Giáo trình -Thổ nhưỡng học - chương 6

Chia sẻ: Lit Ga | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

261
lượt xem 78
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương VI PHẢN ỨNG CỦA ĐẤT 1. Khái niệm về dung dịch đất và phản ứng của đất 1.1. Các khái niệm chung Nước mưa trước khi nhập vào đất đã chứa một lượng nhỏ các chất hoà tan và các khí như O2, CO2, N2, NH3. Như vậy nước mưa không tinh khiết, thực ra nó là một dung dịch. Khi thấm vào đất, nước mưa tiếp tục hoà tan thêm một số chất nữa trong thể rắn của đất và tạo thành dung dịch đất. Dung dịch đất có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình -Thổ nhưỡng học - chương 6

Chương VI PHẢN ỨNG CỦA ĐẤT 1. Khái niệm về dung dịch đất và phản ứng của đất 1.1. Các khái niệm chung Nước mưa trước khi nhập vào đất đã chứa một lượng nhỏ các chất hoà tan và các khí như O2, CO2, N2, NH3. Như vậy nước mưa không tinh khiết, thực ra nó là một dung dịch. Khi thấm vào đất, nước mưa tiếp tục hoà tan thêm một số chất nữa trong thể rắn của đất và tạo thành dung dịch đất. Dung dịch đất có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành đất và độ phì nhiêu của đất. Dung dịch đất là bộ phận linh hoạt nhất. Nó tham gia trực tiếp vào quá trình hình thành đất, vào các phản ứng lý, hoá, sinh học, vào sự trao đổi chất dinh dưỡng của cây. Vì thế dung dịch đất sẽ quyết định các phản ứng xảy ra trong đất như: phản ứng chua, phản ứng kiềm, phản ứng đệm, phản ứng ôxy hoá khử của đất. Phản ứng của đất còn gọi là phản ứng của dung dịch đất. Phản ứng của dung dịch đất chính là các quá trình hoá học hay lý - hoá học diễn ra trong đất. Trong thổ nhưỡng học phản ứng của đất gồm có: phản ứng chua, phản ứng kiềm, phản ứng đệm và phản ứng oxy hoá khử. Các phản ứng này ảnh hưởng rất lớn đến thành phần, tính chất và độ phì nhiêu của đất. Nghiên cứu về dung dịch đất và phản ứng của nó luôn là nội dung không thể thiếu của thổ nhưỡng học. 1.2. Ý nghĩa của dung dịch đất: - Các chất hoà tan trong dung dịch đất chính là nguồn cung cấp dinh dưỡng dễ tiêu cho cây. - Nồng độ của dung dịch đất ảnh hưởng đến khả năng hút nước của cây. Nếu đất bị mặn hay do bón nhiều phân hoá học thì áp suất thẩm thấu của dung dịch đất tăng lên, cản trở sự hút nước của cây dù trong đất
còn một lượng nước tương đối cao. Ðây còn gọi là hiện tượng héo sinh lý. - Phản ứng của dung dịch đất ảnh hưởng đến sự hoạt động của hệ vi sinh vật đất, đến tính chất lý - hoá học của đất và thức ăn nuôi cây. Ví dụ như sự hoà tan của lân phụ thuộc vào pH. - Trong dung dịch đất có một số muối và các chất hoà tan khác. Anion và cation trong dung dịch đất làm cho đất có tính đệm, có thể giữ cho độ pH của đất ít thay đổi - Dung dịch đất có chứa một số chất hoà tan có thể làm tăng cường quá trình phong hoá đá để hình thành đất. Thí dụ: NH3, NO2, CO2 từ khí quyển khi tan trong nước làm sự phá huỷ đá vôi theo con đường hoà tan được tăng cường. Ðộ hoà tan của đá vôi trong nước bão hoà CO2 lớn hơn trong nước tinh khiết 70 lần. Quá trình phá huỷ đá vôi với sự tham gia của CO2 hoà tan trong nước xảy ra theo phương trình sau: CaCO3 + CO2 + H2O  Ca(HCO3)2 1.3. Thành phần và nồng độ của dung dịch đất Thành phần và nồng độ của dung dịch đất rất phức tạp và luôn thay đổi. Nồng độ của dung dịch đất không lớn và thường không vượt quá vài gam các chất trong 1 lít dung dịch. Riêng trường hợp đất mặn và đất phèn hàm lượng các chất hoà tan trong dung dịch đất có thể đạt tới hàng chục thậm chí hàng trăm gam trong 1 lít. Về thành phần, dung dịch đất chứa các chất vô cơ, hữu cơ, hữu cơ - vô cơ. Những chất này tồn tại trong dung dịch đất ở dạng phân tử hoà tan hay ở dạng keo (ở trạng thái sol). + Các chất vô cơ trong dung dịch có: - Các cation: Ca2+, Mg2+, NH4+, Na+, K+, H+. Trong đất chua còn có cả Al3+ và Fe3+. Trong đất lầy có Fe2+ - Các anion: HCO3-, CO32-, NO3-, NO2-, SO42-, Cl-, H2PO4-, HPO42-..., + Những chất hữu cơ: các sản phẩm của quá trình phân giải chất hữu cơ, các sản phẩm của hoạt động sống của sinh vật (axit hữu cơ, axit amin, đường, rượu, men, chất chát...) và cả các chất mùn.
