a. Khỏi niệm đất
Vào những năm giữa thế kỷ XIX nhà bỏc học ngƣời Nga V.V Docuchaev đó phỏt biểu: “Đất là một vật thể tự nhiờn cú cấu tạo độc lập, lõu đời, đƣợc hỡnh thành do sự tỏc động tổng hợp của 5 yếu tố gồm: đỏ mẹ, khớ hậu, sinh vật, thời gian và địa hỡnh địa phƣơng” V.M Fridland 1972 [6]. Quan điểm của V.V Docuchaev đƣợc phỏt triển thành học thuyết phỏt sinh đất. Sau này cỏc nhà nghiờn cứu thổ nhƣỡng học đó bổ sung thờm yếu tố vai trũ của con ngƣời và hỡnh thành nờn trƣờng phỏi nghiờn cứu thổ nhƣỡng Đụng Âu, đƣợc ứng dụng rộng rói trong suốt thế kỉ XX đến nay. Vào cuối thế kỷ XIX, V.R Wiliam (1863 - 1930) đƣa ra khỏi niệm về đất theo một gúc nhỡn khỏc: “Đất là lớp tơi xốp ở bề mặt lục địa, cú khả năng cho thu hoạch thực vật. Độ phỡ là tớnh chất đặc trƣng và rất quan trọng của đất” [48]. Một cỏch nhỡn khỏc thổ nhƣỡng hay cũn gọi là đất, là một thành phần của lớp vỏ địa lý, phõn bố ở bề mặt cỏc lục địa. Đõy là nơi tiếp xỳc, xõm nhập và tỏc động qua lại của cỏc thành phần tự nhiờn, vỡ thế đất cú thành phần vật chất, cấu trỳc phức tạp và đa dạng nhất trong lớp vỏ Trỏi đất.
b. Cỏc nhõn tố hỡnh thành đất
- Đỏ mẹ: đỏ mẹ đó tạo nờn bộ khung của đất thụng qua việc cung cấp cỏc khoỏng vật cho đất nờn đỏ mẹ chi phối tớnh chất của đất. Mỗi một loại đỏ mẹ khỏc nhau sẽ hỡnh thành một loại đất cú những đặc điểm khỏc nhau. Đất hỡnh thành trờn cỏc loại đỏ mẹ cú tớnh chất chua nhƣ: granit, pocphia, thạch anh… đất sẽ chua. Đất đƣợc hỡnh thành trờn đỏ kiềm nhƣ: bazan, gabrụ… đất sẽ mang tớnh kiềm. Vựng ven biển chứa nhiều natri nờn đất thƣờng bị mặn, vựng đất mới hỡnh thành từ đỏ vụi thƣờng cú lƣợng canxi cao. Đất hỡnh thành từ những sản phẩm phong húa của đỏ granit hoặc của cỏc loại đỏ trầm tớch cơ học nhƣ cuội kết, cỏt kết, bột kết thƣờng cú tỷ lệ cỏt cao; cũn nếu trờn cỏc loại đỏ phiến sột, đỏ vụi, bazan sẽ chứa nhiều sột.
Màu sắc của đất cũng đƣợc quy định bởi đỏ mẹ. Ở Việt Nam, đất phỏt triển trờn cỏc sản phẩm phong húa của đỏ phiến sột thƣờng cú màu nõu tớm, đất phỏt triển trờn đỏ cỏt kết thƣờng cú màu vàng, cũn đất phỏt triển trờn đỏ vụi thƣờng cú màu đỏ vàng.
- Địa hỡnh: đõy là nhõn tố tỏc động chủ yếu đến sự phõn phối lại lƣợng nhiệt và độ ẩm khụng khớ. Nhiệt độ và độ ẩm khụng khớ thay đổi theo độ cao của địa hỡnh. Trong khi đú quỏ trỡnh phong húa lại phụ thuộc chớnh vào nhiệt độ và độ ẩm. Hơn thế nữa, địa hỡnh thay đổi làm cho sinh vật thay đổi, thảm thực vật thay đổi,… khiến cho quỏ trỡnh phong húa diễn ra cũng khỏc nhau giữa cỏc khu vực, đồng thời ảnh hƣởng đỏng kể đến tớnh chất của đất. Độ dốc và hƣớng dốc của địa hỡnh tạo ra cỏc dũng chảy mặt khỏc nhau, gõy nờn sự xúi mũn đất, vật liệu bị xúi mũn đƣợc vận chuyển, rồi tớch đọng lại ở những nơi trũng thấp, điều này làm thay đổi độ dày cũng nhƣ tớnh chất của đất. Địa hỡnh tạo nờn cỏc hƣớng sƣờn khỏc nhau, dẫn đến lƣợng bức xạ mặt trời sẽ khỏc nhau tạo ra nhiệt độ đất khỏc nhau, điều này ảnh hƣởng lớn tới quỏ trỡnh hỡnh thành đất.
