời chuyển thành năng lượng sinh học tích lũy trên bề mặt trái đất

Khi thực vật phát triển, hệ thống rễ của chúng phát triển đa dạng ăn sâu vào lớp đá phong hóa, thì chất lượng chất hữu cơ mùn, chất dinh dưỡng, đạm tích lũy nhiều hình thành độ phì ổn định Những nghiên cứu về cổ thực vật cho thấy ở kỷ Cambri và Ocdovit mới có vi khuẩn, tảo quá trình hình thành đất ở giai đoạn đầu Ở kỷ thứ tư dưới tác dụng của băng hà quá trình hình thành đất bị gián đoạn không phát triển

Ở vùng sa mạc, núi cao (khí hậu nóng, lạnh) sinh vật kém phát triển, đặc biệt là thực vật bậc cao nên quá trình hình thành đất kém phát triển

Trong đất thành phần trung bình các nguyên tố hoá học khác với đá Hàm lượng O, N ở trong đất cao hơn đá vì liên quan đến các quá trình sinh lý Phụ thuộc vào hàm lượng, tinhs chất và đặc biệt là nhu cầu dinh dưỡng của thực vật, mà các nguyên tố hoá học trong đất được chia thành nhóm nguyên tố đa lượng, nguyên tố vi lượng

- Hàm lượng Nitơ: trong đất ở Việt Nam hàm lượng nitơ chiếm khoảng 0,1 – 0,2 %, trừ một

số vùng đất lầy thụt giầu nitơ, thường có khoảng 10% là mùn

- Các dạng tồn tại của nitơ:

Vi khuẩn tảo Dương xỉ rêu Thực vật bậc cao

+ Nitơ vô cơ lượng này trong đất rất ít, chiếm 1 – 2%

Càng xuống sâu hàm lượng Nitơ tăng do bị rửa trôi có thể lên đến 30% nitơ tổng số

Dạng tồn tại của nitơ: NH4+

, NO-3 chủ yếu , dạng NO-2 rất ít Ở dạng NH4+, NO-3 cây dễ dàng hấp thụ được

NO-3 là anion không bị giữ do keo đất (vì keo đất chủ yếu là kheo âm), tồn tại rất linh dộng trong dung dịch, dễ mất khỏi đất Các quá trình làm mất Nitơ trong đất:

Do bay hơi ở dạng NH3 ở pH cao

Bón phân ure không đúng có thể bay hơi NH3 ở mức 4kg/ha.ngày

Do phản ứng phản nitrat được thực hiện do vi khuẩn kỵ khí sử dụng NO3- như chất nhận điện

tử cuối cùng (thay thế cho O2) Khử NO

-3 hình thành NO2-, NO, N2O và N2 Trong thực tế mất nitơ

do khử nitrat thường xảy ra ở đất bí chặt và ngập nước

+ Nitơ hữu cơ: đây là dạng tồn tại chủ yếu

Chia 3 dạng chính:

N hữu cơ dễ tan (axitamin dễ tan) chiếm dươí 5%

N hữu cơ thuỷ phân (prôtein, nucleoprotein) dễ dàng bị thuỷ phân trong môi trường kiềm hoặc axit loãng Cây trồng dễ sửu dụng chiếm 50% đạm tổng số

N hữu cơ không bị thuỷ phân: dạng N chứa trong các chất hữu cơ phức tạp như licnhin, talanh chiếm 30 – 50%

Ca(HPO4)2 ít tan

CaH2PO4 dễ tan

Ca3(PO4)2 khó tan

Muối của PO4

và Fe3+, Al3+ là nguyên nhân làm cho đất đỏ vàng ở Việt Nam nghèo lân Dạng liên kết giữa các gốc PO43-

với các keo sét thông qua cầu hyđroxit Fe, Al dạng này không tan cây không sử dụng

+ P hữu cơ: chỉ có nhiều trong đất có nhiều chất hữu cơ, ở đất nghèo hữu cơ hàm lượng P hữu cơ thường nhỏ hơn 10% lượng lân tổng số của đất

- P là một trong 3 nguyên tố cần thiết cho cây trồng

- Hàm lượng P trong đất dao động từ 0,03 – 0,08%

c K, Na

- Nguồn gốc chủ yếu là khoáng vật silicat: mica, phenspat kali, Ogit, Hocloblen, Kaolinit, Sinvinit

- Các khoáng vật trên khi bị phong hoá K, Na chuyển sang dạng muối: KHCO3, NaHCO3

- Vai trò: K là nguyên tố dinh dưỡng cho cây giúp tích luỹ tinh bột cho củ quả

3.1.2 Nguyên tố vi lƣợng

- Các nguyên tố vi lượng là các nguyên tố có hàm lượng nhỏ trong đất: 10-2, 10-3% Vd: Bo,

Cu, Zn, Pb, As, Cd, Fe

- Nguồn gốc: do đá mẹ bị phong hoá, ngoài ra còn có khi sử dụng thuốc bảo vệ thực vật hoặc chịu ảnh hưởng của nước thải

3.2 Chất hữu cơ của đất

3.2.1 Mở đầu

- Chất hữu cơ là phần cơ bản của đất: rắn, không khí đất, dung dịch đất

- Chất hữu cơ là chỉ tiêu số một về độ phì và ảnh hưởng đến nhiều tính chất đất: khả năng cung cấp chất dinh dưỡng, khả năng hấp thụ, giữ nhiệt và kích thích sinh trưởng cây trồng

- Chất hữu cơ đất là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng chủ yếu trong hệ sinh thái đất

- Để phát triển nông nghiệp bền vững nhất thiết phải giảm sự mất mát chất hữu cơ đất, nhất

là việc canh tác ở vùng nhiệt đới

- Ở Việt Nam, đất trồng trọt thành thục chứa 2 – 4% chất hữu cơ

3.2.2 Nguồn gốc chất hữu cơ trong đất

Chất hữu cơ trong đất gồm 2 phần chính:

- Các tàn tích hữu cơ chưa bị phân giải trong đất, vd: lá cây

- Các chất hữu cơ đã được phân giải gồm 2 phần

+ Các hợp chất mùn

+ Các hợp chất ngoài mùn

* Các hợp chất ngoài mùn (chất mùn đất không đặc trưng)

Gồm các sản phẩm hữu cơ phân giải từ xác thực vật, động vật và vi sinh vật…Chiếm khoảng

10 – 20% chất hữu cơ tổng số trong đất Trong thành phần của chúng chứa: đường, axit hữu cơ, axit amin dễ tan trong nước, các chất mỡ, sáp, nhựa, chất không hoà tan trong nước chỉ tan trong dung môi hữu cơ Xenlulôzo, hemixenlulo, pectin khó bị phân giải, protein và các chất hữu cơ dễ bị phân giải khác chiếm 5 – 8%

* Các hợp chất mùn đặc trưng (chất mùn đặc trưng): chất được hình thành mới trong đất do quá trình mùn hoá Gồm axit mùn (axit humic, axit fulvic, các hợp chất humin, ulvic)

- Nguồn gốc chất hữu cơ trong đất là xác động vật, thực vật, cơ thể vi sinh vật

Vd: So sánh lượng sinh khối thực vật giữa hệ sinh thái đồng cỏ và hệ sinh thái cây lá nhọn Bảng 3.1 So sánh lượng sinh khối thực vật

(tấn/ha.năm)

- Với điều kiện gieo trồng bình thường có thể để lại đất 6 – 15 tấn rễ/ha.năm

3.2.3 Quá trình biến hoá xác hữu cơ trong đất

- Đây là một quá trình sinh hoá học phức tạp diễn ra với sự tham gia trực tiếp của các vi sinh vật, có thể có một số động vật, oxy không khí, nước

- Các xác sinh vật trong đất dưới tác động của vi sinh vật sẽ bị biến đổi tạo các hợp chất có cấu tạo đơn giản sau đó sẽ phân giải hoàn toàn để tạo thành các muối tan, CO2 và nước Đó là quá trình khoáng hoá

- Đồng thời trong đất xảy ra quá trình xác hữu cơ do hoạt động của vi sinh vật tạo ra các sản phẩm trung gian kết hợp sau đó tổng hợp để tạo ra các hợp chất hữu cơ phức tạp hơn gọi là quá trình mùn hoá

a – Quá trình khoáng hoá (vô cơ hoá) chất hữu cơ:

- Quá trình khoáng hoá chất hữu cơ là quá trình biến đổi chất hữu cơ thành chất vô cơ với sự tham gia của các men do vi sinh vật tiết ra Sản phẩm cuối cùng tạo các hợp chất tan và khí

- Quá trình này diễn ra theo 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Từ các xác hữu cơ có chứa: Protêin, hyđratcacbon, licnhin, lipit, nhựa sáp do tác động của vi sinh vật bị thuỷ phân tạo ra các sản phẩm có cấu tạo đơn giản: như axitamin, các loại đường, các hợp chất phenol…

+ Giai đoạn 2: Do tác động của vi sinh vật diễn ra các quá trình oxi hoá khủ (khử amin, oxy hoá khử, khử cac bo xyn) để hình thành các axít hữu cơ mạch vòng hay thẳng, axit béo, rượu, axit

vô cơ

+ Giai đoạn 3: các sản phẩm từ giai đoạn 2 bị khoáng hoá hoàn toàn để tạo ra các muối tan

và khí Giai đoạn này gồm 2 dạng: thối rữa và mục

Thối rữa: là một quá trình hiếu khí diễn ra trong điều kiện có đầy đủ oxy và tạo ra các sản phẩm oxy hoá hoàn toàn: CO2, H2O, NO-

3, PO43-, SO42-…Đây là quá trình toả nhiệt

Thối rữa: là một quá trình kỵ khí, thiếu oxy do ngập nước hoặc do vi sinh vật kỵ khí phát triển nhanh đã sử dụng hết oxy trong đất Trong quá trình này, bên cạnh những sản phẩm bị oxy hoá hoàn toàn (CO2, H2O) còn tạo ra một lượng lớn các chất khử như H2S, NH3

- Các yếu tố ảnh hưởng đến qúa trình khoáng hoá:

Đó là các điều kiện ảnh hưởng đến hoạt động sinh học

+ Khí hậu: điều kiện thuận lợi nhất là 25 – 300C, độ ẩm 70% Nếu nhiệt độ cao tốc độ phản ứng quá nhanh Vd: ở vùng núi cao hàm lượng chất hữu cơ vì nhiệt độ thấp, độ ẩm lớn nên hạn chế quá trình phân giải chất hữu cơ

+ Điều kiện đất: Các đất khác nhau diễn ra quá trình khoáng hoá với tốc độ khác nhau Đất có thành phần cơ giới nặng kém hơn ở đất có thành phần cơ giới nhẹ

Đất có pH trung tính 6,5 ÷ 7,5 quá trình khoáng háo thuận lợi Đất chua, kiềm đều không thuận lợi cho quá trình khoáng hoá

- Ý nghĩa của qúa trình khoáng hoá

Thông qua quá trình này thì cây trồng mới sử dụng chất hữu cơ Cung cấp muối khoáng, CO2, H2O thúc đẩy quá trình tiểu tuần hoàn sinh vật vì nó phân giải chất hữu cơ để thế hệ sau sử dụng

Giảm thiểu sự ô nhiễm do các chất hữu cơ trong đất

Nếu quá trình khoáng hoá quá nhanh làm giảm lượng chất hữu cơ trong đất

Qua sơ đồ ta có thể tóm tắt qúa trình hình thành mùn như sau:

- Giai đoạn 1: Từ licnhin, các hợp chất xenlulo… trong xác sinh vật sẽ bị phân giải hình thành các sản phẩm trung gian

Giai đoạn 2: Từ các sản phẩm phân giải các hợp chất hữu cơ, hoặc sản phẩm tổng hợp bởi vi sinh vật dưới tác động của vi sinh vật tạo thành các liên kết hợp chất: polyphenol, quynol

Giai đoạn 3: Do tác động của vi sinh vật các hợp chất từ giai đoạn 2 trùng hợp tạo phân tử mùn

- Ý nghĩa: Quá trình mùn hoá có vai trò quan trọng tạo ra mùn là yếu tố quyết định đến độ phì nhiêu và các tính chất lý hoá học, sinh học đất

- Quá trình mùn hoá phụ thuộc vào các nhân tố khác nhau của môi trường Các nhân tố khí hậu (nhiệt độ, nước, không khí), nhân tố sinh học (các men, vi sinh vật) ảnh hưởng đến cường độ quá trình mùn hoá và chất lượng mùn

3.3 Thành phần mùn của đất

Đất chứa mùn cho vào máy ly tâm lắc với HCl 0,1M sẽ được 2 phần:

+ Phần axit fulvic hoà tan

+ Phần không tan đó là mùn của đất Phần không tan cho tác dụng với 1 dung dịch kiềm loãng tách ra 2 phần:

1 phần không tan đó là hợp chất Humin (muối)

1 phần tan dung dịch có màu đen thẫm Cho dung dịch H2SO4 vào tách được 2 phần: phần tan là axit fulvic, phần không tan là axit humic

Như vậy, hợp chất mùn của đất gồm 3 thành phần: humin, axit fulvic, axit humic

3.3.1 Axit humic

Axit humic trong thành phần mùn được nghiên cứu nhiều nhất Axit humic là axit hữu cơ cao phân tử, không tan trong nước và trong axit vô cơ nhưng lại dễ tan trong dung dịch kiềm loãng cho dung dịch có mầu nâu thấm, nâu đen, nồng độ càng cao màu càng thẫm

- Thành phần nguyên tố gồm 4 nguyên tố chủ yếu: C, H, O, N

Hàm lượng các nguyên tố không cố định có thể thay đổi phụ thuộc vào tính chất của đất, xác sinh vật, điều kiện mùn hoá Cụ thể: C từ 52 – 62,3%

O: 31,4 – 39%, H: 2,8 – 5,8%, N: 2,6 – 5,1%

Ngoài ra còn chứa một lượng các nguyên tố tro từ 1 – 10% trọng lượng của mùn Vd: P,S,

Al, Fe, Si…

- Cấu tạo: không có công thức và phân tử lượng cố định mà thay đổi tuỳ theo loại đất, điều kiện hình thành, phương pháp xác định

- Phân tử lượng có thể dao động từ 400 – 100.000

Các nhóm định chức: - COOH, - OH, - CO, - OCH3

Chiếm 10 – 25% trọng lượng phân tử mùn

Do đặc điểm cấu tạo nên trọng lượng phân tử lớn, tỷ lệ mạch nhánh nhỏ hơn nhân vòng nên

ít di động, khó tan trong nước, có khả năng hấp phụ lớn và tính đệm lớn Dung tích hấp phụ 300 –

600 lđl/100g axit humic

- Trạng thái tồn tại:

Trong đất ít tồn tại trạng thái tự do, phần lớn chúng liên kết với phần vô cơ của đất để tạo thành các hợp chất khác nhau

Axit humic liên kết với Cation (II), NH4+ để tạo thành muối humat Ở đất mặn chứa nhiều

Na tạo ra phức hệ humat Natri dễ tan, dễ bị rửa trôi

Humat Ca, Mg không tan trong nước, tồn tại ở dạng gel (keo tụ) tạo thành màng mỏng bao quanh hạt đất làm cho đất có thể gắn lại, tức là đất có kết cấu

Axit humic có thể liên kết với khoáng sét trong đất tạo phức hệ sét mùn rất bền vững Đóng vai trò quan trọng trong việc gắn kết cho đất

3.3.2 Axit Fulvic

Là hợp chất cao phân tử dễ hoà tan trong nước, trong môi trường kiềm, trong môi trường axit Dung dịch thường có mầu vàng, đây là axit chua như axit vô cơ

- Phân tử lượng của axit fulvic nhỏ hơn so với axit humic Trung bình từ 12.000 – 20.000 do

đó nó có tính linh động hơn Các gốc ưa nước nhiều do đó axit fulvic dễ tan Do chứa nhiều nhóm định chức đặc biệt – COOH, -OH nên có tính hấp phụ rất cao Bình quân CEC ~ 300lđl/100g axit fulvic

- Trạng thái tồn tại: axit fulvic hầu như không tồn tại ở trạng thái tự do Vì dễ tan trọng lượng phân tử nhỏ do đó dễ bị rửa trôi Trong đất thường liên kết với phần vô cơ tạo các dạng khác

3.3.3 Humin

Là tổ hợp axit humic, axit fulvic và phần vô cơ của đất Các hợp chất humin có khối lượng phân tử lớn, tính axit giảm, khả năng hấp phụ các cation giảm Là hợp chất rất bền vững cây không

sử dụng trực tiếp, đóng vai trò gắn kết các hạt đất

3.4 Vai trò của chất hữu cơ và mùn trong đất

Chất hữu cơ và mùn đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng đến độ phì nhiêu của đất:

+ Chất hữu cơ và mùn là kho thức ăn với cây trồng và vi sinh vật

+ Các axit mùn có vai trò như các chất kích thích sinh trưởng Vd: Kích thích sự phát triển của bộ rễ, nâng cao hoạt tính của các men oxy hóa khử giúp cho thực vật có thể sử dụng dinh dưỡng tốt

