intTypePromotion=1

Bài Giảng Hóa Kỹ Thuật 2 - Chương 2

Chia sẻ: Nguyen Minh Phung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:20

0
108
lượt xem
26
download

Bài Giảng Hóa Kỹ Thuật 2 - Chương 2

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thành phần hoá học của đất Đất gồm có phần rắn, phần lỏng (dung dịch đất) và phần khí. Trong đất, ba phần này có quan hệ chặt chẽ với nhau. 2.1.1. Thành phần khí của đất Phần khí của đất thường có thành phần khác với không khí trong khí quyển. Hàm lượng khí CO2 cao hơn và O2 thấp hơn. Trong đất, thường xuyên diễn ra sự hút oxi và giải phóng khí CO2 do phân huỷ chất hữu cơ, hô hấp của vi sinh vật, rễ cây và một số phản ứng hoá học. Trong khí quyển,...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài Giảng Hóa Kỹ Thuật 2 - Chương 2

  1. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất CHƯƠNG 2 – THÀNH PHẦN VÀ CÁC TÍNH CHẤT NÔNG HOÁ CỦA ĐẤT 2.1. Thành phần hoá học của đất Đất gồm có phần rắn, phần lỏng (dung dịch đất) và phần khí. Trong đất, ba phần này có quan hệ chặt chẽ với nhau. 2.1.1. Thành phần khí của đất Phần khí của đất thường có thành phần khác với không khí trong khí quyển. Hàm lượng khí CO2 cao hơn và O2 thấp hơn. Trong đất, thường xuyên diễn ra sự hút oxi và giải phóng khí CO2 do phân huỷ chất hữu cơ, hô hấp của vi sinh vật, rễ cây và một số phản ứng hoá học. Trong khí quyển, CO2 chiếm 0,03%, còn trong đất, CO2 có thể có từ vài phần nghìn đến 1% (có khi chiếm 2  3% và hơn nữa). Độ ẩm, thành phần cơ giới, cấu trúc và độ xốp của đất, đặc tính thực vật, nhiệt độ, áp suất khí quyển v.v… có ảnh hưởng đến số lượng và thành phần khí trong đất. Hàm lượng CO2 trong thành phần khí của đất phụ thuộc vào cường độ trao đổi khí giữa đất và khí quyển. CO2 tạo ra trong đất, một phần thoát ra khí quyển, một phần tan vào trong dung dịch đất. Do sự khuếch tán CO2 từ đất làm tăng lượng CO2 trong lớp không khí gần mặt đất, tạo ra những điều kiện thuận lợi cho sự đông hoá CO2 của thực vật và dẫn tới khả năng tăng thu hoạch. Sự hoà tan khí CO2 vào dung dịch đất tạo ra axit cacbonic. Khi phân li, nó gây ra sự axit hoá phần lỏng của đất. CO2 + H2O  H2CO3 H2CO3  H+ + HCO3- Hàm lượng CO2 trong phần khí và trong dung dịch đất có mối liên quan khá chặt chẽ: Khi nồng độ khí CO2 trong không khí tăng sẽ dẫn đến sự chuyển khí CO2 vào dung dịch mạnh hơn, do đó làm tăng nồng độ H+ trong dung dịch, và ngược lại, khi lượng khí CO2 trong không khí bị giảm thì CO2 từ dung dịch sẽ thoát ra ngoài không khí. Việc làm giàu CO2 trong dung dịch đất có tác dụng hoà tan các hợp chất khoáng trong đất (các phôtphat và canxi cacbonat …) dẫn tới việc chuyển các chất khoáng thành dạng dễ tiêu cho cây trồng. Song, hàm lượng CO2 cao quá và thiếu oxi trong phần khí của đất (chẳng hạn, ở nơi ngập úng và độ thoáng khí của đất kém) thì lại có ảnh hưởng xấu đến phát triển của thực vật và vi sinh vật. Trong điều kiện thiếu oxi, quá trình hô hấp và phát triển rễ bị hạn chế. Ở điều kiện độ thoáng khí kém, nồng độ oxi trong phần khí của đất thấp, các quá trình khử yếm khí bắt đầu tiến hành mạnh trong đất. Đất có độ thoáng tốt và sự trao đổi khí diễn ra mạnh 7 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  2. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất giữa phần khí của đất với khí quyển, sẽ tạo ra nhiều CO2 cho lớp không khí gần mặt đất, đồng thời tạo những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển vi sinh vật đất và dinh dưỡng thực vật. 2.1.2. Thành phần của dung dịch đất (phần lỏng của đất) Dung dịch đất là phần hoạt động và linh động nhất của đất, trong đó có nhiều quá trình hoá học được thực hiện và từ đó thực vật trực tiếp đồng hoá các chất dinh dưỡng. Trong dung dịch đất có thể có các anion HCO3-, OH-, Cl-, NO3-, SO42-, H2PO4- v.v… và còn có các muối sắt, nhôm, các chất hữu cơ tan được trong nước. Ngoài ra, trong dung dịch đất còn chứa các khí tan như O2, CO2, NH3 v.v… Sự có mặt các muối trong dung dịch đất là do quá trình phong hoá các chất khoáng bị phân huỷ và sự biến đổi các hợp chất hữu cơ trong đất do vi sinh vật, do phân bón vô cơ và hữu cơ. Sự có mặt thường xuyên và đầy đủ các ion K+, Ca2+, Mg2+, NH4+, NO3-, SO42-, H2PO4- trong dung dịch đất là điều đặc biệt quan trọng đối với dinh dưỡng thực vật. Hàm lượng muối tan trong đất thường vào khoảng 0,05%. Nếu hàm lượng muối tan cao hơn (0,2%) sẽ có tác dụng hại đối với cây trồng. Thành phần và nồng độ của muối tan có thể bị thay đổi do ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Lượng muối trong dung dịch đất tăng lên khi bón phân, khi giảm độ ẩm của đất hoặc khi tăng cường hoạt động của vi sinh vật và quá trình vô cơ hoá hợp chất hữu cơ. Ngược lại, sự hút chất dinh dưỡng của thực vật, sự rửa trôi các chất tan, hoặc sự chuyển hoá chúng thành các dạng không tan, sẽ dẫn đến tình trạng giảm nồng độ dung dịch đất. Thành phần và nồng độ muối tan trong dung dịch đất cũng phụ thuộc vào tương tác giữa dung dịch đất với phần rắn của đất và các phản ứng trao đổi giữa dung dịch đất và keo đất. 2.1.3. Thành phần rắn của đất (thành phần cơ giới của đất) Phần rắn của đất là nguồn dự trữ chính các chất dinh dưỡng cho cây trồng. Nó gồm phần khoáng mà ở đa số loại đất chiếm đến 90 – 99% khối lượng của phần rắn và phần chất hữu cơ chỉ chiếm vài phần trăm khối lượng phần rắn, nhưng lại có vai trò rất quan trọng đối với độ phì nhiêu của đất. Bảng 2.1. Thành phần (nguyên tố) hoá học trung bình của phần rắn (%) Nguyên tố Nguyên tố Nguyên tố % % % 6.10-3 Rubiđi Nitơ O xi 49,0 0,1 5.10-3 2.10-3 Kẽm Đồng Silic 33,0 5.10-3 1.10-3 Nhô m 7,1 Xezi Bo 8 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  3. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất 4.10-3 1.10-3 Sắt 3,7 Niken C hì 3.10-3 1.10-3 Cacbon 2,0 Liti Gali 1.10-3 Thiếc Canxi 1,3 Kali 1,3 8.10-4 Flo 0,02 Natri 0,6 Coban 6.10-4 Crôm 0,02 Magie 0,6 Thori 5.10-4 Hiđro Clo 0,01 0,5 Asen 5.10-4 Vanađi 0,01 Titan 0,46 Iôt Lưu huỳnh Phôtpho 0,08 Mangan 0,08 0,08 5.10-4 Palađi Bari 0,05 Stronti 0,03 3.10-4 5.10-4 (10-4) Molipđen Urani Berili 1.10-6 5.10-3 (10-5) Cađimi Thuỷ ngân Selen 8.10-11 R a đi Tất cả các nguyên tố trên, trừ nitơ, đều chứa trong phần khoáng cúa đất và tồn tại trong các hợp chất khoáng khác nhau. Các nguyên tố C, H, O, P và S có trong phần khoáng và cả trong thành phần chất hữu cơ. Riêng N thì hầu như hoàn toàn chứa trong thành phần chất hữu cơ của đất. * Phần khoáng của đất: Phần khoáng của đất là sản phẩm phong hoá lâu dài của đá mẹ. Nó có thành phần cơ giới, thành phần khoáng và hoá học phức tạp. Nó gồm các hạt khoáng khác nhau, có kích thước từ phần triệu milimet đến 1 mm và hơn nữa. Người ta phân loại các khoáng chứa trong đất theo nguồn gốc: khoáng sơ cấp và thứ cấp. Các khoáng sơ cấp: thạch anh, fenspat, mica … có trong đất, hình thành từ đá mẹ do phong hoá. Trong đất, các khoáng này chủ yếu tồn tại dưới dạng hạt cát (từ 0,05 – 1 mm) và bụi (0,001 – 0,05mm) và có một lượng nhỏ ở dạng hạt bùn (
  4. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất và những khoáng thứ cấp mà người ta gọi là các khoáng sét như kaolinit, mongmorilonit … Các khoáng thứ cấp có trong đất chủ yếu dưới dạng bùn và hạt keo. Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo kaolinit (Al4Si4O10(OH)6) Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo mongmorilonit (Al4Si8O20(OH)4) Về thành phần hoá học, các khoáng được chia thành các hợp chất silicat và aluminôsilicat: - Các silicat: trong số các silicat trong đất, khoáng thạch anh (SiO2) là phổ biến nhất. Người ta thường gặp thạch anh dưới dạng các hạt cát, bụi, một phần nhỏ ở dạng bùn và hạt keo. Hầu như trong tất cả các loại đất, thạch anh chiếm trên 60%, còn trong đất cát có khoảng 90% và hơn nữa. Thạch anh rất bền, về mặt hoá học thì khá trơ và ở điều kiện thường không tham gia vào các phản ứng hoá học trong đất. Còn các silicat khác, công thức cấu tạo có nhiều dạng khác nhau. 10 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  5. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất Hình 2.3. Những hình dạng của các nhóm silicat khác nhau (các silicat tự nhiên) - Các hợp chất của sắt thường ở dạng muối hiđro: Muối kiềm Fe3(OH)6PO4, Fe2(OH)3PO4, Fe3(OH)3(PO4)2 Muối trung tính: FePO4 Muối axit: FeH3(PO4)2, FeH6(PO4)3 - Các hợp chất của Ca, Na, K và Mg thường ở dạng muối nitrat, sunfat, clorua, photphat. Các hợp chất của photpho thường ở dạng floapatit Ca5(PO4)3F. Trong hiđroxiapatit, F được thay thế bằng OH: Ca5(PO4)3OH Trong cloapatit, F được thay thế bằng Cl: Ca5(PO4)3Cl - Lưu huỳnh có khoảng 0,85% trong đất và ở dạng các hợp chất: H2S, SO2, FeS2, ZnS, PbS, CaSO4 v.v… - Hợp chất của nguyên tố vi lượng: MnSiO3 (Silicat rodenit), Mn3Al2Si3O12 (Alumino silicat), MnO, Mn3O4 v.v… Các hợp chất của Co, Mn, Cu, Zn cũng thường ở các dạng muối. Sự hình thành các chất trên là do quá trình phong hoá đá mẹ, do tác dụng của vi sinh vật và axit hữu cơ. * Các chất hữu cơ trong đất: Chất hữu cơ trong đất tuy ít (0,5 – 10%) nhưng là thành phần quan trọng, đặc trưng cho đất trồng trọt. Trong số các hợp chất hữu cơ đó, mùn là loại chất có vai trò đặc biệt đối với dinh dưỡng của cây trồng. Có thể phân chia các hợp chất hữu cơ của đất thành 2 nhóm sau: 11 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  6. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất 1. Các chất hữu cơ chưa mùn hoá có nguồn gốc động thực vật: Các hợp chất này chủ yếu vẫn là các chất hữu cơ trong xác động thực vật chưa được phân huỷ hoặc bán phân huỷ. Hàng nă m trong lớp đất trồng trọt có khoảng 5 – 8 tấn xác thực vật trên mỗi ha, chiếm 7 – 8% lượng chất hữu cơ của lớp đất này. Khối lượng vi sinh vật (ở lớp đất 0 – 20cm) từ 0,7 – 2,4 tấn/ha. Những hợp chất hữu cơ trong xác động thực vật gồm những chất hoá học khác nhau và những sản phẩm trung gian của sự phân huỷ các chất đó như gluxit (xenlulo, hemixenlulo, tinh bột …), các axit hữu cơ, protit và các chất hữu cơ chứa nitơ khác (các aminoaxit, amit …), chất béo, nhựa, andehit, các axit poliuric và các dẫn xuất của chúng, các poliphenol, tanin, lignin … Phần chất hữu cơ chưa mùn hoá thường chiếm 10 – 15% khối lượng chất hữu cơ của đất. Song những hợp chất này có vai trò đối với sự sống của thực vật, vi sinh vật trong đất và độ phì nhiêu của nó. Các hợp chất hữu cơ chưa mùn hoá có thể bị phân huỷ trong đất thành chất vô cơ dễ được cây trồng đồng hoá. Các nguyên tố dinh dưỡng trong thành phần của chúng là nitơ, photpho, lưu huỳnh và các nguyên tố khác. Tuy nhiên, không phải tất cả các chất hữu cơ trong xác động thực vật đều được khoáng hoá hoàn toàn. 2. Nhóm các hợp chất hữu cơ có bản chất đặc biệt được gọi là các chất mùn: Trong đất, ngoài sự phân huỷ các chất chưa mùn hoá như trên còn có các quá trình tổng hợp. Các hợp chất hữu cơ mới khá phức tạp, từ những sản phẩm phân huỷ của các chất chưa mùn hoá hình thành các chất mùn. Các vi sinh vật đất thường có vai trò xúc tiến cho các quá trình mùn hoá này. Dưới ảnh hưởng của chúng, xác động thực vật ban đầu bị phân huỷ thành các chất hoá học đơn giản hơn. Trong số này, có những hợp chất loại thơm poliphenol, các quinon tạo ra khi phân huỷ các chất tanin và lignin, đồng thời với các sản phẩm phân huỷ protit của nguyên sinh động vật (polipeptit và aminoaxit) là những thành phần chất mùn. Các chất mùn là những hợp chất chứa nitơ có phân tử lượng cao và tính axit. Phần lớn các chất này tồn tại dưới dạng liên kết với chất vô cơ của đất. Có thể chia các chất mùn làm 3 nhóm chính: các axit humic, axit funvic và các humin. Axit humic là nhóm các chất được chiết ra khỏi đất bằng kiềm (hoặc bằng các dung môi khác), ở dạng dung dịch màu sẫm (các humat Na+, NH4+ hoọc K+) và được kết tuả dưới dạng vô định hình bằng các axit. Nhóm các axit humic được chiết ra từ các loại đất khác nhau có thành phần nguyên tố: C: 50 – 62%; H: 2,8 – 6%; O: 31 – 40%; N: 2 – 6%. 12 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  7. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất Sự dao động về thành phần nguyên tố của các axit humic ở các loại đất khác nhau là do thành phần các chất trong nhóm này hoàn toàn không đồng nhất. Ngoài C, H, O, N, khi phân tích nhóm các axit humic, người ta còn thấy trong tro có những nguyên tố: P, S, Si, Fe, Al chiếm 1 – 10% về khối lượng. Những nguyên tố này kết hợp với axit humic thường do các phản ứng thứ cấp. Cấu tạo phân tử của các axit humic, hiện nay vẫn còn là vấn đề chưa được hoàn toàn giải thích rõ ràng. Theo các giả thuyết hiện tại, các axit humic là những hợp chất phức tạp có phân tử lượng cao, có bản chất thơm. Đơn vị cấu tạo cơ bản của chúng là mạch cacbon vòng có các mạch nhánh cacbon dài mang những nhóm chức khác nhau (hiđroxyl, phenol, metoxyl …). Trong thành phần phân tử của các axit humic có những vòng thơ m, dị vòng 5,6 cạnh, có nitơ và không có nitơ. Chúng liên kết với nhau bằng các cầu – NH –, – CH2 – … Có những tài liệu cho biết trong axit humic có những gốc gluxit (hexozơ, pentozơ …) và các hợp chất hữu cơ chứa nitơ (các aminoaxit khác nhau). Trong thành phần phân tử của nó có các nhóm chức: 3 – 6 nhóm hiđroxyl phenol (OH), 3 – 4 nhóm cacboxyl (COOH) và các nhóm metoxyl (OCH3), cacbonyl (– C –), chúng tạo nên tính chất của axit humic và đặc tính tương tác của O chúng với đất. Các nhóm hiđroxyl phenol và cacboxyl trong axit humic tạo khả năng cho nó tham gia vào các quá trình trao đổi hấp phụ cation và quyết định tính axit của axit này. Còn ion hiđro trong nhóm cacboxyl cho khả năng thế các cation khác nhau để tạo muối humat: RCOOH + NaHCO3  RCOONa + H2O + CO2 2RCOOH + CaCO3  (RCOO)2Ca + H2O + CO2 Sepfe và Unrich (1960) đã trình bày nguyên tắc cấu tạo axit humic như sau: Các axit humic được tạo thành từ các đơn vị cấu tạo là các cầu nối và nhóm chức loại izo hoặc hetero. Nhân của axit humic là những vòng 5 hoặc 6 cạnh, ví dụ: NH N N Indol Piriđin Quinolin 13 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  8. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất Các nhân liên kết với nhau bằng các cầu nối, chỉ gồm nguyên tử (–O–; –N=) hoặc nhóm nguyên tử (–NH–; –CH2–), các nhóm định chức thường là nhóm cacboxyl (COOH), hiđroxyl (OH), phenol metoxyl (OCH3) và cacbonyl. Sự có mặt nhóm cacboxyl là cơ sở để sắp xếp các axit humic vào loại axit. Dung dịch huyền phù của axit humic thường có pH  3. Muối của axit humic với cation hoá trị 1 (Na+, K+, NH4+) là những humat tan được trong nước, còn những axit humic tự do và các muối của chúng với các cation hoá trị 2, 3 thì không tan và có trạng thái gen. Trong đất, các axit humic liên kết với Ca2+, Mg2+, nên không có khả năng di chuyển theo phẫu diện đất mà được tích luỹ ở những nơi hình thành ra chúng và ở lớp đất mặt, do đó có chứa nhiều các muối này. Axit humic là phần mùn có giá trị nhất: có khả năng hấp phụ lớn đối với các cation và có vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu tượng đất thích hợp cho trồng trọt; các axit humic còn có ý nghĩa lớn là nguồn các chất dinh dưỡng dự trữ, trước hết là nitơ. Các axit funvic là những chất mùn có màu vàng hoặc đỏ nhạt trong dung dịch sau khi axit hoá nước chiết đất bằng kiềm. Cũng như axit humic, theo cấu tạo, axit funvic là nhóm các hợp chất có phân tử lượng cao. Thành phần nguyên tố của các axit funvic khác axit humic là hàm lượng C và N nhỏ hơn và hàm lượng O và H lại cao hơn: C: 44 – 49%; H: 3,5–5%; O: 44 – 49%; N: 2 – 4%. Những nguyên tố tro trong axit funvic chiếm từ 7 – 10%. Khi hoà tan trong nước, nó là một axit hữu cơ tương đối mạnh. Các humin là những phức của axit humic và funvic, liên kết bền với nhau và với phần khoáng của đất. Điều này giải thích tính bền của cao của các humin với tác dụng của axit và kiềm. Lượng nitơ trong các humin là 20 – 30% nitơ tổng số của đất và liên kết khá bền, nên các vi sinh vật đất khó phân huỷ được chúng.  