Canxi trong đất phèn
Canxi trong đất được giải phóng từ các nguồn đá vôi CaCO3 tạo thành dạng CaSO4.2H2O hoặc CaCl2 trong đất phèn. Vai trò của canxi trong đất phèn được thể hiện rất rõ nét qua việc trung hoà Axit H2SO4, được tạo ra trong quá trình Oxy
hoá như đã trình bày ở phần vai trò của vôi đối với sự hình thành đất phèn, ngoài ra canxi còn có tác dụng làm tăng năng xuất và phẩm chất cây trồng.
Nhưng cần lưu ý rằng trong điều kiện yếm khí, giàu CO2 thì CaCO3 được tạo thành cacbont Canxi. CaCO3 + CO2+ H2O → Ca (HCO3) 2 rất linh hoạt, dễ bị rửa trôi.
Manhê (Mg+2) trong phèn
Manhe (Mg+2) trong đất phèn Manhê thường đi kèm với canxi. Tuy nhiên những hợp chất của Mg+2 bền hơn là hợp chất của Ca+2 và ở trong đất manhê thường ở dạng MgSO4, trong đất phèn mặn có cả MgCl2. Vì Mg+2 có nhiều trong nước lợ, nước biển nên những vùng đất phèn có ảnh hưởng của thủy triều, đều có Mg+2. Khi Mg+2 tăng độ phèn có thể giảm, nhưng vai trò của nó thấp hơn canxi. Clay-Al + Mg
2++Na+ → clay - Mg, Na +Al3+. Khi pH trong đất cao nhôm sẽ bị kết tủa theo phương trình sau:
Al3+ + 3H2O →Al(OH)3 + 3H+.
Lượng Mg+2 trao đổi ở đất phèn thường cao hơn Ca+2 khoảng 0,1- 17 lđl/100g. Cũng như canxi, manhê có ít ở đất phèn nhiều còn ở đất phèn mặn và phèn tiềm tàng ven biển, giàu manhê hơn. Manhê cần cho cây trồng, ở đất phèn không có biểu hiện thiếu manhê.
Natri trong đất phèn
Về mùa khô, Na+ bốc lên mặt tạo thành một lớp muối NaCl trên lớp bùn mỏng, khô cong, nứt nẻ, nên mặt đất khô có nổi lên những lấm tấm li ti trắng đục của muối.
Sự có mặt của Na+ hạn chế sự ảnh hưởng của các ion phèn như Al+3, Fe+2, Fe+3
và tạo nên NaOH, làm pH tăng lên, tức là hạn chế bớt phèn. Tuy nhiên, lượng Na+
quá lớn thì sẽ tạo nên phèn mặn và có thể tạo nên Na2CO3. Chất này ở phạm vi 0,1% đã hạn chế sự sinh trưởng của cây, nếu trên 0,2% nhiều cây trồng bị chết. Trong một số trường hợp người ta dùng nước mặn để tưới cho đất phèn, làm giảm hàm lượng phèn trong đất. Tuy nhiên điều này không nên thực hiện thường xuyên vì sẽ làm đất trai cứng, rồi không thể canh tác được. Ở vùng phèn mặn có thể Natri
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O hoặc : NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + HCl Và phản ứng trực tiếp :
Na2SO4 + 2C → Na2S + 2CO2
Na2S + 2H2CO3 → 2NaHCO3 + H2S 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
Na2CO3 được tích lũy và sẽ gây độc. Tuy nhiên điều này không xảy ra ở vùng đất phèn. Chỉ xảy ra ở đất mặn hoặc mặn phèn. Ở đất phèn nhiều có thể Na là dinh dưỡng có tác dụng hạn chế ảnh hưởng của Al3+, Fe, nâng cao pH và cải tạo đất phèn nhưng ở đất phèn mặn Na lại là yếu tố hạn chế sự phát triển của cây trồng.
Lân (P2O5) trong đất phèn
Lân trong đất có nhiều dạng : Lân hữu cơ và lân vô cơ hoặc lân đang hoà tan. Ví dụ dạng PO4-3. Lân hữu cơ là lân liên kết với chất hữu cơ. Đó là hợp chất lân trong thân thể vi sinh vật ở rễ cây. Trong hàng ngàn mẫu đất phèn, lượng lân tổng số ít, chỉ trong khoảng 0,01 - 0,05%. Nhưng đất phèn ít và phèn mặn, do pH cao, nên lân tổng số có cao hơn và có khi đến 0,1% trọng lượng đất khô.
Nguyên nhân của sự có nghèo lân ở đất phèn vì pH thấp, độ hoà tan và tái tạo của lân yếu. Mặt khác, lân vô cơ trong đất chủ yếu là dạng photphat -canxi có khả năng thủy phân. Nhưng trong đất phèn đã nghèo canxi và một phần tạo thành hydroxyl Apatit Ca5(PO4)3OH, là một chất bền trong đất. Theo phản ứng :
7Ca3(PO4) 2+ 4H2O → Ca(H2PO4) 2 + 4Ca5(PO4) 3OH Hoặc là :
2H3PO4 + Al2(SO4) 3 → 3H2SO4 + 2AlPO4
2H3PO4 + Fe2(SO4) 3 → 3H2SO4 + 2FePO4
hoặc còn gặp dạng Al2(OH) 3PO4 và Fe2(OH) 3PO4
Độc chất nhôm có hoá trị là +3 (Al+3). Trong dung dịch khi pH = 4,1 nhôm sẽ lắng tụ (điểm đó được gọi là điểm trầm lắng của nhôm). Trong môi trường axit H2SO4, Al+3 có khả năng di động mạnh. Nhôm trong đất phèn, một phần là sản phẩm của sự rửa trôi tích tụ, trong quá trình Feralit; phần chủ yếu do quá trình phèn hoá : sau khi đã có H2SO4, trong đất, H2SO4 liền tác dụng vào keo đất đã giải phóng ra Al+3 tự do, trong điều kiện đó pH giảm xuống 2- 3,5 trong dung dịch, Al+3 có thể ở dạng Al+3 tự do, cũng có thể liên kết với sắt, kali, và sunphat, tạo nên những sunphat sắt II và sunphát sắt III, nhôm lơ lửng trong nước, khi gặp những hạt bụi sét, sẽ kéo các hạt bụi này lắng xuống đáy ruộng đó cũng chính là nguyên nhân làm cho nước ở các vùng đất phèn nhôm rất trong. Trong các tầng đất phèn Al+3 thường rất cao và rất biến động. Có lúc từ vài chục ppm, rồi tăng cao đột ngột 500 - 1000 - 1500 và có khi trên 2000 ppm, khi pH giảm. Nhôm biến động rất phức tạp, tuy nhiên các nghiên cứu lại cho thấy nó có quan hệ khá chặt chẽ với pH ở trong đất.
Sắt
Sắt trong đất phèn có 2 hoá trị : Fe+2 và Fe+3
+ Fe+2: Dễ tan trong nước và khi tan gây chua cho đất. Trong môi trường axit sunphuric, sắt di động mạnh, có thể ở các dạng Fe(OH)2, FeSO4, Fe2(SO4)3 hay Fe(HCO3)2, cũng có khi là hợp chất sắt hữu cơ. Khi pH vượt quá 4,5 thì Fe(OH)2 có hiện tượng trầm lắng trong dung dịch, và tan nhiều trong điều kiện pH ≤ 3,5.
Trong dung dịch Fe+2 gây chua, sự tăng của Fe+2 làm giảm pH. Mối tương quan này không được chặt chẽ.
So với Al+3 thì Fe+2 và Fe+3 cũng làm pH giảm, tuy nhiên Fe+2 và Fe+3 làm giảm pH chậm hơn so với Al+3 và nồng độ cao hơn mới làm pH giảm nhiều. Trong dung dich đất nhiều nhôm có thể làm pH hạ thấp tới 2,2, trong dung dịch nhiều sắt chỉ có thể làm cho pH hạ tới 2,5. Sắt trong đất có thể ở dạng FeS2 hay FeS dưới tầng Pyrit và có mặt trong các phản ứng khử. Trong tầng Jarosit, nó ở dạng KFe3(SO4)2(OH)6hay ở dạng Fe2(SO4)3.3H20, hay Fe2(SO4)3 và một số dưới dạng Fe(OH)3, FeO, Fe2O3. Nếu là hợp chất của Fe+3 có gốc lưu huỳnh thường có màu vàng “rơm”, nếu là oxyt hay hydroxyt Fe+3 sẽ có màu vàng xỉn của rỉ sắt. Trong đất lượng Fe+2 dễ chuyển thành Fe+3 khi có điều kiện oxy hoá (thoáng khí). Ngược lại
Fe+3 sẽ chuyển thành Fe+2 khi ngập nước và yếm khí. Fe+3 trong Fe(OH)3 có chỉ số trầm lắng khi pH = 3,5. Nghĩa là ở pH ≥3,5. Fe(OH)3 đã có khả năng bắt đầu kết tủa. Tuy nhiên, khi trời nắng, thì sự kết tủa này ở pH cao hơn. Fe+3 là một ion kém linh động hơn Fe+2 và ít gây độc hơn. Trong rất nhiều mẫu phân tích, Fe+2 xuất hiện ở đất chua có khả năng nhiều hơn Fe+3 (còn dạng hợp chất thì ngược lại). Mối tương quan giữa pH và Fe2+ cũng như pH với Fe3+ không được chặt chẽ nhưng mối tương quan giữa pH với Fe lại khá chặt chẽ (xem đồ thị số 21)
Sunphat (SO4-2 ) và lưu huỳnh (S) trong đất phèn
Lưu huỳnh và sunphat là nguyên nhân đầu tiên gây ra đất phèn, hàm lượng tổng số S% trong tầng Jarosit hoặc tầng Pyrit (ở đất phèn tiềm tàng) là chỉ số để phân biệt đất phèn hoặc không phèn. Theo nhiều tài liệu công bố thì đất được gọi là đất phèn khi hàm lượng S tổng số ở trong đất lớn hơn hay bằng 0,7% (xem bảng 22).
Trong đất phèn lưu huỳnh có thể ở dạng FeS, FeS2, H2S, S tự do, dạng lưu huỳnh hữu cơ hoặc là dạng SO3, SO2 hay SO4-2 . Trong đó có dạng gây độc là H2S, SO3-2 , SO2 và SO4-2. Với một lượng nhỏ lưu huỳnh là dinh dưỡng cho cây (trong cây tích lũy từ 0,1 - 15% trong thực vật) và bình thường là 2,0 - 5,0%. Nếu vượt quá lượng này, sẽ gây độc cho cây. Sự gây độc của S không phải vì tính chất hoá học của S mà vì ngưng tụ cao của muối có hại cho đời sống (Presiman) và các hợp chất của nó ở các dạng Pyrite, Jarosite, axit sunphuaric. Có hai khái niệm lưu huỳnh tổng số : bao gồm tất cả các dạng lưu huỳnh, và lưu huỳnh dạng SO4+. Dạng này ta thường gặp khá nhiều. Nó có thể ở H2SO4 phân ly, FeSO4, Al2(SO4)3, hay dạng kết tủa Fe2(SO4)3.
Pyrit là hợp chất của lưu huỳnh và sắt, là sản phẩm của quá trình yếm khí dưới sự tác động của các vi sinh vật yếm khí. Quá trình Oxy hoá Pyrit sẽ tạo ra axit, gây chua cho đất và gây hại cho cây trồng, súc vật và con người. Sự tích tụ của pyrit trong đất được thực hiện trong điều kiện ngập nước, đất trầm tích trong nước mặn và có nhiều chất hữu cơ, nhiều vi sinh vật yếm khí có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ làm cho các ion sunphat hoà tan trở thành sunphit, ion sắt III trở thành ion sắt II. Nguồn chính của các sunphat là từ nước biển (nước sông chứa rất ít sunphát hoà tan).
Jarosit
Jarosit là một hợp chất, là kết quả của quá trình oxyhoá sunphite và Pyrit (đã được trình bày phần cấu tạo đất phèn). Trong đất khi đã xuất hiện Jarosit tức là pH trong đất thấp, kéo theo việc tăng hàm lượng các độc tố gây hại cho cây. Trong thực tế không chỉ các độc tố Al3+, Fe3+, Fe+, SO42-, Cl-, H+ gây hại cho cây mà chính hợp chất Jarosit được hình thành cũng tham gia phá huỷ các bộ rễ của cây.
Clo (Cl-)
Trong đất phèn nhiều hiện tại thì Cl ít (< 0,1%), nhưng đất phèn mặn và phèn tiềm tàng, có thể Cl- còn rất cao. Nó có thể ở dạng muối ăn NaCl hoặc là HCl. ở những vùng ảnh hưởng của nước mặn cần xét đến tác hại của Cl-. Tuy nhiên, so với SO42- thì Cl- là chất linh động, dễ hoà tan và rửa trôi, nên việc thau rửa thuận lợi.