1.5.1. Độ chua của đất (pH)
Theo Võ Thị Gương (2004) thì độ hữu dụng của dưỡng chất đối với cây trồng phụ thuộc rất lớn vào pH của đất. Đất cung cấp dinh dưỡng cho cây lúa phát triển nhưng lại không ảnh hưởng trực tiếp đến con tôm mà phải thông qua trao đổi chất diễn ra qua giao diện đất - nước để tác động đến môi trường sống và chuỗi dinh dưỡng của tôm, (Lê Xuân Thuyên, 2004).
Đánh giá tính chua hay kiềm của một loại đất, người ta thường nói đến yếu tố đầu tiên đó là pH, Nếu pH nhỏ hơn 5: đất chua, pH bằng 6 - 7: trung tính, pH lớn hơn 7: đất kiềm, pH tương quan nghịch theo dạng với Al3+ và Fe2+ (Lê Huy Bá, 2003).
pH đất: là chỉ tiêu đánh giá đất quan trọng vì nó thường ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của cây trồng, với đất, vận tốc các phản ứng hoá học đất, độ hữu dụng của dưỡng chất đất (Ngô Ngọc Hưng và ctv., 2004).
Cây lúa nước có thể sinh trưởng trong môi trường pH biến động từ 4 – 9, sinh trưởng bình thường ở pH từ 5 – 8, nhưng sinh trưởng thích hợp nhất ở pH từ
14
6 -7. Đáng lưu ý là khi Eh giảm thì pH, lân dễ tiêu, NH4+, tăng lên ở đất chua. Tuy nhiên quan hệ giữa pH đất và lân dễ tiêu là một vấn đề khá phức tạp. Nhiều kết quả nghiên cứu sơ bộ kết luận khi pH từ 5,5 – 6,5 lân sẽ giải phóng nhiều nhất, còn nếu thấp hơn hoặc cao hơn đều bị cố định khá nhiều.
1.5.2. Độ mặn của đất (EC)
EC trong đất là một đại lượng để đo độ mặn của đất, biểu thị trực tiếp hoặc gián tiếp nồng độ muối hoà tan. Đất mặn có nồng độ muối cao, ngoài ra trên đất phèn, do sự tác động của acid vào khoáng sét, nồng độ muối phèn trong đất có thể cao và gây độc cho cây (Ngô Ngọc Hưng và ctv., 2005). Theo Nguyễn Mỹ Hoa (2007), độ dẫn điện được định nghĩa là khả năng dẫn điện của dung dịch đất, là một chỉ tiêu để đo lường độ dẫn điện của các ion hòa tan trong dung dịch hay là độ mặn của đất. Dung dịch đất càng có nồng độ muối tan cao sẽ có độ dẫn điện cao (Lê Văn Căn, 1978).
Đất mặn là đất có độ dẫn điện của dung dịch trích bão hòa (EC) là từ 4mmohs/cm trở lên ở 250C. Đây là ngưỡng mà vượt quá mức này năng suất lúa sẽ giảm đáng kể vì lượng muối gia tăng (Akba và ponnamperuma, 1980). Các loại ion của muối gồm: Na+, Ca2+, Mg2+, Cl- và SO4
2-
. Trong đó muối NaCl chiếm ưu thế. Đất được xem là đất mặn nếu có chứa lượng muối hòa tan đủ lớn làm giảm sự tăng trưởng của hầu hết các loại cây trồng. Đất ở những vùng khô hạn, do lượng mưa không đủ để rửa các cation base như: Ca, Mg, K, Na và các dạng muối dễ hòa tan như: NaCl, CaCl, MgCl2, KCl đưa đến đất mặn và kiềm, pH > 7. Đất mặn thường liên kết với tính sodic, nghĩa là lượng Na rất cao trên phức hệ hấp thu của đất, gây trở ngại cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, gây xáo trộn và mất cân đối sự hấp thu nước, dưỡng chất và cả tính chất bất lợi về vật lý đất. Tuy nhiên những trở ngại của đất mặn cò tùy thuộc vào loại cây trồng, cấu trúc đất, khả năng giữ nước của đất và thành phần muối (Võ Thị Gương, 2006).
Để phân loại độ mặn, người ta thường căn cứ vào 2 chỉ tiêu phối hợp đó là: % tổng số muối tan hoặc Cl- trong đất. Có hai phương pháp thường được sử dụng đó là:
15
- Phương pháp hóa học: Xác định tổng số muối tan hoặc hàm lượng các muối thành
phần bằng những phương pháp hóa học (bảng 1.3).
- Phương pháp điện hóa: Người ta tiến hành đo độ dẫn điện của dung dịch đất
(Electro-conductivity), ký hiệu là EC. Độ dẫn điện thường tỷ lệ thuận với hàm lượng của tổng số muối tan và áp suất thẩm thấu của dung dịch đất. Thường EC được đo ở điều kiện chuẩn, khi cho đất bão hòa nước tới giới hạn dính và ở 25ºC.
Bảng 1.6: Tương quan giữa EC và lượng muối tan (Lê Văn Khoa, 2000)
EC (millihos/cm) Tổng số muối tan (ppm)
4 8 > 15 3,000 5,000 10,000 Tôn Thất Chiểu và ctv., (1991) nhận định rằng đất mặn ở ĐBSCL là mặn do muối trong nước biển, chủ yếu là NaCl. Căn cứ vào độ dẫn điện (EC) và định lượng hàm lượng Cl- trong đất.
Bảng 1.7: Phân cấp đất mặn (Tôn Thất Chiểu và ctv., 1991).
Phân cấp đất mặn EC (mS/cm) Cl- (%) Đất mặn nhiều Đất mặn trung bình Đất mặn ít > 4 2 - 4 1 – 2 > 0,25 0,15 - 0,25 0,05 - 0,15
Như vậy, tổng muối tan là chỉ tiêu đánh giá độ mặn trực tiếp của đất, thường là các muối Clo, Sulfate, Bocarbonate của các ion Na+, Ca2+, Mg2+…
Trong đất mặn và đất mặn sodic, phần trăm Na trên phức hệ hấp thu là trị số được đánh giá là quan trọng. Trị số này giúp đánh giá tỷ lệ Na được hấp phụ so với tổng khả năng hấp phụ cation của đất. Tỷ lệ Na chiếm ưu thế trong phức hệ hấp thu đưa đến nhiều bất lợi trong dinh dưỡng cây trồng và tính chất hóa lý đất. Phần trăm của Na trên tổng khả năng trao đổi cation (Exchange Sodium Percentage, ESP) được tính toán dựa trên cơ sở khả năng hấp phụ cation của đất, CEC và Na trao đổi, ESP = 15 là ngưỡng đánh giá ảnh hưởng của sodic đối với cây trồng.
16
Bên cạnh ESP, tỷ lệ Na hấp phụ SAR (Sodium Adsorbtion Ratio) so với cation Ca và Mg được kết hợp để đánh giá và phân biệt đất sodic với đất kiềm và đất mặn, SAR được đánh giá dựa trên cơ sở nồng độ cation Na+, Ca2+ và Mg2+ (mmol/L) trong dung dịch trích bão hòa.
1.5.3. Khả năng trao đổi cation (CEC)
CEC được tạo ra do sự hấp thụ các cation trên bề mặt của các phân tử đất mang điện tích âm. Do đó nguồn gốc điện tích âm trong đất cũng chính là nguồn gốc CEC.
1.5.3.1 Nguồn gốc của điện tích âm cố định
Điện tích âm cố định trong các thành phần trong đất do sự thay thế đồng hình ở bên trong cấu trúc của các khoáng sét Sillicate. Theo Trần Kim Tính (1996) thì sự thay đổi đồng hình xảy ra trong lúc các khoáng sét được hình thành bởi vì Si và Al không hiện diện đúng một tỷ lệ, sự thay thế trên có thể là Al thay Si, sự thay thế này dẫn đến sự thiếu hụt điện tích dương (dư thừa điện tích âm) của mạng lưới tinh thể. Để tồn tại khoáng sét hấp thụ một lượng đương lượng các ion ( Na+, K+, Ca2+, Mg2+) trên bề ngoài của phiến sét.
1.5.3.2. Nguồn gốc điện tích âm thay đổi
Điện tích âm trong đất thay đổi xuất phát từ những kết nối bị bẽ gãy ở cạnh và bề mặt ngoài của keo vô cơ, cũng như sự phân ly của các nhóm chức trên keo hữu cơ và sự hấp phụ đầu tiên (bằng phản ứng hóa học) các ion trên bề mặt của các hạt sét (Rhoades, 1982).
Bảng 1.8 : Đánh giá theo giá trị CEC (mg/100g đất) (phái đoàn Hà Lan, 1974)
Hàm lượng CEC (meq/100g đất) Mức độ
< 3 Rất thấp
3.1-7.0 Thấp
7.1-15.0 Trung bình
15.1-30.0 Cao
17
Điện tích này liên kết chủ yếu với nhóm hydroxyl trên cạnh và bề mặt của keo vô cơ (Al- OH) và nhóm chức trong mùn (- COOH) dưới những điều kiện acid vừa phải, có ít hoặc không có điện tích trên các hạt này, nhưng khi pH tăng lên thì ion H+ sẽ phân ly ra từng nhóm OH- và điện tích âm được tạo thành (Nyle C.Brady, 1990):
Keo vô cơ – OH + OH- keo vô cơ –O + H2O Mùn – OH + OH- mùn –O + H2O
Một nguồn nữa của việc tăng điện tích âm khi pH tăng lên là sự loại bỏ các phức hệ mang điện tích dương, và đây là nguồn làm tăng điện tích âm, đặc biệt trong những đất có nhiều oxit Fe và Al.
Al(OH)2-. Al(OH)2+ + OH- Al(OH)2- + Al(OH)3
(các vị trí điện âm bị tạo khối) (không có điện tích)
1.5.4. Các cation trao đổi trong đất:
1.4.4.1 Kali
Kali trong đất tồn tại dưới 3 hình thức sau: - Kali hữu dụng: 90- 98% K toàn phần.
- Kali chậm hữu dụng (không trao đổi được): 1- 10% của K toàn phần.
- Kali sẵn sàng hữu dụng( Kali trao đổi trong dung dịch đất): 1- 2% K toàn phần
Cân bằng động giữa các hình thức K trong đất: K+ không trao đổi K+ trao đổi được K+ trong dung dịch đất.
K+ trong đất thường ở trạng thái ít hữu dụng hơn Ca2+ rất nhiều. Kali hữu dụng thường chiếm khoảng 1% Kali toàn phần. Qua tương quan của 3 hình thức trên, ta thấy lượng Kali dễ trao đổi thường rất nhỏ vì phần lớn K bị giữ ở các tinh khoáng sơ khởi, bị hấp thụ mạnh mẽ bởi các khoáng Sillicate 2:1, hoặc bị giữ ở các dạng ít hữu dụng rất dễ hòa tan nên rất dễ bị trực di hoặc bị hoa màu hấp thụ một cách xa xỉ.
18
Cùng một điều kiện khí hậu, đất có sa cấu mịn (sét pha thịt, sét…) giàu K hơn đất cát vì đất giàu sét nghĩa là có nhiều dung lượng khoáng chuyển cation lớn nên giàu K, ngược lại ở đất cát rất nghèo K (Thái Công Tụng, 1970). Lượng K+ trao đổi có khuynh hướng giảm theo sự phát triển của đất phần nào do bị rửa trôi và cố định dưới dạng không trao đổi, xu hướng chung là lượng K+ tăng theo độ mặn hoặc mức độ trẻ của đất.
1.5.4.2. Canxi
Phần lớn Ca trong đất dưới dạng vô cơ, so với K và Mg thì Ca trong đất ở trạng thái hữu dụng nhất. Số lượng Ca2+ trao đổi chiếm khoảng 25% của Ca toàn phần (Thái Công Phụng, 1970).
Theo Lê Huy Bá, (1982) Ca là một cation linh động dễ bị rửa trôi theo nước. Cùng với Mg, Ca là một cation kim loại dùng để giảm bớt độ chua của đất, Ca2+ sẽ trao đổi với H+ ngoại hấp nên làm phóng thích H+ ra dung dịch đất theo phản ứng:
[KĐ]-H + Ca2+ [KĐ]Ca + 2H+
Sự trung hòa hay mất H+ ra khỏi hệ thống hấp phụ Ca2+ trao đổi được nâng lên làm cho pH tăng lên (Thái Công Tụng, 1970).
Bảng 1.9: Cation trao đổi (meq/100g đất) (Kuyma, 1976)
Hàm lượng Ca2+ (meq/100g đất) Hàm lượng K+ (meq/100g đất) Mức độ <1 <0.125 Rất thấp 0.-2.3 0.125-0.25 Thấp 2.3-3.5 0.25-0.65 Trung bình 3.5-7 0.65-1.3 Cao >7 >1.3 Rất cao
Nồng độ canxi của bề mặt trái đất là khoảng 3.64%. Hàm lượng canxi trong đất thay đổi tùy thuộc vào loại đất. Đất cát có hàm lượng canxi thấp. Trên các loại đất kiềm có các carbonate canxi tự do tại các vùng khí hậu ẩm ướt của thế giới, ca biến động khoảng từ 0.7 đến 1.5% các loại đất phong hóa mạnh chứa canxi ít hơn
19
khoảng từ 0.1 đến 0.3% canxi. Trị số cao hơn khoảng 3% chỉ rằng có sự hiện diện của carbonate canxi (Nguyễn Mỹ Hoa và ctv., 2004).
Canxi trong dung dịch đất có thể bị mất do thoát thủy, được các vi sinh vật hấp thu, được hấp thu xung quanh các phân tử sét hoặc tái kết tủa dưới dạng hợp chất Ca thứ sinh, đặc biệt trên các vùng đất khô hạn.(Nguyễn Mỹ Hoa và ctv., 2004).
1.5.4.3. Mangiê:
Trong đất phần lớn Mg tồn tại dưới dạng vô cơ, độ hữu dụng của Mg cao hơn K, nhưng vẫn thấp hơn Ca rất nhiều. Số lượng Mg trao đổi chiếm khoảng 6,5- 7% lượng Mg toàn phần (Thái Công Tụng, 1970).
Các hợp chất của Mg thường bền hơn của Ca và ở trong đất Mg thường ở dạng MgSO4, trong đất phèn mặn Mg còn có ở dạng MgCl2, Mg có nhiều trong môi trường nước biển, nước lợ, Mg thường đi kèm với Ca (Lê Huy Bá, 1982).
Theo A. M. Briones và A. A. Briones: pH đất ảnh hưởng đến độ hữu dụng của Mg. Đất rất acid thường đi đôi với sự thiếu Mg hữu dụng trong đất. pH thấp Mg2+ không có nhiều trong đất, pH cao thì Mg hiện diện nhiều (Thái Công Tụng. 1970).
Vì Mg có nhiều trong nước lợ, nước biển nên những vùng đất phèn có ảnh hưởng của thủy triều đều có nhiều Mg2+ , khi lượng Mg2+ tăng lên độ phèn có thể giảm xuống một ít nhưng vai trò của nó thấp hơn Ca2+ (Lê Huy Bá, 1982).
Bảng 1.10: Thang đánh giá Mg2+ trao đổi (E.S. Marx. J. Hart và R. G. Steven, 1999.)
Hàm lượng(meq/100g đất) Mức độ
< 0.5 Thấp
0.5 – 1.5 Trung bình
> 1.5 Cao
Cũng như Ca, Mg có ít ở đất phèn nhiều, còn phèn nhiều và phèn tiềm tàng ven biển thì giàu Mg hơn (Lê Huy Bá, 1982). Theo Đào Cần (1977): ở đất phèn
20
mặn Mg tương đối giàu chỉ thấp hơn đất mặn chút ít. Còn đất mặn nhiều Mg2+ trao đổi đặc biệt rất cao nên loại đất giàu Mg2+ nhất ở ĐBSCL.
1.5.4.4. Natri:
Có nhiều trong nước biển, trong những vùng ngập bởi nước biển Na có thể bị tích tụ cao có thể chiếm trên 15% của các cation trao đổi, trái với K, Na ảnh hưởng đến hóa tính đất khi nó hiện diện quá nhiều trong đất nó sẽ làm hư các tập hợp liên kết đất, đất không thấm nước và không khí. Bón muối nhiều dẫn đến cấu trúc đất có thể bị phá vỡ làm giảm tính thấm rút của đất, ảnh hưởng đến sự rửa trôi của độc chất (Vũ Đình Tư, 1968).
Bảng 1.11: Độ no bazơ bảo hòa (BS) và Hàm lượng Na+(Trần Văn Chính, 2006).
Hàm lượng (meq/100g đất) Hàm lượng Na+ (meq/100g đất) Mức độ <20 < 0.1 Rất thấp 21-40 0.1 – 0.3 Thấp 41-60 0.3 – 0.7 Trung bình 61-80 0.7 – 2.0 Cao 81-100 > 2 Rất cao
1.5.5. Ảnh hưởng của Natri và sự nhiễm mặn lên tính chất vật lý đất
1.5.5.1. Ảnh hưởng lên cấu trúc đất :
Warrence và ctv. (2003), cho rằng đất mặn có ảnh hưởng đến tính chất vật ý của đất là làm cho các hạt mịn kết dính với nhau trong một khối. Quá trình này được gọi là keo tụ và có lợi về mặt thoáng khí đất, thuận lợi cho quá trình xâm nhập và sinh trưởng của rễ. Tăng độ mặn của dung dịch đất có ảnh hưởng tích cực lên sự ổn định cấu trúc và đoàn lạp của đất, nhưng ở mức độ mặn cao sẽ có tá động tiêu cực và làm chết cây. Nên độ mặn không thể được tăng lên chỉ để duy trì cấu trúc đất mà quên đi sức khỏe của cây trồng.
Natri có tác động ngược lại của độ mặn lên đất. Các quá trình vật lý liên kết với sự hiện diện Na+ ở nồng độ cao là sự phân tán keo đất, sự phồng lên của đòan
21
lạp và phiến sét. Các lực liên kết những hạt sét lại với nhau bị phá vỡ khi có quá nhiều ion Na+ lớn nằm giữa chúng. Khi sự ngăn cách này xảy ra, các hạt sét mở rộng gây ra sự phồng lên và phân tán đất. Sự phân tán đất làm cho các hạt đất bít các lỗ rỗng trong đất, dẫn đến giảm tốc độ thấm nước của đất. Khi đât bị ướt và khô nhiều lần thì sự phân tán đất keo đất xảy ra, sau đó nó sửa đổi lại và trở nên cứng gần như xi măng với cấu trúc đất ít hoặc không có. Ba vấn đề chính mà Na+ tạo ra sự phân tán là: giảm tính thấm, giảm tính dẫn nước và phủ một lớp vỏ trên bề mặt (Warrence và ctv., 2003).
1.5.5.2. Ảnh hưởng lên mức độ thấm nước của đất
Sự phân tán không chỉ làm giảm lượng nước vào đất, mà còn ảnh hưởng đến thủy lực của đất. Thủy lực đề cập đến tốc độ mà tại đó nước chảy xuyên qua đất. Ví dụ, loại đất có cấu trúc rõ ràng sẽ chứa một số lượng lớn các tế khổng lớn, rạn nứt và vết nứt cho phép lưu lượng tương đối của nước xuyên qua đất nhanh chóng. Khi Na+ tạo ra sự phân tán đất gây mất cấu trúc đất, thủy lực cũng bị giảm. Nếu nước không thể đi qua đất, các lớp trên có thể trở nên căng ra và nước bị giữ lại. Kết quả là đất không thoáng khí có thể làm giảm hoặc ngăn chặn sự sinh trưởng của cây trồng, giảm tốc độ phân hủy chất hữu cơ. Việc giảm phân hủy là nguyên nhân làm cho đất trở nên cằn cỗi, đất bị kiềm làm cho xấu đi (Warrence và ctv ., 2003).
1.5.5.3. Ảnh hưởng lên sự tương tác EC- SAR
Ảnh hưởng của Na+ lên sự phân tán trên các tính chất của đất và sự vận chuyển nước phần lớn phụ thuộc vào mối quan hệ giữa EC và SAR. Sự tương tác EC- SAR được dựa trên một nồng độ cao hơn của Ca2+ và Mg2+ có khả năng chống lại bản chất phân tán của Na+, do đó làm giảm tác động phân tán lên cấu trúc đất. Tốc độ tấm nước bị giảm nghiêm trọng khi EC là rất thấp (nhỏ hơn 1dS m-1), mặc