Theo Ghedroiz có 5 dạng hấp phụ sau đây:
5.2.2.1. Hấp phụ sinh học
Dạng hấp phụ này do sinh vật đảm nhiệm.
- Vi sinh vật cố định đạm sống trong đất đã lấy đạm khí trời làm giàu đạm cho đất.
- Sự thu hút các cation và anion trong đất vào trong cơ thể sinh vật đất (vi sinh
vật, thực vật và động vật sống trong đất) để biến thành chất hữu cơ trong cơ thể
chúng, sau khi chúng chết đi xác của chúng làm cho chất hữu cơ của đất tăng lên và
sau khi được vi sinh vật phân giải thì các cation, anion đó được trả lại cho đất, tạo ra
một vòng tuần hoàn sinh học: Ion trong đất sinh vật trả lại cho đất. Đặc tính của hấp phụ sinh học là hấp phụ có tính chọn lọc.
5.2.2.2. Hấp phụ cơ học
Là khả năng của đất có thể giữ lại các hạt vật chất nhờ các khe hở giữa các hạt đất. Đây là hiện tượng thu giữ các chất hoàn toàn cơ học.
Điều kiện của sự hấp phụ này là:
Khe hở của đất có kích thước nhỏ hơn kích thước hạt vật chất bị hấp phụ.
Khe hở của đất có kích có thể lớn, nhưng bờ khe hở gồ ghề hay ngoằn ngoèo,
đã cản trở sự di chuyển của các hạt vật chất và các hạt nhỏ được giữ lại ở những chỗ
gồ ghề hay những chỗ cong của bờ khe hở đó.
Các hạt sét có điện tích trái dấu với ion điện tích nằm trên bề mặt hạt đất nên bị hút
giữ lại.
Tác dụng của sự hấp phụ này là:
- Nhờ hấp phụ cơ học mà đã tạo ra các tầng khác nhau trong phẫu diện đất.
- Khi trời mưa, nhờ đất có khả năng hấp phụ cơ học nên các phần tử thô được giữ
nhờ đó mà hạn chế được sự rửa trôi các chất dinh dưỡng và hạn chế được sự thấm nước xuống tầng sâu của đất.
- Nhờ có hấp phụ cơ học mà người ta có thể dùng biện pháp lọc nước biển để làm muối, hoặc lọc nước đục qua một thùng cát để lấy nước trong.
Nhưng mặt trái của quá trình này là: nếu sự hấp phụ này quá nhiều sẽ làm cho đất
bí, chặt, lý tính đất trở nên xấu đi, đồng thời gây ra lầy lội cho đất.
5.2.2.3. Hấp phụ lý học (hấp phụ phân tử)
Là sự hấp phụ xảy ra khi có sự chênh lệch nồng độ vật chất trên bề mặt keo đất
và nồng độ của chất ấy trong dung dịch đất, làm tăng hoặc giảm nồng độ phân tử
vật chất trên bề mặt hạt đất.
Nguyên nhân của sự hấp phụ này là do hạt keo đất có năng lượng bề mặt. Tỷ diện
hạt đất càng lớn thì năng lượng bề mặt càng lớn, sự hấp phụ lý học càng mạnh. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hấp phụ lý học chỉ hấp phụ được các chất khí, hơi nước và một số ion, nhưng
khả năng hấp phụ không giống nhau: Hơi nước > NH3 > CO2 > O2 > N2 Có 2 dạng hấp phụ lý học: hấp phụ dương và hấp phụ âm.
+ Hấp phụ mà làm tăng nồng độ các chất ấy trên bề mặt hạt đất gọi là hấp phụ dương. Ví dụ: Để làm giảm sự mất đạm trong quá trình ủ phân chuồng, thì người ta
trộn đất bột với phân chuồng để ủ.
+ Hấp phụ mà làm giảm nồng độ các chất ấy trên bề mặt hạt đất gọi là hấp phụ
âm (ví dụ: các chất điện li như Cl-, NO3-).
Sự hấp phụ lý học phụ thuộc vào:
- Bản chất keo đất, kích thước hạt đất và tính chất các chất khí. Các hạt đất càng nhỏ thì hấp phụ càng cao.
- Đất càng khô thì sự hấp phụ càng lớn.
- Nhiệt độ càng cao thì hấp phụ càng yếu.
5.2.2.4. Hấp phụ hóa học
Là sự tạo thành các chất khó tan (kết tủa) từ những chất dễ tan trong dung dịch đất thông qua các phản ứng hóa học, nhờ đó mà các chất kết tủa được giữ lại trong đất.
Ví dụ: Na2SO4 + CaCl2 CaSO4 + 2NaCl
Sự hấp phụ hóa học trong đất còn xảy ra giữa các ion hấp phụ trên bề mặt keo đất
và các chất điện giải trong dung dịch đất:
[KĐ]2Al3+ + Ca(H2PO4)2 [KĐ]Ca2+ + 4H+ + 2AlPO4
Đây là hiện tượng lân dễ tan trong đất bị kết tủa (đặc biệt là ở những đất giàu Fe3+, Al3+) làm nghèo lân dễ tiêu cho cây (hoặc làm giảm hiệu lực của phân lân). Người ta gọi hiện tượng này là sự “giữ chặt lân” của đất.
+ Tác dụng: Nhờ có hấp phụ hóa học mà các chất dễ tan được giữ lại trong đất
không bị rửa trôi khỏi đất. Đây cũng là nguyên nhân tích lũy các chất trong đất như: Al, Fe, P, S, Ca...trong đó có những nguyên tố có lợi cho cây trồng như P, Ca, S
+ Tác hại: Hiện tượng hấp phụ hóa học của đất gây nên một số bất lợi, như làm tăng khả năng giữ chặt một số chất dinh dưỡng, gây nên hiện tượng: hàm lượng chất
tổng số trong đất cao nhưng chất dễ tiêu vẫn nghèo, cây trồng vẫn bị thiếu dinh dưỡng. Ví dụ: hiện tượng giữ chặt lân trong một số loại đất.
5.2.2.5. Hấp phụ lý hóa học (hấp phụ trao đổi ion)
Là đặc tính của đất có thể trao đổi các cation và anion trên bề mặt hạt keo đất với
các cation hoặc anion trong dung dịch đất làm thay đổi thành phần và nồng độ ion
của dung dịch đất.
Hiện tượng hấp phụ trao đổi ion này chỉ xảy ra ở keo đất khi có sự chênh lệch
nồng độ ion giữa bề mặt hạt keo và dung dịch đất bao quanh. Ví dụ: như khi bón phân vào đất, hoặc khi có sự thay đổi độ ẩm của đất.
[KĐ]Ca2+ + 2NH4Cl [KĐ]2NH4+ + CaCl2
Sự trao đổi ion xảy ra ở lớp ion khuếch tán của hạt keo đất. Cation trên lớp ion
khuếch tán sẽ được thay thế bởi cation trong dung dịch, anion trên lớp ion khuếch (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tán sẽ được thay thế bởi anion trong dung dịch.
+ Keo âm thì ở lớp ion khuếch tán sẽ là các cation, như vậy sự trao đổi cation
(hấp phụ cation) là do keo âm đảm nhiệm.
+ Keo dương thì ở lớp ion khuếch tán sẽ là các anion, như vậy sự trao đổi anion
(hấp phụ anion) là do keo dương đảm nhiệm.
Trong đất do lượng keo âm chiếm tỷ lệ lớn nên hiện tượng hấp phụ trao đổi
cation là chủ yếu.
5.2.2.5.1. Sự hấp phụ trao đổi cation
Là hiện tượng hấp phụ xảy ra ở keo âm. Các cation ở tầng ion khuếch tán của các
keo âm sẽ trao đổi với các cation trong dung dịch đất khi tiếp xúc.
Ví dụ: [KĐ]Ca2+ + 2H+ [KĐ]2H+ + Ca2+
Sự trao đổi cation trong đất tuân theo những quy luật nhất định:
+ Sự hấp phụ trao đổi cation tuân theo đương lượng:
Tức là một đương lượng gam của cation này trao đổi với một đương lượng gam
của một cation khác. Tổng lượng cation hấp phụ bằng tổng lượng cation bị đẩy ra,
làm cho tổng lượng cation trong dung dịch không thay đổi.
Ví dụ: [KĐ]Ca2+ + 2Na+ + 2Cl- [Kđ]2Na + + CaCl2
Nguyên tử lượng của Na=23, hóa trị Na là 1 đương lượng gam Na = 23g
Nguyên tử lượng của Ca = 40 hóa trị Ca là 2 đương lượng gam Ca = 20g Như vậy: 23g Na của dung dịch đất sẽ trao đổi với 20g Ca của keo đất;
+ Sự hấp phụ trao đổi cation tiến hành theo 2 chiều thuận nghịch.
Chiều của phản ứng thuận hay nghịch phụ thuộc vào nồng độ và đặc tính của
cation trong dung dịch đất. Phản ứng sẽ dừng lại khi keo đất và dung dịch đất hình thành sự cân bằng về nồng độ cation, song trong thực tế không bao giờ có sự cân
bằng này, vì thành phần và nồng độ cation trong dung dịch đất luôn luôn bị thay đổi (do dinh dưỡng cây, vi sinh vật, bón phân, tưới tiêu,...).
Nồng độ cation trong dung dịch đất càng cao thì trao đổi của keo đất càng mạnh, ngược lại nồng đô nồng độ ion của dung dịch đất càng nhỏ thì các cation bị đẩy từ keo đất vào dung dịch đất càng dễ.
+ Sự hấp phụ trao đổi cation xảy ra rất nhanh.
Các phản ứng trao đổi thường xảy ra rất nhanh, chỉ sau một thời gian rất ngắn sự
cân bằng động các ion giữa keo đất và dung dịch đất đã được hình thành. Tốc độ
của phản ứng phụ thuộc vào đặc tính cation, phụ thuộc vào tỷ lệ keo đất và dung dịch đất, vào nồng độ dung dịch đất và cả nhiệt độ của đất.
+ Sự hấp phụ cation phụ thuộc vào hóa trị, bán kính cation và độ dày màng thủy
hóa của các cation: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hóa trị cation càng cao thì trao đổi xảy ra càng mạnh, hóa trị 3 > hóa trị 2 từ 4-5 lần, hóa trị 2 > hóa trị 1 đến 4 lần. Riêng ion H+ là ion đặc biệt, tuy có hóa trị nhỏ nhưng có màng thủy hóa rất mỏng (1,35AO) (rất ít bị hydrat hóa) nên khả năng trao đổi không những vượt các cation hóa trị 1, mà còn vượt cả các cation hóa trị 2.
Các cation cùng hóa trị thì cation nào có bán kính lớn, tức là độ dày màng thủy
hóa mỏng sẽ trao đổi mạnh hơn. Sự hấp phụ cation có thể xếp theo thứ tự như sau:
Li+ < Na+ < NH4+ < K+ < Mg2+ < Ca2+ < H+ < Al3+ < Fe3+
Các cation bị keo đất hấp phụ càng dễ thì chúng bị đẩy ra khỏi keo đất càng khó. Dung tích hấp phu - CEC (T)
Dung tích hấp phụ của đất là tổng số cation được keo đất hấp phụ, tính bằng lđl/100g đất. Ký hiệu: CEC hoặc T
Công thức tính: CEC = S + H
Trong đó: * CEC là dung tích hấp phụ (lđl/100g đất).
* S là tổng số các cation kiềm hấp phụ, phần lớn là các cation kiềm trao đổi Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+.
* H là tổng số các cation không kiềm hấp phụ, chủ yếu là H+ và Al3+ (còn gọi là độ chua thủy phân của đất).
CEC của đất phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau:
- CEC phụ thuộc vào bản chất của keo đất:
Loại keo CEC (lđl/ 100g keo)
Fe(OH)3 và Al(OH)3 Rất bé
Kaolinit 5 - 15
Monmorilonit 80 - 150
Illit 30 - 40
Axit mùn 350 - 500
- CEC phụ thuộc tỷ số SiO2/R2O3: tỷ lệ càng cao thì CEC càng lớn.
- CEC phụ thuộc vào thành phần cơ giới đất: Đất có thành phần cơ giới nặng, giàu sét thì thường có CEC lớn. Chính vì vậy những chân đất sét thì có khả năng chịu nước, chịu phân hơn những chân đất cát.
- CEC còn phụ thuộc vào pH môi trường: pH đất tăng thì CEC thường cũng tăng
lên.
Tỷ lệ phần trăm các cation kiềm có trong dung tích hấp phụ được gọi là độ no
kiềm (no bazơ), công thức tính:
V(%) = S
CEC 100 = S
S + H 100
Như vậy V(%) càng lớn thì tỷ lệ cation kiềm trong đất càng nhiều. Người ta dựa
vào trị số V(%) để đánh giá mức độ bão hòa kiềm của đất và nhu cầu cần thiết bón vôi cho đất.
V 70%: đất no kiềm, không cần bón vôi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
V = 50 - 70%: đất có độ kiềm trung bình, chỉ cần một ít vôi. V < 50%: đất đói kiềm cần thiết phải bón vôi cho đất.
Trị số V(%) liên quan chặt chẽ đến trị số pH đất. V(%) càng lớn thì pH càng cao (càng kiềm).
Đất Việt Nam nói chung có V(%) thấp (trừ đất phù sa ngoài đê sông Hồng có pH
trung tính - hơi kiềm nên V(%) > 70%). Vì vậy hầu hết các loại đất Việt Nam việc bón vôi là rất cần thiết.
5.2.2.5.2. Sự hấp phụ anion của keo đất
Việc nghiên cứu sự hấp phụ anion trong đất còn ít và còn nhiều hạn chế. Tuy
vậy, những nghiên cứu về tính chất mang điện của keo đất đã chứng minh rằng một
số anion cũng bị hấp phụ trao đổi ion bởi các keo đất dương.
Các anion trong đất được chia thành 3 nhóm theo khả năng hấp phụ khác nhau:
Nhóm 1: Là nhóm anion không bị đất hấp phụ, gồm những anion NO3-, NO2- và Cl-. Chỉ trong trường hợp rất đặc biệt khi trong đất hàm lượng keo secquyoxyt cao và có pH rất chua, nồng độ Cl- và NO3- trong dung dịch đất cao mới có sự hấp
phụ anion này, nhưng trong thực tế không có trường hợp này.
Nhóm 2: Là nhóm anion bị hấp phụ với mức trung bình, đó là các anion: SO42-
, CO32-, HCO3-.
Nhóm 3: Là nhóm anion bị hấp phụ mạnh, gồm các anion của gốc phosphat
(H2PO4-, HPO42- và PO43-) và OH-.
- Trong đất chua thì Fe(OH)3 và Al(OH)3 là những keo dương nên có khả năng hấp phụ trao đổi ion PO43- .
- Keo sét cũng có khả năng hấp phụ trao đổi anion với phosphat, do vị trí tích điện dương của keo sét đảm nhiệm, hiện tượng này xảy ra phổ biến ở Kaolinit do
phiến gipxit của keo có các nhóm OH lộ trần có khả năng trao đổi ion phosphat.
Các quá trình hấp phụ lân nói trên đã gây nên sự giữ chặt lân trong đất, làm cho cây bị thiếu lân và làm giảm hiệu lực của các dạng phân lân bón vào đất.
5.2.3. Khả năng hấp phụ của đất đối với độ phì nhiêu của đất và chế độ bón
phân
Đối với độ phì đất:
- Nhờ có khả năng hấp phụ mà các chất được giữ lại trong đất, làm tăng độ phì nhiêu cho đất. Vì thế cho nên đất có khả năng hấp phụ cao bao giờ cũng phì nhiêu
phụ thấp là một trong những nguyên nhân làm cho đất chóng bị thoái hóa, nghèo
dinh dưỡng vì các chất không được hấp phụ sẽ dễ bị rửa trôi.
- Thành phần cation hấp phụ khác nhau có ảnh hưởng rất lớn đến trạng thái kết
cấu của đất bền hay không bền, phân tán hay ngưng tụ.
- Sự hấp phụ anion phosphat sẽ ảnh hưởng đến chế độ lân trong đất và hiệu lực
của phân lân.
Đối với chế độ bón phân bồi dưỡng cải tạo đất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Thông qua khả năng hấp phụ của đất, người ta dùng biện pháp bón phân để tăng
các chất dự trữ cho keo đất, đồng thời cải tạo thành phần ion của keo đất (khử chua,
khử mặn,...) đây là nguyên lý của biện pháp hóa học cải tạo đất.
- Căn cứ vào khả năng hấp phụ của đất cao hay thấp mà người ta đề ra quy trình bón phân cho thích hợp, cụ thể là: Đất có dung tích hấp phụ cao thì có thể dùng biện
pháp bón phân dự trữ (nghĩa là tăng lượng phân trong một lần bón, mà có thể giảm
số lần bón trong một vụ để khỏi tốn công); Ngược lại, đối với đất có dung tích hấp
phụ thấp thì phải giảm lượng phân trong một lần bón, nhưng tăng số lần bón trong
một vụ.
CHƯƠNG 6
DUNG DỊCH ĐẤT
6.1. KHÁI NIỆM
Dung dịch đất gồm nước trong đất và chất hòa tan là các chất vô cơ, hữu cơ và
hữu cơ-vô cơ có trong đất.
Nước xâm nhập vào đất gồm: Nước mưa, nước sông, nước biển, nước tưới,...
mang theo O2, CO2, NH3, NO3-, NO2-, các chất khí, các muối và cát bụi, bản thân nó đã là một dung dịch, khi vào đất nó hòa tan thêm các chất của đất, tạo nên dung dịch đất.
Chất hòa tan trong dung dịch đất gồm có:
- Chất vô cơ:ở dạng hòa tan hay dạng keo như: NO3-, NO2-, HCO3-, CO32-, PO43-, SO42-, Cl-,... keo sét, keo silic, keo sắt, nhôm,...
- Chất hữu cơ: các axit mùn, các chất sinh ra trong quá trình phân giải chất hữu cơ như: axit hữu cơ, axit amin, aldehyt, rượu,...
- Các chất hữu cơ-vô cơ: các muối của axit mùn, các liên kết mùn-sét, mùn khoáng,...
- Các chất khí: CO2, O2, N2, NH3, H2S,...
Thành phần, số lượng và nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch đất luôn thay đổi, vì hàm lượng nước trong đất luôn luôn thay đổi và các chất hòa tan thì luôn
luôn được bổ sung vào đất bởi các nguồn sau đây:
+ Do đá mẹ phong hóa, do nước mang nơi khác tới, do các chất được phân giải từ