Chuong 3 chat huu co trong dat

CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT

Chương 3: Chất hữu cơ trong đất _________________________________________________________________________________________________________________ CHƯƠNG V CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT __________________________________________________________ Chất hữu cơ ảnh hưởng đến tính chất vật lý và hóa học trong đất. Thông thường nó giải thích 1/3 (hoặc hơn 1/3) khả năng trao đổi cation của đất mặt và là nguyên nhân gây ra tính ổn đònh của các kết tập trong đất hơn bất cứ một yếu tố đơn lẽ nào khác. Hơn nữa, chất hữu cơ cung cấp năng lượng và thành phần nuôi sống vi sinh vật. 3.1. Nguồn chất hữu cơ Nguồn gốc của chất hữu cơ trong đất là những mô thực vật. Dưới những điều kiện tự nhiên, hàng năm, nhiều phần của thực vật đã cung cấp cho đất một lượng lớn tàn dư thực vật, Ngay cả đối với những hoa màu được thu hoạch thì vào khoảng 1/10 đến 1/3 lá của chúng cũng đã rơi xuống mặt đất và giữ ở đó hoặc kết chặt vào trong đất. Thải vật của rễ cây thì luôn luôn được giữ lại trong đất. Khi những tàn dư thực vật bò phân hủy và rồi được tiêu hóa bởi vi sinh vật, chúng trở thành một phần đất nằm bên dưới do bởi tính thấm hoặc bởi tính kết chặt vật lý. Như đã đề cập, những tàn dư thực vật bậc cao cung cấp thức ăn cho vi sinh vật đất, và lần lượt tạo ra những hợp chất ổn đònh giúp duy trì một lượng nào đó của chất hữu cơ trong đất. Động vật được xem như nguồn thứ cấp của chất hữu cơ trong đất. Khi chúng sử dụng những mô thực vật, chúng đóng góp những chất thải và để lại cơ thể riêng của chúng sau khi hoàn tất chu kỳ sống. Những hoạt động trong đời sống của động vật, như trùng đất, mối và kiến, cũng đóng một vai trò quan trọng trong sự hoán chuyển của đất và tàn dư thực vật: chúng mang vật liệu đất hoặc tàn dư thực vật từ nơi nầy sang nơi khác. 3.2 Tàn dư thực vật Lượng ẩm độ của tàn dư thực vật khá cao, biến thiên từ khoảng 60 – 90%, đại diện khoảng 75% ẩm độ ở Hình 5.3a. Tính trên trọng lượng, chất khô gồm phần lớn là carbon và oxygen, với một lượng hydrogen nhỏ hơn 10% và các nguyên tố vô cơ (tro); tuy nhiên, tính trên cơ sở của các nguyên tố (số nguyên tử của các nguyên tố), thì hydrogen chiếm ưu thế. Ở những tàn dư thực vật tiêu biểu, có 8 nguyên tử hydrogen cho mỗi 3,7 nguyên tử carbon và 2,5 nguyên tư oxygen. Ba nguyên tử nầy ảnh hưởng rất lớn đến phần lớn mô thực vật trong đất. Dù những nguyên tố khác chỉ hiện diện ở một lượng nhỏ, nhưng chúng đóng vai trò quan trọng trong dinh dưỡng cây trồng và những đòi hỏi cần thiết cho cơ thể sinh vật đất. Những nguyên tố thiết thực như oxygen, sulfur, phosphorous, potasium (kalium), calcium, và magnesium có ý nghóa đặc biệt. Những nguyên tố nầy sẽ được giải thích ở phần dưỡng chất trong đất. Những hợp chất hữu cơ thực sự trong những mô thực vật thì rất nhiều và đa dạng; tuy nhiên, chúng có thể xếp lại thành một vài lớp (classes) được trình bày ở Hình 5.3a. ____________________________________________________________________________ Giáo trình: Xử lý ô nhiễm đất Chương 3: Chất hữu cơ trong đất _________________________________________________________________________________________________________________ 3.3. Thành phần tổng quát của những hợp chất (General composition of compounds) Carbohydrate, đây là chất có dạng khá phức tạp từ những chất đường và tinh bột đơn giản cho đến những cellulose thì thường nổi bật nhất của hợp chất hữu cơ được tìm thấy trong thực vật. Lignin, là những hợp chất phức tạp với cấu trúc vòng, được tìm thấy trong mô của những thực vật già hơn và đặc biệt là những mô gỗ. Chúng có khả năng chống chòu với sự phân hủy. Đối với mở và dầu, mà chất nầy hơi phức tạp hơn chất carbohydrate nhưng ít phức tạp hơn lignin, thì được tìm thấy chủ yếu trong hạt thực vật. Theo lý thuyết thì khi sử dụng một dung môi mạnh như NaOH (0.1M) thì có thể lấy lại được hầu hết chất mùn từ đất; tuy nhiên, chú trọng vào đặc tính hóa học của mùn là một vấn đề vì có vài nghi ngờ rằng những hợp chất trong phần trích ra thì giống như là những hợp chất. Hình 3.3a. Biểu đồ tổng quát các thành phần của chất hữu cơ trong đất: carbohydrate, lignin, protein, và nước. Nguồn: Brady, 1990. Protein chứa (thêm những carbon, oxygen và hydrogen) nitrogen, và những lượng nhỏ của các nguyên tố thiết yếu khác như sulfur, manganese, đồng, và sắt. Protein là nguồn thứ cấp của những nguyên tố thiết yếu nầy. Những protein đơn giản được phân hủy dễ dàng trong khi ____________________________________________________________________________ Giáo trình: Xử lý ô nhiễm đất 75% 25% Nước Protein 10% Lignin 25% Carbohydrate 60% Others 5% Tro 8% Hydrogen 8% Carbon 44% Oxygen 40% Đường và tinh bột (1 – 5%) Hemicellulose (10-30%) Cellulose (20-50%) Dung dòch-nước và Protein thô (1-15%) Mỡ, chất xáp, Tanin (1-8%) Những loại hợp chất Thành phần nguyên tố Chất khô Chương 3: Chất hữu cơ trong đất _________________________________________________________________________________________________________________ nhiều protein thô phức tạp khác tạp khác thì bò phân hủy khó hơn do khả năng chống lại sự phân hủy của chúng. Protein được chuyển hóa (metabolized) nhanh chóng và sự phân giải protein (proteolysis) có thể bắt đầu từ những lá già trước khi chúng rơi xuống mặt đất. Sản phẩm cuối cùng là những amino acids và một vài hoặc tất cả các acids nầy có thể được sử dụng trong sự tổng hợp protein do vi sinh vật. Cho dù có dư thừa N-amino cho nhu cầu của vi sinh vật hay không thì sự khoáng hóa cũng có thể xảy ra là nhờ vào tỷ số C/N của chất hữu cơ nền và những đặc tính của những vi sinh vật phân hủy. Tổng quát, khi tỷ số C/N > 25, sự bất động xảy ra, ngược lại khi tỷ số C/N < 25 thì tiến trình khoáng hóa xảy ra. Những hợp chất vòng, như chlorophyll, thì không dễ dàng bò khoáng hóa, nhưng ki-tin (chitin) của biểu bì côn trùng và vách tế bào nấm, chất trùng hợp glucosamine thì cuối cùng bò phân hủy thành glucose và Nh 4 + . Hầu hết các acid hữu cơ thực vật thì sẵn sàng bò phân hủy, không như mở, sáp và nhựa có thể lưu tồn trong đất ở một khoảng thời gian nào đó. 3.4. Sự phân hủy của các hợp chất hữu cơ 3.4.1. Tốc độ phân hủy Tốc độ phân hủy