Trong chất hữu cơ chứa một số chất kháng sinh làm tăng khả năng chống sâu bệnh

+ Là một trong những chỉ tiêu quan trọng quyết định độ phì nhiêu của đất

+ Ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của đất: kết cấu đất, tính chất vật lý đất, chế độ nước, chế độ khí, chế độ nhiệt

+ Ảnh hưởng tính chất hoá học của đất Vd: Khả năng hấp phụ của đất, đất càng giàu mùn khả năng hấp phụ càng lớn

3.5 Đánh giá về số lƣợng và chất lƣợng chất hữu cơ và mùn trong đất

- Về mặt số lượng

Đánh giá bằng chỉ tiêu tỉ lệ mùn (%), tỷ lệ (%) chất hữu cơ trong đất (OM)

Đối với đất tự nhiên khi hàm lượng mùn < 2% là đất nghèo mùn

Đối với đất tự nhiên khi hàm lượng mùn 2÷4 % trung bình

Đối với đất tự nhiên khi hàm lượng mùn 4÷8 % khá

Đối với đất tự nhiên khi hàm lượng mùn > 8% giầu

Đối với đất trồng trọt: < 1% là đất nghèo mùn

1÷2 % trung bình

> 2% giầu mùn

Ngoài chỉ tiêu trên người ta có thể đánh giá tương đối hàm lượng mùn có trong đất băng độ dầy của tầng mùn và mầu sắc của mùn

- Về mặt chất lượng dựa vào chỉ tiêu

Tỷ lệ mùn thô và mùn nhuyễn, mùn nhuyễn là xác hữu cơ đã được phân giải hoàn toàn Tỷ lệ mùn nhuyễn càng cao càng tốt

Tỷ lệ C/N: đây là chỉ tiêu quan trọng, tỷ lệ càng thấp thì chất hữu cơ càng tốt, chất hữu cơ

dễ phân giải ra N giầu đạm

Tỷ lệ axit humic/ axit fulvic: nếu tỷ lệ càng cao chất lượng mùn càng tốt vì nhiều axit humic

3.6 Các biện pháp duy trì và nâng cao hàm lƣợng chất hữu cơ và mùn trong đất

- Đối với đất trồng trọt tăng cường bón phân hữu cơ: phân chuồng, phân xanh, phân bắc Hết sức chú ý biện pháp sinh vật để nâng cao hàm lượng chất hữu cơ và lượng mùn trong đất, chú ý cây họ đậu, cây điền thanh, cây xấu hổ…Đặc biệt ở những vùng đất dốc chú ý trồng nhiều cây vì ở đây vừa bị rửa trôi vừa bị khoáng hoá lớn không để đất trống hạn chế quá trình rửa trôi tăng lượng mùn

3.7 Chất hữu cơ trong đất Việt Nam

- Do Việt Nam có khí hậu nóng ẩm đã chi phối rất lớn tới quá trình biến đổi xác hữu cơ trong đất Quá trình mùn hoá diễn ra với tốc độ nhanh song quá trình khoáng hoá diễn ra mạnh do

đó chất hữu cơ và mùn bị phân giải nhanh

- Do tác động của quá trình Feralit xảy phổ biến đã tạo ra những sản phẩm vô cơ trộn lẫn với mùn do vậy trong tầng mùn mầu đen của đất không rõ

- Hàm lượng mùn trong đất Việt Nam

+ Số lượng không lớn thường biến động

4.1 Phẫu diện đất và đặc trƣng hình thái của đất

Phẫu diện đất là 1 lát cắt thẳng đứng từ trên mặt đất xuống sâu Trên lát cắt của phẫu diện thể hiện các đặc trưng hình thái như tầng đất dầy mỏng khác nhau, mầu sắc đất Giữa tính chất hình thái

có quan hệ mật thiết với các tính chất vật lý hóa học của đất

4.2 Các tầng phẫu diện đất

- Các tầng phẫu diện đất là các tầng đất được hình thành do các quá trình di chuyển hay tích lũy các chất vô cơ hoặc chất hữu cơ trong đất Các tầng đất này gọi là các tầng phát sinh

- Đối với đất tự nhiên 1 phẫu diện đất điển hình gồm những tầng phát sinh:

+ Tầng trên không Ao hay O: là tầng thảm mục hay xác hữu cơ Dầy khoảng 3 – 5 phân, độ dày tầng này phụ thuộc vào mức độ che phủ của thực vật Tầng này cung cấp nguồn chất hữu cơ cho đất

+ Tầng A: là tầng tích lũy mùn của đất Tầng này chứa nhiều chất dinh dưỡng và ở đây diến

ra sự rửa trối: các muối dễ tan, hạt sét xuống tầng sâu

Chia 3 tầng phụ:

Tầng phụ A1: tích lũy mùn

Tầng phụ A2: tầng rửa trôi

Tầng phụ A3: là tầng chuyển tiếp xuống tầng đất dưới

Độ dày mỏng của tầng A phụ thuộc vào độ che phủ thực vật xuống Do chứa nhiều loại sản phẩm khác nhau nên 1 số trường hợp gọi là tầng loang lổ có các mầu khác nhau

+ Tầng C: tầng mẫu chất

+ Tầng D: tầng đá mẹ

- Đối với đất lúa (chuyên lúa) có 1 phẫu diện điển hình gồm các tầng phát sinh:

+ Tầng A: tầng canh tác, rễ cây phát triển Ở tầng này thường xuyên chịu tác động của con người Thường dầy 10 – 15cm có nơi 20cm

+ Tầng đế cày (P): có hạt sét bị rửa trôi xuống tầng P Đây là tầng chặt, có độ dày 5 – 10 cm, giúp giữ nước

