Khoáng sét và sự liên quan của chúng với một vài chỉ tiêu lý hóa học trong một số Đất ở Việt Nam - Chương 3

Trong khoa học nghiên cứu đất trồng, để đạt được những kết quả xác định chắc chắn về phát sinh học đất

Chương III

Khoáng sét trong nhóm đất đỏ vàng

vùng đồi núi Nhóm đất đỏ vàng chiếm một diện tích lớn ở vùng đồi núi nước ta, phân bố rộng từ vùng

đồi núi phía Bắc đến tận vùng cao nguyên Tây Nguyên trên độ cao từ 200-1000 m Chúng hình thành trên các loại đá mẹ rất khác nhau, song nói chung đều chịu ảnh hưởng của quá trình Ferralit hoá mạnh (rửa trôi cation kiềm + kiềm thổ cùng axit silicic và tích luỹ tương đối sắt nhôm) do địa hình cao dốc và khí hậu nhiệt đới nóng ẩm chi phối Đây là nhóm đất được các nhà thổ nhưỡng nước ngoài (Gôcbonop 1965; Pagel 1962; Fridland 1973) cũng như những nhà thổ nhưỡng Việt Nam điều tra nghiên cứu về phát sinh, tính chất vật lý, hoá học, sinh học đất khá kỹ Những kết quả nghiên cứu của các tác giả đều đi đến thống nhất rằng nhóm đất đỏ vàng vùng đồi núi đặc trưng cho lớp vỏ phong hoá Ferralit điển hình của vùng nhiệt đới nóng ẩm; tính chất lý, hoá học hay độ phì đất nói chung phụ thuộc sâu sắc vào thành phần đá mẹ, mức độ phong hoá đá

mẹ và mức độ Ferralit hoá của đất Kết quả xác định thành phần hoá học của một số loại đất đỏ vàng (từ 1-4 ở bảng 3) thể hiện khá rõ nét đặc tính chung và riêng của các loại đất trong nhóm này Xét về thành phần khoáng sét của đất, một chỉ tiêu mà đã được các nhà thổ nhưỡng khẳng

định là rất quan trọng đối với việc đánh giá lớp vỏ phong hoá thổ nhưỡng cũng như độ phì của

đất, những kết quả nghiên cứu bước đầu của Fridland (1973); Trần Khải - Nguyễn Vy (1969) cho thấy rằng khoáng sét Kalinit chiếm ưu thế trong nhóm đất này Chính vì vậy khi nêu đặc điểm của quá trình Ferralit ở đất đồi núi nước ta, Cao Liêm (1969) đã đưa chỉ tiêu khoáng sét kaolinit

là một trong những đặc điểm của quá trình này

Để nghiên cứu tiếp vấn đề khoáng sét của nhóm đất này, chúng tôi đã chọn một số loại đất

đại diện cho những loại đá mẹ điển hình tạo thành các loại đất Ferralit chủ yếu của nước ta đồng thời cũng có sự khác nhau về mức độ phong hoá, về thành phần khoáng vật và về tính chất đất

- Đất đỏ nâu phát triển trên đá Bazan

- Đất vàng đỏ trên đá Granit

- Đất đỏ vàng trên đá phiến sét và phiến Mica

I Đất đỏ nâu trên đá Bazan

Loại đất này tập trung nhiều nhất ở vùng cao nguyên Tây Nguyên Gialai-Kontum; Đắc Lắc; Lâm Đồng; ở tỉnh Sông Bé; Đồng Nai; một ít ở Bình Trị Thiên và Phú Quỳ- Nghệ Tĩnh với diện tích khoảng gần 2 triệu ha (Nguyễn Vy- Đỗ Đình Thuận 1977) Theo tài liệu khảo sát và nghiên cứu của liên đoàn địa chất Việt Nam (1979) thì Bazan ở Việt Nam là sản phẩm của hoạt

