giới thiệu chung về đất

Tùy thuộc vào mục đích sử dụng đất, hoặc các phƣơng pháp nghiên cứu đất khác nhau, con ngƣời cũng có các nhận thức khác nhau về đất (Osman, 2013)  Kỹ sƣ xây dựngthủy lợi (tính chất vật lý, cơ lý của đất).  Kỹ sƣ nông nghiệp (độ phì của đất). Nhiệm vụ của các nhà khoa học đất  Nghiên cứu nguồn gốc hình thành đất, quy luật phân bố các loại đất trên địa cầu, những đặc tính về hình thái, lý học, hóa học và sinh học đất.  Đề xuất các phƣơng hƣớng sử dụng, cải tạo đất hợp lý nhằm nâng cao độ phì đất  cây trồng đạt năng suất cao, ổn định Đất là cơ sở sinh sống và phát triển của thực vật, là tư liệu sản xuất cơ bản của nông nghiệp Yêu cầu của một loại đất tốt cho cây trồng? Ăn no Uống đủ Ở tốt Đứng vững Cung cấp kịp thời và đầy đủ thức ăn Chế độ nƣớc tốt Chế độ không khí và nhiệt độ thích hợp Rễ cây có thể mọc sâu và rộng . Định nghĩa Theo truyền thống: Khoáng vật là chất khoáng vô cơ, tồn tại ở dạng rắn ở nhiệt độ thường và là thành phần cấu tạo nên các loại đá trong lớp vỏ trái đất đã loại bỏ các vật liệu có nguồn gốc hữu cơ . Hiệp hội khoáng vật quốc tế (1995): a mineral is an element or chemical compound that is normally crystalline and that has been formed as a result of geological processes (một khoáng vật là một nguyên tố hay một hợp chất hóa học thông thường kết tinh và được tạo ra như là kết quả của các quá trình địa chất)

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẤT

Introduction to Soils

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẤT

1 Các quan điểm khác nhau về đất  

2 Các khái niệm cơ bản về đất  

3 Vai trò của đất  

4 Câu hỏi ôn tập

Các quan điểm khác nhau về đất

Tùy thuộc vào mục đích sử dụng đất, hoặc các phương pháp nghiên cứu đất khác nhau, con người cũng có các nhận thức khác nhau về đất (Osman, 2013)

 Kỹ sư xây dựng/thủy lợi (tính chất vật lý, cơ lý của đất)

 Kỹ sư nông nghiệp (độ phì của đất)

Nhiệm vụ của các nhà khoa học đất

 Nghiên cứu nguồn gốc hình thành đất, quy luật phân bố các

loại đất trên địa cầu, những đặc tính về hình thái, lý học, hóa học và sinh học đất

 Đề xuất các phương hướng sử dụng, cải tạo đất hợp lý nhằm

nâng cao độ phì đất  cây trồng đạt năng suất cao, ổn định

Các khái niệm cơ bản về đất

1 Đất là vật thể tự nhiên (Brady & Weil, 2002)

2 Đất là vật thể tự nhiên có sự sắp xếp nhất định (Osman, 2013)

2 Đất là vật thể tự nhiên có sự sắp xếp nhất định (Osman, 2013)

Hình 1.1 Hình thái một phẫu diện đất

3 Đất là tập hợp của 4 thành phần tự nhiên (Brady & Weil, 2002; Osman, 2013)

Hình 1.2 Tỷ lệ theo thể tích của 4 thành phần tự nhiên cho một loại

đất lý tưởng cho cây trồng, ví dụ đất thịt mịn (Brady & Weil, 2002)

4 Đất là cơ sở sinh sống và phát triển của thực vật, là tư liệu sản xuất cơ bản của nông nghiệp

5 yếu tố cần thiết cho đời sống thực vật? 

Yêu cầu của một loại đất tốt cho cây trồng?

5 Đất là một bộ phận quan trọng của hệ sinh thái

Đất

Nước

Không khí

Khí hậu Con người và

Hoạt động của con người

Nơi chứa một số chất gây độc

Cung cấp các chất dinh dƣỡng (Click here)

 Trả lại carbon vào khí quyển thông qua CO2 (hô hấp)

 CO2 sẽ được sử dụng bởi các sinh vật (quang hợp)

 Một số loại đất chứa một lượng lớn chất hữu cơ  hiệu ứng nhà kính

Vai trò của đất

4 Nơi trú ngụ của sinh vật

5 Nền tảng xây dựng cơ sở hạ tầng

Nền tảng xây dựng

cơ sở hạ tầng

Câu hỏi ôn tập

1 Nêu các khái niệm về đất

2 Nêu 5 vai trò chính của đất trong một hệ sinh thái

3 Vẽ sơ đồ các thành phần cấu tạo chính của đất theo tỉ

lệ tương đối? Tại sao tỷ lệ theo thể tích của các thành phần cấu tạo đất rất khác nhau giữa các loại đất? Khi nào thì đất chứa nhiều không khí hoặc nhiều nước?

