Khoáng hóa và mùn hóa là hai quá trình hình thành đất liên quan tới sự biến
đổi và tích lũy thành phần hữu cơ trong đất và được thể hiện bằng các phản ứng hóa học với sự tham gia tích cực của các vi sinh vật trong đất
Quá trình khoáng hóa nhanh (Vi sinh vật phân giải)
Sản phẩm khoáng hóa: muối khoáng (NH4+, NO3-, SO42-…), CO2, H2O,
Xác hữu cơ N2 khí quyển Khoáng hóa Mùn hóa
Quá trình mùn hóa
Sản phẩm mùn hóa và hợp chất mùn (Vi sinh vật phân giải và tổng hợp)
Hình 2 8: Sơ đồ quá trình khoáng hóa và mùn hóa [26]
- Quá trình khoáng hóa: Là quá trình phân hủy xác hữu cơ dưới tác động của quần thể vi sinh vật thành các chất khoáng hòa tan hay các chất khí và tỏa nhiệt, tùy thuộc điều kiện khoáng hóa mà cho sản phẩm khác nhau
+ Trong điều kiện thoáng khí có đầy đủ oxy do các vi sinh vật háo khí đảm nhiệm tạo ra các sản phẩm oxy hóa hoàn toàn gồm các muối khoáng NO3-, HCO3-, H2PO4-, HPO42-, SO42- cùng với H2O và CO2 Đây là quá trình tỏa nhiệt và được gọi là quá trình khoáng hóa hoàn toàn
+ Trong điều kiện thiếu oxy do ngập nước, do vi sinh vật háo khí phát triển nhạnh dẫn đến sử dụng hết oxy trong đất Quá trình này, bên cnahj những sản phẩm (H2O, CO2) còn tạo ra một lượng lớn các chất khử (CH4, NH3, N2,…) Ngoài ra nó
còn mang lại một nguồn năng lượng cho đất dưới dạng nhiệt năng Quá trình này phụ thuộc vào số lượng vi sinh vật, chủng loại vi sinh vật, điều kiện thích hợp: nhiệt độ, độ ẩm, pH…
- Quá trình mùn hóa: Bản chất của quá trình này là quá trình phân giải xác hữu cơ do hệ vi sinh vật phân giải, tạo nên các hợp chất trung gian và tổng hợp các hợp chất trung gian đó thành các hợp chất hữu cơ phức tạp gọi là mùn
Quá trình hình thành mùn được thực hiện theo 3 bước:
+ Các hợp chất hữu cơ phức tạp (protit, lipit,…) được phân giải thành các sản phẩm trung gian
+ Dưới tác động tiếp theo của vi sinh vật, tổng hợp các hợp chất hữu cơ trung gian tạo thành các liên kết hữu cơ phức tạp, có nhấn vòng thơm, mạch nhánh với các nhóm định chức
+ Các liên kết hữu cơ phức tạp này được các vi sinh vật tổng hợp trùng ngưng lại thành cả hợp chất hữu cơ cao phân tử như những chuỗi xích bền vững
Khi đó sẽ hình thành hợp chất gọi là mùn
Trong điều kiện háo khí đủ ẩm, nhiệt độ thích hợp, các tàn tích hữu tàn tích hữu cơ bị phân hủy mạnh Trong điều kiện thiếu ẩm, trong đất tích lũy ít tàn tích hữu cơ, quá trình phân hủy và mùn hóa chậm lại và mùn tích lũy ít khi thừa ẩm, nhiệt độ thấp quá trình mùn hóa chậm lại
Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình mùn hóa:
Quá trình mùn hóa xảy ra đồng thời với quá trình khoáng hóa nhưng các điều kiện ảnh hưởng tới chũng có khác nhau Các yếu tố ảnh hưởng tới quá tình mùn hóa là: chế độ nhiệt, không khí, nước của đất, thành phần cơ giới, các tính chát lý hóa của đất, thành phần xác sinh vật và cường độ hoạt động của các loại vi sinh vật đất
- Nhiệt độ thích hợp cho quá trình mùn hóa là 23 – 250
- Ẩm đất và độ thoáng khí ảnh hưởng đến điều kiện thoáng khí hay yếm khí trong đất Quá khô hanh thì tốc độ mùn hóa chậm, nếu thường xuyên ngập nước, môi trường yếm khí thì vi sinh vật yếm khí hoạt động mạnh sẽ tích lũy nhiều chất độc và axit hữu cơ (CH4, H2S…) kìm hãm sự hoạt động của vi sinh vật tổng hợp mùn Do vậy ở những nơi này xác hữu cơ thường tồn tại ở dạng than bùn và mùn
thô Nếu ẩm và khô xen kẽ thì rất thuận lợi cho quá trình mùn hóa và tăng khả năng tích lũy mùn cho đất
- Thành phần xác hữu cơ trong đất ảnh hưởng đến quá trình mùn hóa - Sự tích lũy mùn còn chịu ảnh hưởng của địa hình: càng lên cao nhiệt độ
càng giảm, ẩm độ tăng, quá trình khoáng hóa giảm, tăng sự tích lũy mùn nhưng chủ yếu tồn tại ở dạng mùn thô Độ dốc và hướng phơi của địa hình cũng ảnh hưởng tới sự tích lũy mùn cho đất
- Các loại đất khác nhau có sự tích lũy mùn khác nhau Đất chứa nhiều sét nhiều cation kiềm thổ (Ca2+, Mg2+) có khả năng giữ mùn tốt hơn đất nhẹ và chua
2 4 2 Quá trình feralit hóa
Quá trình feralit hóa là một trong những quá trình hình thành đất liên quan
đến sự biến đổi thành phần khoáng Đây là quá trình phổ biến nhất ở những miền có khí hậu nóng ẩm, với tác động trực tiếp của nhiệt độ cao, độ ẩm nhiều cũng như tác động của sinh vật, quá trình phong hóa xảy ra mạnh mẽ, các khoáng nguyên sinh và
một số khoáng thứ sinh bị phá hủy, nhờ vậy mà các alumosilicat được phân hủy thành các oxit sắt, nhôm và silic
Ví dụ: K2Al2Si6O16 + H2O + CO2 = H2Al2Si2O8 H2O + K2CO3 + 4SiO2 Về bản chất thì quá trình feralit hóa là quá trình tích lũy tương đối các hợp
chất của sắt và nhôm trong đất, đồng thời rửa trôi các chất dễ hòa tan trong đất gồm các cation kiềm và kiềm thổ, silic Các khoáng thứ sinh chủ yếu hình thành trong
quá trình feralit là các khoáng kaolinit, gơtit, gipsit và hydroxit sắt nhôm ngậm nước trong khi tỷ lệ SiO2/R2O3 ngày càng giảm, nói cách khác thì tỷ lệ này tỷ lệ nghịch với cường độ quá trình phong hóa
Chính vì vậy, khi khu vực có quá trình feralit phát triển, đất sẽ trở nên chua dần, sự có mặt của các hydroxi sắt, nhôm hóa trị cao sẽ làm cho đất có màu đỏ hay đỏ vàng đặc trưng
Cường độ của quá trình feralit phụ thuộc vào [26]:
- Khí hậu và độ cao địa hình: quá trình feralit diễn ra mạnh mẽ ở những khu vực có khí hậu nóng ẩm đặc trưng cho miền khí hậu nhiệt đới ẩm Với những vùng có độ chênh cao địa hình lớn, cường độ của quá trình feralit giảm dần theo độ cao của địa hình (chịu sự chi phối của quy luật đai cao)
- Đá mẹ: những đá được cấu tạo bởi khoáng vật kém bền vững, dễ bị phá hủy, thúc đẩy quá trình feralit phát triển sâu sắc, thành tạo ra đất có tầng dày lớn Cùng vùng gò đồi nhưng quá trình feralit sẽ phát triển mạnh ở đá magma kiềm hay trung tính còn ở đá magma axit thì yếu hơn
- Tuổi của đất: thông thường tuổi của đất càng cao, mức độ feralit càng mạnh
Đất Feralit là nhóm đất mà SiO2 và các chất bazơ bị rửa trôi còn ôxít sắt và nhôm được tích lũy lại tương đối hoặc tuyệt đối Nhóm đất này có các đặc tính chủ yếu sau:
- Chất hữu cơ có nguồn gốc cây lá rộng và cây thân thảo Tốc độ phân giải nhanh tạo thành mùn chua fulvic
- Chất khoáng bị phá hủy thành keo sét kaonilit Sét có tỷ lệ SiO2/Al2O3 ≤ 2 - Bazơ, SiO2 bị rửa trôi, oxit sắt và nhôm được tích lũy tương đối và tuyệt đối
- Hình thái phẫu diện thường có tầng tích tụ trong tầng này thường có kết von, đá ong Đó là hiện tượng tích lũy sắt, nhôm tuyệt đối (giai đoạn cuối của feralit)
Với điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm điển hình, quá trình feralit diễn ra phổ biến ở Ba Vì nói chung và ở khu vực nghiên cứu nói riêng Các loại đất điển hình được hình thành do quá trình feralit trên khu vực nghiên cứu bao gồm: đất vàng đỏ
trên đá phiến sét, đất nâu vàng trên phù sa cổ, đất vàng đỏ trên đá phun trào riolit,… Đây là các loại đất chiếm ưu thế với diện tích lớn nhất tại khu vực 7 xã miền núi
2 4 3 Quá trình thoái hóa đất – laterit hóa
Quá trình phong hóa và quá trình laterit – đá ong xảy ra đồng thời Chính quá trình phong hóa đã tạo nên lớp sét là nền cho quá trình tạo đá ong Thành phần hóa học của đá ong tùy thuộc vào đá mẹ nhưng nhìn chung có hàm lượng Fe2O3 = 25 – 70%, SiO2 = 20 – 60%, Al2O3 < 10%
Quá trình laterit hóa có thể chia thành các giai đoạn:
+ Giai đoạn đầu là giai đoạn phong hóa các khoáng silicat giải phóng các cation (Ca2+, Na+, Mg2+, K+…) theo phương trình:
Các khoáng sau khi bị phân hủy không bền vững dễ bị rửa trôi xuống dòng
nước mạch Những keo sắt, nhôm mang điện dương bị những ion OH- hút mạnh và tích lũy lại trong đất Trong tự nhiên các Fe(OH)3, Al(OH)3 là keo dương kết hợp
với keo âm SiO2 và được mang đến theo dòng nước ngầm để trở thành như xi măng gắn kết, tạo khung xương cho laterit đá ong
Nếu laterit – đá ong chứa các thể sót của cuội, thạch anh, cuội cát – bột kết và sự có mặt của kaolinit với hàm lượng lớn chứng tỏ laterit – đá ong được hình thành trong môi trường axit pH ≈ 4 – 5 vì trong môi trường này Fe(OH)3 sẽ lắng đọng, còn thạch anh không hòa tan (do SiO2 chỉ bị hòa tan trong môi trường kiềm)
+ Dưới tác dụng của chất hữu cơ hòa tan trong mùa mưa những chất sắt bị lôi xuống các lớp dưới Nếu đất xốp như đất phù sa cổ, vào mùa mưa sắt có thể xâm nhập vào tận nước mạch dưới sâu, trong lớp đất sâu sắt bị khử thành Fe2+ rất linh động, vào mùa khô lại bị các dòng mao dẫn hút lên gặp oxi không khí bị kết tủa
+ Khi bị khô hanh mạnh tích lũy sắt cao các kết von đó chuyển thành đá ong chặt
Nước ngầm ở tầng laterit đá ong luôn thay đổi do đó nồng độ của nước luôn ở trong trạng thái chưa bão hòa nên dễ hòa tan các cation kiềm, làm cho Fe2+ dễ bị
hòa tan và trở nên linh động, tích tụ sắt cao làm cho tầng đá ong dày Đây chính là nguyên nhân giải thích cho sự phân bố laterit chủ yếu ở khu vực ven các mạch nước ngầm
Sự hình thành đá ong không phải là giai đoạn cuối cùng của quá trình feralitic Giữa chúng có mối liên hệ căn bản ở chỗ là quá trình feralitic giải phóng nhiều oxyt sắt và nhôm; một phần những oxyt này di động, rồi tích tụ trong điều kiện nhất định nào đó để hình thành đá ong
Trong quá trình feralitic có sự tích lũy tương đối R2O3 (SiO2 giảm còn R2O3 tích tụ) Đây là sự tích lũy sắt, nhôm tại chỗ Còn trong quá trình hình thành đá ong có sự tích lũy tuyệt đối R2O3 do R2O3 tích lũy tại chỗ và R2O3 ở nơi khác đưa đến
Đá ong được thành tạo ngoài hàm lượng sắt cao, còn cần đến điều kiện địa hình thuận lợi và điều kiện khí hậu nóng ẩm định kỳ; chỉ có điều kiện tự nhiên địa hình ở vùng trung du, gò đồi tạo điều kiện thuận lợi cho đá ong phát triển
Hình 2 9: Mắt cắt tổng hợp của vỏ phong hóa laterit đầy đủ [13]
2 4 4 Quá trình glây
Quá trình glây là một trong những quá trình thành tạo đất có liên quan đến sự di chuyển theo phẫu diện những vật chất khoáng và hữu cơ Quá trình glây xuất
hiện trong điều kiện yếm khí do đất quá ẩm hay ngập nước thường xuyên theo thời vụ khiến cho không khí khó xâm nhập vào đất, tạo ra môi trường khử (thiếu oxy) Thực chất của quá trình glây là do sự khử các hợp chất khoáng từ dạng oxit sang dạng oxit thấp
Đất bị glây thường có màu xanh, xám xanh hay xanh lục do sự tích lũy các hợp chất của Fe2+ và Mn2+ Đất thường chua, khả năng hấp phụ cation kém và thường chứa những chất gây độc cho cây trồng như CH4, H2S…
Khu vực nghiên cứu là khu vực chân núi có địa hình thương đối cao so với đồng bằng nên chỉ có diện tích trồng lúa nước thường xuyên ngập nước theo mùa vụ gieo trồng Vì vậy quá trình glây đã xuất hiện trong tầng canh tác ở độ sâu 15 – 40cm với cường độ yếu Do đó đất cho phản ứng chua, dung tích hấp phụ thấp, nghèo chất dinh dưỡng và cần được thau chua kết hợp bón phân thường xuyên
CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA MẠO – THỔ NHƯỠNG Ở KHU VỰC NÚI BA VÌ VÀ ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN ĐẤT
3 1 Đặc điểm địa mạo và các quá trình địa mạo hiện đại ở khu vực núi Ba Vì
3 1 1 Đặc điểm địa mạo
3 1 1 1 Địa hình bóc mòn tổng hợp
Biểu hiện của các dạng địa hình bóc mòn tổng hợp là các bề mặt đỉnh chịu tác động của quá trình san bằng bề mặt đã xảy ra trong quá khứ
1 Các bề mặt san bằng
Khối núi Ba Vì có dạng đẳng thước với đỉnh cao nhất đạt xấp xỉ 1300m Độ cao của núi giảm dần ra xung quanh tạo nên một số "bậc" địa hình đặc trưng với các đỉnh cao 1000 – 1200m; 800 – 900m; 400 – 600m và 200 – 300m Các bậc địa hình trong vùng nghiên cứu được thể hiện dưới dạng những mảnh sót khá bằng phẳng trên phạm vi đường phân thuỷ và trên các sườn với hình thái như những vai núi Chẳng hạn như các đỉnh cote 400, cote 600 Ba Vì trên đó một bề mặt bằng phẳng khá lý tưởng là nơi xây dựng những biệt thự nghỉ mát của bọn thực dân Pháp trước đây và bây giờ thành nhà nghỉ mát của nhân dân khu vực thủ đô Hà Nội
Các bậc địa hình bằng phẳng này tương ứng với các bậc có cùng độ cao ở các khu vực khác chúng được thiết lập trên các cấu trúc địa chất khác nhau và được hình thành do các tác nhân ngoại sinh, các bậc đó chính là di tích của các bề mặt san bằng có tuổi khác nhau
a Bề mặt san bằng cao 1000 – 1200m có tuổi Miocen giữa (N12) (1) và bề mặt san bằng cao 800 - 900m có tuổi Miocen muộn (N13) (2):
Các bề mặt này có diện tích rất nhỏ hẹp, chúng tồn tại ở đỉnh núi Ba Vì, trên đá phun trào riađaxit Sự tồn tại của bề mặt này minh chứng cho quá trình nâng cao địa hình ở vùng nghiên cứu Bề mặt những bậc địa hình này khá bằng phẳng có
dạng bậc trên sườn và đỉnh phân thuỷ Các thời kỳ san bằng để tạo những bề mặt san bằng ấy là rất quan trọng, chúng là một trong nhiều yếu tố để phá huỷ các mỏ vàng gốc trên sườn núi Ba Vì tạo một nguồn vật chất lớn cung cấp cho việc thành tạo các mỏ sa khoáng ở các trũng và thung lũng dưới chân núi Ba Vì
Bề mặt này còn tồn tại dưới dạng những bề mặt sót, có thể thấy một bề mặt khá điển hình cho mức san bằng này là đỉnh cốt 600 Ba Vì, đây là một khu vực rộng tới vài trăm mét vuông, bề mặt bằng phẳng, ở độ dốc khoảng 3 – 120, lớp vỏ phong hóa mỏng
c Bề mặt san bằng cao 200 - 300m có tuổi Pliocen muộn (N22) (4):
Bề mặt này phổ biến trong khu vực nghiên cứu đó là những bề mặt đồi khá
bằng phẳng như ở các đồi Xoan, đồi Xóm Sui, đồi Suối Bagô (tên các đồi ở gần một địa danh có trên bản đồ) Ở các đồi này do bóc mòn tăng gia mạnh, nên bề mặt có dạng hơi lồi, các đồi kéo dài thành dải viền quanh chân núi, và bị phân cắt với
những đoạn bằng phẳng kéo dài tới vài chục mét trên đường chia nước, sườn đồi có độ dốc từ 10 – 150
d Bề mặt pediment cao 60 – 120m tuổi Pleixtoxen sớm (Q11) (5):
Đây là bề mặt phát triển rộng trên diện tích các gò đồi, là nơi chuyển tiếp giữa đồng bằng và miền núi, phân bố ở chân núi Đồng Dơi xã Yên Bài, một số ít ở Minh Quang và Vân Hòa Quá trình hình thành bề mặt chủ yếu do hoạt động rửa
trôi bề mặt do nước mưa khí quyển và xâm thực yếu (giai đoạn tạo máng xói) Quá trình này tạo ra trong bề mặt chỗ bị rửa trôi, chỗ được tích tụ tạo cho bề mặt càng
ngày càng mềm mại Bề mặt này dân cư tập trung đông đúc, các loại hình nông