Giáo trình Thổ nhưỡng học chương 7-8

Giáo trình Thổ nhưỡng học chương 7-8 tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các...

Chƣơng VII THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ DINH DƢỠNG TRONG ĐẤT Pha rắn của đất được hình thành từ các chất vô cơ, hữu cơ và hữu cơ - vô cơ. Thành phần hoá học của đất có sự khác biệt rất rõ với thành phần hoá học của mẫu chất hay đá hình thành đất. Ðiểm đặc biệt nhất trong thành phần hoá học của đất chính là sự tồn tại của các hợp chất hữu cơ cao phân tử đặc trưng của đất - các hợp chất mùn. Ðây là các hợp chất hữu cơ cao phân tử chỉ có ở trong đất có thành phần và cấu trúc rất phức tạp, không ổn định theo thời gian. Trong hầu hết các loại đất thành phần vô cơ chiếm tới 80-90% trọng lượng của đất, trừ trường hợp đất chứa nhiều xác thực vật như than bùn thì tỷ lệ này mới giảm xuống. Trong thành phần hoá học của đất người ta tìm thấy hầu hết các nguyên tố hoá học có trong bảng tuần hoàn của Mendeleev. Quá trình nghiên cứu thành phần của các nguyên tố hoá học riêng biệt trong đất bắt đầu từ cuối thế kỷ 18. 1. Thành phần hoá học của đất Hàm lượng tương đối của các nguyên tố hoá học trong đất và trong vỏ trái đất khá khác nhau và dao động trong một khoảng khá rộng (bảng 7.1) Bảng 7.1: Hàm lƣợng bình quân (%) của một số nguyên tố hoá học trong đất và vỏ trái đất (Vinôgratdov, 1949) Nguyên tố Vỏ trái đất Đất Nguyên tố Vỏ trái đất Đất O 47,2 49,0 Mg 2,10 0,63 Si 27,6 33,0 C 0,10 2,00 Al 8,8 7,13 S 0,09 0,08 Fe 5,1 3,80 P 0,08 0,08 Ca 3,6 1,37 Cl 0,04 0,01 Na 2,64 0,63 Mn 0,09 0,08 Trong thạch quyển, tính theo phần trăm trọng lượng thì oxy chiếm 47,2%; silic - 27,6; nhôm - 8,8 %; sắt - 5,1 %; canxi - 3,6 %, natri và kali - 2,6 % mỗi loại, manhê - 2,1%. Tám nguyên tố này chiếm trên 99% thạch quyển. Trong vỏ trái đất cũng như trong đất có 4 nguyên tố chiếm tỷ lệ lớn nhất là O, Si, Fe, Al. Các chất vô cơ của đất có nguồn gốc từ đá nên hàm lượng các nguyên tố hoá học tương tự như trong thạch quyển và có những nét chung nhưng đất khác thạch quyển ở chỗ: trong đất hàm lượng cacbon nhiều 20 lần, nitơ hơn 10 lần so với thạch quyển. Chúng được tích luỹ trong đất do hoạt động sống của các sinh vật. Thành phần hoá học của các loại đất khác nhau cũng khác nhau, chúng phụ thuộc vào thành phần của đá mẹ và các quá trình hình thành đất. Vì chất vô cơ của đất có nguồn gốc từ đất nên thành phần hoá học và thành phần khoáng vật của đất và của đá có liên quan mật thiết với nhau. Ðất được hình thành từ các loại đá khác nhau thì có thành phần hoá học và thành phần khoáng vật khác nhau. Mối quan hệ này được biểu hiện rõ nhất ở giai đoạn đầu của sự hình thành đất, về sau này thành phần hoá học và khoáng vật của đất còn chịu ảnh hưởng của các quá trình hoá học, lý học và sinh học diễn ra trong đất. Ví dụ: silic được tích luỹ lại trong đất nhờ tính bền vững của thạch anh về mặt lý học và hoá học; nhôm sắt được tích luỹ trong đất nhờ quá trình Feralit ở vùng khí hậu nhiệt đới ẩm; các nguyên tố kiềm và kiềm thổ nghèo đi trong đất và làm cho đất chua là do tính dễ hoà tan và bị rửa trôi của chúng. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, thực vật sử dụng một số nguyên tố có nguồn gốc từ không khí và nước là C, H, O số còn lại bao gồm N, P, Ca, Mg, S cùng với Fe, Mn, B, Zn, Mo lấy từ đất nên những nguyên tố này được gọi là các chất dinh dưỡng trong đất. Ðây là cơ sở quan trọng của độ phì nhiêu. 2. Các nguyên tố hoá học chính trong đất và khả năng cung cấp chúng cho cây. Các nguyên tố hoá học tồn tại trong đất trong các hợp chất khác nhau. Dưới đây chỉ nêu ra một số nguyên tố có ý nghĩa quan trọng trong quá trình hình thành đất cũng như đối với dinh dưỡng cây trồng. 2.1. Silic trong đất Nguyên tố silic có tỷ lệ lớn thứ 2 sau oxy (27,6%). Trong đất silic thường gặp ở dạng thạch anh (SiO 2 ). Ðây là loại khoáng vật bền vững với phong hoá. Silic cũng có trong thành phần của các alumin silicat và ferosilicat. Khi các khoáng vật này bị phá huỷ trong quá trình phong hoá và hình thành đất silic được giải phóng ra dung dịch dưới dạng các anion của các axit octo- và metasilisic (SiO 4 ) -4 và (SiO 3 ) -2 , silicat natri và silicat Kali. Một phần silic hoà tan bị rửa trôi khỏi đất một phần khác bị kết tủa (trong môi trường axit) dưới dạng gel (SiO 2 .nH 2 O). Ðây là kết tủa vô định hình cứng rắn, khi mất nước nó có thể chuyển thành thạch anh thứ sinh. Tỷ lệ SiO 2 trong đất khoảng 50-70%, hàm lượng đó xấp xỉ với số liệu bình quân của vỏ trái đất. Ở vùng khí hậu nóng ẩm tốc độ phân giải khoáng vật nhanh gây nên sự rửa trôi silic. Sự rửa trôi silic xảy ra ở các vùng khác nhau phụ thuộc vào tác dụng phong hoá và tính chất của đá mẹ 2.2. Nhôm trong đất Trong đất nhôm có trong thành phần của các khoáng nguyên sinh, thứ sinh, phức chất hữu cơ - vô cơ và trong trạng thái bị hấp phụ (trong đất chua). Khi các khoáng nguyên sinh và thứ sinh bị phá huỷ Al được giải phóng ra dạng Al(OH) 3 là dạng keo vô định hình, cũng có thể kết tinh. Ở môi trường trung tính và kiềm yếu, hydroxyt nhôm bị tách ra hoàn toàn dưới dạng kết tủa keo - đó là dạng gel (Al 2 O 3 .nH 2 O). Gel này khi kết tinh chuyển thành các khoáng thứ sinh gipxit (Al 2 O 3 .3H 2 O) và bơmit (Al 2 O 3 .H 2 O). Trong môi trường chua với pH<5 hydroxyt nhôm trở thành dạng di động và xuất hiện trong dung dịch dưới dạng ion Al(OH) +2 Al(OH) +. Những ion này gây ảnh hưởng không tốt đến sinh trưởng của thực vật. Al 2 O 3 .3H 2 O là khoáng vật tích luỹ nhiều trong đất đồi núi Việt Nam. Tỷ lệ Al 2 O 3 trong đất khoảng 10-20% phụ thuộc vào thành phần khoáng vật của đá mẹ, khí hậu và địa hình Nhôm có thể kết hợp với lân trong đất tạo thành AlPO 4 không tan, đó là một trong những nguyên nhân giữ chặt lân trong đất và làm giảm hiệu lực của phân lân khi bón vào đất chua. 2.3. Sắt trong đất: Trong đất sắt thường gặp trong thành phần của nhóm Ferosilicat, dưới dạng oxyt, hydroxyt, các muối đơn giản và các phức chất hữu cơ chứa sắt. Nguồn gốc sắt trong đất từ các khoáng vật hêmatit (Fe 2 O 3 ), manhêtit (Fe 3 O 4 ), limonit (2Fe 2 O 3 .3H 2 O), ogit, mica đen, hocnơblen, pyrit (FeS 2 ) Khi các khoáng vật bị phong hoá thì sắt được giải phóng ra dưới dạng oxit sắt ngậm nước (công thức chung là Fe 2 O 3 .nH 2 O). Sắt trong đất có thể có hoá trị 2 hoặc 3. Các muối sắt hoá trị 2 dễ tan, một phần nhỏ bị thuỷ phân làm cho đất hoá chua. Các muối sắt 3 khó tan trong nước và cây khó hấp thu (như FePO 4 ), tuy nhiên trong đất lúa nước FePO 4 có thể bị khử để trở thành Fe 3 (PO 4 ) 2 dễ tan, từ đó có thể cung cấp lân dễ tiêu cho lúa. Sắt là một trong những nguyên tố cần thiết cho thực vật nhưng cây sử dụng rất ít. Thiếu sắt cây không thể tạo được chất diệp lục nhưng nếu hàm lượng sắt di động trong đất cao thì cũng gây độc cho cây. Ở những vùng đất có phản ứng kiềm yếu với quá trình oxy hoá diễn ra mạnh thì cây có thể bị thiếu sắt do tính di động của nguyên tố này quá thấp. Hàm lượng sắt trong đất khoảng 2-10% phụ thuộc vào thành phần đá mẹ, khí hậu. Thực tế ở vùng nhiệt đới nóng ẩm đất thường chứa nhiều sắt, thí dụ đất nâu đỏ trên bazan vùng Phủ Quỳ, Nghệ An chứa tới 20-22% Fe 2 O 3 . Hàm lượng sắt trong đất còn phụ thuộc vào một số điều kiện khác: ở điều kiện khử, Fe 3+ chuyển thành Fe 2+ hoà tan và bị rửa trôi đi làm cho hàm lượng sắt tầng đất mặt giảm xuống. Ví dụ tầng đất mặt của đất mùn alit trên núi cao Hoàng Liên Sơn chỉ có 3-5% Fe 2 O 3 , hàm lượng Fe 2 O 3 trong tầng đất mặt của đất xám bạc màu chỉ có 3-6% Fe 2 O 3 . Ðất đồi núi của nước ta chứa nhiều sắt nên có kết cấu tốt, tơi xốp, có màu nâu đỏ hoặc vàng đỏ. 2.4. Ca và Mg trong đất Ca và Mg có trong các khoáng như canxit, đôlômit, ogit, amphibon Khi các khoáng vật trên bị phong hoá thì Ca và Mg được chuyển sang dạng các muối cácbonat và bicacbonat. Các muối này kết hợp với các chất khác trong đất để tạo thành muối clorua, nitrat, sunfat, phosphat. Trong đất Ca và Mg phần lớn gặp ở dạng các muối đơn giản, bị hấp phụ trên keo đất và hoà tan trong dung dịch đất. Trong số các cation trao đổi thì Ca chiếm vị trí hàng đầu, Mg - thứ hai. Cả hai nguyên tố này đều là nguyên tố dinh dưỡng trung lượng với cây và đóng những vai trò sinh lý học quan trọng đảm bảo cho sự phát triển bình thường của cây. Thường thì lượng canxi và manhê trong đất không thiếu đối với thực vật nhưng ở những đất quá chua cây có thể bị thiếu Ca và Mg. 2.5. Lƣu huỳnh trong đất Trong đất tồn tại dưới dạng muối sunphat, sunphít