+ Những chất hữu cơ - vô cơ trong dung dịch chủ yếu gồm những hợp chất phức tạp của các chất hữu cơ có tính axit (các axit mùn, poliphenol, axit hữu cơ phân tử thấp) với cation của sắt và nhôm. + Các chất khí hoà tan như CO2, O2, N2, NH3 v.v. + Trong dung dịch ngoài các chất hoà tan còn có các chất không hoà tan thường là những phần tử keo hữu cơ, hữu cơ - vô cơ, keo sét, keo silic, hiđrôxit sắt và nhôm. Theo K.K. Gedroi hàm lượng keo trong dung dịch đất chiếm từ 1/4 đến 1/10 hoặc ít hơn tổng lượng keo của đất Thành phần và số lượng các chất hoà tan trong dung dịch đất không cố định nhưng cũng có thể dùng để phân biệt loại đất này với loại đất khác ở mức độ nhất định. Thành phần và số lượng các chất hoà tan trong dung dịch đất luôn được bổ sung từ các nguồn sau: - Do ta bón phân hữu cơ và vô cơ vào đất - Do nước mưa hoặc nước ngầm mang tới - Do quá trình trao đổi ion giữa keo đất và dung dịch đất - Do các sản phẩm của quá trình phong hoá đá và quá trình phân giải các chất hữu cơ. Thành phần và nồng độ dung dịch đất phụ thuộc vào thời tiết, khí hậu, hàm lượng nước trong đất, sự hoạt động của sinh vật, phản ứng của đất, thành phần đá mẹ, nước ngầm và chế độ canh tác. 1.4. Các phương pháp nghiên cứu dung dịch đất Muốn nghiên cứu dung dịch đất người ta dùng các phương pháp khác nhau để chiết rút nó ra khỏi đất như: + Phương pháp phổ biến là dùng nước cất tác dụng lên đất theo tỷ lệ đất: nước bằng 1:5 rồi lọc. Dung dịch này đã bị hoà loãng ra nhiều và thành phần thay đổi vì lượng nước lớn có thể hoà tan các chất trước đó không hoà tan. Tuy nhiên với phương pháp này ta cũng hiểu được cơ bản về tính chất của dung dịch đất. + Dùng axit loãng tác dụng với đất. Ví dụ khi định lượng K+, NH4+ và P2O5 dễ tiêu ta dùng HCl 0.2N với tỷ lệ đất dung dịch là 1:5. Với phương pháp này thành phần và nồng độ các chất hoà tan trong dung dịch đất đã khác nhiều so với thực tế nhưng vẫn có thể đánh giá một phần hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất.
+ Nghiên cứu dung dịch bằng phương pháp "thuỷ thẩm kế" (Lizimet): Phương pháp này cho phép chúng ta nghiên cứu dung dịch đất ở các độ sâu khác nhau. Có hai cách thu hồi dung dịch đất: - Ở các độ sâu nhất định trong đất ta đặt các phễu hứng nước từ trên chảy xuống và dẫn đến bình chứa. Phương pháp này có nhược điểm là nước chỉ chảy đến phễu khi trong đất có nước thừa (nước trọng lực), có nghĩa là thành phần và nồng độ dung dịch đất đã thay đổi nhưng dù sao dịch này đã thấm qua đất nên cho ta khái niệm về dung dịch đất vững chắc hơn các phương pháp trên. - Ở các độ sâu nhất định trong đất nguời ta đặt các bình kín bằng sứ xốp. Với bơm chân không người ta đưa áp suất trong bình về xấp xỉ 0 atm. Sự chênh lệch áp suất giữa trong và ngoài bình làm dung dịch đất bị hút vào bình. Với phương pháp này dung dịch mà ta thu được đúng với dung dịch thực của đất (trong điều kiện là độ ẩm đất gần với độ trữ ẩm đồng ruộng). + Phương pháp dùng áp lực đẩy dung dịch đất ra: Năm 1903 Bơrich (Mỹ) dùng máy ly tâm quay 8000 vòng/phút nhưng chỉ tách được dung dịch đất khi đất có độ ẩm cao. Năm 1916 Raman, Bamơ (Ðức) và Vanzi (Hà lan) đã tách dung dịch đất bằng cách ép đất. Năm 1941, Rixa (Mỹ) cho đất vào màng Xelophan và dùng áp lực 16 atmotphe đẩy dung dịch đất qua màng. Năm 1947 Kriukôp (Nga) đã nghiên cứu dung dịch đất bằng cách dùng sức ép 1000-2000 kg/cm2. Hiện nay người ta dùng máy đo trực tiếp để nghiên cứu dung dịch đất. Ví dụ: Ðo nồng độ H+ bằng pH meter; đo tổng số muối tan bằng xuất dẫn điện; Ðo điện thế oxy hoá khử bằng Eh meter... 2. Phản ứng chua của đất Ðất có phản ứng chua khi trong đất có chứa nhiều cation H+ và Al 3+ , mức độ chua phụ thuộc vào nồng độ của các cation H+ và Al 3+. Nồng độ các cation nay trong đất càng cao thì đất càng chua. 2.1. Nguyên nhân gây chua cho đất Khi nghiên cứu các nguyên nhân làm cho đất trở nên chua người ta thấy có rất nhiều yếu tố chi phối. Sau đây ta sẽ xem xét những nguyên nhân chủ yếu tác động vào quá trình hoá chua của đất.
a. Yếu tố khí hậu: Các đặc trưng của khí hậu như nhiệt độ, ẩm độ, đặc biệt là lượng mưa ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phong hoá đá, sự chuyển hoá và di chuyển vật chất, đồng thời còn ảnh hưởng đến thực bì và hoạt động của sinh vật trong đất. Tất cả các quá trình này đều có quan hệ chặt chẽ với sự hình thành và biến đổi độ chua của đất. Nói chung nhiệt độ càng cao và lượng mưa càng lớn thì càng có lợi cho tác dụng phá huỷ đá và rửa trôi vật chất. Trong điều kiện lượng mưa lớn hơn lượng bốc hơi, một phần nước mưa sẽ di chuyển từ trên mặt đất xuống dưới sâu do tác dụng của trọng lực. Sự di chuyển này kéo theo một loạt các chất dễ tan có trong đất, đặc biệt là các ion kim loại kiềm và kiềm thổ như Na+, K+, Mg2+, Ca2+ làm cho đất hoá chua. Do nguyên nhân này mà phần lớn đất vùng đồi núi Việt Nam cũng như ở các nước khác thuộc vùng nhiệt đới nóng ẩm đều bị chua ở các mức độ khác nhau. b. Yếu tố sinh vật Trong quá trình hoạt động, vi sinh vật, rễ cây cũng như các loài sinh vật khác trong đất không ngừng giải phóng ra CO2, khí này hoà tan trong nước tạo thành axit H2CO3. Tuy độ phân ly của axit này không cao nhưng nó là cũng là một trong những nguồn sinh H+ chủ yếu trong đất. Trong quá trình vi sinh vật phân giải chất hữu cơ (đặc biệt trong điều kiện yếm khí) sẽ sinh ra nhiều axit hữu cơ làm đất bị hoá chua. Bởi vậy đất quanh năm ngập nước, đất lầy thụt và phần lớn đất than bùn đều bị chua. Ðặc biệt nếu tàn tích sinh vật chứa nhiều lưu huỳnh (S) như xác các cây sú, vẹt đước khi bị phân huỷ trong điều kiện yếm khí, trải qua một quá trình biến đổi phức tạp sẽ sinh ra H2S. Khi có điều kiện oxy hoá thì H2S chuyển thành H2SO4 làm đất rất chua: 2H2S + O2  2S + 2H2O 2S + 3O2 + 2H2O  2H2SO4 + 251 kCal Các loại thực bì khác nhau cũng có ảnh hưởng khác nhau đến tính chua của đất (chủ yếu nhờ quá trình tích luỹ sinh học các kim loại kiềm và kiềm thổ). Trong thành phần tro của cây lá kim chứa ít chất kiềm nên đất phát triển dưới rừng cây lá kim thường chua hơn đất hình thành dưới
rừng cây lá rộng. Trong đất rừng rậm nếu có nhiều nấm hoạt động sẽ tạo thành nhiều axit fulvic làm cho đất chua thêm. c. Ảnh hưởng của con người tới quá trình hoá chua của đất Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, thực vật màu xanh đã hút một lượng lớn các chất kiềm trong đất như Na+, K+, Ca2+, Mg2+ v.v. để hình thành cơ thể. Ðối với thực vật tự nhiên thì lượng các chất kiềm này sẽ được trả lại cho đất trong các dạng xác thực vật. Nhưng với đất canh tác thì một lượng lớn các chất kiềm bị lấy đi không hoàn lại cho đất dưới dạng các sản phẩm nông nghiệp. Ðây là một nguyên nhân làm giảm các chất kiềm trong đất canh tác và làm đất dần bị hoá chua. Theo Vũ Cao Thái, với giống lúa IR62, năng suất 9,8 tấn thóc/ha và 8,3 tấn rơm rạ đất đã bị lấy đi 265 kg K2O, 58 kg MgO và 71kg CaO/ha. Theo số liệu của Xmirnôp và Muravin (1989) để hình thành nên 1 tấn hạt cây ngô đã lấy đi từ đất 30-35 kg N, 8-12kg P2O5 và 25-35 kg K2O. Do thành phần hoá học, một số phân bón khi bón vào đất sẽ dần dần làm cho đất hoá chua. Khi bón những loại phân như (NH4)2SO4, NH4Cl, KCl vào đất các cation NH4+, K+ sẽ được keo đất và cây trồng hấp thụ để lại gốc SO42- và Cl-. Các gốc axit này sẽ tạo HCl và H2SO4 làm cho đất bị chua. Những phân có thể làm đất bị hoá chua bằng cơ chế này được gọi chung là các phân chua sinh lý. Một số loại phân như supe lân trong thành phần thường chứa một lượng nhất định axit dư nên khi bón nhiều vào đất cũng có thể làm cho đất chua thêm. Tuy vậy nguyên nhân từ phân bón chưa đáng lo ngại lắm vì trong thực tế lượng phân hoá học mà ta bón vào đất chưa nhiều. Ðối với những vùng đất có thành phần cơ giới nhẹ thì vấn đề tưới nước dư thừa cũng là một trong những nguyên nhân làm đất bị rửa trôi các kim loại kiềm và kiềm thổ và dần dần hoá chua. Tóm lại có rất nhiều nguyên nhân làm cho trong đất bị hoá chua. Ðiều cần quan tâm là diện tích đất chua ở nước ta rất lớn, đó là các loại đất đỏ vàng vùng đồi núi, một phần đất phù sa hệ thống sông Hồng, phù sa sông Mã, sông Chu, sông Lam, sông Cửu Long và phù sa sông khác; các vùng đất bạc màu ở Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Bắc Cạn, Thái Nguyên, Tây Ninh; các vùng đất phèn ở Hải Phòng, Thái Bình, Ðồng Tháp...; các vùng đất trũng Nam Định, Hà Nam và các nơi khác.