động núi lửa phun trào cách đây mấy chục vạn năm qua 4 giai đoạn: Neogien; Pleistoxen sớm; Pleistoxen giữa và muộn; Holoxen Bazan phun trào ở tuổi Neogen và Pleistoxen sớm gọi là Bazan cổ, ở tuổi Pleistoxen giữa và muộn và Holoxen gọi là Bazan trẻ Các Bazan cổ được trào ra theo các khe nứt, đứt gãy kéo dài và phủ tràn các bề mặt san bằng và thung lũng cổ rộng lớn (Sông Bé, Phước Long, Di Linh, Bảo Lộc, Lê Thanh, Kon-Hanùng, Vĩnh Linh, Gio Linh, ) Bazan trẻ được phun ra theo các họng núi lửa điển hình (Plêycu, Buôn Mê Thuột, Xuân Lộc, Cồn Tiên, Phủ Quỳ, Cù lao Ré, Hoàng Sa, ) Phần lớn diện tích đất đỏ nâu trên Bazan có địa hình cao nguyên khá bằng phẳng hoặc lượn sóng; đá mẹ Bazan dễ phong hoá cho tầng đất dày đồng nhất

từ vài mét đến vài trăm mét (Cao Liêm 1975), thành phần cơ giới khá nặng, cấp hạt sét 70-80% (bảng 3) Do địa hình khá cao 200-1000 m so với mặt biển nên đất có quá trình Ferralit hoá điển

hình (bảng 3).Tỷ lệ SiO2 < 2 pH = 4,2 - 4,4

R2O3

Đặc điểm này đã ảnh hưởng đến sự hình thành và tồn tại khoáng sét trong đất này rất rõ Chúng tôi đã xác định khoáng sét của một số mẫu đất đỏ nâu trên Bazan của vùng cao nguyên Tây Nguyên (vùng có diện tích đất này lớn hơn cả) và thu được kết quả sau:

- Bằng phương pháp nhiệt sai (DTA): các đường nhiệt sai của một số mẫu đất lấy tại Plêycu, Kontum, Buôn Mê Thuột đều cho hiệu ứng thu nhiệt 550-560°C và hiệu ứng toả nhiệt 900-940°, đặc trưng của Kaolinit rất sâu và nhọn (hình 5) Phân tích nhiệt sai theo các tầng đất của một phẫu diện (0-120 cm) chúng tôi cũng thu được hiệu ứng nhiệt của Kaolinit rất đặc trưng (hình 6), chứng tỏ Kaolinit chiếm ưu thế không chỉ trên lớp mặt mà còn ở suốt tầng phẫu diện

đất Ngoài ra, trên hầu hết các đường DTA chúng tôi còn thấy hiệu ứng nhiệt 300-340°C của Gơtit Vậy trong cấp hạt sét của đất còn có hàm lượng khoáng vật thứ sinh có độ phân tán cao

đáng kể

Trên đường TG (Thermogravimet) biểu thị sự giảm trọng lượng nước trong khoáng sét theo nhiệt độ nung mẫu của các tầng đất chúng tôi thu được kết quả theo bảng 5, thấy rằng tỷ lệ

% giảm trọng lượng nước ở các khoáng sét 2 lớp của Kaolinit khá lớn từ 6-8%

Bảng 3: Thành phần hoá học của một số loại đất Việt Nam (dán bảng ngang vào trang này)

Bảng 4: Thành phần cơ giới của các loại đất đỏ vàng và đất đen

cấp hạt ∅ mm

Loại đất Độ sâu 1 - 0,25 0,25 -

0,05

0,05 - 0,01

0,01 - 0,005

0,005 - 0,001

< 0,001

Đất đỏ nâu

trên Bazan

0 - 20

20 -40

60 - 80 100-120

2,53 3,22 1,75 1,47

6,34 9,40 7,12 6,55

11,13 8,35 8,34 8,27

8,45 5,07 6,20 7,15

10,15 9,34 6,85 6,43

64,41 65,67 69,65 70,58

Đất đỏ vàng

trên phiến

Mica

0 - 20

20 - 35

35 - 70

3,05 2,30 2,35

8,72 7,43 6,57

11,17 10,40 12,40

8,25 4,65 8,30

10,78 4,18 14,08

52,54 47,25 35,60

70 - 85 1,70 9,34 17,50 7,28 11,37 37,20

Đất vàng đỏ

trên Granit

0 - 20

30 -40

40 -60

7,44 9,35 10,55

10,45 12,50 14,60

16,42 11,20 10,32

7,43 5,40 8,19

12,56 10,35 11,64

35,30 51,20 42,70

Đất đen

trên sản

phẩm đọng

Cácbonát

0 - 20

20 - 43

43 - 75

75 - 120

1,95 3,9 1,36 1,75

2,74 5,69 4,99 5,01

16,13 10,04 11,12 11,50

15,31 11,39 11,48 9,82

26,62 11,43 24,76 20,52

28,44 49,91 43,21 45,58

Đất đen

trên đá

Sepentinit

0 - 15

15 - 35

35 - 75

3,08 1,21 2,61

10,20 11,24 15,75

27,93 30,14 14,43

7,47 4,43 10,91

15,23 16,78 18,36

39,37 48,60 48,52

Bảng 5: Phân tích nhiệt (TG): Trọng lượng nước giảm của các khoáng sét đất trên Bazan

Độ sâu tầng đất (cm) Khoảng nhiệt độ (0C) Trọng lượng giảm

(mg)

Tỷ lệ % trọng lượng

giảm

0 -20

0 - 250

450 - 590

0 - 1000

14

22

56

4,12 6,29 16,0

20 - 40

0 - 250

40 - 200

430 - 620

0 - 1000

26

21

53

112

3,71 3,00 7,57 16,00

40 - 60

0 - 250

60 - 180

460 - 620

0 - 1000

27

23

43

102

4,5 3,8 7,17 17,0

60 - 80

0 - 250

50 - 170

490 - 640

0 - 1000

27

21

42

106

3,9 3,0 6,0 15,1

80 - 100

0 - 250

30 - 160

400 - 640

0 - 1000

26

20

56

112

3,71 2,86 8,00 16,00

H.5: Đất đỏ nâu trên Bazan

H.6: DTA - đất đỏ nâu trên Bazan

- Bằng phương pháp tia Runtgen cho thấy rằng trên tất cả các đường XRD của các mẫu dất, hiệu ứng 7,14-7,20λ và 3,56λ của Kaolinit khá rõ rệt (hình 5) Đường XRD của các tầng đất

trong phẫu diện (hình 7) cũng nh− trong các cấp hạt khác nhau từ 56 àm đến <2àm cũng cho thấy Kaolinit chiếm −u thế tuyệt đối (hình 8)

H.7: XRD- Đất

đỏ nâu trên đá

Bazan

H.8: XRD-Đất đỏ nâu trên đá Bazan

Để kiểm tra lại, chúng tôi đã xử lý một mẫu keo ở 550-560°C thì thấy các pick 7,14λ và 3,56λ biến mất, chứng tỏ đó là kaolinit Đây cũng là loại đất duy nhất chúng tôi không thấy xuất hiện hiệu ứng của SiO2 và khoáng sét Mica, đó là do thành phần khoáng vật của đá Bazan rất nghèo SiO2 và hầu nh− không có Mica Khi xác định hàm l−ợng khoáng sét của đất bằng tia Runtgen với việc dùng mẫu chuẩn trong Bohmit, chúng tôi cũng nhận thấy hàm l−ợng của Kaolinit trong cấp hạt sét khá cao (≈ 20%), cao nhất trong tất cả các loại đất chính của Việt Nam (bảng 6)

Bảng 6: Hàm lượng (%) của một số khoáng sét và khoáng vật

trong đất Bazan (trong cấp hạt sét)

Loại khoáng H: Chiều cao Pick (cm)

V: Chiều cao Pick khoáng/chiều cao Pick Bohmit

V trung

% khoáng

Kaolinit

(d=7,14)

3,8 0,32 4,1 0,36 3,8 0,34 0,34 16

Thạch anh

(d=3,34)

Kaolinit

(d=3,57)

4,5 0,38 4,1 0,36 3,7 0,33 0,36 20

Gơtit

(d=2,69)

4,0 0,34 3,1 0,28 3,9 0,34 0,32 6,1

- Bằng phương pháp chụp kính hiển vi điện tử tia xuyên chụp thẳng (ảnh 1) và chụp nối Sterio (ảnh 2), chúng tôi cũng thu được kết quả khá rõ ở ảnh 1 cho thấy các tinh thể dạng phiến

6 cạnh của Kaolinit phân bố rải rác, không thấy có dạng vẩy to của khoáng Mica hoặc tinh thể thô của thạch anh xen vào Đặc biệt ở ảnh chụp nổi hiện tượng tinh thể khoáng Kaolinit được khoáng sét Gơtit bao bọc sần suì rất rõ Hiện tượng này cũng được các nhà khoáng sét học CHDC

Đức (Stởrr, Schaumburg 1975) xác nhận ở đất đồi nhiệt đới của Cuba

Như vậy bằng các phương pháp khác nhau, chúng tôi đều đi đến kết quả rằng ở đất đỏ nâu Bazan có quá trình Ferralit điển hình nhất ở nước ta, khoáng sét Kaolinit chiếm ưu thế tuyệt đối

A1: HDVT - Đất đỏ nâu trên đá Bazan

A2: HDVT (chụp nổi) - đất đỏ nâu trên đá Bazan

II Đất vàng đỏ trên Granit

Granit là đá macma axit xâm nhập điển hình, có thành phần khoáng vật khác hẳn đá macma bazơ bazan, gồm chủ yếu Thạch anh, Benspat, Mica Vì vậy đá có cường độ phong hoá kém, sản phẩm phong hoá thường thô Granit lại thường phân bố ở các địa hình khá cao, dốc của vùng núi nước ta, nhiều nơi đất bị rửa trôi, xói mòn mạnh nên tầng đất mỏng, thành phần cơ giới nhẹ, tỷ lệ cấp hạt sét thấp <30% (bảng 3), đất nghèo dinh dưỡng hơn đất trên đá Bazan và một số loại đá mẹ khác (bảng 3) Chỉ có hàm lượng kali trong đất là khá hơn cả do thành phần khoáng vật của đá mẹ giàu kali Như chúng ta đều biết, kali là một nguyên tố vô cơ của đất nằm chủ yếu trong thành phần khoáng nguyên sinh Mica trắng (Muscovit) hoặc Mica đên (Biotit) và Benspat cũng như nằm giữa các phiến tinh thể khoáng sét 3 lớp Illit, Vecmiculit, Hydromica.Đất trên Granit kali nầm trong khoáng nguyên sinh hay khoáng sét cũng là một vấn đề cần quan tâm đối với cá nhà thổ nhưỡng vì nó có liên quan đến chế độ kali cho cây trồng Theo kết quả xác định thành phần khoáng sét trong đất này của Trần Khải - Nguyễn Vy (1969) thì trong cấp hạt sét của

đất ngoài khoáng sét Kaolinit còn có mặt khoáng Illit, Vecmiculit là các loại khoáng sét 3 lớp giàu kali Chúng tôi tiếp tục nghiên cứu trên 2 loại đất này của vùng cao nguyên Tây Nguyên, ở

Đắc Lắc và cao nguyên cổ Kontum, có kết quả như sau:

