Khảo sát thành phần cơ giới, độ chua, nhôm di động, sức đệm của đất ở nông trường cao su nhà nai bình dương

• Nguyên nhân: do sự thay đổi nhiệt độ của môi trường kéo theo sự thay đổi nhiệt độ của các khoáng cấu tạo nên đá; đặc điểm của đá và khoáng vật: những đá do nhiều khoáng vật tạo thành d

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Thành ph ố Hồ Chí Minh Tháng 05/2012

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

GVHD: ThS Nguy ễn Văn Bỉnh

SVTH: Hà Như Huệ

L ớp Hóa 4A Niên khóa: 2008 - 2012

Thành ph ố Hồ Chí Minh Tháng 05/2012

• Thầy Nguyễn Văn Bỉnh đã hướng dẫn tận tình, chỉ dạy, giúp đỡ và động viên

em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

• Quý thầy cô trong tổ Công nghệ môi trường: cô Trần Thị Lộc, cô Lê Thị

Diệu đã tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình em thực hiện đề tài, luôn tạo điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành khóa luận

• Quý thầy cô trong tổ Hóa phân tích đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để em

có thể hoàn thành khóa luận

• Cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình, sự động viên an ủi trong suốt 4 năm học qua

của bạn bè

Vì trình độ và năng lực còn hạn chế cho nên trong quá trình học cũng như thực

hiện khóa luận không tránh những thiếu sót, em rất mong quý thầy cô thông cảm, góp ý cho em để em có thể hoàn thành tốt khóa luận Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 05 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Hà Như Huệ

M ỤC LỤC

M ỤC LỤC i

DANH M ỤC BẢNG vi

DANH M ỤC HÌNH vii

L ỜI NÓI ĐẦU 1

PH ẦN A: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 3

CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH PHONG HÓA – HÌNH THÀNH ĐẤT 3

1.1 Quá trình phong hóa 3

1.1.1 Khái ni ệm 3

1.1.2 Các hình th ức phong hóa 3

1.2 Khái ni ệm về đất 4

1.3 S ự hình thành đất 4

1.3.1 Quá trình hình thành đất 4

1.3.2 Các nhân t ố hình thành đất 5

CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐẤT 6

2.1 Thành ph ần khí 6

2.1.1 Ngu ồn gốc của thành phần khí trong đất 6

2.1.2 CO 2 trong đất 6

2.2 Thành ph ần lỏng 7

2.2.1 Thành ph ần 7

2.2.2 Nước trong đất 7

2.2.2.1 Các d ạng nước trong đất 7

2.2.2.2 Ch ế độ nước trong đất 8

2.3 Thành ph ần rắn 9

2.3.1 Ph ần khoáng của đất 9

2.3.2 Ch ất hữu cơ 10

2.3.2.1 Nhóm ch ất hữu cơ chưa mùn hóa 10

2.3.2.2 Các ch ất mùn 10

2.3.2.3 Thành ph ần cơ giới của đất 12

CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT NÔNG HÓA CỦA ĐẤT 13

3.1 Keo đất 13

3.1.1 C ấu tạo của hạt keo 13

3.1.2 Thành ph ần của keo đất 14

3.1.2.1 Keo h ữu cơ 14

3.1.2.2 Keo vô cơ 14

3.2 Tính ch ất hấp phụ chất dinh dưỡng 15

3.3 Các d ạng hấp phụ 15

3.3.1 H ấp phụ sinh học 15

3.3.2 H ấp phụ cơ học 15

3.3.3 H ấp phụ lí học 16

3.3.4 H ấp phụ hóa học 16

3.3.5 H ấp phụ hóa lí 17

3.4 Các qui lu ật cơ bản của hấp phụ hóa lí cation 17

3.4.1 Tính ch ất của các cation 17

3.4.2 Tính ch ất của keo đất 18

3.4.3 Tính ch ất của dung dịch 19

3.5 Dung lượng hấp phụ của đất 20

CHƯƠNG 4: TÍNH CHẤT CHUA CỦA ĐẤT 22

4.1 Định nghĩa 22

4.2 Phân lo ại đất chua 22

4.2.1 Độ chua hiện tại 22

4.2.2 Độ chua tiềm tàng 22

4.2.2.1 Độ chua trao đổi (pH KCl ) 22

4.2.2.2 Độ chua thủy phân 23

4.3 Tính ch ất đệm của dung dịch đất 23

4.3.1 Tính chua ki ềm và phản ứng của dung dịch đất 23

4.3.2 Tính ch ất đệm 24

4.3.2.1 Định nghĩa 24

4.3.2.2 Nguyên nhân gây ra kh ả năng đệm 24

CHƯƠNG 5: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CƠ GIỚI,

ĐỘ CHUA, NHÔM DI ĐỘNG, SỨC ĐỆM CỦA ĐẤT 26

5.1 L ấy và bảo quản mẫu đất 26

5.1.1 L ấy mẫu phân tích 26

5.1.2 Phơi khô mẫu 28

5.1.3 Nghi ền và rây mẫu 28

5.2 Nguyên t ắc và phương pháp xác định hệ số khô kiệt 28

5.2.1 Nguyên t ắc 28

5.2.2 Phương pháp 29

5.3 Nguyên t ắc và phương pháp phân tích thành phần cơ giới đất 29

5.3.1 Ý nghĩa 29

5.3.2 Nguyên t ắc 29

5.3.3 Các phương pháp phân tích 30

5.3.3.1 Phương pháp ngoài đồng ruộng 30

5.3.3.2 Phương pháp Rutcopski 30

5.3.3.3 Phương pháp pipet 31

5.4 Nguyên t ắc và phương pháp xác định pH 31

5.4.1 Nguyên t ắc 31

5.4.2 Phương pháp 32

5.5 Nguyên t ắc và phương pháp xác định độ chua trao đổi 32

5.5.1 Nguyên t ắc 32

5.5.2 Phương pháp 32

5.6 Nguyên t ắc và phương pháp xác định nhôm di động 32

5.6.1 Phương pháp chuẩn độ trung hòa 32

5.6.2 Phương pháp chuẩn độ tạo phức 33

5.6.3 M ột số phương pháp khác 33

5.7 Độ chua thủy phân 33

5.7.1 Nguyên t ắc 33

5.7.2 Phương pháp 34

5.8 Xác định sức đệm của đất 34

PH ẦN B: THỰC NGHIỆM 35

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NÔNG TRƯỜNG CAO SU NHÀ NAI – BÌNH DƯƠNG 35

1.1 V ị trí địa lí – Địa hình 35

1.2 Khí h ậu – Thời tiết 36

1.3 L ịch sử hình thành nông trường 37

1.4 Lược đồ nông trường 38

1.5 Các m ẫu đất 39

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 43

2.1 L ấy mẫu và xử lí mẫu 43

2.2 Xác định hệ số khô kiệt bằng phương pháp sấy khô 43

2.2.1 Hóa ch ất, dụng cụ 43

2.2.2 Ti ến hành 43

2.2.3 Tính k ết quả 43

2.2.4 Nh ận xét 44

2.3 Xác định thành phần cơ giới của đất 44

2.3.1 Hóa ch ất, dụng cụ 44

2.3.2 Ti ến hành 44

2.3.3 K ết quả 45

2.3.4 Nh ận xét 45

2.4 Xác định độ chua 46

2.4.1 Độ chua hiện tại 46

2.4.1.1 Hóa ch ất, dụng cụ 46

2.4.1.2 Ti ến hành 46

2.4.1.3 K ết quả 46

2.4.1.4 Nh ận xét 46

2.4.2 Độ chua thủy phân 46

2.4.2.1 Hóa ch ất, dụng cụ 46

2.4.2.2 Ti ến hành 47

2.4.2.3 K ết quả 47

2.4.2.4 Nh ận xét 47

2.4.3 Độ chua trao đổi pH KCl – Al 3+ di động 47

2.4.3.1 Hóa ch ất, dụng cụ 47

2.4.3.2 Ti ến hành 48

2.4.3.3 K ết quả 48

2.4.3.4 Nh ận xét 48

2.5 Xác định sức đệm của đất 49

2.5.1 Hóa ch ất, dụng cụ 49

2.5.2 Ti ến hành 49

2.5.3 K ết quả 49

2.5.4 Nh ận xét 50

K ẾT LUẬN CHUNG 57

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 59

PH Ụ LỤC 60

DANH M ỤC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng phân chia độ lớn cấp hạt quốc tế, Hoa Kì và Nga

