Đất là một tài nguyên vô giá mà tự nhiên đã ban tặng cho con người để sinh tổn và phát triển. Trên quan điểm sinh thái và môi trường, đất là một nguồn tài nguyên tái tạo, một vật thể sống động, một “vật mang” của các hệ sinh thái tồn tại trên Trái Đất. Do đó, con người tác động vào đất cũng chính là tác động vào tất cả các hệ sinh thái mà đất đang “mang” trên mình nó. Đất là tư liệu sản xuất, là đối tượng lao động, là vật mang được đặc thù bởi tính chất độc đáo mà không vật thể tự nhiên nào có được đó là độ phì nhiêu. Chính nhờ tính chất độc đáo này mà các hệ sinh thái đã và đang tổn tại, phát triển, kết trái và xét cho cùng, cuộc sống của loài người cũng phụ thuộc vào tính chất “độc đáo” này của đất (Lê Văn Khoa và ctv., 2012).Ngày nay, việc ứng dụng nhiều tiến bộ khoa họckỹ thuật mới vào sản xuất nông nghiệp như: thăm canh tăng năng suất, dùng các loại cây ngắn ngày cao sản, đầu tư nhiều vào phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật, chất kích thích, chất điều hòa sinh trưởng... đã tăng thêm những tác động mới đối với đất và tạo ra những chuyển biến đa dạng và sâu sắc hơn đối với đất đai (Lê Thanh Bồn, 2009).Tuy nhiên, xưa nay đều thế cả, cấy ghé mạ hay gieo hạt thóc giống xuống bùn cũng phải trông trời, trông đất, trông mây... Ngọn sấm tháng ba ì ầm trổ cũng là lúc cây lúa rủ rỉ làm đòng.“Lúa chiêm ngấp nghé đầu bờHễ nghe tiếng sấm phất cờ mà lên”.Dân gian đúc kết kinh nghiệm rồi chuyển tải vào ca dao cho dễ nhớ, dễ thuộc, dễ lưu truyền từ đời này qua đời khác. Kinh nghiệm sản xuất mà ngân nga như một lời ru đất Việt. Bà ru. Mẹ ru. Em ru. Câu ru theo người lính vượt biển băng rừng, tình yêu quê hương đất nước đồng hành khôn nguôi cùng chiến sĩ.Vì vậy chúng tôi thực hiện chuyên đề “Dung dịch đất và một số tính chất của đất” nhằm mục đích hiểu rõ về dung dịch đất và một số tính chất của đất và đưa ra biện pháp phù hợp để nâng cao hiệu quả canh tác.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP BỘ MÔN BẢO VỆ THỰC VẬT BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ THỔ NHƯỠNG B NN131 DUNG DỊCH ĐẤT VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Ts ĐẶNG DUY MINH Nguyễn Đức Thịnh Nguyễn Quốc Anh Huỳnh Hồng Anh Kiều Nguyễn Quang Huy Huỳnh Hữu Luân Cao Y Trà Khanh Tra Phạm Văn Cảnh Cần Thơ, 09/2021 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ii DANH MỤC BẢNG iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHƯƠNG NỘI DUNG 2.1 Khái niệm 2.2 Vai trò dung dịch đất 2.3 Đặc tính dung dịch đất 2.3.1 Phản ứng dung dịch đất 2.3.1.1 Phản ứng chua đất (tính chua đất) 2.3.1.2 Phản ứng kiềm (tính kiềm) đất 11 2.3.2 Tính đệm hay phản ứng đệm đất 12 2.3.2.1 Khái niệm 12 2.3.2.2 Nguyên nhân tạo nên tính đệm đất 12 2.3.2.3 Ý nghĩa tính đệm thực tiễn 14 2.3.3 Phản ứng oxy hóa-khử đất 14 2.3.3.1 Khái niệm 14 2.3.