Giáo trình Thổ nhưỡng học: Phần 2

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:173

Thêm vào BST

Báo xấu

208
lượt xem 84
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Thổ nhưỡng học có kết cấu gồm 17 chương. Phần 2 sau đây gồm nội dung chương 10 trở đi, trình bày về không khí và nhiệt trong đất, một số tính chất vật lý và cơ lý của đất, xói mòn đất, ô nhiễm đất, độ phì nhiêu đất, phân loại đất, đất vùng đồng bằng và ven biển Việt Nam, đất vùng đồi núi Việt Nam.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Thổ nhưỡng học: Phần 2

Chương X KHÔNG KHÍ VÀ NHIỆT TRONG ĐÁT 1. KHÔNG KHÍ TRONG ĐẨT 1.1. Vai trò của không khí trong đất Các chất khí trong đất rất cần thiết cho sự sổng cùa các sinh vật sống trong đất, cho các quá trinh sinh học tiến hành thuận lợi. Troiiíĩ số các chất khí. đặc biệt là òxv và cacbonic có tác động về nhiều mặt đến các tính chất đất. làm ánh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến năng suất cây trồng. a) Vai írò của ôxy (O 2): - ỏ x y tác độnti trực tiếp đến hô hấp cùa câv trong. Thiếu ôxy quá trình hô hấp yếu. cây thiếu năng lượng hoạt động dần đén năng suất giảm. - Đất thoáng khí (nhiều ôxy) rễ càv phát triên thuận lợi, lấy nước và thức ăn mạnh, cây sinh trường và phát triển nhanh. Đặc biệt giai đoạn này mầm, cây cần rất nhiều ôxy. - Ỏxy ánh hường đến điện thế ôxy hoá khử. - Thiếu ôxy quá trình khử xảy ra mạnh sinh ra một số chất độc trong đất, giảm trữ lượng chất dinh dưỡng, ảnh hưởng xấu tới cây trồng. - Trong đất đầy đủ ôxy các quá trinh háo khí xáy ra, tạo cho đất có nhiều đặc tính tốt. h) Vai trò cửa khí cacbonic (CO]): - Thành phần tham gia quá trinh quang hợp. - Tham gia vào các phản ứng hoá học trong đất. nhất là các phản ứng hoà tan, góp phần tăng cường thức ăn cho cây. Ví dụ. nếu dung dịch bão hoà CO 2 thì sẽ hoà tan rất nliicu CaC'0 3 . MgCOí.... - Nếu trong đất có quá nhiều khí CO 2 thì ảnh hưởng xấu đến quá trình hô hấp của sinh vật, đặc biệt là đối với sự nảy mầm và sự phát triển của rễ cây non. 1.2. Thành phần và hàm lượng không khí trong đất Không khí trong đất chiếm tất cà các khe hờ không chứa nước, do đó về số lượng nó phụ thuộc chặt chẽ vào tổng số độ hồntỊ và độ ẩm đất. Neu cấu tạo của đất ổn định thì có thể nói ràng trong đất nhiều nước thi khônu khí ít. Nói cách khác về khối lưọng nước và không khí trong đất đối kháng nhau. 191
Phần thề tích mà không khí chiếm trong đất ờ độ ẩm hiện tại gọi là độ chứa khí cua đất hay độ thông khí của đất, được tính theo phần trãm so với thể tích chunc của đất, Vì độ hổng và độ ẩm đất luôn luôn thay đổi nên độ chứa khí cùa đất cũng là một đại lưmig biến động tronc từng loại đất khác nhau, theo mùa khác nhau và trạng thái canh tác dất. Độ hổng trong các loại đất khác nhau biến động từ 25 % đến 90 % nên độ chứa khí cũng biến động trong khoảng ấy nhưng thấp hơn 2 giới hạn trên một ít vì tronu độ hổnu còn chứa nước ít hoặc nhiều. về nguồn gốc không khí đất gồm các chất khí trong không khí khí quyền và không khí được sinh ra trong quá trình sinh học. hoá học xảy ra trong đất. về thành phần không khí đất có khác so với không khí trong khí quyển (báng ỉ 0 . 1 ). Nhiều nghiên cứu cho thấy thành phần không khí khí quyển là ốn định, đâv chính là sự khác biệt so với thành phần không khí đất. So với thành phần không khí khí quyến, thành phần không khí đất chứa ít ôxy hơn nhưng cacbonic nhiều hơn và chúng luôn luôn thay đổi, ngay cả nitơ có khối lượng lớn nhất. Lượng nitơ thay đồi do hoạt động biến đồi chất hữu cơ của vi sinh vật, do các quá trình nitơrát hoá hay phán nitơrát hoá xảy ra trong đất... Bảng ÌO.I. Thành phần khí quyển và không khí đất (% thể lích) Các chất khí T ron g khí quyển T ron g không khí đất Nitơ (N 2) 78,08 78,08- 80.42 Ôxy (O 2) 20,95 20.90- 0.00 Argon (ARGON) 0,93 - Cacbonic (CO 2) 0,03 0,03- 20.00 Các khí khác (Ne, He, C H 4 , O 3, Xe) 0,04 - Lượng chứa nhiều cacbonic. ít ôxy và sự biến động lớn của chủng là vì: - Do tiêu hao nhiều ôxy mà sinh ra nhiều cacbonic (như quá trình hô hấp. phân giải chất hữu cơ, các phản ứng hoá học, quá trình quang hợp...). - Do sự thay đổi tốc độ trao đổi không khí giữa đất và khí quyển, giữa các tầng đất. giữa các mùa trong năm và cả chế độ canh tác. ờ những tầng đất mặt thoáng khí, tỷ lệ ôxy trong không khí đất gần ngang với trong khí quyển. Còn ở những tầng quá trinh trao đổi khó khăn như đất giây, đất ngập 192