- Trên đường nhiệt sai DTA (hình 9) của 2 mẫu đất đều thấy xuất hiện hiệu ứng thu nhiệt

ở 125-140°C của khoáng sét Mica (Illit, Vecmiculit) và ở 560°C của Kaolinit khá sâu và nhọn, chứng tỏ trong đất tồn tại cả 2 khoáng sét này

- Trên đường XRD của keo sét mẫu đất cũng cho thấy bên cạnh các pick lớn của Kaolinit (ở 7,19 ; 7,20 và 3,56λ) có các pick của khoáng sét Mica khá rõ (ở 10 và 4,95-4,98λ) Như vậy trong keo sét có cả khoáng sét 2 lớp Kaolinit và khoáng sét 3 lớp của Mica, trong đó khoáng Kaolinit có phần ưu thế hơn qua hiệu ứng tia X cao và nhọn hơn (hình 9)

H.9: Đất vàng đỏ trên Granit

- Quan sát ảnh chụp dưới kính hiển vi điện tử tia xuyên, chúng tôi cũng nhận thấy thành phần khoáng sét bao gồm cả Kaolinit với tinh thể 6 cạnh đều và khoáng sét Mica với những tinh thể dạng vẩy to sắp xếp lộn xộn (ảnh 3)

Các kết quả xác định trên như vậy cũng tương tự như kết quả của Nguyễn Vy làm trên mẫu đất Granit vùng Bắc Việt Nam Sự xuất hiện trong đất trên Granit cả 2 loại khoáng sét chứng

tỏ rằng sự tạo khoáng ở đây không chỉ phụ thuộc vào quá trình Ferralit hoá mà còn chịu ảnh hưởng sâu sắc của thành phần khoáng vật cũng như mức độ phá huỷ của đá mẹ

A3: HVDT - Đất đỏ vàng trên đá Granit

III Đất đỏ vàng trên đá phiến sét và phiến Mica

Đây là các loại đất thuộc loại phát triển trên các đá trầm tích và biến chất khá phong phú

và phổ biến ở nước ta Chúng phân bố rải rác, xen kẽ khắp nơi từ vùng đồi núi phía Bắc đến Nam trung bộ và cũng đã được con người khai phá sử dụng từ lâu Nhìn chung đất trên đá phiến sét và phiến Mica có quá trình phong hoá hoá học mạnh do khoáng vật dễ bị phá huỷ dưới điều kiện nóng ẩm Vì vậy chúng thường có tầng đất khá dầy và giàu sét (bảng 4) Song xét về tính chất hoá học của chúng thì khá khác nhau bởi địa hình và thành phần khoáng vật đá mẹ chi phối (bảng

3) Khi nghiên cứu thành phần khoáng sét ở đất này, các tác giả Fridland (1973); Nguyễn Vy - Trần Khải (1976) đã thấy rằng đất trên đá sét thì khoáng Kaolinit còn có cả Hydromica, Vecmiculit Như vậy phải chăng sự tồn tại khoáng sét của các đất trên các loại đá mẹ giàu Mica

đều khác với các đất trên các loại đá mẹ khác trong cùng điều kiện Ferralit của vùng đồi núi nhiệt đới ? Để nghiên cứu thêm đặc điểm này, chúng tôi đã xác định khoáng sét trên mẫu đất của

đá phiến sét thuộc tỉnh Sơn La - vùng Tây bắc và đất của đá phiến Mica vùng Tam thanh - Vĩnh phú, kết quả như sau:

- Phân tích nhiệt sai các tầng đất của phẫn diện đất trên phiến Mica (hình 10) chúng tôi thu được hiệu ứng thu nhiệt ở 550-560°C và toả nhiệt ở 900°C của Kaolinit khá rõ, sâu nhất là ở lớp đất mặt và yếu dần xuống các lớp dưới; chứng tỏ ở đây sự tạo khoáng sét chịu ảnh hưởng của quá trình Ferralit Hiệu ứng 300-340°C chứng tỏ đất giàu khoáng Gơtit Sự xuất hiện khoáng sét

3 lớp của Illit, Vecmiculit không đáng kể

Trên đường TG của phẫu diện đất này tỷ lệ % giảm trọng lượng của Kaolinit cũng nhiều hơn cả, khoảng từ 4-5% (bảng 7)

Bảng 7: Phân tích nhiệt (TG): Trọng lượng nước giảm

của các khoáng sét trên đá sét

Độ sâu tầng đất

(cm)

Khoảng nhiệt độ (0C)

Trọng lượng giảm (mg)

Tỷ lệ % trọng lượng

giảm

0 -20

0 - 250

30 - 180

240 - 370

400 - 600

0 - 1000

32

24

33

28

106

5,25 3,93 5,41 4,49 17,38

20 - 60

0 - 250

190 - 340

430 - 570

29

32

33

4,60 5,08 5,24

H.10: DTA - đất đỏ vàng trên phiến Mica

0 - 1000 110 17,40

60 - 80

0 - 250

230 - 350

460 - 600

0 - 1000

26

39

27

114

3,71 5,57 3,86 16,29

80 - 100

0 - 250

230 - 330

0 - 1000

6

22

50

0,86 3,14 7,14

100 - 120

0 - 250

240 - 360

470 - 590

0 - 1000

15

11

8

49

2,38 1,75 1,27 7,78

- Phân tích bằng tia Runtgen thành phần khoáng sét của các cấp hạt 56àm đến <2àm của đất trên phiến sét cũng thấy rằng khoáng Kaolinit là chủ yếu (hình 11) Và khi xác định hàm l−ợng khoáng sét thì Kaolinit cũng trội hơn cả (≈ 13%), trong khi đó Illit chỉ ≈ 5% (bảng 8)

H.11: XRD - Đất vàng đỏ trên phiến sét

Bảng 8: Hàm l−ợng của một số khoáng sét và khoáng vật

chủ yếu trong đất trên đá phiến sét

Loại khoáng H: Chiều cao Pick (cm) 3 lần đo

V: Chiều cao Pick khoáng chiều cao Pick Bohnyt

V trung %

khoáng

Kaolinit

(d=7,14)

2,9 0,25 2,3 0,20 2,9 0,25 0,24 13,4

Thạch anh

(d=4,26)

9,7 0,42 11,9 0,54 9,7 0,40 0,45 15,8

Kaolinit

(d=3,56)

2,7 0,24 2,3 0,20 2,6 0,23 0,22 12,7

Thạch anh

(d=3,34)

26,6 02,29 28,3 2,48 25,9 2,21 2,32 17,3

- Kết quả xác định khoáng sét bằng tia Runtgen của phẫu diện đất trên phiến Mica thì cho thấy rằng ở 2 lớp đất phía trên (0-55 cm) có cả Kaolinit (7,14 và 3,56λ) và khoáng sét mica Illit (10λ) Vecmiculit (4,95λ), trong đó khoáng Kaolinit cho hiệu ứng mạnh hơn (hình 12) Ngược lại xuống các tầng dưới (55 cm; sản phẩm phong hoá) thì khoáng sét Mica lại trội dần lên, còn Kaolinit thì ít hẳn đi, chứng tỏ sự xuất hiện khoáng sét Mica ở đây là do đá mẹ quyết định và Kaolinit nhiều trên lớp mặt là do quá trình Ferralit chuyển hoá Illit, Vecmiculit thành Kaolinit

- Dưới kính hiển vi điện tử tia xuyên chúng tôi cũng nhận thấy rõ (ảnh4) sự xuất hiện cả Kaolinit và khoáng sét Mica xen kẽ nhau; ảnh 5 chụp nổi (Sterio) mẫu khoáng sét của đất này

H.12: Đất đỏ vàng trên phiến Mica