3. éất là cơ sở sinh sống và phỏt triển thực vật, là tư liệu sản xuất cơ bản của nụng
4.4. Phản ứng chua của đất
4.4.2. Cỏc loại độ chua của đất
Tất cả cỏc nguyờn nhõn trờn đó làm tăng hàm lượng ion H+ trong đất. Phản ứng chua của đất được biểu thị bằng cỏc loại độ chua. Những ion H+ trong đất cú thể tồn tại trong dung dịch hoặc bị hấp thu trờn bề mặt hạt keo. Trường hợp thứ nhất sinh ra "độ chua hoạt tớnh" cú ảnh hưởng trực tiếp tới cõy và vi sinh vật. Trường hợp thứ hai gõy nờn "độ chua tiềm tàng" của đất vỡ H+ (và Al3+) chỉ làm tăng độ chua dung dịch và ảnh hưởng đến sinh vật khi bị đẩy vào dung dịch đất bởi cỏc cation khỏc. Hai loại độ chua này hợp thành tổng số độ chua của đất.
a. éộ chua hoạt tớnh
éộ chua hoạt tớnh do cỏc ion H+ cú trong dung dịch đất tạo nờn, nồng độ ion H+
càng cao thỡ đất càng chua.
éể xỏc định độ chua này ta chiết rỳt cỏc ion H+ bằng nước cất rồi xỏc định nồng độ ion H+ bằng pH meter. éộ chua hoạt tớnh được biểu thị bằng pHH2O. pH là trị số õm của logarit nồng độ ion H+ trong dung dịch:
pH = - lg[H+]
Trong hoỏ học người ta đó quy định rằng nước tinh khiết hay bất cứ dung dịch nào cú [H+] = [OH-] = 10-7 g ion/l nghĩa là pH = -lg10-7 = 7 thỡ đú là mụi trường trung tớnh.
Nếu [H+] <10-7 g ion/l nghĩa là pH > 7 đú là mụi trường kiềm. Nếu [H+] > 10-7 g ion/l nghĩa là pH < 7 đú là mụi trường chua.
Thụng thường pHH2O của đất biến thiờn từ 3-9 và được đỏnh giỏ như sau:
pHH2O < 4,5 4,5-5,5 5,6-6,5 6,6-7,5 7,6-8,0 8,1-8,5 Mức đỏnh giỏ éất rất chua éất chua éất chua ớt éất trung tớnh éất kiềm ớt éất kiềm vừa
>8,5 éất kiềm nhiều
Bảng 4.4: éộ chua hoạt tớnh của một số loại đất Việt nam
Loại đất (tầng 0-15cm) pHH2O
éất phốn (An Hải - Hải Phũng)
éất nõu đỏ trờn đỏ vụi (éồng Giao, Ninh Bỡnh) éất nõu đỏ trờn đỏ bazan (Phủ Quỳ, Nghệ An)
éất đỏ vàng trờn phiến thạch mica (Phỳ Hộ, Phỳ Thọ) éất nõu vàng trờn phự sa cổ (Vĩnh Phỳc)
éất phự sa trong đờ sụng Thỏi Bỡnh (Hải Dương) éất phự sa ngoài đờ sụng Hồng (Phỳc Xỏ, Hà Nội) éất xỏm bạc màu (Bắc Giang) éất mặn (Rạng éụng, Nam Định) 4,2 4,6 4,5 4,5 5,0 4,8 7,7 5,0 8,0
éộ chua hoạt tớnh được sử dụng trong việc bố trớ cơ cấu cõy trồng phự hợp trờn vựng đất canh tỏc hoặc xỏc định sự cần thiết phải bún vụi cải tạo độ chua của đất cho phự hợp với đặc tớnh sinh học của loại cõy định trồng. éa số cõy trồng ưa mụi trường trung tớnh nhưng cỏ biệt cú những cõy cần đất chua như chố, cà phờ, dứa, khoai tõy...
Bảng 4.5. Khoảng pH đất tối thớch cho một số cõy trồng
Cõy trồng pH Cõy trồng pH Lỳa Ngụ Khoai tõy éậu tương Hành Bắp cải 6,2-7,3 6,0-7,0 4,5-6,3 6,5-7,5 6,4-7,5 6,7-7,4 Cà chua Dưa chuột Bụng Chố Cà phờ Dứa 5,0-8,0 6,4-7,4 6,5-8,0 4,0-5,5 5,0-6,0 5,0-6,0 Số liệu trong bảng 4.5 chỉ khoảng pH tối thớch, trong thực tế phạm vi pH cho phộp cõy sống được rộng hơn thế nhiều. Vớ dụ cõy lỳa cú thể sống ở đất cú pH dao động từ 4,0 đến 9,0, sống bỡnh thường với pH từ 5-8 nhưng tốt nhất là trong khoảng 6,2-7,3.
Dựa vào độ chua hoạt tớnh và cơ cấu cõy trồng ta cú thể xỏc định xem đó cần cải tạo độ chua cho đất hay chưa. éối với đa số cõy trồng nụng nghiệp ngắn ngày nếu pHH2O
<4,5 thỡ cấp thiết phải bún vụi, nếu pHH2O = 4,6-5,5 cần vừa nếu pHH2O >5,5 thỡ chưa cần thiết phải bún vụi.
Khi đất chua nhiều (pHH2O < 4,0)cú thể nghi trong đất chứa axit vụ cơ (vớ dụ như H2SO4 trong đất phốn). Nếu đất kiềm nhiều (pHH2O > 8,5) thỡ trong đất thường chứa nhiều Na2CO3 hay NaHCO3.
+ Mức độ phõn ly thành ion của chất điện giải. Cựng nồng độ đương lượng nhưng axit vụ cơ phõn ly thành ion nhiều hơn axit hữu cơ nờn pHH2O của dung dịch thấp hơn. Tương tự như vậy với cỏc bazơ.
+ Hiện tượng trao đổi ion H+ và Al3+ trong keo đất với cỏc ion khỏc khi bún phõn vụ cơ như KCl, (NH4)2SO4... cũng làm tăng độ chua hoạt tớnh.
b. éộ chua tiềm tàng
Như trờn đó núi trong đất chua cũn cú cỏc ion H+ và Al3+ được hỳt bỏm trờn bề mặt keo đất. Khi tỏc động lờn đất một dung dịch muối thỡ H+ và Al3+ bị đẩy vào dung dịch đất. Nồng độ của cỏc ion này trong dung dịch tăng lờn gõy ảnh hưởng khụng tốt đến thực vật và vi sinh vật. éộ chua thu được trong trường hợp này gọi là độ chua tiềm tàng.
Cỏc ion H+ và Al3+ được hỳt bỏm trờn keo với cỏc lực khỏc nhau. Tuỳ thuộc vào lực hỳt bỏm của cỏc ion này trờn keo mà người ta chia độ chua tiềm tàng thành 2 loại: độ chua trao đổi và độ chua thuỷ phõn.
* éộ chua trao đổi: Là một loại độ chua của đất được xỏc định khi cho đất tỏc dụng với một dung dịch muối trung tớnh, thường dựng muối KCl, NaCl, BaCl2. Như vậy
ngoài những ion H+ cú sẵn trong dung dịch đất cũn cú những ion H+ và Al3+ được đẩy ra từ keo đất theo phản ứng: [ ] + + H Al3 Đ K + 4KCl ⇔ [Ké]4K+ + HCl + AlCl3 Muối Al thuỷ phõn tạo ra axit theo phương trỡnh:
AlCl3 + 3H2O ⇔ Al(OH)3 ↓ + 3HCl
Nếu cho đất tỏc động với dung dịch KCl 1M trong 60 phỳt, lọc lấy dịch trong dựng dung dịch NaOH 0.01N chuẩn độ dịch lọc sẽ xỏc định được độ chua trao đổi, đơn vị là lđl/ 100g đ (đất khụ).
Nếu ta đem dung dịch lọc đo pH ta được pHKCl. Cựng một mẫu đất pHKCl thường cú trị số pH thấp hơn pHH2O từ 0.5 đến 1.0 đơn vị.
Chỳ ý: ở những vựng đất trung tớnh hay kiềm yếu chỉ xỏc định được pHKCl chứ
khụng xỏc định độ chua trao đổi bằng chuẩn độ vỡ dung dịch đất sẽ cú màu hồng ngay sau khi vừa cho chỉ thị màu phenolphtalein vào dịch chiết đất.
Trường hợp đặc biệt, một số loại đất cú pHKCl > pHH2O. éiều này thường gặp ở những đất cú lượng keo dương lớn (một số như: đất đỏ feralit, đất potzon). Khi đú cú thể do sự trao đổi anion Cl- của dung dịch muối trung tớnh với cỏc ion OH- trờn keo đất nờn lượng ion OH-
Thụng thường độ chua trao của đất nhỏ hơn 1 lđl/100g đất. Khi độ chua này lớn (trờn 2 lđl/100g đất) chứng tỏ cỏc cation kiềm hấp phụ trờn keo đất đó bị rửa trụi nhiều, cần phải bún vụi cải tạo độ chua cho đất trước khi bún phõn khoỏng vào đất. Nếu khụng cú vụi bún thỡ nờn chia phõn khoỏng bún thành nhiều đợt, trỏnh bún tập trung.