chất hữu cơ thay đổi khá lớn tùy thuộc vào các hợp chất khác nhau. Chúng có thể liệt kê tổng quát theo sự dễ dàng bò phân hủy của từng hợp chất tất cả các hợp chất hữu cơ thường bắt đầu phân hủy một cách tuần tự khi mô thực vật đưa vào đất. Đường và những protein đơn giản bò phân hủy nhanh nhất; trong khi đó, lignin thì có tính chống chòu cao nhất nên thời gian bò phân hủy rất chậm. Khi mô hữu cơ đưa vào trong đất, ba phản ứng tổng quát xảy ra. 1. Toàn bộ các vật liệu đều trải qua một sự oxid hóa enzyme với carbon dioxide (CO 2 ), nước, năng lượng, và nhiệt như những sản phẩm chính. 2. Những nguyên tố thiết yếu như nitrogen, phosphorous, và sulfur được giải phóng và/hoặc bất động bởi một chuỗi của những phản ứng đặc trưng riêng cho mỗi nguyên tố. ____________________________________________________________________________ Giáo trình: Xử lý ô nhiễm đất 1. Đường, tinh bột, và những protein đơn giản Phân hủy nhanh 2. Những protein thô 3. Hemicelluloses 4. Cellulose 5. Mở, sáp . 6. Ligins Phân hủy chậm Chương 3: Chất hữu cơ trong đất _________________________________________________________________________________________________________________ 3. Những hợp chất có khả năng đề kháng lại sự hoạt động của những vi sinh vật thì được tìm thấy hoặc thông qua sự biến đổi của những hợp chất nầy trong mô thực vật nguyên thủy hoặc bởi sự tổng hợp của vi sinh vật. (nhìn chung, những hợp chất có tính đề kháng nầy gồm có mùn đất). 3.4.2. Sự phân hủy – một tiến trình oxid hóa Trong điều kiện đất thoáng khí tốt, tất cả các hợp chất hữu cơ được tìm thấy trong tàn dư thực vật dễ bò oxid hóa. Từ sự oxid hóa của những vật liệu thực vật gồm một lượng lớn carbon và hydrogen, sự oxid hóa của nhữnghợp chất hữu cơ trong đất có thể được đại diện bằng công thức tổng quát sau: Nhiều phản ứng trung gian xảy ra trong phản ứng tổng quát nầy, và nó kèm theo những phản ứng quan trọng gồm những nguyên tố khác hơn là carbon và hydrogen. Dù thế nào đi nữa, phản ứng cơ bản nầy giải thích cho hầu hết sự phân hủy của chất hữu cơ trong đất cũng như sự tiên thụ oxygen và phóng thích ra carbon dioxide. 3.4.2.1. Sự hủy hoại của protein Protein thực vật cũng không chống nổi sự phân rã bởi vi sinh vật, và rồi chúng chỉ không sinh carbon dioxide và nước mà cón có amino acid như glycine (CH 2 NH 2 COOH) và cystein (CH 2 HSCHNH 2 COOH). Lần lượt những hợp chất nitrogen và sulfur nầy cũng sẽ bò phân rã, cuối cùng sinh ra những ions đơn giản như NH 4 , NO 3 - và SO 4 2- . 3.4.2.2. Thí dụ của sự phân rã chất hữu cơ Tiến trình phân rã chất hữu cơ theo diễn biến thời gian được minh họa ở Hình Đầu tiên, tình huống không có vật liệu sẵn sàng để phân hủy hiện diện trong đất và ở đây sự hoạt động và mật độ của vi sinh vật rất thấp. Khi một lượng lớn mô thực vật đưa vào trong đất, các vi sinh vật tấn công các hợp chất hữu cơ đơn giản như đường, tinh bột, và cellulose để phóng thích ra carbon dioxide (CO 2 ) và nước. Cùng thời điểm nầy, mật độ vi sinh vật đột ngột gia tăng. Và rồi, ngay sau khi hoạt động của vi sinh vật đạt đến tột đỉnh, ngay đỉnh nầy năng lượng được giải