- Phương phỏp mụ hỡnh húa,
1.2.1.1. Khỏi niệm về đất
a. Khỏi niệm đất
Vào những năm giữa thế kỷ XIX nhà bỏc học người Nga V.V Docuchaev đó phỏt biểu: “Đất là một vật thể tự nhiờn cú cấu tạo độc lập, lõu đời, được 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 phương” V.M Fridland 1972 [6]. Quan điểm của V.V Docuchaev được phỏt triển thành học thuyết phỏt sinh đất. Sau này cỏc nhà nghiờn cứu thổ nhưỡng học đó bổ sung thờm yếu tố vai trũ của con người và hỡnh thành nờn trường phỏi nghiờn cứu thổ nhưỡng Đụng Âu, được ứng dụng rộng rói trong suốt thế kỉ XX đến nay. Vào cuối thế kỷ XIX, V.R Wiliam (1863 - 1930) đưa 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 trưng và rất quan trọng của đất” [48]. Một cỏch nhỡn khỏc thổ nhưỡng 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 như: granit, pocphia, thạch anh… đất sẽ chua. Đất được hỡnh thành trờn đỏ kiềm như: bazan, gabrụ… đất sẽ mang tớnh kiềm. Vựng ven biển chứa nhiều natri nờn đất thường bị mặn, vựng đất mới hỡnh thành từ đỏ vụi thường cú lượng canxi cao. Đất hỡnh thành từ những sản phẩm phong húa của đỏ granit hoặc của cỏc loại đỏ trầm tớch cơ học như cuội kết, cỏt kết, bột kết thường 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 được quy định bởi đỏ mẹ. Ở Việt Nam, đất phỏt triển trờn cỏc sản phẩm phong húa của đỏ phiến sột thường cú màu nõu tớm, đất phỏt triển trờn đỏ cỏt kết thường cú màu vàng, cũn đất phỏt triển trờn đỏ vụi thường cú màu đỏ vàng.
- Địa hỡnh: đõy là nhõn tố tỏc động chủ yếu đến sự phõn phối lại lượng 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 hưởng đỏng kể đến tớnh chất của đất. Độ dốc và hướng dốc của địa hỡnh tạo ra cỏc dũng chảy mặt khỏc nhau, gõy nờn sự xúi mũn đất, vật liệu bị xúi mũn được vận chuyển, rồi tớch đọng lại ở những nơi trũng thấp, điều này làm thay đổi độ dày cũng như tớnh chất của đất. Địa hỡnh tạo nờn cỏc hướng sườn khỏc nhau, dẫn đến lượng bức xạ mặt trời sẽ khỏc nhau tạo ra nhiệt độ đất khỏc nhau, điều này ảnh hưởng 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 nước, nhiệt, khớ đó ảnh hưởng tới cường độ và chiều hướng phỏt triển của cả quỏ trỡnh. Ngoài ra, khớ hậu cũn ảnh hưởng giỏn tiếp tới sự hỡnh thành đất thụng qua sinh vật như ở cỏc đới khớ hậu khỏc nhau, sự sinh trưởng và phỏt triển của sinh vật khụng đồng đều ảnh hưởng tới việc trao đổi năng lượng 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 hoàn sinh vật, chớnh sinh vật đó thực hiện trao đổi năng lượng và vật chất. Thực vật hạn chế sự xúi mũn của nước, đồng thời điều hoà nhiệt độ ở lớp
khụng khớ sỏt mặt đất, điều hũa lại lượng nước thấm vào đất, do vậy cũng ảnh hưởng 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 trường 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 được hỡnh thành. Thời gian ấy được tớnh từ khi đất hỡnh thành cho tới hiện tại. Đõy được 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 tương đối của đất là sự chờnh lệch về giai đoạn giữa cỏc loại đất cú cựng tuổi tuyệt đối.
- Nhõn tố con người: con người tuy khụng là nhõn tố hỡnh thành nhưng cỏc hoạt động của xó hội lồi người cú tỏc động mạnh mẽ tới sự biến đổi của đất. Vớ dụ như: làm đất nụng nghiệp bị bạc màu, thoỏi húa… đất đồi nỳi bị xúi mũn, nghố chất dinh dưỡng…
c. Cỏc quỏ trỡnh hỡnh thành đất
- Nhúm quỏ trỡnh phỏ huỷ và biến đổi khoỏng vật chiếm ưu thế: quỏ trỡnh thành tạo sơ đẳng, quỏ trỡnh sột húa, quỏ trỡnh feralit.
- Nhúm quỏ trỡnh biến đổi chất hữu cơ chiếm ưu 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 trưng diễn ra trong mụi trường đất: quỏ trỡnh feralit (đặc trưng cho vựng nhiệt đới, trờn mụi trường 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 trưng cho vựng cú đỏ mẹ là bazơ, sản phẩm của quỏ trỡnh giàu Ca, Mg phản ứng trong mụi trường 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 ướt, đất giàu mựn thụ [6].
d. Thành phần và đặc tớnh của đất d.1. Thành phần của đất
- Thành phần khoỏng vật và hữu cơ của đất
+ Khoỏng vật trong đất: tất cả cỏc loại đất đều được 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 lượng chất khụ của đất. Đại bộ phận khoỏng vật trong đất là khoỏng vật thứ sinh song lại cú kớch thước 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 được hỡnh thành theo con đường 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 như khoỏng sột, hyđrụ mica, clorit, kaolinit, mụnmụrilụnớt đó tạo nờn những tớnh chất quan trọng của đất như: dớnh, dẻo, khả năng hấp thụ, trao đổi ion, tớnh trương, tớnh co… Cỏc khoỏng vật thuộc lớp ụxớt và hyđrụxit thường 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 thước 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 được 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 thước của cỏc phần tử cơ giới khỏc nhau sẽ cú tớnh chất vật lý khỏc nhau [29], [39], [52]. Sự phõn chia cấp hạt được 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
Nguồn dẫn theo [6]
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 như 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 trường phỏi của Mĩ. Theo phương phỏp phõn loại này thỡ thành phần cơ giới đất được phõn loại theo hỡnh tam giỏc đều, mỗi cạnh đặc trưng cho một nhúm cấp hạt: sột, limon và cỏt, mỗi đỉnh của tam giỏc ứng với 100% khối lượng từng cấp hạt. Hàm lượng của 3 nhúm cấp hạt này biểu thị bằng tổ hợp giao điểm của 3 đường 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) chưa hoặc đang bị phõn giải và những chất hữu cơ đó được 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 lượng 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 lưu huỳnh (S), photpho (P) tồn tại dưới dạng muối. Chất hữu cơ đặc trưng cho độ phỡ nhiờu của đất, cung cấp chất dinh dưỡng cho thực vật.
Nước trong đất cú cỏc trạng thỏi như: thể rắn, hơi, liờn kết và nước tự do. Nguồn cung cấp nước cho đất chủ yếu là mưa, hơi nước ngưng kết từ khụng khớ và nước ngầm [23], [39].
- Khụng khớ trong đất
Cỏc khe hở trong đất chứa cả nước và khụng khớ, do lớp khụng khớ sỏt mặt đất thõm nhập vào nờn cú thành phần cơ bản tương tự như 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 dưỡng 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 trường 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 lượng gúp phần quyết định sự sinh trưởng của sinh vật trong đất, do đú đó tỏc động đến cường 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 dưới lớp phủ thổ nhưỡng, 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 lượng của một đơn vị thể tớch đất ở trạng thỏi rắn, khụ kiệt với cỏc hạt đất xếp sớt vào nhau so với khối lượng nước cựng thể tớch ở điều kiện nhiệt độ 40C. Tỷ trọng của đất được quyết định chủ yếu bởi cỏc loại khoỏng nguyờn sinh, thứ sinh và hàm lượng chất hữu cơ cú trong đất, nờn nú phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoỏng vật của đất.
- Dung trọng của đất đặc trưng cho độ xốp của đất, dựng để tớnh khối lượng đất canh tỏc trờn 1ha để xỏc định trữ lượng cỏc chất dinh dưỡng, lượng vụi cần bún cho đất hay trữ lượng nước cú trong đất... Bờn cạnh đú, dung trọng cũn được dựng để kiểm tra chất lượng cỏc cụng trỡnh thủy lợi, đờ, bờ mương 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 như: 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 nước 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 lượng khoỏng vật sột trong đất, kớch thước hạt, độ ẩm tự nhiờn của đất….Vỡ vậy, tớnh dẻo sẽ đặc trưng cho chất lượng của đất.
- Tớnh trương và co của đất là hai tớnh chất ngược 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 nước của đất.
e. Khỏi niệm suy thoỏi đất
Theo tổ chức Nụng lương 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 như 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 được trờn cơ sở tổng hợp cỏc biện phỏp. Nghĩa là chỳng ta khụng thể xỏc định được năng lực sản xuất của đất nếu chỉ dựa vào một chỉ tiờu,
hoặc một biện phỏp riờng lẻ. Thụng thường phải sử dụng tổng hợp cỏc chỉ thị (cỏc biến số) để đỏnh giỏ suy thoỏi đất như: việc tớch tụ ở hạ lưu cỏc chất lắng đọng chứng tỏ suy thoỏi ở thượng lưu do xúi mũn, sản lượng mựa màng ở một vựng đất canh tỏc nào đú bị giảm sỳt cho thấy chất lượng đất bị suy giảm.