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình oxy hóa-khử 15 2.3.3.3 Ý nghĩa thực tiễn tính oxy hóa-khử 16 2.4 Một số biện pháp nâng cao độ phì đất cách điều tiết phản ứng đất 17 2.4.1 Bón vơi cải tạo đất chua 17 2.4.2 Ðiều tiết phản ứng oxy hoá-khử 21 CHƯƠNG KẾT LUẬN 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 Tài liệu tiếng Việt 24 Tài liệu tiếng Anh 25 Tài liệu Web 25 i DANH MỤC HÌNH Hình Tên hình Trang 2.1 Vai trị dung dịch đất 2.2 Sử dụng phân bón để cung cấp chất dinh dưỡng 2.3 Quan hệ hàm lượng mùn, thành phần giới với tính đệm đất 13 2.4 Độ sâu xuất tầng phèn hoạt động phụ thuộc chế độ rút nước thống khí phẫu diện 17 2.5 Bón vơi cánh đồng để cải thiện đất 13 2.6 Ảnh hưởng phân bã bùn mía lên nảy mầm sinh trưởng rể bắp 21 ii DANH MỤC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 2.1 Ðộ chua hoạt tính số loại đất Việt Nam 2.2 Khoảng pH đất tối thích cho số trồng 2.3 Ðộ chua trao đổi độ chua thuỷ phân số loại đất Việt Nam 10 2.3 Ảnh hưởng trạng thái oxy hoá-khử đến dạng sản phẩm phân giải xác hữu 15 iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Viết đầy đủ ĐTM Đồng Tháp Mười ĐBSCL Đồng sông Cửu Long ctv Cộng tác viên iv CHƯƠNG GIỚI THIỆU Đất tài nguyên vô tự nhiên ban tặng cho người để sinh tổn phát triển Trên quan điểm sinh thái môi trường, đất nguồn tài nguyên tái tạo, vật thể sống động, “vật mang” hệ sinh thái tồn Trái Đất Do đó, người tác động vào đất tác động vào tất hệ sinh thái mà đất “mang” Đất tư liệu sản xuất, đối tượng lao động, vật mang đặc thù tính chất độc đáo mà khơng vật thể tự nhiên có - độ phì nhiêu Chính nhờ tính chất độc đáo mà hệ sinh thái tổn tại, phát triển, kết trái xét cho cùng, sống loài người phụ thuộc vào tính chất “độc đáo” đất (Lê Văn Khoa ctv., 2012) Ngày nay, việc ứng dụng nhiều tiến khoa học-kỹ thuật vào sản xuất nông nghiệp như: thăm canh tăng suất, dùng loại ngắn ngày cao sản, đầu tư nhiều vào phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật, chất kích thích, chất điều hịa sinh trưởng tăng thêm tác động đất tạo chuyển biến đa dạng sâu sắc đất đai (Lê Thanh Bồn, 2009) Tuy nhiên, xưa cả, cấy ghé mạ hay gieo hạt thóc giống xuống bùn phải trơng trời, trơng đất, trơng mây Ngọn sấm tháng ba ì ầm trổ lúc lúa rủ rỉ làm đòng “Lúa chiêm ngấp nghé đầu bờ Hễ nghe tiếng sấm phất cờ mà lên” Dân gian đúc kết kinh nghiệm chuyển tải vào ca dao cho dễ nhớ, dễ thuộc, dễ lưu truyền từ đời qua đời khác Kinh nghiệm sản xuất mà ngân nga lời ru đất Việt Bà ru Mẹ ru Em ru Câu ru theo người lính vượt biển băng rừng, tình u q hương đất nước đồng hành khôn nguôi chiến sĩ Vì chúng tơi thực chun đề “Dung dịch đất số tính chất đất” nhằm mục đích hiểu rõ dung dịch đất số tính chất đất đưa biện pháp phù hợp để nâng cao hiệu canh tác CHƯƠNG NỘI DUNG 2.1 Khái niệm Theo Vernatski dung dịch đất quan hệ với đất máu động vật, dịch tế bào (Phan Tuấn Triều, 2009) Theo Nguyễn Thế Đặng ctv (2008), Dung dịch đất gồm nước đất chất hòa tan chất vô cơ, hữu hữu cơ-vô có đất Mặt khác, dung dịch đất, phân tử có trọng lượng thấp acid hữu cơ, humic acid fulvic hịa tan q trình phân hủy vật chất hữu làm giảm hấp phụ phosphate cạnh tranh bề mặt keo đất (Haynes and Mokolobate, 2001) Nước xâm nhập vào đất gồm: Nước mưa, nước sông, nước biển, nước tưới, mang theo O2, CO2, NH3, NO3-, NO2-, chất khí, muối cát bụi, thân dung dịch, vào đất hịa tan thêm chất đất, tạo nên dung dịch đất Chất hòa tan dung dịch đất gồm có: - Chất vơ cơ: dạng hòa tan hay dạng keo như: NO3-, NO2-, HCO3-, CO32-, PO43-, Cl-, SO42-, keo sét, keo silic, keo sắt, nhôm, - Chất hữu cơ: acid mùn, chất sinh trình phân giải chất hữu như: acid hữu cơ, acid amin, aldehyt, rượu, - Các chất hữu cơ-vô cơ: muối acid mùn, liên kết mùn-sét, mùn khoáng, - Các chất khí: CO2, O2, N2, NH3, H2S, Thành phần, số lượng nồng độ chất hịa tan dung dịch đất ln thay đổi, hàm lượng nước đất luôn thay đổi chất hịa tan ln ln bổ sung vào đất nguồn sau đây: + Do đá mẹ phong hóa, nước mang nơi khác tới, chất phân giải từ chất hữu cơ, chất hịa tan có sẵn nước mưa, + Do hàng năm người bón phân vào đất + Do ion hấp phụ keo đất chuyển vào dung dịch đất + Do chất mà thực vật vi sinh vật trình sống thải vào đất Như vậy: Dung dịch đất phận linh hoạt đất Nó tham gia trực tiếp vào trình hình thành đất, vào phản ứng lý học, hóa học, sinh học xảy đất; tham gia vào trao đổi chất dinh dưỡng đất với với vi sinh vật đất 2.2 Vai trò dung dịch đất Thành phần số lượng chất hịa tan dung dịch đất nói lên khả cung cấp chất dinh dưỡng cho thực vật vi sinh vật Nồng độ dung dịch đất ảnh hưởng đến hút nước Nếu nồng độ chất tan cao (ví dụ: đất bị mặn) áp suất thẩm thấu dung dịch đất tăng lên cản trở hút nước cây, nên dù đất có nhiều nước bị héo (gọi hạn sinh lý) Phản ứng dung dịch đất (chua, kiềm hay trung tính) ảnh hưởng lớn đến hoạt động vi sinh vật; ảnh hưởng đến tính chất lý học, hóa học, sinh học đất; ảnh hưởng đến độ hòa tan chất dinh dưỡng có đất (Lê Văn Dũ, 2009) Một số loại muối, anion, cation, chất hòa tan dung dịch đất làm cho đất có tính đệm, giữ độ pH đất bị thay đổi Dung dịch đất chứa số chất hịa tan tăng cường trình phá hủy đá để hình thành đất (Trần Văn Chính ctv., 2000) K+,PO43- Ca2+ Mg2+,NH4+ Nước đất Chất khống Phong hóa Phần rắn đất Dung dịch đất (dưới dạng ion chất hòa tan) Rễ H+, HCO3- Lơng hút Chất hữu Khống hóa nhờ vi sinh vật phân giải tổng hợp Khí đất Hình 2.1 Vai trị dung dịch đất (Phan Tuấn Triều, 2009) Các yếu tố ảnh hưởng tới nồng độ dung dịch đất Theo Nguyễn Thế Đặng ctv (2008), Nồng độ dung địch đất thay đổi theo thời gian Sự thay đổi ngun nhân chính: q trình bổ sung chất hồ tan, q trình chất hồ tan q trình thay đổi lượng nước đất Các chất hoà tan thường xuyên bổ sung vào dung dịch đất thông qua Bón phân cho cây: Đây hoạt động thường xuyên đất trồng trọt Hoạt động góp phần trì nồng độ chất dinh dưỡng dung dịch đất tầng canh tác cách có hiệu Hình 2.2 Sử dụng phân bón để cung cấp chất dinh dưỡng (https://gomsanvuon.com/luu-y-khi-trong-cay-canh-trong-nha/) Để tránh tăng nồng độ chất dinh dưỡng cách đột ngột nâng cao hiệu sử dụng phân bón, hạn chế q trình rửa trơi dinh dưỡng biện pháp kỹ thuật bón phân bón rải làm nhiều lần, bón phân kết hợp với sục bùn để thúc đẩy trình trao đổi ion keo đất dung dịch đất, số lượng phân bón tính tốn dựa vào khả hấp thu đất cầu dinh dưỡng cần trọng Bổ sung chất tan qua nước mưa nước tưới: Đó nguồn bổ sung chất hoà tan nước mưa, nước tưới HCO3-, NH4+, NO3-, SO42- Ví dụ Mỹ hay Nhật Bản, nước mưa thường có lượng acid cao, mưa bổ sung lượng acid đáng kể vào đất sấm sét làm tăng lượng NH4+ nước mưa, bổ sung lượng đạm định cho đất Chính vì ca dao Việt Nam có câu: “Lúa chiêm ngấp nghé đầu bờ Hễ nghe tiếng sấm phất cờ mà lên” Các chất giải phóng từ q trình phong hố đá khống vật: Đây nguồn bổ sung lớn nhất, đất hình thành loại đá khống khác nhau, có thành phần nồng độ chất tan dung dịch đất đặc trưng Các chất giải phóng từ q trình phân giải xác hữu đất Đây nguồn bổ sung thường xuyên quan trọng có tính chất định tới thành phần chất hoà tan loại đất Đặc biệt, thơng qua q trình sinh trưởng phát triển thực vật, thực vật hút chất dinh dưỡng tầng sâu, sau cung cấp lại chất hữu (khi chết hay cành rơi, rụng) cho đất tầng mặt, phân bố lại dinh dưỡng đất làm giàu dinh dưỡng tầng đất mặt Chất hoà tan dung dịch đất bị mát q trình sau Q trình xói mịn rửa trôi: Đây nguyên nhân quan trọng làm giảm nồng độ dung dịch đất Quá trình xảy đặc biệt nghiêm trọng đất đồi Những nơi đất đai có độ che phủ kém, biện pháp kỹ thuật chống xói mịn chưa áp dụng Do hút dinh dưỡng: Đây nguyên nhân không nhờ q trình tiểu tuần hồn sinh vật, hoàn trả chất dinh dưỡng cho đất qua xác hữu Tuy nhiên, đất canh tác lượng hao hụt chất đất đáng kể chất bị lấy theo sản phẩm thu hoạch Chính vậy, chế độ phân bón hợp lý phải đảm bảo cân dinh dưỡng cho đất, lượng phân bón phải đủ để bù đắp lượng dinh dưỡng bị tiêu hao q trình canh tác Ngồi trình làm tiêu hao hay bổ sung trực tiếp chất hoà tan vào dung dịch đất, trình khác có ảnh hưởng khơng nhỏ đến nồng độ dung dịch đất Ví dụ: + Mưa hay tưới hồ lỗng dung dịch đất, bốc nước, đặc biệt điều kiện hạn hán làm tăng vọt nồng độ dung dịch đất Chính vậy, thời tiết khí hậu đặc trưng cho vùng khác hay mùa năm có tính chất định đến nồng độ dung dịch đất Thời tiết khí hậu cịn ảnh hưởng gián tiếp tới nồng độ dung dịch đất thông qua ảnh hưởng tới ảnh hưởng vi sinh vật, phong hố đá khống vật, xói mịn, rửa trơi chất dinh dưỡng + Q trình trao đổi keo đất dung dịch đất, q trình hồ tan hay kết tủa làm tăng hay giảm nồng độ cation hay anion đất (Nguyễn Thế Đặng ctv., 2008) 2.3 Đặc tính dung dịch đất Dung dịch đất có đặc tính là: Phản ứng dung dịch đất, tính đệm tính oxy hóa-khử 2.3.1 Phản ứng dung dịch đất Phản ứng dung dịch đất tính chua, tính kiềm hay tính trung hịa dung dịch đất Người ta biểu thị phản ứng dung dịch đất pH: pH = - lg[H+] Như vậy: pH = tức [H+] = [OH-]: đất có phản ứng trung tính pH < tức [H+] > [OH-]: đất có phản ứng chua pH > tức [H+] < [OH-]: đất có phản ứng kiềm Theo Phan Tuấn Triều (2009), Mức độ pH (hay nồng độ H+) đất có ảnh hưởng trực tiếp sinh trưởng trồng, quan trọng xác định hữu dụng dinh dưỡng khoáng cho pH thấp có ảnh hưởng xấu đến hữu dụng N, K, Ca, Mg Tuy nhiên, hữu dụng nguyên tố Fe, Mn, Bo, Cu Zn tốt điều kiện pH thấp Độ chua nhiều có hậu gây độc nhơm (Al) Trong S tổng cation kiềm trao đổi H độ chua thuỷ phân Hoặc tính độ no kiềm đất theo công thức: V (%) = 𝑆 𝑥 100 𝑆+𝐻 Ðộ chua thuỷ phân sử dụng để tính lượng vơi bón cải tạo đất chua (cứ 1lđl ion H+ cần dùng 28mg vôi bột CaO 50 mg bột đá vôi CaCO3 để trung hồ) 2.3.1.2 Phản ứng kiềm (tính kiềm) đất Ðộ kiềm đất ion hyđroxyl định Ðất có phản ứng kiềm nồng độ ion OH- dung dịch lớn nồng độ ion H+ Sự tích luỹ anion OH- đất nguyên nhân sau: Các loại đá mẹ đá vôi, đá macma siêu bazơ đá macma bazơ chứa nhiều nguyên tố kiềm kiềm thổ Ca, Mg, K, Na bị phong hoá tạo thành số muối kiềm CaCO3, Na2CO3, K2CO3 muối bị thuỷ phân tạo thành chất kiềm đất Ví dụ: Khi alumin silicat bị phong hố: K2AlSi6O16 + H2O + CO2 H2AlSi2O8 + K2CO3 + 4SiO2 Fenspat kali K2CO3 + 2H2O KOH + KHCO3 Khi đất có chứa CaCO3 (đất tích vơi) Ở đất pH lên tới 8,0 2CaCO3 + 2H2O Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 + 2H2O H2CO3 + Ca(OH)2 Một số vùng đất ven biển có chứa nhiều muối dễ tan làm cho đất có phản ứng kiềm Ðất chứa nhiều Na2CO3 (pH lên tới hơn): 2Na2CO3 + 2H2O H2CO3 + NaOH Ðất mặn chứa nhiều Na+ dạng hấp phụ thuỷ phân sinh NaOH: KÐNa+ + H2O KÐH+ + NaOH Mùn có chứa Na, K, Ca Mg: (Mùn)Ca2+ + 2H2O (Mùn)2H+ + Ca(OH)2 Trong điều kiện ngập nước, muối dạng sunfat tác dụng với chất hữu tạo thành sunfua sau chuyển thành dạng muối cacbonat đất, muối cacbonat thuỷ phân làm cho đất có phản ứng kiềm 𝑉𝑆𝑉 𝑦ế𝑚 𝑘ℎí Na2SO4 + 4R → CHO-Na2S + 4R - C = O Na2S + CaCO3 Na2CO3 + CaS Na2CO3 + 2H2O NaOH + H2CO3 11 Như đất có phản ứng kiềm chủ yếu đất có chứa nhiều muối kiềm cacbonat bicacbonat hình thành từ nhiều đường khác Ðặc biệt tích luỹ nhiều Na2CO3 khơng