Bảng 3.1 Sự trao đổi của clorua có các cation khác nhau với các keo NH4 − khoáng

Bảng 3.2: Sự hấp phụ Ca2+ và NH4+ trong dung dịch hỗn hợp 0,05N (CH3COO)2Ca

và 0,05N CH3–COONH4; pH = 7

Bảng 3.3: Việc tách Ca2+và Mg2+ trao đổi từ đất đen bằng NH4+ phụ thuộc vào thể tích dung dịch

Bảng 5.2: Phân loại đất dựa vào tỉ lệ sét

Bảng 5.2: Thành phần cơ giới và hình dạng sợi đất

Bảng 5.3: Thành phần trăm sét theo thể tích đất nở ra

Bảng 5.4: Tương quan cấp hạt và độ sâu pipet

Bảng 2.1: Kết quả hệ số khô kiệt

Bảng 2.2: Kết quả thành phần cơ giới của các mẫu đất

Bảng 2.3: Kết quả độ chua hiện tại của các mẫu đất

Bảng 2.4: Kết quả độ chua thủy phân của các mẫu đất

Bảng 2.5: Kết quả độ chua trao đổi – Al3+di động của cácmẫu đất

Bảng 2.6: Bảng hóa chất cần cho để khảo sát sức đệm của các mẫu đất và cát

Bảng 2.7: Kết quả đo pH để khảo sát sức đệm của các mẫu đất và cát

DANH M ỤC HÌNH

Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo mixen keo tích điện âm

Hình 5.1: Sơ đồ lấy mẫu riêng biệt và hỗn hợp

Hình 1.1: Văn phòng nông trường cao su Nhà Nai

Hình 1.2: Lược đồ nông trường

Hình 2.8: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu L2

Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu E21

Hình 2.10: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu C17

Hình 2.11: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu K15

Hình 2.12: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu K10

Hình 2.13: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu O18

Hình 2.14: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu I14

L ỜI NÓI ĐẦU

1 Lí do ch ọn đề tài

Hiện nay cây cao su được trồng ở rất nhiều nơi không chỉ ở riêng nước ta mà còn các nước châu Á khác Sở dĩ cây cao su được trồng nhiều là vì nó có tính chiến lược về mặt kinh tế Nhựa mủ cao su chủ yếu dùng để sản xuất cao su tự nhiên bên

cạnh việc sản xuất latex dạng nước Gỗ từ cây cao su được sử dụng trong sản xuất

đồ gỗ Cây cao su được đánh giá cao vì có thớ gỗ dày, ít co, màu sắc hấp dẫn và có

thể chấp nhận các kiểu hoàn thiện khác nhau Nó cũng được đánh giá như là loại gỗ thân thiện với môi trường Các sản phẩm từ cao su xuất hiện hầu như ở mọi nơi trong đời sống hàng ngày của con người Việt Nam là một trong số những nước có điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng phù hợp với sinh trưởng và phát triển của cây cao

su Ở nước ta, cây cao su được trồng nhiều ở vùng Đông Nam Bộ, Tây Nguyên và các tỉnh duyên hải miền trung Tuy nhiên diện tích đất nông nghiệp nói chung và đất trồng cao su nói riêng hiện nay đang bị giảm sút nghiêm trọng do sự gia tăng dân số, quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa tăng nhanh Khi diện tích đất canh tác giảm thì thành phần cơ giới, độ chua và sức đệm đóng vai trò không nhỏ trong

việc sinh trưởng, phát triển cây trồng và quá trình cải tạo đất Do vậy em chọn đề tài

“Khảo sát thành phần cơ giới, độ chua, nhôm di động, sức đệm của đất ở nông trường cao su Nhà Nai – Bình Dương” với mục đích tìm hiểu hiện trạng đất trồng ở đây và với một số chỉ tiêu khác mong tìm ra được giải pháp tối ưu nâng cao năng

suất cây trồng ở nông trường nói riêng và đem lại lợi ích cho nền kinh tế nước nhà

2 M ục đích nghiên cứu

Khảo sát các chỉ tiêu về đất: thành phần cơ giới, độ chua, nhôm di động, sức đệm của đất ở nông trường cao su Nhà Nai – Bình Dương Qua đó sẽ giúp cho nông trường đưa ra được những biện pháp canh tác, cải tạo thích hợp góp phần nâng cao năng suất sản lượng cây trồng

3 Nhi ệm vụ nghiên cứu

Tìm hiểu về tình hình đất đai, tính chất lí hóa, các yếu tố ảnh hưởng đến đất ở nông trường cao su Nhà Nai – Bình Dương

Tìm hiểu các phương pháp xác định thành phần cơ giới, độ chua, nhôm di động

và sức đệm của đất, chọn lựa phương pháp phân tích thích hợp

Lấy mẫu đất ở nông trường Nhà Nai tiến hành phân tích

Tổng hợp và xử lí số liệu

Kết luận và đưa ra đề xuất

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: đọc tài liệu, sách làm cơ sở lí luận cho đề tài Phương pháp thực nghiệm: tiến hành các phương pháp phân tích thực nghiệm để

khảo sát các chỉ tiêu về đất

Phương pháp phân tích, tổng hợp: từ kết quả tính, tiến hành xử lí số liệu, phân tích, so sánh, kết luận và đưa ra đề xuất

5 Khách th ể và đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: thành phần cơ giới, độ chua, nhôm di động, sức đệm Khách thể nghiên cứu: thành phần hóa học đất

6 Gi ả thiết khoa học

Nắm vững tính chất về đất là một yếu tố cực kì quan trọng trong quá trình cải

tạo đất và canh tác góp phần nâng cao năng suất, sản lượng cây trồng

PHẦN A: TỔNG QUAN VỀ LÍ THUYẾT CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH PHONG HÓA - HÌNH THÀNH ĐẤT 1.1 Quá trình phong hóa

1.1.1 Khái niệm

Quá trình làm biến đổi trạng thái vật lí và hóa học của đá và khoáng vật ở lớp bề

mặt trái đất dưới tác động của các nhân tố bên ngoài được gọi là quá trình phong hóa

Kết quả của quá trình phong hóa đá đã tạo nên các sản phẩm phong hóa và giải phóng các chất khoáng ở dạng hòa tan, đây chính là nền tảng vật chất cho quá trình hình thành và phát triển đất

1.1.2 Các hì nh thức phong hóa

 Phong hóa v ật lí (phong hóa cơ học)

• Là sự vỡ vụn của các đá về mặt cơ học mà không có sự thay đổi về thành

phần hóa học

• Nguyên nhân: do sự thay đổi nhiệt độ của môi trường kéo theo sự thay đổi nhiệt độ của các khoáng cấu tạo nên đá; đặc điểm của đá và khoáng vật: những đá

do nhiều khoáng vật tạo thành dễ bị phá hủy hơn những loại đá có ít khoáng vật;

sự đóng băng của nước trong các kẽ nứt…

 Phong hóa hóa h ọc

• Là quá trình phá hủy các loại đá và khoáng vật dưới tác động của nước và oxi không khí làm biến đổi thành phần và tính chất hóa học

• Nguyên nhân: do nước và oxi trong không khí với 4 quá trình chính là: hydrat hóa, hòa tan, thủy phân và oxi hóa; ngoài ra còn phụ thuộc vào bản chất các khoáng cấu tạo nên đá

 Phong hóa sinh h ọc

• Là quá trình biến đổi hóa học và cơ học các loại đá và khoáng vật dưới tác động của vi sinh vật và các sản phẩm sống của chúng

• Nguyên nhân: trong quá trình sống, rễ thực vật tiết ra axit cacbonic và một

số axit hữu cơ làm cho đá bị phá hủy Tảo, rêu, địa y, nấm và các vi sinh vật đóng

vai trò quan trọng trong việc phá hủy đá Ngoài ra, rễ cây có thể xuyên qua kẽ hở

của đá tạo nên một áp lực làm cho đá bị nứt vỡ

1.2 Khái niệm về đất [4]

Đất được hình thành và tiến hóa chậm hàng thế kỉ 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 sự bồi lắng phù sa sông, biển hay gió Đất có bản chất khác cơ bản

với đá là có độ phì nhiêu và tạo sản phẩm cây trồng

Đất là một hệ thống hở cuối cùng mà trong đó có các quá trình nhất định hoạt động:

• Hoạt động thêm vào đất: nước mưa, tuyết; O2, CO2, từ khí quyển; N, Cl, S từ khí quyển theo mưa; vật chất trầm tích; năng lượng từ mặt trời

• Mất khỏi đất: bay hơi nước, bay hơi sinh học; N do phản nitrat hóa; C và

CO2 do oxy hóa chất hữu cơ; mất vật chất do xói mòn; bức xạ năng lượng;

mất nước, các chất trong dung dịch (NO3−), các dạng huyền phù

• Chuyển dịch trong đất: chất hữu cơ, sét, sét quioxyt; tuần hoàn sinh học các nguyên tố dinh dưỡng; di chuyển muối tan; di chuyển do động vật đất

• Chuyển hóa trong đất: mùn hóa, phong hóa khoáng; tạo cấu trúc, kết von, kết

tủa; chuyển hóa khoáng; tạo thành sét

1.3 Sự hình thành đất

1.3.1 Quá trình hì nh thành đất

Quá trình hình thành đất rất phức tạp, trải qua các quá trình đấu tranh thống nhất

giữa các mặt đối lập, bao gồm nhiều mặt: sinh học, hóa học, lí học, lí hóa học tác động tương hỗ lẫn nhau

• Sự tổng hợp các chất hữu cơ và phân giải chúng

• Sự tập trung tích lũy chất hữu cơ, vô cơ và sự rửa trôi chúng

• Sự phân hủy các khoáng chất và sự tổng hợp các khoáng chất, chất hóa học

mới

• Sự xâm nhập của nước vào đất và sự mất nước từ đất

• Sự hấp thu năng lượng mặt trời của đất làm đất nóng lên và sự mất năng lượng từ đất làm cho đất lạnh đi

Từ khi xuất hiện sự sống trên trái đất thì quá trình phong hóa xảy ra đồng thời cùng quá trình hình thành đất

Thực chất của quá trình hình thành đất là vòng tiểu tuần hoàn sinh học, thực

hiện do hoạt động sống của sinh vật (động thực vật và vi sinh vật) Sinh vật hấp thu năng lượng, chất dinh dưỡng được giải phóng từ vòng đại tuần hoàn địa chất và các

chất khí từ khí quyển để tổng hợp nên hữu cơ

Thực chất của vòng đại tuần hoàn địa chất là quá trình phong hóa để tạo thành

mẫu chất, đất được hình thành nhờ vào vòng tiểu tuần hoàn sinh học, những nhân tố

cơ bản cho độ phì nhiêu của đất mới được tạo ra

1.3.2 Các nhân tố hình thành đất

• Đá mẹ: Cung cấp khoáng chất và các chất vô cơ cho đất đồng thời ảnh hưởng

tới thành phần cơ giới, khoáng học và hóa học của đất

• Khí hậu: Ảnh hưởng trực tiếp tới các quá trình hình thành đất thông qua nước và nhiệt độ; ảnh hưởng gián tiếp tới quá trình hình thành đất thông qua

giới sinh vật

• Sinh vật: tổng hợp chất hữu cơ từ những chất vô cơ của đất và khí quyển; tập trung và tích lũy chất hữu cơ đồng thời sinh vật cũng đóng vai trò phân giải

và biến đổi chất hữu cơ

• Địa hình: trong sự hình thành đất, địa hình tác động tới lượng nhiệt và độ ẩm

của đất đồng thời cũng ảnh hưởng tới chiều hướng và cường độ hình thành đất

• Thời gian: được coi là tuổi của đất; ảnh hưởng rất lớn đến tính chất lí học, hóa học và độ phì nhiêu của đất

• Con người: có tác động rất mạnh đến quá trình hình thành đất thông qua hoạt động sản xuất (đặc biệt là sản xuất nông nghiệp và lâm nghiệp) Tuy nhiên

chỉ ở một số loại đất nhân tố con người mới có vai trò quan trọng (ví dụ: đất

trồng lúa nước, đất bạc màu, đất xói mòn trơ sỏi đá…)

CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐẤT

Đất gồm có 3 thành phần: thành phần rắn, khí và lỏng (dung dịch đất); các thành

phần này có mối quan hệ chặt chẽ với nhau

2.1 Thành phần khí

2.1.1 Nguồn gốc của thành phần khí trong đất

Do sự khuếch tán không khí từ khí quyển vào đất

Do quá trình hô hấp của rễ thực vật, vi sinh vật, quá trình phân hủy chất hữu cơ,

một số phản ứng hóa học

Độ ẩm, thành phần cơ giới, cấu trúc và độ xốp của đất, đặc tính thực vật, nhiệt

độ, áp suất khí quyển…có ảnh hưởng đến số lượng và thành phần khí của đất

2.1.2 CO 2 trong đất

Hàm lượng CO2 trong đất thường cao hơn và hàm lượng O2 thường ít hơn so

với trong khí quyển Hàm lượng này phụ thuộc vào cường độ trao đổi khí giữa đất

và khí quyển CO2 tạo ra trong đất một phần tan vào dung dịch đất (tạo axit cacbonic, axit hóa phần lỏng của đất khi phân li); một phần thoát ra khí quyển (Sự thoát khí này làm tăng lượng CO2 trong lớp không khí gần mặt đất, tạo điều kiện thuận lợi cho sự đồng hóa CO2 của thực vật) Do đó hàm lượng CO2 trong phần khí

và trong dung dịch đất có mối liên quan khá chặt chẽ

Khi nồng độ CO2 trong không khí tăng thì dẫn đến sự chuyển khí CO2 vào dung

dịch mạnh hơn, do đó làm tăng nồng độ H+ trong dung dịch và ngược lại, CO2 từ dung dịch sẽ thoát ra ngoài

Việc làm giàu CO2 trong dung dịch đất có tác dụng hòa tan các hợp chất khoáng trong đất chuyển các chất khoáng thành dạng dễ tiêu cho cây trồng Tuy nhiên, hàm lượng CO2 quá cao và thiếu oxi trong phần khí của đất lại có ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của thực vật và vi sinh vật Đất có độ thoáng khí tốt và sự trao đổi khí

giữa phần khí của đất và khí quyển sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật và cây

trồng

với phần rắn của đất, phản ứng trao đổi giữa dung dịch đất và keo đất

- Thành phần và số lượng chất tan trong dung dịch đất cho biết lượng thức ăn cho cây trong một thời gian Phản ứng dung dịch đất làm thay đổi pH ảnh hưởng đến

hoạt động của vi sinh vật và đặc tính lí hóa của đất

2.2.2 Nước trong đất [1]

2.2.2.1 Các dạng nước trong đất

Nước trong đất không ở riêng rẽ mà có quan hệ chặt chẽ với các thành phần rắn

của đất, không khí và các khe hở trong đất Nước trong đất có 4 dạng cơ bản: nước

ở thể rắn, nước ở thể hơi, nước liên kết và nước tự do

đất vùng cực và vùng núi cao của các đới tự nhiên, dạng nước này giữ vai trò lớn trong quá trình phong hóa vật lí do nó tăng thể tích khi bị đông kết

chúng chuyển động khuếch tán trong các khe hở của đất do sự thay đổi nhiệt độ của đất, do độ bão hòa hơi nước, do áp suất không khí đất, theo ngày đêm và theo mùa

trong năm Vì tính linh hoạt cao và là phần tử mang tính lưỡng cực, mặt khác phân

tử hơi nước thường chịu tác động lực hút phân tử của các hạt đất cho nên chúng thường ngưng tụ trên bề mặt hạt đất Ở những vùng khô hạn, sự di chuyển và ngưng

tụ hơi nước đã làm tăng lên đáng kể lượng nước ở lớp đất mặt

+ Nước liên kết hóa học là loại nước liên kết chặt chẽ với khoáng vật trong đất như trong caolinit, limonit, thạch cao Dạng nước này không tham gia trực tiếp các quá trình lí học đất, không hòa tan các chất và thực vật không sử dụng được chúng + Nước liên kết vật lí là loại nước được giữ ở mặt ngoài của hạt đất Các phân

tử nước ở thể hơi bị hấp phụ ở mặt ngoài đất do lực hút phân tử của chúng với phân

tử mặt ngoài của đất tạo thành một màng nước mỏng Đây là dạng nước hút ẩm, chúng bị đất giữ chặt, cây không sử dụng được Khi bão hòa hơi nước, sức hút ẩm

của đất là cao nhất Lúc này, nếu có thêm nước, đất sẽ hấp phụ thêm tạo thành màng nước mới, gọi là nước màng do liên kết đối cực giữa các phân tử nước với nhau Nước màng có độ nhớt lớn, không có tính hòa tan, tốc độ di chuyển rất chậm

+ Nước mao quản: là nước ở trạng thái lỏng, di chuyển tự do trong các khe hở

từ 0,001 – 0,1mm Nước mao quản có thể chuyển vận theo mọi hướng, từ nơi có độ

ẩm lớn đến nơi khô hơn Đây là nguồn nước cung cấp chủ yếu cho cây, cây dễ sử

dụng, vì lực hút của đất với dạng này không lớn

+ Nước trọng lực là nước thấm xuống đất một cách tự do dưới tác dụng của

trọng lực Dạng nước này có trong các khe hổng lớn và chỉ tồn tại trong một thời gian rất ngắn: chúng di chuyển xuống dưới theo các khe hở lớn tới tầng không thấm nước, dừng lại và tích tụ dần thành nước ngầm, hoặc nhập vào tầng nước ngầm sẵn

có

2.2.2.2 Chế độ nước trong đất

Tổng hợp những hiện tượng: nước thâm nhập vào đất và chuyển đi hoặc được

giữ lại trong đất đã tạo nên chế độ nước trong đất Bao gồm các chế độ:

• Chế độ nước xuyên thấm đặc trưng bởi sự xuyên thấm nước qua các tầng đất

và chảy vào tầng nước ngầm Kiểu chế độ này đặc trưng cho các cảnh quan ẩm

ướt của các vùng nhiệt đới ẩm và ôn đới lạnh, là những nơi có lượng mưa lớn hơn lượng nước bốc hơi

• Chế độ nước không xuyên thấm: không có sự xuyên thấm của nước tới nước

ngầm, chế độ nước này đặc trưng cho các cảnh quan khô hạn, nước nằm sâu

• Chế độ nước phản xuyên thấm: dòng nước từ nước ngầm đi lên là chủ yếu,

tổng lượng nước bốc hơi và hút lớn hơn lượng mưa Chế độ nước này đặc trưng cho các lớp đất có tầng nước ngầm gần mặt đất

• Chế độ nước đọng đặc trưng cho vùng lòng chảo thuộc khí hậu ẩm ướt, mực nước ngầm cao, độ ẩm không khí cao, trị số nước bốc hơi và nước hút do thực

vật nhỏ hơn lượng mưa, dẫn tới sự hình thành nước ngầm tầng trên làm cho đất

khối lượng phần rắn, có vai trò quan trọng đối với độ phì nhiêu của đất)

Các nguyên tố (C, H, O, P, S…) có trong thành phần các khoáng và các chất hữu

cơ Riêng N hầu như chứa trong thành phần chất hữu cơ của đất

• Khoáng sơ cấp: thạch anh, fenspat, mica… Các khoáng này trong đất tồn tại

chủ yếu dưới dạng hạt cát (0,05 – 1 mm) và bụi (0,001 – 0,05 mm), một lượng nhỏ ở dạng hạt bùn (< 0,001 mm) và keo (< 0,25 micron)

• Khoáng thứ cấp (khoáng sét): kaolinit, mongmorilonit… chủ yếu dưới dạng bùn và hạt keo

 Theo thành phần hóa học: bao gồm silicat và aluminosilicat

Silicat: phổ biến nhất là khoáng thạch anh SiO2, thường gặp dưới dạng cát,

bụi, một phần nhỏ ở dạng bùn và hạt keo Thạch anh chiếm trên 60% trong các

loại đất và rất bền, trơ về mặt hóa học ở điều kiện thường

2.3.2 Chất hữu cơ

Chất hữu cơ của đất 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 trong đất tuy ít (0,5 – 10%) nhưng là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng chủ yếu trong hệ sinh thái đất Trong số các hợp chất hữu cơ đó, mùn là một loại chất hữu cơ có vai trò đặc biệt đối với dinh dưỡng của cây trồng Chất hữu cơ được chia làm hai nhóm:

2.3.2.1 Nhóm chất hữu cơ chưa mùn hóa

Chiếm 10 – 15% khối lượng chất hữu cơ trong đất, có vai trò đối với sự sống

của thực vật, vi sinh vật trong đất va độ phì nhiêu của đất Các hợp chất này chủ yếu

là chất hữu cơ trong xác động thực vật chưa phân hủy hoặc bán phân hủy

Bao gồm gluxit (xenlulo, hemixenlulo, tinh bột…), các axit hữu cơ, prôtit và các

chất hữu cơ chứa nitơ khác (amino axit, amit…), chất béo, nhựa, anđehit, các axit poliuric và các dẫn xuất của chúng, các poliphenol, tanin, lignin…

Các hợp chất hữu cơ chưa mùn hóa có thể bị phân hủy trong đất thành chất vô

cơ để cây trồng đồng hóa

2.3.2.2 Các chất mùn

(vòng 5 hay vòng 6), có cầu nối, có các nhóm hoạt động (nhóm cacboxyl, hydroxyl…) được tạo thành do quá trình phân hủy chất hữu cơ

Dưới tác động của enzim và vi sinh vật đất, mùn được hình thành do sự chuyển hóa các hợp chất hữu cơ Nguyên liệu cơ bản là xác thực vật ở trong đất hay ở lớp đất mặt Sự tạo thành mùn chia làm 2 quá trình:

• Quá trình khoáng hóa: tạo nên những chất đơn giản như CO2, H2O, NH3 và

những muối đơn giản

• Quá trình tổng hợp: tạo nên các axit mùn phức tạp từ những chất vô cơ và

hữu cơ đơn giản

Ví dụ: Xác hữu cơ → hiđroquinon → quinon + 2NH2RCOOH → axit mùn

 Phân lo ại: Có thể chia các chất mùn ra thành 3 nhóm chính

• Axit humic

– Axit humic là những hợp chất phức tạp có phân tử lượng cao, có bản chất thơm Đơn vị cấu tạo cơ bản của chúng là mạch cacbon vòng có các mạch nhánh cacbon dài mang những nhóm chức khác nhau (hyđroxyl, phenol, metoxyl…) Trong thành phần phân tử của các axit humic có những vòng thơm, dị vòng 5, 6

cạnh, có N và không có N Chúng liên kết với nhau nhờ các cầu –NH–, –CH2–, – Thành phần nguyên tố: C (50 – 62%), H (2,8 – 6%), O (31 – 40%), N(2 – 6%) Ngoài ra còn có các nguyên tố khác như P, S, Si, Fe, Al

– Axit humic là phần mùn có giá trị nhất vì nó có khả năng hấp phụ lớn đối với các cation, có vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu tượng đất thích hợp cho cây trồng; là nguồn dự trữ các chất dinh dưỡng nhất là nitơ

• Humin

– Là phần tách không tan trong kiềm

– Có cấu trúc tương tự như axit humic nhưng chứa nitơ ít hơn (chiếm khoảng 1/3 so với axit humic)

 Vai trò c ủa mùn với độ phì nhiêu của đất

– Là nguồn dự trữ chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng do khi phân hủy, nó cung cấp nitơ cho đất

– Có khả năng hấp phụ và trao đổi cation, tạo nên những muối mới làm thay đổi thành phần và cấu tượng của đất Chính nhờ sự thay đổi cấu tượng này, đất nặng chuyển thành đất tơi xốp, đất rời rạc được liên hợp lại với nhau nên thay đổi được

chế độ không khí, nhiệt độ và nước trong đất, tạo nên những điều kiện thích hợp cho sinh trưởng và phát triển của thực vật

– Các axit mùn, với một lượng nhỏ, khi tạo thành các keo hòa tan có tác dụng xúc

tiến cho sự phát triển rễ, làm cho cây có khả năng sử dụng nhiều chất dinh dưỡng có trong đất

– Đất giàu mùn có tính đệm cao, chống chịu sự thay đổi pH đột ngột, đảm bảo các

phản ứng xảy ra bình thường không gây thiệt hại cho cây

Kết quả của quá trình phong hóa và quá trình hình thành đất làm cho đá và khoáng vật vỡ vụn ra và biến đổi thành những hạt đất có kích thước khác nhau

Những hạt đất này tạo thành phần tử cơ giới đất Bất kể một mẫu đất nào cũng bao

gồm đầy đủ các cỡ hạt có kích thước từ nhỏ đến lớn Thành phần cơ giới đất là tỉ lệ

phần trăm của các cấp hạt có kích thước khác nhau trong đất Sự khác nhau về kích thước của các hạt đất tới một giới hạn nào đó sẽ dẫn đến sự thay đổi đột ngột về tính

chất vật lí của chúng

B ảng 2.1: Bảng phân chia độ lớn cấp hạt quốc tế, Hoa Kì và Nga

Đá vụn > 3mm

Cuội 3 – 1mm Cát thô 1 – 0,5mm Cát trung bình 0,5 – 0,25mm Cát mịn 0,25 – 0,05mm

Thịt 0,02 – 0,002mm Thịt 0,05 – 0,005mm Thịt thô 0,05 – 0,01mm

Thịt trung bình 0,01 – 0,005mm

Thịt mịn 0,005 – 0,001mm Sét 0,02 – 0,0002mm Sét 0,005 – 0,002mm Sét 0,001 – 0,0001mm

Keo < 0,0002mm Keo < 0,002mm Keo < 0,0001mm

Bảng phân chia của Nga do N.A.Kachinxki thành lập năm 1957 được ứng

dụng phổ biến ở Việt Nam Ngoài ra, các tác giả còn chia thêm hai cấp hạt: sét vật lí (< 0,01mm) và cát vật lí (> 0,01mm)

CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT NÔNG HÓA CỦA ĐẤT

3.1 Keo đất

Theo lý thuyết hóa keo, keo đất (phức hệ hấp phụ của đất) là một tập hợp các các hạt có kích thước nhỏ hơn 0,25 micron, có độ phân tán cao và có khả năng hấp

phụ trao đổi

3.1.1 Cấu tạo của hạt keo

 Ph ần giữa là nhân mixen

Đó là tập hợp những phân tử vô cơ, hữu cơ hay hữu cơ – vô cơ, có cấu trúc tinh

thể hay vô định hình; là những axit mùn; hiđroxit nhôm, sắt, silic và những phần tử khoáng thứ sinh

Tính chất và sự phân li của nhân mixen là yếu tố quyết định dấu điện tích của keo Dưới tác dụng của môi trường, lớp phân tử bề mặt của nhân keo được phân li thành ion nên bề mặt của nó tích điện

Trên bề mặt nhân keo có một lớp ion được tạo thành do sự phân li của nó gọi là

lớp ion tạo điện thế Dấu điện tích của keo chính là dấu của lớp ion tạo điện thế này Nhân keo + lớp ion tạo điện thế = hạt keo (granul)

Vì hạt keo mang điện của lớp ion tạo điện thế và do sức hút tĩnh điện mà tạo thành một lớp ion trái dấu bao bên ngoài hạt keo gọi là lớp ion bù

Lớp ion bù với lớp ion tạo điện thế bằng lớp điện kép, chia thành 2 lớp:

chịu lực hút tĩnh điện mạnh, bám chặt hơn lên hạt keo và hầu như không di chuyển

Granul + tầng ion cố định của lớp ion bù = phần tử keo (tiểu phân, keo lạp)

sức hút tĩnh điện yếu nên dễ di chuyển ra ngoài dung dịch giữa các mixen keo, có thể trao đổi với ion khác trong dung dịch đất

Granul + lớp ion bất động + lớp ion khuếch tán = mixen keo

3.1.2 Thành phần của keo đất [3]

Hệ keo đất gồm có keo hữu cơ và keo vô cơ

3.1.2.1 Keo hữu cơ

Thường là keo mùn (axit humic, axit funvic và muối của nó), thường tích điện

âm và có khả năng hấp phụ trao đổi cation do có nhóm –COOH và –OH (phenol) H trong các nhóm này có thể thay thế bằng các cation khác

Chất mùn khi kết hợp với các bazơ trong đất tạo thành các muối và khi tương tác

với dung dịch đất lại có thể trao đổi cation khác trong dung dịch

VD: R(COO)2 Ca + 2KCl → R(COOK)2 + CaCl2

3.1.2.2 Keo vô cơ

Thường là những chất vô cơ có cấu tạo tinh thể thuộc loại khoáng aluminosilicat như kaolinit, mongmorilonit…, có thể là những khoáng vô định hình như tập hợp các phân tử axit silicic, các sắt và nhôm hiđroxit

Các khoáng silicat trung hòa về điện tích có thể phát sinh điện tích âm

(SiO2)n → [(SiO2)n-1AlO2]− → [(SiO2)n-2(AlO2)2]2−

Các hạt keo đất vô định hình như sắt, nhôm hiđroxit có điện tích phụ thuộc và môi trường

Ở môi trường axit:

[Al(OH)3]n ⇌ [Aln(OH)3n-1]+ + OH− [Fe(OH)3]n ⇌ [Fen(OH)3n-1]+ + OH−

Ở môi trường bazơ:

[Al(OH)3]n ⇌ [Aln O (OH)3n-1]− + H+ (pH = 8,1) [Fe(OH)3]n ⇌ [Fen O (OH)3n-1]− + H+ (pH = 7,1)

Vì đất có xu hướng chua dần nên trong nhiều loại đất các keo vô định hình của

sắt, nhôm hiđroxit thường là keo dương

⟹ Dựa vào cấu tạo hạt keo, ta thấy nó có tính điện tương đối động Đây chính là nguyên nhân keo có khả năng hấp phụ hóa lí

3.2 Tính chất hấp phụ chất dinh dưỡng

Khả năng hấp phụ chất dinh dưỡng của đất là khả năng hút và giữ các ion, các

chất khác nhau từ dung dịch đất và giữ chúng lại Nhờ đó mà đất giữ được chất dinh dưỡng cho cây trồng, hạn chế sự rửa trôi và trao đổi chất dinh dưỡng với đất Mặt khác, cũng nhờ vào đó, cây có khả năng điều tiết được nồng độ các ion thích hợp cho cây

3.3 Các dạng hấp phụ

3.3.1 Hấp phụ sinh học

Là khả năng hút và giữ các chất dinh dưỡng từ dung dịch đất bởi sinh vật (vi sinh vật, cây xanh) để biến đổi các chất này thành chất hữu cơ để cây sinh trưởng và phát triển Đồng thời xác của vi sinh vật, thực vật và động vật là nguồn chất hữu cơ

bổ sung cho đất nhờ hấp phụ sinh học ⟹ có ý nghĩa đối với sự hình thành đất và cung cấp phân bón cho đất

Quá trình này có lợi khi đất giàu dinh dưỡng, các chất dễ tiêu cây sử dụng không

hết được nhóm vi sinh vật, thực vật này giữ lại, do vậy tránh được sự rửa trôi chất dinh dưỡng

Tuy nhiên, trong điều kiện đất nghèo dinh dưỡng, vi sinh vật phát triển mạnh sẽ tranh giành chất dinh dưỡng với cây trồng làm cho cây kém phát triển do thiếu thức

ăn

3.3.2 Hấp phụ cơ học

Do các hạt đất sắp xếp không khít nhau làm cho đất có khe hở hoặc có những mao quản Khi các chất di chuyển, chúng bị khe hở giữ lại Nhờ đó, đất thu hút được nhiều chất dinh dưỡng và vi sinh vật có ích, không để cho nước cuốn trôi đi

3.3.3 Hấp phụ lí học

Dạng hấp phụ này xảy ra trên bề mặt của keo đất Do năng lượng mặt ngoài của keo đất khá lớn làm cho đất có khả năng giữ lại trên bề mặt hạt keo nhiều chất khác nhau

Sự hấp phụ này phụ thuộc vào diện tích bề mặt của hạt keo, thành phần cơ giới

của đất Diện tích bề mặt hạt keo càng lớn, sự hấp phụ lí học càng lớn

• Sự hấp phụ dương: phân tử các chất tan trong dung dịch đất bị keo đất hấp

phụ Do đó, nồng độ dung dịch xung quanh hạt keo thường cao hơn so với

những điểm xa keo đất Đây là cơ chế của sự hấp phụ các chất hữu cơ Trong

số các hợp chất vô cơ phức tạp trong đất, chỉ có bazơ mới có thể có hấp phụ dương

• Sự hấp phụ âm: những chất vô cơ tan trong nước, những dung dịch clorua, nitrat Nhờ có hiện tượng này mà các clorua và nitrat dễ di chuyển trong đất

xuống lớp đất dưới

⟹ Hiệu lực của phân clorua, nitrat bị giảm sút do chúng dễ bị rửa trôi và không

có khả năng tích lũy lại trong đất

3.3.4 Hấp phụ hóa học

Nguyên nhân là trong đất có những phản ứng hóa học xảy ra, biến đổi một số

chất tan thành dạng kết tủa ở lại trong phần rắn của đất

Ví dụ: ở đất chua và đất đỏ có nhiều nhôm và sắt, sự hấp phụ hóa học của axit photphorit chủ yếu diễn ra theo hướng tạo thành sắt, nhôm photphat ít tan

Fe(OH)3 + H3PO4 ⟶ FePO4 + 3H2O

Al(OH)3 + H3PO4 ⟶ AlPO4 + 3H2O

Do đó môi trường đất có ảnh hưởng rõ rệt đến sự hấp phụ hóa học Sự hấp phụ này có lợi trong trường hợp đất có nhiều sắt, nhôm di động cho nên cây khỏi bị ngộ độc do hàm lượng các ion này cao Tuy nhiên, lân dễ tan bị chuyển thành dạng kết

tủa, cây trồng sẽ thiếu lân Hiệu suất của lân bị giảm sút

3.3.5 Hấp phụ hóa lí

Hấp phụ hóa lí là khả năng hạt keo (có thành phần vô cơ hoặc hữu cơ phức tạp) hút và giữ các cation trên bề mặt chúng đồng thời có kèm theo sự tách một đương lượng các ion khác (Ca2+

, Mg2+ ) từ bề mặt keo đất ra dung dịch

Ví dụ: khi xử lí đất đã bão hòa ion canxi bằng dung dịch kali clorua, các cation K+

từ dung dịch bị hấp phụ lên bề mặt keo đất, đồng thời từ bề mặt keo đất, một đương

lượng Ca2+được chuyển ra dung dịch

[KĐn−] Ca2+

+ 2KCl ⟶ [KĐn−] 2K+ + CaCl2 Trường hợp này diễn ra sự trao đổi cation nên gọi là hấp phụ trao đổi cation Đây là quá trình chủ yếu trong các phản ứng diễn ra trong đất, ảnh hưởng lớn tính

chất lí học, hóa lí của đất: cấu tượng và khả năng đệm của đất Biến đổi hóa học của nhiều loại phân bón nhất là phân kali và phân đạm dễ tan, phần lớn bị chi phối bởi quá trình hấp phụ trao đổi

3.4 Các qui luật cơ bản của hấp phụ hóa lí cation [3]

Khi dung dịch chất điện li tiếp xúc với các hạt keo thì sẽ xảy ra cân bằng động

giữa hạt keo và dung dịch

[KĐn−]Ca2+

+ 2KCl ⇌ [KĐn−] 2K+ + CaCl2Cân bằng giữa các cation lớp ngoài của keo và dung dịch xung quanh hạt keo

chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố: tính chất các cation, hạt keo và dung dịch

nhỏ thì mật độ điện tích càng cao nên hút được nhiều lưỡng cực nước hơn và có bán kính hiđrat hóa lớn hơn làm khả năng hấp phụ cation của chúng yếu đi

• Riêng đối với ion H+

, do tồn tại dưới dạng ion hiđroxoni trong nước với bán kính rất nhỏ so với các ion hiđrat hóa khác (1,35A0), nên bị hút rất mạnh vào keo

đất: mạnh hơn tất cả các cation hóa trị I và trong một vài trường hợp còn mạnh hơn

cả cation hóa trị II

Ví dụ: khả năng hấp phụ của các cation tăng dần

Li+ < Na+ < K+ < NH4+ < H+ < Mg2+ < Ca2+

• Cation nào được hấp phụ vào keo đất càng mạnh thì càng khó tách: hóa trị

của cation càng lớn thì hợp chất của chúng với các ion của lớp điện kép càng phân li

yếu Ngoài ra, lớp vỏ hiđrat hóa của cation càng lớn thì nó càng dễ tách ra Do vậy,

khả năng tách tăng dần theo thứ tự

Ca2+ < Mg2+ < H+ < K+ < NH4+ < Na+ < Li+

3.4.2 Tính chất của keo đất

Bản chất hóa học và cấu tạo của keo đất có ý nghĩa to lớn đối với khả năng hấp

phụ ion Tính đa dạng của keo đất tạo nên những đặc tính hấp phụ các cation

Các cation hóa trị I, K+

và H+ được keo khoáng (NH4+ − muscovit, biotit) hấp

phụ mạnh hơn Ca2+

và Mg2+ so với mongmorilonit và kaolinit

B ảng 3.1: Sự trao đổi của clorua có các cation khác nhau với các keo NH 4 −

khoáng Các keo khoáng Kh ả năng hấp phụ vào keo khoáng

nhiều hơn NH4+

nhưng muscovit thì ngược lại

Tuy nhiên, cho đến nay, chưa có giải thích nào hợp lí về tính hấp phụ riêng của các chất hấp phụ

Ở các vùng đất cao giàu mùn, thứ tự hấp phụ theo qui luật chung

Na+ < NH4+≤ K+ < Mg2+ < Ca2+

3.4.3 Tính chất của dung dịch

Đặc tính của phản ứng trao đổi giữa hạt keo và dung dịch bên ngoài phụ thuộc vào thể tích và nồng độ dung dịch Trong đất thường xuyên có sự thay đổi lượng dung dịch đất và thành phần của nó (do thời tiết, do bón phân, do các quá trình hòa tan, vô cơ hóa, do sự đồng hóa các ion bởi thực vật, vi khuẩn hoặc do rửa trôi) Chính các quá trình này làm cho nồng độ các ion tăng lên hoặc giảm xuống

Khi nồng độ dung dịch không đổi, lượng cation từ đất tách ra khỏi dung dịch tăng lên cùng với thể tích dung dịch Tuy nhiên, sự tăng này không tăng tỉ lệ với thể tích

Thí nghiệm của N.I.Gobunop (1948) cho thấy: khi tăng tỉ lệ giữa đất với dung

dịch từ 1:0,3 đến 1:1 lượng Ca2+ và Mg2+được tách ra nhiều và hầu như tỉ lệ thuận; nhưng nếu tiếp tục mở rộng tỉ lệ này đến 1:50 thì mức độ tách tăng lên tương đối ít

B ảng 3.3: Việc tách Ca 2+ và Mg 2+ trao đổi từ đất đen bằng 𝐍𝐇𝟒+ ph ụ thuộc vào

th ể tích dung dịch Ion được tách

mđlg/100g đất 1 : 0,3 1 : 0,5 1 : 0,7 1 : 1 T ỉ lệ đất : dung dịch (NH 1 : 5 4 Cl 0,25N) 1 : 10 1 : 20 1 : 50

Ca2+

Mg2+

5.04 1.56

7.55 2.69

9.10 3.06

12.70 3.10

16.20 4.55

18.70 5.10

22.40 5.52

24.40 3.35

Khi thể tích dung dịch không đổi, lượng cation từ đất tách ra dung dịch phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ dung dịch muối dùng để tách Tuy nhiên sự tách này

chậm hơn so với sự biến đổi nồng độ của dung dịch dùng để tách

Khi phản ứng trao đổi giữa các ion cùng hóa trị đạt đến cân bằng thì tỉ số các cation hấp phụ tỉ lệ thuận với tỉ số các cation này trong dung dịch và không phụ thuộc vào nồng độ của chúng Khi trao đổi các ion khác hóa trị, sự thay đổi nồng độ

dung dịch dẫn tới sự thay đổi tỉ số các cation hấp phụ, điều đó có nghĩa: nồng độ càng cao, số cation hóa trị I ở trạng thái hấp phụ tương đối càng lớn

Qui luật này có thể giải quyết nhiều vấn đề thực tế có liên quan đến phản ứng trao đổi trong đất Chẳng hạn như vấn đề bón phân và việc cải tạo đất mặn bằng phương pháp rửa mặn

3.5 Dung lượng hấp phụ của đất [3]

 Khái ni ệm: dung lượng hấp phụ của đất (T) là tổng lượng cation hấp phụ có

khả năng trao đổi và được biểu thị bằng số mđlg trong 100g đất

 Tính ch ất

• Đặc trưng cho khả năng hấp phụ trao đổi của đất Nó phụ thuộc vào thành

phần cơ giới của đất, hàm lượng và thành phần của hạt keo

• Những hạt đất có kích thước lớn hơn 1 micron thì dung lượng hấp phụ cation thấp; các hạt bé hơn 1 micron thì dung lượng hấp phụ tăng lên rõ rệt Do đó,

số các hạt keo khoáng và mùn càng nhiều thì dung lượng hấp phụ cation càng cao Đất có thành phần cơ giới nặng, chứa nhiều hạt phân tán cao (đất sét và sét) nên có dung lượng hấp phụ cao hơn đất có thành phần cơ giới nhẹ

• Dung lượng hấp phụ cũng phụ thuộc vào cấu tạo của các hạt hấp phụ: các khoáng thuộc nhóm mongmorilonit và mica ngậm nước càng nhiều thì dung lượng

hấp phụ càng cao; ngược lại khi có một lượng lớn các khoáng kaolinit và sắt, nhôm

hiđroxit vô định hình thì dung lượng hấp phụ thấp hơn nhiều

• Dung lượng hấp phụ cation của các loại đất thường khác nhau vì nó không

những phụ thuộc vào hàm lượng chung của hạt keo, mà còn phụ thuộc vào số lượng

và thành phần của chất hữu cơ, thành phần hóa học của hạt keo khoáng và phản ứng

của dung dịch đất

• Thành phần cation hấp phụ có ảnh hưởng lớn đến tính chất lí hóa của đất, thành phần của dung dịch đất, điều kiện phát triển của cây trồng và tác dụng của phân bón

• Thành phần cation hấp phụ còn ảnh hưởng đến trạng thái, khả năng phân tán của hệ keo, đến những tính chất cơ lí và hóa lí của đất

 Căn cứ vào số liệu dung lượng hấp phụ đất ở Việt Nam có thể chia làm 3

loại:

• Dung lượng hấp phụ cao: T > 30 mđl/100g đất

• Dung lượng hấp phụ trung bình: T = 15 – 30 mđl/100g đất

• Dung lượng hấp phụ thấp: T < 15 mđl/100g đất

Đất Việt Nam chủ yếu có T ≈ 12 – 13 mđl/100g đất

CHƯƠNG 4: TÍNH CHẤT CHUA CỦA ĐẤT 4.1 Định nghĩa

Đất chua là đất có chứa nhiều H+ không những chứa trong dung dịch đất mà chủ

yếu trên bề mặt keo đất ở trạng thái hấp phụ có nhiều H+ và Al3+

4.2 Phân loại đất chua

Dựa vào trạng thái tồn tại của H+ trong đất, người ta chia độ chua đất ra làm hai

loại: độ chua hiện tại và độ chua tiềm tàng

4.2.1 Độ chua hiện tại

Độ chua hiện tại là độ chua của dung dịch đất do nồng độ của ion H+cao hơn so

với ion OH− Độ chua này có được khi đo trực tiếp ngoài ruộng

Nguyên nhân:

– Sự hình thành khí CO2 thường xuyên trong đất, hòa tan vào dung dịch đất tạo axit cacbonic, khi phân li tạo H+ và HCO3−

– Một phần axit cacbonic được tạo ra bị trung hòa bởi bazơ hấp phụ (Ca2+, Mg2+,

Na+) và canxi, magie cacbonat

– H+ sinh ra do muối axit thủy phân

– Dung dịch bị axit hóa bởi các axit vô cơ và hữu cơ tan trong nước

4.2.2 Độ chua tiềm tàng

Bao gồm độ chua trao đổi và độ chua thủy phân

Độ chua trao đổi (pHKCl) được tạo nên bởi các ion H+ và Al3+ từ đất tách ra dung

dịch khi cho đất tác động với một muối trung tính

Khi xử lí đất bằng dung dịch KCl, cation K+

bị hấp phụ bởi đất và ion H+

bị chuyển ra dung dịch làm cho đất bị axit hóa

KĐ]H+ + KCl → KĐ]K+ + HCl Đối với các loại đất chua, khi cho đất tác động với muối trung tính thì ngoài ion

H+ thì còn có Al3+cũng có thể ra dung dịch

KĐ]Al3+

+ 3KCl → KĐ]3H+

+ AlCl3Trong dung dịch AlCl3 bị thủy phân tạo ra bazơ yếu và axit mạnh

AlCl3 + 3H2O ⇋ Al(OH)3 + 3HCl

Ý nghĩa: khi bón vào đất một lượng lớn phân vô cơ, độ chua tiềm tàng chuyển thành độ chua hiện tại và ảnh hưởng trực tiếp đến cây trồng, vi sinh vật có

mẫn cảm đối với độ chua Đồng thời Al3+ chuyển vào dung dịch gây độc cho nhiều

loại cây trồng Do đó việc bón vôi vào đất chua đảm bảo trung hòa không chỉ độ chua hiện tại mà còn cả độ chua trao đổi

4.2.2.2 Độ chua thủy phân

Độ chua thủy phân là độ chua có được khi tác động vào dung dịch đất một muối

kiềm thủy phân

Khi xử lí đất bằng một dung dịch muối trung tính thì không thể tách toàn bộ H+

ở trạng thái hấp phụ ra khỏi dung dịch, một số ion H+

còn lại trên bề mặt keo đất không tham gia vào phản ứng trao đổi này Còn dưới ảnh hưởng của dung dịch natri axetat có môi trường kiềm (pH ≈ 8) thì các ion H+ ở keo đất được tách ra hoàn toàn hơn Do vậy, độ chua thủy phân thường lớn hơn độ chua trao đổi

CH3COONa + H2O ⇌ CH3COOH + NaOHKĐ]H+

+ NaOH ⇌ KĐ]Na+

+ H2O Tuy nhiên, do một vài loại đất có nhiều keo dương (đất đỏ) có khả năng hấp phụ các anion của axit axetic và trao đổi bằng ion OH− của keo dương, độ chua của nước chiết từ đất giảm đi Vì thế trong trường hợp này, độ chua thủy phân nhỏ hơn

độ chua trao đổi

Do độ chua thủy phân có giá trị gần đúng với độ chua tiềm tàng của đất nên nó

là một cơ sở quan trọng cho việc giải quyết nhiều vấn đề khi sử dụng phân bón

4.3 Tính chất đệm của dung dịch đất

4.3.1 Tính chua kiềm và phản ứng của dung dịch đất

Độ chua kiềm (phản ứng của dung dịch đất) không phải là một đại lượng không thay đổi Nó bị ảnh hưởng bởi:

– Các quá trình hóa lí, hóa học và sinh học tạo ra axit hoặc bazơ

– Sự giải phóng axit cacbonic do quá trình hô hấp của rễ, sự tạo thành axit nitric do quá trình nitro hóa và những sản phẩm khác của axit trong quá trình sinh sống của

vi sinh vật gây ra sự axit hóa dung dịch đất

– Việc sử dụng phân bón: khi bón các loại phân có sinh lí chua (NH4Cl, (NH4)2SO4) hoặc sinh lí kiềm (NaNO3, Ca(NO3)2), phản ứng của dung dịch đất có

4.3.2.2 Nguyên nhân gây ra khả năng đệm

Trong dung dịch đất là do các axit yếu (axit H2CO3, axit hữu cơ tan) và muối

Khi có ion OH− thì ion này sẽ bị trung hòa bởi H+ Do đó axit yếu của dung

dịch đất có khả năng chống lại sự kiềm hóa của dung dịch

 Hỗn hợp axit yếu và muối của nó (H2CO3 và Ca(HCO3)2) có khả năng chống

lại sự axit hóa

Ca(HCO3)2 → Ca2+ + 2HCO3−

Sự có mặt của Ca(HCO3)2 sẽ tạo ra một lượng lớn anion HCO3−, cản trở sự phân

li của axit cacbonic Ngoài ra nếu axit nitric xuất hiện do quá trình nitrat hóa của

rễ, thì H+

liên kết với HCO3− tạo thành trạng thái axit cacbonic không phân li Như

vậy pH của dung dịch ít bị thay đổi

 Hệ đệm gồm axit hữu cơ và muối của chúng cũng có tác dụng tương tự

 Phần rắn, chủ yếu là phần keo đất là yếu tố đệm mạnh nhất trong đất Khả năng đệm của đất phụ thuộc vào thành phần các cation trao đổi trong đất Các ion bazơ hấp phụ (Ca2+, Mg2+ ) có tác dụng đệm với sự axit hóa

• Độ bão hòa bazơ và dung lượng hấp phụ càng lớn, đất càng có khả năng

chống lại sự axit hóa Nếu đất đã bão hòa bazơ, khi có axit xuất hiện (ví dụ như axit sunfuric tạo ra khi bón phân amoni sunfat) thì những ion H+ của axit

sẽ trao đổi với các cation của keo đất dung dịch sau trao đổi có muối trung tính và pH của dung dịch đất ít bị thay đổi Các cacbonat của canxi và magie cũng làm yếu sự axit hóa dung dịch đất vì chúng trung hòa axit tạo ra bicacbonat

2CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + Ca(HCO3)2

• Đất không bão hòa bazơ có chứa nhiều Al3+

và H+ở trạng thái hấp phụ, có

khả năng đệm cao đối với sự kiềm hóa Khi bón vôi, Ca2+ và OH− được hấp

phụ và trao đổi với các ion H+

• Độ chua thủy phân càng lớn, khả năng đệm chống lại phản ứng kiềm hóa càng lớn Do đó, đất có khả năng đệm thấp (đất cát và cát pha), khi bón nhiều phân sinh lí chua có thể có sự thay đổi mạnh về phía axit, bất lợi cho

sự phát triển thực vật và vi sinh vật đất Đất có thành phần cơ giới nặng và giàu mùn, có dung lượng hấp phụ cao và do đó có tác dụng đệm lớn, phản ứng dung dịch ít thay đổi, ngay cả khi bón có hệ thống các phân khoáng chua

hoặc kiềm

CHƯƠNG 5: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN

CƠ GIỚI, ĐỘ CHUA, NHÔM DI ĐỘNG, SỨC ĐỆM CỦA ĐẤT5.1 Lấy và bảo quản mẫu đất

Chuẩn bị mẫu là khâu cơ bản, quan trọng đầu tiên trong phân tích đất Hai yêu

cầu chủ yếu của công tác chuẩn bị mẫu:

• Mẫu phân tích cây trồng phải đại diện và phù hợp với mục đích phân tích, đại diện cao cho vùng nghiên cứu

• Mẫu phân tích cần được lấy trong điều kiện môi trường đồng nhất (nhiệt độ,

độ ẩm ), cùng một thời điểm (thường vào buổi sáng đã hết sương, không mưa, nhiệt độ không khí và cường độ ánh sáng ở mức trung bình )

• Chú ý đến các yếu tố canh tác như thời kỳ bón phân, thời kỳ tưới nước để

chọn thời điểm lấy mẫu thích hợp

• Các mẫu riêng biệt phải được lấy ngẫu nhiên rải đều trên toàn bộ diện tích

khảo sát Số lượng và khối lượng mẫu ban đầu tùy theo yêu cầu khảo sát và mức độ đồng đều để xác định Các mẫu ban đầu được tập hợp thành một mẫu chung

• Mẫu phải được nghiền nhỏ đến độ mịn thích hợp tùy thuộc vào yêu cầu phân tích

5 1.1 Lấy mẫu phân tích

Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu mà lựa chọn cách lấy mẫu thích hợp Thông thường có một số cách lấy mẫu như sau:

nghiên cứu tính chất vật lí, tính chất nước của đất thì tiến hành lấy mẫu như sau:

• Đào phẫu diện đất: chọn điểm đào phẫu diện phải đại diện cho toàn vùng cần

lấy mẫu nghiên cứu Phẫu diện thường rộng 1,2m, dài 1,5m, sâu đến tầng đá mẹ

hoặc sâu 1,5m – 2m ở những nơi có tầng đất dày

• Lấy mẫu đất: lần lượt lấy mẫu đất từ tầng phát sinh dưới cùng lên đến tầng

mặt Mỗi tầng, mẫu đất được đựng trong 1 túi riêng, có ghi nhãn rõ ràng Lượng đất lấy từ 0,5 – 1kg là vừa Mỗi mẫu đất đều được ghi phiếu chỉ rõ: số phẫu diện,

tầng (độ sâu lấy mẫu cm), địa điểm lấy mẫu, ngày lấy mẫu và người lấy mẫu

hoặc lấy ở các ruộng thí nghiệm Mẫu đất hỗn hợp được lấy như sau:

• Lấy các mẫu riêng biệt: tùy hình dáng khu đất cần lấy mẫu mà bố trí các điểm lấy mẫu (5 – 10 điểm) phân bố đồng đều trên toàn diện tích Có thể áp dụng cách lấy mẫu theo đường chéo hoặc đường thẳng góc (hình 1a và 1b) với địa hình vuông gọn, hoặc theo đường gấp khúc hoặc nhiều đường chéo (hình 1c và 1d) với địa hình dài Mỗi điểm lấy khoảng 200g đất bỏ dồn vào 1 túi lớn

Hình 5.1: Sơ đồ lấy mẫu riêng biệt và hỗn hợp

• Trộn mẫu và lấy mẫu hỗn hợp: các mẫu riêng biệt được băm nhỏ và trộn đều trên giấy hoặc nilon (chú ý trộn càng đều càng tốt) Sau đó dàn mỏng rồi chia làm

4 phần theo đường chéo, lấy 2 phần đối diện nhau trộn lại được mẫu hỗn hợp (hình 2)

• Lượng đất của mẫu hỗn hợp lấy khoảng 0,5 – 1kg, cho vào túi vải, ghi phiếu

mẫu như nội dung ghi cho phiếu mẫu ở trên, ghi bằng bút chì đen để tránh nhòe,