+ Tầng B: tầng tích tụ

+ Tầng G: tầng glây do đất trong tình trạng thường xuyên ngập nước nên ở đây xảy ra quá trình khử, trong đó chứa nhiều các sản phẩm khử như chứa nhiều Fe (II), khoáng sét có mầu xám xanh mùi hôi tanh

4.3 Mầu sắc đất

Mầu sắc đất là một tính chất hình thái đất quan trọng dùng để phân biệt giữa các loại đất và giữa các tầng đất Mầu sắc đất là 1 tổ hợp mầu được tạo từ 3 nhóm tạo mầu chính: Đen (chủ yếu do mùn, 1 phần do Mn2+

)

Đỏ (do Fe II)

Trắng (do SiO2, CaCO3)

Trên cơ sở phối hợp 2 hay 3 mầu chính (trắng, đen, đỏ) hình thành nên các loại mầu sắc khác nhau

4.4 Thành phần cơ giới đất

Nghiên cứu các hạt đất ở trạng thái riêng rẽ tách rời nhau

a Khái niệm

- Thành phần cơ giới (cấp hạt) của đất là tỷ lệ % giữa các cấp hạt có kích thước khác nhau trong đất Nhiều tính chất lý hóa học quan trọng của đất như: kết cấu đất, tính thấm thấm nước, khả năng giữ nước, khả năng hấp phụ trao đổi ion, dữ trữ chất dinh dưỡng phụ thuộc vào thành phần cơ giới

Nhiều loại cây trồng phù hợp với đất có thành phần cơ giới nhất định

Vd: lúa phù hợp với đất thịt, hoa mầu phù hợp với đất phù sa (đất cát pha thịt)

- Phần tử cơ giới (nguyên tố cơ học, hạt cơ giới): là những hạt đất có kích thước khác nhau

nó là kết quả của quá trình phá huỷ đá và khoáng vật chủ yếu là sự phá huỷ vật lý Vd: đá, cuội sỏi, cát, sét

- Cấp hạt: là các phần tử cơ giới nằm trong một phạm vi kích thước nhất định Hay nói cách khác là các hạt có cùng kích thước Vd: Kích thước 0,02mm – 2 mm (cấp hạt cát), 0,002mm – 0,02mm (cấp hạt bụi), <0,002mm (cấp hạt sét)

Dựa vào một số mốc kích thước mà tại mốc này sự thay đổi kích thước dẫn đến sự thay đổi

về thành phần và tính chất của hạt

Có 3 hệ thống phân chia cấp hạt: Liên Xô, Mỹ, Liên Hợp Quốc

b Tính chất của các nguyên tố cơ học đất

Các nguyên tố cơ học đất khác nhau về thành phần khoáng và hoá học Đất có nguồn gốc khác nhau thì khác nhau về hàm lượng SiO2, FeO, Fe2O3, Al2O3, CaO, MgO và tỷ lệ SiO2/R2O3 Quy luật là tăng kích thước các nguyên tố cơ học thì hàm lượng SiO2 tăng và ngược lại Giảm kích thước phần tử cơ học thì hàm lượng Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO tăng

Một số tính chất quan trọng của đất như: hàm lượng mùn, dung tích hấp phụ, độ trương phồng, độ trữ ẩm cực đại, độ dâng nước mao quản tăng theo chiều giảm kích thước phần tử cơ học Thành phần cấp hạt > 0,005mm hầu như không có tính dính, tính dẻo , tính trương

Theo thành phần cơ giới của đất có thể chia đất như sau: đất cát, đất cát pha, đất thịt, đất sét…Đất có thành phần cơ giới khác nhau thì độ phì khác nhau, tính chất khác nhau Vd: đất có thành phần cơ giới nhẹ (đất cát, cát pha) có độ thấm nước tốt, thoáng khí, giữ nước kém, không có kết cấu, nghèo chất dinh dưỡng và các nguyên tố dinh dưỡng Đất có thành phần cơ giới nặng (đất thịt, đất sét): canh tác khó khăn, tính thấm nước kém, có khả năng giữ nước, mùn được tích luỹ nhiều, đất có kết và giàu dinh dưỡng

Pnước: Khối lượng nước cùng thể tích

Chính xác hơn sẽ là tỷ trọng thể rắn của đất Chúng ta đã biết thể rắn của đất gồm khoáng nguyên sinh, thứ sinh, những chất hữu cơ và humat, bởi vậy tỷ trọng của đất sẽ phụ thuộc vào 1 số yếu tố:

+ Số lượng và thành phần khoáng vật trong đất

Dưới đây là tỷ trọng một vài khoáng chất và chất hữu cơ khác nhau

Bảng 4.1 tỷ trọng một vài khoáng chất và chất hữu cơ khác nhau

Đất có chứa Fe, Ca, Al có tỷ trọng lớn

+ Hàm lượng chất hữu cơ và mùn trong đất vì đất nhiều mùn tỷ trọng nhỏ

+ Thành phần cơ giới đất: đất có thành phần cơ giới khác nhau thì tỷ trọng khác nhau

Vd: Đất có tỷ trọng nhỏ - giầu chất hữu cơ

Đất có tỷ trọng lớn - đất chứa nhiều khoáng vật, chứa nhiều Fe

Đất có d< 2,5 - đất có hàm lượng chất hữu cơ trung bình

Đất có d: 2,5 – 2,65 đất có hàm lượng chất hữu cơ trung bình

V: thể tích bên trong của ống trụ dùng để xác định dung trọng có cùng thể tích (50 – 100cm3

)

- Dung trọng đất phụ thuộc vào:

Thàn phần khoáng vật trong đất

Hàm lượng chất hữu cơ trong đất

Thành phần cơ giới đất

Độ hổng

Vd: Đất có kết cấu tơi xốp D thấp hơn đất không có kết cấu

Ý nghĩa: Xác định dung trọng của đất có nhiều lợi ích:

+ Để tính trữ lượng nhiều nguyên tố và chuyển chúng từ % khối lượng sang thể tích

+ Đánh giá một cách khách quan việc chuyển đổi các nguyên tố từ tầng này sang tầng khác + Dùng dung trọng để tính độ hổng, trữ lượng các chất mùn, nước ở trong đất

Vd: Tính trữ lượng mùn trong đất Biết:

- Tính dẻo của đất là khi đất ở trạng thái độ ẩm nhất định thì nó có khả năng tạo hình dạng nào đó do tác động từ bên ngoài và hình dạng giữ nguyên khi lực thôi tác dụng

- Tính trương, tính co là khả năng thể tích thay đổi khi độ ẩm đất thay đổi

Tính trương là V đất tăng khi độ ẩm đất tăng

Tính co là V đất giảm khi độ ẩm đất giảm

Chương 5 Keo đất và khả năng hấp phụ của đất

5.1 Keo đất

Trong đất có 3 thể: thể rắn, thể lỏng, thể khí Phần rắn được xem là bộ xương của đất có thể

là chất rắn vô cơ, chất rắn hữu cơ, chất rắn vô cơ - hữu cơ Trong đó chất rắn vô cơ chiếm 90% còn lại là các chất rắn khác Chất rắn vô cơ bao gồm các hạt vô cơ có kích thước khác nhau, trong số các hạt vô cơ có những hạt có kích thước nhỏ có khả năng hấp phụ các chất trên bề mặt

Trong thổ nhưỡng học, khi phân tích thành phần cơ giới những hạt có đường kính < 0,001mm thì gọi là những hạt keo, vì nó thể hiện những tính chất của keo

Tính chất cơ bản của keo đất

- Keo đất có tỷ diện lớn và có năng lượng bề mặt, nên có khả năng hấp phụ rất lớn Năng lượng bề mặt của keo đất sinh ra ngay trên bề mặt tiếp xúc giữa keo đất với dung dịch Trên 1ha, ở

độ sâu 0-20cm chứa 10% những hạt keo có kích thước 1µm thì tổng thể tích bề mặt tầng đất là 7000ha

- Keo đất mang điện tích: Đây là đặc điểm đặc biệt quan trọng cho nên nó có thể tham gia vào nhiều phản ứng trao đổi và các phản ứng hoá học khác

- Tính ưa nước và kỵ nước: Do keo đất tích điện nên chúng không chỉ hút các ion mang điện

mà cả những phân tử có phân cực Vì những phân tử nước có tính lưỡng cực nên thường bị các keo hấp phụ Dựa vào mức độ hyđrathoá keo đất có thể chia làm 2 nhóm:

+ Keo ưa nước có mức độ hyđrathoá cao, màng nước bao xung quanh dày gồm nhiều phân

tử nước lưỡng cực Vd: keo axit humic, fulvic, keo axit silicic

+ Keo không ưa nước có mức độ hyđrathoá thấp, màng nước bao xung quanh mỏng Vd: Keo hyđrôxit sắt

- Tính tụ keo và tán keo:

Khả năng chống lại sự gắn kết của những phần tử keo lại với nhau trong dung dịch do ảnh hưởng của chất điện phân, phản ứng môi trường…giữ cho keo ở trạng thái phân tán (trạng thái sol của keo) gọi là khả năng tán keo Keo có mức độ hyđrathoá càng mạnh – keo ưa nước, thì càng bền vững ở trạng thái sol

Sự chuyển keo ở trạng thái phân tán (trạng thái sol) sang trạng thái ngưng tụ gọi là sự tụ keo (trạng thái gel) Quá trình tụ keo là do keo mất các màng nước hoặc do keo trở nên trung hoà điện tích khi kết hợp với các phần tử (hạt keo) có điện tích ngược dấu

Trong đất, các cation có khả năng làm tụ keo Khả năng làm tụ keo phụ thuộc vào nồng độ, hoá trị và bán kính thuỷ hoá của các ion Có thể xếp theo dãy:

Li+<Na+<Li+<NH4+<K+<Mg2+<Ca+<H+<Al3+<Fe3+

Nhìn chung những ion có hoá trị II có khả năng tụ keo lớn gấp 25 lần so với các cation có hoá trị I Cation có hoá trị III có khả năng tụ keo lớn gấp 10 lần so với các cation có hoá trị II

5.2 Cấu tạo của keo đất

Dùng phương pháp X quang người ta thấy, keo đất có thể là dạng tinh thể hoặc vô định hình Tướng phân tán của hệ keo gọi là mixen keo Chất phân tán giữa các mixen keo gọi là dung dịch ngoài Một mixen keo có cấu tạo gồm 3 lớp:

âm và ngược lại

* Lớp ion tạo điện thế

Trên bề mặt nhân keo có 1 lớp ion được tạo thành do sự phân ly của nó hay do những gốc mang điện khác, gọi là lớp ion tạo điện thế Dấu điện tích của keo chính là dấu của lớp ion tạo điện thế này Vd: Keo silic, keo hữu cơ có lớp ion tạo điện thế mang dấu âm nên gọi là keo âm Keo hydroxit Fe, Al trong môi trường axit có lớp ion tạo điện thế mang dấu dương nên gọi là keo dương

Nhân keo + lớp ion tạo điện thế = hạt keo

5.3 Phân loại keo đất

* Theo điện tích hay tính mang điện của keo chia làm 3 loại

- Keo âm (Asidot) trên bề mặt của nhân keo mang điện tích âm, tầng ion bù chứa ion H+hoặc các cation khác Keo đất chủ yếu là keo âm: silicic, humic, keo sét

- Keo dương (basitdot) tầng ion bù chứa ion OH- hoặc các anion khác Ở nước ta tỷ lệ keo dương là khá cao, nhất là đất chứa nhiều Fe, Al