2.2. Các loại độ chua của đất Tất cả các nguyên nhân trên đã làm tăng hàm lượng ion H+ trong đất. Phản ứng chua của đất được biểu thị bằng các loại độ chua. Những ion H+ trong đất có thể tồn tại trong dung dịch hoặc bị hấp thu trên bề mặt hạt keo. Trường hợp thứ nhất sinh ra "độ chua hoạt tính" có ảnh hưởng trực tiếp tới cây và vi sinh vật. Trường hợp thứ hai gây nên "độ chua tiềm tàng" của đất vì H+ (và Al3+) chỉ làm tăng độ chua dung dịch và ảnh hưởng đến sinh vật khi bị đẩy vào dung dịch đất bởi các cation khác. Hai loại độ chua này hợp thành tổng số độ chua của đất. a. Ðộ chua hoạt tính Ðộ chua hoạt tính do các ion H+ có trong dung dịch đất tạo nên, nồng độ ion H+ càng cao thì đất càng chua. Ðể xác định độ chua này ta chiết rút các ion H+ bằng nước cất rồi xác định nồng độ ion H+ bằng pH meter. Ðộ chua hoạt tính được biểu thị bằng pHH2O. pH là trị số âm của logarit nồng độ ion H+ trong dung dịch: pH = - lgH+ Trong hoá học người ta đã quy định rằng nước tinh khiết hay bất cứ dung dịch nào có H+ = OH- = 10-7 g ion/l nghĩa là pH = -lg10-7 = 7 thì đó là môi trường trung tính. Nếu H+ 7 đó là môi trường kiềm. Nếu H+ > 10-7 g ion/l nghĩa là pH < 7 đó là môi trường chua. Thông thường pHH2O của đất biến thiên từ 3-9 và được đánh giá như sau: pHH2O Mức đánh giá < 4,5 Ðất rất chua 4,5-5,5 Ðất chua 5,6-6,5 Ðất chua ít 6,6-7,5 Ðất trung tính 7,6-8,0 Ðất kiềm ít 8,1-8,5 Ðất kiềm vừa >8,5 Ðất kiềm nhiều Bảng 6.1: Ðộ chua hoạt tính của một số loại đất Việt nam Loại đất (tầng 0-15cm) pHH2 O
Ðất phèn (An Hải - Hải Phòng) 4,2 4,6 Ðất nâu đỏ trên đá vôi (Ðồng Giao, Ninh 4,5 Bình) 4,5 Ðất nâu đỏ trên đá bazan (Phủ Quỳ, 5,0 Nghệ An) 4,8 Ðất đỏ vàng trên phiến thạch mica (Phú 7,7 Hộ, Phú Thọ) 5,0 Ðất nâu vàng trên phù sa cổ (Vĩnh Phúc) 8,0 Ðất phù sa trong đê sông Thái Bình (Hải Dương) Ðất phù sa ngoài đê sông Hồng (Phúc Xá, Hà Nội) Ðất xám bạc màu (Bắc Giang) Ðất mặn (Rạng Ðông, Nam Định) Ðộ chua hoạt tính được sử dụng trong việc bố trí cơ cấu cây trồng phù hợp trên vùng đất canh tác hoặc xác định sự cần thiết phải bón vôi cải tạo độ chua của đất cho phù hợp với đặc tính sinh học của loại cây định trồng. Ða số cây trồng ưa môi trường trung tính nhưng cá biệt có những cây cần đất chua như chè, cà phê, dứa, khoai tây... Bảng 6.2. Khoảng pH đất tối thích cho một số cây trồng Cây trồng pH Cây trồng pH Lúa 6,2-7,3 Cà chua 5,0-8,0 Ngô 6,0-7,0 Dưa chuột 6,4-7,4 Khoai tây 4,5-6,3 Bông 6,5-8,0 Ðậu tương 6,5-7,5 Chè 4,0-5,5 Hành 6,4-7,5 Cà phê 5,0-6,0 Bắp cải 6,7-7,4 Dứa 5,0-6,0 Số liệu trong bảng 6.2 chỉ khoảng pH tối thích, trong thực tế phạm vi pH cho phép cây sống được rộng hơn thế nhiều. Ví dụ cây lúa có thể sống ở đất có pH dao động từ 4,0 đến 9,0, sống bình thường với pH từ 5- 8 nhưng tốt nhất là trong khoảng 6,2-7,3.
Dựa vào độ chua hoạt tính và cơ cấu cây trồng ta có thể xác định xem đã cần cải tạo độ chua cho đất hay chưa. Ðối với đa số cây trồng nông nghiệp ngắn ngày nếu pHH2O 5,5 thì chưa cần thiết phải bón vôi. Khi đất chua nhiều (pHH2O < 4,0) có thể nghi trong đất chứa axit vô cơ (ví dụ như H2SO4 trong đất phèn). Nếu đất kiềm nhiều (pHH2O > 8,5) thì trong đất thường chứa nhiều Na2CO3 hay NaHCO3. Ðộ chua hoạt tính chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau: + Mức độ phân ly thành ion của chất điện giải. Cùng nồng độ đương lượng nhưng axit vô cơ phân ly thành ion nhiều hơn axit hữu cơ nên pHH2O của dung dịch thấp hơn. Tương tự như vậy với các bazơ. + Hiện tượng trao đổi ion H+ và Al3+ trong keo đất với các ion khác khi bón phân vô cơ như KCl, (NH4)2SO4... cũng làm tăng độ chua hoạt tính. b. Ðộ chua tiềm tàng Như trên đã nói trong đất chua còn có các ion H+ và Al3+ được hút bám trên bề mặt keo đất. Khi tác động lên đất một dung dịch muối thì H+ và Al3+ bị đẩy vào dung dịch đất. Nồng độ của các ion này trong dung dịch tăng lên gây ảnh hưởng không tốt đến thực vật và vi sinh vật. Ðộ chua thu được trong trường hợp này gọi là độ chua tiềm tàng. Các ion H+ và Al3+ được hút bám trên keo với các lực khác nhau. Tuỳ thuộc vào lực hút bám của các ion này trên keo mà người ta chia độ chua tiềm tàng thành 2 loại: độ chua trao đổi và độ chua thuỷ phân. * Ðộ chua trao đổi: Là một loại độ chua của đất được xác định khi cho đất tác dụng với một dung dịch muối trung tính, thường dùng muối KCl, NaCl, BaCl2. Như vậy ngoài những ion H+ có sẵn trong dung dịch đất còn có những ion H+ và Al3+ được đẩy ra từ keo đất theo phản ứng: K §H + 4KCl  KÐ4K+ + HCl + AlCl3 3 Al
Muối Al thuỷ phân tạo ra axit theo phương trình: AlCl3 + 3H2O  Al(OH)3  + 3HCl Nếu cho đất tác động với dung dịch KCl 1M trong 60 phút, lọc lấy dịch trong dùng dung dịch NaOH 0.01N chuẩn độ dịch lọc sẽ xác định được độ chua trao đổi, đơn vị là lđl/ 100g đ (đất khô). Nếu ta đem dung dịch lọc đo pH ta được pHKCl. Cùng một mẫu đất pHKCl thường có trị số pH thấp hơn pHH2O từ 0.5 đến 1.0 đơn vị. Chú ý: ở những vùng đất trung tính hay kiềm yếu chỉ xác định được pHKCl chứ không xác định độ chua trao đổi bằng chuẩn độ vì dung dịch đất sẽ có màu hồng ngay sau khi vừa cho chỉ thị màu phenolphtalein vào dịch chiết đất. Trường hợp đặc biệt, một số loại đất có pHKCl > pHH2O. Ðiều này thường gặp ở những đất có lượng keo dương lớn (một số như: đất đỏ feralit, đất potzon). Khi đó có thể do sự trao đổi anion Cl- của dung dịch muối trung tính với các ion OH- trên keo đất nên lượng ion OH- bị chuyển vào dung dịch đất sẽ trung hoà bớt các ion H+ làm trị số pH tăng lên. Thông thường độ chua trao của đất nhỏ hơn 1 lđl/100g đất. Khi độ chua này lớn (trên 2 lđl/100g đất) chứng tỏ các cation kiềm hấp phụ trên keo đất đã bị rửa trôi nhiều, cần phải bón vôi cải tạo độ chua cho đất trước khi bón phân khoáng vào đất. Nếu không có vôi bón thì nên chia phân khoáng bón thành nhiều đợt, tránh bón tập trung. * Ðộ chua thuỷ phân Dùng muối trung tính KCl tác động với đất nhiều khi vẫn chưa đẩy dược hết các ion H+ và Al3+ ra khỏi keo đất. Các nhà hoá học đất đã đưa ra phương pháp khác: dùng dung dịch chiết là muối tạo bởi một axit yếu và một bazơ mạnh như CH3COONa hoặc Ca(CH3COO)2 thì hầu hết các ion H+ và Al3+ sẽ bị đẩy ra khỏi keo vào dung dịch. Ðộ chua được xác định bằng phương pháp này lớn hơn độ chua trao đổi nhiều và được gọi là độ chua thuỷ phân. Ðộ chua thuỷ phân được ký hiệu là H, đơn vị là lđl H+ và Al3+ trong 100g đất khô.
