Phần 5 Kết luận và đề nghị
2.4. Một số phản ứng oxy hóa-khử quan trọng trong đất
Eh (mV tại 25oC)
Hệ oxy hóa - khử
Nguồn: Wassmann & cs. (1998)
Tại pH = 5 Tại pH = 7
1. O2 + 4H+ + 4e = H2O 930 820
Eh = 1,23 + 0,0148 log P(O2) – 0,059 pH
2. NO3- + 2H+ + 2e = NO2- + H2O 530 420
Eh = 0,83 – 0,0295 log NO2- / NO3- – 0,059 pH
3. MnO2 + 4H+ + 2e = Mn2+ + 2H2O 640 410 Eh = 1,23 – 0,0295 log Mn2+ – 0,059 pH 4. Fe(OH)3 +3H+ + e = Fe2+ + 3H2O 170 -180 Eh = 1,06 – 0,059 log Fe2+ – 0,177 pH 5. SO42- + 10H+ + 8e = H2S + 4H2O -70 -220 Eh = 0,30 – 0,0074 log H2S/ SO42- – 0,074 pH 6. CO2 + 8H+ + 8e = CH4 + 2H2O -120 -240 Eh = 0,17 – 0,095 log P(CH4)/P(CO2) – 0,059 pH 7. 2H+ + 2e = H2 -295 -413 Eh = 0,00- 0,059pH
Như vậy phản ứng oxy hóa khử là phản ứng giữa chất oxy hóa và khử có sự trao đổi electron. Trong đất những chất oxy hóa là O2, NO3-, Fe3+, Mn4+, Cu2+
và một số sinh vật hiếu khí. Chất khử là H2, Fe2+, Cu+ và vi sinh vật kị khí. Q trình oxy hóa - khử trong đất đều có thực vật và vi sinh vật tham gia cho nên đây là một quá trình sinh học. Trong điều kiện khử, chất hữu cơ bị phân giải và tạo thành CH4.
Yagi & cs. (1998) thấy có sự liên hệ giữa Eh đất ở độ sâu 5 cm và lượng khí mê tan phát thải trong thời kỳ sinh trưởng của cây. Ở giá trị Eh cao hơn -30 mV, lượng khí CH4 phát thải khơng đáng kể và không thấy có sự tương quan giữa Eh và lượng CH4 sinh ra. Khi Eh đất đạt giá trị -100 mV thì lượng phát thải khí mê tan khoảng 2 mg/m2/giờ.
Wang & cs. (1993b) nghiên cứu quan hệ giữa lượng CH4 phát thải và của Eh, pH đất lúa trong điều kiện phịng thí nghiệm, đất tầng mặt (0-20 cm) được lấy từ Mỹ, Ấn Độ, Thái Lan và Liberia có pH (tỷ lệ đất: nước 1:1) dao động từ 4,7-8,1; OM từ 0,72% - 3,28%; Thành phần cơ giới từ thịt đến sét. Đất được ủ trong lọ thuỷ tinh kín, khi thêm nước theo tỷ lệ đất:nước là 2:1, ủ ở 30°C trong vòng 39 ngày, các tác giả đã xác định được mối quan hệ giữa Eh và lượng CH4 phát thải theo phương trình:
Y = - 83,11 - 0,65X1 + 0,05X2 Trong đó:
Y là lượng CH4 được sinh ra qua 10 ngày ủ (µg/gam đất) ở các mẫu khơng được bổ sung rơm nghiền nhỏ (1%); X1 là lượng CH4 được sinh ra trong suốt 39 ngày ủ (µg/gam đất); X2 là Eh của đất (mV).
Eh của đất giảm sau khi đất được ngập nước, lượng oxy giảm đi và làm khử NO3-, Mn4+, Fe3+ và SO42-. pH của đất có xu hướng xoay quanh điểm trung tính. Các tác giả cũng đưa ra phương trình tương quan giữa Eh đất với pH và các chất trong đất như sau:
Y = 848,85 + 0,99X1 - 148,81X2
Wang & cs. (1993a) thực hiện thí nghiệm trong phịng thí nghiệm cho thấy khí mê tan trong đất bắt đầu được sinh ra khi Eh của đất đạt trong khoảng - 150 đến -160 mV. Ở trong khoảng -230 đến -250 mV, mối quan hệ giữa lượng khí mê tan sinh ra và Eh đất bắt đầu có tương quan theo phương trình:
Y = a10-bx
Trong đó: Y là lượng khí mê tan sinh ra (µg/gam đất/ngày); x là giá trị Eh đất (mV); a, b là các hằng số.
2.3.2. Ảnh hưởng của thành phần cơ giới đất
Sass & cs. (1994) tại Texas, Mỹ nghiên cứu phát thải khí mê tan từ đất thấy rằng thành phần cơ giới đất cũng có ảnh hưởng tới phát thải CH4. 3 loại đất với thành phần cơ giới khác nhau cho các giá trị phát thải khác nhau thể hiện ở bảng 2.5, 2.6 và đồ thị 2.3.