- Keo lưỡng tính: là keo có thể mang điện âm hoặc điện dương tuỳ thuộc vào sự thay đổi pH của môi trường Keo lưỡng tính mang điện âm khi pH của môi trường lớn hơn điểm đẳng điện của keo Còn keo mang điện dương khi pH của môi trường nhỏ hơn điểm đẳng điện

Điểm đẳng điện là giá trị pH của keo mà tại đó keo trung hoà điện

* Theo thành phần hoá học của keo chia làm 3 loại:

- Keo vô cơ: là các keo khoáng ở trong đất được hình thành do quá trình phá huỷ đá ở trong đất Keo điển hình nhất là keo silicic, silicat, keo set, huđroxyt Fe, Al

- Keo hữu cơ: được hình thành do quá trình biến đổi các xác sinh vật trong đất Càng nhiều keo hữu cơ khả năng hấp phụ càng lớn

- Keo hữu cơ – vô cơ: Keo được hình thành do phản ứng giữa keo hữu cơ với keo vô cơ Vd: axit humic hoặc axit fulvic với các phần vô cơ khác, axit mùn với các cation hoá trị

5.4 Khả năng hấp phụ của đất

5.4.1 Khái niệm

Hấp phụ là đặc tính đất có thể làm thay đổi nồng độ của các chất rắn, lỏng, khí trên bề mặt của hạt đất Đây là một trong những đặc tính hoá học quan trọng của đất quyết định độ phì nhiêu của đất

5.4.2 Các dạng hấp phụ

Theo Ghedroi chia 5 dạng:

a Hấp phụ sinh học

- Hấp phụ xảy do yếu tố sinh vật

- Đây là nguồn chính tạo chất hữu cơ

Là khả năng hút và giữ chất dinh dưỡng bởi sinh vật từ dung dịch đất, chủ yếu là cây xanh và

vi sinh vật Đây là một hình thức hấp phụ một triều, đôi khi còn là trao đổi, vì rễ thực vật tiết ra ion

H+ để trao đổi với chất dinh dưỡng ở dạng cation Đặc tính nổi bật của hấp phụ sinh học là tính chọn lọc, tức là mỗi loài thực vật chỉ hút thu và giữ lại trong chúng một số nguyên tố hoá học nhất định và

do đó làm chúng không bị rửa trôi

b Hấp phụ cơ học

Là khả năng của đất giữ lại các hạt tương đối thô trong các khe lỗ hổng Đất là một vật thể xốp, chứa nhiều lỗ hổng có kích thước khác nhau nên có khả năng giữ lại một cách cơ học những hạt đất có kích thước lớn hơn kích thước của lỗ hổng Bởi vậy, nước đục chảy qua lớp đất sẽ trở nên trong

c Hấp phụ lý học

Là khả năng giữ lại những hạt có kích thước nhỏ, những phân tử, nguyên tử trên bề mặt keo đất Nếu đất có chứa nhiều hạt sét – thành phần cơ giới nặng thì có năng lượng bề mặt lớn do đó có khả năng hấp phụ lý hoá học cũng càng lớn

Còn gọi là hấp phụ trao đổi giữa những ion trên bề mặt các keo đất và những ion cùng dấu trong dung dịch đất Thực chất là phản ứng hoá – lý giữa keo đất với ion trong dung dịch đất

Có 2 dạng:

- Hấp phụ trao đổi Cation

- Hấp phụ trao đổi anion

* Hấp phụ trao đổi Cation

- Diễn ra theo đương lượng: 1 đương lượng của cation hấp phụ tương đương với 1 đương lượng cation trao đổi

- Phản ứng diễn ra thuận nghịch: khi đạt trạng thái cân bằng thì phản ứng dừng lại, tuy nhiên đây là cân bằng động Do vậy, con người sẽ tác động vào nguyên tắc này để điều khiển chiều phản ứng theo hướng có lợi

- Phản ứng trao đổi diễn ra nhanh nếu sự tiếp xúc tốt Ứng dụng trong việc giảm thiểu sự thất thoát phân khi bón phân nên kết hợp bón phân với cào cỏ sục bùn, tạo điều kiện tốt cho phân tiếp xúc đất

-Sự hấp phụ trao đổi cation phụ thuộc vào hoá trị và bán kính thuỷ hóa của cation Đối với các cation cùng hoá trị ion nào có bán kính ion lớn hơn thì bán kính màng nước nhỏ khả năng hấp phụ mạnh Riêng ion H+

có hoá trị nhỏ, màng thuỷ hoá mỏng bị hấp phụ mạnh hơn tất cả cation hoá trị I

- Khả năng hấp phụ trao đổi còn phụ thuộc vào dung tích hấp phụ CEC (Cation exchange capacity) CEC lớn khả năng giữ chất dinh dưỡng càng cao, CEC là tổng số các cation kiềm và cation khác

* Hấp phụ trao đổi anion

- Xảy ra với keo dương

- Khả năng hấp phụ trao đổi anion phụ thuộc:

+ Đặc tính của anion: hóa trị càng cao thì hấp phụ xảy ra càng mạnh

+ Tính mang điện của keo: mật độ điện tích dương càng lớn sự hấp phụ xảy ra mạnh

+ Phản ứng của môi trường: xảy ra trong môi trường đất chua

5.5 Phản ứng của đất

5.5.1 Khái niệm về dung dịch đất

Dung dịch đất là pha lỏng của đất hay nói cách khác là nước trong đất có chứa các chất tan khác nhau

Ý nghĩa dung dịch đất: dung dịch đất có vai trò quan trọng

Thành phần và số lượng chất hoà tan trong dung dịch đất cây có thể hút dễ dàng trong một thời gian nào đó

