3. éất là cơ sở sinh sống và phỏt triển thực vật, là tư liệu sản xuất cơ bản của nụng
3.1. Keo đất
3.1.4. Cỏc loại keo sột trong đất
Cỏc keo sột thuộc loại keo vụ cơ, là cỏc khoỏng vật thứ sinh alumin silicat, được hỡnh thành do sự biến đổi từ cỏc khoỏng vật nguyờn sinh trong quỏ trỡnh phong hoỏ hỡnh thành đất, phõn bố rộng rói trong cỏc loại đất. Cỏc khoỏng vật này là thành phần chủ yếu của cấp hạt sột vỡ vậy chỳng được gọi là cỏc khoỏng vật sột. chỳng được phõn biệt với nhau bởi mức độ phõn tỏn cao, khụng tan trong nước.
Trong đất cú nhiều loại keo sột, nhưng trong chỳng cú vai trũ quan trọng nhất là cỏc keo sột nhúm kaolinit, montmorilonit và hydromica
a. éặc điểm chung của keo sột
éặc điểm chung của cỏc keo sột là chỳng cú cấu tạo lớp giống như mica và sự thay thế đồng hỡnh.
+ Cấu tạo lớp của keo sột được tạo thành do sự liờn kết của phiến khối tứ diện (bốn mặt) oxit silic và phiến khối bỏt diện (tỏm mặt) gipxit.
- Phiến oxit silic được tạo thành do sự gắn liền cỏc khối tứ diện oxit silic với nhau. Mỗi khối tứ diện ở chớnh giữa là một nguyờn tử silic, bốn đỉnh là bốn nguyờn tử oxi. Như thế thỡ khi ghộp thành phiến hai bờn là hai lớp oxi, giữa là lớp silic,
- Phiến gipxit: phiến này được tạo thành do sự gắn liền cỏc khối bỏt diện với nhau. Mỗi khối bỏt diện chớnh giữa cú một nguyờn tử Al, xung quanh cú 6 oxi hay 6 OH- hoặc vừa oxi vừa OH- (hỡnh 3.6).
+ Hiện tượng thay thế đồng hỡnh
- Ở một số khoỏng vật, trong đú cú cỏc khoỏng vật sột (keo sột) cú hiện tượng một số nguyờn tố trong mạng lưới tinh thể của chỳng cú thể bị cỏc nguyờn tố khỏc ở bờn ngoài vào thay thế. Sự thay thế này khụng làm thay đổi hỡnh dạng của khoỏng vật mà chỉ thay đổi tớnh chất. Vỡ thế gọi là hiện tượng thay thế đồng hỡnh.
oxi Si oxi Si 7 Al oxi
Hỡnh 3.6. Sơ đồ cấu tạo khối tứ diện oxit silic, phiến oxit silic và khối bỏt diện, phiến gipxit
- éiều kiện quan trọng của sự thay thế là: 2 ion muốn thay thế nhau phải cú bỏn kớnh tương đương, Vớ dụ Al3+ trong tinh thể cú bỏn kớnh R = 0,57 Ǻ cú thể bị Fe3+ cú R = 0,67 Ǻ thay thế chứ khụng thể bị Li+ cú R = 1,22 Ǻ thay thế. Sự thay thế này xảy ra phổ biến ở một số keo sột, vớ dụ trong khối tứ diện oxit silic: Si4+ thường bị Al3+ thế, cú trường hợp Mn3+ hoặc P5+ thay thế Si4+ song rất ớt; trong khối bỏt diện Al3+ bị Mg2+ hoặc Fe2+ thế.
- éặc điểm của sự thay thế là: nếu hoỏ trị của 2 ion thay thế tương đương nhau thỡ khụng những khụng thấy điểm gỡ khỏc trờn tinh thể mà cũn làm cho khoỏng vật trung hoà điện. Nếu húa trị của chỳng chờnh lệch nhau thỡ khoỏng vật mang điện õm hoặc dương. Vớ dụ Al3+ thế cho Si4+ thỡ khoỏng vật mang điện õm, P5+ thế cho Si4+ khoỏng vật mang điện
dương. Hiện tượng thay thế đồng hỡnh thường gặp ở keo sột là Al3+ thế Si4+ hoặc Mg2+ thế Al3+ vỡ vậy keo sột mang điện õm cú thể hấp phụ cation.
b. éặc điểm của cỏc nhúm keo sột chớnh
+ Nhúm kaolinit:
- Nhúm này gồm keo kaolinit và haluzit, metahaluazit, dikkit và nakrit.