4 Yêu cầu của một loại đất tốt cho cây trồng?

5 Đọc, hiểu toàn bộ nội dung tài liệu tiếng Anh

“Concepts of Soil” Hãy chọn và dịch một tiểu mục trong tài liệu này sang tiếng Việt

KHOÁNG VẬT, ĐÁ VÀ QUÁ TRÌNH PHONG HÓA

HÌNH THÀNH ĐẤT

3.2 Các quá trình phong hóa

4 Câu hỏi ôn tập

NỘI DUNG

1 KHOÁNG VẬT

1.1 Định nghĩa

Theo truyền thống: Khoáng vật là chất khoáng vô cơ, tồn tại ở dạng rắn ở nhiệt độ thường và là thành phần cấu tạo nên các loại đá trong lớp vỏ trái đất đã loại bỏ các vật liệu có nguồn gốc hữu cơ

Hiệp hội khoáng vật quốc tế (1995):

a mineral is an element or chemical compound that is normally crystalline and that has been formed as a result of geological processes

(một khoáng vật là một nguyên tố hay một hợp chất hóa học thông thường kết tinh và được tạo ra như là kết quả của các quá trình địa chất)

Thành phần hóa học Cấu trúc tinh thể

1 KHOÁNG VẬT 1.2 Phân loại ( dựa vào nguồn gốc hình thành )

(1) Khoáng vật nội sinh (nguyên sinh): hình thành trong

các điều kiện liên quan đến các quá trình xảy ra trong lớp

vỏ Trái Đất như do chịu sự tác động của magma hay do biến chất; thường có thành phần cấu tạo rất ít thay đổi so với dung nham nóng chảy như khoáng thạch anh, mica, felspar Các khoáng nguyên sinh chiếm tỉ lệ lớn trong thành phần hạt cát và thịt của đất

(2) Khoáng vật ngoại sinh (thứ sinh): hình thành từ sự phân

hủy và phong hóa các khoáng nguyên sinh trong quá trình hình thành đất, như khoáng sét silicate, các oxide sắt Các khoáng thứ sinh chiếm tỉ lệ cao trong thành phần sét và một phần trong thịt

1 KHOÁNG VẬT

1.2 Phân loại ( dựa vào thành phần hóa học )

(1) Lớp silicate: feldspars, olivines, augite, hornblende, mica (2) Lớp carbonate: calcite, dolomite

(3) Lớp oxide: thạch anh, hematite, corindon

(4) Lớp sulfide: galena, pyrite

(5) Lớp sulfate: anhydrite, thạch cao

(6) Lớp phosphate: apatite, phosphoric

(7) Lớp halite: muối mỏ, kacnalit, fluorite, sylvite

(8) Lớp nguyên tố tự nhiên (khoáng vật đơn nguyên tố): lưu

huỳnh (S), vàng (Au), bạc (Ag), đồng (Cu), bạch kim (Pt), kim cương (C)

(9) Lớp hữu cơ: oxalate, mellitat, citrate, xyanat, acetate,

format, hydrocarbon

1 KHOÁNG VẬT

Lớp silicate (SiO 4 ): 75% trọng lượng vỏ trái đất, gồm:

Feldspars:

Feldspars kali như orthoclase (KAlSi3O8) và microcline

Feldspars natri-canxi chủ yếu là plagioclase feldspars như albite (NaAlSi3O8) và anorthite (Ca2Al2Si2O8)

Olivines (Mg,Fe)SiO4

Augite: (Ca,Na) (Mg,Fe,Al) (Si,Al)2O6

Hornblende: [Ca2,Na(Mg,Fe2+)4(Al,Fe,Ti)(Al,Si)8O22(O,-OH)2]

Mica: gồm ra 2 loại:

Mica trắng: muscovite [KAl2(AlSi3O10)(OH)2]

Mica đen: biotite [K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2]

1 KHOÁNG VẬT

Lớp sulfate (những muối của axit sunphuric)

- Anhydrite hay thạch cao khan (CaSO4): xi măng

Lớp phosphate

- Apatite: 2 loại: fluoapatit - Ca5(PO4)3F và cloapatit -

Ca5(PO4)3Cl; nguyên liệu chế axit photphoric, phân lân (super lân)

- Phosphoric [Ca3(PO4)2]: có khả năng cải tạo đất chua

Lớp halite (những muối của các axit haloit (HF, HCl, HBr)

- Muối mỏ (NaCl)

- Kacnalit (KCl.MgCl2.6H2O)

1 KHOÁNG VẬT

2 CÁC LOẠI ĐÁ HÌNH THÀNH ĐẤT

2.1 Khái niệm: Đá là tổ hợp của một hay nhiều khoáng vật

và là thành phần chủ yếu tạo nên vỏ Trái đất

Một số loại đá chủ yếu bao gồm chỉ một loại khoáng vật Ví

dụ, đá vôi (khoáng vật calcite)

Phân biệt khoáng vật và đá?

Khoáng vật là chất rắn kết tinh nguồn gốc tự nhiên với thành phần hóa học xác định

Đá là tổ hợp của một hay nhiều khoáng vật

2.2 Phân loại đá (dựa vào nguồn gốc hình thành)

Đá magma (phún xuất) được tạo thành do quá trình ngưng

kết của các silicate nóng chảy (magma) xảy ra trong lòng đất hoặc bề mặt Trái đất

Đá magma được cấu tạo từ các khoáng nguyên sinh có màu sáng như thạch anh, musvovite (mica trắng) và feldspars, và

có màu sậm như biotite (mica đen), augite và hornblende

(các khoáng có màu sậm chứa nhiều sắt và magnesium và tương đối dễ bị phong hóa  các đá magma có màu sậm như đá gabbro, peridotite, hornblende và basalt rất dễ bị phong hóa so với đá granite).

Các loại đá magma phổ biến: granite, riolit, diorite, gabbro, basalt

2 CÁC LOẠI ĐÁ HÌNH THÀNH ĐẤT

2.2 Phân loại đá (dựa vào nguồn gốc hình thành)

Đá trầm tích được hình thành từ sản phẩm vỡ vụn của các đá

khác, từ các chất hòa tan lắng đọng lại hoặc từ xác sinh vật

chết đi đọng lại (e.g khối chính trầm tích lắng đọng ở biển gọi

là trầm tích biển)

 Cát thạch anh được phong hóa từ đá granite và tích tụ nơi có biển sẽ

hình thành nên một loại đá mới gọi là sa thạch

 Các khoáng sét cũng có thể bị nén chặt hình thành đá phiến sét

Các đá trầm tích phổ biến: đá vôi (CaCO3), dolomite (CaCO3.MgCO3), sa thạch, quartzite, đá phiến sét

2 CÁC LOẠI ĐÁ HÌNH THÀNH ĐẤT

2.2 Phân loại đá (dựa vào nguồn gốc hình thành)

Đá biến chất được hình thành do sự thay đổi tính chất của các

loại đá khác (đá magma hoặc đá trầm tích), thường do các quá trình biến đổi địa chất gây nên

Sự biến đổi của các đá nguyên sinh không chỉ về thành phần khoáng vật mà đôi khi cả về thành phần hóa học và cả về kiến trúc cùng cấu tạo ban đầu

 Đá phún xuất thường bị biến đổi thành diệp thạch hay đá gneiss

 Đá trầm tích như đá vôi và đá phiến sét có thể bị biến đổi thành đá hoa

(marble)

Tương tự đá phún xuất và đá trầm tích, thành phần khoáng nào chiếm ưu thế trong đá biến tính sẽ ảnh hưởng đến tính bền vững của loại đá đó

2 CÁC LOẠI ĐÁ HÌNH THÀNH ĐẤT

Mối quan hệ giữa 3 nhóm đá

Xác sinh vật

Phá hủy và Lắng đọng

magma

Phân dị và Kết tinh Biến chất

Nóng chảy

2 CÁC LOẠI ĐÁ HÌNH THÀNH ĐẤT

3.1 Định nghĩa

Phong hóa là quá trình liên quan đến sự phân hủy đá và khoáng, đồng thời cũng là quá trình tổng hợp nên các khoáng mới (Osman, 2013)

3.2 Các quá trình phong hóa: 3 loại phong hóa:

- Phong hóa lý học

- Phong hóa hóa học

- Phong hóa sinh học

3 QUÁ TRÌNH PHONG HÓA

3 QUÁ TRÌNH PHONG HÓA

3.2.2 Phong hóa hóa học

Phong hóa hóa học có tác dụng làm cho đá không những biến đổi về hình dạng, kích thước mà còn biến đổi sâu sắc về thành phần và tính chất hóa học

