Trong đất thành phần trung bình các nguyên tố hóa học khác với đá. Oxy, hydro (thành phần H2O) lớn hơn; cacbon 20 lần, nitơ 10 lần lớn hơn đá và chứa trong chất hữu cơ. Đồng thời Al, Fe, Ca, K và Mg trong đất ít hơn trong đá do đặc trưng của các nguyên tố này trong quá trình phong hóa và tạo thành đất. Đất được tạo thành do quá trình phong hóa liên tục và tương tác với sản phẩm hoạt động sống của cơ thể. Nên thành phần của đất ở trong trạng thái luôn thay đổi. Thành phần hóa học các nguyên tố ở trong đất và đá liên quan chặt chẽ với nhau nhất là ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất. Các giai đoạn sau của quá trình phát triển lại chịu sự chi phối của các quá trình lý hóa, sinh học và hoạt động sản xuất của con người tác động lên môi trường đất. Ví dụ như silic giữa đá và đất gần với nhau, chứng tỏ tính bền vững của hợp chất chứa silic (thạch anh) và sự tái trầm tích của nó trong quá trình hình thành đất, Fe và Al cũng được tích lũy (tạo kết von, kết tủa) trong phong hóa nhiệt đới. Trong khi đó các nguyên tố kiềm (Ca, Na, K, Mg) lại bị giải phóng và rửa trôi trong quá trình phong hóa hình thành đất, nên trong đất ít hơn nhiều so với nguồn gốc của nó (đá). Các nguyên tố khác có ý nghĩa sinh học như C, S, N, P được tích lũy trong đất do vai trò sinh học (quá trình cố định, hấp thụ chọn lọc). Tỷ lệ CN trong chất hữu cơ đất thay đổi trong khoảng 8 15 , lượng phốt pho hữu cơ nhỏ hơn lượng nitơ 4 5 lần. Lưu huỳnh với lượng nhỏ hơn, tỷ lệ CS gần 1001. Phụ thuộc vào hàm lượng, tính chất và đặc biệt là nhu cầu dinh dưỡng của thực vật, mà các nguyên tố hóa học trong đất được chia thành nhóm nguyên tố đa lượng, vi lượng và các nguyên tố phóng xạ.
MỤC LỤC PHẦN 1: THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐẤT Các nguyên tố hóa học đất: .2 Các nguyên tố đa lượng: 3 Các nguyên tố vi lượng: 13 Độ chua đất (pH đất): .16 Các nguyên tố phóng xạ đất: 20 Chất hữu cơ:…………………………………………………………………….21 PHẦN 2: THÀNH PHẦN VI SINH VẬT TRONG ĐẤT 23 Động vật đất: 23 Thực vật đất: 24 Vi sinh vật đất: 27 DANH MỤC BẢNG Bảng1 : Hàm lượng trung bình ngun tố hóa học đá đất .2 Bảng 2: Hàm lượng lưu huỳnh đất (Vozbutskaia, 1968) 12 Bảng 3: Thang pH đất mức độ chua đất 17 Bảng Giá trị khả trao đổi cation số loại đất .19 DANH MỤC HÌNH Hình - Vịng khống hóa đồng hóa nitơ đất Hình - Chu trình chuyển hóa Nitơ đất Hình – Chu trình photpho tự nhiên Hình – giun đất ấu trùng bọ cánh cứng .22 Hình – Nấm 23 Hình - Rêu 24 PHẦN 1: THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐẤT Các nguyên tố hóa học đất: Các ngun tố hóa học chứa chủ yếu phần khống, hữu đất Nguồn gốc chúng có từ đá khống tạo thành đất Hàm lượng trung bình thành phần nguyên tố hóa học đất đá trình bày bảng Bảng1 : Hàm lượng trung bình ngun tố hóa học đá đất ( % khối luợng, theo Vinogradov, 1950) Nguyên tố O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti HC S Mn P N Cu Zn Co B Mo Trong đá 47,2 27,6 8,8 5,1 3,6 2,64 2,6 2,1 0,6 1,5 0,01 0,09 0,09 0,08 0,01 0,01 0,005 0,003 0,0003 0,0003 Trong đất 49 33 7,13 3,8 1,37 0,63 1,36 0,6 0,64 0,085 0,085 0,08 0,01 0,002 0,005 0,0008 0,001 0,0003 Trong đá gần nửa oxyt (47,2%), thứ đến silic (27,6 %), tổng sắt nhôm 13,0% nguyên tố Ca, Na, K, Mg loại – 3% Các nguyên tố lại đá chiếm gần l% Trong đất thành phần trung bình ngun tố hóa học khác với đá Oxy, hydro (thành phần H2O) lớn hơn; cacbon 20 lần, nitơ 10 lần lớn đá chứa chất hữu Đồng thời Al, Fe, Ca, K Mg đất đá đặc trưng nguyên tố trình phong hóa tạo thành đất Đất tạo thành q trình phong hóa liên tục tương tác với sản phẩm hoạt động sống thể Nên thành phần đất trạng thái thay đổi Thành phần hóa học nguyên tố đất đá liên quan chặt chẽ với giai đoạn đầu trình hình thành đất Các giai đoạn sau trình phát triển lại chịu chi phối trình lý hóa, sinh học hoạt động sản xuất người tác động lên mơi trường đất Ví dụ silic đá đất gần với nhau, chứng tỏ tính bền vững hợp chất chứa silic (thạch anh) tái trầm tích q trình hình thành đất, Fe Al tích lũy (tạo kết von, kết tủa) phong hóa nhiệt đới Trong nguyên tố kiềm (Ca, Na, K, Mg) lại bị giải phóng rửa trơi q trình phong hóa hình thành đất, nên đất nhiều so với nguồn gốc (đá) Các nguyên tố khác có ý nghĩa sinh học C, S, N, P tích lũy đất vai trị sinh học (q trình cố định, hấp thụ chọn lọc) Tỷ lệ C/N chất hữu đất thay đổi khoảng - 15 , lượng phốt hữu nhỏ lượng nitơ - lần Lưu huỳnh với lượng nhỏ hơn, tỷ lệ C/S gần 100/1 Phụ thuộc vào hàm lượng, tính chất đặc biệt nhu cầu dinh dưỡng thực vật, mà nguyên tố hóa học đất chia thành nhóm nguyên tố đa lượng, vi lượng nguyên tố phóng xạ Các nguyên tố đa lượng: Các nguyên tố đa lượng cần thiết cho đời sống trồng H, C, O, N, K, Ca, Mg, P, S Na (nhiều trồng không cần Na) Gọi nguyên tố đa lượng nhu cầu lớn, hàm lượng chúng từ 0,1 đến vài chục phần trăm khối lượng chất khô (cacbon, hydro, oxy chiếm đến 96% khối lượng chất khơ, hấp thụ từ CO2, H2O) Cịn nguyên tố đa lượng khác hấp thụ từ đất trình dinh dưỡng rễ a) Nitơ: Nitơ nguyên tố đa lượng cần cho sinh vật, khơng có nitơ khơng có l tế bào thực, động vật Trong protein có 16 – 18% nitơ Trong đất hợp chất chứa nitơ, có hóa trị -3 +5 Hợp chất có mức độ oxy hóa khác nitơ gặp với số lượng nhỏ Amoniac dạng tự đất thực tế khơng gặp, sản phẩm phân giải chất hữu cơ, hòa tan nhanh vào nước (50 – 60 NH3/100 g nước, 10 – 20oC): NH3 + H2O NH4+ OHDạng nitơ khóang đất ngồi NH4+, NO3, NO2 gặp nitơoxyt Hàm lượng dễ tiêu chúng nhỏ, chiếm khoảng l-3% so với nitơ tổng số, phần NH4+ bị cố định mạng lưới khống lại khơng dễ tiêu trồng Dự trữ niơ đất dinh duỡng hợp chất hữu có từ 93- 99% nitơ tổng số dạng hữu tầng mùn đất Sự chuyển hóa hóa học hay sinh học hợp chất hữu để tạo thành nitơ dễ tiêu gọi q trình khống hóa Ví dụ l lọai đất nhiệt đới có 1,5% mùn chứa trung bình 6% N, số lượng nitơ khống giải phóng năm (hệ số mùn bị khống hóa hàng năm trung bình 2%) là: N(khống) = x 106 x 1,5/100 x 2/100 x 6/100 = 72kgN.ha-l.năm-1, Trong 4.106 số kilơgam đất diện tích l độ sâu - 25cm Lượng nitơ khống giải phóng đảm bảo suất trồng ngũ cốc 3tạ/ha Q trình khống hóa hợp chất hữu chứa nitơ hình thành nitơ dạng NH 4+ gọi q trình amon hóa thể vi sinh vật dị dưỡng (vi khuẩn nấm) thực Đó bước thứ trình khống hóa Có thể minh họa nh sau : C2H5NO2 + 3[O] + H+ 2CO2 + NH4+ + H2O (glyxin) NH4+ hình thành bị hấp phụ keo đất phần dung dịch cân Đóng thời NH 4+ có nhu cầu cho thể dị dưỡng khác để sinh trưởng, gọi trình tái sử dụng đồng hóa NH4+ (hình 1) Amon hóa N-Hữu Cơ thể dị dưỡng NH4+ Đồng hóa Hình - Vịng khống hóa đồng hóa nitơ đất NH4+ hình thành, sử dụng vi sinh vật tự dưỡng (là vi sinh vật nhận lượng từ phản ứng hóa học để đồng hóa CO 2) Vi sinh vật chuyển hóa NH4+ thành NO2- NO3-, gọi q trình nitrat hóa : Nitrosonlonas 2NH4+ + 2OH- + 3O2 2H+ + 2NO2- + 4H2O + Q NO2- + O2 2NO3- + Q NH4+ + 2O2 ~HNO3 HNO3 + H2O + Q Nitrobacter NO3- tạo ra, anion không bị giữ keo đất, tồn linh động dung dịch, dễ khỏi đất rửa trôi Tạo NO3- tiền đề cho q trình phản nitrat hóa Q trình amon hóa nitrat hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cường độ phân hủy quần thể vi sinh vật, nhiệt độ, độ ẩm, pH, chất chất hữu (tỷ lệ C/N) Nitơ đất biến đổi - biến đổi phi sản xuất Đó nitơ bay NH3 pH cao: pH = pK + log [NH3/NH4+]: pK = 9,4 logaritam số phân ly NH4+ Bón phân ure khơng bay NH mức 4kgN/ha/ngày (Boomsma Pritchett, 1979) Mất nitơ phản nitrat hóa thực vi khuẩn kỵ khí sử dụng NO 3như chất nhận điện tử cuối (thay cho O 2) Khử NO3- hình thành NO2, NO, N2O N2: -2[O] -2[O] -[O] -[O] 2HNO3 2HNO2 N2O NO N2 - H2O Trong thực tế nitơ khử nitrat thường xảy đất bí, chặt ngập nước Khơng phản ứng sinh học mà cịn phản ứng hóa học (khi pH < 5,5) Trong đất thường xuyên xảy trình cố định nitơ sinh học Theo postgate (1978) năm xâm nhập vào sinh từ khí 200Mt (mega tấn) Nitơ (so với sản xuất phân nitơ toàn cầu năm 30Mt) Cố định nitơ sinh học trình vi sinh vật sử dụng lượng dự trữ sản phẩm quang hợp để đồng hóa N2 thành NH3: N2 + 3H2 2NH3 Men Cơ thể sống có khả cố định nitơ vi khuẩn háo khí, kỵ khí số vi khuẩn ưa sáng: Chu trình chuyển hóa nitơ đất biểu diễn hình Hình - Chu trình chuyển hóa Nitơ đất Nitơ nguyên tố đa lượng biến đổi phức tạp đất, có ý nghĩa độ phì đất khía cạnh mơi trừơng Cần tính tốn cân nitơ hệ thống canh tác để tăng hiệu sử dụng phân nitơ hạn chế hậu mơi trường phân bón nitơ b) Photpho: Photpho nguyên tố đa lượng quan trọng thứ hai đời sống sinh vật sau nitơ Các hoạt động sống phân chia tế bào, trình phân giải, tổng hợp chất, hình thành suất có tham gia photpho Hàm lượng photpho tổng số đất phụ thuộc nhiều yếu tố, trước hết đá mẹ Hàm lượng tổng số photpho thay đổi từ 0,02 - 0,2% Ở Việt Nam, đất đồng có hàm lượng P2O5 tổng số từ 0,02-0,12%, đất miền núi trung du từ 0,05 - 0,06% (Nguyễn Vy Trần Khải, 1978) Khác với nitơ, photpho đất thường bị cố định, lượng photpho linh động, gọi photpho dễ tiêu, chiếm tỷ lệ l - 2% so với lượng tổng số Hình – Chu trình photpho tự nhiên Trong hình trên, cho thấy tỷ lệ dạng photphat khác mức độ dễ tiêu chúng với đất trồng có tỷ lệ 0,l% P 2O5 tổng số Lượng photphat dễ tiêu dạng trao đổi dạng hòa tan, gần 2% so với tổng số Hai dạng chủ yếu photphat đất photphat hữu vô Tỷ lệ photphat vô hữu phụ thuộc vào loại đất khác Photphát hữu thường chiếm ưu đất có tỷ lệ chất hữu cao Dạng photphat vơ chủ yếu apatit (chiếm 95 % photpho vỏ Trái Đất), photpho khoáng vật strengit - Fe(OH) 2H2PO4 vivianit - Fe3(PO4)2.8H2O, VaraXyt (Al(OH)2H2PO4 photphat canxi, sắt, nhôm Các photphat thứ sinh Fe, Al chứa chủ yếu đất chua chua mạnh (pH = 3,5 - 4,5) Độ bền photphat bị giảm giảm độ chua đất Bón vơi cho đất chua có ý nghĩa "động viên" photphat cho trồng Photphat hữu chủ yếu phytin, photphatit, axit nucleic, tác dụng phân giải vi sinh vật giải phóng phốt phát vơ cho trồng Sự chuyển hóa photphat khó hịa tan thành dạng hịa tan phụ thuộc vào pH , có mặt Fe, Al, Mn, Ca hòa tan, có mặt khống vật chứa Fe, Al hoạt động vi sinh vật Sự có mặt sắt, nhơm hịa tan đất chua Fe 3+, Al3+ phản ứng với H2PO4- tạo photphat kiềm khơng hịa tan Al3+ + H2PO4- + H2O H+ + Al(OH)2H2PO4 Thường đất chua lượng Fe3+, Al3+ nhiều nên phản ứng xảy theo chiều tạo thành kết tủa Trong đất có pH cao, tồn canxi trạng thái hấp phụ trao đổi Ca 2+ phản ứng với H2PO4- tạo thành photphat kết tủa Ca(H2PO4)2 + 2Ca2+ Ca3(PO4)2 + 4H+ hay Ca(H2PO4)2 + CaCO3 Ca3(P04)2 + 2C02 + 2H2O Đó q trình hấp phụ hóa học, tạo thành photphat kết tủa, gọi cố định photphat Khi bón phân supephotphat vào đất trước hết cố định làm giảm hiệu lực phân bón l / Photpho đất cịn bị lơi kéo vào q trình hấp phụ phản hấp phụ keo tích điện dương Mối quan hệ số lượng photpho đất hấp phụ từ dung dịch nồng độ photpho lại dung dịch trạng thái cân gọi hấp phụ đẳng nhiệt Hấp phụ đẳng nhiệt hiểu diễn phương trình Langmui: X = KXmC/( l + KC) X : Số lượng ion photphat đuợc hấp phụ (mgH2PO4/ g đất) K : Hằng số hấp phụ Xm : Khả hấp phụ cực đại đất C : Nồng độ cân ion photphat hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn hình 19 Hấp phụ đẳng nhiệt ion photphat trước hết gây trao đổi với phân tử nước giữ liên kết phối trí : [Al - H2O]+ + H2PO4- [Al - H2PO4] + H2O hay trao đồi với nhóm hydroxyl : [Al - OH] + H2PO4- [Al - H2PO4] + OHHấp phụ ion photphat thường xảy khống vơ định hình (hydroxyt Fe, Al), với khống có chứa nhóm hydroxyl khoáng alumosilicat lớp (kaolinit) c) Kali: Kali nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây, nguyên tố đa lượng, có nhiều chức sinh lý đặc biệt Mặc dù kali khơng có mặt cấu trúc hợp chất hữu thể, hoạt hóa phản ứng enzym, điều hòa áp suất thẩm thấu, tăng khả chống chịu thể Kali loại đất khác khác Đất có thành phần giới nặng nhiều đất có thành phần giới nhẹ Trong tầng đất mặt kali tổng số khoảng 0,2 – 4% (Scheffer Schachtschahel, 1960) Theo Fridland (1964), Việt Nam kali đất thay đổi rộng Đất bazan Phủ Quỳ có lượg kali tổng số từ 0,070,15% Đất mùn núi Hoàng Liên Sơn, kali tổng số đạt đến 2,60-3,89% (K2O) Hàm lượng trung bình lớn l%, gấp khoảng 10 lần so với nitơ photpho Kali đất cung cấp chủ yếu q trình phong hóa đá khống, q trình trao đổi hịa tan Nhờ q trình mà cung cấp kali Kali tồn đất dạng muối đơn giản hịa tan (nitrat, cacbonat, sunphat) dung dịch, kali hấp phụ keo đất - trạng thái trao đổi hay không trao đổi ; kali mạng lưới tinh thể khoáng nguyên sinh, thứ sinh kali khoáng Và kali xác hữu thề sống vi sinh vật Các dạng nói tồn cân Laats (1957) tính lượng tổng số K 2O lớp đất canh tác 144.000 kg/ha cân kali đất là: K - khống K - Trao đổi K - Hòa tan 141.000 kg 2.100 kg 10 kg Nguồn kali chủ yếu trồng kali hấp phụ trao đổi Đất có thành phần giới nặng, dung tích hấp phụ cation lớn, mức độ bảo hịa bazơ cao kali cung cấp cho nhiều 10