Gedroi hàm lượng keo trong dung dịch đất chiếm từ 1/4 đến 1/10 hoặc ít hơn tổng lượng keo của đất Thành phần và số lượng các chất hoà tan trong dung dịch đất không cố định nhưng cũng có [r]
(1)Chương VI PHẢN ỨNG CỦA ĐẤT Khái niệm dung dịch đất và phản ứng đất 1.1 Các khái niệm chung Nước mưa trước nhập vào đất đã chứa lượng nhỏ các chất hoà tan và các khí O2, CO2, N2, NH3 Như nước mưa không tinh khiết, thực nó là dung dịch Khi thấm vào đất, nước mưa tiếp tục hoà tan thêm số chất thể rắn đất và tạo thành dung dịch đất Dung dịch đất có vai trò quan trọng quá trình hình thành đất và độ phì nhiêu đất Dung dịch đất là phận linh hoạt Nó tham gia trực tiếp vào quá trình hình thành đất, vào các phản ứng lý, hoá, sinh học, vào trao đổi chất dinh dưỡng cây Vì dung dịch đất định các phản ứng xảy đất như: phản ứng chua, phản ứng kiềm, phản ứng đệm, phản ứng ôxy hoá khử đất Phản ứng đất còn gọi là phản ứng dung dịch đất Phản ứng dung dịch đất chính là các quá trình hoá học hay lý - hoá học diễn đất Trong thổ nhưỡng học phản ứng đất gồm có: phản ứng chua, phản ứng kiềm, phản ứng đệm và phản ứng oxy hoá khử Các phản ứng này ảnh hưởng lớn đến thành phần, tính chất và độ phì nhiêu đất Nghiên cứu dung dịch đất và phản ứng nó luôn là nội dung không thể thiếu thổ nhưỡng học 1.2 Ý nghĩa dung dịch đất: - Các chất hoà tan dung dịch đất chính là nguồn cung cấp dinh dưỡng dễ tiêu cho cây - Nồng độ dung dịch đất ảnh hưởng đến khả hút nước cây Nếu đất bị mặn hay bón nhiều phân hoá học thì áp suất thẩm thấu dung dịch đất tăng lên, cản trở hút nước cây dù đất còn lượng nước tương đối cao Ðây còn gọi là tượng héo sinh lý - Phản ứng dung dịch đất ảnh hưởng đến hoạt động hệ vi sinh vật đất, đến tính chất lý - hoá học đất và thức ăn nuôi cây Ví dụ hoà tan lân phụ thuộc vào pH - Trong dung dịch đất có số muối và các chất hoà tan khác Anion và cation dung dịch đất làm cho đất có tính đệm, có thể giữ cho độ pH đất ít thay đổi - Dung dịch đất có chứa số chất hoà tan có thể làm tăng cường quá trình phong hoá đá để hình thành đất Thí dụ: NH3, NO2, CO2 từ khí tan nước làm phá huỷ đá vôi theo đường hoà tan tăng cường Ðộ hoà tan đá vôi nước bão hoà CO2 lớn nước tinh khiết 70 lần Quá trình phá huỷ đá vôi với tham gia CO2 hoà tan nước xảy theo phương trình sau: CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 1.3 Thành phần và nồng độ dung dịch đất Thành phần và nồng độ dung dịch đất phức tạp và luôn thay đổi Nồng độ dung dịch đất không lớn và thường không vượt quá vài gam các chất lít dung dịch Riêng trường hợp đất mặn và đất phèn hàm lượng các chất hoà tan dung dịch đất có thể đạt tới hàng chục chí hàng trăm gam lít (2) Về thành phần, dung dịch đất chứa các chất vô cơ, hữu cơ, hữu - vô Những chất này tồn dung dịch đất dạng phân tử hoà tan hay dạng keo (ở trạng thái sol) + Các chất vô dung dịch có: - Các cation: Ca2+, Mg2+, NH4+, Na+, K+, H+ Trong đất chua còn có Al3+ và Fe3+ Trong đất lầy có Fe2+ - Các anion: HCO3-, CO32-, NO3-, NO2-, SO42-, Cl-, H2PO4-, HPO42- , + Những chất hữu cơ: các sản phẩm quá trình phân giải chất hữu cơ, các sản phẩm hoạt động sống sinh vật (axit hữu cơ, axit amin, đường, rượu, men, chất chát ) và các chất mùn + Những chất hữu - vô dung dịch chủ yếu gồm hợp chất phức tạp các chất hữu có tính axit (các axit mùn, poliphenol, axit hữu phân tử thấp) với cation sắt và nhôm + Các chất khí hoà tan CO2, O2, N2, NH3 v.v + Trong dung dịch ngoài các chất hoà tan còn có các chất không hoà tan thường là phần tử keo hữu cơ, hữu - vô cơ, keo sét, keo silic, hiđrôxit sắt và nhôm Theo K.K Gedroi hàm lượng keo dung dịch đất chiếm từ 1/4 đến 1/10 ít tổng lượng keo đất Thành phần và số lượng các chất hoà tan dung dịch đất không cố định có thể dùng để phân biệt loại đất này với loại đất khác mức độ định Thành phần và số lượng các chất hoà tan dung dịch đất luôn bổ sung từ các nguồn sau: - Do ta bón phân hữu và vô vào đất - Do nước mưa nước ngầm mang tới - Do quá trình trao đổi ion keo đất và dung dịch đất - Do các sản phẩm quá trình phong hoá đá và quá trình phân giải các chất hữu Thành phần và nồng độ dung dịch đất phụ thuộc vào thời tiết, khí hậu, hàm lượng nước đất, hoạt động sinh vật, phản ứng đất, thành phần đá mẹ, nước ngầm và chế độ canh tác 1.4 Các phương pháp nghiên cứu dung dịch đất Muốn nghiên cứu dung dịch đất người ta dùng các phương pháp khác để chiết rút nó khỏi đất như: + Phương pháp phổ biến là dùng nước cất tác dụng lên đất theo tỷ lệ đất: nước 1:5 lọc Dung dịch này đã bị hoà loãng nhiều và thành phần thay đổi vì lượng nước lớn có thể hoà tan các chất trước đó không hoà tan Tuy nhiên với phương pháp này ta hiểu tính chất dung dịch đất + Dùng axit loãng tác dụng với đất Ví dụ định lượng K+, NH4+ và P2O5 dễ tiêu ta dùng HCl 0.2N với tỷ lệ đất dung dịch là 1:5 Với phương pháp này thành phần và nồng độ các chất hoà tan dung dịch đất đã khác nhiều so với thực tế có thể đánh giá phần hàm lượng các chất dinh dưỡng đất + Nghiên cứu dung dịch phương pháp "thuỷ thẩm kế" (Lizimet): Phương pháp này cho phép chúng ta nghiên cứu dung dịch đất các độ sâu khác Có hai cách thu hồi dung dịch đất: - Ở các độ sâu định đất ta đặt các phễu hứng nước từ trên chảy xuống và dẫn đến bình chứa Phương pháp này có nhược điểm là nước chảy đến phễu đất có nước thừa (nước trọng lực), có nghĩa là thành phần và nồng độ dung dịch (3) đất đã thay đổi dù dịch này đã thấm qua đất nên cho ta khái niệm dung dịch đất vững các phương pháp trên - Ở các độ sâu định đất nguời ta đặt các bình kín sứ xốp Với bơm chân không người ta đưa áp suất bình xấp xỉ atm Sự chênh lệch áp suất và ngoài bình làm dung dịch đất bị hút vào bình Với phương pháp này dung dịch mà ta thu đúng với dung dịch thực đất (trong điều kiện là độ ẩm đất gần với độ trữ ẩm đồng ruộng) + Phương pháp dùng áp lực đẩy dung dịch đất ra: Năm 1903 Bơrich (Mỹ) dùng máy ly tâm quay 8000 vòng/phút tách dung dịch đất đất có độ ẩm cao Năm 1916 Raman, Bamơ (Ðức) và Vanzi (Hà lan) đã tách dung dịch đất cách ép đất Năm 1941, Rixa (Mỹ) cho đất vào màng Xelophan và dùng áp lực 16 atmotphe đẩy dung dịch đất qua màng Năm 1947 Kriukôp (Nga) đã nghiên cứu dung dịch đất cách dùng sức ép 1000-2000 kg/cm2 Hiện người ta dùng máy đo trực tiếp để nghiên cứu dung dịch đất Ví dụ: Ðo nồng độ H+ pH meter; đo tổng số muối tan xuất dẫn điện; Ðo điện oxy hoá khử Eh meter Phản ứng chua đất Ðất có phản ứng chua đất có chứa nhiều cation H+ và Al 3+, mức độ chua phụ thuộc vào nồng độ các cation H+ và Al 3+ Nồng độ các cation đất càng cao thì đất càng chua 2.1 Nguyên nhân gây chua cho đất Khi nghiên cứu các nguyên nhân làm cho đất trở nên chua người ta thấy có nhiều yếu tố chi phối Sau đây ta xem xét nguyên nhân chủ yếu tác động vào quá trình hoá chua đất a Yếu tố khí hậu: Các đặc trưng khí hậu nhiệt độ, ẩm độ, đặc biệt là lượng mưa ảnh hưởng lớn đến quá trình phong hoá đá, chuyển hoá và di chuyển vật chất, đồng thời còn ảnh hưởng đến thực bì và hoạt động sinh vật đất Tất các quá trình này có quan hệ chặt chẽ với hình thành và biến đổi độ chua đất Nói chung nhiệt độ càng cao và lượng mưa càng lớn thì càng có lợi cho tác dụng phá huỷ đá và rửa trôi vật chất Trong điều kiện lượng mưa lớn lượng bốc hơi, phần nước mưa di chuyển từ trên mặt đất xuống sâu tác dụng trọng lực Sự di chuyển này kéo theo loạt các chất dễ tan có đất, đặc biệt là các ion kim loại kiềm và kiềm thổ Na+, K+, Mg2+, Ca2+ làm cho đất hoá chua Do nguyên nhân này mà phần lớn đất vùng đồi núi Việt Nam các nước khác thuộc vùng nhiệt đới nóng ẩm bị chua các mức độ khác b Yếu tố sinh vật Trong quá trình hoạt động, vi sinh vật, rễ cây các loài sinh vật khác đất không ngừng giải phóng CO2, khí này hoà tan nước tạo thành axit H2CO3 Tuy độ phân ly axit này không cao nó là là nguồn sinh H+ chủ yếu đất Trong quá trình vi sinh vật phân giải chất hữu (đặc biệt điều kiện yếm khí) sinh nhiều axit hữu làm đất bị hoá chua Bởi đất quanh năm ngập nước, đất lầy thụt và phần lớn đất than bùn bị chua Ðặc biệt tàn tích sinh vật chứa nhiều lưu huỳnh (S) xác các cây sú, vẹt đước bị phân huỷ điều kiện (4) yếm khí, trải qua quá trình biến đổi phức tạp sinh H2S Khi có điều kiện oxy hoá thì H2S chuyển thành H2SO4 làm đất chua: 2H2S + O2 2S + 2H2O 2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 + 251 kCal Các loại thực bì khác có ảnh hưởng khác đến tính chua đất (chủ yếu nhờ quá trình tích luỹ sinh học các kim loại kiềm và kiềm thổ) Trong thành phần tro cây lá kim chứa ít chất kiềm nên đất phát triển rừng cây lá kim thường chua đất hình thành rừng cây lá rộng Trong đất rừng rậm có nhiều nấm hoạt động tạo thành nhiều axit fulvic làm cho đất chua thêm c Ảnh hưởng người tới quá trình hoá chua đất Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, thực vật màu xanh đã hút lượng lớn các chất kiềm đất Na+, K+, Ca2+, Mg2+ v.v để hình thành thể Ðối với thực vật tự nhiên thì lượng các chất kiềm này trả lại cho đất các dạng xác thực vật Nhưng với đất canh tác thì lượng lớn các chất kiềm bị lấy không hoàn lại cho đất dạng các sản phẩm nông nghiệp Ðây là nguyên nhân làm giảm các chất kiềm đất canh tác và làm đất dần bị hoá chua Theo Vũ Cao Thái, với giống lúa IR62, suất 9,8 thóc/ha và 8,3 rơm rạ đất đã bị lấy 265 kg K2O, 58 kg MgO và 71kg CaO/ha Theo số liệu Xmirnôp và Muravin (1989) để hình thành nên hạt cây ngô đã lấy từ đất 30-35 kg N, 8-12kg P2O5 và 25-35 kg K2O Do thành phần hoá học, số phân bón bón vào đất làm cho đất hoá chua Khi bón loại phân (NH4)2SO4, NH4Cl, KCl vào đất các cation NH4+, K+ keo đất và cây trồng hấp thụ để lại gốc SO42- và Cl- Các gốc axit này tạo HCl và H2SO4 làm cho đất bị chua Những phân có thể làm đất bị hoá chua chế này gọi chung là các phân chua sinh lý Một số loại phân supe lân thành phần thường chứa lượng định axit dư nên bón nhiều vào đất có thể làm cho đất chua thêm Tuy nguyên nhân từ phân bón chưa đáng lo ngại vì thực tế lượng phân hoá học mà ta bón vào đất chưa nhiều Ðối với vùng đất có thành phần giới nhẹ thì vấn đề tưới nước dư thừa là nguyên nhân làm đất bị rửa trôi các kim loại kiềm và kiềm thổ và hoá chua Tóm lại có nhiều nguyên nhân làm cho đất bị hoá chua Ðiều cần quan tâm là diện tích đất chua nước ta lớn, đó là các loại đất đỏ vàng vùng đồi núi, phần đất phù sa hệ thống sông Hồng, phù sa sông Mã, sông Chu, sông Lam, sông Cửu Long và phù sa sông khác; các vùng đất bạc màu Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Bắc Cạn, Thái Nguyên, Tây Ninh; các vùng đất phèn Hải Phòng, Thái Bình, Ðồng Tháp ; các vùng đất trũng Nam Định, Hà Nam và các nơi khác 2.2 Các loại độ chua đất Tất các nguyên nhân trên đã làm tăng hàm lượng ion H+ đất Phản ứng chua đất biểu thị các loại độ chua Những ion H+ đất có thể tồn dung dịch bị hấp thu trên bề mặt hạt keo Trường hợp thứ sinh "độ chua hoạt tính" có ảnh hưởng trực tiếp tới cây và vi sinh vật Trường hợp thứ hai gây nên "độ chua tiềm tàng" đất vì H+ (và Al3+) làm tăng độ chua dung dịch và ảnh hưởng đến sinh vật bị đẩy vào dung dịch đất các cation khác Hai loại độ chua này hợp thành tổng số độ chua đất (5) a Ðộ chua hoạt tính Ðộ chua hoạt tính các ion H+ có dung dịch đất tạo nên, nồng độ ion H+ càng cao thì đất càng chua Ðể xác định độ chua này ta chiết rút các ion H+ nước cất xác định nồng độ ion H+ pH meter Ðộ chua hoạt tính biểu thị pHH2O pH là trị số âm logarit nồng độ ion H+ dung dịch: pH = - lg[H+] Trong hoá học người ta đã quy định nước tinh khiết hay dung dịch nào có [H+] = [OH-] = 10-7 g ion/l nghĩa là pH = -lg10-7 = thì đó là môi trường trung tính Nếu [H+] <10-7 g ion/l nghĩa là pH > đó là môi trường kiềm Nếu [H+] > 10-7 g ion/l nghĩa là pH < đó là môi trường chua Thông thường pHH2O đất biến thiên từ 3-9 và đánh giá sau: pHH2O Mức đánh giá < 4,5 4,5-5,5 5,6-6,5 6,6-7,5 7,6-8,0 8,1-8,5 >8,5 Ðất chua Ðất chua Ðất chua ít Ðất trung tính Ðất kiềm ít Ðất kiềm vừa Ðất kiềm nhiều Bảng 6.1: Ðộ chua hoạt tính số loại đất Việt nam Loại đất (tầng 0-15cm) Ðất phèn (An Hải - Hải Phòng) Ðất nâu đỏ trên đá vôi (Ðồng Giao, Ninh Bình) Ðất nâu đỏ trên đá bazan (Phủ Quỳ, Nghệ An) Ðất đỏ vàng trên phiến thạch mica (Phú Hộ, Phú Thọ) Ðất nâu vàng trên phù sa cổ (Vĩnh Phúc) Ðất phù sa đê sông Thái Bình (Hải Dương) Ðất phù sa ngoài đê sông Hồng (Phúc Xá, Hà Nội) Ðất xám bạc màu (Bắc Giang) Ðất mặn (Rạng Ðông, Nam Định) pHH2O 4,2 4,6 4,5 4,5 5,0 4,8 7,7 5,0 8,0 Ðộ chua hoạt tính sử dụng việc bố trí cấu cây trồng phù hợp trên vùng đất canh tác xác định cần thiết phải bón vôi cải tạo độ chua đất cho phù hợp với đặc tính sinh học loại cây định trồng Ða số cây trồng ưa môi trường trung tính cá biệt có cây cần đất chua