CEC = S + H S: Tổng số cation kiềm và kiềm thổ H: tổng số cation khác

Nồng độ của dung dịch đất có ảnh hưởng lớn đến cây khi hút nước Cây không hút được nước khi nồng độ dung dịch đất lớn hơn nồng độ dịch bào của cây

Phản ứng của dung dịch đất ảnh hưởng đến độ hoạt động của vi sinh vật, đến tính chất lý hóa học của đất và thức ăn nuôi cây

Một số loại muối và chất hoà tan làm đất có tính đệm

Dung dịch đất chứa một số chất hoà tan có thể phong hoá đá hình thành đất

Dung dịch đất là môi trường diễn ra các loại phản ứng khác nhau của đất: các phản ứng chua kiềm, phản ứng đệm, phản ứng oxy hoá khử

5.5.2 Phản ứng chua của đất

Đó là phản ứng tích các ion H+

và Al3+ khi tích nhiều các ion này tính chua của đất càng mạnh

5.5.3 Nguyên nhân gây chua

- Do tác động của quá trình rửa trôi các chất kiềm, kiềm thổ khỏi đất đồng thời là sự tích luỹ các ion H+, Al3+

- Do tác động của yếu tố sinh vật vì cây hút các chất kiềm kiềm thổ của đất và tạo ra các ion

H+

- Do tác động của phân bón đặc biệt là bón phân không đúng có thể làm cho đất bị chua Một

số phản ứng sinh lý gây chua đó là do 1 số phân chứa Cl-

xảy ra quá trình

Một số phân lân chứa lượng axit dư trong quá trình sản xuất khi bón vào đất làm chua đất

- Do đá mẹ mẫu chất: đất được hình thành trên đá macma axit thường là đất chua Đồng thời với sự rửa trôi Ca2+

làm đất chua dần

5.5.4 Phân loại độ chua

Tuỳ thuộc vào trạng thái tồn tại của H+

, Al3+ chia độ chua của đất làm 2 loại: độ chua hoạt tính và độ chua tiềm tàng

a Độ chua hoạt tính: là độ chua được tạo ra do sự tồn tại củ H+

, Al3+ tự do trong đất, lượng các ion này càng nhiều đất càng chua Để biểu thị cho độ chua hoạt tính người ta dùng pH nước ký hiệu

pH H2 O lg H

Độ chua hoạt tính có ảnh hưởng trực tiếp đến các hoạt động sống của cây trồng và sinh vật đất và các phản ứng lý hoá học Dựa vào độ chua hoạt tính để đánh giá mức độ chua của đất như sau:

3Cl- + Al3+ AlCl3 3Cl- + Fe3+ FeCl3 FeCl3 + H2O Fe(OH)3 + 3HCl

Bảng 4.2 Mức độ chua của đất dựa vào độ chua hoạt tính

Là độ chua được gây ra do sự tồn tại của ion H+

và Al3+ bám trên bề mặt keo đất Khi các ion

H+ và Al3+ bị đẩy ra khỏi bề mặt keo đất Chia độ chua tiềm tàng ra 2 loại:

- Độ chua trao đổi

- Độ chua thủy phân

* Độ chua trao đổi là độ chua được tạo ra khi tác động vào đất một muối trung tính Vd: KCl, NaCl, CaCl2 Vì khi đó xảy ra sự trao đổi giữa ion H+

và Al3+ trên bề mặt keo đất với ion Na+

Ký hiệu độ chua trao đổi là pH KCl, độ chua trao đổi càng thấp đất càng chua

* Mối liên hệ giữa pH H O

2 và pH KCl: ở cùng một loại đất thì pH KCl< pH H O

2 vì pH KClcó nồng độ H+ lớn Độ chua trao đổi cho biết mức độ rửa trôi các ion kiềm kiềm thổ của đất được xem

là một trong những căn cứ để xác định nhu cầu bón vôi Khi pH KCl< 4,5 hoặc độ chua trao đổi > 2 lđl/100g đất cần phải bón vôi Khi cần tính lượng chua trao đổi người ta thường dùng phương pháp chuẩn độ, khi đó lượng chua được biểu diễn bằng số lđl/100g đất

* Độ chua thủy phân

Độ chua thủy phân là độ chua được hình thành khi tác động vào đất muối của axit yếu bazơ mạnh

Vd:  KĐ H Al3  4CH3COONa KĐ4Na CH3COOHCH3COO3Al

Kí hiệu độ chua thủy phân H, đơn vị tính là lđl/100g đất

Thông thường H > pH KCl> pH H O

2 trừ một số đất đỏ, đất potzol có H< pH KClvì đất này có khả năng hấp phụ axit axetic sinh ra trong phản ứng thủy phân H được coi là tổng độ chua của đất, dựa vào độ chua thủy phân để tính lượng vôi bón

5.5.5 Phản ứng kiềm

Phản ứng kiềm gây ra do sự tích lũy ion OH- trong đất:

- Do sự thủy phân các muối Na2CO3 hoặc NaHCO3 trong đất

- Do chứa nhiều Na+

đất này gọi là đất Solonhet

- Do trong đất chứa các muối cacbonat khác là kết quả của quá trình hình thành đất

- Do chứa các chất hữu cơ có chứa Ca2+,

hay OH- nhất định Khả năng đệm có vai trò quan trọng vì duy trì sự ổn định pH duy trì điều kiện sống cho cây trồng

Al Khi này Al thủy hóa có khả năng đệm với chất kiềm vì: Ở pH<5 ion Al, tồn tại ở dạng Al thủy hóa một số phân tử phân ly giải phóng để kết hợp OH-

của kiềm tạo nước nên pH không đổi Khi pH>5,5 khả năng đệm của Al thủy hóa bị mất bì khi đó Al3+

- Đặc trưng cho phản ứng oxy hóa khử là điện thế oxy hóa khử

 

 kh

ox lg n E

E h  o 59 (mV)