nước... thi lượrm ôxy uiảm xuốnti rất mạnh, thậm chi còn lại phần vạn. Lượntỉ chứa CO2 thì nuược lại tănu lên. Theo Monthci và cộng sự (1964), dòng khí CO: 1^1 1.5 u/ngày vào mùa đông và 6,7 g/nuàv \ ào mùa hè trôn đất sét trống. Curric (1970) xác dịnh giá trị cua khí này là 1.2 u/imày \’ào mùa đòntỉ và 16 g/ncày vào tron^ mùa hè trên đất trổrm; còn trên đất trồnu cai xoăn yiá trị ứntz vứi các mùa này là 3.0 và 35 u/nuà\. Năm 1967. Kemper đưa ra giá tri tiêu hao (): tronu khoàng 2,5 và 5,0 g/m’/ngàv trên dắt trống và giá trị này lớn gấp 2 lần trẽn đất cỏ canh tác. Cũng theo Currie (1970) ly số tiêu h a o O 2 là uiĩra 6 0 và 75 % c ua ty số C O 2 d ư ợ c tạo t h à n h đạ t tối đa là 24 g/ m dưới câ\' cai xoăn vào mùa hè. Ngoài các chât khí kê trên, trontỉ đất còn cỏ một sô chất khí khác dược sinh ra như: N H „ H .s. C H 3 ... Trorm dât, các chất khí bién hoá liên tục và được cân bang theo phương trình sau: K h ơ i lư ợ n g th e o th è tích ch ấl kh í đ i vào qu a d iện tích Av A y* tạ i z IroníỊ thời íỊÌan A í = K h ô i lư ợtỉí; c h â t khi th o á t ra qu a d iện liện lích /Iv A \’ lạ i r + / t tronỊĩ thờ i íỊÌan A l + K lĩoi h n m g chắt khí tănũ; lên theo thú tích đư ợ c g iữ lại tron^ lh('ri iỊian At + K h oi Itạm g ch ai khí theo thủ lích mất tn m ịỉ thời
w. A. Jur>' và cộng sự (1986) đã cài biên định luật khuếch tán chất khí trong lự nhiên cùa Fick để xác định dòng khí trong đất như sau; ỞC„ ac„ Trong đó: D ' = là hệ số khuếch tán chất khí trong đất; ệg là hệ số uốn khúc < 1; = ea, khi E là hàng số; a là hàm lượng chất khí; là hệ số khuvếch đại không khí trong tự nhiên. được Millingt và Quirk (1961) mô hình hoá thành: Trong đó: là độ hổng đất và a phụ thuộc rất lớn vào cấu tạo đoàn lạp cùa đất, theo Penma (1940) lấy trong khoảng 0,195< a < 0,676 hoặc theo Flegg (1953) trong đất 0.35
Calo/cm'/phút. Các quá trình hao tồn dọc đirờnu phụ thuộc rất nhiều yếu tố: Độ dài đirờim đi. nồng độ khí. mây mù, góc chiếu. Tronu thực Ic náng lượng này ít hơn nhiều do quá trình khúc xạ vào khí quyển và phan xạ từ mặt dất. A.Geiger (1965) và Chang (1961) cho ràng chi khoảng 45 % năntỉ lượrm mặt Irời đi lới mặl đất, trong đó lại chi có 67 % cung cấp cho đất, phần còn lại hao tồn theo các con đường khác nhau như: phàn xạ, hấp phụ trong không trung (hình 1 0 . 1 ). Song song với nguồn nhiệt chính nói trên còn có nguồn nhiệt sinh ra từ các phản ứníỉ hoá học, sinh học xảy ra trong đất và nhữrm nguồn nhiệt khác như nhiệt thấm UíTt. nhiệt từ trong lòng đất. từ các nguyên tổ phóng xạ... Tuy nhiên vai trò cùa các nguồn nhiệt này bé hơn nhiều so với bức xạ mặt trời. Chế độ nhiệt thông qua nhiệt độ rất quan trọng đối với quá trình hình thành và biến đòi cua đất. nhiệt độ quan chặt chẽ với quá trinh lý học. hoá học và sinh học xảy ra tronu đất. Nhiệt độ trong đất còn ảnh hường trực tiếp đến lất ca các giai đoạn sinh trưởng và phát triển cùa cày trồng. Ví dụ. sự phát triến của bộ rễ và nốt sần ờ cây họ đậu. sự phát triên của thân, lá. hoa. kết trái và độ chín cùa quà...đều đòi hỏi ở nhiệt độ phù hợp. Trong đất sự hoạt động của các vi sinh vật trong các khoảng nhiệt độ là khác nhau. Nhin chung nhiệt độ thích hợp cho các quá trình phát triền cùa nhiều loài sinh vật là 25 đốn 30"c. Bức xạ mặt trời ngoài khí qiẠcn Phan xạ (100%) (2 8 % ) ( 11%) • ............. K huyêch lán H ấ p phụ .... ụ (16%) T ia trực liứ c \ ạ khí tiép (1 9 % ) q iụ c n ( 2 6 % ) Bức \ ạ toàn _ cầu ( 4 5 % ) ' Hổc h(ĩi phát lán 5 -5 % ) Bức xạ ra ngoài hCru ích N h iệ t cảm ứng (17%) ( 12 %) Bức \ ạ hữu hiệu ( 6 7 % ) _ U , D òng n hlệl \à o tlái ( 0 % ) H ình 10.1. Phân bố bức xạ ngoài và trên mặt đất trong mùa hè A.Geiger (1965) và Chang (1961) 195