phóng một cách nhanh chóng, và một lượng lớn CO 2 và nước được hình thành, và khi đó, những hợp chất hữu cơ mới được tổng hợp bởi các vi khuẩn. Các hoạt động phân hủy và tổng hợp của các vi khuẩn tia (actinomyces), nấm và vi khuẩn đa năng được thực hiện cùng một thời gian. Mô vi khuẩn, ở một lúc nào đó, có thể giải thích 1/3 lượng chất hữu cơ trong đất. Ngay thời điểm mà hoạt động của vi khuẩn khá cao thì ngay cả các chất hưu cơ nguyên thủy trong đất cũng dễ bò vỡ ra. ____________________________________________________________________________ Giáo trình: Xử lý ô nhiễm đất (C, 4H) + 2O 2 CO 2 + H 2 O + năng lượng Enzyme Oxid hóa Chương 3: Chất hữu cơ trong đất _________________________________________________________________________________________________________________ Ngay sau khi thực phẩm dễ phân hủy được dùng hết, mật độ của các vi sinh vật bò giảm xuống. Khi các tế bào vi khuẩn chết, cơ thể của chúng được sử dụng bởi các vi khuẩn đang sống, và như thế có một sự phát triển liên tục của carbon dioxide và nước. Khi sự khử các thực phẩm và năng lượng xảy ra, hoạt động của các vi khuẩn tiếp tục giảm thấp, và những vi sinh vật đất đa năng quay lại tình trạng thụ động tương đối. Điều nầy liên quan đến việc phóng thích các sản phẩm đơn giản như nitrate và sulfate. Chất hữu cơ còn lại ngay thời điểm nầy thì hầu hết là khối keo không đồng nhất có màu đậm, những hợp chất có tính kháng lại sự phân hủy và các chất tổng hợp mới được xem như chất mùn (humus). Như vậy, những sản phẩm hoạt động của enzyme trong đất bao gồm: (a) Năng lượng được sử dụng do bởi vi sinh vật hoặc được giải phóng như nhiệt; (b) Carbon dioxide và những sản phẩm cuối cùng khác; và (c) Chất mùn 3.4.2.3. Năng lượng của chất hữu cơ Lượng năng lượng mà vi sinh vật đất sử dụng để tiêu hóa tàn dư thực vật và chất mùn thì cao một cách đáng kể. Cho thí dụ, áp dụng 20 tấn phân bón có chứa 500kg chất khô hàm chứa vào khoảng 105 triệu kilojoules (Kj) (khoảng 25 triệu kilo calori (Kcal)) năng lượng tiềm tàng. Lượng nầy tương đương với năng lượng của hơn 3 tấn than anthrcite. Năng lượng tiềm tàng của lớp mỏng được cày trên một hectare đất với 4% chất hữu cơ thì có khoảng 400 triệu Kcal, tương đương với giá trò nhiệt của 50 tấn than anthracite hoặc 225 thùng dầu. Nếu tất cả năng lượng nầy được chuyển sang nhiệt, nó sẽ đủ để nâng nhiệt độ đất (ở 20% ẩm độ) lên 600 o C. Trong tiến trình tiêu hoá, hầu hết năng lượng bò mất đi như nhiệt, chỉ một lượng nhỏ được sử dụng cho quá trình hoạt động của vi sinh vật. Nhiệt độ cao của đống phân trộn là một minh họa thực tiển của nhiệt bò mất đi. 3.5. Chu trình carbon (Carbon cycle) 3.5.1. Tổng quát về chu trình Khi chất hữu cơ phân rã, carbon dioxide (CO 2 ) ở giữa những sản phẩm phân rã trung gian. Điều nầy cho thấy rằng carbon là thành phần phổ bến của tất cả các chất hữu cơ và sự cần thiết trong tất cả các quá trình sống. Vì thế sự biến đổi của các nguyên tố nầy, được gọi là chu trình carbon (carbon cycle), thì thực ra là chu trình sinh học (biocycle) hoặc “chu trình sống” mà nó làm tồn tại tính liên tục của sự sống trên trái đất. Sự thay đổi nầy được diễn tả ở Hình 3.5.1 Chú ý rằng chất mùn và CO 2 là những thành phần ổn đònh tương đối của chu trình. Chất hữu cơ của đất sinh ra từ những mãnh vụn của thải vật và chất bài tiết của động – thực vật và chúng được lắng tụ trên bề mặt cũng như trộ lẫn vào trong đất ở một phạm vi có thể với các thành phần của khoáng. Những chất hữu cơ chết bò chiếm hữu bởi một số loài vi sinh vật, ____________________________________________________________________________ Giáo trình: Xử lý ô nhiễm đất Chương 3: Chất hữu cơ trong đất _________________________________________________________________________________________________________________ mà hầu hết những loài nầy rất quan trọng. Những vi sinh vật nầy lấy năng lượng từ sự phân hủy oxid hóa của các phân tử hữu cơ phức tạp để sử dụng cho sinh trưởng của chúng. Trong suốt quá trình phân hủy, những nguyên tố thiết yếu đượïc biến đổi từ hợp chất hữu cơ thành những dạng vô cơ đơn giản, đặc biệt là nitrogen, sulfur và phosphourus; và tiến trình nầy được gọi là sự khoáng hóa (mineralization). Thí dụ, khi protein bò tấn công bởi vi sinh vật, amino acid xuất hiện. Lần lượt, sản phẩm nầy bò hủy hoại để tạo ra hợp chất đầu tiên là ammonium và sulfides, cuối cùng là nitrates và sulfates. Sự hủy hoại tương tự của các hợp chất hữu cơ phóng thích ra phosphate vô cơ như các cations: Ca 2+ , Mg 2+ , và K + . Một thí dụ khác, các nguyên tố N. P và S liên kết hữu cơ như những ions NH 4 + , H 2 PO 4 và SO 4 2- , và vào khoảng phân nữa carbon (C) được phóng thích ra như CO 2 . Sự khoáng hóa, đặc biệt là sự phóng thích ra CO 2 , thì quan trọng cho sự sinh trưỏng phát triển của cây xanh. Phần còn lại của C được sử dụng vi sinh vật, và C được kết hợp chặt và tế bào chất hoặc sinh khối của chúng. Sự kết hợp chạt nầy đã khiến cho các nguyên tố không hữu dụng cho cây trồng cho đến khi các sinh vật nầy bò chết đi và bò phân hủy, tiến trình nầy gọi là sự bất động (immobilization). Những thải vật của sinh vật cùng với những phầ khó phân hủy của chất hữu cơ nền nguyên thủy được tích lũy trong đất. Những tiến trình phối hợp khác nhau của sự tổng hợp và phân hủy mà thông qua đó carbon được luân chuyển qua đất, thực vật, động vật và không khí gọi là chu trình carbon. Hầu hết những ions vô cơ giải phóng ra bởi sự phân hủy thì sản sàng hữu dụng cho thực vật bậc cao và vi sinh vật. Mặc dù nitrates và sulfates dễ rữa trôi, nhưng phosphates có khuynh hướng được giữ lại trong những hợp chất không hòa tan như calcium, sắt, và nhôm. Trong tất cả các trường hợp, chất phân rã của mô hữu cơ là nguồn quan trọng của những nguyên tố nầy. ____________________________________________________________________________ Giáo trình: Xử lý ô nhiễm đất Chương 3: Chất hữu cơ trong đất _________________________________________________________________________________________________________________ Hình 3.5.1. Chu trình carbon trong tự nhiên Khi chất hữu cơ phân rã, các cations như Ca 2+ , K + , Na + , và Mg + được phóng thích ra dung dòch đất và bò hấp phụ bởi những keo sét mang điện tích âm. Những