Khi P hiện diện trong đất, các tiến trình sau đây cĩ thể xảy ra: khống hĩa, hấp thu sinh học (tương tự N hữu cơ), hấp phụ-giải phĩng P từ bề mặt khĩang, khĩang sét, Oxides Fe và Al, carbonates, kết tủa – hịa tan của các khống thứ sinh, Ca, Al, Fe phosphates, và phong hĩa các khống nguyên sinh (Apatites).
1. Khống hĩa P.
Chất hữu cơ trong đất chứa khoảng 1% P. P hữu cơ được giải phĩng dưới dạng vơ cơ hữu dụng cho cây trồng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến khống hĩa P tương tự như khoang hĩa N, đĩ là: họat động của vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn), nhiệt độ, ẩm độ, độ thống, pH, hàm lượng dinh dưỡng, dư thừa thực vật… enzymes Phosphatase giải phĩng các orthophosphate ions.
P hữu cơ trong đất, cĩ đến 50% dạng inositol phosphates, Phospholipids, nucleic acids <10%, khỏang 50% P hữu cơ chưa xác định được tính chất
Inositol phosphates, C6H6(OH)6 = inositol. Gốc -OH được thay thế bởi phosphate. Phần lớn là phytic acid, Inositol hexaphosphate, nhĩm 6 phosphate. Là sản phẩm của họat động vi sinh vật phân giải dư thừa thực vật
2. Hấp thu sinh học P.
Ngược lại với tiến trình khĩang hĩa, vi sinh vật hấp thu P vơ cơ từ đất và hình thành P hữu cơ trong cơ thể, vi sinh vật hấp thu HPO4 2- hay H2PO4 -
- Cân bằng giữa khống hĩa và hấp thu sinh học, phụ thuộc vào tỉ lệ C:P. Tỉ lệ này cĩ thể hạn chế sự phân giải chất hữu cơ, tương tự như tỉ lệ C:N. Sự khĩang hĩa P cũng cĩ thể bị hạn chế bởi tỉ lệ C:N. Khi tỉ lệ C:P cao, vi sinh vật sử dụng P cĩ sẳn trong đất, làm Kiệt quệ nguồn P cung cấp cho cây trồng, và khi nồng độ P trong dung dịch đất thấp, sinh trưởng của vi sinh vật bị hạn chế và sự phân giải chất hữu cơ chậm. Tỉ lệ C:P của chất hữu cơ trong đất khoảng 100:1, tỉ lệ C:P thay đổi nhiều hơn tỉ lệ C:N. Tỉ lệ C:N:P ~120:10:1.3.
Khi C:P >300, hay dư thừa thực vật <0.2% P, hấp thu sinh học P > khống hĩa P,
Khi C:P = 200 – 300, hay dư thừa thực vật 0.2-0,3% P, hấp thu sinh học P = khống hĩa P
Khi C:P < 200, hay dư thừa thực vật >0,3% P, hấp thu sinh học P < khống hĩa P
3. Cố định P trong đất.
3.1 Các cơ chế làm P khơng hịa tan trong dung dịch đất
P được khĩang hĩa từ chất hữu cơ, hoặc được bĩn từ phân P hịa tan, hay P được giải phĩng từ các phản ứng hịa tan khác xảy ra trong đất sẽ trải qua các phản ứng sau
3.1.1 Hấp phụ P. P được giữ trên bề mặt các khĩang, 3.1.2 Kết tủa. Hình thành nên các khống P thứ sinh,
Cố định P là 1 chuỗi phản ứng liên tục, phức tạp, khơng cĩ ranh giới rõ ràng giữa các phản ứng hấp phụ và kết tủa. Kiểu cố định P khác nhau tùy lọai đất, đặc biệt là pH của dung dịch đất, các cations hịa tan, bề mặt khống, nồng độ Phosphate (và cation). Hấp phụ chiếm ưu thế khi nồng độ P thấp và kết tủa chiếm ưu thế khi nồng độ P cao.
3.2 Hấp phụ P.
Trên đất chua, nhiều các Al-, Fe-oxides và hydroxides, khĩang sét, P chủ yếu hấp phụ trên bề mặt khống này. Phần lớn P dạng H2PO4 - , bề mặt Oxide, hydroxide
mang điện tích (+) trong điều kiện chua, Phosphate phản ứng với bề mặt nhĩm -OH và -OH2 + . Đây là hấp phụ chuyên biệt, hay hấp phụ hĩa học, chiếm chỗ -OH, -OH2 và nối với Al, Fe, ví dụ Al-O-Phosphate.
Khi Phosphate được liên kết với 1Al: Al-O-P, cĩ thể dễ dàng được giải phĩng ra dung dịch đất, nên cũng được xem như là P họat động (dễ tiêu)
Ngược lại, khi P nối với 2Al: Al-O-P hay 2Fe: Fe-O-P, P khĩ giải phĩng ra dung dịch đất, được xem là P khĩ tiêu
Các bề mặt khống sét, cạnh vỡ của khĩang sét phơi bày gốc –OH, P hấp phụ tương tự như trao đổi -OH trên bề mặt Al-, Fe-oxide.
Sự hấp phụ P bởi sét 1:1 (như kaolinite) cao hơn sét 2:1 (như monmorillonite)
Trên đất đá vơi, các khống carbonate, P hấp phụ chủ yếu trên bề mặt khĩang trong điều kiện kiềm. Dạng carbonate ổn dịnh trong khỏang pH >7.8, phosphate thay thế gốc -CO3 2- . 1 số P hấp phụ trên bề mặt Al(OH)3, Fe(OH)3
Đất cĩ sa cấu mịn khả năng hấp phụ p cao hơn đất cĩ sa cấu thơ do diện tích bề mặt riêng lớn
Đất chua cĩ khả năng hấp phụ P cao hơn đất trung tính và đất đá vơi, vì Al-, Fe- oxides cĩ khả năng hấp phụ P cao hơn carbonates.
Khĩang oxide vơ định hình cĩ khả năng hấp phụ P cao hơn khĩang cĩ cấu trúc tinh thể do diện tích bề mặt riêng lớn
Tĩm lại, đất cĩ khả năng cố định P cao, nhu cầu bĩn phân P càng cao
3.3 Các phương trình hấp phụ
Sử dụng để diễn tả khả năng hấp phụ P của đất Phương trình Freundlich
q = acb
lượng P hấp (q) tỉ lệ với lượng nồng độ P hịa tan trong dung dịch (c) a và b là hệ số thực nghiệm, khác nhau tùy lọai đất
Ứng dụng tốt trên đất cĩ nồng độ P hịa tan thấp Khơng tính được khả năng hấp phụ tối đa
Phương trình Langmuir
Dự đĩan khi P bảo hịa, khơng cịn khả năng hấp phụ P thêm nữa q = abc/1+ac
b hệ số hấp phụ tối đa
tăng nồng độ P trong dung dịch, P hấp phụ sẽ khơng tăng
Những lọai đất cĩ khả năng cố định P lớn và nồng độ P trong dung dịch thấp, khả năng giữ P cĩ thể vuợt quá khả năng hấp phụ Vì dụ bĩn liên tục phân chuồng với liều lượng cao
3.4 Kết tủa P
Trên đất chua, Al và Fe là 2 cations hịa tan chính dẫn đến P bị kết tủa dưới dạng khĩang Al-phosphate và Fe-phosphate.
Đất trung tính và kiềm, Ca là cation hịa tan chính, và P kết tủa dưới dạng khĩang Ca- phosphate.
pH dung dịch đất và khả năng hịa tan của Al-, Fe-, và Ca-phosphates kiểm sĩat khả năng hịa tan của P trong dung dịch.
Khả năng hữu dụng tối đa của P ở khoảng pH 6 – 7, iữa vùng khả năng kết của Al- và Fe-phosphates và Ca-phosphates tối thiểu.
Phản ứng kết tủa cĩ thể xảy ra rất chậm, các khống mới kết tủa cĩ thể dễ hịa tan hơn các khĩang kết tủa trong thời gian dài.
FePO4 . 2H2O + H2O ↔ H2PO4 - + H+ + Fe(OH)3
Khi (H+) tăng, phản ứng cân bằng dịch về phía trái, Fe-phosphate kết tủa và P trong dung dịch giảm. Nếu (H+) giảm, phản ứng cân bằng dịch về phía phải
Khi rễ cây hấp thu H2PO4 -, phản ứng cân bằng cũng dịch về phía phải, Fe- phosphate hịa tan và bù đất lại P trong dung dịch.
Fe-phosphate dạng rắn sẽ duy trì H2PO4 - ở nồng độ cân bằng, mặc dù phản ứng này xảy ra rất chậm, phụ thuộc vào pH đất
Đất trung tính và đá vơi
CaHPO4 . 2H2O + H+ ↔ Ca2+ + H2PO4 - + 2H2O
Khi (H+) giảm, phản ứng cân bằng dịch về phía trái, Ca-phosphate kết tủa và P trong dung dịch giảm. Nếu (H+) tăng, phản ứng cân bằng dịch về phía phải, Ca- phosphate hịa tan và P trong dung dịch tăng
Khi rễ cây hấp thu H2PO4 - , phản ứng cân bằng cũng dịch về phía phải, Ca- phosphate hịa tan và bù đất lại P trong dung dịch.
Ca-phosphate dạng rắn sẽ duy trì H2PO4 - ở nồng độ cân bằng, mặc dù phản ứng này xảy ra rất chậm, phụ thuộc vào pH đất
4. Khả năng hữu dụng và cố định của phân P
Các yếu tố về hàm lượng tổng số và dễ tiêu, liên quan giữa khả năng đệm và cố định P của đất.
BC = dQ/dI,
Yếu tố cường độ (hịa tan).
Khi bĩn phân P hịa tan, sẽ làm tăng nồng độ P hịa tan trong dung dịch, làm tăng nồng độ dinh dưỡng trong dung dịch, P hữu dụng nhanh. Nhưng do chịu tác động bởi các phản ứng hấp thu sinh học, hấp phụ bề mặt và kết tủa nên cố định P làm giảm nồng độ P trong dung dịch. Nhưng đĩ là nguồn bổ sung P cho dung dịch nhờ khả năng đệm. Là khả năng của đất duy trì nồng độ các chất dinh dưỡng trong dung dịch đất, khả năng bù đắp chất dinh dưỡng trong dung dịch khi được cây trồng hấp thu của thành phần rắn của đất.
Yếu tố khối lượng (hấp phụ, kết tủa)
Bao gồm P hữu cơ, P hấp phụ và các khĩang chứa P. Trong đĩ bao gồm thành phần dễ tiêu và khĩ tiêu.
P dễ tiêu. Là thành phần nhanh chĩng bổ sung P vào dung dịch, bao gồm một phần P hấp phụ dễ giải phĩng, một phần P hữu cơ là thành phần chất hữu cơ phân giải nhanh. P khĩ tiêu. Là thành phần bổ sung P vào dung dịch hay chuyển thành P dễ tiêu chậm, bao gồm P hấp phụ mạnh, P hữu cơ trong chất hữu cơ phân giải chậm, và P trong các khống.