Phản ứng của dung dịch đất hay nói một cách khác là độ chua kiềm không phải là mộtđại lượng không đổi. Trong đất còn có quá trình lí, hoá học và sinh học
tạo ra axit hoặc bazơ và dẫn đến thay đổi phản ứng của dung dịch đất. Sự giải
phóng axit cacbonic trong quá trình hô hấp của rễ, sự tạo thành axit nitric do quá trình nitrat hoá và những sản phẩm khác của axit trong quá trình sinh sống của vi sinh vật gây ra sự axit hoá dung dịchđất. Phản ứng của dung dịch đất cũng bị thay
đổi dưới ảnh hưởng của việc sử dụng phân bón. Chẳng hạn, khi bón những phân sinh lí chua (NH4Cl, (NH4)2SO4 vv…) dung dịch đất bị axit hoá, còn khi sử dụng
phân sinh lí kiềm (NaNO3, Ca(NO3)2) lại diễn ra sự trung hoà độ chua hoặc kiềm
hoá dung dịch đất. Khi bón có hệ thống các phân sinh lí chua hoặc sinh lí kiềm, phản ứng của dung dịch đất có thể bị thay đổiđáng kể và có ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng và vi sinh vật đất.
Song, sự thay đổi phản ứng của môi trường đất dưới tác dụng của những yếu tố trên, ở các loạiđất khác nhau lại diễn ra không hoàn toàn như nhau.
Đối với các loại đất này thì ít thay đổi, đối với các loại đất khác lại biến đổi
nhiều hơn. Khả năng của đất chống lại sự thay đổi phản ứng của dung dịch đất về
phía axit hoặc kiềmđược gọi là khả năng đệm của đất.
Nói chung, khả năng đệm của đất phụ thuộc vào tính đệm của phần rắn và phần lỏng của đất.
Tính đệm của dung dịch đất là do các axit yếu (H2CO3, axit hữu cơ tan) và muối của chúng. Axit yếu (chẳng hạn H2CO3) phân li không hoàn toàn, do đó trong dung dịch phần lớn axit yếu còn ở dạng phân tử ít phân li và chỉ có một lượng nhỏ được phân li
H2CO3 H+ + HCO3 -
Nếu trong dung dịch đất có chứa axit cacbonic, khi có kiềm xuất hiện thì ion OH- sẽ liên kết với ion H+ tạo ra các phân tử điện li yếu, cân bằng được chuyển
dịch và các phân tử axit yếu phân li thêm. Các ion H+ tạo ra sẽ liên kết với ion OH- của kiềm và pH của dung dịch sẽ bị thay đổi. Do đó, axit yếu của dung dịch đất có khả năng chống lại sự kiềm hoá dung dịch. Chẳng hạn, khi bón phân sinh lí kiềm
canxi nitrat trong đất, sẽ có Ca(OH)2 tạo thành. Tác dụng với axit cacbonic cho canxi cacbonat không tan và sẽ hạn chế phản ứng kiềm hoá dung dịch:
Ca(OH)2 + H2CO3 = CaCO3 + 2H2O
Dung dịch đất, có hỗn hợp axit yếu và muối của nó (chẳng hạn H2CO3 và Ca(HCO3)2 sẽ đệm, hay nói một cách khác là sẽ có khả năng chống lại axit hoá. Muối của axit yếu phân li gần hoàn toàn Ca(HCO3)2 = Ca2+ + 2HCO3
-
). Vì sự
phân li của axit yếu, ví dụ H2CO3, không hoàn toàn, nên theo định luật tác dụng
khối lượng , ta có: H CO K HCO H 3 2 3 . 3 3 2 . HCO CO H K H
Theo hệ thức trên, sự phân li của axit H2CO3 phụ thuộc vào lượng trong dung dịch. Sự phân li sẽ giảm khi nồng độ anion HCO3- tăng. Khi dung dịch có chứa đồng thời H2CO3 và Ca(HCO3)2, nồng độ anion HCO3- chủ yếu phụ thuộc vào lượng Ca(HCO3)2. Do đó, sự có mặt các muối này trong dung dịch sẽ tạo nên một
lượng lớn anion HCO3 -
, cản trở sự phân li của axit , một phần các ion H+ từ trạng
thái phân li sẽ chuyển về trạng thái không phân li và nồng độ H+ trong dung dịch
càng giảm, khi nồng độ muối càng cao. Nếu trong dung dịch đất chứa H2CO3 và Ca(HCO3)2 lại xuất hiện axit nitric (do quá trình nitrat hoá) axit nitric sẽ tác dụng
với Ca(HCO3)2 tạo ra axit yếu ít phân li (H2CO3), có nghĩa là các ion H+ liên kết
với các anion HCO3- chuyển thành trạng thái không phân li. Như vậy, trong dung dịch tạo nên muối trung tính và axit yếu, vì vậy pH của dung dịch ít bị thay đổi do dung dịch có tác dụng đệmđối với sự axit hoá của axit nitrric.