cations nầy có thể được giải phóng sau đó, một số cations được thực vật hấp thu, và một số sẽ mất đi do nước rữa trôi ra ngoài. Khi chất hữu cơ phân rã, carbon dioxide là một sản phẩm ở giữa những sản phẩm trung gian. Điều nầy cho thấy rằng carbon là thành phần phổ biến của tất cả các chất hữu cơ và thực sự cần thiết trong tất cả các quá trình sống. 3.5.2. Sự phóng thích carbondioxide Thông qua tiến trình tổng hợp, CO 2 được đồng hóa bởi thực vật bậc cao và biến đổi thành những hợp chất hữu cơ. Khi những chất hữu cơ nầy đưa vào trong đất như những tàn du thực vật, chúng sẽ bò tiêu hóa và CO 2 được tạo ra. Hoạt động vi sinh vật là nguồn chính của CO 2 mặc dù một lượng đáng kể đến từ sự hô hấp của rể thực vật, và một lượng nhỏ hòa tan được mang xuống từ nước mưa. Trong điều kiện tối hảo, trên 100 kg CO 2 /ha có thể được tạo ra trong ngày, thường thì trung bình khoảng 20 – 30 kg. rất nhiều lượng CO 2 trong đất thoát ra bên ____________________________________________________________________________ Giáo trình: Xử lý ô nhiễm đất  Quang hợp Trùng đất động vật lớn Con người Động vật Tàn dư, chất thải và phân xanh Mặt đất CO 2 Phản ứng Carbonates và bicarbonates Trực di CO 2 và mùn Vi sinh vật CO 2 CO 2 Dưỡng chất Dưỡng chất Tàn dư TV   CO 2 Chương 3: Chất hữu cơ trong đất _________________________________________________________________________________________________________________ ngoài khí trong đất thoát ra bên ngoài khí quyển, và tại đây một lần nữa, nó có thể được sử dụng bởi thực vật; như vậy đã hoàn tất một chu trình. Một lượng CO 2 trong đất, thông qua vài phản ứng, sản sinh ra acid carbonic (H 2 CO 3 ), carbonate (CO 3 2- ), bicarbonate calcium (CaCO 3 ), - magnesium, - potasium, và cations kiềm khác. Bicarbonate thì sẵn sàng hòa tan và có thể bò di chuyển đi ra bên ngoài do thoát thủy hoặc được sử dụng bởi thực vật bậc cao. Sự phân rã các chất hữu cơ có thể dẫn đến hình thành các sản phẩm carbonate khác. Một lượng nhỏ carbonate cơ bản được tìm thấy trong đất. Dưới điều kiện yếm khí, methane (CH 4 ) và carbon disulfur (CS 2 ) có thể được sinh ra nhưng ở một lượng nhỏ. Trong tất cả các sản phẩm carbon đơn giản , thì CO 2 chiếm ưu thế nhất, đây cũng là niềm hạnh phúc của nhân loại, và quan trọng nhất 1 (Brady, 1990). Chu trình carbon bao hàm tất cả bởi vì nó bao gồm không chỉ đất, hệ động vật, hệ thực vật và những thực vật bậc cao nhưng bao gồm luôn cả đời sống của động vật, kể cả con người. Sử hỏng hóc nào đó trong chức năng của nó thì có nghóa là phá hủy tất cả. 3.6. Tiến trình di động và tích lũy của chất hữu cơ 3.6.1. Tiến trình di động (Process of mobilization) Trong suốt quá trình phân rã từ từ của tàn dư thực vật nằm trong lớp rác mục trên bề mặt đất và bên trong đất khoáng, một phần những sản phẩm trung gian giữa tàn dư thực vật còn tươi và những sản phẩm bò phân rã sau cùng (CO 2 , H 2 O, NH 3 ) là những hợp chất hữu cơ khá đơn giản giống như saccharides hoặc các acid hữu cơ như CH 3 COOH, (COOH) 2 hoặc những phân tử hữu cơ lớn hoà tan giả (pseudosoluble) như acid fulvic hoặc humic acid. Tính di động của cả hai chất hữu cơ dạng acid nầy là do những đặc tính sau: 1. Đặc tính thấm nước của những chất nầy, do sự hiện diện của nhiều nhóm, và 2. Sự hiện diện của tỉnh điện, do sự phân ly của vài nhóm acid để tạo ra sự hình thành của nhóm –COO - mang điện âm và một lớp đôi (double layer) tiếp xúc với nước. R-COOH ----------> R-COO - + H + Trong đất với sự luân chuyển chậm, những hợp chất hoà tan và hoà tan giả nầy tồn tại một thời gian đủ để di chuyển xuống bên dưới nhờ vào nước mưa. Một đặc tính quan trọng khác của những chất nầy là chúng có lực phức hợp của những ions kim loại. Nếu những ions nầy hiện diện ở thể hữu dụng, chúng được phức hợp và có thể di động, gắn trên những hợp chất hữu cơ. Do bởi cầu nối hóa học giữa chất hữu cơ và cations, lớp 1 Vấn đề lượng CO 2 thảy ra quá mức là một vấn đề khác ảnh hưởng đến môi trường không đề cập ở đây. ____________________________________________________________________________ Giáo trình: Xử lý ô nhiễm đất Chương 3: Chất hữu cơ trong đất _________________________________________________________________________________________________________________ đôi xung quanh keo hữu cơ biến mất và chúng hết bông. Như vậy, nếu quá nhiều cations hiện diện thì sẽ không có sự hoán vò của phức hợp hữu cơ– kim loại xảy ra. 3.6.2. Tiến trình tích lũy (Process of accumulation) Sự tích lũy của các chất hữu cơ di trú hoặc các phức hợp hữu cơ – kim loại có thể được gây ra bởi những cách khác nhau: 1. Do bởi sự ngưng kết gia tăng của những ions trong suốt quá trình di chuyển xuống các tầng đất bên dưới, độ hòa tan bò giảm từ từ và ở một độ sâu nào đó chúng được kết tủa. 2. Việc làm khô đất có thể gây ra một sự tống khứ của nước hydrate hóa ra khỏi những lỗ trống bên trong những keo, làm cho keo co rút lại và mang những phần riêng biệt của keo đến gần với nhau, và như vậy có thể hình thành những cầu nối proton và liên kết Van de Waals. Với cách nầy sẽ gây ra ít hoặc nhiều tình huống không thuận nghòch khi hình thành các phức hợp hữu cơ – kim loại. 3. Sự ngăn chặn do tính gián đoạn sa cấu. 4. Sự hiện diện của mực thủy cấp mà tại đây những điều kiện khác như pH và nồng độ ions chiếm ưu thế. 3.6.3. Sự kềm giữ (Chelation) Chất hữu cơ với một sự sắp xếp không gian thích hợp của những nhóm phản ứng (-OH, -OH, và -COOH) có thể hình thành phức hợp đồng đẵng với những cations kim loại nhờ vào sự dời chỗ của vài phân tử nước từ cấu trúc hydrate hóa của cation. Phức hợp cấu trúc nhân (inner-sphere) đạt được tính bền bổ sung thông qua “hiệu ứng kẹp” (pincer effects) của nhóm đồng đẳng dẫn đến hợp chất kẹp (chelation compound). Hợp chất kẹp được hình thành với những cations hai hóa trò hoặc đa hóa trò thì bền nhất. Độ bền của các hợp chất kẹp tùy thuộc vào các cations gắn với chúng: Cu > Fe ≈ Al > Mn ≈ Co > Zn. Phức hợp kim loại được hình thành với humic acid thì phần lớn là bất động, nhưng những phức hợp Fe 2+ -polyphenolic thì hòa tan và sự di chuyển xuống bên dưới của chúng đóng góp vào sự hình thành tầng chẩn đoán spodic trong đất podzols (Hình 3.6.3). ____________________________________________________________________________ Giáo trình: Xử lý ô nhiễm đất Hình 3.6.3. Đất có tầng spodic nằm bên dưới một tầng E-albic. Chương 3: Chất hữu cơ trong đất _________________________________________________________________________________________________________________ 3.7. Chất mùn (Humus) Chất mùn là sự pha trộn không đồng nhất của hợp chất hữu cơ phức tạp mà kiến thức của chúng ta về sự hình thành và tính tự nhiên của chúng vẫn chưa hoàn thiện (Brady, 1990). Nhiều nghiên cứu cho rằng hợp chất nầy không chỉ đơn thuần là những nguyên liệu thực vật phân rã. Phần lớn những hợp chất nầy được sản sinh từ những kết quả của hai loại phản ứng sinh hóa học tổng quát: sự phân hủy (decomposition) và sự tổng hợp (synthesis). Sự phân hủy xảy ra khi những hóa chất trong tàn dư thực vật bò phân rã hoặc bò biến đổi mạnh mẽ bởi vi sinh vật. Ngay cả lignin cũng bò chẽ ra và bò phân rã, nhiều đơn vò cấu trúc của chúng bò phá hủy. Những chất hữu cơ khác đơn giản hơn từ kết quả của sự phân rã cũng có thể chiếm một phần tiếp theo của tiến trình hình thành chất mùn, sự tổng hợp sinh hóa. Những chất hữu cơ đơn giản nầy được chuyển hóa thành những hợp chất mới trong m6 cơ thể của vi sinh vật đất. Những hợp chất mới nầy lệ thuộc đến sự biến đổi và tổng hợp sau nầy khi các mô vi khuẩn bò tấn công bởi những vi sinh vật khác. Những phản ứng tổng hợp gồm những sản phẩm bò phân rã như vậy của lignin như phenol và quinone. Những sản phẩm phân hủy hiện diện đầu tiên như những phân tử độc lập được gọi là đơn phân tử (monomers), và các đơn phân tử nầy nhờ vào xúc tác enzyme kích thích để kết hợp với nhau trở thành những chất cao phân tử (polymers). Do tiến tiến trình nầy (được gọi là sự trùng hợp - polymerization), các chất polyphenols và polyquinones được hình thành. Những hợp chất có trọng lượng phân tử cao tương tác với những hợp chất amino có chứa N và gây ra một thành phần đáng kể của chất mùn ổn đònh. Sự hình thành của các chất cao phân tử nầy được khuyến khích bởi có sự hiện diện của những keo sét. Theo một nghiên cứu, có hai nhóm mùn cần được quan tâm: nhóm mùn (humic) và nhóm không mùn (nonhumic). 3.7.1. Nhóm mùn (Humus) Chất mùn cấu thành vào khoảng 60 – 80% chất hữu cơ trong đất. Chúng gồm những chất phức tạp nhất và chúng cũng có tính kháng cao nhất đối với việc tấn công của vi khuẩn. Chất mùn được đặc thù bởi cấu trúc vòng thơm như polyphenols, polyquinones. Chất mùn có những đặc tính sau: vô đònh hình, có màu đậm, và có trọng lượng phân tử từ cao đến rất cao. Trên cơ sở của tính kháng đối với sự phân rã và độ hòa tàn của môi trường acid và môi trường kiềm, chất humic được phân ra làm ba nhóm hóa học được trình bày ở Hình 3.7.1. ____________________________________________________________________________ Giáo trình: Xử lý ô nhiễm đất . Một lượng CO 2 trong đất, thông qua vài phản ứng, sản sinh ra acid carbonic (H 2 CO 3 ), carbonate (CO 3 2- ), bicarbonate calcium (CaCO 3 ), - magnesium,. nước mưa. Trong điều kiện tối hảo, trên 100 kg CO 2 /ha có thể được tạo ra trong ngày, thường thì trung bình khoảng 20 – 30 kg. rất nhiều lượng CO 2 trong