độc cho (nồng độ > 0,01%) mà cịn làm xấu lý tính đất (dẻo, dính ẩm, cứng rắn khơ), làm mùn dễ bị rửa trôi, chế độ nước không khí đất khơng điều hồ Ở Việt Nam, diện tích đất có phản ứng kiềm nhỏ Một số vùng đất phù sa ven biển nhiễm mặn Hải Phịng, Nam Định có pH vào khoảng 7,0-8,0 khơng gây ảnh hưởng xấu đến trồng chúng xếp vào “nhóm đất mặn trung tính” Thực tế theo kết điều tra có đất kiềm tập trung tỉnh Bình Thuận Nhân dân địa phương gọi đất mặn “cà giang” Ðất có chứa nhiều Na2CO3 (có thể tới 9,8%) pH đất lên tới 9,5 2.3.2 Tính đệm hay phản ứng đệm đất 2.3.2.1 Khái niệm Khi ta cho lượng nhỏ acid bazơ vào nước cất xác định pH ta thấy pH nước thay đổi nhiều ta cho lượng acid bazơ vào đất xác định pH đất pH đất ổn định thay đổi khơng đáng kể Ðiều chứng tỏ đất có khả chốnglại thay đổi pH Vậy: “tính đệm đất khả đất chống lại thay đổi pH có lượng acid hay bazơ định tác động vào đất” 2.3.2.2 Nguyên nhân tạo nên tính đệm đất Có nhiều ngun nhân khác Trong đất có chứa số chất muối cacbonat, muối phosphat Fe, Al, Ca, hydroxyt Fe, Al, Mn có khả trung hồ acid làm cho pH đất ổn định (đệm chiều) Ví dụ: CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O Do đất có các acid hữu (acid mùn acid amin) Các acid có gốc acid bazơ (- OH, - COOH, - NH2) nên đệm đuợc acid bazơ (đệm hai chiều) Ðệm acid humic Ðệm acid amin Ðất chứa nhiều mùn chất hữu có khả đệm cao Do hoạt động trao đổi cation đất Trên bề mặt keo đất, đặc biệt keo âm thường hấp phụ cation kiềm không kiềm Các cation trao đổi với H+ Na+ làm cho pH dung dịch đất không đổi 12 Như vậy, số lượng keo âm đất nhiều tác dụng trao đổi cation mạnh, hay nói cách khác: hàm lượng mùn cao thành phần giới nặng tính đệm đất lớn Tác dụng Al3+ di động đất: Theo R K Schofield lúc pH đất sét > đất thịt > đất cát Thí nghiệm đơn giản sau khẳng định thêm kết luận trên: Với loại đất (đất cát, đất sét đất giàu mùn); loại đất ta dùng ống nghiệm, ống nghiệm chứa 5g đất bột Ðổ vào ống nghiệm lượng vôi bột CaO tương ứng 5, 10, 15, 20, 25, 30mg, thêm 25ml nước cất, lắc 10 phút xác định pH biểu diễn kết đồ thị Qua đồ thị ta thấy muốn đưa pH từ lên cho phải dùng 9.000 kg vơi đất đen giàu mùn, 4.500kg vôi đất sét 1.500kg đất cát Hình 2.3 Quan hệ hàm lượng mùn, thành phần giới với tính đệm đất (Trần Văn Chính ctv., 2000) 13 2.3.2.3 Ý nghĩa tính đệm thực tiễn Tính đệm có ý nghĩa quan trọng thực tiễn Nhờ có tính đệm mà pH đất ổn định, tạo điều kiện tốt cho trồng vi sinh vật phát triển Ngồi tính lượng vơi bón cho đất phải tính tới khả đệm đất để có mức bón phù hợp 2.3.3 Phản ứng oxy hóa-khử đất 2.3.3.1 Khái niệm Oxy hố khử trình diễn phổ biến đất, đặc biệt đất lúa nước Quá trình giữ vai trị quan trọng độ phì nhiêu đất (Nguyễn Thế Đặng ctv., 2008) Oxy hoá kết hợp với oxy hay hydro Trái lại khử oxy oxy hay kết hợp với hyđro Quá trình oxy hố khử liên quan đến chuyển dịch điện tử (electron)… Các chất oxy hoá (ký hiệu ox) chất nhận điện tử Quá trình chất oxy hố nhận điện tử gọi q trình khử Các chất khử (ký hiệu Red) chất cho điện tử, trình chất khử cho điện tử q trình oxy hố Cả hệ thống oxy hoá khử ký hiệu Redox Trong phản ứng cụ thể chất oxy hoá chất khử tạo thành cặp oxy hoá khử gọi hệ thống oxy hố-khử đất Ví dụ: Fe3+ + e Fe2+ Fe2+ - e Fe3+ Trong đất có chất oxy hố O2, NO3-, Fe3+, Mn4+, Mn3+, Cu+ vi sinh vật hiếu khí Những chất khử H2, Fe2+, Mn2+, Cu2+ vi sinh vật yếm khí sản phẩm phân giải xác hữu điều kiện yếm khí (Phan Tuấn Triều, 2009) Tất phản ứng oxy hố khử có tham gia vi sinh vật Dù điều kiện oxy hoá hay điều kiện khử oxy, chất hữu phân huỷ khác tốc độ phản ứng sản phẩm phân giải Cường độ oxy hoá khử xác định điện oxy hoá khử, ký hiệu Eh, đơn vị milivon (mV), tính theo công thức: Eh (mV) = Eo + 59/ n.lg (ox)/ (red) Trong Eo điện tiêu chuẩn, nghĩa điện phát sinh điện cực nằm dung dịch có chất oxy hố chất khử oxy nồng độ 1N số với hệ oxy hố khử Ví dụ: Fe3+ + e - Fe2+ Eo = 770 mV Mn4+ + 2e- Mn2+ Eo = 344 mV Mn3+ + e- Mn2+ Eo = 1510 mV MnO4- + 4H+ + 3e- MnO2 + 2H2O Eo = 1640 mV 14 Còn ox nồng độ đương lượng chất oxy hoá Red nồng độ đương lượng chất khử Ví dụ: đất cụ thể có Fe2+ = 0,1 N Fe3+ = 0,001 N Eh = 770 + 59 lg0,001/ 0,1 = 625 mV Hiện để xác định Eh đất người ta thường dùng máy đo (Eh meter) cho kết nhanh xác việc xác định nồng độ chất oxy hoá-khử Bảng 2.4 Ảnh hưởng trạng thái oxy hoá-khử đến dạng sản phẩm phân giải xác hữu (Nguyễn Thế Đặng ctv., 2008) Thành phần chất hữu Sản phẩm oxy hoá (ox) Sản phẩm khử (Red) C CO2 CH4 N NO2-, NO3- NH3, N2 S SO42- H2 S P PO43- PH3 Fe Fe3+ Fe2+ Mn Mn3+, Mn4+ Mn2+ Cu Cu2+ Cu+ 2.3.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình oxy hóa-khử Trong đất chứa nhiều hệ thống oxy hố-khử có nồng độ khác Eh đất tương đương với trị số Eh hệ thống oxy hố khử có nồng độ chất khử chất oxy hoá cao (Phan Tuấn Triều, 2009) Trong đất thống khí q trình oxy hoá-khử đất định nồng độ O2 tự khơng khí đất O2 hồ tan dung dịch đất Nồng độ oxy khơng khí đất dung dịch đất cao Eh cao Ðộ ẩm đất: đất khơ có q trình oxy hoá mạnh nên Eh cao, đất ẩm dư ẩm trình khử mạnh nên Eh đất thấp Cây trồng: Eh đất phụ thuộc loại trồng, mật độ Eh xung quanh rễ khác Ví dụ: gần rễ lúa mỳ Eh giảm rễ lúa mỳ tiết chất khử, gần rễ lúa nước Eh tăng rễ lúa tiết oxy 15 Eh đất có liên quan chặt chẽ với pH Nếu dung dịch đất có nhiều ion H+ diễn q trình: H+ + 2e- → H2 Khi thay đổi đơn vị pH Eh thay đổi từ 57-59mV Klak đề nghị biểu thị điện oxy hoá khử đất rH2 theo công thức: rH2 (mV) = Eh/ 30 + pH Các biện pháp canh tác: Luân canh trồng cạn với trồng nước làm cho Eh thay đổi mạnh Ðiều tiết độ ẩm đất làm cho Eh đất thay đổi Cày sâu kết hợp với bón nhiều phân hữu làm cho Eh giảm, xới xáo đất làm tăng tính thơng khí Eh tăng Phơi ải đất lúa làm cho Eh tăng Mật độ trồng: rễ lúa nước tiết oxy làm Eh đất vùng xung quanh rễ tăng Vì lúa nước cấy dày mật độ rễ cao, Eh tăng hàm lượng chất khử giảm 2.3.3.3 Ý nghĩa thực tiễn tính oxy hóa-khử Ðiện oxy hoá khử tiêu đánh giá tính thơng khí tình hình cung cấp dinh dưỡng đất Các chất dinh dưỡng NH4+, NO3-, PO43-, SO42- hình thành tác động hệ vi sinh vật đất điều kiện cụ thể pH, Eh Ví dụ: pH = 7, Eh khoảng 400mV NO3- bị khử mạnh thành NO2 không dùng Các loại đất khác có Eh khác nhau, phẫu diện Eh tầng khác thường giảm theo chiều sâu Eh phù hợp với sản xuất nông nghiệp biến động phạm vi 200-700 mV (đất lúa nước từ 200-300mV) Eh q cao chứng tỏ q trình oxy hố đất xảy mạnh Mùn tiêu hao nhanh số chất dinh dưỡng bị cố định lại Ngược lại Eh thấp nghĩa trình khử diễn mạnh, sinh số chất độc H2S, CH4 Khi thay đổi Eh dẫn tới thay đổi loạt trạng thái dinh dưỡng đất Thí dụ: đổ ải, đất chuyển từ trạng thái oxy hoá sang trạng thái khử, Eh giảm mạnh Lúc Fe3+ hợp chất bị khử thành Fe2+ (như Fe(OH)2 FeHPO4) làm đất giảm tính chua thời gian khoảng tháng, hàm lượng lân dễ tiêu tăng lên, hàm lượng NH4+ tăng (do chất hữu phân giải điều kiện yếm khí tạo NH4+) q trình có lợi cung cấp nhiều dinh dưỡng cho 16 2.4 Một số biện pháp nâng cao độ phì đất cách điều tiết phản ứng đất 2.4.1 Bón vơi cải tạo đất chua Theo thống kê, diện tích chịu tác động thối hóa hố học chiếm khoảng 10% lãnh thổ Việt Nam (khoảng triệu ha), có khoảng 5% diện tích bị thối hố trung bình mạnh Thoái hoá hoá học rõ tiêu: đất ngày chua hơn, cation kiềm, độ no bazơ, dung tích hấp phụ giảm, hàm lượng mùn, chất dinh dưỡng đại lượng vi lượng đất ngày giảm, gia tăng nhiều độc tố như: Al, Fe, Mn, H2S, SO42-… (Lê Văn Khoa ctv., 2010) Theo Dương Thanh Nhã ctv (2010), Đất phèn chiếm 1,6 triệu ha, chiếm 40% diện tích đất Đồng sơng Cửu Long (ĐBSCL) với bốn vùng sinh thái: Đồng Tháp Mười (ĐTM), Tứ Giác Long Xuyên, Bán Đảo Cà Mau Trũng Sơng Hậu Hình 2.4 Độ sâu xuất tầng phèn hoạt động phụ thuộc chế độ rút nước thoáng khí phẫu diện (Dương Thanh Nhã ctv., 2010) Ðộ chua ảnh hưởng đến đặc tính lý hố sinh học đất Dạng tồn độ hữu hiệu nguyên tố Ca, Mg, P, nguyên tố vi lượng Fe, Mn, Cu, Mo, B có quan hệ chặt chẽ với độ pH đất Phản ứng đất có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ vi sinh vật hoạt động chúng Chính phản ứng đất có liên quan chặt chẽ tới phân giải chất hữu chuyển hoá chất dinh dưỡng đạm lưu huỳnh đất Các vi khuẩn xạ khuẩn có ích thích nghi mơi trường trung tính Ví dụ vi khuẩn 17 cố định đạm thích nghi pH 6,8; Vi khuẩn nitrat hố pH 6-8 Trong mơi trường chua pH