1.1.2 .Quỏ trỡnh phong hoỏ đỏ hỡnh thành đất
3.2. Khả năng hấp phụ của đất
3.2.1. Khỏi niệm
Hấp phụ là đặc tớnh của đất cú thể hỳt được cỏc chất rắn, chất lỏng hoặc chất khớ hoặc làm tăng nồng độ của cỏc chất đú trờn bề mặt của hạt keo đất.
Vật chất bị tớch tụ trờn bề mặt của chất khỏc được gọi là chất bị hấp phụ. Chất rắn cú khả năng tớch tụ vật chất khỏc trờn bề mặt của nú thỡ gọi là chất hấp phụ. Trong đất keo đất, cỏc phần tử rắn của đất là những chất hấp phụ. Cỏc phõn tử hay ion trong dung dịch đất thường bị giữ trờn bề mặt keo được gọi là chất bị hấp phụ.
Căn cứ vào cơ chế giữ lại cỏc chất trong đất cú thể chia khả năng hấp phụ của đất thành 5 dạng như sau:
3.2.1.1. Hấp phụ sinh học
Hấp phụ sinh học là khả năng sinh vật (thực vật và sinh vật) hỳt cation và anion trong đất. Những ion dễ di chuyển trong đất được rễ cõy và vi sinh vật hỳt, tổng hợp lờn cơ thể thực vật. Cõy hoàn trả chất dinh dưỡng cho đất khi cõy chết hoặc qua cành rơi, lỏ rụng, cung cấp chất hữu cơ trong đất. Chất hữu cơ này được vi sinh vật phõn giải để tạo thành chất dinh dưỡng cho cõy. Vi sinh vật cố định đạm cũng là hỡnh thức hấp thụ sinh học.
Ưu điểm của dạng hấp thu này là giữ lại vật chất cho đất, trỏnh mất mỏt. Trong quỏ trỡnh hấp thu cõy hỳt dinh dưỡng ở tầng sõu, hoàn trả trờn tầng mặt nờn tạo ra tầng đất mặt tơi xốp, giàu chất dinh dưỡng. Đặc biệt nhờ cơ chế hỳt dinh dưỡng cú chọn lọc của cõy và quỏ trỡnh quang hợp nờn vật chất cõy trả lại đất bao giờ cũng lớn hơn lượng chất mà cõy hỳt từ đất và phự hợp hơn với thế hệ sau.
3.2.1.2. Hấp phụ cơ học
Hấp phụ cơ học là đặc tớnh của đất cú thể giữ lại những vật chất nhỏ trong khe hở của đất như những hạt sột, xỏc hữu cơ.
Hấp phụ cơ học là dạng hấp phụ phổ biến trong đất. Hiện tượng này thấy rừ nhất khi mưa, nước mưa lẫn cỏt, sột đục nhưng chảy vào giếng thành nước trong vỡ khi thấm qua cỏc tầng đất cỏc vật chất này bị giữ lại do hấp phụ cơ học.
Nguyờn nhõn hấp phụ cơ học bao gồm:
- Bờ khe hở gồ ghề làm cản trở sự di chuyển của vật chất. - Vật chất mang điện trỏi dấu với bờ khe hở nờn bị giữ lại.
3.2.1.3. Hấp phụ lý học (cũn gọi là hấp phụ phõn tử)
Hấp phụ lý học được biểu thị bằng sự chờnh lệch nồng độ cỏc hợp chất trờn bề mặt keo đất so với mụi trường xung quanh. Nguyờn nhõn của hiện tượng hấp phụ lý học trước tiờn do cỏc phõn tử trờn bề mặt hạt keo ở trong điều kiện khỏc với phõn tử trong hạt keo do đú phỏt sinh năng lượng bề mặt. Năng lượng bề mặt phụ thuộc sức căng bề mặt và diện tớch bề mặt. Trong đất năng lượng bề mặt phỏt sinh ở chỗ tiếp xỳc giữa cỏc hạt đất với dung dịch đất.
Vật chất nào làm giảm sức căng mặt ngoài của dung dịch đất sẽ tập trung vào mặt hạt keo. Vớ dụ: axit axetic sẽ tập trung trờn bề mặt hạt đất đú là sự hấp phụ lý học (hấp phụ dương).
Vật chất nào làm tăng sức căng mặt ngoài của dung dịch đất thỡ bị đẩy khỏi keo đất để đi vào dung dịch (đú là hấp phụ õm)
Ngoài cỏc chất tan đất cũn hấp phụ cỏc chất khớ. Đất hấp phụ cỏc chất khớ rất chặt. Vớ dụ đất hấp phụ NH3 sinh ra trong quỏ trỡnh phõn giải chất hữu cơ cú chứa đạm.
3.2.1.4. Hấp phụ hoỏ học
Hấp phụ hoỏ học là sự hấp phụ đồng thời với sự tạo thành trong đất những muối khụng tan từ cỏc muối dễ tan. Bản chất của hấp phụ hoỏ học là cỏc quỏ trỡnh hoỏ học xảy ra trong đất.
Vớ dụ: Na2SO4 + CaCl2 CaSO4 + 2 NaCl Fe3+ + PO43- FePO4
Hấp phụ hoỏ học cú tỏc dụng giữ lại vật chất cho đất nhưng đõy cũng là nguyờn nhõn gõy tớch luỹ một số nguyờn tố trong đất như lõn, sắt và lưu huỳnh. Đõy là một nguyờn nhõn làm cho cỏc nguyờn tố này bị giữ chặt trong đất, cõy ớt cú khả năng sử dụng, làm giảm hiệu lực của phõn bún. Đõy là nguyờn nhõn mà ở những vựng đất chua cõy thường bị thiếu lõn mặc dự hàm lượng lõn tổng số trong đất rất cao và khi bún hiệu quả bún lõn thấp.
3.2.1.5. Hấp phụ lý hoỏ học (hấp phụ trao đổi)
Hấp phụ lý hoỏ học được thực hiện bởi keo đất khi trao đổi ion trong phức hệ hấp phụ với ion trong dung dịch đất tiếp xỳc với nú. Thực chất của hấp phụ lý hoỏ học là sự trao đổi ion trờn bề mặt keo đất với ion trong dung dịch đất. Trong đất cú keo õm và keo dương nờn đất cú khả năng hấp phụ cả cation và anion.
Keo đất đúng vai trũ quyết định đối với sự hấp phụ núi chung và hấp phụ trao đổi núi riờng của đất. Số lượng và chủng loại keo đất quyết định khả năng hấp phụ của đất và cú ảnh hưởng rất lớn đến độ phỡ nhiờu đất.
3.2.2. Hấp phụ trao đổi cation
Hấp thụ cation xảy ra ở keo õm. Do keo õm chiếm đa số trong đất nờn hấp phụ cation là chủ yếu.
Vớ dụ: Khi bún phõn sunfat amụn, quỏ trỡnh hấp phụ xảy ra: H+ NH4+
KĐ + NH4SO4 KĐ + H2SO4 H+ H+
Hấp thụ cation tuõn theo cỏc quy luật sau:
- Trao đổi cation tiến hành theo chiều thuận nghịch. Tớnh chất này phụ thuộc vào nồng độ và đặc tớnh cation trong dung dịch đất.
- Trao đổi xảy ra nhanh, cú thể hoàn thành chỉ sau 5 phỳt nếu điều kiện tiếp xỳc giữa keo đất và cation tốt.
- Trao đổi cation phụ thuộc vào hoỏ trị, độ lớn và mức độ thuỷ hoỏ của cation: + Hoỏ trị của cation càng cao khả năng trao đổi càng mạnh. Nghĩa là khả năng trao đổi của cation hoỏ trị 3 lớn hơn hoỏ trị 2, hoỏ trị 2 lớn hơn hoỏ trị 1.
+ Nếu cựng hoỏ trị thỡ ion nào cú bỏn kớnh lớn hoặc bỏn kớnh thuỷ hoỏ nhỏ thỡ trao đổi mạnh hơn. H+ là cation đặc biệt do cú màng thuỷ hoỏ rất nhỏ (rất ớt bị hydrat hoỏ) nờn khả năng trao đổi của H+ khụng chỉ vượt cỏc cation hoỏ trị 1 mà cũn vượt cả cation hoỏ trị 2.
- Khả năng trao đổi phụ thuộc nồng độ ion trong dung dịch, hay núi chớnh xỏc hơn là sự thay đổi về nồng độ ion trong dung dịch đất. Khi cú sự thay đổi nồng độ ion trong dung tịch đất thỡ quỏ trỡnh trao đổi giữa keo đất và dung dịch đất diễn ra. Nếu nồng độ ion trong dung dịch đất tăng lờn, keo đất sẽ hấp thu ion từ dung dịch đất và nếu nồng độ ion trong dung dịch đất giảm đi thỡ ion sẽ đi từ keo đất ra dung dịch đất.
Bảng 3.2: Quan hệ giữa đặc điểm cation và khả năng trao đổi cation Cation Hoỏ trị Bỏn kớnh cation
(A0) Bỏn kớnh thuỷ hoỏ (A0) Thứ tự trao đổi Li+ 1 0,78 10,03 6 Na+ 1 0,98 7,90 5 NH4+ 1 1,47 5,37 4 Mg2+ 2 0,78 13,30 3 Ca2+ 2 1,06 10,00 2 H+ 1 - - 1 (Nguyễn Thế Đặng và Nguyễn Thế Hựng, 1999)
Để đỏnh giỏ khả năng hấp phụ cation của đất cũng như chất lượng (thành phần cation) của sự hấp phụ đú người ta thường dựng cỏc chỉ số như dung tớch hấp thu và độ no kiềm của đất sau đõy:
Dung tớch hấp thu của đất, CEC (Cation Exchange Capacity):
Dung tớch hấp thu là tổng số cation hấp phụ (kể cả cation kiềm và khụng kiềm) trong 100g đất, tớnh bằng li đương lượng, ký hiệu bằng chữ T.
Dung tớch hấp phụ được xỏc định bằng cỏch phõn tớch trực tiếp và được tớnh theo cụng thức:
T = S + H
S - tổng số cation kiềm hấp phụ
H- tổng số ion H+ hấp phụ (độ chua thuỷ phõn)
Dung tớch hấp phụ của đất phụ thuộc vào cỏc yếu tố sau: + Thành phần keo. Loại keo T (ldl/100g đất) Fe (OH)3 và Al (OH)3 Rất bộ Kaolinit 5 - 15 Monmorilonit 80 - 150 Ilit 30 - 40 Axit humic (mựn) 350 + Thành phần cơ giới đất càng nặng T càng lớn:
Bảng 3.3: Mối quan hệ giữa kớch thước hạt và dung tớch hấp thu Kớch thước hạt (mm) Dung tớch hấp thu T (lđl/100g đất)
0,25 - 0,005 0,3 0,005 - 0,001 15,0 0,001 - 0,0025 37,2 < 0,0025 69,9 (Nguyễn Thế Đặng và CS, 2008) + Tỷ lệ SiO2/R2O3 càng lớn thỡ T càng lớn:
Bảng 3.4: Mối quan hệ giữa tỷ lệ SiO2/R2O3 và dung tớch hấp thu
SiO2/R2O3 Dung tớch hấp thu
T (lđl/100g đất) 3,18 70,00 2,68 42,00 1,98 00,50 0,42 02,10 (Nguyễn Thế Đặng và CS, 2008)
+ Độ chua của đất: pH tăng thỡ T tăng và pH lớn hay nhỏ phụ thuộc nhiều và loại đất phỏt sinh
Bảng 3.5 : Dung tớch hấp thu của một số loại đất Việt Nam
Loại đất T (lđl/100g đất)
Feralit đỏ nõu bazan 6 – 8
Feralit vàng đỏ trờn phiến thạch 3 – 5 Feralit đỏ nõu trờn phiến đỏ vụi 4 – 8
Feralit trờn liparit 4 – 6 Macgalit – Feralit 30 – 40 Đất chua mặn 10 – 12 Đất bạc màu 4 – 6 Phự sa sụng hồng 10 – 15 (Nguyễn Thế Đặng và CS, 2008) Độ no kiềm của đất:
Núi chung T càng lớn thỡ đất càng tốt và chứa nhiều keo. Song dung tớch hấp thu chưa nờu được thành phần cation hấp phụ. Thực tế một số đất trũng T lớn nhưng do nhiều H+ nờn đất chua. Bởi vậy người ta sử dụng chỉ tiờu "độ no kiềm" để đỏnh giỏ đất.
Độ no kiềm là tỷ lệ phần trăm cỏc cation kiềm chiếm trong tổng số cation hấp phụ T, kớ hiệu bằng V, đơn vị tớnh là %.
S S
V(%) = x 100 hay V(%) = x 100 T S + H
V càng lớn đất càng no kiềm. Cú thể phõn loại đất no kiềm và đúi kiềm dựa vào V như sau:
V < 50 % đất đúi kiềm, rất cần phải bún vụi. V = 50 - 70 % đất trung bỡnh, cần bún vụi; V > 70 % đất gần no kiềm, chưa cần bún vụi.
3.2.3. Hấp phụ trao đổi Anion
Sự hấp phụ anion của đất xảy ra đối với keo mang điện dương, song tỷ lệ keo đất mang điện khụng nhiều nờn anion ớt được hấp phụ trong đất. Khả năng hấp phụ anion cú thể xếp như sau:
H2PO4- > HCO3- > CO32- > SO42- > Cl- > NO3-
Dựa vào khả năng hấp phụ cú thể chia cỏc nhúm anion trong đất làm 3 nhúm: - Nhúm thứ nhất: Trong nhúm này cú thể anion cú thể bị hấp phụ mạnh bằng cỏch tạo thành cỏc kết tủa khú tan với cỏc cation trong dung dịch đất như Ca2+, F2+... Đú là kiểu hấp phụ hoỏ học đó núi ở phần trờn. Nhúm này gồm cú cỏc anion của một số axit hữu cơ và axit photphoric như PO43-, HPO42- HPO4-
- Nhúm thứ hai: Gồm cú cỏc anion hầu như khụng bị hấp phụ. Nhúm này cú CO3- và NO2-. Cỏc anion này khụng tạo thành với cỏc anion của dung dịch đất để tạo thành những chất khú tan, cũng khụng bị keo đất hỳt vỡ mang điện cựng dấu với keo đất (diện tớch õm). Bởi vậy Cl- dễ bị rửa trụi và khụng cú sự tớch luỹ Cl-. Khụng cú sự tớch luỹ Cl- trong đất sẽ ảnh hưởng tốt đến đất, cũn NO3- rửa trụi đất sẽ mất đạm.
- Nhúm thứ ba: Gồm cú cỏc anion được hấp phụ trung gian giữa hai nhúm trờn, đú là SO42-, HCO3-, CO32-, SiO3-