Điều kiện cần: nước, oxygen, carbonic để xúc tiến các phản ứng hóa học: phản ứng hòa tan, hydrat hóa, thủy phân, oxi hóa-khử, phản ứng carbonate hóa và các phản ứng chua khác

3 QUÁ TRÌNH PHONG HÓA

Phản ứng hòa tan (solution)

CaSO4.2H2O + 2H2O Ca 2+ + SO42- + 4H2O (Thạch cao, rắn) (Dung dịch)

Hòa tan

Phản ứng hydrat hóa (hydration)

Fe2O3 + 3H2O Fe2O3.3H2O (Hematite - đỏ) (Limonite - vàng)

CaSO4 + 2H2O CaSO4.2H2O (Anhydrite) (Thạch cao)

Hydrat hóa

Hydrat hóa

3 QUÁ TRÌNH PHONG HÓA

Phản ứng thủy phân (hydrolysis)

KAlSi3O8 + H2O HAlSi3O8 + KOH [K + + OH - ]

(Orthoclase-rắn) (rắn) (dung dịch)

2HAlSi3O8 + 11H2O Al2O3 + 6H4SiO4 (rắn) (rắn) (silicic acid, dung dịch)

Thủy phân

Thủy phân

Phản ứng oxi hóa-khử

MgFeSiO4 + H2O H4Mg3Si2O9 + SiO2 + FeO Fe2O3/FeOOH

(Olivine) (Serpentine) (Fe(II) oxide) (Hematite/Goethite)

Thủy phân Oxi hóa

Phản ứng carbonate hóa

CaCO3 + H2O + CO2 Ca 2+ + 2HCO3- (Calcite, rắn) (Dung dịch)

Carbonate hóa

3 QUÁ TRÌNH PHONG HÓA

3.2.3 Phong hóa sinh học

Là hiện tượng phong hóa do hoạt động sinh vật bậc thấp, bậc cao và nó là giai đoạn tiếp sau quá trình phong hóa lý học, hóa học

Địa y và rêu là các “chiến sĩ” tiên phong của giới sinh vật trong quá trình đánh phá đá

Nhà địa hóa học người Nga V.I Vernadskij cho rằng:

“đời sống hóa học của vỏ Trái đất gần tới 99%

có liên quan tới quá trình sinh hóa học”

Câu hỏi ôn tập

1 Nêu định nghĩa và phân loại khoáng vật?

2 Phân biệt khoáng vật và đá?

3 Nêu các loại đá hình thành đất Trình bày mối quan hệ giữa 3 nhóm đá: đá magma, đá trầm tích và đá biến chất

4 Phong hóa là gì? Nêu các quá trình phong hóa đá và khoáng? Yếu tố quan trọng nhất tham gia vào các phản ứng hóa học là gì?

5 Đọc, hiểu toàn bộ nội dung tài liệu tiếng Anh “Soil as a Part

of the Lithosphere” Hãy chọn và dịch một tiểu mục trong tài liệu này sang tiếng Việt

Sự hình thành đất là một quá trình biến đổi rất phức tạp của vật chất diễn ra ở lớp ngoài cùng của vỏ Trái đất dưới tác động của nhiều yếu tố tự nhiên và nhân tạo

Đất được hình thành do sự phong hóa đá và sự phân hủy xác sinh vật dưới ảnh hưởng của các yếu tố môi trường

1 Khái niệm chung về sự hình thành đất

2 Yếu tố ảnh hưởng đến hình thành đất

Sự hình thành đất có mối liên quan chặt chẽ đến điều kiện khí hậu

và thực vật bởi vì những điều kiện môi trường khác nhau sẽ hình thành nên những loại đất khác nhau (Dukochaev, 1879)

Mối quan hệ giữa đất và khí hậu (Hilgard, 1892)

Đất là hàm số của năm yếu tố hình thành đất gồm khí hậu, sinh vật, địa hình, mẫu chất và thời gian (Jenny, 1941)

S (any soil property): đặc tính của các loại đất

Cl (climate): khí hậu, chủ yếu mưa và nhiệt độ

o (organism): sinh vật (TV, VSV, ĐV)

r (relief hoặc topography): địa hình (độ dốc, hướng dốc, cảnh quang)

p (parent material): mẫu chất

t (time): thời gian - giai đoạn từ khi mẫu chất bắt đầu phong hóa hình thành đất

2 Yếu tố ảnh hưởng đến hình thành đất

(Jenny, 1941)

2 Yếu tố ảnh hưởng đến hình thành đất

Sự tác động của con người vào đất có thể làm cho đất ngày càng màu mỡ hoặc thoái hóa đi  con người có thể xem xét là yếu tố thứ 6 của quá trình hình thành đất (Dudal, 2004)

Trong quản lý đất trồng trọt, Rowell (1994) đã đề xuất các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành đất như sau:

S = ƒ(Cl,o,r,p,t1) + ƒ(m,t2) (2)

Cl, o, r, và p có ý nghĩa như đã nêu ở (1)

t1: thời gian đất được hình thành trong điều kiện tự nhiên

m sự quản lý của con người trong quá trình canh tác cây trồng

t2: thời gian đất tồn tại dưới sự quản lý của con người

2 Yếu tố ảnh hưởng đến hình thành đất

HUMAN

(Rowell, 1994)

2.1 Mẫu chất (Parent material)

2.1.1 Ảnh hưởng của mẫu chất đến các tính chất của đất

 Tính chất của mẫu chất ảnh hưởng rất lớn đến đặc tính của đất

- Đất có sa cấu thô được hình thành từ mẫu chất giàu thạch anh như đá granite

- Đất có sa cấu thịt và sét thường hình thành từ các mẫu chất giàu khoáng sét silicate, oxide sắt

 Sa cấu sẽ kiểm soát tốc độ thấm nước của đất  ảnh hưởng đến sự chuyển vị của các hạt đất và các dinh dưỡng trong đất

 Sự phân giải khoáng học và hóa học của mẫu chất cũng có ảnh hưởng đến sự phong hóa hóa học và thảm thực vật tại chỗ

- Sự hiện diện của đá vôi sẽ làm chậm quá trình hóa chua của đất

- Lá của thực vật sinh trưởng trên đá vôi có hàm lượng calcium cao, khi lá rụng vào đất cũng làm chậm tiến trình hóa chua

2.1 Mẫu chất (Parent material)

2.1.2 Phân loại mẫu chất

1) Mẫu chất hình thành từ đá tại chỗ

2) Mẫu chất được vận chuyển từ nơi khác đến: do trọng lực (sườn tích), do nước (sông có phù sa bồi, biển có trầm tích biển, hồ có bồi lắng của hồ), do băng hà, và do gió

3) Mẫu chất hữu cơ do sự tích lũy dư thừa thực vật

2.2.1 Lƣợng mƣa

 Nước là yếu tố quan trọng xúc tiến các phản ứng hóa học

 Nước càng thấm sâu vào mẫu chất và đá, lớp đất thật hình thành càng dày

 Vùng khô hạn: các chất hòa tan không bị rửa trôi, thường bị

tích lũy và có thể gây hại đến thực vật (phẫu diện đất thường có sự tích lũy muối carbonate và một số loại sét có tính nứt nẻ)

2.2 Khí hậu

2.2.2 Nhiệt độ

 Khi nhiệt độ tăng 10oC, tốc độ phản ứng sinh hóa tăng gấp 2 lần

 Nhiệt độ ấm và ẩm độ cao, các tiến trình phong hóa, rửa trôi, và

sự phát triển của thực vật đạt tối đa

2.2 Khí hậu

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của lượng mưa đến độ chua của đất

Lượng mưa hàng

năm (mm)

Nhiệt độ ( o C)

H + (me/100 g)

Tổng số cation kiềm trao đổi (me/100 g)

 Địa hình có thể được diễn tả bằng cao độ, độ dốc, cảnh quang

 Địa hình có thể làm gia tăng hoặc làm chậm sự tác động của yếu tố khí hậu lên quá trình hình thành đất

Tại sao tầng đất thực trên các vùng có độ dốc cao thường rất mỏng?

2.3 Địa hình

(Địa hình dốc cao sẽ hạn chế lượng nước thật sự thấm vào đất  giảm tốc độ hình thành đất; thực vật phát triển kém do thiếu nước)

Sinh vật có thể được xem xét như là yếu tố chủ đạo trong quá trình hình thành đất, bởi vì nhờ sinh vật mà mẫu chất trở thành đất và chịu tác động nhiều nhất của đất

(1) Thực vật

 Sự hình thành tầng A: Đất đồng cỏ # Đất rừng

 Luân chuyển cation của thực vật (e.g thực vật lá kim: cây thông)

 Thảm phủ thực vật có tác dụng làm giảm tốc độ xói mòn tự nhiên, nên làm giảm tốc độ mất lớp đất mặt

(2) Động vật (giun, dế, mối, kiến, động vật có xương sống như

chuột,… )

(3) Vi sinh vật [phân giải và tổng hợp chất hữu cơ; cố định nitơ

từ khí trời (Rhizobium)]

2.4 Sinh vật