* éộ chua thuỷ phõn
Dựng muối trung tớnh KCl tỏc động với đất nhiều khi vẫn chưa đẩy dượchết cỏc ion H+ và Al3+ ra khỏi keo đất. Cỏc nhà hoỏ học đất đó đưa ra phương phỏp khỏc: dựng dung dịch chiết là muối tạo bởi một axit yếu và một bazơ mạnh như CH3COONa hoặc
Ca(CH3COO)2 thỡ hầu hết cỏc ion H+ và Al3+ sẽ bị đẩy ra khỏi keo vào dung dịch. éộ chua được xỏc định bằng phương phỏp này lớn hơn độ chua trao đổi nhiều và được gọi là độ
chua thuỷ phõn. éộ chua thuỷ phõn được ký hiệu là H, đơn vị là lđl H+ và Al3+ trong 100g đất khụ.
Trong dung dịch NaCH3COO bị thuỷ phõn: NaCH3COO + H2O ⇔ CH3COOH + NaOH
CH3COOH là axit yếu ớt phõn ly, NaOH thỡ phõn ly hoàn toàn thành Na+ và OH- vỡ vậy dung dịch cú phản ứng kiềm yếu (pH = 8,2-8,5). éõy là điều kiện để Na+ đẩy hết H+ và Al3+ trờn keo đất vào dung dịch theo sơ đồ sau:
[ ] +
+ H
Al3
Đ
K + 4NaCH3COO ⇔ [Ké]4Na+ + CH3COOH + Al(CH3COO)3 (1) Al(CH3COO)3 + 3H2O ⇔ Al(OH)3 ↓ + 3CH3COOH (2)
Từ phản ứng (1) và (2) ta thấy H+ và Al3+ trong đất khi đẩy vào keo đất đó tạo nờn CH3COOH trong dịch lọc. Dựng dung dịch NaOH 0,1N tiờu chuẩn chuẩn độ lượng CH3COOH trong dịch lọc thỡ ta xỏc định được độ chua thuỷ phõn của đất.
Như vậy độ chua thuỷ phõn là độ chua lớn nhất vỡ nú bao gồm cả ion H+ (độ chua hoạt tớnh), ion H+ và Al3+ bỏm hờ (độ chua trao đổi) và những ion H+ và Al3+ hỳt bỏm chặt trờn bề mặt keo đất.
Bảng 4.6: éộ chua trao đổi và độ chua thuỷ phõn của một số loại đất Việt Nam
Loại đất (0-15cm) pHKCl éộ chua trao đổi éộ chua thuỷ phõn
lđl/100g đất éất nõu đỏ trờn đỏ bazan (Phủ Quỳ)
éất nõu đỏ trờn đỏ vụi (Ninh Bỡnh) éất phự sa sụng Thỏi Bỡnh (Hải Dương) éất phốn Hải Phũng éất trũng Nam éịnh 4,4 4,2 4,4 3,8 4,6 0,51 2,61 3,50 0,65 0,30 6,3 10,4 8,0 4,3 4,8
Theo nguyờn lý thỡ độ chua thuỷ phõn thường lớn hơn độ chua trao đổi nhưng cũng cú những trường hợp cỏ biệt độ chua thuỷ phõn bằng hoặc nhỏ hơn độ chua trao đổi. Những trường hợp này cú thể giải thớch như sau:
+ Một số loại đất như đất đỏ nhiệt đới hoặc đất potzon khi tỏc dụng với dung dịch NaCH3COO thỡ anion CH3COO- cú thể trao đổi với anion OH- trờn keo kaolinit tạo nờn NaOH trong dung dịch. Lượng NaOH này trung hoà bớt axit CH3COOH trong dung dịch
làm độ chua thuỷ phõn giảm.
+ Saritvili (1948) cho rằng một số đất đỏ cú khả năng hấp phụ phõn tử axit axờtic sinh ra trong tỏc dung thuỷ phõn núi trờn và chớnh vỡ vậy khi chuẩn độ ta thấy độ chua thuỷ phõn bộ hơn độ chua trao đổi.
Người ta dựng độ chua thuỷ phõn để tớnh dung tớch hấp phụ cation (CEC) của đất:
CEC = S + H
Trong đú S là tổng cỏc cation kiềm trao đổi và H là độ chua thuỷ phõn Hoặc tớnh độ no kiềm của đất theo cụng thức:
V (%) = H S 100 S + ì
éộ chua thuỷ phõn được sử dụng để tớnh lượng vụi bún khi cải tạo đất chua (cứ 1lđl ion H+ cần dựng 28mg vụi bột CaO hoặc 50 mg bột đỏ vụi CaCO3 để trung hoà). Cụng thức tớnh cụ thể sẽ được trỡnh bày ở cuối chương này (phần bún vụi cải tạo đất chua).