- Khớ hậu: là nhõn tố giữ vai trũ tiờn phong trong quỏ trỡnh tạo đất. Trong quỏ trỡnh hỡnh thành đất, cỏc yếu tố nƣớc, nhiệt, khớ đó ảnh hƣởng tới cƣờng độ và chiều hƣớng phỏt triển của cả quỏ trỡnh. Ngoài ra, khớ hậu cũn ảnh hƣởng giỏn tiếp tới sự hỡnh thành đất thụng qua sinh vật nhƣ ở cỏc đới khớ hậu khỏc nhau, sự sinh trƣởng và phỏt triển của sinh vật khụng đồng đều ảnh hƣởng tới việc trao đổi năng lƣợng và vật chất trong đất.
- Sinh vật: sinh vật đúng vai trũ hết sức quan trọng trong sự hỡnh thành đất bởi trong tiểu tuần hồn sinh vật, chớnh sinh vật đó thực hiện trao đổi năng lƣợng và vật chất. Thực vật hạn chế sự xúi mũn của nƣớc, đồng thời điều hoà nhiệt độ ở lớp khụng khớ sỏt mặt đất, điều hũa lại lƣợng nƣớc thấm vào đất, do vậy cũng ảnh hƣởng tới sự thành tạo đất. Vai trũ của sinh vật trong quỏ trỡnh hỡnh thành đất thể hiện ở sự phõn huỷ, tổng hợp chất hữu cơ. Bờn cạnh đú, đất là mụi trƣờng sống của nhiều loại cụn trựng, động vật sống… làm đẩy nhanh quỏ trỡnh hỡnh thành đất và thay đổi hỡnh thỏi đất.
- Thời gian hỡnh thành đất hay cũn gọi là tuổi của khu vực mà đất đƣợc hỡnh thành. Thời gian ấy đƣợc tớnh từ khi đất hỡnh thành cho tới hiện tại. Đõy đƣợc gọi là tuổi tuyệt đối của đất. Toàn bộ quỏ trỡnh xảy ra trong đất đều cần đến thời gian để biểu lộ sự thay đổi trong đất. Tuổi tƣơng đối của đất là sự chờnh lệch về giai đoạn giữa cỏc loại đất cú cựng tuổi tuyệt đối.
- Nhõn tố con ngƣời: con ngƣời tuy khụng là nhõn tố hỡnh thành nhƣng cỏc hoạt động của xó hội lồi ngƣời cú tỏc động mạnh mẽ tới sự biến đổi của đất. Vớ dụ nhƣ: làm đất nụng nghiệp bị bạc màu, thoỏi húa… đất đồi nỳi bị xúi mũn, nghố chất dinh dƣỡng…
c. Cỏc quỏ trỡnh hỡnh thành đất
- Nhúm quỏ trỡnh phỏ huỷ và biến đổi khoỏng vật chiếm ƣu thế: quỏ trỡnh thành tạo sơ đẳng, quỏ trỡnh sột húa, quỏ trỡnh feralit.
- Nhúm quỏ trỡnh biến đổi chất hữu cơ chiếm ƣu thế: quỏ trỡnh hỡnh thành mựn, quỏ trỡnh hỡnh thành than bựn.
- Nhúm quỏ trỡnh do sự di chuyển và biến đổi vật chất đúng vai trũ chủ yếu: quỏ trỡnh glõy, quỏ trỡnh mặn húa, quỏ trỡnh phốn húa, quỏ trỡnh xụlụnột và xụlốt, quỏ trỡnh rửa trụi, quỏ trỡnh pốtdụn, quỏ trỡnh bồi tụ phự sa [dẫn theo 30].
- Cỏc quỏ trỡnh húa học đặc trƣng diễn ra trong mụi trƣờng đất: quỏ trỡnh feralit (đặc trƣng cho vựng nhiệt đới, trờn mụi trƣờng hơi chua và chua), tức là quỏ trỡnh rửa trụi kim loại kiềm và kiềm thổ, tớch tụ Fe2+, Al3+, Fe3+ ; quỏ trỡnh macgalit (đặc trƣng cho vựng cú đỏ mẹ là bazơ, sản phẩm của quỏ trỡnh giàu Ca, Mg phản ứng trong mụi trƣờng đất trung tớnh hay kiềm); quỏ trỡnh Feralit - macgalit là trung gian giữa hai quỏ trỡnh trờn trong điều kiện nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới; quỏ trỡnh Alit xảy ra trờn miền nỳi cao, khớ hậu ẩm ƣớt, đất giàu mựn thụ [6].
d. Thành phần và đặc tớnh của đất d.1. Thành phần của đất
+ Khoỏng vật trong đất: tất cả cỏc loại đất đều đƣợc hỡnh thành từ cỏc sản phẩm phong húa của đỏ gốc. Đỏ gốc cú thể do một hoặc nhiều khoỏng vật tạo nờn, vỡ vậy khoỏng vật tạo đỏ cũng chớnh là khoỏng vật hỡnh thành đất.
Trong đất, khoỏng vật chiếm tỷ lệ rất cao tới 90 – 95% khối lƣợng chất khụ của đất. Đại bộ phận khoỏng vật trong đất là khoỏng vật thứ sinh song lại cú kớch thƣớc nhỏ, nờn rất khú nhận biết chỳng. Cú 3 lớp khoỏng vật thứ sinh chủ yếu là: muối khoỏng, alumino – silicat và ụxớt, hyđrụxit. Cỏc loại muối khoỏng đƣợc hỡnh thành theo con đƣờng kết tủa cỏc sản phẩm phong húa khoỏng nguyờn sinh ở cỏc vựng cú khớ hậu lục địa (khụ và núng). Đặc biệt cỏc khoỏng vật thuộc lớp alumino – silicat thứ sinh nhƣ khoỏng sột, hyđrụ mica, clorit, kaolinit, mụnmụrilụnớt đó tạo nờn những tớnh chất quan trọng của đất nhƣ: dớnh, dẻo, khả năng hấp thụ, trao đổi ion, tớnh trƣơng, tớnh co… Cỏc khoỏng vật thuộc lớp ụxớt và hyđrụxit thƣờng gặp là gơtit, limonit, manganit…
+ Thành phần cơ giới của đất hay cũn gọi là thành phần cấp hạt của đất là tỷ lệ phần trăm của những phần tử cơ giới cú kớch thƣớc khỏc nhau trong đất khi đoàn lạp đất ở trạng thỏi bị phỏ vỡ. Do quỏ trỡnh phong húa và hỡnh thành đất mà đỏ gốc và khoỏng vật bị vỡ ra thành những hạt to, nhỏ khỏc nhau, chỳng đƣợc gọi là phần tử cơ giới của đất. Cỏc phần tử này gắn kết với nhau tạo thành đoàn lạp của đất. Để nghiờn cứu kĩ về cỏc loại đất, chỳng ta cần phải phỏ vỡ đoàn lạp đất. Kớch thƣớc của cỏc phần tử cơ giới khỏc nhau sẽ cú tớnh chất vật lý khỏc nhau [29], [39], [52]. Sự phõn chia cấp hạt đƣợc khỏi quỏt trong bảng sau:
Bảng 1.4. Sự phõn cấp hạt theo quan điểm của Mỹ và Nga
Tờn cấp hạt (mm) Quan điểm của Mĩ Quan điểm của Nga
Cấp hạt cỏt 2.0 – 0.06 1.0 – 0.05
Cấp hạt limon 0.06 – 0.002 0.05 – 0.001
Cấp hạt sột <0.002 < 0.001
Căn cứ tỷ lệ cấp hạt cỏt vật lý (cấp hạt > 0,01 mm) và sột vật lý (cấp hạt <0,001 mm), N.A. Kachinxki đó xỏc định tờn gọi đất theo thành phần cơ giới nhƣ sau: [32], [38].
Bảng 1.5. Phõn loại đất theo tỷ lệ hạt cỏt vật lớ và sột vật lớ của N.A. Kachinxki
Phần trăm hạt sột vật lý Phần trăm hạt cỏt vật lý Tờn gọi đất theo thành phần cơ giới 0 – 5 100 – 95 Cỏt rời 5 – 10 95 – 90 Cỏt dớnh 10 – 20 90 – 80 Cỏt pha 20 – 30 80 – 70 Thịt nhẹ 30 – 40 70 – 60 Thịt trung bỡnh 40 – 50 60 – 50 Thịt nặng 50 – 65 50 – 35 Sột nhẹ 65 – 80 35 – 20 Sột trung bỡnh > 80 < 20 Sột nặng Nguồn dẫn theo [6].
Bờn cạnh đú ở Việt Nam cũn sử dụng cỏch phõn loại theo trƣờng phỏi của Mĩ. Theo phƣơng phỏp phõn loại này thỡ thành phần cơ giới đất đƣợc phõn loại theo hỡnh tam giỏc đều, mỗi cạnh đặc trƣng cho một nhúm cấp hạt: sột, limon và cỏt, mỗi đỉnh của tam giỏc ứng với 100% khối lƣợng từng cấp hạt. Hàm lƣợng của 3 nhúm cấp hạt này biểu thị bằng tổ hợp giao điểm của 3 đƣờng thẳng song song với 3 đỏy của tam giỏc, giao điểm này ứng với tờn của từng loại đất [39].
+ Chất hữu cơ trong đất là những tàn tớch sinh vật (xỏc thực - động vật, vi sinh vật) chƣa hoặc đang bị phõn giải và những chất hữu cơ đó đƣợc phõn giải tổng hợp (cỏc chất mựn và cỏc hợp chất khụng phải mựn). Vật chất hữu cơ cú tỉ lệ nhỏ hơn so với cỏc khoỏng vật trong đất. Tuy nhiờn, chỳng cú vai trũ quan trọng đối với chất lƣợng đất. Thành phần húa học của cỏc axit mựn gồm 4 nguyờn tố chớnh: cỏc bon (C), oxy (O), hyđro (H) và nitơ (N). Ngoài ra, cú lƣu huỳnh (S), photpho (P) tồn tại dƣới dạng muối. Chất hữu cơ đặc trƣng cho độ phỡ nhiờu của đất, cung cấp chất dinh dƣỡng cho thực vật.
- Nước trong đất
Nƣớc trong đất cú cỏc trạng thỏi nhƣ: thể rắn, hơi, liờn kết và nƣớc tự do. Nguồn cung cấp nƣớc cho đất chủ yếu là mƣa, hơi nƣớc ngƣng kết từ khụng khớ và nƣớc ngầm [23], [39].
- Khụng khớ trong đất
Cỏc khe hở trong đất chứa cả nƣớc và khụng khớ, do lớp khụng khớ sỏt mặt đất thõm nhập vào nờn cú thành phần cơ bản tƣơng tự nhƣ khụng khớ trong khớ quyển. Khụng khớ trong đất vừa là nhõn tố quan trọng trong quỏ trỡnh phong húa đỏ, vừa là điều kiện tất yếu cho sự tồn tại và phỏt triển của sinh vật trong đất. Đồng thời là nguồn dinh dƣỡng trực tiếp hoặc giỏn tiếp cho thực vật tồn tại và phỏt triển. Lớp khụng khớ sỏt mặt đất cũng cú vai trũ khỏ quan trọng, nú là hợp phần của mụi trƣờng đất, cú ý nghĩa quyết định điều kiện tồn tại và phỏt triển của thực vật, động vật và vi sinh vật trờn đất [24].
- Nhiệt độ trong đất
Nhiệt độ là nhõn tố sinh thỏi rất quan trọng, nú cung cấp năng lƣợng gúp phần quyết định sự sinh trƣởng của sinh vật trong đất, do đú đó tỏc động đến cƣờng độ phõn giải cỏc tàn tớch hữu cơ và sự thành tạo mựn. Nhiệt độ đất cũn tham gia vào quỏ trỡnh phong húa đỏ mẹ và cỏc khoỏng vật ở sỏt dƣới lớp phủ thổ nhƣỡng, do đú tỏc động tới cả lớp vỏ phong húa.
d.2. Một số đặc tớnh của đất
- Tỷ trọng đất là tỷ số giữa khối lƣợng của một đơn vị thể tớch đất ở trạng thỏi rắn, khụ kiệt với cỏc hạt đất xếp sớt vào nhau so với khối lƣợng nƣớc cựng thể tớch ở điều kiện nhiệt độ 40C. Tỷ trọng của đất đƣợc quyết định chủ yếu bởi cỏc loại khoỏng nguyờn sinh, thứ sinh và hàm lƣợng chất hữu cơ cú trong đất, nờn nú phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoỏng vật của đất.
- Dung trọng của đất đặc trƣng cho độ xốp của đất, dựng để tớnh khối lƣợng đất canh tỏc trờn 1ha để xỏc định trữ lƣợng cỏc chất dinh dƣỡng, lƣợng vụi cần bún cho đất hay trữ lƣợng nƣớc cú trong đất... Bờn cạnh đú, dung trọng cũn đƣợc
dựng để kiểm tra chất lƣợng cỏc cụng trỡnh thủy lợi, đờ, bờ mƣơng mỏng... để đảm bảo độ vững của cỏc cụng trỡnh [5].
- Độ xốp của đất cú thể biến động từ 30 - 70% tựy thuộc vào đất rời rạc khụng cú kết cấu nhƣ: đất cỏt, đất bạc màu cho đến những loại đất cú kết cấu viờn giống với đất đỏ vàng đồi nỳi [6], [5].
- Tớnh dớnh của đất là khả năng chịu lực kộo (dự rằng lực đú rất nhỏ) của cỏc loại đất dớnh, nú gồm hai loại: lực dớnh do lực hỳt phõn tử gõy ra, hoặc lực dớnh do sức căng mặt ngoài của cỏc màng nƣớc mao dẫn và lực dớnh do cỏc liờn kết kết tinh cú sẵn giữa cỏc hạt.
- Tớnh dẻo của đất phụ thuộc vào thành phần, hàm lƣợng khoỏng vật sột trong đất, kớch thƣớc hạt, độ ẩm tự nhiờn của đất….Vỡ vậy, tớnh dẻo sẽ đặc trƣng cho chất lƣợng của đất.
- Tớnh trƣơng và co của đất là hai tớnh chất ngƣợc nhau cú trong đất, chỳng đều phụ thuộc nhiều vào độ ẩm của đất.
- Màu sắc đất là yếu tố đầu tiờn nhận thấy khi tiếp xỳc với đất, giỳp ta cú thể phõn biệt cỏc tầng đất và dự đoỏn thành phần, tớnh chất húa học của đất. Theo S.A. Zskharop thỡ đất cú những màu sắc chớnh: màu đen là màu của mựn, thực vật đang bị phõn hủy, khoỏng ụxớt mangan và ụxớt sắt; màu trắng là màu của SiO2 bị phong húa và cỏc khoỏng thứ sinh Calcitic chứa nhụm ụxớt và canxi ụxớt; màu đỏ là màu của đỏ chứa Fe2O3 bị phong húa; màu nõu là màu của magnematic bị phong húa; màu vàng là màu của geothite bị phong húa [6]. Ngoài ra, màu sắc của đất cú thể phản ỏnh độ thụng khớ và khả năng ngậm nƣớc của đất.
e. Khỏi niệm suy thoỏi đất
Theo tổ chức Nụng lƣơng Thế giới (FAO) “Suy thoỏi đất là sự suy giảm tạm thời hoặc vĩnh viễn năng suất sản xuất của đất. Thoỏi húa đất là những quỏ trỡnh làm thay đổi tớnh chất đất và những chế độ tự nhiờn dẫn đến thay đổi chức năng của đất nhƣ là một thành phần của hệ sinh thỏi và làm giảm độ phỡ nhiờu của đất” [20].
Thực tế cho thấy, quỏ trỡnh suy thoỏi đất và hậu quả của nú khú cú thể đỏnh giỏ trọn vẹn nếu chỉ dựa vào cỏc yếu tố tổng quan và năng lực sản xuất của đất, mà
chỉ cú thể đỏnh giỏ đƣợc trờn cơ sở tổng hợp cỏc biện phỏp. Nghĩa là chỳng ta khụng thể xỏc định đƣợc năng lực sản xuất của đất nếu chỉ dựa vào một chỉ tiờu, hoặc một biện phỏp riờng lẻ. Thụng thƣờng phải sử dụng tổng hợp cỏc chỉ thị (cỏc biến số) để đỏnh giỏ suy thoỏi đất nhƣ: việc tớch tụ ở hạ lƣu cỏc chất lắng đọng chứng tỏ suy thoỏi ở thƣợng lƣu do xúi mũn, sản lƣợng mựa màng ở một vựng đất canh tỏc nào đú bị giảm sỳt cho thấy chất lƣợng đất bị suy giảm.