Ca2+ + 2HCO3 - + 2H+ + 2NO3 - = Ca2+ + 2NO3 - + 2H2CO3
Hệđệm gồm axit hữu cơ và muối của chúng cũng có tác dụng đệm tương tự: (RCOO)2Ca + 2HNO3 = 2R-COOH + Ca(NO3)2
axit hữu cơ phân li yếu
2RCOOH + Ca(OH)2 (RCOO)2Ca + 2H2O
Khả năng đệm của đất không chỉ phụ thuộc vào thành phần của dung dịch đất
mà còn phụ thuộc vào tính chất phần rắn của đất. Vai trò đệm của dung dịch đất, trong khả năng đệm nói chung của đất thường rất nhỏ. Phần rắn, chủ yếu là phần
keo của nó, là yếu tố đệm mạnh nhất trong đất.
Do đó, khả năng đệm của đất chủ yếu phụ thuộc vào thành phần các cation
trao đổiở phức hệ hấp phụ của đất. Dung lượng hấp phụ của đất càng lớn, khả năng
đệm của nó càng cao. Các ion bazơ hấp phụ (Ca2+, Mg2+ …) có tác dụng đệm đối
với sự axit hoá. Nếu đất đã bão hoà bazơ, khi có axit xuất hiện (ví dụ, bón phân amoni sunfat thì xuất hiện H2SO4) thì những ion H+ của axit sẽ trao đổi với các cation của phức hệ hấp phụ (H+ chuyển vào trạng thái hấp phụ) dung dịch có muối
trung tính, và phản ứng của dung dịch đất ít bị thay đổi. Ca2+ H+
KĐ Ca2+ + 2H+ + SO42- KĐ H+ + CaSO4 Mg2+ Ca2+
Mg2+
Độ bão hoà bazơ và dung lượng hấp phụ càng lớn, đất càng có khả năng chống
sự axit hoá. Các cacbonat (CaCO3 và MgCO3) cũng làm yếu sự axit hoá dung dịch đất vì chúng trung hoà axit và tạo ra bicacbonat:
2CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + Ca(HCO3)2
Vì vậy, đấtđược bão hoà bazơ có khả năng đệm rất cao đối với axit.
Còn đất không bão hoà bazơ có chứa nhiều Al3+ và H+ở trạng thái hấp phụ, có khả năng đệm cao đối với sự kiềm hoá. Khi bón vôi vào đất này, các cation của nó
được hấp phụ và trao đổi với các ion H+:
H+ Ca2+ KĐ H+ + Ca(OH)2 = KĐ + 2H2O Ca2+ Ca2+
Độ chua thuỷ phân của đất càng lớn, khả năng đệm chống lại phản ứng kiềm
Khả năng của đất chống lại sự thay đổi phản ứng của dung dịch đất có ý nghĩa
lớn khi bón phân vô cơ.
Đất có khả năng đệm thấp (đất cát và đất cát pha) khi bón nhiều phân sinh lí chua có thể có sự thay đổi mạnh phản ứng về phía axit và ảnh hưởng bất lợi đến sự
phất triển thực vật và vi sinh vật đất.
