Độ sâu (cm) pHKCl CEC (cmol+/kg) SOM (%C)
Ion hòa tan trong nƣớc
(mmol/Kg) Al2O3 (%) Fe2O3 (%) Na+ K+ Ca2+ Mg2+ 0-20 3,96 10,9 3,0 1,1 2,3 5,0 3,0 20,7 3,5 20-40 4,10 10,2 2,2 kpt kpt kpt kpt 20,7 3,2 40-50 4,11 6,6 1,4 kpt kpt kpt kpt 20,8 3,9
Giá trị pHKCl của các mẫu đất dao động từ 3,96 – 4,11. Kết quả này cho thấy đất có phản ứng chua, do đó ảnh hưởng đến các quá trình lý – hóa – sinh học xảy ra trong đất và các q trình chuyển hóa các chất trong đất. Tầng 0 – 20 cm có phản ứng chua mạnh nhất (pHKCl = 3,96), sau đó gỉam dần ở hai tầng cịn lại với pHKCl = 4,10 (tầng 20 – 40 cm) và pHKCl = 4,11 (tầng 40 – 50 cm). Sự tích lũy lượng chất mùn cao có khả năng làm pH càng giảm do tạo ra axit hữu cơ. Như vậy điều này phù hợp với kết quả phân tích đối với mẫu đất được nghiên cứu: tính theo chiều sâu phẫu diện, hàm lượng SOM tỉ lệ nghịch với độ chua của đất.
Đất có hàm lượng SOM trung bình, biến động từ 1,4 – 3,0 % C. Tầng ở độ sâu 0 – 20 cm có hàm lượng SOM cao nhất (3%) do có lớp phủ thực vật phía trên. Lớp phủ này đóng vai trị chủ yếu là nguồn cung cấp để q trình phân hủy và tích lũy SOM diễn ra mạnh mẽ. Bên cạnh đó ở tầng này cịn được tích tụ lượng SOM bị rửa trơi từ các vùng xung quanh có địa hình cao hơn. hàm lượng chất SOM giảm dần theo độ sâu tầng phẫu diện, là 2,2 % (tầng 20 – 40 cm) và 1,4 % (tầng 40 – 50 cm).
CEC là lượng cation lớn nhất mà đất hấp phụ có khả năng trao đổi và được biểu thị bằng cmol/Kg. Đây chính là q trình hấp phụ nhờ keo đất. Hàm lượng CEC phụ thuộc rất nhiều rất nhiều vào các yếu tố như nồng độ và bản chất keo đất, phản ứng đất, TPCG, hàm lượng SOM... Từ kết cho thấy hàm lượng CEC trong đất nghiên cứu tương đối thấp (SOM: 6,6 – 10,9 cmol/Kg), do đất có TPCG và hàm lượng SOM trung bình nhưng pH chua mang nhiều H+ và Al3+ nên khả năng trao đổi cation thấp. Mặt khác kết quả cho thấy CEC giảm dần theo độ sâu của phẫu diện, sự phụ thuộc vào khả năng có mặt của SOM có trong từng tầng đất. Nếu hàm lượng SOM cao thì điện tích keo đất âm tăng lên do đó khả năng trao đổi CEC tăng dẫn tới lượng cation hấp phụ trên bề mặt keo sét càng nhiều, điều này thúc đẩy sự liên kết giữa các hạt keo hay gia tăng khả năng tụ keo của khoáng sét trong đất.
Nồng độ ion hòa tan trong nước Na+, K+, Ca2+ và Mg2+ thấp tương ứng là 1,1; 2,3; 5,0 và 3 mmol/Kg. Có thể giải thích rằng các ion này được giữ chặt trong cấu trúc đất nhờ cơ chế hấp phụ của keo đất và nhờ vào khả năng tích điện của các cấp hạt đất. Vì vậy lượng ion hịa tan trong nước là không đáng kể.
Trong đất nghiên cứu hàm lượng sắt tổng số dao động không đáng kể từ 3,2 – 3,9% trong khi hàm lượng nhôm tổng số từ 20,7 – 20,8%. Điều này có thể giải thích do đất nghiên cứu ở vùng đồi núi, chịu ảnh hưởng của quá trình ferralit hóa mạnh (rửa trơi cation kiềm, kiềm thổ cùng với axit silicic và tích lũy tương đối sắt nhơm). Các hợp chất sắt và nhơm (dạng oxyt và hydroxit) khó bị rửa trơi hơn, được tích lũy lại nên theo thời gian chúng chiếm thành phần chủ yếu trong đất.
TPCG của đất là tỉ lệ phần trăm các cấp hạt có kích thước khác nhau khi đoàn lạp đất ở trạng thái bị phá hủy. TPCG có ý nghĩa quan trọng, đặc trưng cho nguồn phát sinh, tính chất lý hóa và quyết định độ phì đất. Đất có TPCG càng nặng thì khả năng giữ các chất dinh dưỡng cho cây trồng càng cao, đồng thời khả năng giữ các chất ô nhiễm càng lớn.
Dựa vào cách bảng phân loại TPCG theo Hệ thống phân loại đất của Bộ nông nghiệp Mỹ (USDA - Soil Taxonomy), TPCG của các tầng đất trong khu vực nghiên cứu được phân loại cụ thể trong Bảng 4.
Bảng 4: Thành phần cấp hạt của các tầng đất (theo USDA - Soil Taxonomy)
Tầng đất
Thành phần cấp hạt (%)
Tên phân loại
Sét (< 0,002 mm) Limon (0,002-0,05 mm) Cát (0,05 – 2 mm) (0 – 20cm) 28,5 15,3 56,2 Thịt pha sét pha cát (20 – 40cm) 23,6 9,7 66,7 Thịt pha sét pha cát (40 – 50cm) 33,0 10,1 56,9 Thịt pha sét pha cát Bảng 4 cho thấy trong mẫu đất nghiên cứu, hàm lượng sét và cát khá cao (23,6 - 33,0% sét và 56,2 – 66,7% cát), limon chiếm một tỷ lệ nhỏ (9,7 - 15,3%).
Cơ sở cho sự tồn tại của hàm lượng sét cao ở đây là sự hình thành từ quá trình phong hóa đá tự nhiên. Mặt khác mẫu đất được lấy tại vùng chân đồi với độ dốc 10-20% nên sẽ tích tụ lại sản phẩm khống sét bị rửa trơi từ những vùng xung quanh có địa hình cao hơn nên tầng mặt (0-20 cm) có hàm lượng sét cao hơn tầng nằm ngay dưới nó (20 – 40 cm). Tầng đất có độ sâu 40 – 50 cm có hàm lượng sét cao nhất do trong quá trình hình thành đất ferralit, sự rửa trơi sét theo chiều sâu diễn ra phổ biến, do đó đã hình thành nên tầng tích tụ sét ở phía dưới.
3.2. Thành phần khoáng sét trong mẫu đất nghiên cứu
Nhóm đất xám ferralit chiếm một diện tích lớn ở vùng đồi núi, được hình thành trên các loại đá mẹ khác nhau song nhìn chung đều chịu ảnh hưởng của q trình ferralit hóa mạnh (rửa trơi cation kiềm, kiềm thổ cùng với axit silicic và tích lũy tương đối sắt nhơm) do địa hình dốc cao và khí hậu nhiệt đới nóng ẩm chi phối. Do đó có thể nhận định được khống sét kaolinit là loại khoáng chiếm ưu thế và đặc trưng cho nhóm đất đỏ vàng nhiệt đới Việt Nam.
Ở đây kaolinit có thể hình thành trực tiếp từ các silicat hoặc là aluminosilicat của đá mẹ bị phá hủy mạnh. Điều kiện hình thành kaolinit bằng con đường này không chỉ bởi sản phẩm phong hóa của đá mẹ quyết định mà điều kiện ẩm, môi
trường chua liên tục cũng rất quan trọng. Chính vì vậy đất đỏ nâu trên đá Bazan dễ phong hóa song lại có q trình ferralit mạnh nên kaolinit chiếm ưu thế tuyệt đối. Kaolinit cịn được hình thành từ khống 2:1 như illit, vermiculite, montmorillonit, khi mơi trường bị chua hóa hoặc mất kali.
Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X đối với cấp hạt sét tách ra từ mẫu đất nghiên cứu (độ sâu 0-20 cm) được thể hiện ở hình 5. Kết quả có thể cho thấy khoáng sét trong đất khá phức tạp với thành phần chủ yếu gồm: kaolinit, clorit, vermiculit. Khoáng kaolinit được xác định bởi các hiệu ứng ở 0,717 và 0,358 nm. Khống này khơng bền nhiệt và khi xử lý ở nhiệt độ cao sự mất nước sẽ làm cấu trúc lớp của kaolinit bị phá hủy. Trong nhiễu xạ đồ (Hình 5) các hiệu ứng ở 0,717 và 0,358 nm bị mất đi khi mẫu được bão hòa K+ và xử lý tại 550oC. Hiệu ứng ~1,4 nm cho biết thành phần khống có thể bao gồm các nhóm 2:1 (smectit, vermiculit) hay 2:1:1 (clorit). Khi solvat hóa mẫu với ethylenglycol khơng cho thấy sự dịch chuyển của hiệu ứng 1,4 nm lên giá trị cao hơn, do đó có thể khẳng định trong mẫu đất khơng có sự hiện diện của khống trương nở (smectit). Các hiệu ứng ở 1,43 và 0,479 nm cho biết sự có mặt của vermiculit hoặc clorit trong mẫu. Việc nhận biết vermiculit dựa vào sự giảm cường độ của peak 1,43 nm và sự tăng lên tương ứng của đỉnh 1,0 nm khi mẫu bão hòa K so với mẫu bão hịa Mg. Trong mẫu đất nghiên cứu khơng quan sát thấy điều này do đó vermiculit cũng khơng có mặt trong mẫu đất nghiên cứu.
Clorit là một khống khá bền vững và khơng thay đổi khi xử lý mẫu với các cation hay với ethylenglycol. Xử lý nhiệt có ảnh hưởng nhất định đến các hiệu ứng nhiễu xạ của khống này. Nhiễu xạ đồ Hình 5 cho thấy, khi mẫu sét bão hịa K và xử lý ở nhiệt độ 550oC, peak 1,4 nm bị biến dạng trở nên ít sắc nhọn hơn (“lùn hơn”) và xuất hiện các hiệu ứng ở lân cận trong khoảng 1,0 – 1,4 nm. Đây là dấu hiệu cho sự có mặt của clorit trong mẫu. Mặt khác, qua 4 cách xử lý mẫu thì hiệu ứng 1,43 nm mang đặc tính của cả clorit và vermiculit. Do đó có thể tồn tại khống sét chuyển tiếp giữa clorit và vermiculit hoặc có sự xếp lớp xen kẽ giữa 2 khống sét này. Do sự biến động của lớp ion xen giữa 2 lớp silicat, từ chỗ giống với vecmiculit đến các dạng trung gian (chuyển tiếp) và cuối cùng giống với clorit. Các
hiệu ứng xuất hiện ở 0,426 nm và 0,334 nm cho biết sự có mặt của quartz ở trong mẫu.
Dựa vào cường độ (độ cao) của các hiệu ứng đặc trưng cho từng loại khoáng phát hiện thấy ở trong mẫu nghiên cứu thì có thể định hướng một cách tương đối hàm lượng các loại khoáng này theo thứ tự giảm dần như sau: kaolinit > vecmiculit, clorit.
Kết quả này cũng phù hợp với quy luật hình thành và chuyển hóa khống sét của đất ferralit nhiệt đới mà nhiều nhà khoáng sét và thổ nhưỡng trên thế giới đã nghiên cứu (Correns, 1938; Caller, 1950; Goocbunop, 1974; Jackson, 1968…). Đó là dưới điều kiện khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều, địa hình cao, dốc, đá mẹ dễ phong hóa, đặc biệt các loại đá trung tính (vơi) kiềm (macma bazơ), trầm tích phiến sét… các cation kiềm, kiềm thổ cùng axit silicic bị rửa trôi mạnh (pH chua) thì sự tạo thành khống sét chủ yếu là kaolinit. Kết quả này cũng khá tương đồng với những nghiên cứu về thành phần khoáng sét nhóm đất đỏ vàng vùng đồi núi Việt Nam của tác giả Fridland (1973); Nguyễn Vi & Trần Khải (1976) và Đào Châu Thu (1986).
Hình 5: Biểu đồ nhiễu xạ tia X của khoáng sét tách ra từ mẫu đất nghiên cứu (độ sâu 0 – 20 cm)
a) bão hòa trong K; b) bão hòa K kết hợp xử lý nhiệt ở 550oC; c) bão hòa trong Mg; d) bão hòa Mg kết hợp xử lý với ethylenglycol
3.3. Ảnh hƣởng của pH, các cation, humat và axit silicic đến trạng thái keo sét trong đất nghiên cứu trong đất nghiên cứu
3.3.1. Ảnh hưởng của pH
Trong mơi trường axit, bề mặt rìa của khống sét tích điện dương thúc đẩy sự hình thành cấu trúc liên kết bề mặt – rìa – bề mặt (Van Olphen, 1977), do đó q trình tụ keo diễn ra nhanh chóng. Ngược lại, ở pH lớn hơn, quá trình cho proton tại các vị trí bề mặt rìa của khống sét làm cho lưới điện tích bề mặt có xu hướng âm điện hơn. Vì vậy các hạt sét có xu hướng đẩy nhau và duy trì trạng thái phân tán
trong dung dịch. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng pH dưới đây sẽ chứng minh cho nhận định này.
Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của pH đến khả năng phân tán của khoáng sét được tiến hành với các giá trị pH khác nhau trong khoảng 1 – 10. Theo phương pháp Lagaly cải biên (thời gian phân tán là 3h, nhiều hơn 1h so với phương pháp Lagaly, 1997). Mẫu sau khi điều chỉnh pH về các giá trị từ 1 – 10 được để lắng sau 3h rồi tiến hành đo độ truyền qua (T%). Kết quả được thể hiện rõ trong đồ thị sau: