1.1.2 .Quỏ trỡnh phong hoỏ đỏ hỡnh thành đất
2.2. KẾT CẤU ĐẤT
2.2.2. Quỏ trỡnh hỡnh thành kết cấu đất
Cú thể chia quỏ trỡnh hỡnh thành kết cấu thành 2 là quỏ trỡnh hỡnh thành hạt kết nhỏ và quỏ trỡnh hỡnh thành hạt kết lớn.
Quỏ trỡnh hỡnh thành hạt kết nhỏ:
Quỏ trỡnh hỡnh thành hạt kết nhỏ được thực hiện chủ yếu do quỏ trỡnh ngưng tụ keo đất. Theo H.A.Katsinski thỡ khi cỏc hạt keo đất chuyển động và tiếp xỳc với nhau chỳng sẽ ngưng tụ với nhau để tạo nờn hạt kết cấp 1. Khi chưa trung hoà về điện hoặc chưa bóo hũa, cỏc hạt cấp 1 tiếp tục ngưng tụ ra hạt kết cấp 2 rồi cấp 3... (Hỡnh 4.3).
Hiện tượng tụ keo xảy ra chủ yếu do keo mang điện trỏi dấu: Do keo đất mang điện nờn cỏc keo mang điện trỏi dấu sẽ hỳt nhau để tạo thành trạng thỏi gel. Hiện tượng tụ keo cú thể xảy ra với cả cỏc keo cựng dấu khi trong mụi trường cú chất điện giải mạnh hoặc do hiện tượng mất nước.
Ngoài sự kết hợp giữa cỏc hạt keo mang điện trỏi dấu hoặc cựng dấu như trờn thỡ sự kết hợp giữa cỏc chất vụ cơ và hữu cơ để tạo ra hạt kết nhỏ cũng cú vai trũ rất quan trọng.
Quỏ trỡnh hỡnh thành hạt kết lớn:
Đõy là quỏ trỡnh kết gắn hạt đất nhỏ bằng cỏc hạt kết dớnh.
Cỏc chất kết dớnh cú thể là chất vụ cơ như Ca2+, Fe3+, Al3+ hoặc keo hữu cơ, mựn, protit, cỏc axit hữu cơ và muối của chỳng.
Hỡnh 2.3: Sự hỡnh thành những vi đoàn lạp khi ngưng tụ keo đất
(Theo H.A.Katsinski)
Ghi chỳ: a. Những phần tử keo ban đầu và ion của những chất điện ly b. Những vi đoàn lạp ở giai đoạn 1
c. Những vi đoàn lạp ở giai đoạn 2 d. Những vi đoàn lạp ở giai đoạn 3 e. Những vi đoàn lạp ở giai đoạn 4
Theo Robert (1933), và Lutz (1934) thỡ trong đất đỏ vàng nhiệt đới, chua, Fe3+ và Al3+ cú vai trũ quan trọng trong việc kết gắn tạo hạt kết. Điều đú được lý giải bởi sự biến đổi từ Fe3+ thành Fe2+ và ngược lại, giỳp Fe cú khả năng di chuyển và ngưng tụ mạnh.
Theo Baver và Harpen (1935), thỡ sột và mựn đều cú vai trũ rất quan trọng trong việc hỡnh thành kết cấu. Tuy nhiờn mựn cú vai trũ quan trọng hơn trong việc kết gắn cỏc cấp hạt cú đường kớnh lớn (như cỏt).
Vai trũ của cỏc chất kết gắn ở đõy cũn được thể hiện qua việc bao bọc qua hạt kết kộm bền được tạo bởi quỏ trỡnh trương co của đất tạo ra cỏc hạt kết bền hơn.
2.2.3.1. Chất hữu cơ và mựn
Chất hữu cơ và mựn là yếu tố đúng vai trũ chủ đạo trong quỏ trỡnh hỡnh thành kết cấu đất.
Theo Tuilin và Gapon (1937), thỡ keo hữu cơ cú thể kết hợp với sột qua cầu nối Ca hoặc Fe, Al để tạo kết cấu đất theo sơ đồ sau:
Nhúm 1: Qua cầu nối Ca:
Si – O – Ca – OOC COO – Ca – O – Si
R
Si – O – Ca – OOC COO – Ca – O – Si
Nhúm 2: Qua cầu nối Fe, Al:
Si – O – FeOH – OOC COO – FeOH – O – Si
R
Si – O – FeOH – OOC COO – FeOH – O – Si
Cỏc hợp chất mựn tạo thành màng bao bọc xung quanh cỏc hạt đất, gắn chỳng lại với nhau tạo kết cấu đất.
Như vậy, rừ ràng khi đất giàu mựn thỡ sẽ tạo ra nhiều kết cấu tốt, đất sẽ tốt.
2.2.3.2. Sột
Bản thõn sột cũng là những chất kết gắn cú giỏ trị. Vỡ vậy sột làm tăng cường kết cấu đất, đặc biệt ở những loại đất cú hàm lượng sột Monmorilonit cao.
Theo Peterson (1944), thỡ Monmorilonit cú vai trũ quan trọng trong việc tạo ra kết cấu hỡnh trụ và hỡnh khối. Trong khi đú Kaolinit lại tạo ra hạt kết hỡnh tấm.
Baver (1935) cho biết hàm lượng sột cú đường kớnh nhỏ hơn 5m cú tương quan chặt chẽ với lượng hạt kết cú đường kớnh lớn hơn 0,05 mm.
2.2.3.3. Cỏc cation
Vai trũ của cỏc cation trong đất với sự hỡnh kết cấu thể hiện qua 2 chức năng: Ngưng tụ cỏc hạt cơ giới tạo ra cỏc hạt kết nhỏ và kết gắn cỏc hạt đất nhỏ tạo ra cỏc hạt kết lớn.
Thường cỏc cation đa hoỏ trị như Fe3+, Al3+, Ca2+ cú ý nghĩa hơn nhiều so với cỏc cation hoỏ trị 1. Nếu cation cựng hoỏ trị thỡ cation nào cú bỏn kớnh thuỷ hoỏ nhỏ sức ngưng tụ sẽ lớn hơn.
Theo thứ tự từ mạnh đến yếu thỡ: Fe3+>Al3+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+.
Ngoài ảnh hưởng trực tiếp để tạo ra kết cấu, cỏc cation cũn ảnh hưởng giỏn tiếp thụng qua quỏ trỡnh kết hợp với keo mựn, keo sột để nõng cao chất lượng kết gắn.
Trong cỏc cation, Ca2+ được coi là cation quan trọng và cú ý nghĩa nhất trong việc tạo thành cỏc hạt kết bền. Tỏc dụng này là do CaCO3 , một loại keo xi măng cú ở trong đất. Vỡ vậy, bún vụi cho đất là một biện phỏp tăng lượng keo xi măng canxi, tạo kết cấu cho đất.
2.2.3.4. Sinh vật
Sinh vật là nguồn cung cấp chất hữu cơ chớnh của đất để tạo mựn, một vật liệu quan trọng kết gắn cỏc phần tử đất tạo nờn kết cấu đất.
Thực vật và vi sinh vật trong quỏ trỡnh sống thải ra cỏc chất hữu cơ vào đất cú tỏc dụng như một chất kết dớnh. Động vật trong quỏ trỡnh sống đào bới làm đất tơi xốp. Giun đất vừa đào bới đất vừa cung cấp một lượng phõn, là những hạt kết viờn cú giỏ trị.
2.2.3.5. Khớ hậu
Khớ hậu vừa cú ảnh hưởng trực tiếp, vừa cú ảnh hưởng giỏn tiếp tới kết cấu đất. Nhiệt độ và độ ẩm cú liờn quan tới quỏ trỡnh trương co của đất, là cơ sở để tạo ra cỏc hạt kết hỡnh trụ, hỡnh tấm và hỡnh khối.
Khớ hậu ảnh hưởng đến quỏ trỡnh hỡnh thành đất núi chung nờn tạo ra cỏc loại đất cú thành phần cũng như hàm lượng mựn, Fe, Ca và độ chua khỏc nhau. Đú là cỏc yếu tố chủ đạo trong việc hỡnh thành hạt kết.
2.2.3.6. Biện phỏp canh tỏc
Cỏc biện phỏp canh tỏc như làm đất, chăm súc, bún phõn...nếu đỳng kỹ thuật đều làm cho đất tơi xốp, tỏi tạo kết cấu đất. Khi làm đất mà độ ẩm đất đạt từ 60 – 80 % độ ẩm tối đa và khụng làm đất quỏ kỹ sẽ làm cho kết cấu đất khụng bị phỏ vỡ. Trong bún phõn thỡ bún phõn hữu cơ sẽ làm cho đất cú kết cấu tốt.
2.2.4. Nguyờn nhõn làm đất mất kết cấu
Cú nhiều nguyờn nhõn phỏ kết cấu đất. Tuy nhiờn cú thể tổng hợp làm 3 nhúm nguyờn nhõn chớnh như sau:
2.2.4.1. Nguyờn nhõn cơ giới
Đú là sự tỏc động cơ giới của người, cụng cụ mỏy múc và sỳc vật trong quỏ trỡnh canh tỏc. Khi làm đất quỏ kỹ, nhất là làm đất khụng đỳng độ ẩm sẽ làm phỏ vỡ kết cấu đất.
Ngoài ra hạt kết cũn bị phỏ vỡ tỏc động của mưa, giú, nhất là trờn đất dốc bị xúi mũn mạnh thỡ kết cấu lớp đất mặt bị phỏ vỡ nghiờm trọng.
2.2.4.2. Nguyờn nhõn hoỏ học
Đú là sự trao đổi thay thế của cỏc cation hoỏ trị 1 vào vị trớ của cỏc cation hoỏ trị 2, 3 trong cỏc liờn kết, cắt đứt cầu nối, phỏ vỡ liờn kết trong cỏc hạt kết.
Vớ dụ: Si – O – Ca – OOC COO – Ca – O – Si
R + 8KCl
Si – O – Ca– OOC COO – Ca – O – Si
4( Si – O – K) + R – (COO-K)4 +4CaCl2
Việc sử dụng phõn vụ cơ đơn độc, hay bún muối ăn cho đất của nụng dõn một số vựng là nguyờn nhõn gõy mất kết cấu đất.
2.2.4.3. Nguyờn nhõn sinh vật
Đú là sự phõn giải mựn là chất kết gắn trong hạt kết bởi vi sinh vật trong điều kiện đất nghốo mựn, mụi trường hảo khớ mạnh, như cày ải ở đất bạc màu là nguyờn nhõn làm
2.2.5. Biện phỏp duy trỡ và cải thiện kết cấu đất
Cú rất nhiều phương phỏp làm cải thiện kết cấu đất nhưng dưới đõy là những phương phỏp chủ yếu:
2.2.5.1. Tăng cường mựn cho đất
Tăng cường bún cỏc loại phõn hữu cơ cho đất như phõn chuồng, phõn xanh, than bựn và cỏc loại phõn địa phương khỏc, đồng thời để lại tối đa sản phẩm phụ của cõy trồng trờn đồng ruộng cú tầm quan trọng đặc biệt với việc cải thiện kết cấu đất.
2.2.5.2. Tỏc động bởi thực vật
Nhiều kết quả nghiờn cứu cho thấy độ bền trong nước của đoàn lạp tỷ lệ thuận với đặc tớnh và khối lượng của hệ rễ thực vật, đặc biệt là đối với cỏc loại cõy họ đậu. Vấn đề quyết định ở chỗ là phải nõng cao năng suất của cỏc loại thực vật này để cú nhiều rễ và xỏc của chỳng để tỏc động lờn độ phỡ nhiờu của đất núi chung và cải thiện kết cấu đất núi riờng.
2.2.5.3. Thực hiện chế độ canh tỏc hợp lý
Làm đất đỳng thời điểm phự hợp và khụng quỏ kỹ, bún phõn hữu cơ, bún phõn hữu cơ kết hợp với vụ cơ, giữ ẩm thớch hợp v..v. là một trong những biện phỏp làm tăng cường kết cấu đất.
2.2.5.4. Bún vụi
Bún vụi cho đất chua và bún thạch cao cho đất mặn là biện phỏp khụng chỉ khử độc cho đất mà cũn làm tăng cường kết cấu đất.
Cần trỏnh sử dụng phõn vụ cơ đơn độc, chấm dứt tập quỏn bún muối ăn cho đất của nụng dõn một số vựng. Cần kết hợp phõn hữu cơ, phõn vụ cơ và vụi.
2.2.5.5. Sử dụng những hợp chất cao phõn tử
Từ những năm 50 của thế kỷ XX đến nay, để tăng kết cấu cho đất người ta dựng những hợp chất cao phõn tử: chất trựng hợp (polyme) và chất trựng hợp (isopolyme), chỳng được gọi là Crylium.
Phổ biến hiện nay, cú cỏc loại sau:
- VAMA.CRD 186 (Vinylacetatemaleic acid) của Mỹ: cú dạng bột màu trắng, khi hũa tan trong nước cú trạng thỏi hồ dớnh, pH= 3.
- HPAN.CRD 189 (Hyđrolyze polyacrylonitrile) của Mỹ: Dạng bột màu vàng, hỳt ẩm mạnh, dễ tan trong nước, pH = 9,2.
- Aerotif của Mỹ: dễ tan trong nước, pH = 8,5 – 9,4. - P.A.A của Nga.
Viện Thổ nhưỡng Nam Kinh (Trung Quốc) đó thớ nghiệm bún chất P.A.A cho đất nõu vàng đó thu được kết quả rất rừ: Nếu bún với liều lượng 0,01 % so với trọng lượng đất tầng canh tỏc thỡ hàm lượng hạt kết kớch thước >0,25 mm bền trong nước đạt 30,1 %. Nếu bún liều lượng 0,1 % thỡ đạt tới 82,9 % so với cụng thức đối chứng chung là 19,8 %.
Việc ứng dụng hợp chất cao phõn tử để cải thiện kết cấu đất là rất khả quan, nhưng do giỏ thành cao nờn hiện nay ỏp dụng cũn ớt. Tuy nhiờn, một số nước tiờn tiến, người ta sử dụng chất này khỏ phổ biến cho đất trồng cỏc cõy cụng nghiệp cú giỏ trị kinh tế cao, hoặc dựng cho cải tạo đất mặn và đặc biệt sử dụng bún cho đất dốc để hạn chế xúi mũn.
Với sự phỏt triển nhanh và mạnh của ngành húa học cao phõn tử, giỏ thành cỏc chất này chắc chắn sẽ giảm dần và sẽ được ỏp dụng rộng rói hơn vào trong sản xuất.
2.3. Một số chỉ tiờu đỏnh giỏ đất 2.3.1. Tỷ trọng của đất 2.3.1. Tỷ trọng của đất
Tỷ trọng là trọng lượng đất tớnh bằng gam của một đơn vị thể tớch đất (cm3), đất ở trạng thỏi khụ kiệt và xếp sớt vào nhau (ký hiệu là D – đơn vị là g/cm3).
Hay: Tỷ trọng là tỉ lệ trọng lượng phần rắn của đất so với trọng lượng nước của cựng thể tớch ở +40C.
Theo như định nghĩa, đất dựng để tớnh tỷ trọng khụng cú nước và khụng khớ như vậy tỷ trọng khụng phụ thuộc vào độ xốp của đất, ẩm độ đất mà chỉ phụ thuộc vào thành phần rắn của đất.
Đất được hỡnh thành trờn cỏc loại đỏ mẹ cú thành phần khoỏng khỏc nhau, cú tỷ trọng khỏc nhau. Nhỡn chung đất hỡnh thành trờn đỏ mẹ macma bazơ cú tỷ trọng lớn hơn đất hỡnh thành trờn đỏ mẹ macma axit bởi vỡ cỏc loại khoỏng trong đỏ macma bazơ cú tỷ trọng lớn.
Cỏc loại khoỏng khỏc nhau cú tỷ trọng rất khỏc nhau. Vỡ thế mà thành phần cơ giới đất khỏc nhau cũng làm cho tỷ trọng đất là khỏc nhau:
Đất cỏt cú tỷ trọng thường là: 2,65 ± 0,01 Đất cỏt pha: 2,70 ± 0,02 Đất thịt: 2,71 ± 0,02 Đất sột: 2,74 ± 0,03
Tỷ trọng đất lớn hay nhỏ cũn phụ thuộc rất nhiều vào hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Bởi vỡ tỷ trọng của chất hữu cơ rất nhỏ chỉ khoảng 1,2 – 1,4 g/cm3 cho nờn cỏc loại đất giàu mựn cú tỷ trọng nhỏ hơn đất nghốo mựn. Vỡ thế tỷ trọng của lớp đất mặt nhỏ hơn tỷ trọng của cỏc lớp đất dưới.
Mặc dự tỷ trọng dao động phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng hầu hết tỷ trọng của cỏc loại đất dao động trong khoảng 2,60 – 2,75 g/cm3. Chỉ cú một số loại đất cú hàm lượng mựn rất cao, cú thể lờn tới 15 – 20 %, thỡ ở cỏc loại đất này cú tỷ trọng <2,40 g/cm3.
Trong thực tiễn sản xuất cú thể xem 2,65 là tỷ trọng trung bỡnh của đất.
Căn cứ vào tỷ trọng đất mà người ta cú thể phần nào đỏnh giỏ được hàm lượng mựn trong đất. Tỷ trọng nhỏ thỡ đất giàu mựn và ngược lại. Tỷ trọng đất được ứng dụng nhiều trong cỏc cụng thức tớnh toỏn như cụng thức tớnh độ xốp của đất, cụng thức tớnh độ chỡm lắng của cỏc cấp hạt đất trong phõn tớch thành phần cơ giới.
Để xỏc định tỷ trọng đất người ta thường dựng phương phỏp Picromet (Bỡnh tỷ trọng). Bản chất của phương phỏp này là cõn đất trong nước để xỏc định một đơn vị thể tớch đất nằm ở trạng thỏi xếp sớt vào nhau. Sau đú chia trọng lượng đất khụ kiệt (cũng đó được cõn trong bỡnh Picromet) cho thể tớch đất nằm ở trạng thỏi xếp xớt vào nhau.
D =
Trong đú:
D: Tỷ trọng của đất (g/cm3 ) P: Trọng lượng đất khụ kiệt.
B: Trọng lượng bỡnh Picromet + nước. C: Trọng lượng bỡnh Picromet + nước + đất.
2.3.2. Dung trọng của đất
Dung trọng đất là trọng lượng của một đơn vị thể tớch đất khụ kiệt ở trạng thỏi tự nhiờn, đơn vị là g/cm3 hoặc tấn/m3 (ký hiệu là d).
Như vậy dung trọng cũng như tỷ trọng phụ thuộc vào thành phần khoỏng vật của đất và hàm lượng chất hữu cơ.
Đất giàu mựn, hỡnh thành trờn cỏc loại đỏ mẹ chứa cỏc khoỏng vật cú tỷ trọng nhẹ như thạch anh, phenpat thỡ cú giỏ trị dung trọng nhỏ và ngược lại. Nhưng khỏc với tỷ trọng, dung trọng cũn phụ thuộc vào tổng lượng khe hở trong đất. Như ta đó biết độ xốp của đất lại phụ thuộc vào kết cấu của đất, thành phần cơ giới đất….
Nếu xột theo một phẫu diện đất thỡ dung trọng tăng theo độ sõu của phẫu diện. Điều này cú thể là kết quả của hàm lượng mựn giảm dần theo độ sõu, kết cấu kộm, rễ càng ớt và độ chặt tăng lờn do sức nộn của lớp đất mặt.
Cỏc biện phỏp kỹ thuật canh tỏc khỏc nhau sẽ cú tỏc dụng thay đổi dung trọng của đất. Với hệ thống cõy trồng tăng cường chất hữu cơ cho đất như trồng xen, luõn canh, sử dụng cõy họ đậu, bún phõn hữu cơ... sẽ làm giảm dung trọng đất, đặc biệt là dung trọng của lớp đất mặt.
Nghiờn cứu dung trọng đất cho phộp ta sơ bộ đỏnh giỏ được chất lượng của đất, đặc biệt là đất cho cõy trồng cạn. Cỏc loại đất cú dung trọng thấp thường là những loại đất cú kết cấu tốt, hàm lượng mựn cao. Do đú những loại đất này cũng sẽ cú chế độ nước, nhiệt, khụng khớ và dinh dưỡng phự hợp cho cõy trồng sinh trưởng và phỏt triển.
Xỏc định dung trọng đất cũn là cơ sở để ta tớnh toỏn khối lượng đất trờn một đơn vị diện tớch. Đõy là một chỉ tiờu thường gặp trong cỏc kỹ thuật sử dụng đất. Cụng thức tớnh là:
M = s.h.d (tấn)
Trong đú:
M: khối lượng đất trong diện tớch s s: diện tớch cần xỏc định tớnh bằng m2
h: độ sõu tầng đất tớnh bằng m d: dung trọng đất
Vớ dụ: Khối lượng đất/ha với độ sõu tầng canh tỏc là 20 cm, dung trọng đất là 1,5 sẽ là: 10.000m2 x 0,2 m x 1,5 = 3.000 tấn.
Dung trọng và tỷ trọng đất là cơ sở để tớnh toỏn độ xốp của đất. ở nước ta dung