2.2. Đặc tính nhiệt trong đất Các tính chất cơ bản cùa nhiệt trong đất là: Khá năng hấp thụ nhiệt, nhiệt dung, tính dẫn nhiệt và khá năng phóng nhiệt a) Tính hấp tìtụ nhiệt: Tính hấp thụ nhiệt là khả năng thu nhận nhiệt từ tia nẳng mặt trời ciia đất. được dặc trưng bànu "suất phán xạ" (Albedo). "Suất phan xạ" A là tỷ số phần trăm cùa năntì lượng plián xạ tù niặí đất hay tù câv Kt so vứi iổng số năiig luợiig ánh sáng chiếu xuống đất Hr: A ( % ) = -i^ioo A là đặc trưng cho chế độ nhiệt trong đất và phụ thuộc vào các yểu tố (báim 10.2) sau; B ảng 10.2. Quan hệ trạng thái mặt đất với suất phàn xạ Đặc trư n g m ặt đ ấ t A (% ) Đặc trư n g m ặt đất A (% ) Phù tuyết trắng* 75-95 Đất đen khô** 14 Đụn cát sáng* 30-60 Đất đen ướt** 8 Đồng cò và hoa màu* 12-30 Ngô (Nevv York)*^ 23,5 Rừng* 5-20 Mía (Hawai)"^" 5-18 Mặl nước* 3-10 Dứa (Havvai) * 5-8 Đất xám khô** 25-30 Khoai tây (LB Nga)^^ 15-25 Đất xám ướt** 10-12 Dất sét khô** 23 Đất sét ướt** 16 Nguồn: * Geiger (1965); ** Chudnovskii (1966); "Chang (1968) - Màu sắc đất. Đất màu tối thu nhiệt tốt làm giảm giá trị của A. Vi thế đất giàu mùn phản xạ nhiệt ít, nhận được nhiều nhiệt hơn đất nghèo mùn. - Thành phần cơ giới đất. Đất nặng chứa nhiều sét, khả năng hấp phụ nước và các vật chất khác cao hơn đất nhẹ. Chứa nhiều nước dẫn đến suất phản xạ cùa đất nhỏ. 196
- Dò âm dất. ỉ);it âm có suất phan xạ bé hơn dắt khỏ do nirức có nhiệt duim lớn !nrn dầl. Nmnii ra, quá trinh hốc hơi nước tiêu hao khá nhiều nhiệt. Vi vậ\. dất âm vào mùa dôtiLỉ ấin. nuược lại \à(> mùa hè mát. - 1'rạnu thái mặt dất. Mặt dất hầne phầní> giá trị A cànu lớn. - Tliain thực \ật, Mức dộ neăn can ánh nắnu mặt irừi phụ thuộc \à o loại cây và mật dộ cua c à \ . - 1Iirớnu dổc cũim anh hirơnu dáne kê dốn suất phan xạ. Dốc theo hướnu Nam sẽ có Liia trị c u a A h é lnrn. - \ ’ĩ dộ. Vĩ dộ cànu cao ihì suất phan xạ cànu lớn do hai imuyên nhân. Trước hết là tròn dirờim dèn mặt dàt xa hơn bức xạ bị hao tòn do các \ êu tô sẽ lớn hưn. rhứ hai. aóc cua bức \ạ cànu lứn suàl phan xạ càny cao. h) N hiệt (lung cùa đẩt: Nhiệt dunu riêni’ của đất là số calo cần thiết đê đốt nóng 1 gam dất hay 1 cm đất lòn l"c'. í)ất cấu tạo bao íỉồm pha rắn. pha lỏng và pha khí. Trong đỏ. chất khí cỏ nhiệt diinu riôim rất thấp (0.000306 calo/tz đất). Vi the nhiệt dung riêng cùa đất là do hạt rắn \a nircVc Ironu đất quvết dịnh. Nhiệt dung riêtm cua nước là 1 cal/u (4,18 jun/g), quân binli cua dầt khô kiệt là 0.2 cal/y (gần 0.8 jun/í>). Các loại đất cỏ nhiệl dung riêng khác nliaii. Ví dụ. theo A.Il. Xabanhin nhiệt dunu riêng A các đất den. xám và do lần lưựt là: ().230; 0.217 và 0,248. Dê tinh chính xác nhiệt dunu riêniỉ cùa đất. ta dùng cỏim thức sau: (\iá, X , C ' a f X „ C « f Ỳ^XS\. ( 1 ) / = I Trcmy dó: X phần thề tích; c là nhiệt dung riêng theo thê tích và a. vv, s, chi không khí. nước và loại hạl rán i trong đất. Dc Vrics (1963) mô hình hoá như sau; CdÁ. = ớ + 0.46(1 - ệ - x , ) + 0.60 A-,, (2) Trong đó: X(, là thề tích phần chất hữu cơ; cỊ) là độ hổng; 0 là lượng nước theo thê tích; O- X() là phần thể tích của tất cà các loại khoáng vật. c) Tính dẫn nhiệt: Tính dẫn nhiệt là khả năng truvền nhiệt qua các tầng đất hay các vùng trong phẫu diện dấi. Sự di chuvên của nhiệt tương tự như nước trong đất, tỳ số dòng nhiẹl có thể xác dịnh hànu lực triivền (dri\ inu tbrce) và banu sự thoát với dòng nhiệt qua đất. r> số nà> được hiôu diễn theo định luật Fourier; 197
1,. = J|lc -. - dz Trong đó: J hc là dòng dẫn nhiệt. X là hằng số sức dẫn nhiệt; T là nhiệt độ. Hằng số sức dẫn nhiệt (Ằ) phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Độ ẩm đất. Độ ẩm càng cao sức dẫn nhiệt của đất càng lớn do nước truvền nhiệt cao hơn không khí. - Độ chặt của đất. Đất chặt, các hạt đất xếp sít vào nhau trong khi các hạt khoáng dẫn nhiệt tốt hơn nước do đó đất ẩm bị nén chặt dẫn nhiệt tốt hơn. - Thành phần và số lượng cấp hạt. Có thể xếp sức dẫn nhiệt theo thứ tự sau: cát > thịt > sét > than bùn. Sức dẫn nhiệt cùa một sổ loại đất có ẩm độ khác nhau do Geiger (1965) đưa ra trong bảng 10.3. B áng 10.3. Sức dẫn nhiệt cùa các loại đất khác nhau Đất X ( 1 0 '^ cal cm-' s'' V ) Đất ( 1 0 '^ cal cm'' s‘' V ) Cát ướt 4,00 Đất thịt ướt - Cát khô 0,55 Đất thịt khô - Sét ướt 3,50 Than bùn ướt 0,85 Sét khô 0,17 Than bùn khô 0,20 2.3. Cân bằng nhiệt ở mặt đất Cân bàng nhiệt ở mặt đất là cân bằng giữa lượng nhiệt đi vào mặt đất và lượng nhiệt đi ra khỏi mặt đất trong một khoảng thời gian nhất định. Nếu ta xem nhiệt đi vào làm thay đổi nhiệt độ mặt đất thi có thề viết cân bằng năng lượng nhiệt trạng thái ổn định ở mặt đất như sau: Năng lưựng thực đi vào mặt đất = năng lượng thực thoát khỏi mặt đất Thành phần của cân bàng năng lượng nhiệt: Có 3 quá trình vận chuyển nhiệt chù yếu khỏi mặt đất. Thứ nhẩí, dòng nhiệt đổi lưu hay dòng nhiệt mẫn cảm s biểu hiện không khí ấm đi lên từ vùng bề mặt vào khí quyển bên trên. Quá trình này trước hết xảy ra do sự đối lưu hỗn loạn cùa không khí. Thứ hai, gọi là dòng nhiệt của đất Jn biểu thị dòng nhiệt thẳng đứng đi vào đất. Thứ ba, đối lưu nhiệt do bốc hơi phát tán và hơi nước tiếp tục rời khỏi mặt đất vào khí quyển phía trên và được gọi là dòng nhiệt "ngầm” Hy.ET, trong đó ET là bốc hơi phát tán của dòng hơi nước và Hv là nhiệt ngầm cùa quá trình bốc hơi (chuyển thể của nước). Vận chuyển hơi nước chủ yếu cũng theo con đường đối lưu. Vậy phương trình cân bàng nhiệt trạng thái ổn định có thể viết: 198
Rn = s+ Hv ET + J„ (3 ) Rn là nhiệt bức xạ hữu hiệu. Mồi thành phằn ớ phía phái của phương trình là âm khi chủng đi ra khòi mặt đất (hình 10.2). Giá trị các thành phần của phương trình trên thể hiện như sau: Thành phần bức xạ Đất trống khô Đất ướt. cây phủ kín S/R n 0,45 0,30 Hv. ET/ R n ±0 0.70 J h/ R n 0,55 ±0 Bức xạ hừu hiệu Bốc hơi // Nhiệt cam ứng '///ỳy _ i 2 l_ Măt đất Nhiệt đất Ban ngày Bức xạ hữu hiệu Nhiệt cảm ứng ■///, i Bốc hơi Mặt đất 1 Ban đêm Nhiệt đất tT inh 10.2. Sơ đồ biểu diễn thành phần của cân bàng năng lượng bề mặt (Tanner 1968) 199
2.4. Sự thay đổi nhiệt độ đất hàng năm Nnoài đồim riiộnu. nhiệt độ thay đỏi khôntỉ imừim. Trên cư sơ mô liình cua pluuTnu trình dònu nhiệt ôn dịnh. phưưnt’ trình tính nhiệt dộ hàng năm như sau: T(t) = 1' a + A sin 0 )t (4) Troim dó: 'I'a nhiệt dộ truní’ hinh năm, A là biên độ dao dộnu bô mặt. (0 2:i 1 là tần số uỏc. T là chu kỳ cua sónu. Giả thiết khi z (độ sâu) uiam dcMi vô cuim. ta có thô bicn đôi thành: lim r (z .t) = T a ( 5) Carslavv và .laescr. 1959 đã mô hình hoá (4) như sau: T (z.t) = T a + A'^ -« < z < 0 (6) Trong đó; d = ^2K-| /(0 = ỰK-j-t/ 7i Một kết qua ứng dụng phương trình ( 6 ) ta thu được Ircn hình 10.3: p •6 cO- T h ò i gian (năm) Hìnlt 10,3. Sơ đồ nhiệt độ tại mặt đất và 3 dộ sâu theo hàm thời gian của phương trình (6 ) 200
2.5. Diều hoà nhiệt trong đất Dicu hoà nhiệt troim đầl là quá Irình nhàm đicu chinh nuuon nhiệt \ à nhiệt dộ theo hiKTim có lợi cho câv iròim. hao uòm một so biện pháp kỳ tliiiật. biện pháp cai tạd dất và biộn pháp điều hoà khí hậu. là nhữim hiện pháp tưcĩim dối đơn uian nhimg rất hiệu quả như làm dấl. chế dộ canh tac. - l.àin dấl: Tuỳ ihoo từni; \ iiim dấl. lừnu mùa mà diổLi chinh mức dộ cày sâu hay nòiiíi kliác nhau. Nén dất cũnu là hiện pháp uiĩr nhiệt tốt cho đất \'ì cànu chặt sự Iruvền nhiệt càim dc. Nhừ dó mà tầim dưới nhiệt độ có thê tărm 3-5 '*c. Việc lên luốim làm lãni; SỊI' uò tihẽ c h o mặt đàt dần đ èn lănu bức xạ nhiệt. - C'hc phu dất cùim làm thay dôi kha năiiíỉ phan xạ và phóng nhiệt cua dất. Chc phu dàl hãim nuu>ỏn liệu màu den có thò lănu bức xạ lèn 10-15% do đó làm dất ấm lên. nhất là \ ào mùa dôim. Nuà\ Iiay nmrừi ta dùim Pl- màu sánu cho phép tia hồnu ntioại đi qua. lănu dirực nhiộl cho dàl. h) Các hiện pháp cái tạo đất: Các biện pliáp cái tạo dât có anh hướng lâu dài và cơ bản den chc dộ nhiệt trong dất. Ta llurờnu sư dụní’ nhữnu biện pháp như tưứi tiêu nước, Irồnu rừng dc thav dồi chế dộ nhiệt. - I uới nước làm liiàm suát phan xạ đánu kê, có thc tới 20 % thấp hưn khi khônu Iiriri I ư(TÌ ninVc cũnu làm tãiiịi tính dan nhiệt do dó nhiệt dộ trong dât đêu nhau uiữa các lanu \ à các \ Ị trí. ỉ)ât dược tưới, nước bỏc hơi. từ dó bức xạ nhiệt troim không khí trC'11 sát Iiiặl ruộnu tãiiL: làm tăng nhiệt dộ. mạ non khôntỉ bị chết rét. - I rồim rừim đầu nuọn giỏ hay đầu bờ ruộng có tác dụng giám tốc dộ gió dẫn đốn tha\ dôi tiòii khí hậu cho \ ùim cày trồng đúrm sau. - Bón phàn nhất \à phân hữu cơ có lác dụng làm thay đồi nhiệt độ. vi chất hữu ca dần nhiệt kém. eiừ nhiệt làu. ngoài ra vi sinh vật phân giái chất hữu cơ giài phónu nhiều năim lirợnu, c) Cúc hiện pháp diều hoà k h í hậu: Nmnii biện pháp cơ bàn là trôníi rừntỉ. nuàv nay con người có ihê thay đôi thời tiêt nhàn tạo. Ví dụ làm mưa kê cã mưa đá, làm gió hay phá tan một cơn mưa... ĩât ca nhiìnu kv thuât nàv đèu ành hirơnu lới nhiệt độ tron.u đất. 201
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG X 1. Nêu vai trò của không khí trong đất. 2. Giải thích vì sao có sự khác nhau về thành phần giữa không khí trong đắt và trong khí quyển. 3. Nêu tính thông khí của cùa đất và mô hình toán tính dòng khí trong đất. 4. Nêu những biện pháp điều tiết không khí trong đất. 5. Cho biết những đặc tính nhiệt trong đất và những yếutố chi phối. 6. Nêu phương trình cân bàng nhiệt trạng thái ổn định. 7. Trinh bày mô hình toán tính nhiệt độ năm của đất. 8. Kể các biện pháp điều hoà nhiệt thường được áp dụng. 202
ChuoTig XI MỘT ■ SỐ TÍNH CHÁT VÁT ■ LÝ VÀ c ơ LÝ CỦA ĐÁT 1. KHÁI NIỆM C HUNG VÈ TÍNH CHÁT VẬT LÝ VÀ cơ LÝ CỦA ĐÁT Dất có một số tính chất vật lý và tính chất cư lý chù yếu như tỷ trọng, dung trọng, độ xốp. tính dính, tính déo. độ chặt, sức cán... Những lính chất này thường được quyết định bởi các thành phần khoáng vật (nguyên sinh, thứ sinh), thành phần các cấp hạt (cát, limon. sét), thành phần chất hữu ca có trong đất và tính liên kết giữa các thành phần trên đê tạo ra kết cấu cùa đất. Trong thực liễn san xuất nông nchiệp, những tính chất vật lý và cơ Iv tính luôn là những yếu tố chi phổi trực tiếp đến quá trình canh tác nhu khả năng làm đàt cày, bừa. xới xáo, sức kéo cua máy móc công cụ làm đất... ngoài ra các tính chất trên còn đặc biệt có liên quan và ành hươne đén một sổ đặc tính lý học khác của đất như che độ nước, chá độ không khí và khá năng sinh trưởng cũng như phát triển cùa cây trồng, do đó trorm nghiên cứu đất cần xác định và tim hiếu rõ về chúng. 2. MỘT SÓ TỈNH CH Á T VẬT LÝ c ơ BẢN CỦA ĐÁT 2.1. T ỷ trọng của đất Đ ịnh nghĩa: rý trọng của đất là tỷ số khối lượng cùa một đơn vị thể tích đất ờ trạng thái rấn, khô kiệt với các hạt đất xếp sít vào nhau so với khối lượng nước cùng thể tích ờ điều kiện nhiệt dộ 4"c. Dố tính tỳ trọng người ta áp dụng công thức: d = p/p, Trong dó: d- Tỷ trọng cùa đất. P- Khối lượng các hạt đất (khô kiệt, xếp xít vào nhau và không có khoảng hổng không khí) trong một thể tích xác định (thường được đo bàng tỉ/cnr^). P ị- Khối lượng nước được chứa trong cùng thể tích ở điều kiện là 4‘'c (đo bằng g/cm Y Tỷ trọng cùa các loại khoáníỉ vật khác nhau cỏ sự dao động khá lớn, song nhìn chung biến động trong phạm vi từ 2,40 - 2.80 (bảng 11.1). 203
Bảng / / . / . I v IrọnL; cua một sổ khoánu vật có troim dàt Khoáng vật Tỷ trọng Thạch anh tinh khiet 2.65 Canxít 2,6 - 2.8 Canxít tinh khiét 2.72 Pcnspat K- Na 2.6 - 2.8 Dolomit 2.8- 2.9 Gvpxít 2.32 Mica 2.8 -3.1 Khoáng sét 2.6 - 2.9 Bốcxít (Nhôm ôxýt) 2.09 òlivin. pyrôxen, amphibole (có chứa sắt) 2,9 - 3.5 lỈLMnatit 5,3 Quặng chì 7.6 Tv Irọng cùa đất được quyết định chú yếu bởi các loại khoáng nííuvên sinh, thứ sinh và hàm lượng chất hĩm cơ có trong đất. Nhìn chung do tý lệ chất hữu cơ tronu đất thirớnu không lứn nên Iv trọng đất sẽ phụ thuộc chú yếu vào thành phần khoáne \ ật cua dất. Các loại đất có thành phần cư giới khác nhau có tý trọnu khác nhau: Loại đất Tỷ trọng Đất cát 2.65 ±0,01 Đất cát pha 2,7 ±0,017 Đất thịt 2.7 ± 0.02 Đất sét 2.74 ± 0.027 Dựa vào tý trọng đất, Katrinski đã đưa ra mức đánh giá chung khi xác định tỳ trọng của đất trồntỉ như sau: Tỷ trọng Loại đất 2.7 Đấl giàu sắt PciOỉ 204
}’ ni^hĩa thực íiêiT. Tý trọnu đât dược sư dụntí Iroĩiu các công thức tính toán độ xôp. cônu thức tính tốc độ, thời uian sa lánu cua các cap hạt đát (cát, limon. sét) trong phân tích tliành phàn cư tiiứi. Thôni’ qua ty trọnu dâl Iiuirời ta cũnu ctí thê dưa ra được những nhận xét sư bộ vê hàm lượng chât hĩru cơ. hàm lirợnu sét hay tý lệ săt, nhòm cua một loại dất cụ thế nào dó. 2.2. Dung trọng ciia đất Dịnh Hiỉhĩa: Dunu trọng đất là khối lirợnu {l:) cua một đơn vị thê tích đất (cni‘) ớ trạnu thái tự nhiên (có khe hở) sau khi được sấ_\ khô kiệt. Dutm trọnu cua đất được xác định bàim cách dónu ốnt> kim loại hình trụ có thể tích hỏn tronu 1 0 0 cm thẳng góc với bề mặt dất ơ trạim thái hoàn toàn tự nhiên, sau đó đem sấ\ khỏ kiệt đất rồi tính theo công thức sau: D- p V 'l'rontz đó: D - Dunu trọniz cua dất (a/cm ); p - Khối lượnu đất tự nhiC'n troim ổim trụ đóng sau khi đã được sấy khỏ kiệt (được tính theo u), V - Thề tích của ốnu đóng (được tính theo cm^). Như vậy dung trọng của đất thường nhỏ hơn so với tý trọng vì thể tích đất khô kiệt được xác định ở đày hao gồm cả các hạt đất răn và các khe hờ tự nhiên có trong đất. B ảng 11.2. Quan hệ giữa dung trọnu đất với thành phần cơ giới và thành phần vật liệu cấu tạo ơ một số loại đất Thíình phần vật liệu rhành phần cơ giới đất Dung trọng Dung trọng cau tạo đat Cát 1,55 Tro núi lưa 0,85 rhịt pha cát 1.40 Vậl liệu hữu cơ 0.5- 0,6 Cát lĩiịn 1.3Ơ Táo cát 0,6- 0,9 Đất thịt 1. 2 0 Can xít mềm. xốp 1.6 Đất thịt mịn 1.15 Than bùn 0,5 Đất thịt pha sét 1. 1 0 Sét 1.05* Sét vón cục 1, 0 0 ♦L " sấv kliỏ bị mất nhiều inrỏc dẫn đán sót có tv trọnu bó. Khi 205
Dung trọng cùa đất phụ thuộc vào cấp hạt cơ giới, độ chặt và kết cấu của đất. Các loại đất tơi xốp, giàu chất hữu cơ và mùn thường có dung trọng nhó và ngược lại những loại đất chặt. bí. kém tơi xốp và nghèo chất hữu cơ thường có dung trọng lớn (báng 11.2). Trong phẫu diện đất cùa phần lớn các loại đất, dung trọng có chiều hướng tăng dần khi xuống tầng đất dưới sâu, vì càng xuống sâu hàm lượng mùn của đất càng giảm, mặt khác do quá trình tích tụ sét và các vật liệu mịn bị rửa trôi từ trên xuống lấp đầy các khe hở và bị nén đã làm cho đất bị chặt gí hơn các tầng trên. Katrinski đã đưa ra đánh giá dung trọng cùa một sổ loại đất có thành phần cơ giới từ thịt và sét như sau: Dung trọng (g/cm^) Đánh giá
f)ộ xốp của đất có thể biến độnu lừ 30 - 70% tùy thuộc vào đất rời rạc Kiiông có kết cấu như đất cát, đất bạc màu cho dến nhữnu loại dất có kết cấu viên như đất đỏ vàng vùim đồi núi. Như vậv độ xốp phụ thiuu' vào kết cấu, tỷ trọng và dung trọng cùa đất. ỉ)ộ xốp cùa đất thường được phân cắp như sau: p (%) Mức độ 60-70 Đất rất xốp 5 0 -60 Dất khá xốp 40-50 Dất xốp trung bình 30-40 Đất ít xốp
3. MỘT SÓ TÍNH CHẨT c ơ LÝ CỦA ĐÁT 3.1. Tính liên kết của đất Địrth nghía: Tính liên kết cùa đất là sự dính kết ưiừa các phần tử dat với nhau (khi đất khô tính chất này biểu hiện rõ) nhừiig loại đất có tính liên kết lớn thưừim tạo thành trong đất nhừntỊ kiểu kết cấu tàng cục lớn. Đan vị đo tính liên kết của đất được xác định bằng lực ấn vào đất (G/cm'). Nhừiig yếu tố ảnh hườna đến tính liên kết của đất là: thành phần cư uiới. độ âm đất. cấu trúc cùa đất. hàm lượng mùn và thành phần cation hấp phụ trong dất. Đất có thành phần cơ giới nặng do chứa nhiều sét nên tính liên kết của chúniỉ rất lớn. ngược lại đất có thành phần cơ giới nhẹ như đất cát, do có tý lộ các hạt cát cao nên có tính liên kết kém. Độ ẩm đất chi phổi đến khả năng liên kết cùa đất. ở những loại dất có tính liên kết lớn như đất sét nểu đất càng khô thì tính liên kết cùa đất thể hiện càng mạnh. Hàm lượng mùn cao trong đất có tác động dung hòa rất tốt đến tính liên kết cua một sổ loại đất có kết cấu kém hoặc không có kết câu như đât cát và đât sét nặng. Nuoài ra thành phần cation hấp phụ trorm đất cũng là yếu tố ành hường đến tính liên kết của đất. ví dụ: Đất mặn do hấp phụ nhiều cation Na^ đã tạo cho đất sức liên kết lớn khi khô do đó đã làm loại đất này thường bị chai cứng khi khô hạn nhưng tính liên kết này cũng dễ dàng bị mất đi khi đất bão hòa nước. Ỷ nghĩa thực tiễn: Tính liên kết của đất ảnh hường rất lớn đến việc làm đất và áp dụng các biện pháp canh tác. Đất có kết cấu tốt (như dạng két cẩu viên) lực liên kết giữa các hạt đất không lớn, do đó rất dễ cày, bừa và xới xáo. Ngược lại ở những đất loại đất sét có kết cấu tàng lớn thì việc làm đất rất khó khăn, đặc biệt là khi đất bị khô vừa phái cày bừa và vừa phải đập cho đất vỡ vụn ra. 3.2. Tính dính của đất Định nghĩa: Tính dính cùa đất là khà năng kết dính của đất với những vật tiép xúc với chúng. Tính dính cùa đất thường làm tăng lực càn đối với các công cụ làm đất như cày bừa. những máy móc và công cụ phay, đập đất... do vậy đất có tính dính càng cao thi việc làm đất càng khó khăn và càng đòi hỏi phải tiêu tốn nhiều năng lượng cho việc làm đất. Giống như tính liên kết của đất, tính dính phụ thuộc thành phần các cấp hạt trong đất, kết cấu và độ ẩm đất. Những loại đất có tỷ lệ các cấp hạt sét cao với các thành phần khoáng sét càng cao thì tính dính của chúng càng lớn, trong các thành phần khoáng sét thì montmorilonit, ilit có tính liên kết và tính dính cao hơn hẳn các khoáng sét kaolinit và các hydroxyt sắt. Ngược lại với tỳ lệ sét, khi đất có hàm lượng mùn càng lớn thi càng làm giảm tính dính của đất. Hầu hết đất bắt đầu có tính dính cao khi độ ẩm trong đất đạt 60 - 80% độ trừ âm cực đại. Độ dính được đo bằng lực cần thiết (G/cm^) để làm dírt rời, tách phần tiếp xúc của đất ra khỏi đĩa. chúng được xác định bàng công thức sau: 208
r P S Troim đó: r - độ dính (G/cm“); p - lực hao tồn để làm rơi phần dất tiếp xúc với đĩa (G); s - diện tích cùa đĩa kim loại (cm"). 3.3. Tính dco của đ ấ t Tính dèo hay độ dẻo của đất thườim thê hiện khi đất ở trạng thái ẩm, có khả năng nặn tạo được những hình dạng nhất định và có thế giữ nguyên được hình dạng đó khi không có lực bên ngoài tác động. Đất có chứa 15% hàm lượng sét trở lên thì bất đầu có biểu hiện tính dco rõ. tính chất này có liên quan đến bản chất tự nhiên cùa các hạt sét khi chútiỉỉ hấp phụ nước. Tính dèo của đất chi thè hiện khi đất có phạm vi độ ẩm nhất định, đất quá khô hay bão hòa nước đều không có tính dèo. Ncu khô. hòn đất chỉ có thể nứt vỡ ra còn nếu ẩm quá thì khoảng cách giữa các hạt đất sẽ lớn. đất bị nhão hay bị lòng như "cháo" không còn tính dèo nữa. Tính dẻo cùa đất phụ thuộc vào thành phần cơ giới đất và thành phần khoáng sét cùa đất. Đất càng giàu sét, đặc biệt là nhóm khoáng sét montmorilonit, illit thì đất càng dẻo và ngược lại ở những đất nghèo sét như đất cát hoàn toàn không có tính dẻo. Phạm vi xuất hiện tính dẻo cùa đất được xác định bởi hai giới hạn (các giới hạn này có liên quan tới độ ấm cùa đất). Giới hạn dưới thể hiện đặc tính đất bắt đầu nặn được hay vê thành dạng như con giun và giới hạn trên (vưọft quá lính dẻo), là đất bắt đầu không thề nặn được nữa, ở mức giới hạn trên này thường bất lợi cho sản xuất nông nghiệp (trừ đất trồng lúa nước). } nghĩu thực íiẽn: Đất có tính deo cao thường cỏ những ảnh hường không tốt đến việc làm đắt vì ờ trạng thái ẩm. inVt khi C'àv hừa dát sẽ tạo thành tảng lớn chứ không không tơi vờ lạo ra các kết cấu thích hợp cho cây trồng. Còn ngược lại ờ trạng thái đất khô thi lại rất cứng, làm tăng lực càn của đất đổi với các công cụ làm đất và làm tiêu tốn nhiều năng lượng trong làm đất. Tuy nhiên tính dèo cùa đất rất có ý nghĩa trong việc phân loại đất trong kỹ thuật xây dựng, vì chúng liên quan tới sức chống nén khi xây dựng các công trình nhà ở và đường giao thông. 3.4. Tính trương và tính co của đất Tính trương và tính co của đất là đặc tính thể tích của đất tăng lên khi ẩm và bị co lại khi khô. Tính trương co của đất có liên quan đến sự xâm nhập và mất nước giữa các linh tầne khoáng sét do đó đặc tính này phụ thuộc chù yếu vào thành phần và hàm lượng sét có trong đất và thành phần các cation hấp phụ trong đất. Ví dụ: Đất có nhiều thành phần khoáng kaolinit thì ít bị trươntỉ co hơn so với đất chứa nhiều khoáng sét montmorilonit. smectit, trong khi đó đất có chứa nhiều khoáng hydrôxyt sắt thì hầu như rất ít bị trương co. Đất hấp phụ nhiều ion Na" có tính trương co mạnh hơn so với đất hấp phụ ion Ca“^. Tính co cùa đất được Till phân cấp ở bàng 11.4. 209
Bảng 11.4. Phân cấp tính co của đất có thành phần cơ giới khác nhau (theo rill) Mức co (%) Thành phần cơ giới đất 0,5 - 1,0 Đất cát 0,5 - 1.5 Đất cát pha, thịt nhẹ 3 - 4.5 Đất thịt trung bình 4,5 - 6 Đất thịt nặng 6,0 - 8,0 Đất sét 8 ,0 - 1 0 Đất sét nặng Ỷ nghĩa thực tiễn: Những loại đất có tính trương và tính co mạnh đều gây ra những bất lợi cho sản xuất. Đất thịt nặng và sét khi bão hòa nước, đất sẽ bị trương rất tứianh lấp hết các khe hở trong đất làm giảm và mất khả năng thấm theo chiều sâu. tạo nên dòng chảy trên bề mặt gây xói mòn rừa trôi mạnh (thường xảy ra ở miền núi). Trong khi ờ vùng đồng bằng và vùng ven biển trên những đất phù sa thành phần cơ giới nặng trồng lúa khi bị khô hạn đất sẽ bị co mạnh làm mặt đất bị nứt nẻ với những kẽ nứt rộng hàng vài ba cm. hiện tượng nứt nè bề mặt càng làm tăng quá trình bốc hơi nước trong đất và làm đất mất ẩm nhanh chóng, bốc mặn lên lóp đất mặt và ngoài ra hiện tượng co mạnh còn làm đứt rễ các cây trồng gây ra ảnh hưởng xấu đến quá trình sinh trường cùa cây. 3.5. Sức cản của đất Khi chuẩn bị đất canh tác cần phải tiến hành cày, bừa, phay đất cho tơi nhỏ nhàm tạo ra kết cấu đất thích hợp cho cây trồng. Để làm được các công việc trên các công cụ làm đấl phải tạo ra được những lực cần thiết để thẳng sức cản của đất và lực này được đặc trưng bởi lực cản riêng cùa đất. Lực cản riêng của đất là lực cần để cắt mành đất có tiết diện ngang là lcm^ và được biểu thị là Kg/cm^. Việc nghiên cứu sức cản của đất để nhằm mục đích giảm chi phí và nâng cao chất lượng làm đất. Sức cản (P) có thể đo bằng lực kế lắp sau máy kéo. p = k.a.b Trong đó: k - Hệ số chi sức cản riêng của từng loại đất, cụ thể: đất cát 0,2 - 0,3 Kg/cm^ đất thịt 0,6 K g/cm \ đất sét 0,9 K g/cm l a - Chiều sâu cày (cm). b - Chiều rộng hoạt động của lưỡi cày (cm). Có nhiều yếu tố chi phối và ảnh hưởng đến lực cản riêng của đất như: thành phần cấp hạt, độ ẩm, hàm lượng mùn và kết cấu đất... v ề ảnh hường cùa thành phần cơ giới được thể hiện qua hệ số chỉ sức cản riêng cùa các loại đất cát, thịt, sét... Độ ẩm đối với sức cản cùa đất được thể hiện đất ở trạng thái khô hay ướt, đất khô có lực cản lớn hơn nhiều so với đất ướt. Đất có kết cấu thích hợp ờ dạng viên thường có sức cản giàm so 210