chè, cà phê, dứa, khoai tây Bảng 6.2 Khoảng pH đất tối thích cho số cây trồng Cây trồng Lúa Ngô Khoai tây Ðậu tương Hành Bắp cải pH 6,2-7,3 6,0-7,0 4,5-6,3 6,5-7,5 6,4-7,5 6,7-7,4 Cây trồng Cà chua Dưa chuột Bông Chè Cà phê Dứa pH 5,0-8,0 6,4-7,4 6,5-8,0 4,0-5,5 5,0-6,0 5,0-6,0 (6) Số liệu bảng 6.2 khoảng pH tối thích, thực tế phạm vi pH cho phép cây sống rộng nhiều Ví dụ cây lúa có thể sống đất có pH dao động từ 4,0 đến 9,0, sống bình thường với pH từ 5-8 tốt là khoảng 6,2-7,3 Dựa vào độ chua hoạt tính và cấu cây trồng ta có thể xác định xem đã cần cải tạo độ chua cho đất hay chưa Ðối với đa số cây trồng nông nghiệp ngắn ngày pHH2O <4,5 thì cấp thiết phải bón vôi, pHH2O = 4,6-5,5 cần vừa pHH2O >5,5 thì chưa cần thiết phải bón vôi Khi đất chua nhiều (pHH2O < 4,0) có thể nghi đất chứa axit vô (ví dụ H2SO4 đất phèn) Nếu đất kiềm nhiều (pHH2O > 8,5) thì đất thường chứa nhiều Na2CO3 hay NaHCO3 Ðộ chua hoạt tính chịu ảnh hưởng các yếu tố sau: + Mức độ phân ly thành ion chất điện giải Cùng nồng độ đương lượng axit vô phân ly thành ion nhiều axit hữu nên pHH2O dung dịch thấp Tương tự với các bazơ + Hiện tượng trao đổi ion H+ và Al3+ keo đất với các ion khác bón phân vô KCl, (NH4)2SO4 làm tăng độ chua hoạt tính b Ðộ chua tiềm tàng Như trên đã nói đất chua còn có các ion H+ và Al3+ hút bám trên bề mặt keo đất Khi tác động lên đất dung dịch muối thì H+ và Al3+ bị đẩy vào dung dịch đất Nồng độ các ion này dung dịch tăng lên gây ảnh hưởng không tốt đến thực vật và vi sinh vật Ðộ chua thu trường hợp này gọi là độ chua tiềm tàng Các ion H+ và Al3+ hút bám trên keo với các lực khác Tuỳ thuộc vào lực hút bám các ion này trên keo mà người ta chia độ chua tiềm tàng thành loại: độ chua trao đổi và độ chua thuỷ phân * Ðộ chua trao đổi: Là loại độ chua đất xác định cho đất tác dụng với dung dịch muối trung tính, thường dùng muối KCl, NaCl, BaCl Như ngoài ion H+ có sẵn dung dịch đất còn có ion H+ và Al3+ đẩy từ keo đất theo phản ứng: H +¿ ¿ ¿ + 4KCl [KÐ]4K+ + HCl + AlCl3 Al [ K § ]¿ Muối Al thuỷ phân tạo axit theo phương trình: AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 ¯ + 3HCl Nếu cho đất tác động với dung dịch KCl 1M 60 phút, lọc lấy dịch dùng dung dịch NaOH 0.01N chuẩn độ dịch lọc xác định độ chua trao đổi, đơn vị là lđl/ 100g đ (đất khô) Nếu ta đem dung dịch lọc đo pH ta pH KCl Cùng mẫu đất pHKCl thường có trị số pH thấp pHH2O từ 0.5 đến 1.0 đơn vị Chú ý: vùng đất trung tính hay kiềm yếu xác định pH KCl không xác định độ chua trao đổi chuẩn độ vì dung dịch đất có màu hồng sau vừa cho thị màu phenolphtalein vào dịch chiết đất (7) Trường hợp đặc biệt, số loại đất có pHKCl > pHH2O Ðiều này thường gặp đất có lượng keo dương lớn (một số như: đất đỏ feralit, đất potzon) Khi đó có thể trao đổi anion Cl- dung dịch muối trung tính với các ion OH - trên keo đất nên lượng ion OH- bị chuyển vào dung dịch đất trung hoà bớt các ion H + làm trị số pH tăng lên Thông thường độ chua trao đất nhỏ lđl/100g đất Khi độ chua này lớn (trên lđl/100g đất) chứng tỏ các cation kiềm hấp phụ trên keo đất đã bị rửa trôi nhiều, cần phải bón vôi cải tạo độ chua cho đất trước bón phân khoáng vào đất Nếu không có vôi bón thì nên chia phân khoáng bón thành nhiều đợt, tránh bón tập trung * Ðộ chua thuỷ phân Dùng muối trung tính KCl tác động với đất nhiều chưa đẩy dược hết các ion H và Al3+ khỏi keo đất Các nhà hoá học đất đã đưa phương pháp khác: dùng dung dịch chiết là muối tạo axit yếu và bazơ mạnh CH3COONa Ca(CH3COO)2 thì hầu hết các ion H+ và Al3+ bị đẩy khỏi keo vào dung dịch Ðộ chua xác định phương pháp này lớn độ chua trao đổi nhiều và gọi là độ chua thuỷ phân Ðộ chua thuỷ phân ký hiệu là H, đơn vị là lđl H+ và Al3+ 100g đất khô + Trong dung dịch NaCH3COO bị thuỷ phân: NaCH3COO + H2O CH3COOH + NaOH CH3COOH là axit yếu ít phân ly, NaOH thì phân ly hoàn toàn thành Na + và OHvì dung dịch có phản ứng kiềm yếu (pH = 8,2-8,5) Ðây là điều kiện để Na + đẩy hết H+ và Al3+ trên keo đất vào dung dịch theo sơ đồ sau: H +¿ ¿ ¿ + 4NaCH3COO [KÐ]4Na+ + CH3COOH + Al(CH3COO)3 (1) Al [ K § ]¿ Al(CH3COO)3 + 3H2O Al(OH)3 ¯ + 3CH3COOH + (2) 3+ Từ phản ứng (1) và (2) ta thấy H và Al đất đẩy vào keo đất đã tạo nên CH3COOH dịch lọc Dùng dung dịch NaOH 0,1N tiêu chuẩn chuẩn độ lượng CH3COOH dịch lọc thì ta xác định độ chua thuỷ phân đất Như độ chua thuỷ phân là độ chua lớn vì nó bao gồm ion H + ( độ chua hoạt tính), ion H+ và Al3+ bám hờ (độ chua trao đổi) và ion H + và Al3+ hút bám chặt trên bề mặt keo đất Bảng 6.3: Ðộ chua trao đổi và độ chua thuỷ phân số loại đất Việt Nam Loại đất (0-15cm) pHKCl Ðất nâu đỏ trên đá bazan (Phủ Quỳ) Ðất nâu đỏ trên đá vôi (Ninh Bình) Ðất phù sa sông Thái Bình (Hải Dương) Ðất phèn Hải Phòng 4,4 4,2 4,4 3,8 Ðộ chua trao đổi Ðộ chua thuỷ phân lđl/100g đất 0,51 6,3 2,61 10,4 3,50 8,0 0,65 4,3 (8) Ðất trũng Nam Ðịnh 4,6 0,30 4,8 Theo nguyên lý thì độ chua thuỷ phân thường lớn độ chua trao đổi có trường hợp cá biệt độ chua thuỷ phân nhỏ độ chua trao đổi Những trường hợp này có thể giải thích sau: + Một số loại đất đất đỏ nhiệt đới đất potzon tác dụng với dung dịch NaCH3COO thì anion CH3COO- có thể trao đổi với anion OH- trên keo kaolinit tạo nên NaOH dung dịch Lượng NaOH này trung hoà bớt axit CH 3COOH dung dịch làm độ chua thuỷ phân giảm + Saritvili (1948) cho số đất đỏ có khả hấp phụ phân tử axit axêtic sinh tác dung thuỷ phân nói trên và chính vì chuẩn độ ta thấy độ chua thuỷ phân bé độ chua trao đổi Người ta dùng độ chua thuỷ phân để tính dung tích hấp phụ cation (CEC) đất: CEC = S + H Trong đó S là tổng các cation kiềm trao đổi và H là độ chua thuỷ phân Hoặc tính độ no kiềm đất theo công thức: S ×100 V (%) = S+ H Ðộ chua thuỷ phân sử dụng để tính lượng vôi bón cải tạo đất chua (cứ 1lđl ion H+ cần dùng 28mg vôi bột CaO 50 mg bột đá vôi CaCO để trung hoà) Công thức tính cụ thể trình bày cuối chương này (phần bón vôi cải tạo đất chua) Phản ứng 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 các nguyên nhân sau: Các loại đá mẹ đá vôi, đá macma siêu bazơ đá macma bazơ chứa nhiều các nguyên tố kiềm và kiềm thổ Ca, Mg, K, Na bị phong hoá tạo thành số muối kiềm CaCO3, Na2CO3, K2CO3 muối này bị thuỷ phân tạo thành các chất kiềm đất Ví dụ: Khi các alumin silicat bị phong hoá: K2AlSi6O16 + H2O + CO2 H2AlSi2O8 + K2CO3 + 4SiO2 Fenspat kali K2CO3 + 2H2O KOH + KHCO3 Khi đất có chứa CaCO3 (đất tích vôi) Ở đất này pH có thể lên tới 8,0 CaCO3 + 2H2O Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 + 2H2O H2CO3 + Ca(OH)2 Một số vùng đất ven biển có chứa nhiều các muối dễ tan có thể làm cho đất có phản ứng kiềm Ðất chứa nhiều Na2CO3 (pH có thể lên tới hơn): Na2CO3 + 2H2O H2CO3 + NaOH (9) Ðất mặn chứa nhiều Na+ dạng hấp phụ thuỷ phân sinh NaOH: [KÐ]Na+ + H2O [KÐ]H+ + NaOH Mùn có chứa Na, K, Ca và Mg: (Mùn)Ca2+ + 2H2O (Mùn)2H+ + Ca(OH)2 Trong điều kiện ngập nước, các 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 Như đất có phản ứng kiềm chủ yếu đất có chứa nhiều các muối kiềm cacbonat bicacbonat hình thành từ nhiều đường khác Ðặc biệt tích luỹ nhiều Na2CO3 không độc cho cây (nồng độ >0,01%) mà còn làm xấu lý tính đất (dẻo, dính ẩm, cứng rắn khô), làm mùn dễ bị rửa trôi, chế độ nước và không khí đất không điều hoà Ở Việt Nam, diện tích đất có phản ứng kiềm nhỏ Một số vùng đất phù sa ven biển nhiễm mặn Hải Phòng, Nam Định có pH vào khoảng 7,0-8,0 không gây ảnh hưởng xấu đến cây trồng vì chúng xếp vào "nhóm đất mặn trung tính" Thực tế theo kết điều tra có ít đất kiềm tập trung tỉnh Bình Thuận Nhân dân địa phương gọi là đất mặn "cà giang" Ðất có chứa nhiều Na 2CO3 (có thể tới 9,8%) pH đất có thể lên tới 9,5 Phản ứng đệm đất 4.1 Khái niệm Khi ta cho lượng nhỏ axit bazơ vào nước cất xác định pH ta thấy pH nước thay đổi nhiều ta cho lượng axit bazơ vào đất xác định pH đất thì pH đất ổn định thay đổi không đáng kể Ðiều này chứng tỏ đất có khả chốnglại thay đổi pH Vậy: "tính đệm đất là khả đất có thể chống lại thay đổi pH có lượng axit hay bazơ định tác động vào đất" 4.2 Nguyên nhân tạo nên tính đệm đất Có nhiều nguyên nhân khác nhau: + Trong đất có chứa số chất muối cacbonat, muối phosphat Fe, Al, Ca, các hydroxyt Fe, Al, Mn có khả trung hoà axit làm cho pH đất ổn định (đệm chiều) Ví dụ: CaCO3 + 2HNO3 Ca(NO3)2 + H2O + Do đất có các các axit hữu (axit mùn và các axit amin) Các axit này có gốc axit và bazơ (- OH, - COOH, - NH2) nên có thể đệm đuợc axit và bazơ (đệm hai chiều) - Ðệm axit humic: R CH - COOH + HCl R - CH COOH + H2O OH Cl R CH - COOH + NaOH R -CH COONa + H2O (10) OH OH - Ðệm axit amin: R CH - COOH + HCl R -CH COOH NH2 NH3Cl R CH - COOH + NaOH R - CH COONa + H2O NH2 NH2 Ðất chứa nhiều mùn và các chất hữu có khả đệm cao + Do hoạt động trao đổi cation đất Trên bề mặt keo đất, đặc biệt là keo âm thường hấp phụ các cation kiềm và không kiềm Các cation này có thể trao đổi với H+ Na+ làm cho pH dung dịch đất không đổi Ví dụ: [KÐ]Ca2+ + HCl [KÐ]2H+ + CaCl2 [KÐ]H+ + NaOH [KÐ]Na+ + H2O Như vậy, số lượng keo âm đất càng nhiều thì tác dụng trao đổi cation càng mạnh, hay nói cách khác: hàm lượng mùn càng cao và thành phần giới càng nặng thì tính đệm đất càng lớn + Tác dụng Al3+ di động đất: Theo R K Schofield lúc pH <5,5, cation Al 3+ trạng thái xung quanh có phân tử H2O bao bọc [Al(H2O)6]3+ Nếu có kiềm xâm nhập thì số phân tử nước ion [Al(H2O)6]3+ phân ly tạo H+ và OH-, H+ trung hoà chất kiềm còn OH- giữ trên bề mặt cation Al3+ làm cho pH đất ổn định Al 3+ di động có khả đệm pH<5,5 và đệm chiều với chất kiềm 2[Al(H2O)6]3+ + 2OH- [Al(OH)2(H2O)8]4+ + 4H2O H2O H2O OH- AlH2O H2O Al- OHH2O 4+ H2O H2O H2O Nếu chất kiềm tiếp tục xâm nhập vào đất thì các phân tử nước trên đó lại tiếp tục phân ly ion H+ để trung hoà làm ion nhôm kép trở nên phức tạp 6+ H2O H2O AlH2O H2O OHOHH2O H2O H2O Al- H2O OHOHH2O H2O H2O Al- H2O OHOHH2O H2O H2O AlH2O (11) Lúc pH >5,5 thì ion nhôm kết tủa dạng Al(OH) và khả đệm Như nhôm có khả đệm pH đất 5,5 và đệm với bazơ (đệm chiều.) Qua các nguyên nhân nói trên ta có thể rút nhận xét rằng: Tính đệm đất phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng mùn và thành phần giới đất Ðất giàu mùn > đất sét > đất thịt > đất cát Thí nghiệm đơn giản sau đây có thể khẳng định thêm kết luận trên: Với loại đất (đất cát, đất sét và đất giàu mùn); loại đất ta dùng ống nghiệm, ống nghiệm chứa g đất bột Ðổ vào các ống nghiệm lượng vôi bột CaO tương ứng 5, 10, 15, 20, 25, 30mg, thêm 25ml nước cất, lắc 10 phút xác định pH và biểu diễn kết trên đồ thị Qua đồ thị ta thấy muốn đưa pH từ lên cho thì phải dùng 9.000 kg vôi đất đen giàu mùn, 4.500kg vôi đất sét và 1.500kg đất cát Tính đệm có ý nghĩa quan trọng thực tiễn Nhờ có tính đệm mà pH đất khá ổn định, tạo điều kiện tốt cho cây trồng và vi sinh vật phát triển Ngoài tính lượng vôi bón cho đất phải tính tới khả đệm đất để có mức bón phù hợp Ðối với đất có thành phần giới nhẹ, nghèo mùn ta có thể giảm bớt lượng vôi bón, đất giàu mùn, có thành phần giới nặng phải tăng lượng vôi bón lên 1,2-1,5 lần theo số tính lý thuyết Đất cát Đất sét Đất đen Lượng vôi bón, kg/ha Hình 6.3: Quan hệ hàm lượng mùn, thành phần giới với tính đệm đất Phản ứng oxy hoá khử đất 5.1 Khái niệmvề phản ứng oxy hoá khử Oxy hoá khử là quá trình diễn phổ biến đất, đặc biệt là đất lúa nước Quá trình này giữ vai trò quan trọng độ phì nhiêu đất Oxy hoá là kết hợp với oxy hay hydro Trái lại khử oxy là oxy hay kết hợp với hyđro Quá trình oxy hoá khử liên quan đến chuyển dịch điện tử (electron)… Các chất oxy hoá (ký hiệu là ox) là chất nhận điện tử Quá trình chất oxy hoá nhận điện tử gọi là quá trình khử Các chất khử (ký hiệu là Red) là chất cho điện tử, quá trình chất khử cho điện tử là quá trình oxy hoá Cả hệ thống oxy hoá khử ký hiệu là Redox Trong phản ứng cụ thể chất oxy hoá và chất khử tạo thành cặp oxy hoá khử và gọi là hệ thống oxy hoá - khử đất Ví dụ: Fe3+ + e Fe2+ Fe2+ - e Fe3+ (12) Trong đất có các chất oxy hoá là O 2, NO3-, Fe3+, Mn4+, Mn3+, Cu2+ và vi sinh vật hiếu khí Những chất khử là H2, Fe2+, Mn2+, Cu+ vi sinh vật yếm khí và các sản phẩm phân giải xác hữu điều kiện yếm khí Tất các phản ứng oxy hoá 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 và sản phẩm phân giải: Bảng 6.4: Ảnh hưởng trạng thái oxy hoá khử đến các dạng sản phẩm phân giải xác hữu Thành phần chất hữu C N S P Fe Mn Cu Sản phẩm oxy hoá (ox) CO2 NO2-, NO3SO42PO43Fe3+ Mn3+, Mn4+ Cu2+ Sản phẩm khử (Red) CH4, CO NH3, N2 H2S PH3 Fe2+ Mn2+ Cu+ Cường độ oxy hoá khử xác định điện oxy hoá khử, ký hiệu Eh, đơn vị là milivon (mV), tính theo công thức: Eh (mV) = Eo + 59/ n.lg (ox)/ (red) Trong đó Eo là điện tiêu chuẩn, nghĩa là điện phát sinh các điện cực nằm dung dịch có chất oxy hoá và chất khử oxy nồng độ 1N và là số với hệ oxy hoá khử Ví dụ: Fe3+ + e -_ Fe2+ Eo = 770 mV 4+ 2+ Mn + 2e Mn Eo = 344 mV 3+ 2+ Mn + e Mn Eo = 1510 mV + MnO4 + 4H + 3e MnO2 + 2H2O Eo = 1640 mV Còn [ox] là nồng độ đương lượng chất oxy hoá [Red] là nồng độ đương lượng chất khử Ví dụ: đất cụ thể nào đó có [Fe2+] = 0,1 N và [Fe3+] = 0,001 N thì Eh = 770 + 59 lg0,001/ 0,1 = 625 mV Hiện để xác định Eh đất người ta thường dùng các máy đo (Eh meter) cho kết nhanh và chính xác việc xác định nồng độ các chất oxy hoá, khử 5.2 Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hoá khử + Trong đất có thể chứa nhiều hệ thống oxy hoá khử có nồng độ khác Eh đất tương đương với trị số Eh hệ thống oxy hoá khử có nồng độ chất khử và chất oxy hoá cao + Trong đất thoáng khí quá trình oxy hoá khử đất định nồng độ O2 tự không khí đất và O hoà tan dung dịch đất Nồng độ oxy không khí đất và dung dịch đất càng cao thì Eh càng cao + Ðộ ẩm đất: đất khô có quá trình oxy hoá mạnh nên Eh cao, đất ẩm dư ẩm thì quá trình khử mạnh nên Eh đất thấp (13) + Cây trồng: Eh đất phụ thuộc và loại cây trồng, mật độ cây Eh xung quanh rễ cây khác Ví dụ: gần rễ cây lúa mỳ Eh giảm vì rễ cây lúa mỳ tiết chất khử, gần rễ cây lúa nước Eh tăng rễ lúa tiết oxy + Eh đất có liên quan chặt chẽ với pH Nếu dung dịch đất có nhiều + ion H diễn quá trình: H+ + 2e - = H2 Khi thay đổi đơn vị pH thì Eh thay đổi từ 57-59mV Klak đề nghị biểu thị điện oxy hoá khử đất là rH2 theo công thức: rH2 (mV) = Eh/ 30 + pH + Các biện pháp canh tác: - Luân canh cây trồng cạn với cây 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 thông khí thì Eh tăng - Phơi ải đất lúa làm cho Eh tăng - Mật độ cây trồng: rễ lúa nước tiết oxy làm Eh đất vùng xung quanh rễ tăng Vì lúa nước cấy càng dày thì mật độ rễ càng cao, Eh càng tăng và hàm lượng các chất khử càng giảm 5.3 Ý nghĩa thực tiễn phản ứng oxy hoá khử + Ðiện oxy hoá khử là tiêu đánh giá tính thông khí và tình hình cung cấp dinh dưỡng đất Các chất dinh dưỡng NH 4+, NO3-, PO43-, SO42- hình thành tác động hệ vi sinh vật đất điều kiện cụ thể pH, Eh nào Ví dụ: pH = 7, Eh khoảng 400mV thì NO 3- bị khử mạnh thành NO2 cây không dùng + Các loại đất khác có Eh khác nhau, phẫu diện Eh các tầng khác và 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 quá cao chứng tỏ quá trình oxy hoá đất xảy mạnh Mùn tiêu hao nhanh và số chất dinh dưỡng có thể bị cố định lại Ngược lại Eh quá thấp nghĩa là quá 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 đó Fe3+ các hợp chất bị khử thành Fe2+ (như Fe(OH)2 và 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 NH 4+) đây là quá trình có lợi vì cung cấp nhiều dinh dưỡng cho cây Một số biện pháp nâng cao độ phì đất cách điều tiết phản ứng đất 6.1 Bón vôi cải tạo đất chua: Ðộ chua ảnh hưởng đến đặc tính lý hoá sinh học đất: + Dạng tồn và độ hữu hiệu các nguyên tố Ca, Mg, P, các 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 và hoạt động chúng Chính vì các phản ứng đất có liên quan chặt chẽ tới phân (14) giải chất hữu và chuyển hoá các chất dinh dưỡng đạm và lưu huỳnh đất Các vi khuẩn và xạ khuẩn có ích thích nghi môi trường trung tính Ví dụ vi khuẩn cố định đạm thích nghi pH 6,8; Vi khuẩn nitrat hoá pH 6-8 Trong môi trường chua pH <5 nấm phát triển Những sản phẩm nấm sinh có tính chua mạnh, điều kiện có nước có thể bị rửa trôi không có lợi cho tích luỹ độ phì + Trong đất chua di động nhôm tăng Trừ số ít cây chè Al 3+ kích thích phát triển còn hầu hết các cây trồng không chịu hàm lượng nhôm di động cao + pH đất ảnh hưởng đến hoà tan lân và hiệu lực phân lân Trong môi trường hoá học đơn thì lân vô hoà tan nhiều pH giảm, lân hữu hoà tan nhiều pH tăng Song đất chua còn có tượng hấp phụ hoá học tác dụng sắt và nhôm với lân nên nói chung môi trường trung tính lân hoà tan nhiều + pH ảnh hưởng đến cây trồng: trừ số ít cây ưa môi trường chua còn lại thích hợp môi trường trung tính (xem mục 5.2) + pH đất ảnh hưởng đến độ hoà tan các nguyên tố vi lượng đất Khi pH giảm phần lớn các nguyên tố vi lượng trở nên di động hơn, dễ hấp thu với cây (Mn, Cu, B, Zn ) di động molipden lại giảm rõ rệt Biện pháp cải tạo độ chua nhanh và có hiệu là biện pháp bón vôi Tác dụng bón vôi thể ở: + Khử chua nhanh chóng, kết tủa Al di động nên độc + Tăng cường hoạt động vi sinh vật đất + Huy động thức ăn cho cây (trao đổi cation trên keo đất dung dịch đất) tăng cường dinh dưỡng nuôi cây + Tăng hiệu lực số loại phân bón supe lân, đạm sunphat + Làm ngưng tụ mùn tạo kết cấu đất tốt làm cho đất tơi xốp + Ðiều chỉnh pH phù hợp với yêu cầu cây trồng Như ta thấy bón vôi cho đất chua là việc cần thiết, song muốn bón vôi hợp lý cho đất cần xét yếu tố theo thứ tự sau: + Cần xem pH đất đã phù hợp với cây trồng chưa Thường là pH đất <5,5 thì bắt đầu cần phải bón vôi có cây trồng phát triển tốt trên đất chua chè, dứa thì pH xuống đến 4,0-4,5 chưa cần phải bón vôi + Dựa vào pH và độ no bazơ (BS %): Nếu pH < 4,5 cấp thiết bón vôi pH 4,6-5,5 cần vừa pH > 5,5 chưa cần bón vôi Xét theo độ no kiềm: BS (%) <50% cấp thiết bón vôi 50-70% cần vừa >70% chưa cần + Sau đã xét hai tiêu chuẩn trên thấy cần phải bón vôi thì dựa vào độ chua thuỷ phân để tính lượng vôi cần bón theo lý thuyết: Có nhiều công thức bón vôi, các công thức đó khác cách thể dựa trên nguyên tắc chung là "cứ 1lđl ion H + đất cần dùng lđl gam bột đá vôi (tức 50 mg CaCO3) 1lđl vôi bột (28mg CaO) để trung hoà" (15) Trong thực tế chúng ta thường tính lượng vôi bón quy CaO Lượng CaO tính theo công thức sau: Q (kg/S) = 0,28.S.h.D.H S - Diện tích cần bón (m2) h - Bề dầy tầng canh tác (m) D - Dung trọng đất (g/cm3) H - độ chua thuỷ phân (lđl/100g đất) + Sau tính lượng vôi bón theo lý thuyết thì xét tính đệm đất (thành phần giới hàm lượng mùn đất) để điều chỉnh lại lượng vôi đã tính cho phù hợp với thực tế Ví dụ: Ðất có thành phần giới nhẹ và nghèo mùn cần bón 1/2 hay 2/3 lượng vôi đã tính Ngược lại đất có thành phần giới nặng và nhiều mùn đất phèn thì lượng vôi bón tăng 1,5 lần lượng đã tính (ta thường nói bón 1,5 độ chua thuỷ phân) 6.2 Ðiều tiết phản ứng oxy hoá - khử Eh đất quá cao hay quá thấp không tốt, để điều chỉnh Eh có nhiều biện pháp khác nhau: + Ðiều chỉnh độ ẩm đất, không để đất khô hạn dư ẩm thời gian dài, làm cho quá trình oxy hoá và khử diễn hài hoà: - Luân canh cây trồng cạn - nước theo công thức lúa màu (vụ đông) - Rút nước phơi ruộng, làm cỏ sục bùn: Sau trời mưa tưới nước cần rút nước xới phá váng đất để đất thoáng khí Khi làm cỏ phải sục bùn để oxy hoá chất khử có tính độc, chuyển chúng dạng không độc và tạo bước nhảy vọt Eh để sau đó Eh giảm xuống có tác dụng giải phóng chất dinh dưỡng như, tăng NH 4+, tăng lân dễ tiêu, giảm chua Vì nhân dân ta có câu "Công cấy là công bỏ, công làm cỏ là công ăn" - Cày ải sau vụ mùa đất chuyên trồng lúa Trong quá trình phơi ải khử các chất độc H2S, CH4, tăng cường phân giải chất hữu tăng nhiệt độ đất, tăng cường hoạt động các vi sinh vật hảo khí, tăng Eh Khi đổ ải (cho nước vào) Eh đất từ cao giảm xuống giải phóng NH 4+, P2O5 dễ tiêu, giảm chua đất sinh Fe(OH)2 và NH4OH và đúng là "một hòn đất nỏ giỏ phân" Mặt khác đất phơi ải triệt để thì lúc đổ ải bừa dễ nên chất lượng làm đất tốt Ngoài phơi ải là quá trình oxy hoá hút nhiệt nên lúc đổ ải toả nhiệt làm cho ôn độ đất tạm thời tăng lên có tác dụng định quá trình sinh trưởng lúa cấy thời tiết lạnh vụ đông xuân + Bón phân hữu và bón v ôi làm tăng kết cấu đất, tăng độ tơi xốp đất, đất thông khí tốt thích hợp với cây trồng cạn Bón vôi để thay đổi pH đất chua vì pH ảnh hưởng đến Eh đã nói trên + Bón phân hữu làm giảm Eh, làm cỏ xới đất thì Eh không giảm đột ngột Câu hỏi ôn tập (16) Nêu khái niệm dung dịch đất? Thành phần và nguồn gốc dung dịch đất? Vai trò dung dịch đất với quá trình hình thành và phát triển đất độ phì đất? Nêu khái niệm phản ứng chua đất? Nêu các nguyên nhân làm đất hoá chua? Phân loại các loại độ chua và cách xác định chúng? Nêu ý nghĩa các loại độ chua? Cách điều tiết phản ứng chua đất? Khái niệm phản ứng kiềm đất? Các nguyên nhân làm đất có tính kiềm? Cách điều tiết? Khái niệm phản ứng oxy hoá khử đất? Các yếu tố ảnh hưởng đến Eh đất? Vai trò hệ thống oxy hoá khử đất với độ phì đất và cách điều tiết chúng? Khái niệm phản ứng đệm đất? Các nguyên nhân làm đất có tính đệm? Vai trò phản ứng đệm với độ phì đất và cách điều tiết? (17) (18)