- Cấu trỳc tinh thể loại hỡnh 1:1, mỗi lớp tinh thể (tinh tầng) gồm một phiến oxit silic và một phiến gipxit. Những lớp tinh thể như vậy chồng xếp lờn nhau, giữa chỳng cú cỏc khe hở làm cho kaolinit cú cấu trỳc lớp (hỡnh 3.7).
- Theo hỡnh vẽ cấu trỳc của kaolinit, nhõn cơ bản của mạng lưới tinh thể keo trung hoà về điện và cú cụng thức tương ứng là Al2Si2O5(OH)4, nhưng bề mặt sườn lộ trần khi
phỏ huỷ cú hoỏ trị khụng bóo hồ gõy ra sự hấp phụ cỏc ion từ mụi trường xung quanh. Haluazit khỏc với kaolinit bởi sự tồn tại của nước trong mạng lưới tinh thể, cấu trỳc của nú phự hợp với cụng thức Al2Si2O5(OH)4.2H2O. Haluazit khi bị hydrat hoỏ sẽ biến thành metahaluazit Al2Si2O5(OH)4.4H2O. Dikkit và nakrit khỏc với kaolinit bởi cỏc gúc lệch của từng paket.Tỷ lệ Si:Al = 1:1
- Khoảng cỏch giữa cỏc paket khụng đổi và bằng 7,2 Ǻ.
- Rất ớt hoặc khụng cú hiện tượng thay thế đồng hỡnh xảy ra trong mạng lưới tinh thể. - Lực liờn kết giữa cỏc lớp tinh thể tầng trong kaolinit rất chặt nờn khụng thể co gión để mở rộng khe hở hỳt nước và khụng cú khả năng trương.
- Do cỏc đặc điểm trờn mà khả năng hấp phụ của kaolinit thường thấp (CEC = 5 - 15 lđl/100g keo). Bởi vậy, đất nào chứa nhiều keo nhúm kaolinit thỡ tớnh giữ phõn và giữ nước kộm.
7,2A° 0,2A°
Phiến gipxit Phiến
oxit silic 4Si
6O 4Al
4O + 2(OH) 6(OH)
Hỡnh 3.7. Sơ đồ cấu trỳc kaolinit + Nhúm montmorilonit
- Nhúm này gồm keo montmorilonit, baydenlit và nontronit.
- Cấu trỳc tinh thể loại hỡnh 2:1, nghĩa là mỗi lớp tinh thể gồm 2 phiến oxit silic nằm ở 2 bờn và một phiến gipxit ở giữa (hỡnh 3.8).
- Cấu trỳc của montmorilonit phự hợp với cụng thức Al2Si4O10(OH)2.nH2O. Baydelit khỏc với montmorilonit ở chỗ, 1 trong 4 ion Si4+ của lớp khối tứ diện oxit silic bị thay thế bằng Al3+, điện tớch õm dư thừa được bự bằng cỏch thay thế 1 trong cỏc ion oxi bằng nhúm hidroxyl. Baydelit cú cụng thức là: Al3Si3O9(OH)3.nH2O. Cũn nontronit, trong cỏc khối bỏt diện của nú, ion Al3+ hoàn toàn được thay thế bằng ion Fe3+. Nontronit cú cụng thức: (Al,Fe)2Si4O10(OH)2.nH2O. Tỷ lệ Si: Al (hoặc Fe) = 2: 1.
- Khỏc với kaolinit, khoảng cỏch giữa cỏc paket của montmorilonit thay đổi rất mạnh từ 9,6 đến 28,4 Å, phụ thuộc vào lượng nước được hỳt vào khe hở giữa cỏc paket. Khi hỳt nước keo sột montmorilonit trương ra.
- Hiện tượng thay thế đồng hỡnh xảy ra phổ biến: Al3+ thay thế Si4+ trong khối tứ diện của phiến oxyt silic, Mg2+ hoặc Fe2+ thế Al3+ trong khối bỏt diện của phiến gipxit. Kết quả là keo mang điện õm cú thể hấp phụ cation.
- Lực liờn kết giữa cỏc lớp tinh thể của montmorilonit kộm chặt nờn cú thể gión nở khi hỳt thờm nước và cation.
- Do những đặc điểm trờn mà khả năng hấp phụ cation của nhúm keo này rất cao (CEC = 80 - 150 lđl/100 g keo). Bởi vậy, đất nào chứa nhiều keo đất nhúm montmorilonit thỡ tớnh giữ phõn và nước khỏ cao.
9,6-21,4 A° Phiến oxit silic Phiến gipxit Phiến
oxit silic 4Si
6O 6O 4Si 4O + 2(OH) 4Al 4O + 2(OH) 4 A°
Hỡnh 3.8. Sơ đồ cấu trỳc montmorilonit + Nhúm hydromica
- Chiếm một lượng lớn trong số cỏc keo sột của đất, bao gồm cỏc loại sau: hydro mica trắng (hydromuscovit hoặc illit), hydro mica đen (hydrobiotit)và cỏc dạng khỏc của mica bị hydrat hoỏ
- Cụng thức của hydromuscovit KAl2(Al.Si3O10)(OH)2. ° 10 A yK yK 6O (4-y)Si.yAl 2OH + 4O Al4.Fe4.Mg4Mg6 2OH + 4O (4-y)Si - yAl
Hỡnh 3.9. Sơ đồ cấu trỳc của hydromica
- Khoảng cỏch giữa cỏc paket khụng đổi và bằng 10 Ǻ.
- Cú hiện tượng thay thế đồng hỡnh xảy ra trong mạng lưới tinh thể, chủ yếu là sự thay thế của Si4+ trong phiến khối tứ diện bằng ion Al3+, kết quả làm cho nú mang điện õm cú thể hấp phụ cation đặc biệt là K+ phõn bố ở khe hở giữa cỏc paket.
- Do lực liờn kết giữa cỏc lớp tinh thể khỏ bền vững vỡ vậy keo thường cú tớnh trương thấp và khả năng hấp phụ khụng cao.
- Khả năng hấp phụ của hydromica khoảng 20 - 40 lđl/100 g keo.
+ Trong đất cũng thường gặp vermiculit gần giống hydromica, giữa cỏc paket của mạng lưới tinh thể của keo này tồn tại lớp kộp cỏc phõn tử nước bao quanh cỏc kim loại, thường là Mg. Vermiculit là magiealuminsilicat, Mg cú trong cỏc khối bỏt diện. Trong cỏc khối bỏt diện Mg2+ cú thể được thay thế bằng Fe2+, cũn trong cỏc khối tứ diện Si4+ được thay thế bằng Al3+. Cụng thức tổng quỏt của vermiculit như sau: (Mg2+,Fe2+)3(Si,Al)4O10(OH)2.4(H2O). Vermiculit cú dung tớch hấp phụ khỏ cao, CEC của nú dao động từ 60 - 150lđl/100 g keo.
Trong đất cũn gặp cỏc keo dạng lớp hỗn hợp. Trong mạng lưới tinh thể của chỳng xen kẽ cỏc lớp khối bỏt diện của cỏc khoỏng vật khỏc nhau: montmorilonit với illit, kaolinit với muscovit, vermiculit với clorit...
c. Keo sột trong đất Việt Nam
Qua cỏc kết quả nghiờn cứu thành phần keo sột trong đất Việt Nam của cỏc tỏc giả: Phạm Gia Tu, Nguyễn Vi và Trần Khải, Cao Liờm, éào Chõu Thu, Nguyễn Hữu Thành... bằng phương phỏp hoỏ học, phương phỏp quang phổ, phương phỏp nhiệt, phương phỏp
quang tuyến X và phương phỏp hiển vi điện tử cú thể khỏi quỏt về sự phõn bố của chỳng như sau:
+ éối với đất vựng đồi nỳi: keo sột chủ yếu trong cỏc loại đất của vựng này là keo kaolinit, gơtit và gipxit, ngoài ra tuỳ theo loại đất cú thể gặp cỏc loại keo sột: hydromica (đất đỏ vàng trờn đỏ granit, đất feralit mựn trờn nỳi trờn đỏ philit, đất đen trờn đỏ vụi...), montmorilonit (đất đen trờn đỏ vụi, đất đen trờn đỏ bọt), vermiculit (đất đen trờn đỏ vụi, đất đen trờn đỏ bọt, đất feralit mựn trờn philit).
+ éối với đất đồng bằng: keo sột chủ yếu của cỏc loại đất vựng đồng bằng là kaolinit và hydromica. Vermiculit gặp ở cỏc đất phự sa trung tớnh ớt chua, đất mặn trung tớnh, đất phốn, đất cỏt biển. Ngoài ra cú thể gặp gipxit (đất phự sa chua, đất bạc màu, đất cỏt biển) và gơtớt (đất bạc màu).