và trong thành phần của các hợp chất hữu cơ. Sự tích luỹ sinh học lưu huỳnh trong các tầng đất mặt phụ thuộc vào điều kiện hình thành đất. Hàm lượng lưu huỳnh tổng số (SO 3 ) trong tầng mặt của đất ôn đới dao động trong khoảng 0,01-2%. Trong đất Việt Nam hàm lượng lưu huỳnh trong đất không cao trừ đất phèn (S >0,75%). Đất cát biển, đất đỏ bazan thuộc vào loại nghèo lưu huỳnh. Cây hút lưu huỳnh dưới dạng ion SO 4 2- . Ion SO 4 2- trong dung dịch đất được sinh ra trong quá trình khoáng hoá các hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh, do sự hoà tan các muối sulphat hoặc tác dụng oxy hoá các hợp chất của lưu huỳnh. Anion SO 4 2- bị keo đất hấp phụ yếu và trong điều kiện khô có thể tích luỹ trong đất. Thường thì lượng lưu huỳnh trong đất đáp ứng được đòi hỏi của cây. 2.6. Nitơ trong đất a. Hàm lượng đạm trong đất Ðây là nguyên tố mà cây cần nhiều nhưng đất lại chứa ít. Trong đất Việt Nam N% chứa khoảng 0,1-0,2%, có loại dưới 0,1% như đất bạc màu. Hàm lượng N trong đất phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng hữu cơ. Nói chung hàm lượng mùn càng nhiều thì đạm càng nhiều (N chiếm 5-10% khối lượng của mùn). b. Các dạng đạm trong đất Ðạm trong đất được chia thành hai dạng lớn: Ðạm vô cơ và hữu cơ * Ðạm vô cơ: lượng đạm vô cơ trong đất mặt rất ít, chỉ chiếm 1-2% của N tổng số. Ở tầng dưới N vô cơ có thể chiếm tới 30% của N tổng số. N vô cơ trong đất tồn tại dưới dạng NH 4 + , NO 3 - , NO 2 - trong đó chủ yếu là NO 3 - và NH 4 + . Các dạng N vô cơ đều dễ tan, dễ được cây hút nên hàm lượng của chúng trong đất thay đổi rất nhiều không những theo mùa mà còn thay đổi giữa ngày và đêm, giữa ngày mưa và ngày nắng. NH 4 + được sinh ra do tác dụng amôn hoá của vi sinh vật đối với chất hữu cơ chứa nitơ. Trong điều kiện hảo khí NH 4 + dễ bị chuyển hoá thành NO 3 - nên chỉ trong đất lúa nước NH 4 + mới ổn định và được tích luỹ. Trong đất ion NH 4 + dễ bị đất hấp phụ và một phần chuyển sang trạng thái không trao đổi (nằm trong tinh thể khoáng sét). Ion NO 3 - không bị đất hấp phụ tồn tại chủ yếu trong dung dịch đất nên rất dễ bị rửa trôi. * Ðạm hữu cơ: Ðây là dạng N chủ yếu trong đất có thể chiếm tới 95% N tổng số. Dựa vào độ hoà tan và khả năng thuỷ phân người ta chia làm 3 loại: + N hữu cơ tan trong nước: Gồm các axit amin tương đối đơn giản, các hợp chất dạng muối amon (chiếm <5% N tổng số). + N hữu cơ thuỷ phân: protein, nucleoprotein, azazon (chiếm >50% N tổng số). Khi ở trong môi trường kiềm, axit hoặc khi lên men chúng có thể thuỷ phân tạo các chất tương đối đơn giản hơn và dễ tan trong nước. + N hữu cơ không thuỷ phân: Chiếm 30-50% của N hữu cơ tổng số, không hoà tan trong nước và cũng không thể dùng kiềm hay axit để thuỷ phân. c. Nguồn gốc của N trong đất + Từ tàn tích sinh vật + Do bón phân: Phân đạm vô cơ, phân hữu cơ (Phân chuồng, phân bắc, phân rác, phân xanh) + Tác dụng cố định đạm của VSV. Dựa vào khả năng cố định N 2 của các vi sinh vật có như: Azotobacte, Rhizobium, Clostridium. Ngoài vi khuẩn ra còn có tảo lam cũng có khả năng cố định N 2 tự nhiên. + Tác dụng của sấm sét có thể oxy hoá N trong khí quyển thành dạng NO và NO 2 sau đó các dạng N này hoà tan với nước mưa và rơi xuống đất + Do nước tưới đưa vào Việc đảm bảo về nitơ cho cây phụ thuộc vào tốc độ phân giải các hợp chất hữu cơ. Tuy vậy, muốn có sản lượng cây trồng cao không thể trông chờ vào lượng nitơ dự trữ trong đất cho dù đất có trữ lượng mùn lớn mà cần phải bón thêm phân hữu cơ hoặc vô cơ chứa nitơ vào đất vì nhu cầu về nitơ của thực vật rất lớn. 2.7. Phospho (lân) trong đất Lân là nguyên tố dinh dưỡng đa lượng đối với cây trồng. Lân đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, hút dinh dưỡng và vận chuyển các chất trong cây. Cây thiếu lân sẽ sinh trưởng chậm, cho năng suất thấp phẩm chất nông sản kém. Hàm lượng lân tổng số trong đất Việt Nam khoảng 0,03-0,2%. Giàu P nhất là nâu đỏ trên bazan và nghèo P nhất là đất bạc màu và đất cát Dưới đây giá trị của P trong vài đất Loại đất Ðất đỏ bazan P 2 O 5 % 0,15-0,3 Ðỏ nâu trên đá vôi Phù sa sông Hồng Ðất bạc màu 0,12-0,15 0,08-0,01 0,03-0,04 Hàm lượng lân tổng số của đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng vật của đá mẹ, thành phần cơ giới đất, chế độ canh tác và phân bón. Trong đất phospho có trong các hợp chất hữu cơ và vô cơ. Phospho có trong thành phần của nhiều hợp chất hữu cơ của tàn tích sinh vật. Các hợp chất hữu cơ chứa phospho gồm có: Phitin, axit nucleic, nucleoproteit, phosphatit, sacarophosphat và các vi sinh vật đất. Nguyên tố này được tích luỹ trong đất tầng mặt nhờ sự tích luỹ sinh học, vì vậy trong tầng đất mặt thường chứa nhiều lân hữu cơ hơn các tầng dưới sâu. Tỷ lệ lân hữu cơ phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng mùn trong đất và dao động trong khoảng từ 10-50% của lân tổng số. Hợp chất vô cơ chứa phospho chủ yếu là những muối của axit octophosphoric với Ca, Mg, Fe và Al. Trong đất phospho còn có trong thành phần của apatit, phosphoric và vivianit, cũng như trong trạng thái hấp phụ của anion phosphat. Apatit là nguồn gốc đầu tiên của tất cả các hợp chất phospho trong đất. Nó chiếm tới 95% hợp chất phospho trong vỏ trái đất. Các dạng phospho vô cơ trong đất phần lớn có tính di động kém. Trong đất chua (có các dạng hoạt động hoá học của sắt và nhôm) phospho phần lớn gặp ở dạng phosphat sắt và phosphat nhôm (FePO 4 , AlPO 4 , Fe 2 (OH) 2 PO 4 , Al(OH) 2 PO 4 ) hoặc liên kết với oxyt sắt, nhôm dưới dạng hợp chất bị hấp phụ. Các loại đất chua của Việt Nam đều có hàm lượng phosphat sắt cao. Ví dụ: đất nâu đỏ trên bazan có lượng phosphat sắt (Fe-P) chiếm trên 80% tổng số lân vô cơ; đất vàng đỏ trên đá phiến sét có Fe-P trên 70% tổng số lân vô cơ; đất phù sa chua và đất phèn có Fe-P tương ứng là 48-56% tổng số lân vô cơ. Trong đất lúa nước và đất đầm lầy có thể gặp vivianit - Fe 3 (PO 4 ) 2 .8H 2 O - màu xanh lơ. Trong đất lúa nước phosphat sắt 3 có thể bị khử thành phosphat sắt 2 hoà tan trong nước nên cây trồng có thể hấp thụ được. Trong đất chua ít, trung tính và kiềm yếu phospho chủ yếu tồn tại dưới các dạng liên kết với canxi. Các phosphat canxi thường có độ hoà tan thấp. Theo độ hoà tan tăng dần của các phosphat canxi trong đất chúng ta có dãy sau: Ca 5 (PO 4 ) 3 Cl <Ca 3 (PO 4 ) 2 < Ca 8 H 2 (PO 4 ) 6 .5H 2 O < CaHPO 4 < CaHPO 4 .2H 2 O < Ca(H 2 PO 4 ) 2 (apatit clo) Tỷ lệ Ca/P trong các phosphat canxi tăng lên thì độ hoà tan giảm. Phản ứng môi trường thuận lợi cho sự hấp thu phospho là phản ứng chua ít (pH 5,0- 6,5). 2.8. Kali trong đất Kali là nguyên tố đa lượng với cây trồng. Nó tham gia vào nhiều quá trình sinh lý sinh hoá quan trọng của cây. Trong cây, kali thường được tích luỹ nhiều trong thân lá. Tỷ lệ kali trong cây biến động trong khoảng 0,5-6% chất khô. * Hàm lượng kali trong đất: Hàm lượng kali tổng số trong đất rất khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng vật của đá mẹ, điều kiện phong hoá đá và hình thành đất, thành phần cơ giới đất, chế độ canh tác, phân bón. Ðất mặn, đất phèn, đất đỏ vàng phát triển trên đá phiến mica giàu Kali (K 2 O tổng số từ 2 đến 3%). đất nghèo kali là các đất xám bạc màu và một số loại đất đỏ vàng vùng đồi núi (<0,5%). Đất Feralit trên granit chứa nhiều K hơn Feralit trên bazan. Đất Feralit trên granit ở tỉnh Hà Giang chứa 5,67% K 2 O, đất Feralit trên đá bazan ở tỉnh Nghệ An chứa 1,15% K 2 O (Nguyễn Vy, 1974). * Các dạng kali trong đất + Kali hoà tan: có trong dung dịch đất hàm lượng rất nhỏ + Kali trao đổi: là các ion kali được hấp phụ trên bề mặt keo đất, nó có thể đi vào dung dịch đất nhờ phản ứng trao đổi cation + Kali chậm tiêu (kali bị giữ chặt): là các ion kali nằm trong mạng lưới khoáng sét, ít có khả năng trao đổi do đó cây khó sử dụng được + Kali trong khoáng nguyên sinh: Là dạng kali nằm trong lưới tinh thể của các khoáng nguyên sinh như fenspat kali (chứa 7,5-12,5% K 2 O), mica trắng (chứa 6,5-9% K 2 O), mica đen (5-7% K 2 O). Các khoáng nguyên sinh này khi bị phong hoá sẽ giải phóng kali dưới dạng muối tan, cây trồng sử dụng được. 2.9. Nguyên tố vi lƣợng trong đất Là các nguyên tố dinh dưỡng đóng vai trò rất quan trọng trong hoạt động sống của cây trồng nhưng hàm lượng của chúng trong cây rất ít từ 10 -3 -10 -5 %. Các nguyên tố vi lượng gồm có Molipden (Mo), Bo (B), kẽm (Zn), đồng (Cu), Mangan (Mn), Niken (Ni), Coban (Co), Iod (I), Fluor (F) a. Ý nghĩa của nguyên tố vi lượng Các nguyên tố vi lượng có vai trò rất quan trọng trong các quá trình sinh lý và sinh hoá của động thực vật. Chúng có trong thành phần của vitamin, các men và hocmon. Sự thiếu hay thừa các nguyên tố vi lượng trong đất đều không có lợi cho sự phát triển của thực vật dẫn đến sự suy giảm về năng suất cũng như chất lượng nông sản. Ví dụ thiếu Bo sự nảy mầm của hạt phấn khó khăn, bầu nhị bị hạ thấp, giảm năng suất của hạt, giảm khả năng chống bệnh của cây. Thiếu kẽm các cây thân gỗ thường mắc bệnh đốm lá, lá dễ rụng Nhiều nghiên cứu đã tìm thấy mối liên hệ chặt chẽ giữa hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong đất một mặt với sản lượng của cây mặt khác với sản phẩm động vật và sức khoẻ con người. Ðất là nguồn gốc của các nguyên tố vi lượng trong cây, trong thức ăn của động vật và trong sản phẩm dinh dưỡng cho người. Chính vì vậy nghiên cứu hàm lượng và sự di động của các nguyên tố vi lượng trong đất rất cần thiết để giải quyết những vấn đề thực tiễn của trồng trọt, chăn nuôi, thú y và y học. Nghiên cứu các quy luật phân bố các nguyên tố vi lượng trong đất tạo cơ sở khoa học cho việc bón phân vi lượng cho cây và bổ sung vi lượng vào nguồn thức ăn vô cơ cho động vật. b. Hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong đất Trong quá trình phong hoá đá và khoáng vật và trong quá trình hình thành đất một số nguyên tố vi lượng được tích luỹ trong đất một số khác bị rửa trôi và mất đi từ đất. Hàm lượng trung bình của các nguyên tố vi lượng trong đất và trong thạch quyển được nêu trong bảng 7.2 Bảng 7.2: Hàm lƣợng trung bình của một số nguyên tố vi lƣợng trong thạch quyển và trong đất (% trọng lƣợng) - Theo Vinogradov, 1949 Nguyên tố Thạch quyển Ðất Nguyên tố Thạch quyển Đất Mn 9.10 -2 8,5.10 -2 Cu 1.10 -2 2.10 -2 F 2,7.10 -2 2.10 -2 Zn 5.10 -3 5.10 -3 V 1,5.10 -2 1.10 -2 Co 3.10 -3 3.10 -4 B 3.10 -4 1.10 -2 Mo 3.10 -4 3.10 -4 Ni 8.10 -2 4.10 -2 I 3.10 -5 5.10 -4 Từ những số liệu của bảng trên ta thấy các nguyên tố như iốt, Bo, đồng được tích luỹ trong trong quá trình hình thành đất, một số khác như mangan, fluor và niken lại bị rửa trôi khỏi đất nên hàm lượng của chúng trong đất ít hơn trong thạch quyển, một số khác thì có hàm lượng tương đương. Nguồn gốc chủ yếu của các nguyên tố vi lượng trong đất từ đá mẹ. Ðất phát triển trên những sản phẩm phong hoá của đá axit (granit, liparit) thường nghèo Ni, Co, Cu. Ðất được hình thành trên sản phẩm phong hoá của đá bazơ (bazan, gabro) lại giàu các nguyên tố trên. Một số nguyên tố vi lượng có thể xâm nhập vào đất cùng với các khí của khí quyển, khói bụi của núi lửa, của các nhà máy và từ các nông dược được sử dụng trong quá trình canh tác. Do kết quả của quá trình hình thành đất hàm lượng các nguyên tố vi lượng và sự phân bố của chúng trong các tầng phát sinh có khác nhau. Mức độ khác nhau phụ thuộc và tính chất của đất, quá trình hình thành đất và tính chất của chính các nguyên tố vi lượng. Hàm lượng trung bình của các nguyên tố vi lượng trong một số loại đất Việt Nam được trình bày trong bảng 7.3. Bảng 7.3: Hàm lƣợng trung bình các nguyên tố vi lƣợng dễ tiêu trong một số loại đất Việt Nam (mg/kg đất khô) Loại đất Mn Mo Zn Cu B Ðất bạc màu Vĩnh Phú Ðất phù sa sông Hồng Phù sa sông Mã Phù sa sông Thái bình Ðất chiêm trũng Hà Nam Ninh Ðất bạc màu Hà Bắc Ðất phèn Ðất mặn trung tính 2,4 11,6 8,7 5,2 12,9 - - 0,13 0,14 0,10 0,15 0,27 0,10 0,41 0,13 8,5 20,5 3,7 0,4 3,5 4,9 6,6 7,1 3,7 9,2 4,8 0,2 - 2,0 0,1 0,3 0,1 0,21 0,16 0,27 0,22 0,14 0,59 0,47 * Nguồn Nguyễn Vi, Trần Khải, 1978. Mn rút bằng H 2 SO 4 0,1N; Mo rút bằng dung dịch Tamm (xitrat amon); Zn, Cu rút bằng dung dịch HCl 0,1N; B rút bằng nước cất nóng. Các yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến hàm lượng các vi lượng trong đất là thành phần đá mẹ, thành phần cơ giới, hàm lượng mùn trong đất, phản ứng của đất, chế độ phân bón và canh tác. c. Các dạng của nguyên tố vi lượng trong đất Trong đất các nguyên tố vi lượng nằm trong mạng lưới tinh thể của các khoáng nguyên sinh và thứ sinh, trong các hợp chất vô cơ không hoà tan (muối, oxyt và hydroxyt), trong trạng thái ion trao đổi, trong thành phần các chất hữu cơ và trong dung dịch đất. Sự di động của các nguyên tố vi lượng và các dạng tồn tại của chúng trong đất chịu ảnh hưởng rất lớn của phản ứng của môi trường, điều kiện oxy hoá khử, nồng độ khí CO 2 và hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Trong đất chua sự di động của Cu, Zn, Mn, Co tăng lên nhưng sự di động cuả Mo lại giảm. B, F, và I có tính di động cao cả trong môi trường chua và kiềm. Hoá trị của nhiều nguyên tố vi lượng trong đất thay đổi phụ thuộc vào điều kiện oxy hoá khử của đất. Sự thay đổi hoá trị ảnh hưởng đến tính di động của chúng. Khi chuyển từ môi trường khử sang môi trường oxy hoá một số nguyên tố vi lượng chuyển từ hoá trị thấp sạng hoá trị cao, tạo thành những hợp chất khó tan hoặc không tan làm sự di động của chúng giảm (Mn 2+  Mn 4+ ). Một số nguyên tố khác trái lại khi chuyển lên hoá trị cao tính di động lại tăng lên (Cr 3+  Cr 6+ ; V 3+  V 5+ ). Sự tăng nồng độ khí CO 2 trong không khí đất cũng làm tăng sự di động của một số nguyên tố vi lượng trong đất như Ba, Ni, Sr, Mn Các nguyên tố này có khả năng kết hợp với CO 2 trong không khí đất để tạo các muối cacbonat khó tan. Khi nồng độ CO 2 trong không khí đất tăng thì các muối cacbonat chuyển thành dạng Bicacbonat dễ hoà tan hơn và làm tăng khả năng di động của các nguyên tố. Các hợp chất mùn và các axit hữu cơ có phân tử lượng thấp (axit oxalic, axit xitric, axit fomic ) có thể liên kết với các nguyên tố vi lượng tạo nên các hợp chất dễ tan hoặc các hợp chất khó tan, cây không sử dụng được. Tóm lại khi nghiên cứu các nguyên tố vi lượng trong đất cần quan tâm không chỉ hàm lượng tổng số của các nguyên tố mà còn cần phải tìm hiểu hàm lượng các dạng di động của chúng. Ðối với các cây trồng cụ thể cần phải tìm hiểu thêm về nhu cầu dinh dưỡng vi lượng của từng loại cây. Câu hỏi ôn tập 1. Tìm hiểu nguyên nhân sự sai khác về thành phần hoá học của vỏ trái đất và của đất? 2. Nêu tên các nguyên tố chính trong thành phần hoá học của đất? các dạng tồn tại và sự di động của chúng trong đất? 3. Nêu tên các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng và trung lượng trong đất? Hàm lượng tổng số và dễ tiêu của chúng trong đất? 4. Trình bày những hiểu biết của anh (chị) về các nguyên tố vi lượng trong đất, ý nghĩa của chúng với dinh dưỡng cây trồng? Chƣơng VIII THÀNH PHẦN CƠ GIỚI VÀ KẾT CẤU ĐẤT 1. Thành phần cơ giới đất 1.1. Khái niệm về cấp hạt cơ giới và thành phần cơ giới đất Kết quả của quá trình hình thành đất đã tạo ra được các hạt đơn đất có kích thước và hình dạng khác nhau. Những hạt đơn đất đó được gọi là "phần tử cơ giới đất" hay còn gọi là hạt cơ giới đất. Như vậy các phần tử cơ giới đất có thể có nguồn gốc vô cơ, hữu cơ hay vô cơ- hữu cơ. Nhưng trong đất phần lớn các hạt đất có nguồn gốc vô cơ trừ các loại đất được gọi là đất hữu cơ (có từ 16 % cacbon hữu cơ trở lên). Những phần tử cơ giới nằm trong một phạm vi kích thước nhất định thì có đặc tính và thành phần hoá học khác với những hạt trong phạm vi kích thước khác. Người ta gọi những hạt có phạm vi cùng kích thước đó là cấp hạt cơ giới. Ta có 3 cấp hạt cơ giới cơ bản, đó là: cấp hạt cát, cấp hạt bụi còn gọi là Limon và cấp hạt sét. Hàm lượng các cấp hạt đựơc biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm khối lượng. Tỷ lệ tương đối giữa các cấp hạt cơ giới gọi là thành phần cơ giới đất hay còn gọi là thành phần cấp hạt. Dựa trên tỷ lệ của các cấp hạt đó tên đất được gọi là đất cát,đất thịt hoặc đất sét Nhiều khi người ta cũng gọi là đất nhẹ, đất trung bình hoặc đất nặng. Cũng cần lưu ý rằng, các phần tử cơ giới của đất là những hạt độc lập riêng rẽ. Trong trường hợp các hạt cơ giới liên kết lại với nhau thì đó là một đối tượng nghiên cứu khác được gọi là kết cấu đất hay cấu trúc đất (structure). Vì vậy trong quá trình xác định các cấp hạt để nghiên cứu thành phần cơ giới đất cần tách triệt để các hạt đơn đất ra bằng việc kết hợp các phương pháp phù hợp như tán, lắc, khuấy, đun sôi, các hoá chất phân tán. 1.2. Phân chia cấp hạt cơ giới Tiêu chuẩn phân chia cấp hạt cơ giới của các nước trên thế giới có khác nhau nhưng vẫn có một "mốc" chung. Tại mốc này sự thay đổi về kích thước các hạt đất sẽ dẫn tới sự thay đổi đột ngột về tính chất đặc biệt là tính chất vật lý của đất. Ví dụ, tính mao dẫn xuất hiện ở mốc 1,0- 2,0 mm hay mốc 0,1- 0,2 mm là mốc bắt đầu có tính dính, tính dẻo và đất khó thấm nước. Ta có thể so sánh sự khác nhau trong việc phân chia cấp hạt của các nước trên thế giới qua bảng 8.1. Bảng 8.1. Cấp hạt cơ giới của Liên Xô (cũ), Bộ Nônghiệp Mỹ (USDA), FAO- UNESCO (mm) Liên Xô (cũ) USDA FAO- UNESCO Ðá cục >250 Ðá vụn > 3 Cuội 250-64 Cuội 3-1 Cuội > 2 Sỏi 64- 4 Sỏi 2-1 Sạn 4-2 Cát thô 1- 0,5 Cát thô 1- 0,5 Cát rất thô 1-2 Cát trung bình 0, 5- 0,25 Cát trung bình 0, 5- 0,25 Cát thô 1-0,5 Cát mịn 0,25- 0.05 Cát mịn 0,25- 0.02 Cát trung bình 0,5- 0,25 Cát rất mịn 0,2- 0,05 Cát mịn 0,25- 0,1 Cát rất mịn 0,1- 0,05 Bụi thô 0,05- 0,01 Bụi 0,05-,005 Bụi 0,05- 0,002 Bụi trung bình 0,01- 0,005 Sét thô 0,005- 0,0005 Sét < 0,005 sét < 0,002 Sét mịn 0,0005- 0,0001 Keo < 0,0001 ** Cát vật lý > 0,01 Sét vật lý < 0,01 ** Cát vật lý là những hạt lớn hơn 0,01 mm. Khi những hạt có kích thước như thế sẽ thể hiện rõ nét những tính chất vật lý của các hạt cát như lắng rẽ, tính dễ thoát nước, tính mao dẫn rất bé, không có tính trương (giãn nở) và tính co, tính dính, tính dẻo Sét vật lý là những hạt có kích thước < 0,01 mm. Những hạt này thể hiện rõ tính vật lý của hạt sét như tính dẻo, tính trương, tính co, tính thấm nước kém, tính mao dẫn lớn, lúc ướt thì dẻo quánh, lúc khô thì rắn chắc Cũng nên lưu ý rằng sự phân chia như trên được thực hiện trong quá trình phân tích cấp hạt, còn trong thực tiễn áp dụng vào phân loại đất theo thành phần cơ giới thì người ta chỉ xét theo 3 cấp hạt chủ yếu là cát, bụi và sét. Các cấp hạt chi tiết chỉ được ứng dụng khi nghiên cứu đất ở các cấp phân vị thấp nhất như cấp chủng của Liên Xô (cũ), cấp series của Mỹ, cấp phases của FAO- UNESCO. Cho đến nay ở Việt Nam vẫn áp dụng bảng phân chia cấp hạt của Liên Xô (cũ) và một số trường hợp dùng bảng của Liên Hiệp Quốc (LHQ) hay của Bộ Nông nghiệp Mỹ. Tuy nhiên bảng của FAO- UNESCO (1970) được áp dụng phổ biến vì hai lý do: thứ nhất, trong thực tế phân tích cấp hạt người ta được phép đơn giản hoá số cấp hạt còn lại 3 cấp cơ bản; thứ hai, phương pháp phân loại đất theo FAO- UNESCO đang ngày càng được áp dụng rộng rãi. So với bảng của LHQ năm 1927, bảng của FAO- UNESCO có một ít thay đổi, từ 7 cấp tăng lên 11 cấp chủ yếu ở các cấp lớn hơn 2 mm. 1.3. Thành phần và đặc tính của các cấp hạt cơ giới Các tài liệu nghiên cứu cho thấy thành phần hoá học của các cấp hạt khác nhau rất khác nhau, đặc biệt là tỷ lệ 3 nguyên tố silic, nhôm và sắt. Ðiều này rất phù hợp với thành phần khoáng vật trong đất. Ta có thể thấy rõ qua số liệu của N.A. Kachinxki (1970) ở bảng 8.2 Bảng 8.2. Thành phần hoá học của các cấp hạt cơ giới trong đất rừng xám sáng Cấp hạt (mm) Tỷ lệ các chất (%) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO K 2 O P 2 O 5 0,05- 0,01 87,57 5,72 3,43 0,46 0,53 1,43 Vệt 0,01- 0,005 82,01 7,83 4,85 0,11 0,18 1,45 Vệt 0,005- 0.0001 68,89 17,49 6,35 0,93 2,28 1,46 0,26 < 0,0001 53,76 26,36 11,38 0,96 4,13 2,15 0,26 Nhìn chung cấp hạt càng mịn, tỷ lệ các nguyên tố (trừ silic) trong đó có cả nguyên tố dinh dưỡng càng cao. Tuy nhiên các nguyên tố dinh dưỡng N và P thì không phải lúc nào cũng tuân theo quy luật này vì bản thân các hạt sét không chứa các nguyên tố đó. Do vậy ở những loại đất sét ta không bón phân năng suất cây trồng rất thấp. Ta càng thấy sự khác nhau rõ nét của các cấp hạt đất qua một số tính chất vật lý của chúng được V.V. Okhotin và V. G. Trasuc trình bày trong bảng 8.3. Ta dễ dàng nhận thấy các cấp hạt từ to đến nhỏ như sau:  Ðộ ẩm phân tử cực đại tăng dần lên  Khả năng thấm nước giảm dần  Cột nước trong mao dẫn tăng cao dần  Từ 0,25 mm thì bắt đầu có tính trương (giãn nở) và tăng nhanh  Tính co biểu hiện rất chậm và chỉ xuất hiện ở những cấp hạt bé nhất [...]... Nông dân ta từ xưa đã dựa vào những nhận xét ngoài đồng ruộng trong quá trình sản xuất để chia đất ra thành các loại: đất cát già, cát non, thịt pha cát, thịt nhẹ, thịt nặng, đất sét, đất gan gà, đất gan trâu Mỗi loại đất chỉ phù hợp với một số loaị cây trồng nhất định và cần có biện pháp canh tác thích hợp Khi ngành thổ nhưỡng học hình thành và phát triển việc phân loại đất theo thành phần cơ giới... (soil classification) theo nguồn gốc và quá trình hình thành đất Trên thế giới có nhiều bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới khác nhau, nhưng phổ biến nhất là bảng của Liên Xô (cũ), của USDA và của FAO- UNESCO.Trước đây Liên Xô và LHQ thường trình bày dưới dạng bảng để đối chiếu và phân loại đất theo thành phần cơ giới Gần đây FAO- UNESCO tương tự như USDA trình bày trên tam giác đều Sau đây ta tìm... của các cấp hạt cũng như các đặc tính lý hoá học nằm trung gian giữa 2 loại đất cát và đất sét Thường đất thịt có mặt đầy đủ cả 3 cấp hạt cát, limon và sét Nếu là đất thịt nhẹ thì tỷ lệ cấp hạt cát lớn, ngược lại đất thịt nặng tỷ lệ cấp hạt cát giảm mà tỷ lệ cấp hạt sét tăng Nói chung đất thịt trung bình là tốt vì vừa có những đặc tính lý, hoá học và sinh học phù hợp cho nhiều loại cây trồng vừa dễ... một trạng thái cân bằng, kết quả là các khe hở và các đoàn lạp được duy trì Ngược lại trạng thái này bị phá vỡ thì đất mất kết cấu Một trạng thái cân bằng như vậy chỉ có thể tồn tại ở những môi trường thổ nhưỡng nhất định Con người có thể tác động vào đất thông qua những kỹ thuật canh tác thích hợp như làm đất tối thiểu, phân bón, thuỷ lợi và đặc biệt là hệ thống cây trồng để tạo ra một trạng thái kết... trong đất mặn kiềm lục địa Hình 8.9 Cấu tạo hình cột dưới sâu đất mặn phát triển bột sét (ảnh T Bortkiewwicz) b Cấu tạo hạt kết tầng canh tác Trong quá trình canh tác, cấu tạo hạt kết của đất dần dần bị thay đổi Chủ yếu gây ra thay đổi này là do tác dụng cơ học của dụng cụ, trâu bò Làm đất khi quá ẩm làm các hạt kết dính chặt với nhau và tạo nên "vai" cày lớn Ngược lại làm đất lúc quá khô đưa đến các hạt... Trong đất này quá trình khử xảy rõ rệt Ðộ hổng của các đoàn lạp trong đất thường liên quan tới hoạt động của hệ thống rễ cây chủ yếu là rễ nhỏ, động vật đất, vi sinh vật đất Các lỗ hổng bé cũng như lớn có thể nhìn thấy được trên vi mẫu lát mài (hình 8.12) Hình 8.12 Lát mài đất có khe hở lớn rõ ràng (H Uggla) 2.5 Sự hình thành hạt kết a Cơ chế hình thành hạt kết Theo các nhà khoa học Tiurin (1936),... cơ giới Trong quá trình canh tác, trâu bò, máy móc thường xuyên tác động lên lớp đất mặt Tác dụng cơ giới này có thể làm đất mất kết cấu nhiều khi sâu tới vài chục centimet Như đã nói làm đất lúc quá ẩm hay quá khô đều gây phá vỡ kết cấu, kết quả trái với mục đích của việc làm đất Những trận mưa đá hay mưa rào cũng có tác động gây phá vỡ kết cấu ở lớp đất mặt b Nguyên nhân lý hoá học Nguyên nhân này... cơ qua cầu nối canxi Sự phá vỡ này theo cơ chế lý hoá học, có thể giải thích như sau: ion hoá trị một đã thay thế ion canxi theo sơ đồ Mùn- Ca + (NH4)2SO4  Mùn- 2NH4 + CaSO4 hay Mùn- Ca + 2NH4Cl  Mùn- 2NH4 + CaCl2 Liên kết Mùn- 2NH4 là liên kết kém bền vững do đó màng hữu cơ bao quanh hạt đất dễ bị mất nên kết cấu bị phá vỡ c Nguyên nhân sinh học Có thể cho rằng, khi thiếu thức ăn trong đất vi sinh... trồng màu, quá trình chăm sóc cũng góp phần tạo kết cấu tốt, nhất là việc phá "váng" sau khi mưa kéo dài Ở một số nước như Mỹ và Canada, người ta nuôi giun đất trên nền đất giàu hữu cơ hay than bùn sau xử lý rồi đưa toàn bộ vào ruộng Làm như thế vừa tăng cường phân bón vừa cải thiện kết cấu cho đất nhanh chóng Ngoài ra, ở một số nước tiên tiến trên thế giới, người ta dùng các hợp chất hoá học được gọi... đất Cát thịt Hình 8.2 Sơ đồ xác Thịt thô Limon 10 100% 90 80 70 60 50 40 của FAO- UNESCO30 20 10 1.5 Tính chất các loại đất có thành phần cơ giới khác nhau và biện pháp cải tạo Cát (%) Do thành phần hoá học cũng như tính chất của các cấp hạt khác nhau nên các loại đất có thành phần cơ giới khác nhau có độ phì nhiêu khác nhau Từ đó việc sử dụng cũng như biện pháp cải tạo chúng đựoc áp dụng khác nhau cho . ảnh hưởng của các quá trình hoá học, lý học và sinh học diễn ra trong đất. Ví dụ: silic được tích luỹ lại trong đất nhờ tính bền vững của thạch anh về mặt lý học và hoá học; nhôm sắt được tích. Trong thành phần hoá học của đất người ta tìm thấy hầu hết các nguyên tố hoá học có trong bảng tuần hoàn của Mendeleev. Quá trình nghiên cứu thành phần của các nguyên tố hoá học riêng biệt trong. hoá học của các loại đất khác nhau cũng khác nhau, chúng phụ thuộc vào thành phần của đá mẹ và các quá trình hình thành đất. Vì chất vô cơ của đất có nguồn gốc từ đất nên thành phần hoá học