Trong dung dịch NaCH3COO bị thuỷ phân: NaCH3COO + H2O  CH3COOH + NaOH CH3COOH là axit yếu ít phân ly, NaOH thì phân ly hoàn toàn thành Na+ và OH- vì vậy dung dịch có phản ứng kiềm yếu (pH = 8,2- 8,5). Ðây là điều kiện để Na+ đẩy hết H+ và Al3+ trên keo đất vào dung dịch theo sơ đồ sau: K §H + 4NaCH3COO  [KÐ4Na+ + CH3COOH + 3 Al Al(CH3COO)3 (1) Al(CH3COO)3 + 3H2O  Al(OH)3  + 3CH3COOH (2) Từ phản ứng (1) và (2) ta thấy H+ và Al3+ trong đất khi đẩy vào keo đất đã tạo nên CH3COOH trong dịch lọc. Dùng dung dịch NaOH 0,1N tiêu chuẩn chuẩn độ lượng CH3COOH trong dịch lọc thì ta xác định được độ chua thuỷ phân của đất. Như vậy độ chua thuỷ phân là độ chua lớn nhất vì nó bao gồm cả ion H+ ( độ chua hoạt tính), ion H+ và Al3+ bám hờ (độ chua trao đổi) và những ion H+ và Al3+ hút bám chặt trên bề mặt keo đất. Bảng 6.3: Ðộ chua trao đổi và độ chua thuỷ phân của một số loại đất Việt Nam Ðộ chua Ðộ chua thuỷ p trao đổi phân Loại đất (0-15cm) H lđl/100g đất KCl Ðất nâu đỏ trên đá bazan 4, 0,51 6,3 (Phủ Quỳ) 4 2,61 10,4 Ðất nâu đỏ trên đá vôi (Ninh 4, 3,50 8,0 Bình) 2 0,65 4,3 Ðất phù sa sông Thái Bình 4, 0,30 4,8
(Hải Dương) 4 Ðất phèn Hải Phòng 3, 8 Ðất trũng Nam Ðịnh 4, 6 Theo nguyên lý thì độ chua thuỷ phân thường lớn hơn độ chua trao đổi nhưng cũng có những trường hợp cá biệt độ chua thuỷ phân bằng hoặc nhỏ hơn độ chua trao đổi. Những trường hợp này có thể giải thích như sau: + Một số loại đất như đất đỏ nhiệt đới hoặc đất potzon khi tác dụng với dung dịch NaCH3COO thì anion CH3COO- có thể trao đổi với anion OH- trên keo kaolinit tạo nên NaOH trong dung dịch. Lượng NaOH này trung hoà bớt axit CH3COOH trong dung dịch làm độ chua thuỷ phân giảm. + Saritvili (1948) cho rằng một số đất đỏ có khả năng hấp phụ phân tử axit axêtic sinh ra trong tác dung thuỷ phân nói trên và chính vì vậy khi chuẩn độ ta thấy độ chua thuỷ phân bé hơn độ chua trao đổi. Người ta dùng độ chua thuỷ phân để tính dung tích hấp phụ cation (CEC) của đất: CEC = S + H Trong đó S là tổng các cation kiềm trao đổi và H là độ chua thuỷ phân Hoặc tính độ no kiềm của đất theo công thức: S  100 V (%) = SH Ðộ chua thuỷ phân được sử dụng để tính lượng vôi bón khi cải tạo đất chua (cứ 1lđl ion H+ cần dùng 28mg vôi bột CaO hoặc 50 mg bột đá vôi CaCO3 để trung hoà). Công thức tính cụ thể sẽ được trình bày ở cuối chương này (phần bón vôi cải tạo đất chua).
3. Phản ứng kiềm của đất Ðộ kiềm của đất do ion hyđroxyl quyết định. Ðất có phản ứng kiềm khi nồng độ ion OH- trong dung dịch lớn hơn nồng độ ion H+. Sự tích luỹ anion OH- trong đất do các nguyên nhân sau: Các loại đá mẹ như đá vôi, đá macma siêu bazơ đá macma bazơ chứa nhiều các nguyên tố kiềm và kiềm thổ như Ca, Mg, K, Na... khi bị phong hoá sẽ tạo thành một số muối kiềm như CaCO3, Na2CO3, K2CO3... những muối này khi bị thuỷ phân sẽ tạo thành các chất kiềm trong đất. Ví dụ: Khi các alumin silicat bị phong hoá: K2AlSi6O16 + H2O + CO2  H2AlSi2O8 + K2CO3 + 4SiO2 Fenspat kali K2CO3 + 2H2O  KOH + KHCO3 Khi trong đất có chứa CaCO3 (đất tích vôi). Ở đất này pH có thể lên tới 8,0 2 CaCO3 + 2H2O  Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 + 2H2O  H2CO3 + Ca(OH)2 Một số vùng đất ven biển có chứa nhiều các muối dễ tan cũng có thể làm cho đất có phản ứng kiềm. Ðất chứa nhiều Na2CO3 (pH có thể lên tới 9 hoặc hơn): 2 Na2CO3 + 2H2O  H2CO3 + NaOH Ðất mặn chứa nhiều Na+ ở dạng hấp phụ khi thuỷ phân sẽ sinh ra NaOH: KÐNa+ + H2O  KÐH+ + NaOH Mùn có chứa Na, K, Ca và Mg: (Mùn)Ca2+ + 2H2O  (Mùn)2H+ + Ca(OH)2
Trong điều kiện ngập nước, các muối dạng sunfat tác dụng với chất hữu cơ tạo thành sunfua sau chuyển thành dạng muối cacbonat trong đất, muối cacbonat thuỷ phân làm cho đất có phản ứng kiềm. VSV yếm khí Na2SO4 + 4R CHO - Na2S + 4R - C = O Na2S + CaCO3  Na2CO3 + CaS Na2CO3 + 2H2O  NaOH + H2CO3 Như vậy đất có phản ứng kiềm chủ yếu do trong đất có chứa nhiều các muối kiềm cacbonat hoặc bicacbonat được hình thành từ nhiều con đường khác nhau. Ðặc biệt khi tích luỹ nhiều Na2CO3 không những độc cho cây (nồng độ >0,01%) mà còn làm xấu lý tính của đất (dẻo, dính khi ẩm, cứng rắn khi khô), làm mùn dễ bị rửa trôi, chế độ nước và không khí trong đất không điều hoà. Ở Việt Nam, diện tích đất có phản ứng kiềm rất nhỏ. Một số vùng đất phù sa ven biển nhiễm mặn như ở Hải Phòng, Nam Định... có pH vào khoảng 7,0-8,0 không gây ảnh hưởng xấu đến cây trồng vì thế chúng được xếp vào "nhóm đất mặn trung tính". Thực tế theo kết quả điều tra hiện nay chỉ có một ít đất kiềm tập trung ở tỉnh Bình Thuận. Nhân dân địa phương gọi là đất mặn "cà giang". Ðất có chứa nhiều Na2CO3 (có thể tới 9,8%) pH đất có thể lên tới 9,5. 4. Phản ứng đệm của đất 4.1. Khái niệm Khi ta cho một lượng nhỏ axit hoặc bazơ vào nước cất rồi xác định pH ta thấy pH nước thay đổi nhiều nhưng khi ta cho một lượng như vậy axit hoặc bazơ vào đất rồi xác định pH của đất thì pH của đất vẫn ổn định hoặc thay đổi không đáng kể. Ðiều này chứng tỏ đất có khả năng chốnglại sự thay đổi pH. Vậy: "tính đệm của đất là khả năng của đất có thể chống lại sự thay đổi pH khi có một lượng axit hay bazơ nhất định tác động vào đất" 4.2. Nguyên nhân tạo nên tính đệm của đất Có nhiều nguyên nhân khác nhau:
+ Trong đất có chứa một số chất như muối cacbonat, muối phosphat Fe, Al, Ca, các hydroxyt Fe, Al, Mn... có khả năng trung hoà axit làm cho pH đất ổn định (đệm một chiều) Ví dụ: CaCO3 + 2HNO3  Ca(NO3)2 + H2O + Do trong đất có các các axit hữu cơ (axit mùn và các axit amin). Các axit này có cả gốc axit và bazơ (- OH, - COOH, - NH2) nên có thể đệm đuợc cả axit và bazơ (đệm hai chiều) - Ðệm do axit humic: R CH - COOH + HCl  R - CH COOH + H2O OH Cl R CH - COOH + NaOH  R -CH COONa + H2O OH OH - Ðệm do axit amin: R CH - COOH + HCl  R -CH COOH NH2 NH3Cl R CH - COOH + NaOH  R - CH COONa + H2O NH2 NH2 Ðất chứa nhiều mùn và các chất hữu cơ có khả năng đệm cao + Do hoạt động trao đổi cation trong đất Trên bề mặt keo đất, đặc biệt là keo âm thường hấp phụ các cation kiềm và không kiềm. Các cation này có thể trao đổi với H+ hoặc Na+ làm cho pH dung dịch đất không đổi. Ví dụ: KÐCa2+ + HCl  KÐ2H+ + CaCl2 KÐH+ + NaOH  KÐNa+ + H2O Như vậy, số lượng keo âm trong đất càng nhiều thì tác dụng trao đổi cation càng mạnh, hay nói cách khác: hàm lượng mùn càng cao và thành phần cơ giới càng nặng thì tính đệm của đất càng lớn. + Tác dụng của Al3+ di động trong đất:
Theo R. K. Schofield lúc pH đất sét > đất thịt > đất cát
Thí nghiệm đơn giản sau đây có thể khẳng định thêm kết luận trên: Với 3 loại đất (đất cát, đất sét và đất giàu mùn); mỗi loại đất ta dùng 6 ống nghiệm, trong mỗi ống nghiệm chứa 5 g đất bột. Ðổ lần lượt vào các ống nghiệm lượng vôi bột CaO tương ứng 5, 10, 15, 20, 25, 30mg, thêm 25ml nước cất, lắc đều trong 10 phút rồi xác định pH và biểu diễn kết quả trên đồ thị. Qua đồ thị ta thấy muốn đưa pH từ 5 lên 7 cho 1 ha thì phải dùng 9.000 kg vôi đối với đất đen giàu mùn, 4.500kg vôi đối với đất sét và chỉ 1.500kg đối với đất cát. Tính đệm có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn. Nhờ có tính đệm mà pH của đất khá ổn định, tạo điều kiện tốt cho cây trồng và vi sinh vật phát triển. Ngoài ra khi tính lượng vôi bón cho đất phải tính tới khả năng đệm của đất để có mức bón phù hợp. Ðối với đất có thành phần cơ giới nhẹ, nghèo mùn ta có thể giảm bớt lượng vôi bón, đối pH với đất giàu mùn,t có thành phầĐấcơ giới nặng phải tăng lượng vôi bón Đấ cát n t sét Đất đen 7 lên 1,2-1,5 lần theo con số tính lý thuyết. 5 3 0 1500 3000 4500 6000 7500 9000 10500 Lượng vôi bón, kg/ha Hình 6.3: Quan hệ giữa hàm lượng mùn, thành phần cơ giới với tính đệm của đất
5. Phản ứng oxy hoá khử của đất 5.1. Khái niệmvề phản ứng oxy hoá khử Oxy hoá khử là quá trình diễn ra phổ biến trong đất, đặc biệt là đất lúa nước. Quá trình này giữ một vai trò quan trọng đối với độ phì nhiêu đất. Oxy hoá là kết hợp với oxy hay mất hydro. Trái lại khử oxy là mất oxy hay kết hợp với hyđro. Quá trình oxy hoá khử cũng liên quan đến sự chuyển dịch điện tử (electron)… Các chất oxy hoá (ký hiệu là ox) là những chất nhận điện tử. Quá trình chất oxy hoá nhận điện tử gọi là quá trình khử. Các chất khử (ký hiệu là Red) là những chất cho điện tử, quá trình chất khử cho điện tử là quá trình oxy hoá. Cả hệ thống oxy hoá khử ký hiệu là Redox. Trong một phản ứng cụ thể chất oxy hoá và chất khử tạo thành cặp oxy hoá khử và được gọi là một hệ thống oxy hoá - khử trong đất. Fe3+ + e  Fe2+ hoặc Fe2+ - e  Fe3+ Ví dụ: Trong đất có các chất oxy hoá là O2, NO3-, Fe3+, Mn4+, Mn3+, Cu2+ và vi sinh vật hiếu khí. Những chất khử là H2, Fe2+, Mn2+, Cu+ vi sinh vật yếm khí và các sản phẩm phân giải xác hữu cơ trong điều kiện yếm khí. Tất cả các phản ứng oxy hoá khử đều có sự tham gia của vi sinh vật. Dù trong điều kiện oxy hoá hay điều kiện khử oxy, chất hữu cơ vẫn được phân huỷ chỉ khác nhau về tốc độ phản ứng và sản phẩm phân giải: Bảng 6.4: Ảnh hưởng của trạng thái oxy hoá khử đến các dạng sản phẩm phân giải xác hữu cơ Thành phần chất Sản phẩm oxy Sản phẩm hữu cơ hoá (ox) khử (Red) C CO2 CH4, CO NO2-, NO3- N NH3, N2 SO42- S H2S PO43- P PH3
Fe3+ Fe2+ Fe Mn3+, Mn4+ Mn2+ Mn Cu2+ Cu+ Cu Cường độ oxy hoá khử được xác định bằng điện thế oxy hoá khử, ký hiệu Eh, đơn vị là milivon (mV), tính theo công thức: Eh (mV) = Eo + 59/ n.lg (ox)/ (red) Trong đó Eo là điện thế tiêu chuẩn, nghĩa là điện thế phát sinh ở các điện cực nằm trong dung dịch có chất oxy hoá và chất khử oxy nồng độ 1N và là hằng số với mỗi hệ oxy hoá khử. Ví dụ: Fe3+ + e -_  Fe2+ Eo = 770 mV Mn4+ + 2e -  Mn2+ Eo = 344 Mn3+ + e -  Mn2+ mV MnO4- + 4H+ + 3e -  MnO2 Eo = 1510 + 2H2O mV Eo = 1640 mV Còn ox là nồng độ đương lượng của chất oxy hoá Red là nồng độ đương lượng của chất khử Ví dụ: trong đất cụ thể nào đó có Fe2+ = 0,1 N và Fe3+ = 0,001 N thì Eh = 770 + 59 lg0,001/ 0,1 = 625 mV Hiện nay để xác định Eh đất người ta thường dùng các máy đo (Eh meter) cho kết quả nhanh và chính xác hơn việc xác định nồng độ các chất oxy hoá, khử.
5.2. Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hoá khử + Trong đất có thể chứa nhiều hệ thống oxy hoá khử có nồng độ khác nhau nhưng Eh của đất sẽ tương đương với trị số Eh của hệ thống oxy hoá khử có nồng độ chất khử và chất oxy hoá cao nhất. + Trong đất thoáng khí quá trình oxy hoá khử trong đất được quyết định bởi nồng độ O2 tự do trong không khí đất và O2 hoà tan trong dung dịch đất. Nồng độ oxy trong không khí đất và trong dung dịch đất càng cao thì Eh càng cao. + Ðộ ẩm đất: đất khô có quá trình oxy hoá mạnh nên Eh cao, đất ẩm hoặc dư ẩm thì quá trình khử mạnh nên Eh của đất thấp. + Cây trồng: Eh đất phụ thuộc và loại cây trồng, mật độ cây. Eh xung quanh rễ cây cũng khác nhau. Ví dụ: gần rễ cây lúa mỳ Eh giảm vì rễ cây lúa mỳ tiết ra chất khử, gần rễ cây lúa nước Eh tăng do rễ lúa tiết ra oxy. + Eh của đất có sự liên quan chặt chẽ với pH. Nếu trong dung dịch đất có nhiều ion H+ sẽ diễn ra quá trình: 2 H+ + 2e - = H2 Khi thay đổi 1 đơn vị pH thì Eh thay đổi từ 57-59mV. Klak đề nghị biểu thị điện thế oxy hoá khử trong đất là rH2 theo công thức: rH2 (mV) = Eh/ 30 + 2 pH + Các biện pháp canh tác: - Luân canh cây trồng cạn với cây trồng nước làm cho Eh thay đổi rất mạnh. - Ðiều tiết độ ẩm đất làm cho Eh đất thay đổi. - Cày sâu kết hợp với bón nhiều phân hữu cơ làm cho Eh giảm, xới xáo đất làm tăng tính thông khí thì Eh tăng. - Phơi ải đất lúa làm cho Eh tăng.