Thành phần và nồng độ của dung dịch đất

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản không thiếu của tài liệu tại đây ( 2.08 MB, 129 trang )

– 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.

3. Độ chua của đất (pH đất)

Phản ứng của dung dịch đất là chỉ tính axit, tính kiềm hay tính trung hòa của đất. Nó phụ

thuộc vào tỷ lệ giữa nồng độ H+ và OH- trong dung dịch đất.

Độ chua của đất là do nồng độ ion H+ trong dung dịch đất và được thể hiện qua trị số pH của

đất.

pH = – log [ H+ ]

[H+ ] là nồng độ tính bằng gram của ion H+ trong 1 lít dung dịch. Nước nguyên chất có nồng

độ ion H+ trong 1 lít nước là: 0,0000001 = 10 -7 nên pH của nước nguyên chất là pH = – log 10 -7 =

log 1/10-7 =7.

Trong đất nếu pH= 7, đó là đất trung tính; khi pH >7 đất có tính kiềm; pH < 7 đất có tính acid. Vì do giá trị pH dựa trên thang logarithm nên pH = 4 sẽ chua hơn 10 lần so với pH = 5 ( hay nồng độ ion H+ lớn hơn 10 lần. Hình 5. Khoảng pH thích hợp với cây trồng. Đa số các loại đất có ý nghĩa quan trong đến sản xuất nông nghiệp có giá trị pH trong khoảng từ 5 – 9. Đất ở các vùng có lượng mưa cao và pha rừng mạnh nói chung đều chua do các cation như Ca2+, Mg2+… đã bị rửa trôi và có sự tập trung ion H+ trong các keo sét. pH của đất không phải là một giá trị cố định, nó có thể thay đổi theo thời gian. 3.1 Các loại độ chua của 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. 3.1.1 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. 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 54 5,6-6,5 6,6-7,5 7,6-8,0 8,1-8,5 >8,5

Ðất chua ít

Ðất trung tính

Ðất kiềm ít

Ðất kiềm vừa

Ðất kiềm nhiều

Bảng 6: Ðộ chua hoạt tính của một số loại đất Việt nam

Loại đất (tầng 0-15cm)

pHH2O

Ðất phèn (An Hải – Hải Phòng)

4,2

Ðất nâu đỏ trên đá vôi (Ðồng Giao, Ninh Bình)

4,6

Ðất nâu đỏ trên đá bazan (Phủ Quỳ, Nghệ An)

4,5

Ðất đỏ vàng trên phiến thạch mica (Phú Hộ, Phú Thọ) 4,5

Ðất nâu vàng trên phù sa cổ (Vĩnh Phúc)

5,0

Ðất phù sa trong đê sông Thái Bình (Hải Dương)

4,8

Ðất phù sa ngoài đê sông Hồng (Phúc Xá, Hà Nội)

7,7

Ðất xám bạc màu (Bắc Giang)

5,0

Ðất mặn (Rạng Ðông, Nam Định)

8,0

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 7: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 7 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 pH H2O <4,5 thì cấp thiết phải bón vôi, nếu pHH2O = 4,6-5,5 cần vừa 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 H 2SO4 trong đất phèn). Nếu đất kiềm nhiều (pH H2O > 8,5) thì trong đất thường chứa nhiều Na 2CO3 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 pH H2O 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.

3.1.2. 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.

55

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 §] HAl+

3+

+ 4KCl ⇔ [KÐ]4K+ + HCl + AlCl3

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 CH 3COONa 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 §] HAl+

3+

+ 4NaCH3COO ⇔ [KÐ]4Na+ + CH3COOH + Al(CH3COO)3 (1)

Al(CH3COO)3 + 3H2O ⇔ Al(OH)3 ↓ + 3CH3COOH

56

(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 CH 3COOH

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 8: Ðộ chua trao đổi và độ chua thuỷ phân của một số loại đất Việt Nam

Loại đất (0-15cm)

pHKCl

Ðất nâu đỏ trên đá bazan (Phủ Quỳ)

Ðất nâu đỏ trên đá vôi (Ninh Bình)

Ðất phù sa sông Thái Bình (Hải Dương)

Ðất phèn Hải Phòng

Ðất trũng Nam Ðịnh

4,4

4,2

4,4

3,8

4,6

Ðộ chua trao đổi

Ðộ chua thuỷ phân

lđl/100g đất

0,51

2,61

3,50

0,65

0,30

6,3

10,4

8,0

4,3

4,8

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 CH 3COOH 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:

V (%) =

S × 100

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).

3.2 Các nguyên nhân gây chua cho đẩt

3.2.1 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.

+

57

3.2.2. 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 H 2CO3. 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.

3.2.3. 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.

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 SO 42- và Cl-. Các gốc axit này sẽ tạo HCl và H 2SO4 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.

Ngoài ra, do đặc điểm của quá trình hình thành ddaasrt nhiệt đới trong đất tích lũy nhiều

hợp chất của sắt, nhôm, mangan. Các hợp chất này, đặc biệt là nhôm cũng có tác dụng gây chua

cho đất vì khi thủy phân muối của chúng, trong đất sẽ xuất hiện H+:

AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + 3HCl

Nhóm đất Feralit ở miền Bắc Việt Nam có lượng nhôm trao đổi chiếm 80-90%. Theo chiều

sâu của phẫu diện đất, lượng Al3+ tăng dần.

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.

Riêng vùng đất phèn có độ chua rất lớn, khi đất khô pH có thể xuống tới 2.

3.3 Ảnh hưởng của độ chua đến đặc tính lí, hóa sinh học của đất

+ Dạng tồn tại và độ hữu hiệu của các nguyên tố Ca, Mg, P, cũng như các nguyên tố vi lượng

như Fe, Mn, Cu, Mo, B… có quan hệ chặt chẽ với độ pH của đất.

+ Phản ứng của đất cũng có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ vi sinh vật và sự hoạt động của

chúng. Chính vì vậy các phản ứng của đất có liên quan chặt chẽ tới sự phân giải chất hữu cơ và sự

58

chuyển hoá các chất dinh dưỡng như đạm và lưu huỳnh trong đất. Các vi khuẩn và xạ khuẩn có

ích thích nghi nhất ở môi trường trung tính. Ví dụ như vi khuẩn cố định đạm thích nghi ở pH 6,8;

Vi khuẩn nitrat hoá ở pH 6-8. Trong môi trường chua pH <5 nấm phát triển. Những sản phẩm do nấm sinh ra đều có tính chua mạnh, trong điều kiện có nước có thể bị rửa trôi không có lợi cho sự tích luỹ độ phì. + Trong đất chua sự di động của nhôm tăng. Trừ một số ít cây như chè được Al3+ kích thích phát triển còn hầu hết các cây trồng không chịu được hàm lượng nhôm di động cao. + pH đất ảnh hưởng đến sự hoà tan lân và hiệu lực phân lân. Trong môi trường hoá học đơn thuần thì lân vô cơ hoà tan nhiều khi pH giảm, lân hữu cơ hoà tan nhiều khi pH tăng. Song trong đất chua còn có hiện tượng hấp phụ hoá học do tác dụng của sắt và nhôm với lân nên nói chung trong môi trường trung tính lân hoà tan nhiều nhất. + pH ảnh hưởng đến cây trồng: trừ một số ít cây ưa môi trường chua còn lại đều thích hợp ở môi trường trung tính. + pH đất ảnh hưởng đến độ hoà tan của các nguyên tố vi lượng trong đất. Khi pH giảm phần lớn các nguyên tố vi lượng trở nên di động hơn, dễ hấp thu hơn với cây (Mn, Cu, B, Zn…) nhưng sự di động của molipden lại giảm đi rõ rệt. 4. Tính đệm của đất Khi cho một lượng nhỏ axit hoặc bazơ vào nước cất rồi xác định pH, thấy pH nước thay đổi nhiều nhưng khi 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 chống lại 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” (phản ứng của dug dịch đất không thay đổi dưới tác động của những dung dịch bên ngoài) Nguyên nhân tạo nên tính đệm cho đất Có nhiều nguyên nhân khác nhau: a. 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) CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O Ví dụ: b. 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 R CH – COOH + HCl → R – CH COOH + H2O OH Cl CH – COOH + NaOH → R -CH COONa + H2O OH OH – Ðệm do axit amin: R R CH – COOH + HCl → R -CH COOH NH2 NH3Cl CH – COOH + NaOH → R – CH COONa + H2O NH2 NH2 Ðất chứa nhiều mùn và các chất hữu cơ có khả năng đệm cao c. Do hoạt động trao đổi cation trong đất 59 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. d. Tác dụng của Al3+ di động trong đất: Theo R. K. Schofield lúc pH <5,5, cation Al 3+ ở trạng thái xung quanh có 6 phân tử H 2O bao bọc [Al(H2O)6]3+. Nếu có kiềm xâm nhập thì một số phân tử nước của ion [Al(H2O)6]3+ phân ly tạo H+ và OH-, H+ sẽ trung hoà chất kiềm còn OH- được giữ trên bề mặt cation Al 3+ làm cho pH của đất ổn định. Al 3+ di động chỉ có khả năng đệm khi pH<5,5 và chỉ đệm một chiều với chất kiềm. 2[Al(H2O)6]3+ + 2OH- → [Al(OH)2(H2O)8]4+ + 4H2O H2O H2O – Al H2O H2O OH- Al- OHH2O 4+ H2O H2O H2O Nếu chất kiềm tiếp tục xâm nhập vào đất thì các phân tử nước trên đó lại tiếp tục phân ly ra ion H+ để trung hoà làm ion nhôm kép trở nên phức tạp hơn. 6+ H2O H2O Al H2O – H2O OH- OH H2O H2O H2O Al – H2O OH- OH H2O H2O H2O – Al H2O OHOH H2O – H2O H2O AlH2O Lúc pH >5,5 thì ion nhôm kết tủa dưới dạng Al(OH) 3 và mất khả năng đệm. Như vậy

nhôm chỉ có khả năng đệm khi pH của đất dưới 5,5 và chỉ đệm với bazơ (đệm một chiều.).

Qua các nguyên nhân nói trên có thể rút ra một nhận xét rằng: Tính đệm của đất phụ

thuộc chủ yếu vào hàm lượng mùn và thành phần cơ giới đất

Ðất giàu mùn > 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

có thể xác đinh rằng 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 với đất giàu mùn, có thành phần cơ giới

nặng phải tăng lượng vôi bón lên 1,2-1,5 lần theo con số tính lý thuyết.

60

5. Tính oxy hóa khử của dung dịch đẩt

5.1 Khái niệm về 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.

Ví dụ:

Fe3+ + e ↔ Fe2+ hoặc Fe2+ – e ↔ Fe3+

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 9: Ảnh hưởng của trạng thái oxy hoá khử đến các dạng sản phẩm

phân giải xác hữu cơ

Thành phần chất hữu

Sản phẩm oxy hoá

Sản phẩm khử

(ox)

(Red)

C

CO2

CH4, CO

N

NO2-, NO3-

NH3, N2

S

SO42-

H2S

P

PO43-

PH3

Fe

Fe3+

Fe2+

Mn

Mn3+, Mn4+

Mn2+

Cu

Cu2+

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/ 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 mV

Mn3+ + e – ↔ Mn2+

Eo = 1510 mV

MnO4- + 4H+ + 3e – ↔ MnO2 + 2H2O

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

61

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.

*Mật độ cây trồng: rễ lúa nước tiết ra oxy làm Eh của đất vùng xung quanh rễ tăng. Vì

vậy lúa nước cấy càng dày thì mật độ rễ càng cao, Eh càng tăng và hàm lượng các

chất khử càng giảm.

5.3 Ý nghĩa thực tiễn của phản ứng oxy hoá khử

+ Ðiện thế oxy hoá khử là chỉ tiêu đánh giá tính thông khí và tình hình cung cấp dinh

dưỡng trong đất. Các chất dinh dưỡng như NH 4+, NO3-, PO43-, SO42-… được hình thành do tác

động của hệ vi sinh vật đất trong những điều kiện cụ thể về pH, hoặc Eh nào đấy.

Ví dụ: khi pH = 7, Eh khoảng 400mV thì NO3- bị khử mạnh thành NO2 cây không dùng

được.

+ Các loại đất khác nhau có Eh khác nhau, trong một phẫu diện Eh của các tầng khác nhau

và thường giảm theo chiều sâu. Eh phù hợp với sản xuất nông nghiệp biến động trong phạm vi

200-700 mV (đất lúa nước từ 200-300mV). Eh quá cao chứng tỏ quá trình oxy hoá trong đất xảy

ra mạnh. Mùn tiêu hao nhanh và một số chất dinh dưỡng có thể bị cố định lại. Ngược lại nếu Eh

quá thấp nghĩa là quá trình khử diễn ra mạnh, sinh ra một số chất độc như H2S, CH4….

+ Khi thay đổi Eh sẽ dẫn tới sự thay đổi một loạt trạng thái dinh dưỡng trong đất. Thí dụ:

khi đổ ải, đất chuyển từ trạng thái oxy hoá sang trạng thái khử, Eh giảm mạnh. Lúc đó Fe 3+ trong

các hợp chất bị khử thành Fe2+ (như Fe(OH)2 và FeHPO4) làm đất giảm tính chua trong thời gian

khoảng 1 tháng, hàm lượng lân dễ tiêu tăng lên, hàm lượng NH 4+ cũng tăng (do chất hữu cơ phân

giải trong điều kiện yếm khí tạo ra NH 4+)… đây là một quá trình có lợi vì cung cấp nhiều dinh

dưỡng cho cây.

62

Rate this post
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments