Bài giảng Khoa học đất - Chương 6: Hóa học đất

Chia sẻ: Minh Vũ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

124
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Khoa học đất - Chương 6: Hóa học đất" cung cấp cho người học các kiến thức: Độ pH của đất, EC - Độ dẫn điện, CEC - Khả năng trao đổi cation. Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên ngành Môi trường và Địa lý dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Khoa học đất - Chương 6: Hóa học đất

Hóa học đất • pH • EC - Độ dẫn điện • CEC - Khả năng trao đổi cation pH • pH đất là tính chất hóa học quan trọng của đất • Khi biết pH sẽ xác định được đất có thích hợp cho cây trồng phát triển và những chất dinh dưỡng nào bị giới hạn pH = - log[H+] ở pH = 6 lượng ion H+ gấp 10 lần so với ở pH = 7 và ở pH = 5 lượng ion H+ hơn 100 lần so với pH = 7 1
pH đất Vùng khí hậu ẩm Vùng khí hậu khô Cn bón Đất có chứa Đất than thêm vôi các khoáng bùn chua cho cây kiềm Rất Mạnh Yếu Yếu → Mạnh → Rất mạnh mạnh Chua - Acid Kiềm - Alkaline Một số giá trị pH thông dụng Sự hình thành mưa acid Nguồn của H+ trong đất *do cation Hydrogen (H+) ở pH ≥ 6 và Aluminum (Al) ở pH < 6 Al3+ + H20 ---> Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O ---> Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H20 ---> Al(OH)3 + H+ 2
* do Nitric hóa (Nitrification): Ammonium thành Nitrate (oxy hóa NH4+) NH4+ + 2O2 ---> NO3- + H2O + 2H+ * do sự phân hủy chất hữu cơ: R-COOH---> R-COO- + H+ Phóng thích: CO2 + H2O ----> H2CO3 = H+ + HCO3- • do hấp thụ các cation kiềm trong dung dịch đất như Ca2+, Mg2+, K+ và phóng thích ion H+ * do rửa trôi các cation kiềm Ca2+ + 2H20 ---> Ca(OH)2 + 2H+ -----> Ca2+ + 2OH- 3
pH và tính hữu dụng của dinh dưỡng NRCS Data Soil pH of Europe Đất phèn -Acid Sulfate Soils 4
Australia Australia 'QASSIT, Qld Department of Natural Resources and Mines' EC - Độ dẫn điện Mức độ dẫn điện của đất • Đơn vị tính là S/cm hay mS/cm (S = Siemen) Độ cản trở dòng điện - điện trở: R = ohm (ρ = l.R/S) Độ dẫn điện: 1/R = moh • Đơn vị tính là S/cm hay moh/cm (S = Siemen) 5
Khả năng trao đổi cation – CEC (Cation Exchange Capacity) • Là khả năng mà đất Lông rễ giữ dinh dưỡng và Hạt chống lại sự rửa trôi TRAO ĐỔI mùn • Các cation là các ion mang điện dương Vùng có hoạt động như Ca2+, Mg2+, K+, sinh học NH4+... Hạt sét • Đất có CEC cao thì có TRAO ĐỔI độ phì cao. CEC CEC • Trao đổi cation trong dung dịch và các cation khác trên bề mặt âm điện của khoáng sét hay chất hữu cơ H+ Đất Ca2+ +2H+ + Ca2+ H+ Keo đất Dung dịch Keo đất Dung dịch đất đất CEC chịu ảnh hưởng bởi: 1) Độ hấp phụ mạnh hay yếu: Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH4+ > Na+ > H+ Giữ chặt --------------------------> dễ bị thay thế 2) Hàm lượng của các cation trong dung dịch đất 6
CEC 1) số lượng cation hấp phụ trên khối lượng đất hay 2) tổng cation trao đổi mà đất có thể hấp phụ * đơn vị tính: mili đương lượng trên 100 g đất khô (meq) Trọng lượng phân tử hoặc nguyên tử (g) Trọng lượng đương lượng = Điện tích mili đương lượng (meq) 1 meq của CEC có 6.02 x 10 20 nguyên tố meq của một số Cation Nguyên tố Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Điện tích 1 1 2 2 Đương lượng 23/1=23 39/1=39 40/2=20 24/2 = 12 Mili đương lượng .023 .039 .02 .012 CEC • gồm các cation trao đổi: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, H+, Al3+ Đất ĐBSCL có CEC: - Đất sét: 16 – 25 meq - Đất cát có
CEC • Phần trăm bazơ bão hòa (%BS): Tổng cation kiềm trao đổi %BS = x 100 CEC Σ (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) ở dạng trao đổi %BS = x 100 CEC CEC và EC • Phần trăm natri trao đổi (ESP): Na+trao đổi ESP = x 100 CEC • Tỷ số natri hấp phụ (SAR) [Na trao đổi] SAR = x 100 ½ [Ca2+ +Mg2+] • Đất bị sodic hóa có: EC > 4 mS/cm, ESP >15%, SAR >13% Keo đất Ở trạng thái rắn khi trong dung dịch (lơ lửng) Tham gia hầu hết các phản ứng trong đất Gồm: - Keo vô cơ: Sét - Keo hữu cơ: Mùn 8
Keo sét Kích thước < 1 µm hay 0,001 mm Sét
Sự kết hợp giữa phiến tứ diện và phiến bát diện trong tinh thể sét Khoáng 1:1 Khoáng 2:1 Cách liên kết các phiến tứ diện với phiến bát diện Sự thay thế đồng hình 10
Sự thay thế đồng hình Khoáng sét mang điện tích âm Tính trương nở của các khoáng sét Cấu tạo của phiến tứ diện, bát diện và của khoáng sét nhìn trên mặt phẳng 11
Keo sét Sét Silicate Hình dạng – nhiều phiến mỏng chồng lên nhau Diện tích bề mặt: lớn do kích thước hạt nhỏ Điện tích: mang điện tích âm Hấp phụ cation là sự liên kết giữa các cation trên bề mặt keo sét và dung dịch đất chứ không thay thế bên trong nó trong phức hệ keo sét 1. Các hạt keo không bị hòa tan 2. Lực giữ các cation không chặt Trao đổi cation - sự thay thế một cation hấp phụ bằng một cation khác Sự hiện diện của các Cation Các cation ở từng điều kiện khí hậu: Vùng ẩm: H+ Ca2+ Mg2+ Vùng bán ẩm ướt: Ca2+ Mg2+ Na+ K+ H+ Vùng khô hạn: Na+ nhiều hơn Ca2+ Thứ tự liên kết chặt giữa cation với keo đất: Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > NH4+ > Na+ 12
Tính chất khoáng học của sét silcate Cấu trúc tinh thể: – Phân tích bằng tia X – Xem dưới kính hiển vi điện tử Ba nhóm sét Silicate chính: (Dựa trên cấu trúc tinh thể) 1. Kaolinite 2. Montrmorillonite 3. Illite (Hydrous Micas) Nhóm Kaolinite Phiến Silic ở bề mặt ngoài(1) Đơn vị tinh thể Phiến Nhôm Hấp phụ Khoảng hở Ít hoặc không có sự hấp Phiến Silic phụ ở giữa các phiến sét(2) Đơn vị tinh thể Phiến Nhôm Tỷ lệ của phiến Si và Al là 1:1 Khoáng không trương nở (1): External Adsorptive Surfaces (2): Internal Adsorptive Surfaces Nhóm Montmorillonite Phiến Silic ở bề mặt ngoài Đơn vị tinh thể Phiến Nhôm Hấp phụ Phiến Silic Hấp phụ ở giữa Khoảng hở Phiến Silic các phiến sét Phiến Nhôm Đơn vị tinh thể Phiến Silic Tỷ lệ của phiến Si và Al là 2:1 Khoáng trương nở CEC lớn hơn 0 – 20 lần so với Kaolinite 13
Hydrous Micas Illite Khoáng 2:1 K – được giữ trong khoáng Phân bố của các khoáng theo vùng địa lý: Nóng ẩm - Kaolinite Lạnh - Illite Vùng bán ầm đến bán khô hạn - Montmorillonite Phân loại các sét Silicate Hình thành từ Feldspar - Mica - Amphiboles - Pyrexenes Chua nhiều Khoáng Khí hậu lạnh khô nguyên Mất ít Illite M Khí hậu sinh chứa K hoà ất K nóng ẩm nt Si oàn Muscovite Trung tính Chua Mất Mont. Kaol. 2:1 hoặckiềm yếu nhiều Si Oxid Khí hậu nóng Nguyên nhân âm điện của sét silicate 1. Do nhóm Hydroxyl (OH-) Al O- H+ Lực liên kết yếu H trao đổi 14
Nguyên nhân âm điện của sét silicate 2. Sự thay thế đồng hình: thay thế của các cation có điện tích nhỏ hơn cho cation có điện tích lớn hơn ở bên trong tinh thể sét Khoáng Montmorillonite Phiến Nhôm Mg2+ for Al3+ O = Al - O - H - O - Mg - O - H Phiến Silic Al3+ for Si4+ O = Si = O - O - Al = O Thay đổi thành phần hóa học Mg Kaolinite - Al4Si10 (OH)8 [Si2O3OHO2Al2(OH)3]2 1:1 Montmorillite - Al4Si8 (OH)4 2:1 [Si2O3OHO2Al2OH2Si2O3]2 Mg Mg Al Illite - K Al2Si4O10 (OH)2 Chất mùn (Humus) - Keo hữu cơ 1. Mang điện âm thay đổi 2. Hấp phụ cation trên mạng lưới bề mặt 3. Thành phần: Carbon(C) Hydrogen(H) and Oxygen(O) (Khoáng silicate: Aluminum (Al) Silicon (Si) and Oxygen (O)) 4. Có CEC cao hơn sét 5. Không bền như sét – luôn hình thành rồi phân hủy 15
CEC CEC = các ion base trao đổi + acid trao đổi (H) (changeable bases + exchangeable acidity) Được tính bằng điện tích trao đổi (độ âm điện) trên tinh thể khoáng sét hoặc trên chất mùn Đơn vị: meq Mili đương lượng (Milliequivalent) CEC của chất mùn và khoáng sét Thành phần CEC (meq/100g) Chất mùn 200 Montmorillonite 100 Illite 30 Kaolinite 8 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của thực vật 1. Ánh sáng 2. Nền đất 3. Sức nóng 4. Không khí 5. Nước 6. Chất dinh dưỡng 16
Các nguyên tố thiết yếu cho sự phát triển của cây trồng Có 16 nguyên tố 1. Khi thiếu các nguyên tố này, cây trồng không thể hoàn thành giai đoạn sinh trưởng và sinh sản được. 2. Nguyên tố bị thiếu không thể thay thế bằng nguyên tố khác 3. Các nguyên tố này là dinh dưỡng của cây, bên cạnh đó chúng cũng ảnh hưởng đến điều kiện hóa sinh trong đất. Các nguyên tố thiết yếu và nguồn cung cấp chúng Nguyên tố thiết yếu Nguyên tố thiết yếu đa lượng vi lượng Từ không khí Từ đất và nước Carbon Nitrogen Iron Copper Calcium Manganese Zinc Hydrogen Phosphorus Boron Chlorine Magnesium Oxygen Potassium Sulfur Molybdenum Nguyên tố thiết yếu từ không khí và nước C từ CO2 H từ H2O O từ O2 CO2 + H2O C6H12O6 94 - 95% tế bào thực vật tươi 17
Nguyên tố thiết yếu từ đất Đa lượng: N, P, K, Ca, Mg, S - N, P, K, S từ phân xanh hay phân hóa học - Ca, Mg từ vôi Vi lượng: Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Cl dùng với lượng nhỏ nhưng không có nghĩa là ít thiết yếu Nhu cầu dinh dưỡng 1. Hàm lượng 2. Dạng (hình thức) và khả năng hữu dụng 3. Dung dịch đất Nhu cầu dinh dưỡng 1. Hàm lượng N, P - lượng nhỏ trong đất K, Ca, Mg - lượng nhỏ trong đất chua - lượng lớn trong đất kiềm S - hiện diện với lượng nhỏ nhưng hữu dụng rất nhanh 18
Nhu cầu dinh dưỡng 2. Dạng và khả năng hữu dụng Có 2 dạng: - nguyên tố (dễ hữu dụng) - tạo phức (khó tan) Dạng nguyên tố (dạng dễ hữu dụng) 1. mất đi do rửa trôi hay thấm lậu 2. dinh dưỡng cho vi sinh vật 3. dinh dưỡng cho thực vật 4. có thể chuyển sang dạng phức Dạng phức hữu cơ 1. bị giữ bởi chất hữu cơ trong đất 2. được phóng thích khi chất hữu cơ bị phân hủy 3. nitrogen, sulfur và phosphorous 19
Dạng phức vô cơ 1. đa số K, Ca, Mg tồn tại ở dạng này 2. cây trồng chỉ có thể sử dụng khi chúng chuyển sang dạng dễ hữu dụng Tạo phức - Ít hữu dụng Nguyên tố - Hữu dụng Nitrogen (N) Liên kết hữu cơ, Nitrogen Muối ammonium NH4+ protein, amino acid cycle Muối nitrite NO2- Muối nitrate NO3- Phosphorus (P) Apatite Ca, K và Mg HPO42- Ca, Fe, Al phosphate phosphate H2PO4- nucleic acid Kali (K) Feldspar, Mica Ion K hấp phụ bởi keo sét Clay, Illite Muối K K+ Tạo phức - Ít hữu dụng Nguyên tố - Hữu dụng Calcium (Ca) Calcite, Dolomite Ion Ca hấp phụ bởi keo Muối Ca Ca2+ Magnesium (Mg) Ion Mg hấp phụ bởi keo Mica, Dolomite, Hornblend Muối Mg Mg2+ Sulfur (S) Pyrite và Gypsum Oxidation Sulfate SO32- Dạng hữu cơ Ca, K, Mg sulfate SO42- 20