Đất có thành phần cơ giới nặng và giàu mùn, có dung lượng hấp phụ cao và do
đó có tác dụng đệm lớn, phản ứng dung dịch ít thay đổi, ngay cả khi bón có hệ
thống các phân khoáng chua hoặc kiềm.
Đất có độ bão hoà bazơ cao sẽ có khả năng đệm tốt với sự axit hoá, còn đất có
độ bão hoà bazơ thấp sẽ có khả năng chống sự kiềm hoá dung dịch.
Việc bón phân hữu cơ kết hợp với vôi có hệ thống sẽ nâng cao dung lượng hấp
CHƯƠNG 3 – CÁC PHƯƠNG PHÁP NÔNG HOÁ CẢI TẠO ĐẤT
3.1. Phương pháp cải tạo đất chua
Ở nước ta, đất chua chiếm một diện tích khá lớn. Loại đất này thường chứa
nhiều ion H+, Al3+ và chỉ có một lượng nhỏ cation Ca2+, Mg2+ở trạng thái hấp phụ. Một lượng lớn ion H+, Al3+ ở phức hệ hấp phụ sẽ làm cho tính chất sinh học, lí học và hoá lí củađất trở nên giảm sút.
Để cải tạo đất chua, cần phải kết hợp phương pháp hoá học với các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp, được gọi là phương pháp nông hoá.
Qua nhiều nghiên cứu cho thấy, thành phần các cation hấp phụ có ảnh hưởng
rõ rệt đến tính chất đất và sự phát triển của thực vật. Trong số các cation hấp phụ, canxi có vai trò đặc biệt quan trọng. Nhiều tính chất nông hóa của đất, sinh trưởng
và phát triển của cây trồng phần lớn phụ thuộc vào độ bão hòa canxi phức hệ hấp
phụ của đất. Các phương pháp hóa học cải tạo đất chua đều dựa trên cơ sở thay đổi
thành phần cation hấp phụ ở các loại đất này, chủ yếu bằng cách đưa canxi vào phức hệ hấp phụ đất. Do vậy, bón vôi là biện pháp cơ bản để trung hòa độ chua và
nâng cao độ phì nhiêu cho đất.
3.1.1. Quan hệ của cây trồng và vi sinh vật với phản ứng của đất. Ảnh hưởng độ chua của đất đến cây trồng.
Đa số cây trồng và vi sinh vật đất phát triển tốt ở phản ứng trung tính hoặc ít
chua (pH = 6 → 7). Phản ứng kiềm hoặc chua quá sẽ gây ảnh hưởng âm đến sự
phát triển của chúng. Các cây trồng khác nhau đòi hỏi phản ứng môi trường có
khoảng pH nhất định để sinh trưởng và phát triển thuận lợi.
Bảng 3.1. Khoảng pH thích hợp của một số loại cây trồng
Cây trồng Khoảng pH thích hợp Cây trồng Khoảng pH thích hợp
Lúa 5,0 – 6,3 Ngô 6,2 – 7,2 Bông 6,8 – 7,5 Sắn 5,5 – 6,5 Khoai 5,7 – 6,7 Mía 6,5 – 7,5 Lạc 6,0 – 7,2 Chè 4,5 – 6,5 Cà phê 3,5 – 7,5
Độ chua cao của dung dịch đất trước hết làm giảm sự phát triển của rễ và hạn
chế khả năng hút chất dinh dưỡng của nó, do gây ra tác dụng âm đến trạng thái hóa
lí của màng nguyên sinh tế bào rễ. Do đó, thực vật sử dụng được ít chất dinh dưỡng
của đất và phân bón. Phản ứng dung dịch đất ảnh hưởng đến sự hút các cation,
anion của thực vật. Ở phản ứng kiềm, sự đồng hóa các anion của thực vật bị giảm
sút, còn ở phản ứng chua thì ngược lại, khả năng của thực vật hấp phụ các cation
Ca2+, Mg2+, NH4+, K+, … cũng bị cản trở.
Phản ứng của dung dịch đất cũng ảnh hưởng đến sự trao đổi gluxit, protit trong
thực vật: ở phản ứng chua, quá trình tổng hợp protit bị yếu đi, tổng số hàm lượng protit và nitơ trong thực vật cũng bị giảm, còn lượng nitơ phi protit lại tăng lên, quá trình chuyển hóa các monosaccarit thành các hợp chất hữu cơ phức tạp cần thiết
cũng trở nên khó khăn.
Độ chua của đất còn gây nên những ảnh hưởng xấu đến đất: ion H+ sau khi tách Ca2+ từ mùn đất làm cho độ phân tán keo mùn tăng lên và dễ bị rửa trôi. Sự
bão hòa các hạt keo khoáng bằng ion H+ dần dần gây ra sự phá hủy keo. Do đó, độ
chua cao có ảnh hưởng xấu đến tính chất hóa học, hóa lí và cấu trúc của đất.
Các vi sinh vật đất cũng có mối liên quan với độ chua của đất. Thông thường,
vi sinh vật có ích (như vi sinh vật nitrat hóa, cố định nitơ) đòi hỏi khoảng pH thích
hợp là 6,5 – 7,8. nếu pH < 4 – 4,5, nhiều vi sinh vật có ích hoàn toàn không phát triển được. Do đó, ở đất chua, việc cố định nitơ của không khí bị giảm sút rõ rệt, sự
khoáng hóa hợp chất hữu cơ bị chậm lại, quá trình nitrat hóa bị cản trở, nên thực
vật thiếu điều kiện cần thiết cho quá trình dinh dưỡng nitơ.
3.1.2. Tác dụng của vôi với đất.
CaCO3 trong đá vôi thực tế không tan trong nước nguyên chất, nhưng trong nước có chứa axit cacbonic thì tính tan của nó tăng lên rõ rệt (tăng khoảng 60 lần).
Khi bón CaCO3 vào đất, dưới ảnh hưởng của axit cacbonic có trong dung dịch đất,
CaCO3 hoặc MgCO3 biến đổi dần thành dạng bicacbonat. CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2 Ca(HCO3)2 là muối kiềm thủy phân:
Ca(HCO3) + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2O + 2CO2 Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH-
Trong dung dịch đất chứa Ca(HCO3)2, nồng độ ion OH- và Ca2+ tăng lên. Các
ion Ca2+ tách những ion H+ từ phức hệ hấp phụ và độ chua được trung hòa. H+ Ca2+
KĐ H+ + Ca(OH)2 → KĐ + 2H2O H+ H+
Đá vôi cũng tương tác với axit humic, các axit hữu cơ khác trong đất chua và axit nitric do quá trình nitrat hóa tạo ra, trung hòa các axit đó:
2RCOOH + CaCO3→ (RCOO)2Ca + H2O + CO2 2HNO3 + CaCO3→ Ca(NO3)2 + H2O + CO2
Khi bón đủ lượng đá vôi có thể khử được độ chua hiện tại, độ chua trao đổi và
độ chua thủy phân cũng giảm đi đáng kể, đồng thời hàm lượng Ca2+ trong dung dịch đất và độ bão hòa bazơ của đất cũng được tăng lên.
Ngoài đá vôi, người ta còn dùng Ca(OH)2 để khử chua. Khi dùng đá vôi hay đolomit cần phải nghiền nhỏ (< 0,25mm). Theo khả năng trung hòa độ chua thì 1 tấn Ca(OH)2 bằng 1,35 tấn CaCO3.
Tuy nhiên, khi sử dụng Ca(OH)2 cần đảm bảo kỹ thuật bón trước khi gieo
trồng để khỏi ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển bình thường của cây trồng.
3.1.3. Xác định nhu cầu bón vôi.
Độ chua của đất càng cao càng cần bón vôi với lượng thích hợp. Đối với đất ít
chua, biện pháp bón vôi không có hiệu quả rõ rệt.
Có thể xác định gần đúng nhu cầu bón vôi dựa vào các dấu hiệu bề ngoài của đất hoặc theo tình trạng của cây trồng và sự phát triển của các loài cỏ dại.
Để xác định nhu cầu bón vôi cho cây trồng, cần phải phân tích nông hóa đất
trồng, xác định giá trị độ chua trao đổi và độ bão hòa bazơ của đất.
Bảng 3.2. Mức độ về nhu cầu bón vôi tùy thuộc vào độ chua trao đổi của đất có hàm lượng mùn trung bình (2–3%)
pH Nhu cầu bón vôi
≤ 4,5 Rất cần bón vôi
4,6 – 5,0 Cần bón vôi
5,1 – 5,5 Ít cần bón vôi
> 5,5 Đất không cần bón vôi
Tuy nhiên phản ứng của dung dịch đất không chỉ phụ thuộc vào độ chua mà còn phụ thuộc vào độ bão hòa bazơ của đất. Do đó, mức độ chua của đất là một căn
cứ quan trọng chứ không phải là một chỉ số duy nhất đặc trưng cho nhu cầu bón vôi
của đất.
Khi xác định nhu cầu bón vôi, cần phải tính đến cả hàm lượng các hợp chất di động của nhôm, mangan, độ bão hòa bazơ của đất và thành phần cơ giới của nó.
Bảng 3.3. Nhu cầu bón vôi tùy thuộc vào độ bão hòa bazơ
Độ bão hòa bazơ Nhu cầu bón vôi
< 50% Rất cần bón vôi (nhu cầu cao)
50 – 70% Cần bón vôi (nhu cầu trung bình) > 70% Ít cần (nhu cầu thấp)
> 80% Không cần bón vôi
Ở các giá trị pH bằng nhau, đất nào có độ bão hòa bazơ lớn hơn thì ít cần bón vôi hơn. Loại đất có thành phần cơ giới nặng cần được bón vôi nhiều hơn đất cơ
giới nhẹ.
Nhu cầu bón vôi có thể được xác định khá chính xác bằng cách đồng thời tính đến giá trị pHKCl, độ bão hòa bazơ và thành phần cơ giới của đất.
Bảng 3.4. Nhu cầu bón vôi dựa vào tính chất đất
Nhu cầu bón vôi
Rất cần Cần Ít cần Không cần Đất pH V% pH V% pH V% pH V% <5,0 <45 5,0–5,5 45–60 5,5–6,0 60–70 >6,0 >70 <4,5 <50 4,5–5,0 50–65 5,0–5,5 65–75 >5,5 >75 Đất á sét nặng và trung bình <4,0 <55 4,0–4,5 55–70 4,5–5,0 70–80 >5,0 >80 <5,0 <35 5,0–5,5 35–55 5,5–6,0 55–65 >6,0 >65 <4,5 <40 4,5–5,0 40–60 5,0–5,5 60–70 >5,5 >70 Đất á sét nhẹ <4,0 <45 4,0–4,5 45–55 4,5–5,0 65–75 >5,0 >75 <5,0 <30 5,0–5,5 30–45 5,5–6,0 45–55 >6,0 >55 <4,5 <35 4,5–5,0 35–50 5,0–5,5 50–60 >5,5 >60 Đất cát và pha cát <4,0 <40 4,0–4,5 40–55 4,5–5,0 55–60 >5,0 >65 Than bùn và than <3,5 <35 3,5–4,2 35–55 4,2–4,8 55–65 >4,8 >65
Do ảnh hưởng của các quá trình tiến hành trong đất và của phân bón nên phản ứng của đất sẽ bị thay đổi, vì vậy theo chu kỳ (sau 4 – 5 năm) việc phân tích nông
hóa phải được tiến hành lại để lập lại sơ đồ độ chua cho chính xác hơn.
3.1.4. Lượng vôi cần bón.
Lượng vôi cần thiết để làm giảm độ chua cao của lớp đất trồng trọt cho đến
phản ứng ít chua (pH nước chiết bằng nước: 6,2 – 6,5; pH nước chiết bằng muối:
5,6 – 5,8), thuận lợi cho đa số cây trồng và vi sinh vật có ích, được gọi là lượng vôi