Tài liệu Khảo sát thành phần cơ giới, độ chua, nhôm di động, sức đệm của đất ở nông trường cao su Nhà Nai - Bình Dương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SƯ PHẠM HÓA HỌC Tên đề tài KHẢO SÁT THÀNH PHẦN CƠ GIỚI, ĐỘ CHUA, NHÔM DI ĐỘNG, SỨC ĐỆM CỦA ĐẤT Ở NÔNG TRƯỜNG CAO SU NHÀ NAI – BÌNH DƯƠNG Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 05/2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SƯ PHẠM HÓA HỌC Tên đề tài KHẢO SÁT THÀNH PHẦN CƠ GIỚI, ĐỘ CHUA, NHÔM DI ĐỘNG, SỨC ĐỆM CỦA ĐẤT Ở NÔNG TRƯỜNG CAO SU NHÀ NAI – BÌNH DƯƠNG GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh SVTH: Hà Như Huệ Lớp Hóa 4A Niên khóa: 2008 - 2012 Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 05/2012 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp “Khảo sát thành phần cơ giới, độ chua, nhôm di động, sức đệm của đất ở nông trường cao su Nhà Nai – Bình Dương” em đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất nhiều từ gia đình, thầy cô và bạn bè. Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: • Gia đình luôn là nguồn động viên lớn đối với em, luôn nâng đỡ em không những về tinh thần mà còn cả vật chất. • Quý thầy cô trong khoa Hóa của trường Đại học Sư phạm Tp. HCM đã tận tình dạy dỗ em trong suốt 4 năm qua. • Thầy Nguyễn Văn Bỉnh đã hướng dẫn tận tình, chỉ dạy, giúp đỡ và động viên em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. • Quý thầy cô trong tổ Công nghệ môi trường: cô Trần Thị Lộc, cô Lê Thị Diệu đã tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình em thực hiện đề tài, luôn tạo điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành khóa luận. • Quý thầy cô trong tổ Hóa phân tích đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để em có thể hoàn thành khóa luận. • Cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình, sự động viên an ủi trong suốt 4 năm học qua của bạn bè. Vì trình độ và năng lực còn hạn chế cho nên trong quá trình học cũng như thực hiện khóa luận không tránh những thiếu sót, em rất mong quý thầy cô thông cảm, góp ý cho em để em có thể hoàn thành tốt khóa luận. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 05 năm 2012 Sinh viên thực hiện Hà Như Huệ MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................. i DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vi DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ vii LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................... 1 PHẦN A: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT........................................................... 3 CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH PHONG HÓA – HÌNH THÀNH ĐẤT ................... 3 1.1. Quá trình phong hóa ......................................................................................... 3 1.1.1. Khái niệm .................................................................................................... 3 1.1.2. Các hình thức phong hóa .......................................................................... 3 1.2. Khái niệm về đất................................................................................................ 4 1.3. Sự hình thành đất .............................................................................................. 4 1.3.1. Quá trình hình thành đất .......................................................................... 4 1.3.2. Các nhân tố hình thành đất....................................................................... 5 CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐẤT .......................................... 6 2.1. Thành phần khí ................................................................................................. 6 2.1.1. Nguồn gốc của thành phần khí trong đất ................................................ 6 2.1.2. CO 2 trong đất ............................................................................................. 6 2.2. Thành phần lỏng ............................................................................................... 7 2.2.1. Thành phần................................................................................................. 7 2.2.2. Nước trong đất ........................................................................................... 7 2.2.2.1. Các dạng nước trong đất ..................................................................... 7 2.2.2.2. Chế độ nước trong đất ......................................................................... 8 2.3. Thành phần rắn ................................................................................................. 9 2.3.1. Phần khoáng của đất ................................................................................. 9 2.3.2. Chất hữu cơ .............................................................................................. 10 2.3.2.1. Nhóm chất hữu cơ chưa mùn hóa ..................................................... 10 2.3.2.2. Các chất mùn ...................................................................................... 10 2.3.2.3. Thành phần cơ giới của đất ............................................................... 12 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT NÔNG HÓA CỦA ĐẤT ......................................... 13 3.1. Keo đất ............................................................................................................. 13 3.1.1. Cấu tạo của hạt keo.................................................................................. 13 3.1.2. Thành phần của keo đất .......................................................................... 14 3.1.2.1. Keo hữu cơ .......................................................................................... 14 3.1.2.2. Keo vô cơ ............................................................................................. 14 3.2. Tính chất hấp phụ chất dinh dưỡng .............................................................. 15 3.3. Các dạng hấp phụ............................................................................................ 15 3.3.1. Hấp phụ sinh học ..................................................................................... 15 3.3.2. Hấp phụ cơ học......................................................................................... 15 3.3.3. Hấp phụ lí học .......................................................................................... 16 3.3.4. Hấp phụ hóa học ...................................................................................... 16 3.3.5. Hấp phụ hóa lí .......................................................................................... 17 3.4. Các qui luật cơ bản của hấp phụ hóa lí cation ............................................. 17 3.4.1. Tính chất của các cation .......................................................................... 17 3.4.2. Tính chất của keo đất .............................................................................. 18 3.4.3. Tính chất của dung dịch .......................................................................... 19 3.5. Dung lượng hấp phụ của đất .......................................................................... 20 CHƯƠNG 4: TÍNH CHẤT CHUA CỦA ĐẤT ................................................... 22 4.1. Định nghĩa ........................................................................................................ 22 4.2. Phân loại đất chua ........................................................................................... 22 4.2.1. Độ chua hiện tại ........................................................................................ 22 4.2.2. Độ chua tiềm tàng .................................................................................... 22 4.2.2.1. Độ chua trao đổi (pH KCl ) ................................................................... 22 4.2.2.2. Độ chua thủy phân ............................................................................. 23 4.3. Tính chất đệm của dung dịch đất .................................................................. 23 4.3.1. Tính chua kiềm và phản ứng của dung dịch đất ................................... 23 4.3.2. Tính chất đệm ........................................................................................... 24 4.3.2.1. Định nghĩa ........................................................................................... 24 4.3.2.2. Nguyên nhân gây ra khả năng đệm .................................................. 24 SVTH: Hà Như Huệ Trang 1 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh CHƯƠNG 5: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CƠ GIỚI, ĐỘ CHUA, NHÔM DI ĐỘNG, SỨC ĐỆM CỦA ĐẤT ...................................... 26 5.1. Lấy và bảo quản mẫu đất ............................................................................... 26 5.1.1. Lấy mẫu phân tích ................................................................................... 26 5.1.2. Phơi khô mẫu............................................................................................ 28 5.1.3. Nghiền và rây mẫu ................................................................................... 28 5.2. Nguyên tắc và phương pháp xác định hệ số khô kiệt .................................. 28 5.2.1. Nguyên tắc ................................................................................................ 28 5.2.2. Phương pháp ............................................................................................ 29 5.3. Nguyên tắc và phương pháp phân tích thành phần cơ giới đất.................. 29 5.3.1. Ý nghĩa ...................................................................................................... 29 5.3.2. Nguyên tắc ................................................................................................ 29 5.3.3. Các phương pháp phân tích .................................................................... 30 5.3.3.1. Phương pháp ngoài đồng ruộng........................................................ 30 5.3.3.2. Phương pháp Rutcopski .................................................................... 30 5.3.3.3. Phương pháp pipet ............................................................................. 31 5.4. Nguyên tắc và phương pháp xác định pH..................................................... 31 5.4.1. Nguyên tắc ................................................................................................ 31 5.4.2. Phương pháp ............................................................................................ 32 5.5. Nguyên tắc và phương pháp xác định độ chua trao đổi .............................. 32 5.5.1. Nguyên tắc ................................................................................................ 32 5.5.2. Phương pháp ............................................................................................ 32 5.6. Nguyên tắc và phương pháp xác định nhôm di động .................................. 32 5.6.1. Phương pháp chuẩn độ trung hòa .......................................................... 32 5.6.2. Phương pháp chuẩn độ tạo phức ............................................................ 33 5.6.3. Một số phương pháp khác ....................................................................... 33 5.7. Độ chua thủy phân .......................................................................................... 33 5.7.1. Nguyên tắc ................................................................................................ 33 5.7.2. Phương pháp ............................................................................................ 34 5.8. Xác định sức đệm của đất ............................................................................... 34 SVTH: Hà Như Huệ Trang 2 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh PHẦN B: THỰC NGHIỆM .................................................................................. 35 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NÔNG TRƯỜNG CAO SU NHÀ NAI – BÌNH DƯƠNG ................................................................................................................... 35 1.1. Vị trí địa lí – Địa hình ..................................................................................... 35 1.2. Khí hậu – Thời tiết .......................................................................................... 36 1.3. Lịch sử hình thành nông trường .................................................................... 37 1.4. Lược đồ nông trường ...................................................................................... 38 1.5. Các mẫu đất ..................................................................................................... 39 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................ 43 2.1. Lấy mẫu và xử lí mẫu ..................................................................................... 43 2.2. Xác định hệ số khô kiệt bằng phương pháp sấy khô ................................... 43 2.2.1. Hóa chất, dụng cụ .................................................................................... 43 2.2.2. Tiến hành .................................................................................................. 43 2.2.3. Tính kết quả.............................................................................................. 43 2.2.4. Nhận xét .................................................................................................... 44 2.3. Xác định thành phần cơ giới của đất............................................................. 44 2.3.1. Hóa chất, dụng cụ .................................................................................... 44 2.3.2. Tiến hành .................................................................................................. 44 2.3.3. Kết quả ...................................................................................................... 45 2.3.4. Nhận xét .................................................................................................... 45 2.4. Xác định độ chua ............................................................................................. 46 2.4.1. Độ chua hiện tại ........................................................................................ 46 2.4.1.1. Hóa chất, dụng cụ ............................................................................... 46 2.4.1.2. Tiến hành ............................................................................................ 46 2.4.1.3. Kết quả ................................................................................................ 46 2.4.1.4. Nhận xét .............................................................................................. 46 2.4.2. Độ chua thủy phân ................................................................................... 46 2.4.2.1. Hóa chất, dụng cụ ............................................................................... 46 2.4.2.2. Tiến hành ............................................................................................ 47 2.4.2.3. Kết quả ................................................................................................ 47 SVTH: Hà Như Huệ Trang 3 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh 2.4.2.4. Nhận xét .............................................................................................. 47 2.4.3. Độ chua trao đổi pH KCl – Al3+ di động ................................................... 47 2.4.3.1. Hóa chất, dụng cụ ............................................................................... 47 2.4.3.2. Tiến hành ............................................................................................ 48 2.4.3.3. Kết quả ................................................................................................ 48 2.4.3.4. Nhận xét .............................................................................................. 48 2.5. Xác định sức đệm của đất ............................................................................... 49 2.5.1. Hóa chất, dụng cụ .................................................................................... 49 2.5.2. Tiến hành .................................................................................................. 49 2.5.3. Kết quả ...................................................................................................... 49 2.5.4. Nhận xét .................................................................................................... 50 KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 59 PHỤ LỤC ................................................................................................................ 60 SVTH: Hà Như Huệ Trang 4 GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Bảng phân chia độ lớn cấp hạt quốc tế, Hoa Kì và Nga Bảng 3.1 Sự trao đổi của clorua có các cation khác nhau với các keo NH 4 − khoáng Bảng 3.2: Sự hấp phụ Ca2+ và NH4+ trong dung dịch hỗn hợp 0,05N (CH 3 COO) 2 Ca và 0,05N CH 3 –COONH 4 ; pH = 7 Bảng 3.3: Việc tách Ca2+ và Mg2+ trao đổi từ đất đen bằng NH4+ phụ thuộc vào thể tích dung dịch. Bảng 5.2: Phân loại đất dựa vào tỉ lệ sét Bảng 5.2: Thành phần cơ giới và hình dạng sợi đất Bảng 5.3: Thành phần trăm sét theo thể tích đất nở ra Bảng 5.4: Tương quan cấp hạt và độ sâu pipet Bảng 2.1: Kết quả hệ số khô kiệt Bảng 2.2: Kết quả thành phần cơ giới của các mẫu đất Bảng 2.3: Kết quả độ chua hiện tại của các mẫu đất Bảng 2.4: Kết quả độ chua thủy phân của các mẫu đất Bảng 2.5: Kết quả độ chua trao đổi – Al3+ di động của cácmẫu đất Bảng 2.6: Bảng hóa chất cần cho để khảo sát sức đệm của các mẫu đất và cát Bảng 2.7: Kết quả đo pH để khảo sát sức đệm của các mẫu đất và cát SVTH: Hà Như Huệ Trang 5 GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo mixen keo tích điện âm Hình 5.1: Sơ đồ lấy mẫu riêng biệt và hỗn hợp Hình 1.1: Văn phòng nông trường cao su Nhà Nai Hình 1.2: Lược đồ nông trường Hình 1.3: Mẫu L2 Hình 1.4: Mẫu E21 Hình 1.5: Mẫu C17 Hình 1.6: Mẫu K15 Hình 1.7: Mẫu K10 Hình 1.8: Mẫu O18 Hình 1.9: Mẫu I14 Hình 2.8: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu L2 Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu E21 Hình 2.10: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu C17 Hình 2.11: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu K15 Hình 2.12: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu K10 Hình 2.13: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu O18 Hình 2.14: Đồ thị biểu diễn sức đệm của mẫu I14 SVTH: Hà Như Huệ Trang 6 GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh Khóa luận tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Hiện nay cây cao su được trồng ở rất nhiều nơi không chỉ ở riêng nước ta mà còn các nước châu Á khác. Sở dĩ cây cao su được trồng nhiều là vì nó có tính chiến lược về mặt kinh tế. Nhựa mủ cao su chủ yếu dùng để sản xuất cao su tự nhiên bên cạnh việc sản xuất latex dạng nước. Gỗ từ cây cao su được sử dụng trong sản xuất đồ gỗ. Cây cao su được đánh giá cao vì có thớ gỗ dày, ít co, màu sắc hấp dẫn và có thể chấp nhận các kiểu hoàn thiện khác nhau. Nó cũng được đánh giá như là loại gỗ thân thiện với môi trường. Các sản phẩm từ cao su xuất hiện hầu như ở mọi nơi trong đời sống hàng ngày của con người. Việt Nam là một trong số những nước có điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng phù hợp với sinh trưởng và phát triển của cây cao su. Ở nước ta, cây cao su được trồng nhiều ở vùng Đông Nam Bộ, Tây Nguyên và các tỉnh duyên hải miền trung. Tuy nhiên diện tích đất nông nghiệp nói chung và đất trồng cao su nói riêng hiện nay đang bị giảm sút nghiêm trọng do sự gia tăng dân số, quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa tăng nhanh. Khi diện tích đất canh tác giảm thì thành phần cơ giới, độ chua và sức đệm đóng vai trò không nhỏ trong việc sinh trưởng, phát triển cây trồng và quá trình cải tạo đất. Do vậy em chọn đề tài “Khảo sát thành phần cơ giới, độ chua, nhôm di động, sức đệm của đất ở nông trường cao su Nhà Nai – Bình Dương” với mục đích tìm hiểu hiện trạng đất trồng ở đây và với một số chỉ tiêu khác mong tìm ra được giải pháp tối ưu nâng cao năng suất cây trồng ở nông trường nói riêng và đem lại lợi ích cho nền kinh tế nước nhà. 2. Mục đích nghiên cứu Khảo sát các chỉ tiêu về đất: thành phần cơ giới, độ chua, nhôm di động, sức đệm của đất ở nông trường cao su Nhà Nai – Bình Dương. Qua đó sẽ giúp cho nông trường đưa ra được những biện pháp canh tác, cải tạo thích hợp góp phần nâng cao năng suất sản lượng cây trồng. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Tìm hiểu về tình hình đất đai, tính chất lí hóa, các yếu tố ảnh hưởng đến đất ở nông trường cao su Nhà Nai – Bình Dương. SVTH: Hà Như Huệ Trang 7 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh Tìm hiểu các phương pháp xác định thành phần cơ giới, độ chua, nhôm di động và sức đệm của đất, chọn lựa phương pháp phân tích thích hợp. Lấy mẫu đất ở nông trường Nhà Nai tiến hành phân tích. Tổng hợp và xử lí số liệu. Kết luận và đưa ra đề xuất. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: đọc tài liệu, sách làm cơ sở lí luận cho đề tài. Phương pháp thực nghiệm: tiến hành các phương pháp phân tích thực nghiệm để khảo sát các chỉ tiêu về đất. Phương pháp phân tích, tổng hợp: từ kết quả tính, tiến hành xử lí số liệu, phân tích, so sánh, kết luận và đưa ra đề xuất. 5. Khách thể và đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: thành phần cơ giới, độ chua, nhôm di động, sức đệm. Khách thể nghiên cứu: thành phần hóa học đất. 6. Giả thiết khoa học Nắm vững tính chất về đất là một yếu tố cực kì quan trọng trong quá trình cải tạo đất và canh tác góp phần nâng cao năng suất, sản lượng cây trồng. 7. Giới hạn đề tài Khảo sát các chỉ tiêu: thành phần cơ giới, độ chua, nhôm di động, sức đệm của đất ở nông trường cao su Nhà Nai – Bình Dương. Nghiên cứu các phương pháp phân tích thành phần cơ giới, độ chua, nhôm di động, sức đệm của đất. SVTH: Hà Như Huệ Trang 8 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh PHẦN A: TỔNG QUAN VỀ LÍ THUYẾT CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH PHONG HÓA - HÌNH THÀNH ĐẤT 1.1. Quá trình phong hóa 1.1.1. Khái niệm Quá trình làm biến đổi trạng thái vật lí và hóa học của đá và khoáng vật ở lớp bề mặt trái đất dưới tác động của các nhân tố bên ngoài được gọi là quá trình phong hóa. Kết quả của quá trình phong hóa đá đã tạo nên các sản phẩm phong hóa và giải phóng các chất khoáng ở dạng hòa tan, đây chính là nền tảng vật chất cho quá trình hình thành và phát triển đất. 1.1.2. Các hình thức phong hóa  Phong hóa vật lí (phong hóa cơ học) • Là sự vỡ vụn của các đá về mặt cơ học mà không có sự thay đổi về thành phần hóa học. • Nguyên nhân: do sự thay đổi nhiệt độ của môi trường kéo theo sự thay đổi nhiệt độ của các khoáng cấu tạo nên đá; đặc điểm của đá và khoáng vật: những đá do nhiều khoáng vật tạo thành dễ bị phá hủy hơn những loại đá có ít khoáng vật; sự đóng băng của nước trong các kẽ nứt…  Phong hóa hóa học • Là quá trình phá hủy các loại đá và khoáng vật dưới tác động của nước và oxi không khí làm biến đổi thành phần và tính chất hóa học. • Nguyên nhân: do nước và oxi trong không khí với 4 quá trình chính là: hydrat hóa, hòa tan, thủy phân và oxi hóa; ngoài ra còn phụ thuộc vào bản chất các khoáng cấu tạo nên đá.  Phong hóa sinh học • Là quá trình biến đổi hóa học và cơ học các loại đá và khoáng vật dưới tác động của vi sinh vật và các sản phẩm sống của chúng. • Nguyên nhân: trong quá trình sống, rễ thực vật tiết ra axit cacbonic và một số axit hữu cơ làm cho đá bị phá hủy. Tảo, rêu, địa y, nấm và các vi sinh vật đóng SVTH: Hà Như Huệ Trang 9 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh vai trò quan trọng trong việc phá hủy đá. Ngoài ra, rễ cây có thể xuyên qua kẽ hở của đá tạo nên một áp lực làm cho đá bị nứt vỡ. 1.2. Khái niệm về đất [4] Đất được hình thành và tiến hóa chậm hàng thế kỉ do sự phong hóa đá và sự phân hủy xác thực vật dưới ảnh hưởng của các yếu tố môi trường. Một số đất được hình thành do sự bồi lắng phù sa sông, biển hay gió. Đất có bản chất khác cơ bản với đá là có độ phì nhiêu và tạo sản phẩm cây trồng Đất là một hệ thống hở cuối cùng mà trong đó có các quá trình nhất định hoạt động: • Hoạt động thêm vào đất: nước mưa, tuyết; O 2 , CO 2 , từ khí quyển; N, Cl, S từ khí quyển theo mưa; vật chất trầm tích; năng lượng từ mặt trời. • Mất khỏi đất: bay hơi nước, bay hơi sinh học; N do phản nitrat hóa; C và CO 2 do oxy hóa chất hữu cơ; mất vật chất do xói mòn; bức xạ năng lượng; mất nước, các chất trong dung dịch (NO− 3 ), các dạng huyền phù. • Chuyển dịch trong đất: chất hữu cơ, sét, sét quioxyt; tuần hoàn sinh học các nguyên tố dinh dưỡng; di chuyển muối tan; di chuyển do động vật đất. • Chuyển hóa trong đất: mùn hóa, phong hóa khoáng; tạo cấu trúc, kết von, kết tủa; chuyển hóa khoáng; tạo thành sét. 1.3. Sự hình thành đất 1.3.1. Quá trình hình thành đất Quá trình hình thành đất rất phức tạp, trải qua các quá trình đấu tranh thống nhất giữa các mặt đối lập, bao gồm nhiều mặt: sinh học, hóa học, lí học, lí hóa học tác động tương hỗ lẫn nhau. • Sự tổng hợp các chất hữu cơ và phân giải chúng • Sự tập trung tích lũy chất hữu cơ, vô cơ và sự rửa trôi chúng • Sự phân hủy các khoáng chất và sự tổng hợp các khoáng chất, chất hóa học mới • Sự xâm nhập của nước vào đất và sự mất nước từ đất SVTH: Hà Như Huệ Trang 10 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh • Sự hấp thu năng lượng mặt trời của đất làm đất nóng lên và sự mất năng lượng từ đất làm cho đất lạnh đi. Từ khi xuất hiện sự sống trên trái đất thì quá trình phong hóa xảy ra đồng thời cùng quá trình hình thành đất. Thực chất của quá trình hình thành đất là vòng tiểu tuần hoàn sinh học, thực hiện do hoạt động sống của sinh vật (động thực vật và vi sinh vật). Sinh vật hấp thu năng lượng, chất dinh dưỡng được giải phóng từ vòng đại tuần hoàn địa chất và các chất khí từ khí quyển để tổng hợp nên hữu cơ. Thực chất của vòng đại tuần hoàn địa chất là quá trình phong hóa để tạo thành mẫu chất, đất được hình thành nhờ vào vòng tiểu tuần hoàn sinh học, những nhân tố cơ bản cho độ phì nhiêu của đất mới được tạo ra. 1.3.2. Các nhân tố hình thành đất • Đá mẹ: Cung cấp khoáng chất và các chất vô cơ cho đất đồng thời ảnh hưởng tới thành phần cơ giới, khoáng học và hóa học của đất. • Khí hậu: Ảnh hưởng trực tiếp tới các quá trình hình thành đất thông qua nước và nhiệt độ; ảnh hưởng gián tiếp tới quá trình hình thành đất thông qua giới sinh vật. • Sinh vật: tổng hợp chất hữu cơ từ những chất vô cơ của đất và khí quyển; tập trung và tích lũy chất hữu cơ đồng thời sinh vật cũng đóng vai trò phân giải và biến đổi chất hữu cơ. • Địa hình: trong sự hình thành đất, địa hình tác động tới lượng nhiệt và độ ẩm của đất đồng thời cũng ảnh hưởng tới chiều hướng và cường độ hình thành đất. • Thời gian: được coi là tuổi của đất; ảnh hưởng rất lớn đến tính chất lí học, hóa học và độ phì nhiêu của đất. • Con người: có tác động rất mạnh đến quá trình hình thành đất thông qua hoạt động sản xuất (đặc biệt là sản xuất nông nghiệp và lâm nghiệp). Tuy nhiên chỉ ở một số loại đất nhân tố con người mới có vai trò quan trọng (ví dụ: đất trồng lúa nước, đất bạc màu, đất xói mòn trơ sỏi đá…). SVTH: Hà Như Huệ Trang 11 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐẤT Đất gồm có 3 thành phần: thành phần rắn, khí và lỏng (dung dịch đất); các thành phần này có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. 2.1. Thành phần khí 2.1.1. Nguồn gốc của thành phần khí trong đất Do sự khuếch tán không khí từ khí quyển vào đất. Do quá trình hô hấp của rễ thực vật, vi sinh vật, quá trình phân hủy chất hữu cơ, một số phản ứng hóa học. Độ ẩm, thành phần cơ giới, cấu trúc và độ xốp của đất, đặc tính thực vật, nhiệt độ, áp suất khí quyển…có ảnh hưởng đến số lượng và thành phần khí của đất. 2.1.2. CO 2 trong đất Hàm lượng CO 2 trong đất thường cao hơn và hàm lượng O 2 thường ít hơn so với trong khí quyển. Hàm lượng này phụ thuộc vào cường độ trao đổi khí giữa đất và khí quyển. CO 2 tạo ra trong đất một phần tan vào dung dịch đất (tạo axit cacbonic, axit hóa phần lỏng của đất khi phân li); một phần thoát ra khí quyển (Sự thoát khí này làm tăng lượng CO 2 trong lớp không khí gần mặt đất, tạo điều kiện thuận lợi cho sự đồng hóa CO 2 của thực vật). Do đó hàm lượng CO 2 trong phần khí và trong dung dịch đất có mối liên quan khá chặt chẽ. Khi nồng độ CO 2 trong không khí tăng thì dẫn đến sự chuyển khí CO 2 vào dung dịch mạnh hơn, do đó làm tăng nồng độ H+ trong dung dịch và ngược lại, CO 2 từ dung dịch sẽ thoát ra ngoài. Việc làm giàu CO 2 trong dung dịch đất có tác dụng hòa tan các hợp chất khoáng trong đất chuyển các chất khoáng thành dạng dễ tiêu cho cây trồng. Tuy nhiên, hàm lượng CO 2 quá cao và thiếu oxi trong phần khí của đất lại có ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của thực vật và vi sinh vật. Đất có độ thoáng khí tốt và sự trao đổi khí giữa phần khí của đất và khí quyển sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật và cây trồng. SVTH: Hà Như Huệ Trang 12 GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh Khóa luận tốt nghiệp 2.2. Thành phần lỏng Dung dịch đất là phần hoạt động và linh động nhất của đất, trong đó có nhiều quá trình hóa học được thực hiện kể cả quá trình đồng hóa các chất dinh dưỡng. 2.2.1. Thành phần - Trong dung dịch đất thường có chứa: 2− − + Các anion HCO3− , OH − , Cl− , NO− 3 , SO4 , H2 PO4 ,... R + Các cation H+, Na+, K+, NH4+ , Ca2+, Mg2+… + Các muối sắt, nhôm, các chất hữu cơ tan được trong nước + Các khí tan O 2 , CO 2 , NH 3 … - Sự có mặt các muối trong dung dịch là do các chất khoáng bị phân hủy trong quá trình phong hóa và sự biến đổi các hợp chất hữu cơ của vi sinh vật, do bón phân hữu cơ và vô cơ. Tuy nhiên lượng muối tan này cao hơn 0,2% sẽ gây độc cho cây trồng. - Thành phần và nồng độ các muối tan có thể thay đổi do bón phân, do độ ẩm của đất, sự hút chất dinh dưỡng của vi sinh vật, sự rửa trôi, tương tác giữa dung dịch đất với phần rắn của đất, phản ứng trao đổi giữa dung dịch đất và keo đất. - Thành phần và số lượng chất tan trong dung dịch đất cho biết lượng thức ăn cho cây trong một thời gian. Phản ứng dung dịch đất làm thay đổi pH ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật và đặc tính lí hóa của đất. 2.2.2. Nước trong đất [1] 2.2.2.1. Các dạng nước trong đất Nước trong đất không ở riêng rẽ mà có quan hệ chặt chẽ với các thành phần rắn của đất, không khí và các khe hở trong đất. Nước trong đất có 4 dạng cơ bản: nước ở thể rắn, nước ở thể hơi, nước liên kết và nước tự do. • Nước ở thể rắn: Tồn tại trong đất khi nhiệt độ dưới 00C. Trong những loại đất vùng cực và vùng núi cao của các đới tự nhiên, dạng nước này giữ vai trò lớn trong quá trình phong hóa vật lí do nó tăng thể tích khi bị đông kết. • Nước ở thể hơi: Hơi nước được hình thành do sự bốc hơi nước trong đất, chúng chuyển động khuếch tán trong các khe hở của đất do sự thay đổi nhiệt độ của đất, do độ bão hòa hơi nước, do áp suất không khí đất, theo ngày đêm và theo mùa SVTH: Hà Như Huệ Trang 13 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh trong năm. Vì tính linh hoạt cao và là phần tử mang tính lưỡng cực, mặt khác phân tử hơi nước thường chịu tác động lực hút phân tử của các hạt đất cho nên chúng thường ngưng tụ trên bề mặt hạt đất. Ở những vùng khô hạn, sự di chuyển và ngưng tụ hơi nước đã làm tăng lên đáng kể lượng nước ở lớp đất mặt. • Nước liên kết + Nước liên kết hóa học là loại nước liên kết chặt chẽ với khoáng vật trong đất như trong caolinit, limonit, thạch cao. Dạng nước này không tham gia trực tiếp các quá trình lí học đất, không hòa tan các chất và thực vật không sử dụng được chúng. + Nước liên kết vật lí là loại nước được giữ ở mặt ngoài của hạt đất. Các phân tử nước ở thể hơi bị hấp phụ ở mặt ngoài đất do lực hút phân tử của chúng với phân tử mặt ngoài của đất tạo thành một màng nước mỏng. Đây là dạng nước hút ẩm, chúng bị đất giữ chặt, cây không sử dụng được. Khi bão hòa hơi nước, sức hút ẩm của đất là cao nhất. Lúc này, nếu có thêm nước, đất sẽ hấp phụ thêm tạo thành màng nước mới, gọi là nước màng do liên kết đối cực giữa các phân tử nước với nhau. Nước màng có độ nhớt lớn, không có tính hòa tan, tốc độ di chuyển rất chậm. • Nước tự do + Nước mao quản: là nước ở trạng thái lỏng, di chuyển tự do trong các khe hở từ 0,001 – 0,1mm. Nước mao quản có thể chuyển vận theo mọi hướng, từ nơi có độ ẩm lớn đến nơi khô hơn. Đây là nguồn nước cung cấp chủ yếu cho cây, cây dễ sử dụng, vì lực hút của đất với dạng này không lớn. + Nước trọng lực là nước thấm xuống đất một cách tự do dưới tác dụng của trọng lực. Dạng nước này có trong các khe hổng lớn và chỉ tồn tại trong một thời gian rất ngắn: chúng di chuyển xuống dưới theo các khe hở lớn tới tầng không thấm nước, dừng lại và tích tụ dần thành nước ngầm, hoặc nhập vào tầng nước ngầm sẵn có. 2.2.2.2. Chế độ nước trong đất Tổng hợp những hiện tượng: nước thâm nhập vào đất và chuyển đi hoặc được giữ lại trong đất đã tạo nên chế độ nước trong đất. Bao gồm các chế độ: • Chế độ nước xuyên thấm đặc trưng bởi sự xuyên thấm nước qua các tầng đất và chảy vào tầng nước ngầm. Kiểu chế độ này đặc trưng cho các cảnh quan ẩm SVTH: Hà Như Huệ Trang 14 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh ướt của các vùng nhiệt đới ẩm và ôn đới lạnh, là những nơi có lượng mưa lớn hơn lượng nước bốc hơi. • Chế độ nước không xuyên thấm: không có sự xuyên thấm của nước tới nước ngầm, chế độ nước này đặc trưng cho các cảnh quan khô hạn, nước nằm sâu. • Chế độ nước phản xuyên thấm: dòng nước từ nước ngầm đi lên là chủ yếu, tổng lượng nước bốc hơi và hút lớn hơn lượng mưa. Chế độ nước này đặc trưng cho các lớp đất có tầng nước ngầm gần mặt đất. • Chế độ nước đọng đặc trưng cho vùng lòng chảo thuộc khí hậu ẩm ướt, mực nước ngầm cao, độ ẩm không khí cao, trị số nước bốc hơi và nước hút do thực vật nhỏ hơn lượng mưa, dẫn tới sự hình thành nước ngầm tầng trên làm cho đất bị hóa lầy. • Chế độ nước đông giá đặc trưng cho các vùng có băng vĩnh cửu phủ kín. 2.3. Thành phần rắn Là nguồn dự trữ chính các chất dinh dưỡng cho cây trồng, gồm phần khoáng (chiếm 90 – 99% khối lượng phần rắn) và phần chất hữu cơ (chiếm vài phần trăm khối lượng phần rắn, có vai trò quan trọng đối với độ phì nhiêu của đất). Các nguyên tố (C, H, O, P, S…) có trong thành phần các khoáng và các chất hữu cơ. Riêng N hầu như chứa trong thành phần chất hữu cơ của đất. 2.3.1. Phần khoáng của đất Phần khoáng của đất là sản phẩm phong hóa lâu dài của đá mẹ, gồm các hạt khoáng khác nhau, kích thước từ phần triệu milimet đến 1mm và hơn nữa. Phân loại  Theo nguồn gốc: • Khoáng sơ cấp: thạch anh, fenspat, mica… Các khoáng này trong đất tồn tại chủ yếu dưới dạng hạt cát (0,05 – 1 mm) và bụi (0,001 – 0,05 mm), một lượng nhỏ ở dạng hạt bùn (< 0,001 mm) và keo (< 0,25 micron). • Khoáng thứ cấp (khoáng sét): kaolinit, mongmorilonit… chủ yếu dưới dạng bùn và hạt keo.  Theo thành phần hóa học: bao gồm silicat và aluminosilicat SVTH: Hà Như Huệ Trang 15 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bỉnh Silicat: phổ biến nhất là khoáng thạch anh SiO 2 , thường gặp dưới dạng cát, bụi, một phần nhỏ ở dạng bùn và hạt keo. Thạch anh chiếm trên 60% trong các loại đất và rất bền, trơ về mặt hóa học ở điều kiện thường. 2.3.2. Chất hữu cơ Chất hữu cơ của đất là chỉ tiêu số một về độ phì và ảnh hưởng đến nhiều tính chất đất: khả năng cung cấp chất dinh dưỡng, khả năng hấp thụ, giữ nhiệt và kích thích sinh trưởng cây trồng. Chất hữu cơ trong đất tuy ít (0,5 – 10%) nhưng là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng chủ yếu trong hệ sinh thái đất. Trong số các hợp chất hữu cơ đó, mùn là một loại chất hữu cơ có vai trò đặc biệt đối với dinh dưỡng của cây trồng. Chất hữu cơ được chia làm hai nhóm: 2.3.2.1. Nhóm chất hữu cơ chưa mùn hóa Chiếm 10 – 15% khối lượng chất hữu cơ trong đất, có vai trò đối với sự sống của thực vật, vi sinh vật trong đất va độ phì nhiêu của đất. Các hợp chất này chủ yếu là chất hữu cơ trong xác động thực vật chưa phân hủy hoặc bán phân hủy. Bao gồm gluxit (xenlulo, hemixenlulo, tinh bột…), các axit hữu cơ, prôtit và các chất hữu cơ chứa nitơ khác (amino axit, amit…), chất béo, nhựa, anđehit, các axit poliuric và các dẫn xuất của chúng, các poliphenol, tanin, lignin… Các hợp chất hữu cơ chưa mùn hóa có thể bị phân hủy trong đất thành chất vô cơ để cây trồng đồng hóa. 2.3.2.2. Các chất mùn  Định nghĩa: Chất mùn là một phức hệ hữu cơ, chua, có kết cấu tạo vòng (vòng 5 hay vòng 6), có cầu nối, có các nhóm hoạt động (nhóm cacboxyl, hydroxyl…) được tạo thành do quá trình phân hủy chất hữu cơ.  Sự tạo thành của mùn đất Dưới tác động của enzim và vi sinh vật đất, mùn được hình thành do sự chuyển hóa các hợp chất hữu cơ. Nguyên liệu cơ bản là xác thực vật ở trong đất hay ở lớp đất mặt. Sự tạo thành mùn chia làm 2 quá trình: • Quá trình khoáng hóa: tạo nên những chất đơn giản như CO 2 , H 2 O, NH 3 và những muối đơn giản. SVTH: Hà Như Huệ Trang 16