CHƯƠNG 1. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
1.4 Biến đổi khí hậu (ngập, mặn) ảnh hưởng đến đặc tính đất Đồng Bằng Sông Cửu Long
1.4.1 Ảnh hưởng của yếu tố ngập đến đặc tính đất
Quá trình khử đất và thay đổi điện thế oxy hóa khử
- Trong đất bị ngập nước khi các tế khổng trong đất chứa đầy nước, oxy bị đẩy ra khỏi các tế khổng, tạo điền kiện yếm khí. Trong điều kiện này vi sinh vật háo khí bất động, vi sinh vật yếm khí phát triển. Chúng sử dụng các chất oxy hóa trong điều kiện không có oxy là Fe3+, Mn4+, SO42-, CO2. Các chất này bị khử tạo nên quá trình khử trong đất.
18
Phản ứng khử có thể minh họa bằng phương trình khử sau:
Fe(OH)3 + 1/4CH2O + 2H+ Fe2+ + 1/4CO2 + 11/4 H2O
Trong phản ứng khử trong đất ngập nước H+ bị sử dụng và chuyển thành nước do vi sinh vật làm tác nhân gây phản ứng khử.
- Cùng với tiến trình khử hàm lượng oxy hóa giảm và hàm lượng chất khử gia tăng.
Điện thế oxy hóa khử Eh giảm nhanh ở giai đoạn 2 – 4 tuần sau khi ngập nước. Eh giảm từ khoảng +600 mV ở thời điểm bắt đầu ngập đến 100 mV ở 4 tuần sau khi ngập.
Trình tự các chất bị khử và điện thế Eh diễn ra theo thứ tự sau:
Phản ứng Eh, mV
1/2O2 + 2e- + 2H+ = H2O +600…..+400
NO3- + 2e- + 2H+ = NO2- + H2O +500…..+200 MnO2 + 2e- + 4H+ = Mn2+ + 2H2O +400…..+200 Fe3+ + 2e- + 4H+ = Fe2+ + 2H2O +300…..+100 SO42- + 6e- + 9H+ = HS- + 4H2O +100…..-150
2H+ + 2e- = H2 -150…..-220
(CH2O)n = n/2CO2 + n/2CH4 -150…..-220
Nếu trong đất có hàm lượng chất oxy hóa như NO3-, Fe3+, Mn3+ cao thì sẽ làm chậm qua trình khử SO42-
. Do sự phân bố không đồng đều của vi sinh vật và các chất trong đất nên tình trạng khử có thể xảy ra không đồng đều. Do đó, các chất khác nhau có thể bị khử đồng thời ở các điểm lân cận trong đất.
Eh chỉ tình trạng oxy hóa hay khử của đất. Cây trồng cạn sẽ không phát triển bình thường trong điều kiện khử kéo dài. Cây lúa có thể phát triển bình thường trong điều kiện ngập nước vì có một hệ thống chuyển vận oxy từ thân lá đến rễ. Tuy nhiên trong điều kiện khử mạnh Eh thấp các chất khử như Mn2+, Fe2+, H2S, CH4 có thể tích lũy cao đến mức gây độc cho sự phát triển của lúa (Dương Minh Viễn, 2006).
Thay đổi pH và thay đổi độ dẫn điện
- Thay đổi pH: theo thời gian cùng với quá trình khử tăng dần, pH cũng tăng dần trên đất chua và giảm dần trên đất kiềm đến khi đạt chỉ số pH gần trung tính.
Ở đất chua pH tăng khi ngập nước là do quá trình khử sử dụng H+ để nhận O2-. pH giảm trên đất kiềm ngập nước là do CO2 sản sinh trong quá trình phát triển của vi sinh vật. CO2 hòa tan vào nước là giảm pH:
19
CO2 + H2O HCO3- + H+
pH kiềm trong nước giảm càng mạnh khi hàm lượng chất hữu cơ càng cao. Trên đất chua tác dụng làm giảm pH của CO2 không quan trọng so với tiến trình khử do đó kết quả là pH tăng trong thời gian ngập.
- Thay đổi độ dẫn điện: EC trên đất bị ngập có khuynh hướng gia tăng so với trước khi ngập. Nguyên nhân là do trong thời gian ngập có sự gia tăng nồng độ các chất khử như Fe2+, Mn2+ và tích lũy các ion như NH+, HCO3-, RCOO-. Trên đất kiềm sự hòa tan cacbonate và acid hữu cơ trong thời gian ngập cũng làm gia tăng EC. Nếu ngập trong thời gian dài thì EC giảm sau khi đạt đến đỉnh cao là do sự kết tủa Fe2+ thành Fe(OH)2 và Mn2+ thành Mn(OH)2 (Dương Minh Viễn, 2006).
Thay đổi thành phần hóa học
a. Sự phân hủy chất hữu cơ: trong đất ngập nước xảy ra chậm hơn nhiều so với sự phân hủy trong điều kiện háo khí vì hoạt động của nhóm vi khuẩn yếm khí cần ít năng lượng hơn so với vi khuẩn háo khí. Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí cho ra CO2, CH4 và acid hữu cơ.
b. Tích tụ CO2: Sau khi ngập hàm lượng CO2 tăng dần tới khi đạt được đỉnh cao sau đó giảm dần đến giá trị không đổi. Trên đất có hàm lượng chất hữu cơ cao nhưng hàm lượng Fe và Mn thấp thì sự gia tăng nồng độ CO2 thấp hơn so với đất có cùng hàm lượng chất hữu cơ nhưng hàm lượng Fe và Mn cao.
c. Tích lũy NH4+
: ở đất ngập nước sự khoáng háo đạm bị dừng lại ở gia đoạn hình thành NH4+ do không có O2.
d. Mất đạm ở dạng hơi: trên đất lúa ngập nước sự gia tăng quá trình khử làm cho đạm nitrat bị mất đi do bị khử thành dạng khí NO, N2O, và N2. Sự luân phiên giữa ngập nước và khô càng làm cho đạm dễ bị mất do luân phiên của tiến trình nitrat hóa và khử nitrat.
e. Sự khử sắt: Quá trình ngập nước sẽ làm tăng hàm lượng Fe2+ do sự khử sắt tam của hydroxyt Fe, oxyt Fe. Sau khi ngập Fe2+ tăng dần đến đỉnh cao sau đó giảm xuống do bị kết tủa thành Fe(OH)2. Trên đất kiềm quá trình ngập nước sẽ làm tăng hàm lượng Fe2+ hữu dụng cho cây trồng. Tuy nhiên trên đất phèn hàm lượng Fe2+ do bị ngập có thể gây độc cho cây trồng. Hàm lượng Fe2+ gây độc cho cây biến động ở một khoảng rộng tùy thuộc vào tình trạng dinh dưỡng và tuổi của cây. Cây trồng có thể ngộ độc sắt ở nồng độ 100 – 1000 ppm. Tuy nhiên thân rễ của cây lúa với hệ thống vận chuyển oxy đến rễ và khuếch tán ra ngoài có thể làm cho Fe2+ kết tủa trong dung dịch nên
20
cũng được xem là một cơ chế giải thích sự ích ngộ độc của sắt ở cây lúa trong điều kiện đồng ruộng ngoại trừ trường hợp đất rất chua.
f. Sự khử Mn: Giống như sắt trong đất ngập nước hàm lượng Mn2+ tăng dần đạt đến đỉnh cao và sau đó giảm dần do sự kết tủa thành Mn(OH)2. Tuy Mn tăng cao nhưng sự ngộ độc ít được tìm thấy trên đất, đặc biệt là đất lúa do nhiều nguyên nhân: rễ có năng lực hấp thu chọn lọc Mn cao và lúa có khả năng chống chịu hàm lượng Mn cao, hàm lượng Fe2+ cao trong đất làm giảm sự hấp thu Mangan.
g. Khử SO42-
: khử sunfat xảy ra trên đất có quá trình khử mạnh. Khử sunfat xảy ra nhanh hơn trên đất trung tính đến kiềm so với trên đất acid do Fe, Mn thường thấp trên các loại đất này. Đất có hàm lượng chất hữu cơ cao hoặc bón chất hữu cơ tươi vào đất sẽ xúc tiến quá trình khử nitrat đưa đến tích lũy H2S cao làm ngăn cản quá trình hô hấp của rễ do đó ảnh hưởng đến sự hấp thu chất dinh dưỡng. Trên đất có hàm lượng nitrat, sắt cao sẽ làm chậm quá trình khử nitrat.
h. Phóng thích lân: lân trong điều kiện ngập nước được phóng thích có thể giải thích như sau:
+ Do khử phosphate sắt tam
+ Phóng thích lân bị hấp thụ qua cơ chế trao đổi ion + Phóng thích lân khi oxid sắt bị khử
+ Lân được phóng thích do Al di động giảm khi pH tăng + Các hợp chất lân hữu cơ bị hòa tan khi pH tăng
i. Giảm hàm lượng kẽm hòa tan: sự thiếu kém khá phổ biến trong đất, đặc biệt là vùng đất trồng lúa. Trên đất kiềm quá trình ngập nước liên tục sẽ đưa đến hiện tượng thiếu kẽm. Độ hữu dụng của kẽm giảm dần khi pH đất gia tăng là do sự hình thành các hợp chất kẻm khó hòa tan như ZnS2, Zn3(PO4)3, ZnSiO3. Trên đất acid nồng độ Zn hòa tan giảm dần khi pH tăng do sự kết tủa thành Zn(OH)2 (Dương Minh Viễn, 2006).