Sự tạo thành mùn của đất: Mùn được hình thành là do kết quả của sự chuyển hoá các hợp chất hữu cơ, dưới tác động của enzim và vi sinh vật đất. Nguyên liệu cơ bản để tạo thành mùn là xác thực vật ở trong đất hay ở lớp đất mặt. Dưới ảnh hưởng của hoạt động vi sinh vật đất, sự biến đổi của các nguyên liệu thực vật này theo nhiều quá trình khác nhau: - Quá trình khoáng hoá: quá trình này tạo nên những chất đơn giản như CO2, H2O, NH3, những muối đơn giản. - Quá trình tổng hợp: Đó là quá trình tạo nên axit mùn phức tạp, từ những chất hữu cơ và vô cơ đơn giản. V í d ụ: 14 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  9. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất OH Xác hữu cơ   OH  O OH O hidro quinon quinon O + 2NH2RCOOH  O NHRCOOH O O NHRCOOH axit mùn  Vai trò của mùn đối với độ phì nhiêu của đất: Từ thành phần và cấu tạo của mùn, khi phân huỷ, nó cung cấp nitơ cho thực vật, nên mùn là nguồn dự trữ chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng. Nhờ có các nhóm hoạt động trong phân tử, mùn có khả năng hấp phụ và trao đổi cation, tạo nên những muối mới làm thay đổi thành phần và cấu tượng của đất. Do sự thay đổi cấu tượng, đất nặng trở thành tơi xốp, đất rời rạc được liên hợp lại với nhau nên thay đổi được chế độ không khí, nhiệt độ và nước trong đất, tạo nên những điều kiện thích hợp cho sinh trưởng và phát triển thực vật. Các axit mùn, với một lượng nhỏ, khi tạo thành các dạng keo hoà tan có tác dụng xúc tiến cho sự phát triển rễ, làm cho cây có khả năng sử dụng được nhiều chất dinh dưỡng có trong đất. Do đó, hàm lượng mùn trong đất là một trong những tiêu chuẩn hàng đầu trong việc đánh giá độ phì nhiêu của đất. * Hàm lượng chất dinh dưỡng và khả năng cung cấp chất dinh dưỡng của đất. Có thể phân biệt các loại đất khác nhau dựa vào thành phần khoáng, thành phần và khối lượng chất hữu cơ. Do đó, khối lượng các nguyên tố dinh dưỡng của thực vật trong các loại đất khác nhau, cũng không giống nhau. Nếu xác định lượng N, P2O5 và K2O tổng số ở lớp đất trồng trọt thuộc các loại đất khác nhau, ta sẽ thấy khối lượng các nguyên tố dinh dưỡng dự trữ trong đất rất lớn. Bảng 2.1. Tỉ lệ và khối lượng các nguyên tố dinh dưỡng dự trữ trong đất Nguyên tố dinh dưỡng Tỉ lệ (%) Khối lượng (kg/ha) N 0,02  0,20 600  6.000 P2O5 0,02  0,30 600  9.000 K2O 0,50  3,00 15.000  90.000 15 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  10. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất Lượng nitơ tổng số trong đất phụ thuộc vào lượng mùn; lượng photpho cũng lớn nếu như đất giàu chất hữu cơ, còn lượng kali thì phụ thuộc vào thành phần cơ giới của đất. Trong nhiều loại đất, lượng tổng số N, P và K dự trữ rất lớn, gấp 10  100 lần lượng các nguyên tố dinh dưỡng này trong thu hoạch của cây trồng. Thế nhưng phần lớn khối lượng các chất dinh dưỡng trên tồn tại trong đất dưới dạng các hợp chất mà cây trồng không đồng hoá hoặc khó hấp thu được. Chẳng hạn, nitơ chủ yếu tồn tại các chất hữu cơ phức tạp (chất mùn, protit …), phần lớn photpho ở dạng các hợp chất vô cơ và hữu cơ khó tan, còn phần chủ yếu của kali ở trong các khoáng aluminosilicat không tan. Do đó, lượng tổng số các nguyên tố dinh dưỡng trong đất chỉ đặc trưng cho độ phì nhiêu tiềm tàng của đất mà thôi. Để xác định độ phì nhiêu hiệu dụng tức là khả năng cung cấp chất dinh dưỡng thực tế của đất cho thu hoạch cao của cây trồng, phải là lượng chất dinh dưỡng ở dạng dễ tiêu đối với thực vật. Cây trồng chỉ có thể đồng hoá các chất dinh dưỡng dưới dạng các hợp chất tan được trong nước và môi trường axit yếu hoặc các ion ở trạng thái hấp phụ trao đổi. Quá trình biến đổi các hợp chất không tan và khó tan thành dạng đồng hoá được thường diễn ra trong đất, dưới ảnh hưởng của vi sinh vật đất và các quá trình hoá học, hoá lý. Việc huy động các nguyên tố dinh dưỡng (quá trình biến đổi các chất khó tan thành dạng dễ tiêu) trong các loại đất khác nhau, thường diễn ra không đồng đều mà phụ thuộc vào tính chất các hợp chất, điều kiện khí hậu, tính chất đất và mức độ canh tác. Cho nên, mặc dù lượng chất dinh dưỡng dự trữ trong đất khá lớn, cây trồng vẫn không có đủ chất dinh dưỡng dễ tiêu để cho khối lượng thu hoạch cao. Do đó, để tăng độ phì nhiêu thực tế cho đất và tăng thu hoạch cây trồng, việc bón phân vô cơ và hữu cơ là vấn đề có ý nghĩa to lớn. Lượng chất dinh dưỡng dễ tiêu phụ thuộc vào loại đất, mức độ canh tác, chế độ phân bón … nên hàm lượng các chất dinh dưỡng đó thường khác nhau không chỉ ở các cơ sở nông nghiệp khác nhau mà ngay cả ở mỗi cánh đồng trong cùng một cơ sở nông nghiệp. Vì vậy, việc phân tích nông hoá đất để xác định lượng N, P và K dễ tiêu đồng thời với việc tiến hành những thí nghiệm đồng ruộng là công việc có ý nghĩa quan trọng, đối với việc sử dụng phân bón hợp lý. Tóm lại, đất trồng trọt là một hệ đa tướng gồm khí, lỏng và rắn, có quan hệ mật thiết với nhau và là môi trường dinh dưỡng của cây. 2.2. Các tính chất nông hoá của đất 2.2.1. Tính chất hấp thu chất dinh dưỡng Khả năng hấp thu chất dinh dưỡng của đất là khả năng hút các ion, các phân tử của các chất khác nhau từ dung dịch đất và giữ chúng lại. Nhờ có tính chất đó, đất 16 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  11. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất giữ được chất dinh dưỡng cho cây trồng, hạn chế sự rửa trôi và khi cần, cây trồng có thể trao đổi chất dinh dưỡng với đất. Mặt khác, cũng nhờ đó, cây có khả năng điều tiết được nồng độ các ion thích hợp cho cây. Quá trình hấp thu chất dinh dưỡng của đất được chia thành 5 dạng: hấp thu sinh học, cơ học, lý học, hoá học và hấp phụ hoá lý. * Hấp thu sinh học: Dạng hấp thu này do vi sinh vật hoặc thực vật trong đất thu hút các chất vô cơ trong dung dịch đất hay trong không khí, biến đổi các chất này thành các chất hữu cơ để sinh trưởng phát triển. Xác vi sinh vật, thực vật và động vật là nguồn chất hữu cơ bổ sung cho đất nhờ hấp thu sinh học. Dạng hấp thu này có ý nghĩa lớn đối với sự hình thành đất và cung cấp phân bón cho đất. Những cây trồng có bộ rễ ăn sâu, hút các chất dinh dưỡng từ tầng sâu chuyển lên cho lớp đất mặt, hoặc những cây họ đậu có khả năng hút nitơ trong thành phần không khí, biến đổi thành chất dinh dưỡng cho đất. Sự hút các chất dễ tiêu trong điều kiện cây không sử dụng hết, tránh sự rữa trôi chất dinh dưỡng là một quá trình có lợi. Nhưng trong điều kiện đất thiếu chất dinh dưỡng, nếu vi sinh vật phát triển mạnh tranh chấp chất dinh dưỡng với cây trồng, sẽ làm cho cây kém phát triển do thiếu thức ăn : đó là quá trình bất lợi cho việc hình thành năng suất. * Hấp thu cơ học: Trong đất có những khe hở do các hạt đất sắp xếp không khít nhau, hoặc có những mao quản. Khi các chất di chuyển chúng bị khe hở giữ lại. Nhờ đó, đất thu hút được nhiều chất dinh dưỡng và sinh vật có ích, không để cho nước cuốn trôi đi. * Hấp thu lý học: Dạng hấp thu này xảy ra trên bề mặt những hạt đất nhỏ (keo đất). Do năng lượng mặt ngoài của keo đất khá lớn làm cho đất có khả năng giữ lại trên bề mặt hạt keo những phân tử của nhiều chất khác nhau trong đất. Sự hấp thu này phụ thuộc vào diện tích bề mặt hạt keo. Diện tích bề mặt hạt keo càng lớn, sự hấp thu lí học càng mạnh. Phân tử các chất tan trong dung dịch đất bị keo đất hấp thu mạnh hơn các phân tử nước. Do đó, nồng độ dung dịch ở xung quanh hạt keo thường cao hơn so với những điểm xa keo đất. Trường hợp này xảy ra sự hấp thu phân tử dương, còn gọi là hấp thu lí học dương. Đó là cơ chế của sự hấp thu các chất hữu cơ như rượu, axit hữu cơ, bazơ hữu cơ và các chất cao phân tử. Theo K.K.Geđroit trong số các hợp chất vô cơ phức tạp trong đất, chỉ có các bazơ mới có thể hấp thu dương. Những chất vô cơ tan trong nước, trái lại có hiện tượng hấp thu âm. Hiện tượng hấp thu âm thường xảy ra khi có đất tiếp xúc với những dung dịch clorua, nitrat. Nhờ có hiện tượng hấp thu lí học âm mà các clorua và nitrat dễ di chuyển trong đất. Khi độ ẩm trong đất tăng thì các clorua và nitrat dễ di chuyển xuống lớp đất dưới. Vì vậy, khi bón phân nitrat hay đạm clorua thì Cl- , NO3- dễ bị rửa trôi và 17 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  12. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất không có khả năng tích luỹ lại trong đất, do đó hiệu lực của phân clorua, nitrat bị giảm sút, ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. * Hấp thu hoá học: Nguyên nhân của sự hấp thu này là do trong đất có những phản ứng hóa học xảy ra, biến đổi một số chất tan thành dạng kết tủa ở lại trong phần rắn của đất. Ví dụ: Khi photphat một canxi tan tương tác với canxi hdrocacbonat trong đất, phản ứng sẽ tạo nên photphat 2 hoặc 3 canxi (không tan). Ca(H2PO4)2 + Ca(HCO3)2 = 2CaHPO4  + 2H2CO3 Ca(H2PO4)2 + 2Ca(HCO3)2 = 2Ca3(PO4)2  + 4H2CO3 Ở đất chua và đất đỏ có nhiều nhôm, sắt thì sự hấp thu hoá học của axit H3PO4 chủ yếu sẽ diễn ra theo hướng tạo thành sắt, nhôm photphat ít tan: Fe(OH)3 + H3PO4 = FePO4 + 3H2O Al(OH)3 + H3PO4 = AlPO4 + 3H2O Do đó, môi trường đất có ảnh hưởng rõ rệt đến sự hấp thu hoá học. Sự hấp thu này chỉ có lợi trong trường hợp đất có nhiều sắt, nhôm di động. Nhờ đó, cây không bị ngộ độc do hàm lượng cao của các ion này. Nhưng ở trường hợp trên, lân dễ tan chuyển thành dạng kết tủa, cây trồng sẽ thiếu lân. Hiệu suất của phân lân trong trường hợp này bị giảm sút. Sự hấp thu hoá học và lí học đều làm thay đổi trạng thái, nồng độ muối trong dung dịch đất. *Hấp phụ hoá lý (hấp phụ trao đổi): Sự tiếp xúc giữa phần rắn với dung dịch đất không những xảy ra hấp thu hoá học, hấp thu phân tử mà còn phổ biến diễn ra sự hấp phụ hoá lí có tầm quan trọng đặt biệt. Quá trình hấp phụ này thường được thể hiện rõ rệt nhất khi phần rắn hấp phụ trao đổi các ion. Đó là khả năng của các hạt đất nhỏ ( 0,0002 mm) phân tán, mang điện tích âm (được gọi là hạt keo có thành phần là chất vô cơ hoặc hữu cơ phức tạp) hút và giữ các cation trên bề mặt hạt keo, đồng thời có kèm theo sự tách một đương lượng các cation khác (Ca2+, Mg2+ …) từ bề mặt keo đất ra dung dịch. Chẳng hạn, khi xử lý đất đã bão hoà ion canxi bằng dung dịch kali clorua, các cation K+ từ dung dịch bị hấp phụ lên bề mặt keo đất và đồng thời từ bề mặt keo đất, một đương lượng Ca2+ được chuyển ra dung dịch. Nếu ký hiệu keo âm là [KĐn-], phản ứng trao đổi cation giữa keo đất với ion trong dung dịch, có thể viết:  n- K n- 2+ [KĐ ]Ca + 2KCl  [KĐ ] K  + CaCl2 18 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  13. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất Trong trường hợp này diễn ra sự trao đổi cation nên người ta gọi dạng hấp phụ này là hấp phụ trao đổi cation. Hấp phụ trao đổi cation là quá trình chủ yếu trong các phản ứng diễn ra trong đất. Nó có ảnh hưởng lớn đến tính chất lí học, hoá lí của đất như: cấu tượng và khả năng đệm của đất. Do đó, nó có ý nghĩa đặc biệt đối với việc bón phân vào đất. Biến đổi hoá học của nhiều loại phân bón, nhất là phân kali và phân đạm dễ tan, phần lớn bị chi phối bởi quá trình hấp phụ trao đổi. Mỗi loại đất ở trạng thái tự nhiên thường có chứa một lượng nhất định các cation hấp phụ trao đổi như: Ca2+, Mg2+, H+, Na+, K+, NH4+, Al3+ … Phần lớn các loại đất có chứa nhiều Ca2+, Mg2+. Một vài loại đất ở trạng thái hấp phụ có chứa một lượng lớn H+ và thường có ít Na+, K+, NH4+. Khi bón một muối tan vào đất (ví dụ: NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4Cl, NaNO3, KCl, K2SO4) các cation của muối trong dung dịch bị hấp phụ bởi các hạt đất có độ phân tán cao, đồng thời có một đương lượng cation đã bị đất hấp phụ từ trước được tách ra và đi vào dung dịch:  NH n- [KĐn-] NH 4 [KĐ ]Ca2+ + (NH4)2SO4  + CaSO4  4 Na [KĐn-]Ca2+ + 2NaNO3  [KĐn-] Na + Ca(NO3)2 [KĐn-]H+ + KCl  [KĐn-]K+ + HCl Trong quá trình hấp phụ trao đổi cation, các hạt đất có độ phân tán cao (keo khoáng hoặc keo hữu cơ) có vai trò chủ yếu. 2.2.2. Tính chua, tính kiềm và phản ứng của dung dịch đất Phản ứng của dung dịch đất có ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển thực vật và vi sinh vật đất, đến tốc độ và chiều hướng của các quá trình sinh hoá, hoá học trong đất. Sự đồng hoá các chất dinh dưỡng của thực vật, hoạt động của vi sinh vật đất, sự khoáng hoá của các chất hữu cơ, quá trình phân huỷ các chất khoáng và sự hoà tan các hợp chất khó tan, việc kết tụ và phân tán keo và những quá trình hoá lí khác, phần lớn phụ thuộc vào phản ứng của đất. Nó cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phân bón trong đất. Mặt khác, phân bón có thể làm thay đổi phản ứng của dung dịch đất như axit hoá hoặc kiềm hoá dung dịch đất. Phản ứng của dung dịch đất phụ thuộc vào tỉ số ion H+ và OH-. Nồng độ ion H+ trong dung dịch được biểu thị bằng chỉ số pH (pH = -log[H+]). Bảng 2.2. Các loại phản ứng dung dịch đất (phân loại dựa vào nồng độ ion H+ - giá trị pH) 19 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  14. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất Nồng độ ion H+ (g/l) Phản ứng pH 10-3 – 10-4 Chua mạnh 3–4 10-4 – 10-5 Chua 4–5 10-5 – 10-6 Ít chua 5–6 10-7 Trung tính 7 10-7 – 10-8 Kiềm yếu 7–8 10-8 – 10-9 Kiềm 8–9 10-9 – 10-11 Kiềm mạnh 9 - 11 Trong điều kiện tự nhiên, phản ứng dung dịch đất thường không vượt quá giới hạn pH = 4 ÷ 8. Phần lớn đất trồng cây lương thực, rau, hoa quả và cây công nghiệp ở nước ta là đất chua không thuận lợi cho sự phát triển thực vật và vi sinh vật có ích trong đất. Do đó, việc làm sáng tỏ bản chất độ chua của đất và nghiên cứu phương pháp khử chua là những vấn đề có ý nghĩa khá quan trọng. * Độ chua và nguyên nhân gây ra độ chua: Đất chua là đất có chứa nhiều H+ không những hiện tại có trong dung dịch đất mà chủ yếu là trên bề mặt keo đất ở trạng thái hấp phụ có nhiều H+ và Al3+. Dựa vào trạng thái tồn tại của H+ trong đất, người ta chia độ chua của đất thành 2 loại: độ chua hiện tại và độ chua tiềm tàng. - Độ chua hiện tại: là độ chua của dung dịch đất, gây nên do nồng độ của ion H+ cao hơn so với ion OH-. Độ chua hiện tại có ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của thực vật và vi sinh vật đất. Nguyên nhân gây ra độ chua hiện tại là do trong đất thường xuyên có sự hình thành khí CO2. Khí CO2 hoà tan vào dung dịch đất tạo ra H2CO3, phân ly thành ioh H+ và HCO3-. Nồng độ CO2 trong phần khí của đất càng cao, hoà tan vào dung dịch đất càng nhiều, dung dịch càng bị axit hoá. Song một phần axit cacbonic được tạo ra bị trung hoà bởi bazơ hấp phụ (Ca2+, Mg2+, Na+) và canxi, magie cacbonat trong đất: CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2 20 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  15. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất  H  2+ + Ca(HCO3)2 KĐ ]Ca + 2H2CO3 = KĐ  H Ngoài ra, dung dịch còn bị axit hoá bởi các axit hữu cơ tan và cả muối nhôm thuỷ phân tạo thành axit và bazơ yếu. Vậy, độ chua hiện tại là độ chua của dung dịch đất tạo nên bởi axit cacbonic, các axit hữu cơ tan trong nước và các muối axit thuỷ phân. Độ chua hiện tại được xác định bằng cách đo pH nước chiết của đất. - Độ chua tiềm tàng: được phân thành độ chua trao đổi và độ chua thuỷ phân. Độ chua trao đổi: Ngoài độ chua hiện tại, đất còn có độ chua tiềm tàng tạo nên sự có mặt của ion H+ hoặc ion Al3+ ở trạng thái hấp phụ. Một số ion H+ ở trạng thái hấp phụ có thể tách ra từ dung dịch do trao đổi với các cation của muối trung tính. Chẳng hạn, khi xử lí đất bằng dung dịch KCl, cation K+ bị hấp phụ bởi đất và ion H+ từ trạng thái hấp phụ chuyển ra dung dịch: KĐ ]H+ + KCl = KĐ ]K+ + HCl Các ion H+ được tách ra làm cho dung dịch đất bị axit hoá. Ngoài ion H+ ở trạng thái hấp phụ, ở các loại đất chua còn có Al3+ hấp phụ cũng có thể chuyển ra dung dịch, khi đất tương tác với các muối trung tính. K+ KĐ ]Al3+ + 3KCl = KĐ K+ + AlCl3 K+ Trong dung dịch, nhô m clorua bị thuỷ phân tạo ra bazơ yếu và axit mạnh AlCl3 + 3H2O = Al(OH)3 + 3HCl Do đó, độ chua trao đổi là độ chua tạo nên bởi các ion H+, Al3+ từ đất tách ra dung dịch, khi xử lý đất bằng dung dịch muối trung tính. Do đó độ chua có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, khi bón một lượng lớn phân vô cơ tan vào đất. Lúc này, độ chua tiềm tàng chuyển thành độ chua hiện tại và trực tiếp ảnh hưởng âm đến sự phát triển của cây trồng và vi sinh vật có mẫn cảm với độ chua. Đặc biệt Al3+ chuyển vào dung dịch sẽ gây độc cho nhiều loại cây trồng. Do đó việc bón vôi vào đất chua cần thiết không chỉ để đảm bảo trung hoà độ chua hiện tại mà còn cả độ chua trao đổi. Người ta xác định độ chua trao đổi bằng cách xử lí lượng cân đất bằng dung dịch KCl 1N. Sau đó đo giá trị pH của nước chiết bằng phương pháp so màu hoặc chuẩn độ nước chiết bằng kiềm và biểu diễn giá trị độ chua trao đổi (pHKCl) bằng số mđlg/100g đất. Trong giá trị của độ chua trao đổi bao gồm cả độ chua hiện tại. Do đó, độ chua trao đổi của đất thường lớn hơn độ chua hiện tại. 21 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  16. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất Độ chua thuỷ phân: Khi xử lý đất bằng dung dịch muối trung tính thì không thể tách được toàn bộ ion H+ ở trạng thái hấp phụ ra dung dịch, nên độ chua trao đổi chưa thể hiện được toàn bộ độ chua tiềm tàng. Các ion H+ ở trạng thái hấp phụ có thể tách hoàn toàn hơn, khi xử lý đất bằng dung dịch muối kiềm thuỷ phân, (chẳng hạn, natri axetat CH3COONa 1N). Trong nước, muối này bị thuỷ phân tạo ra axit axetic phân li yếu và bazơ mạnh, do đó dung dịch trở nên kiềm (pH  8,5) CH3COONa + H2O  CH3COOH + Na+ + OH- Phản ứng kiềm của dung dịch muối này chính là nguyên nhân chủ yếu để tách ion H+ hoàn toàn hơn khỏi trạng thái hấp phụ trên bề mặt keo đất. Khi dung dịch CH3COONa tương tác với keo đất, các ion H+ từ bề mặt keo đất trao đổi với Na+. Các ion H+ đi ra dung dịch và liên kết với ion OH- để tạo H2O. [KĐ]H+ + CH3COOH + Na+ + OH-  [KĐ]Na+ + CH3COOH + H2O Đất hấp phụ ion Na+ càng nhiều và ion OH- trong dung dịch được liên kết với ion H+ càng nhiều thì cân bằng của phản ứng thuỷ phân CH3COONa càng chuyển dịch sang phải. Do vậy, axit axetic được tạo ra càng lớn. Có thể xác định lượng axit axetic trong dung dịch bằng chuẩn độ với kiềm. Dạng độ chua này được thể hiện nhờ các muối kiềm thuỷ phân, nên được gọi là độ chua thuỷ phân. Dưới tác dụng của muối trung tính (khi xác định độ chua trao đổi) chỉ có một phần ion H+ trên bề mặt keo đất được tách ra. Các ion H+ còn lại trên bề mặt keo đất không tham gia vào phản ứng trao đổi này. Còn dưới ảnh hưởng dung dịch kiềm của CH3COONa (khi xác định độ chua thuỷ phân), các ion H+ ở phức hệ hấp phụ (keo đất) được tách ra hoàn toàn hơn. Vì thế, độ chua nhận được khi xử lý đất bằng dung dịch CH3COONa lớn hơn độ chua trao đổi. Độ chua thuỷ phân được biểu thị bằng số mđlg trong 100g đất. Tuy nhiên, đôi khi kết quả xác định độ chua thuỷ phân nhỏ hơn độ chua trao đổi. Có thể giải thích là do một vài loại đất có nhiều keo dương (đất đỏ) có khả năng hấp phụ các anion của axit axetic và trao đổi bằng ion OH- của keo dương, vì vậy mà độ chua của nước chiết giảm đi. Trong trường hợp này, sử dụng phương pháp thường dùng để xác định độ chua thuỷ phân là không thuận lợi. Nói chung, độ chua thuỷ phân có giá trị gần đúng với độ chua tiềm tàng của đất, nên nó là một cơ sở quan trọng cho việc giải quyết nhiều vấn đề thực tế sử dụng phân bón. * Độ kiềm của đất: Ngoài đất chua, còn có những loại đất có giá trị pH cao (pH>7): đất kiềm. Phản ứng của loại đất này cũng không thuận lợi cho sự phát triển của thực vật và 22 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  17. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất vi sinh vật đất. Những đất có chứa nhiều Na+ ở trạng thái hấp phụ (KĐ]Na+) thuộc vào loại đất kiềm. Sự có mặt của nhiều ion Na+ trong số các cation trao đổi có liên quan với tính mặn của đất do các muối natri (ví dụ: NaCl, Na2SO4, Na2CO3). Trong dung dịch các đất kiềm thường có chứa Na2CO3, NaHCO3, do đó pH>8, nên phản ứng của loại đất này không thuận lợi cho đa số cây trồng. Sự hình thành Na2CO3 trong dung dịch đất có thể giải thích bằng phản ứng trao đổi giữa Na+ với dung dịch axit cacbonic trong đất:   Na H KĐ  Na  KĐ  H + H2CO3 + Na2CO3   Tuỳ thuộc vào hàm lượng Na+ hấp phụ và có thể trao đổi trong đất, người ta phân loại đất kiềm như sau: - Đất solonet có hàm lượng Na+ trao đổi > 20% - Đất thuộc loại solonet… 10- 20% - Đất thuộc loại solonet yếu 5- 10% - Đất không thuộc loại solonet…. < 5% + Đất có chứa một lượng lớn ion Na trao đổi (trên 5% so với dung lượng hấp phụ) thường gây ra những ảnh hưởng xấu đến các tính chất lí học, là m giảm năng suất cây trông và gây khó khăn cho việc cày bừa, làm đất. 2.2.3. Tính chất đệm của đất. Phản ứng của dung dịch đất hay nói một cách khác là độ chua kiềm không phải là một đại lượng không đổi. Trong đất còn có quá trình lí, hoá học và sinh học tạo ra axit hoặc bazơ và dẫn đến thay đổi phản ứng của dung dịch đất. Sự giải phóng axit cacbonic trong quá trình hô hấp của rễ, sự tạo thành axit nitric do quá trình nitrat hoá và những sản phẩm khác của axit trong quá trình sinh sống của vi sinh vật gây ra sự axit hoá dung dịch đất. Phản ứng của dung dịch đất cũng bị thay đổi dưới ảnh hưởng của việc sử dụng phân bón. Chẳng hạn, khi bón những phâ n sinh lí chua (NH4Cl, (NH4)2SO4 vv…) dung dịch đất bị axit hoá, còn khi sử dụng phân sinh lí kiềm (NaNO3, Ca(NO3)2) lại diễn ra sự trung hoà độ chua hoặc kiềm hoá dung dịch đất. Khi bón có hệ thống các phân sinh lí chua hoặc sinh lí kiềm, phản ứng của dung dịch đất có thể bị thay đổi đáng kể và có ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng và vi sinh vật đất. Song, sự thay đổi phản ứng của môi trường đất dưới tác dụng của những yếu tố trên, ở các loại đất khác nhau lại diễn ra không hoàn toàn như nhau. 23 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  18. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất Đối với các loại đất này thì ít thay đổi, đối với các loại đất khác lại biến đổi nhiều hơn. Khả năng của đất chống lại sự thay đổi phản ứng của dung dịch đất về phía axit hoặc kiềm được gọi là khả năng đệm của đất. Nói chung, khả năng đệm của đất phụ thuộc vào tính đệm của phần rắn và phần lỏng của đất. Tính đệm của dung dịch đất là do các axit yếu (H2CO3, axit hữu cơ tan) và muối của chúng. Axit yếu (chẳng hạn H2CO3) phân li không hoàn toàn, do đó trong dung dịch phần lớn axit yếu còn ở dạng phân tử ít phân li và chỉ có một lượng nhỏ được phân li H2CO3  H+ HCO3- + Nếu trong dung dịch đất có chứa axit cacbonic, khi có kiềm xuất hiện thì ion OH sẽ liên kết với ion H+ tạo ra các phân tử điện li yếu, cân bằng được chuyển - dịch và các phân tử axit yếu phân li thê m. Các ion H+ tạo ra sẽ liên kết với ion OH- của kiềm và pH của dung dịch sẽ bị thay đổi. Do đó, axit yếu của dung dịch đất có khả năng chống lại sự kiềm hoá dung dịch. Chẳng hạn, khi bón phân sinh lí kiềm canxi nitrat trong đất, sẽ có Ca(OH)2 tạo thành. Tác dụng với axit cacbonic cho canxi cacbonat không tan và sẽ hạn chế phản ứng kiềm hoá dung dịch: = CaCO3 + 2H2O Ca(OH)2 + H2CO3 Dung dịch đất, có hỗn hợp axit yếu và muối của nó (chẳng hạn H2CO3 và Ca(HCO3)2 sẽ đệm, hay nói một cách khác là sẽ có khả năng chống lại axit hoá. Muối của axit yếu phân li gần hoàn toàn Ca(HCO3)2 = Ca2+ + 2HCO3-). Vì sự phân li của axit yếu, ví dụ H2CO3 , không hoàn toàn, nên theo định luật tác dụng khối lượng , ta có: H .HCO   K H   K . H CO     3 2 3  H 2 CO3   HCO 3 Theo hệ thức trên, sự phân li của axit H2CO3 phụ thuộc vào lượng trong dung dịch. Sự phân li sẽ giảm khi nồng độ anion HCO3- tăng. Khi dung dịch có chứa đồng thời H2CO3 và Ca(HCO3)2, nồng độ anion HCO3- chủ yếu phụ thuộc vào lượng Ca(HCO3)2. Do đó, sự có mặt các muối này trong dung dịch sẽ tạo nên một lượng lớn anion HCO3-, cản trở sự phân li của axit , một phần các ion H+ từ trạng thái phân li sẽ chuyển về trạng thái không phân li và nồng độ H+ trong dung dịch càng giảm, khi nồng độ muối càng cao. Nếu trong dung dịch đất chứa H2CO3 và Ca(HCO3)2 lại xuất hiện axit nitric (do quá trình nitrat hoá) axit nitric sẽ tác dụng với Ca(HCO3)2 tạo ra axit yếu ít phân li (H2CO3), có nghĩa là các ion H+ liên kết với các anion HCO3- chuyển thành trạng thái không phân li. Như vậy, trong dung dịch tạo nên muối trung tính và axit yếu, vì vậy pH của dung dịch ít bị thay đổi do dung dịch có tác dụng đệm đối với sự axit hoá của axit nitrric. 24 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  19. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất Ca2+ + 2HCO3- + 2H+ + 2NO3- = Ca2+ + 2NO3- + 2H2CO3 Hệ đệm gồm axit hữu cơ và muối của chúng cũng có tác dụng đệm tương tự: (RCOO)2Ca + 2HNO3 = 2R-COOH + Ca(NO3)2 axit hữu cơ phân li yếu 2RCOOH + Ca(OH)2  (RCOO)2Ca + 2H2O Khả năng đệm của đất không chỉ phụ thuộc vào thành phần của dung dịch đất mà còn phụ thuộc vào tính chất phần rắn của đất. Vai trò đệm của dung dịch đất, trong khả năng đệm nói chung của đất thường rất nhỏ. Phần rắn, chủ yếu là phần keo của nó, là yếu tố đệm mạnh nhất trong đất. Do đó, khả năng đệm của đất chủ yếu phụ thuộc vào thành phần các cation trao đổi ở phức hệ hấp phụ của đất. Dung lượng hấp phụ của đất càng lớn, khả năng đệm của nó càng cao. Các ion bazơ hấp phụ (Ca2+, Mg2+ …) có tác dụng đệm đối với sự axit hoá. Nếu đất đã bão hoà bazơ, khi có axit xuất hiện (ví dụ, bón phân amoni sunfat thì xuất hiện H2SO4) thì những ion H+ của axit sẽ trao đổi với các cation của phức hệ hấp phụ (H+ chuyển vào trạng thái hấp phụ) dung dịch có muối trung tính, và phản ứng của dung dịch đất ít bị thay đổi. Ca2+ H+ KĐ Ca2+ + 2H+ + SO42-  KĐ H+ + CaSO4 Mg2+ Ca2+ Mg2+ Độ bão hoà bazơ và dung lượng hấp phụ càng lớn, đất càng có khả năng chống sự axit hoá. Các cacbonat (CaCO3 và MgCO3) cũng làm yếu sự axit hoá dung dịch đất vì chúng trung hoà axit và tạo ra bicacbonat: 2CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + Ca(HCO3)2 Vì vậy, đất được bão hoà bazơ có khả năng đệm rất cao đối với axit. Còn đất không bão hoà bazơ có chứa nhiều Al3+ và H+ ở trạng thái hấp phụ, có khả năng đệm cao đối với sự kiềm hoá. Khi bón vôi vào đất này, các cation của nó được hấp phụ và trao đổi với các ion H+: H+ Ca2+ KĐ H+ + Ca(OH)2 = KĐ + 2H2O Ca2+ Ca2+ Độ chua thuỷ phân của đất càng lớn, khả năng đệm chống lại phản ứng kiềm hoá càng lớn. 25 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
  20. Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất Khả năng của đất chống lại sự thay đổi phản ứng của dung dịch đất có ý nghĩa lớn khi bón phân vô cơ. Đất có khả năng đệm thấp (đất cát và đất cát pha) khi bón nhiều phân sinh lí chua có thể có sự thay đổi mạnh phản ứng về phía axit và ảnh hưởng bất lợi đến sự phất triển thực vật và vi sinh vật đất. Đất có thành phần cơ giới nặng và giàu mùn, có dung lượng hấp phụ cao và do đó có tác dụng đệm lớn, phản ứng dung dịch ít thay đổi, ngay cả khi bón có hệ thống các phân khoáng chua hoặc kiềm. Đất có độ bão hoà bazơ cao sẽ có khả năng đệm tốt với sự axit hoá, còn đất có độ bão hoà bazơ thấp sẽ có khả năng chống sự kiềm hoá dung dịch. Việc bón phân hữu cơ kết hợp với vôi có hệ thống sẽ nâng cao dung lượng hấp phụ và độ bão hoà bazơ, do đó cũng làm tăng khả năng đệm của đất. 26 Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản