Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường

88 trang ngocly 1480

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_tai_nguyen_dat_va_moi_truong.pdf

Nội dung text: Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÌNH DƯƠNG KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC GIÁO TRÌNH TÀI NGUYÊN ĐẤT VÀ MÔI TRƯỜNG GIẢNG VIÊN : ThS. PHAN TUẤN TRIỀU Bình Dương 7/ 2009
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương MỤC LỤC CHƯƠNG I: SỰ HÌNH THNH ĐẤT 1 1. Phong hoá và qu trình hình thnh đất 1 1.1. Khái niệm về đất 1 1.2. Qu trình phong hố đá 2 1.2.1. Khái niệm 2 1.2.2. Cc qu trình phong hố 2 1.2.2.1. Phong hố lý học 2 1.2.2.2. Phong hoá hoá học 2 1.2.2.3. Phong hoá sinh học 3 2. Qu trình hình thnh đất 4 2.1. Khái niệm 4 2.2. Các yếu tố hình thnh đất 5 3. Sự phát triển của quá trinh hionh thành đất 7 4. Các chức năng của đất 7 CHƯƠNG II: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 8 1. Đặc điểm hình thi học của đất 8 1.1. Phẫu diện đất ( trắc diện đất ) 8 1.2. Thành phần của đất 9 1.3. Sa cấu đất ( soil texture ) 10 1.4. Cơ cấu đất (soil structure) 12 1.5. Độ dày của đất 13 1.6. Màu sắt của đất 13 2. Tỷ trọng và dung trọng 14 2.1. Tỷ trọng14 2.2. Dung trọng 14 CHƯƠNG III: THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ SINH VẬT CỦA ĐẤT 15 1. Các nguyên tố hoá học 15 1.1. Các nguyên tố đa lượng 16 1.2. Các nguyên tố vi lượng 16 2. Độ chua của đất (pH đất) 16 3. Khả năng trao đổi cation ( Cation Exchange Capacity – CEC ) 17 4. Chất hữu cơ 19 4.1. Nguồn gốc chất hữu cơ 19 4.2. Chất hữu cơ và cấu trúc đất 19 5. Thành phần sinh vật học 20 CHƯƠNG IV: CÁC TÍNH CHẤT KHÁC CỦA ĐẤT 22 1. Keo đất và khả năng hấp phụ của đất 22 1.1. Keo đất 22 1.2. Cấu tạo của keo đất 22 1.3. Phân loại hạt keo 23 1.4. Tính chất của keo đất 23 2 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương 2. Khả năng hấp phụ của đất 24 3. Dung dịch đất 25 3.1. Khái niệm 25 3.2. Nguồn gốc, thành phần và yếu tố ảnh hưởng đến dung dịch đất 26 3.2.1. Nguồn gốc 26 3.2.2. Thành phần 26 3.2.3. Những nhân tố ảnh hưởng đến dung dịch đất 27 4. Tính đệm của dung đất 27 4.1. Khái niệm 27 4.2. Các nguyên nhân gây tính đệm 27 5. Tính oxy hoá – khử của dung dịch đất 28 5.1. Khái niệm 28 5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến qu trình oxy hố – khử 29 5.3. Độ dẫn điện ( EC ) của dung dịch đất 30 CHƯƠNG V: XÓI MỊN ĐẤT 31 1. Khái niệm xĩi mịn đất 31 2. Tác nhân, nhân tố và những nguyên nhân của xĩi mịn đất 31 3. Các kiểu xĩi mịn đất 33 4. Các yếu tố ảnh hưởng tới lượng đất bị xĩi mịn 33 4.1. Con người 33 4.2. Yếu tố khí hậu 33 4.3. Yếu tố độ dốc 34 4.4. Tính chất đất 35 5. Những yếu tố ảnh hưởng xoi mịn do giĩ 35 6. Các biện php phịng chống xĩi mịn 36 6.1. Phịng chống xoi mịn trn phạm vi tồn lnh thổ 37 6.2. Phịng chống xĩi mịn trn phạm vi khu vực 37 CHƯƠNG VI: QUÁ TRÌNH LM CHẶT, LATERIT, CHUA HOÁ, MẶN HOÁ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 39 1. Qu trình lm chặt đất 39 1.1. Độ chặt của đất 39 1.2. Nguyên nhân 39 1.3. Các biên pháp quản lý v cải tạo đất chặt 40 2. Qu trình laterit hố 40 2.1 Bản chất của qu trình laterit 40 2.2. Các loại đá ong 40 2.3. Các điều kiện hình thnh đá ong 41 2.4. Các điều kiện hình thnh kết von 41 2.5. Ảnh hưởng của đá ong và kết von lên môi trường sinh thái 42 3. Qu trình axit hố 42 3.1. Nguyên nhân tự nhiên 42 3.2. Nguyên nhân do tác động nhân sinh 43 4. Qu trình mặn hoá, đất mặn 44 4.1. Khái niệm đất mặn 44 3 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương 4.2. Qu trình mặn hoá, nguồn gốc và đặc điểm 45 4.3. Cải tạo đất mặn 46 4.3.1 Ảnh hưởng của đất mặn đến sinh trưởng và phát triển của cây trồng 46 4.3.2. Biện pháp cải tạo đất mặn 46 CHƯƠNG VII: Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT 48 1. Đất là một hệ sinh thái hoàn chỉnh 48 2. Tác động của các hệ thống sản xuất đến môi trường đất 48 3. Ô nhiễm môi trường đất 49 3.1. Ô nhiễm ở khu công nghiệp và đô thị 50 3.1.1. Chất thải xây dựng 50 3.1.2. Chất thải kim loại 50 3.1.3. Chất thải khí 53 3.1.4. Chất thải hoá học và hữu cơ 53 3.2. Ô nhiễm đất do hoạt động nông nghiệp 56 3.2.1 Ô nhiễm do phân bón 56 3.2.2. Ô nhiễm do thuốc bảo vệ thực vật 57 3.2.3. Ô nhiễm đất do dầu 57 3.3. Tính độc hại của kim loại nặng trong hệ thống đất 58 3.3.1. Tính độc hại của kim loại nặng 58 3.3.2. Ảnh hưởng của kim loại đối với sinh vật đất 59 CHƯƠNG VIII: ĐẤT VÀ CÁC KHÍ NHÀ KÍNH 65 1. Hoá học khí quyển của carbon và các hợp chất nitơ 65 1.1. Mêtan ( CH4 ) và carbon monoxít ( CO ) 65 1.2. Các hợp chất nitơ 67 2. Sự trao đổi các khí nhà kính giữa đất và khí quyển 69 2.1. Khí cacbonic ( CO2 ) 69 2.2. Trao đổi cacbon monoxit ( CO ) 71 2.3. Trao đổi khí mêtan ( CH4 ) 73 2.4. Trao đổi dinitro oxyt (N2O) 76 2.5. Trao đổi nitơ oxyt ( NO ) và nitơ dioxyt ( NO2) 78 2.6. Amoniac ( NH3) 79 4 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương CHƯƠNG I: SỰ HÌNH THÀNH ĐẤT 1. Phong hoá và sự hình thành đất 1.1. Khái niệm về đất Đất được hình thành và tiến hoá chậm hàng thế kỷ do sự phân huỷ xác thực vật dưới sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường . Một số đất được hình thành do sự bồi lắngphù sa song, biển hay gió. Đất có bản chất chất khác cơ bản với đá là có độ phì nhiêu và tạo sản pẩm cây trồng. Đất được xem như sản phẩm hoạt động của khí hậu (Cl) trên đá mẹ (p) uược làm thay đổi dưới ảnh hưởng của thực vật và các cơ thể sống khác (o), địa hình (r) và phụ thuộc vào thời gian (t). Jenny đã biểu diễn mối quan hệ sau: Đất = f(p, Cl, t, r, o), bao gồm 5 biến số và người ta gọi là 5 yếu tốhình thành đất. Người ta khẳng định đất thực tế là hệ thống hở cuối cùng mà trong đó các quá trình hoạt động: – Hoạt động thêm vào đất: - Nước, mưa, tuyết, sương - O2, CO2 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 N do quá trình phản ứng nitrat hoá - C và CO2 do oxy hoá chất hữu cơ - Mất vật chất do xói mòn - Bức xạ năng lượng. – Chuyển dịch vị trí trong đất: - Chất hữu cơ, sét, sét quioxit - Tuần hoàn sinh học các nguyên tố dinh dưỡng - Di chuyển muối tan - Di chuyển do động vật đất. 5 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương – Hoạt động chuyển hoá trong đất: - Mùn hoá, phong hoá khoáng - Tạo cấu trúc kết von, kết tủa - Chuyển hoá khoáng - Tạo thanh sét. Sự tạo thành từ đá xảy ra dưới tác dụng của hai quá trình diễn ra ở bề mặt của trái đất:sự phong hoá đá và tạo thành đất. Các quá trình tạo thành đất là tổng hợp những thay đổi hoá học, lý học, sinh học làm cho các nguyên tố dinh dưỡng trong khoáng, đá chuyển thành dạng dễ tiêu. 1.2. Quá trình phong hoá đá 1.2.1. Khái niệm Dưới tác động của những nhân tố bên ngoài ( nhiệt độ, nước, hoạt động của vi sinh vật ) mà trạng tháivật lý và hoá học của đá và khoáng trên bề mặt đất bị biến đổi. Quá trình này gọi là quá trình phong hoá. Kết quả của quá trình phong hoá là đá và khoáng chất bị phá vỡthành những mảnh vụn, hoà tan, di chuyển làm cho trạng thái tồn tại và thành phần hoá học hoàn toàn bị thay đổi. Kết quả tạo ra những vật thể vun và xốp - sản phẩm phong hoá và sau quá trình phong hoá gọi là mẫu chất – nó là vật liệu cơ bản để tạo thành đất. Mẫu chất và đất có mối liên quan mật thiết, những đặc tính và thành phần hoá học của mẫu chất phản ánh những đặc tính và thành phần của đất. Dựa vào từng đặc trưng của từng nhân tố tác động, phong hoá được chia thành 3 loại: Phong hoá lý hoc, phong hoá hoá học và phong hoá sinh vật học. Các quá trình này xảy ra đồng thời và liên quan khăng khít nhau. 1.2.2. Các quá trình phong hoá 1.2.2.1. Phong hoá lý học Quá trình làm vỡ vụn các đá có tính chất lý học (cơ học) đơn thuần. Nguyên nhân: - Sự thay đổi nhiệt độ - Sự thay đổi áp suất (mao quản) - Sự đóng băng của nước trong kẽ nứt - Sự kết tinh của muối. 6 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương 1.2.2.2. Phong hóa hóa học Quá trình phá hủy đá và khoáng chất do tác động hóa học của nước và dung dịch nước. Phong hóa hóa học làm cho thành phần khoáng học và thành phần hóa học của đá thay đổi. Kết quả: - Làm đá vụn xốp - Xuất hiện khoáng thứ sinh ( khoáng mới ) - Quá trình hòa tan Các loại muối clorua và sunfat của các cation kim loại kiềm và kiềm thổ của các khoáng dễ hòa tan. - Quá trình hydrat hóa ( quá trình ngậm nước) Nước là phân tử có cực, nên nếu khoáng chất có các cation và anion có hóa trị tự do sẽ hút phân tử nước và trở thành ngậm nước. 2Fe2O3 + 3H2O 2Fe2O3. 3H2O CaSO4 + 2H2O CaSO4. 2H2O Na2SO4 + 10H2O Na2SO4. 3H2O Hydat hóa làm độ cứng của khoáng giảm, thể tích tăng làm đá bị vỡ vụn và hòa tan. Như vậy phong hóa hóa học không chỉ phá vỡ đá về mặt hóa học, mà còn thúc đẩy quá trình phong hóa lý học. - Quá trình oxy hóa Trong các khoáng chất cấu tạo đá, chứa nhiều ion hóa trị thấp như (Fe2+ , Mn2+ ), những ion này bị oxy hóa thành hóa trị cao hơn làm cho khoáng bị phá hủy và thay đổi thành phần. 2FeS2 + 2H2O + 7O2 2FeSO4 + 2H2SO4 4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 2Fe2(SO4)3 + H2O - Quá trình thủy phân Nước bi phân ly thành H+ + OH– . Trong vỏ quả đất chứa nhiều khoáng silicat – đó là muối của axit yếu (axit silic: H2SiO3, axit amulosilic: H2[Al2Si6O16]). Trong các khoáng này chứa các ion kim loại kiềm và kiềm thổ, trong quá trình thủy phân, những ion H+ do nước điện ly sẽ thay thế cation này. + – K[AlSi3O8] + H + OH HalSi3O8 + KOH Quá trình phong hóa hóa học làm đá vỡ vụn và thay đổi thành phần của khoáng và đá. 1.2.2.3. Phong hóa sinh học 7 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Là quá trình biến đổi cơ học, hóa học các loại khoáng chất và đá dưới tác dụng của sinh vật và những sản phẩm của chúng. - Sinh vật hút những nguyên tố dinh dưỡng do các quá trình phong hóa trên giải phóng ra để tồn tại. - Sinh vật tiết ra các axit hữu cơ ( axit axetic, malic, oxalit, ) và CO2 dưới dạng H2CO3 . Các axit này phá vỡ và phân giải đá và khoáng chất. - Những vi sinh vật hoạt động do phân giải cũng sẽ giải phóng ra các axit vô cơ ( axit nitric, sunfuric ) làm tăng quá trình phá hủy đá. - Tảo và địa y có khả năng phá hủy đá thông qua bài tiết và hệ rễ len lỏi vào khe đá. - Tác dụng phong hóa cơ học do hệ rễ len lỏi và gây áp suất trên đá. 2. Quá trình hình thành đất 2.1. Khái niệm Quá trình hình thành đá rất phức tạp, bao gồm nhiều hoạt động: sinh học, hóa học, lý học, lý – hóa học tác động tương hổ lẫn nhau: - Sự tổng hợp 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 hợp chất hóa hoc mới. - Sự xâm nhập của nước vào đất và mất nước từ đất. - Sự hấp thu năng lượng mặt trời của đất làm đất nóng lên và 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 với quá trình hình thành đất. Thực chất của quá trình hình thành đất là vòng tiểu tuần hoàn sinh học, thưc hiện do hoạt động sống của sinh học (động vật, thực vật và vi sinh vật). Trong vòng tuần hoàn này sinh vật đã hấp thu năng lượng, chất dinh dưỡng và các khí từ khí quyển để tổng hợp nên chất hữu cơ ( quang hợp ). Các chất hữu cơ này vô cơ hóa nhờ vi sinh vật và là nguồn thức ăn cho sinh vật ở thế hệ sau. Thưc vật của vòng đại tuần hoàn đia chất là quá trình phong hóa đá để tạo thành mẫu chất. Còn bản chất của quá trình hình thành đất là vòng tiểu tuần hoàn sinh học, vì có tiểu tuần hoàn sinh học đất mới được hình thành, những nhân tố cơ bản cho độ phì nhiêu của đất mới được tạo ra. 8 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Dòng đến bức xạ Dòng ra bức xạ sóng ngắn sóng dài Năng lượng địa chất Chuyển vận nước Giới hạn của vòng Dòng năng lượng tuần hoàn địa chất Dòng vật chất Giới hạn của vòng tiểu tuần hoàn sinh vật học Hình 1.1. Quan hệ giữa vòng tuần hoàn địa chất và tiểu tuần hoàn sinh hoc. 9 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương 2.2. Các yếu tố hình thành đất Đất được hình thành do sự biến đổi liên tục và sâu sắc tầng mặt của đất dưới tác dụng của sinh vật và các yếu tố môi trường. Các yếu tố tác động vào quá trình hình thành đất và làm cho đất được hình thành gọi là các yếu tố hình thành đất. Docuchaev người đầu tiên nêu ra 5 yếu tố hình thành đất và gọi đó là yếu tố phát sinh học. (1) Đá mẹ - Nguồn cung cấp vật chất vô cơ cho đất, trước hết là khoáng chất, cho nên nó là bộ xương và ảnh hưởng tới thành phần cơ giới, khoáng học và cơ học của đất. Thành phần và tính chất đất chịu ảnh hưởng của đá mẹ thường được biểu hiện rõ rệt ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất, càng về sau sẽ bị biến đổi sâu sắc do các quá trình hóa học và sinh học xảy ra trong đất. (2) Khí hậu Khí hậu tham gia vào quá trình hình thành đất được thể hiện qua: - Nước mưa - Các chất trong khí quyển: O2, CO2, NO2 - Hơi nước và năng lượng mặt trời - Sinh vật sống trên trái đất. Khí hậu có ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến quá trình hình thành đất: - Trực tiếp: nước và nhiệt độ. Nước mưa quyết định độ ẩm, mức độ rửa trôi, pH của dung dịch đất và tham gia tích cực vào phong hóa hóa học. Nhiệt độ làm cho đất nóng hay lạnh, nó thúc đẩy quá trình hóa học, hòa tan và tích lũy chất hữu cơ. - Gián tiếp: Biểu hiện qua thế giới sinh vật mà sinh vật là yếu tố chủ đạo cho quá trình hình thành đất: biểu hiện qua quy luật phân bố địa lý theo vĩ độ, độ cao và khu vực. (3) Yếu tố sinh học - Cây xanh có vai trò quan trọng nhất vì nó tổng hợp nên chất hữu cơ từ những chất vô cơ của đất và của khí quyển – nguồn chất hữu cơ của đất. - Vi sinh vật phân hủy, tổng hợp và cố định nitow (N) - Các động vật có xương và không xương xới đảo đất làm cho đất tơi xốp, đất có cấu trúc. Xác sinh vật là nguồn chất hữu cơ cho đất , có thể nói vai trò của sinh vật trong quá trình hình thành đất là: tổng hợp, tập trung, tích lũy chất hữu cơ, phân giải và biến đổi chất hữu cơ. 10 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương (4) Yếu tố địa hình - Địa hình khác nhau thì sự xâm nhập của nước, nhiệt các chất hòa tan sẽ khác nhau. Nơi có địa hình cao, dốc, độ ẩm bé hơn nơi có địa hình thấp và trũng. Địa hình cao thường bị rửa trôi, bào mòn. - Hướng dốc ảnh hưởng đến nhiệt độ của đất. - Địa hình ảnh hưởng tới hoạt động sống của thế giới sinh vật, tới chiều hướng và cường độ của quá trình hình thành đất. (5) Yếu tố thời gian Yếu tố này được coi là tuổi của đất. Đó là thời gian diễn ra quá trình hình thành đất và một loại đất nhất định được tạo thành đó là tuổi. Đất có tuổi càng cao, thời gian hình thành đất càng dài thì sự phát triển của đất càng rõ rệt. Ngày nay hoạt động sản xuất của con người có tác động rất mạnh đối với quá trình hình thành đất. Do vậy một số tác giả có xu hướng đưa vào yếu tố thứ 6 của quá trình hình thành đất. 3. Sự phát triển của quá trình hình thành đất Đất được hình thành, không ngừng tiến hóa gắn liền với sự tiến hóa của sinh giới. Sự sống xuất hiện trên trái đất đánh dấu sự khởi đầu của quá trình tạo thành đất. Sinh vật đơn giản ( vi khuẩn, tảo ) tham gia đầu tiên vào quá trình tạo thành đất. Chúng sống trên các sản phẩm đầu tiên của phong hóa vật lý các đá, sau đó làm giàu chất hữu cơ cho sản phẩm phong hóa. Sau vi khuẩn, tảo xuất hiện các sinh vật tiến hóa hơn như mộc tặc, thạch tùng, dương xỉ, rêu và sau đó là thực vật bậc cao, làm cho đất phát triển về cường độ và chất lượng. Khi thực vật xanh bao phủ khắp mặt đất, hệ thống rễ của chúng phát triển đa dạng ăn sâu vào lớp đá phong hóa, thì lượng chất hữu cơ, mùn, chất dinh dưỡng, đạm tích lũy nhiều, hình thành độ phì ổn định. Đánh dấu giai đoạn chất lượng của quá trình hình thành đất. Sự tiến hóa của sinh giới từ đơn giản đến phức tạp được hoàn thiện qua hàng triệu năm, nên quá trình phát triển để hình thành đất cũng lâu dài như vậy. 4. Các chức năng của đất Đất có 5 chức năng: (1) Môi trường để các loại cây trồng sinh trưởng và phát triển. (2) Địa bàn cho các quá trình biến đổi và phân hủy các phế thải hữu cơ và khoáng. (3) Nơi cư trú cho các động vật đất. (4) Địa bàn cho các công trình xây dựng. (5) Địa bàn để cung cấp nước và lọc nước. 11 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương CHƯƠNG II: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 1. Đặc điểm hình thái học của đất Dựa vào đặc điểm hình thái có thể phân biệt đất với đá, đất này với đất khác và có thể biết được chiều hướng và cường độ quá trình hình thành đất. Những đặc điểm hình thái học đất bao gồm: 1.1. Phẫu diện đất ( trắc diện đất ) Phẫu diện đất là mặt cắt thẳng đứng từ bề mặt đất xuống tầng đá mẹ. Các loại đất khác nhau có độ dày và đặc trưng phẫu diện khác nhau. Phẫu diện đất là hình thái biểu hiện bên ngoài phản ánh quá trình hình thành, phát triển và tính chất của đất. Phẫu diện đất được chia thành các tầng phát sinh khác nhau theo đặc trựng của chúng. Khi quan sát một mặt cắt thẳng của bất kỳ loại đất nào trong tự nhiên, ta cũng có thể thấy sự hiện diện của nhiều hay ít các lớp đất có thể phân biệt được với nhau, một mặt cắt bao gồm nhiều lớp đất đó gọi là một phẫu diên đất ( trắc diện đất ). Vậy , phẫu diện đất là một tiết diện thẳng đứng trong đất gồm có những lớp (layer) hay tầng liên tiếp nhau. Một phẫu diện đầy đủ thường được chia thành các lớp chính từ trên xuống dưới như sau: - Lớp đất mặt/ hay tầng mặt ( top soil ): thường được ký hiệu là tầng A, thường chứa nhiều chất hữu cơ, các rễ cây, vi khuẩn, nấm, các động vật nhỏ ( trùng, dế, ) và có màu tối do sự tập trung chất hữu cơ. Đất tơi xốp, thoáng khí. Rễ cây phát triển chủ yếu trong tầng đất này, nhất là những cây có bộ rễ cạn. Khi được cày và canh tác, lớp này được gọi là tầng canh tác. - Lớp đất bên dưới ( sub soil): thường được ký hiệu là tầng B, thường cứng hơn tầng mặt, chứa nhiều sét và ít chất hữu cơ hơn. Ở vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, lớp này thường chia làm hai: (a) tầng chuyển tiếp nằm phía trên, bị rửa trôi các muối khoáng và tập trung ít chất hữu cơ, và (b) tầng tích tụ nằm phía bên dưới, có sự tập trung các oxid sắt và nhôm, sét, nên đất khá cứng rắn. - Lớp mẫu chất/ hay đá mẹ đã bị phân hóa phần nào, được ký hiệu là tầng C. - Lớp đá mẹ ( bed rock): cứng, chưa phân hóa, được ký hiệu là tầng D. 12 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Hình 2.1: Sơ đồ phẫu diện đất. - Chiều dày của phẫu diện ( từ trên mặt đến lớp đá mẹ / mẫu chất phân bón) cho phép xác định các cây trồng thích hợp: khả năng phát triển sâu cạn của bộ rễ, nhất là đối với các cây lâu năm. Ngoài ra phẫu diện cũng còn được sử dụngtrong việc định danh, phân loại đất. 1.2. Thành phần của đất Đất là một vật xốp, bao gồm 3 thành phần (hay còn gọi là pha): rắn, lỏng và khí. Các thành phần rắn được kết dính lại với nhau hình thành các hạt, keo đất. Giữa chúng là các lỗ hổng (còn gọi là các tế khổng – spore) chứa không khí và nước. - Thành phần rắn – bao gồm tất cả các vật liệu vô cơ (khoáng sét) và hữu cơ (mùn). Thành phần này thường chiếm 50% thể tích đất. - Thành phần lỏng – bao gồm nước trong đất hoặc dung dịch đất, trong một môi trường lý tưởng, thành phần nước sẽ chiếm 25% thể tích. - Thành phần hơi / khí - phần không khí trong đất sẽ chiếm khoảng 25% thể tích còn lại, bao gồm tất cả các loại khí chủ yếu như cacbonic (CO2), oxygen và nitơ (N2), trong các đất bùn 13 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương có them khí metan và H2S (hyđro sulfit). Không khí trong đất chứa nhiều CO2 ( do sự phân giải các chất hữu cơ, sự hô hấp của rễ cây thải ra) và ít O2. Lượng CO2trong đất phụ thuộc vào trạng thái của đất. Đất chặt lượng CO2 nhiều hơn đất tơi xốp . Càng xuống sâu lượng CO2 càng tăng lên. Trong đất nhiều CO2 và ít O2 thì bất lợi cho sự nảy mầm của hạt giống, cho sự hô hấp và sinh trưởng bình thường của cây trồng và các vi sinh vật. Lỗ hổng giữa các hạt đất (tế khổng) Hạt đất Hình 2.2: Tỷ lệ phần trăm (%) lý tưởng cho các thành phần của đất (50 – 25 – 25) và sự sắp sếp các hạt đất. 1.3. Sa cấu đất ( soil texture ) Còn được gọi là thành phần cơ giới đất ( hay chính là các thành phần các vật thể rắn vô cơ), sa cấu đất đề cập đến các tỷ lệ khác nhau của ba loại hạt: cát, thịt và sét trong một loại đất nào đó. Thành phần hạt sẽ xác định kích thước và số lượng các lỗ hổng giữa các hạt, mà sẽ là nơi được nước hoặc không khí chiếm giữ. Đất cát có tỷ lệ lỗ hổng vào khoảng 25%, trong khi ở đất sét khoảng 60%. Trung bình đất canh tác có tỷ lệ # 35 – 45 %, đất tốt như nâu đỏ đạt đến 65%. 14 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Các hạt được phân định dựa theo đường kính (D) hạt như sau: Cát: 0.2 mm > D > 0.02mm Thịt: 0.02mm > D > 0.002mm Sét: 0.002 mm > D Để xác định một loại đất cụ thể thuộc nhóm sa cấu nào, người ta sử dụng một tam giác định danh như hình 2.3. Nói chung, có thể chia ra mấy loại như sau: (1) Đất canh tác (sandy soil) - chứa khoảng 85% là cát. (2) Đất cát pha thịt (sandy loam) - chứa 40 – 85% cát, 0- 50% thịt, và 0-20% sét. (3) Đất thịt pha (silt loam) - chứa 0-25% cát, 50-88% thịt, và 27% sét. (4) Đất thịt (loam) - chứa 23 – 52% cát, 20-50% thịt và 5- 27% sét. (5) Đất sét pha thịt (clay loam) - chứa 20-42% cát, 18-25% thịt, và 27-40% sét. Dẻo khi ướt. (6) Đất sét nặng (clay) chứa ít hơn 42% cát, ít hơn 40% thịt, và ít hơn 40% sét. Rất dẻo và dính khi ướt. Hình 2.3. Tam giác định danh các loại sa cấu đất 15 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Ngoài ra, sa cấu đất còn được phân thành: (a) sa cấu thô, (b) sa cấu trung bình, (c) sa cấu mịn. Sa cấu đất có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. Các loại đặc tính đất lien quan đến sa cấu đất được trình bày trong bảng 3.4. Đất có sa cấu nhẹ có lượng cát cao, dễ cày, tốn ít năng lượng trong việc chuẩn bị đất hơn lượng đất có lượng sét cao . Nói chung, đất cát có ít các lổ hổng hơn nhưng lổ hổng lại lớn hơn đất sét, do kích thước của các hạt lớn hon. Do đó, sau sau các cơn mưa lớn, đất sét giữ lại được nhiều nước hơn đất cát. Bảng 2.1. Một số đặc tính đất có liên quan đến sa cấu đất. Đặc tính đất Loại sa cấu Cát Thịt Sét Thoáng khí rất tốt tốt Kém Trao đổi cation thấp trung bình Cao Thoát nước rất tốt tốt Kém Khả năng bị nước xói mòn dễ dàng trung bình Khó khăn Khả năng thấm nước nhanh trung bình chậm Cày đất dễ dàng trung bình khó khăn Khả năng giữ nước thấp trung bình cao Khả năng giữ dưỡng đất thấp trung bình cao 1.4. Cơ cấu đất ( soil structure ) Cơ cấu đất (cấu trúc đất) đề cập đến sự sắp xếp hoặc tập hợp các loại đất khác nhau. Các hạt đất này được dính kết nhau nhờ các keo sét và hữu cơ, tạo thành các tập hợp đất có cơ cấu lớn, nhỏ khác nhau. Đất có thể có các dạngcow cấu chính như sau: - Không có cơ cấu: các hạt đơn rời rạc nhau như đất cát ven biển. - Có cơ cấu như: cụm (viên), hạt, phiến dẹp, khối. Sự sinh trưởng cây trồng đòi hỏi đất có một cơ cấu tốt, vì nó làm ảnh hưởng đến: Việc thấm và thoát nước. Việc cung cấp nước cho cây trồng. Việc hút dưỡng chất của rễ cây. Độ thoáng khí. Việc phát triển của rễ cây. Việc cày bừa và chuẩn bị đất. Việc nẩy mầm và mọc của hạt giống sau khi gieo. 16 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Một loại đất có cơ cấu lý tưởng là có cơ cấu viên và có nhiều lỗ hổng. Trong điều kiện này, đất dễ canh tác (cày bừa, chuẩn bị đất), cho phép rễ cây ăn sâu vào đất tốt hơn, và thoáng khí. Có thể thấy ở nhiều Cấu trúc dạng lá dẹp Dạng lá dẹp tầng khác nhau trong phẫu diện Cấu trúc dạng cột Dạng lăng trụ đỉnh bằng Thường ở tầng B vùng khô hạn hoặc Dạng lăng trụ bán khô hạn đỉnh tròn Cấu trúc dạng khối Dạng khối có cạnh Thường ở tầng B đặc biệt ẩm ướt Dạng khối đều Cấu trúc dạng cục Dạng hạt Tính chất của tầng mặt chịu Sự biến Dạng viên đổi nhanh chóng Hình 2.4. Các dạng cấu trúc (cơ cấu) đất 1.5. Độ dày của đất Độ dày của đất được xác định từ tầng mặt đến tầng mẫu chất hình thành đất. Độ dày phẫu diện đất thay đổi từ 40-50 đến 100-150 cm, có nơi dày 10m hay hơn (Feralit trên đá basalt Tây Nguyên). 1.6. Màu sắc của đất 17 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Là đặc điểm quan trọng phản ánh các tính chất của đất. Nhiều loại đất được gọi tên theo màu: đất đen, đất đỏ, đất xám, đất màu hạt dẻ, Dựa vào màu sắc có thể đánh giá chất lượng và độ phì đất. Màu sắc đất phụ thuộc vào hàm lượng mùn và thành phần khoáng học và hoá học của đất. Có 3 nhóm hợp chất: chất mùn (đen), chất chứa sắt (đỏ), oxytsilic canxicacbonat, canxisunfat (trắng) ảnh hưởng tới màu của đất. Màu đen còn do hydroxyt hay oxyt Mn, FeS hay màu đen của đá hình thành đất, 2. Tỷ trọng và dung lượng 2.1. Tỷ trọng Tỷ trọng thể rắn của đất là tỷ số khối lượng thể rắn của đất với khối lượng của nước có cùng một thể tích ở 40C. - d: tỷ trọng thể rắn của đất - P: khối lượng thể rắn của đất - P1: khối lượng của nước có cùng một thể tích ở 40C. 2.2. Dung trọng Là tỷ số khối lượng đất khô (kể cả những lỗ hổng) với khối lượng của nước có cùng một thể tích ở 40C. Dung trọng của đất còn gọi là khối lượng của 1cm3 đất khô ở trạng thái tự nhiên. 18 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương CHƯƠNG III: THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ SINH VẬT CỦA ĐẤT 1. Các nguyên tố hoá học Các nguyên tố hoá học chứa chủ yếu trong phần khoáng, hữu cơ của đất. Nguồn gốc của chúng có từ đá và khoáng tạo thành đât. Trong đá gần một nửa là oxy (47,2%), tổng sắt nhôm là13,0% và các nguyên tố Ca, Na, K, Mg mỗi loại 2-3%. Các nguyên tố còn lại ở trong đá chiếm gần 1%. Trong đất thành phần trung bình các nguyên tố hoá học khác với đá. Oxy, hydro (thành phần H2O) lớn hơn: cacbon 20 lần, nitơ 10 lần, lớn hơn đá và chứa trong chất hữu cơ. Đồng thời Al, Fe, Ca, K, và Mg ít hơn trong đá do đặc trưng các nguyên tố này trong quá trình phân hoá và tạo thành đất. Thành phần hoá học các nguyên tố ở trong đất và đã liên quan chặt chẽ với nhau, nhất là ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất. Các giai đoạn sau của quá trình phát triển lại chịu sự chi phối của các quá trình lý hoá sinh học và hoạt động sản xuất của con người tác động lên môi trường đất. Bảng 3.1. Một số nguyên tố thiết yếu cho cây trồng; lượng cần thiết và dạng cây hút. Ng.tố Lượng cần cho 1ha Dạng cây hút * Từ không khí & nước Cacbon C Hàng tấn CO2 + Hydrogen H Hàng tấn H2O (H ) Oxygen O Hàng tấn CO2 hay H2O * Từ đất và phân bón 1. Đa lượng ¯ + Nitrogen (đạm) N Vài chục - trăm kg NO3 hayNH4 ¯ 2- Phospho (lân) P Vài chục - trăm kg H2PO4 hay HPO4 Kalium K Vài chục - trăm kg K+ Calcium Ca Vài chục - trăm kg Ca2+ Magnesium Mg Vài chục - trăm kg Mg2+ 2- Lưu huỳnh S Vài chục - trăm kg SO4 2. Vi lượng Sắt Fe Vài chục - trăm kg Fe2+ Mangan Mn Vài chục - trăm kg Mn2+ Đồng Cu Vài chục - trăm kg Cu2+ Kẽm Zn Vài chục - trăm kg Zn2+ 2- Molybden Mo Vài chục - trăm kg MoO4 19 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Boron B Vài chục - trăm kg Bo3- Chlor Cl Vài chục - trăm kg Cl- 1.1. Các nguyên tố đa lượng Các nguyên tố đa lượng cần thiết cho cây trồng là H, C, O, N, P, K, Ca, Mg, S. Gọi là các nguyên tố đa lượng vì nhu cầu của cây cần lớn. C, H, O cây hấp thu từ CO2, H2O. Các nguyên tố khác, cây hấp thu từ đất do quá trình dinh dưỡng rễ. 1.2. Các nguyên tố vi lượng Các nghuyên tố vi lượng do cây trồng đòi hỏi với lượng nhỏ, hàm lượng của chúng trong tự nhiên cũng rất nhỏ. Đó là các nguyên tố: Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, B, Cl. Các nguyên tố vi lượng được giải phóng do quá trình phong hoá phụ thuộc trước hết vào phản ứng của môi trường và điện thế oxy hoá khử (Eh). Các dinh dưỡng khoáng đa và vi lượng cho cây trồng phải phải được hữu dụng trong đất vào thời điểm mà cây cần đến. Điều này có nghĩa là các dinh dưỡng khoáng phải hiện diện ở dạng hữu dụng và với số lượng phong phú, đồng thời cũng phải có một sự cân bằng đúng đắn giữa nồng độ các dinh dưỡng khoáng. Lượng, sự hữu dụng và sự cân bằng của nhiều nguyên tố dinh dưỡng khác nhau bị tác động bởi các đặc tính hoá học của đất như là pH và khả năng trao đổi cation. 2. Độ chua của đất (pH đất) pH đất phản ánh mức độ đất chua (acid) hay kiềm. Tính kiềm hay acid của một dung dịch được xác định bởi nồng độ ion hydrogen của nó. Về mặt kỹ thuật, thuật ngữ pH được định nghĩa là “ trừ logarithm của nồng độ ion hydro gen”. pH = -log [ H+ ] = log Ở đây, [ H+ ] là lượng bằng gram của ion H+ chứa trong một lít dung dịch. Thang pH bao gồm các giá trị từ 0 đến 14. Nồng độ ion H+ trong 1 lít nước nguyên chất là 0.0000001 hay 10-7 , vậy pH của nó là: pH = -log 10-7 = log 1/10-7 = 7 Nước nguyên chất, với pH = 7, được xem như trung tính . Các giá trị pH dưới 7 thể hiện tính acid (chua), và lớn hơn 7 thể hiện tính base (kiềm) (bảng 3.2). Và do giá trị pH chưa lên thang logarithm, pH=4 sẽ chua hơn 10 lần so với pH=5 ( hay nồng độ ion H+ lớn hơn 10 lần). 20 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Đa số các loại đất có ý nghĩa trong sản xuất nông nghiệp có giá trị pH trong khoảng 5-9. Đất ở các vùng có lượng mưa cao và phá rừng mạnh nói chung đều chua do các cation như Ca++, Mg++, v.v 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. Bảng 3.2. Thang pH đất và mức độ chua của đất. pH Nồng độ H+ (mol/lít) Độ chua của đất 3 10-3 Rất chua 4 10-4 Chua nhiều 5 10-5 Chua trung bình 6 10-6 Chua ít 7 10-7 Trung tính 8 10-8 Kiềm ít 9 10-9 Kiềm trung bình Mức độ pH (hay nồng độ H+) của đất ít khi có ảnh hưởng trực tiếp trên sinh trưởng cây trồng, nhưng quan trọng vì nó xác định sự hữu dụng của các dinh dưỡng khoáng cho cây. pH thấp có ảnh hưởng xấu đến sự hữu dụng của N, K, Ca, Mg. Tuy nhiên, sự hữu dụng của các nguyên tố Fe, Mn, Bo, Cu và Zn tốt hơn trong điều kiện pH thấp. Độ chua nhiều có thể có hậu quả là gây độc nhôm (Al). pH đất cũng được dùng như một chi thị cho sự xuất hiện các vấn đề của đất như sau: pH 7.5 - Xuất hiện ngộ độc do Al, Zn, và Fe. pH > 8.0 – Có sự tạo thành các Calcium Phosphate mà cây không hấp thu được. pH > 8.5 - lượng Na trên mức bình thường. Ngộ độc muối. Xuất hiện dấu hiệu thiếu Zn và Fe. Có thể giải quyết tình trạng pH thấp bằng biện pháp bón vôi. Bột đá vôi là một trong những nguồn vật liệu sẵn sang ở Việt Nam. Nguyên lý của biện pháp bón vôi là khi các cation Ca++ (hay cation Mg++ nếu sử dụng đá vôi dolomite ) hiện diện với số lượng lớn, sẽ thay thế ion H+ đã được hấp thu trong các phiến sét. Ion H+ được phóng thích như là kết quả của sự thay thế trên sẽ tác động với ion OH- để tạo thành nước. Phương trình phản ứng như sau: 21 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương CaO (vôi) + H2O (trong nước) Ca(OH)2 ++ - Ca(OH)2 Ca + 2OH Ca++ thay thế 2H+ trong keo sét. + - 2H (được thay ra) + 2OH 2H2O 3. Khả năng trao đổi cation ( Cation Exchange Capacity – CEC) Các nguyên tố hiện diện trong đất ở dạng ion hay dạng kết hợp với nguyên tố khác. Các ion dinh dưỡng có điện tích âm hoặc dương. Chúng có thể được các hạt keo đất (phần rắn) giữ lại và phóng thích từ từ cho cây sử dụng, hoặc bị rửa trôi đi. Các ion có điện tích âm được gọi là các “anion”: NO3-. Các anion không bị các hạt keo đất hấp thu, do đó dễ dàng mất đi do nước rửa trôi. + ++ ++ + + + Các ion có điện tích dương được gọi là các “cation”: H , Ca , Mg , K , Na và NH4 . Các cation được thu hút hay hấp thụ trên bề mặt của các hạt keo đất có điện tích âm. Tổng số các cation trao đổi trong một trọng lượng đất nhất định được gọi là khả năng trao đổi cation (CEC) [ còn được gọi là khả năng trao đổi base ] và được diễn tả bằng milliequivalent/100g đất (meq/100g). Đối với một cation nào đó, lượng miliequivalent cho 100g đất có thể được diễn tả bằng g như sau: Meq/100g đất x Như vậy, 1 meq của H+ = 0,001 x 1/1 = 0.001 gram hay 1 miligam Ca++ =0.001 x 40/2 =0.020 gram hay 20 miligram Mg++ = 0.001 x 24/2 = 0.012 gram hay12 miligram CEC diễn tả tổng số các cation mà một loại đất có thể hấp thu và trao đổi ( với cây trồng). Một loạt đất giàu sét và chất hữu cơ sẽ có CEC cao, nói cách khác là “ giàu dinh dưỡng” , có độ phì tiềm năng cao (Bảng 3.3). Nguyên nhân là do các loại đất giàu sét và chất hữu cơ sẽ có nhiều hạt keo sét có diện tích bề mặt lớn, nên khả năng hấp thu các cation lớn hơn. Bảng 3.3. Giá trị khả năng trao đổi cation của một số loại đất ( theo J.Janick,1972). Loại đất CEC (meq/100g đất) 22 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Đất cát 2 – 4 Đất thịt pha cát 2 – 17 Đất thịt 7 – 16 Đất sét và Thịt pha sét 4 – 60 Đất sét Kaolinite 10 Đất giàu mùn 50 - 300 Trong số các cation, ion H+ được đặc biệt lưu ý vì đó là nguồn gốc gây đất chua (làm pH giảm). Ion H+ trong đất được tạo thành từ các nguồn sau đây: Sự phân giải của acid carbonic (H2CO3), được hình thành từ sự hoà tan CO2 được phóng thích bởi hoạt động của rễ cây. Sự phân giải của acid carbonic, được hình thành từ sự phân rã các xác bã hữu cơ (điều này giải thích đất than bùn rất giàu hữu cơ, thì độ phì cao nhưng rất chua). Sự tích luỹ ion H+ như là kết quả của việc sử dụng liên tục phân đạm dạng ammonium ( NH4+). Một phần của lượng ammonium không được cây hấp thụ sẽ bị oxid hoá, tạo thành nitrate (NO3-) và ion H+. Hậu quả là làm chua đất canh tác. + - + 2 NH4 + 3O2 2NO3 + 8H 4. Chất hữu cơ Chất hữu cơ của đất là chỉ tiêu số một về độ phì và ảnh hưởng đến nhiều tính chất của đất: khả năng cung cấp chất dinh dưỡng, khả năng hấp thụ, giữ nhiệt và kích thích sinh trưởng cây trồng. Chất hữu cơ đất là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng chủ yếu trong hệ sinh thái đất. Chất hữu cơ của đất như một phần cacbon của sinh quyển và khí quyển, có liên quan đến sự thay đổi hàm lượng CO2 trong khí quyển. CO2 là khí nhà kính, hang năm tăng 0,5% ( Hall, 1989), lien quan đến phá rừng thoái hoá đất. Gần đây người ta nhấn mạnh rằng để phát triển nông nghiệp bền vững nhất thiết phải giảm sự mất mát chất hữu cơ đất, nhất là sử dụng đất ở vùng nhiệt đới. 4.1. Nguồn gốc chất hữu cơ Nguồn gốc chất hữu cơ trong đất và trên bề mặt là xác thực vật, động vật, cơ thể vi sinh vật và xác một số động vật đất. 23 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Chất hữu cơ trong đất có thể tồn tại ở dạng còn nguyên hay bán phân huỷ. Nhóm chất được hình thành mới trong đất do quá trình mùn hoá gọi là nhóm chất mùn đặc trưng - hợp chất axit mùn. Chất mùn trong đất không dặc trưng, bao gồm các sản phẩm hữu cơ phân huỷ từ các xác thực vật, động vật và vi sinh vật , chiếm khoảng 10 – 20% chất hữu cơ tổng số trong đất. Trong thành phần của chúng chứa: đường, axit hữu cơ, axit amin dễ hoà tan trong nước ( 5 – 15%), các chất mở, sáp, nhựa không hoà tan trong nước, chỉ hoà tan trong dung môi hữu cơ, khó phân giải hơn ( 15 – 20%). Xenluloza, hemixenluloza, pectin bị phân giải hoá do vi sinh vật ( 30%). Protein và chất hữu cơ dễ phân giải khác chiếm 5 – 8%. Chất mùn không đặc trưng có nguồn gốc từ thực vât, động vật có vai trò trong phong hoá đá, cung cấp dinh dưỡng cho cây, một số chúng có hoạt tính sinh học. Đây là nguồn bổ sung cho quá trình tạo thành mùn. 4.2. Chất hữu cơ và cấu trúc đất Chất mùn có vai trò quan trọng trong sự hình thành cấu trúc và duy trì độ bền cấu trúc đất. Chất mùn kết gắn các phần tử cơ học với nhau tạo thành các đoàn lạp có độ bền với xói mòn và các ngoại lực khác tác động vào đất. Hàm lượng chất hữu cơ đất và độ bền cấu trúc lien quan chặt chẽ với nhau. Hằng năm có bổ sung xác hữu cơ thực vật đã duy trì có hiệu quả độ bền cấu trúc. Trong đất thường xảy ra quá trình suy thoái chất hữu cơ nhanh hơn quá trình tích luỹ chúng. Việc duy trì độ bền cấu trúc đất đòi hỏi bổ sung chất hữu cơ cho đất, nhất là đất trồng ở các vùng nhiệt đới. Mùn có vai trò rất to lớn trong quá trình tạo thành đất, hình thành phẫu diện đất và tạo ra cấu trúc đất. Nhờ tính chất tạo phức của mùn với các kim loại làm tăng cấu trúc đất ( humat Ca, Mg, Fe, Al), giảm độc hại của nhiều nguyên tố kim loại nặng. Đất chua nhiều Al trao đổi độc hại đối với cây trồng, chất mùn đã làm giảm rõ rệt Al linh động do cơ chế tạo phức. Axít mùn còn có tác dụng trực tiếp trong quá trình phong hoá đá, khoáng và đối với thực vật còn là chất kích thích sinh trưởng. Các đất có thành phần cơ giới nhẹ(đất cát, đất xám bạt màu) thì khả năng trao đổi cation từ 60 - 96% do chất mùn. Do tính chất hấp phụ và trao đổi cation lớn của chất mùn, mà tính đệm của đất cũng lớn. 24 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Mùn có vai trò rất toàn diện đối với độ phì đất, ảnh hưởng đến mọi tính chất lý hóa và sinh học của đất. Mùn là hợp chất chứa nguồn dinh dưỡng cho cây trồng khi chúng bị khoán hoá. Các chất dinh dưỡng trong chất mùn như nitơ, photpho, lưu huỳnh và các nguyên tố khác sẽ được cung cấp dần cho cây khi bị khoán hoá chậm. Khi phân giải chất hữu cơ và mùn đất làm tăng CO2 cho không khí đất và lớp không khí gần mặt đất tạo điều kiện cho quang hợp cây trồng. 5. Thành phần sinh vật học. Trong đất hiện diện nhiều nhóm sinh vật khác nhau bao gồm: động vật nhỏ, thực vật và vi sinh vật có thể có ích hay có hại cho nông nghiệp. Các động vật nhỏ bao gồm: chuột, chuột chũi, trùng đất, các loại côn trùng, mối, động vật nhiều chân như rết, cuốn chiếu, tuyến trùng, sên, ốc v.v ,trong quá trình sống, chúng góp phần di chuyển các tàn dư thực vật từ nơi này đi nơi khác, trộn lẫn chúng với đất, như trong trường hợp trùn đất và các động vật hay đào bới. Một số sinh vật như actinomycetes, tảo, vi khuẩn và nấm cũng hiện diện trong đất. Các hoạt động của các vi sinh vật này có ý nghĩa quan trọng vịec cải thiện cơ cấu đất, độ thoáng khí, độ ẩm rút nước và làm cho các nguyên tố dinh dưỡng trở nên hữu dụng cho cây trồng. Mặc dù các vi sinh vật cũng yêu cầu dưỡng chất và oxigen cho quá trình biến dưỡng của nó, và như thế cạnh tranh với cây trồng, các lợi ích do chúng mang lại lớn hơn nhiều. Trong các nhóm vi sinh vật chính cư trú trong đất, vi khuẩn chiếm nhiều nhất về số lượng. Thường trong các loại đất vi khuẩn chiếm tỷ lệ trung bình từ 80-90% tổng số vi sinh vật.Trong các loại vi khuẩn háo khí, vi khuẩn kỵ khí, vi khuẩn tự dưỡng, vi khuẩn dị dưỡng xạ khuẩn và vi nấm chiếm 8-10%. Còn lại là các nhóm tảo đơn bào và nguyên sinh động vật. Tỷ lệ này thay đổi tùy theo loại đất, tầng đất chế độ canh tác, thời vụ khu vực địa lý Quần thể vi sinh vật thường phân bố ở tầng 0 – 20cm. Tầng đất này là nơi có điều kiện môi trường thích hợp nhất cho vi sinh vật phát triển như: độ ẩm,nhiệt độ, ánh sáng, độ thông thoáng. Các vi sinh vật đất có vai trò quan trọng trong các quá trình sau: Phân hủy chất hữu cơ: chúng phân hủy và tiêu hóa các tàn dư thực vật và các chất hữu cơ khác qua hoạt động hóa học với sự trợ giúp của các enzym. Nhóm này tham gia mạnh mẽ vào các quá trình chuyển hóa vật chất trong đất, góp phần khép kín các vòng tuần hoàn vật chất trong thiên nhiên (chu trình nitơ, cacbon, photpho, lưu huỳnh). 25 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Khoán hóa các chất hữu cơ: qua quá trình này các chất dinh dưỡng nằm trong cấu trúc sinh hóa của các chất hữu cơ bị phân giải và chuyển sang dạng hữu dụng mà cây trồng có thể hấp thụ được. Thí dụ chát hữu cơ chứa N ( protein, axit amin) thông qua các quá trình amôm hóa, quá trình nitrat hóa. vi khuẩn vi khuẩn vi khuẩn + - - Chất hữu cơ >NH4 > NO2 > NO3 (protein bị phân giản thành các amino axít) (dạng cây hút) - - Quá trình phản nitrat hóa: NO3 > NO2 > NO > N2 Cố định đạm (tiến trình chuyển hóa nitrogen trong khí quyển thành dạng cây có thể hấp thụ): vi khuẩn cố định đạm Rhizobium là một thí dụ, chúng sống trong nốt sần rễ cây họ đậu, có khả năng hút và chuyển hóa nitơ tự nhiên trong không khí thành N cung cấp cho cây, sau khi cây chết và bị phân giải, sẽ cung cấp và làm gia tăng hàm lượng nitơ trong đất. Vi khuẩn nốt sần trong cây họ đậu có thể cố định được từ 55 – 144 kg N/ha/vụ. Yểm trợ cho sự hữu dụng và hấp thụ của chất phospho(lân) và các dưỡng chất khác (N, Zn).Một loại nấm tên là Mycorrhiza có thể xâm nhập vào mô vỏ của rễ cây, sử dụng các loại thức ăn do rễ tạo ra, nhưng đồng thời cũng tạo ra một dạng lưới sợi nấm kết dính với keo đất bao quanh rễ, các nguyên tố dinh dưỡng như phospho bám lên màng này ở dạng hữu dụng và rễ cây có thể hấp thụ dễ dàng. Ngoài ra có sự hiện diện của một số vi sinh vật gây hại như các tác nhân gây bệnh truyền lan qua đất. 26 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương CHƯƠNG IV: CÁC TÍNH CHẤT KHÁC CỦA ĐẤT 1. Keo đất và khả năng hấp thụ của đất 1.1. Keo đất Trong đất có 3 thành phần: rắn lỏng và khí. Thể rắn và lỏng rất phức tạp bao gồm rất nhiều các phần tử có kích thước khác nhau. Dựa vào độ lớn và mức độ phân tán trong dung dịch nước của thể rắn người ta chia ra làm 3 loại: (1) Những hạt có kích thước 10-6mm gọi là hệ phân tán phân tử. (2) Những hạt có kích thước từ 10-6 – 10-4 mm gọi là dung dịch keo hay hệ phân tán keo. (3) Những hạt có kích thước lớn hơn 10-4 mm gọi là hệ phân tán thô. 1.2. Cấu tạo của keo đất Keo đất có thể là dạng tinh thể hoạc vô định hình.Tướng phân tán của hệ keo gọi là mixen keo. Một mixen keo có cấu tạo gồm 3 lớp: - Nhân mixen: là tập hợp những phân tử vô cơ, hữu cơ hay hữu cơ – vô cơ, có cấu tạo tinh thể hoặc vô định hình: là những axit mùn; hydroxit sắt; nhôm; silic và những phân tử khoáng thứ sinh. Tính chất và sự phân ly của nhân mixen là yếu tố quyết định dấu điện tích của keo. - Lớp ion tạo điện thế: Trên bề mặt nhân keo có một lớp ion được tạo thành do sự phân ly của nó hay do những nguồn gốc mang điện tích khác, gọi là lớp ion tạo điện thế.Dấu diện tích của keo chính là dấu của lớp ion tạo điện thế này. Keo silic, keo hữu cơ có lớp tạo điện thế mang dấu âm, gọi là keo âm; keo hydroxit, Fe, Al trong môi trường axit có lớp ion tạo điện thế mang dấu dương, gọi là keo dương. - Lớp ion bù: vì hạt keo mang điện của lóp ion tạo điện thế và do sức hút tĩnh điện mà tạo thành một lớp ion trái dấu bao bên ngoài hạt keo gọi là lớp ion bù. Lớp ion bù với lớp ion điện thế tạo nên lớp ion kép: Do lực hút tĩnh điện của hạt keo phụ thuộc vào khoảng cách với lớp ion điện thế nên chúng chịu những lực hút tĩnh điện khác nhau, và phân thành hai lớp: Lớp ion cố định: gồm những ion bù ở gần hạt keo hơn, chiệu lực hút tĩnh điện mạnh, bám chặt hơn lên hạt keo và hầu như không di chuyển. 27 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Tầng ion khuyếch tán: gồm những ion cách xa hạt keo hơn của lớp ion bù, chịu sức hút tĩnh điện yếu nên dễ di chuyển ra ngoài dung dịch giữa các mixen keo. Hình 4.1. Sơ đồ cấu tạo mixenkeo (N.I.Grorbanov) 1.3. Phân loại hạt keo Dựa vào nguồn gốc hình theo keo đất được chia làm 3 loại: - Keo vô cơ: đó là các keo có nguồn gốc từ các loại khoán sét và hydroxit sắt, nhôm như: keo monmorilonit, keo illit, kaolinit, keo setquioxit. - Keo hữu cơ: các loại keo được hình thành từ các chất hữu cơ chủ yếu là keo của các ãit mùn: axit humic, axit fuvic, hoặc các chất hữu cơ thông thường: xenluloza, protein, linhin. các keo hữu + cơ vì có các nhóm định chức(-COOH; -OH; -NH2 ) nên có khả năng phân ly ra H , do đó nó mang điện tích âm. - Keo phức vô cơ-hữu cơ: dấu điện tích của keo của chúng phụ thuộc vào bản chất vô cơ và hữu cơ, tỷ lệ phối hợp của chúng và phản ứng môi trường. 1.4. Tính chất của keo đất Keo đất có điện tích lớn và có năng lượng bề mặt, nên có khả năng hấp phụ rất lớn. Năng lượng bề mặt của keo đất sinh ra ngay trên bề mặt tiếp xúc giữa keo đất với dung dịch đất. 28 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Keo đất mang điện tích nên có thể tham gia vào rất nhiều các phản ứng trao đổi và các phản ứng khác. Tính ưa nước và kỵ nước: do keo đất mang điện tích nên chúng không chỉ hút các ion mà cả những phân tử có cực. Vì phân tử nước có tính lưỡng cực nên thường bị các keo hấp thụ. Nếu keo âm thì đầu của của cực dương( H+) tiếp xúc với keo và ngược lại. Quá trình này gọi là quá trình hydrat hóa của keo. Dựa vào mức độ hydrat hóa, keo đất chia làm 2 nhóm: Keo ưa nước có độ hydrat hóa cao, màng nước bao xung quanh dày, như keo axit humic, axit fuvic, keo axit silixic. Keo không ưa nước có mức độ hydrat hóa thấp, màng nước bao xung quanh mỏng như: hydroxit sắt, nhôm, kaolinit. Tính tụ keo và tán keo: khả năng chống lại sự gắn kết của những phân tử keo lại với nhau trong dung dịch do ảnh hưỡng của những chất điện phân, phản ứng của môi trường giữ cho keo ở trạng thái phân tán ( trạng thái sol) gọi là khả năng tán keo và keo ở trạng thái này gọi là keo tán hay sol keo. Sự chuyển keo ở trạng thái phân tán sang trạng thái ngưng tụ, gọi là sự tụ keo (trạng thái gel). Quá trình ngưng tụ keo là do keo mất các màng nước hoặc do keo trở nên trung hòa điện tích khi kết hợp với các phân tử (hạt keo) có điện tích trái dấu. 2. Khả năng hấp thụ của đất Do trong đất có chứa những keo mang điện tích, nên có khả năng hấp thụ. Nếu xử lý đất bằng một muối phân ly trung tính (KCl) thì K+ của muối này bị đất hấp phụ và trong dung dịch đất lại xuất hiện một cation khác. Khả năng giữ lại những chất ở trạng thái hòa tan hoặc một phần khoán chất phân tán ở dạng keo hay những hạt rất nhỏ, vi sinh vật và những thể huyền phù thô khác gọi là khả năng hấp phụ của đất. Khả năng hấp phụ của đất được chia ra 5 dạng sau: (1) Hấp phụ cơ học: Là khả năng đất giữ lại những hạt tương đối thô trong các khe, lỗ hỏng. đất là một thể xốp, chứa nhiều lỗ hổng có kích thước khác nhau nên có khả năng giữ lại một cách cơ học những hạt có kích thước lớn hơn kích thước của lỗ hổng, hay các chổ uốn cong của mao quản. (2) Hấp thụ lý học (hấp thụ phân tử): Là khả năng giữ lại những hạt có kích thước nhỏ, những phân tử, nguyên tử trên bề mặt keo đất. Các hạt đất có kích thước nhỏ thường co năng lượng bề mặt. Hấp thụ lý học phụ thuộc nhiều vào thành phần cơ giới, nếu đất nào có nhiều hạt 29 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương sét (thành phần cơ giới nặng) thì có năng lượng bề mặt lớn do đó khả năng hấp phụ lý học càng lớn. (3) Hấp thụ lý học: Là khả năng giữ lại trong đất các chất hoa tan ở dạng kết tủa, không tan, ít tan do kết quả của những phản ứng hóa học xảy ra trong dung dịch đất. Na2SO4 + CaCl2 > CaSO4 + 2NaCl 3+ 3- Al + PO4 > AlPO4 2+ 3- 3Ca + 2PO4 > Ca3(PO4)2 Dạng hấp phụ này rất phổ biến trong đất và dẫn đến sự cố định nhiều nguyên tố dinh dưỡng trong đất. (4) Hấp phụ lý – hóa học (hấp thụ trao đổi): Là hấp phụ trao đổi giữa nhũung ion trên bề mặt các keo đất và những ion cùng dấu trong dung dịch đất. Thực chất là phản ứng lý – hóa giữa keo đất và ion trong dung dịch đất. (5) Hấp phụ sinh học:Là khả năng giữ lại các chất dinh dưỡng bởi vi sinh vật từ dung dịch đất, chủ yếu là cây xanh và vi sinh vật.Đây là hình thức hấp phụ một chiều, đôi khi còn là trao đổi, vì rễ thực vật tiết ra ion H+ để trao đổi với chất dinh dưỡng ở dạng cation. Đặt tính nổi bật của hấp phụ sinh học là tính chọn lọc, tức mỗi loài thực vật chỉ thu và giữ trong chúng một số nguyên tố hóa học nhất định, do đó không làm chúng rửa trôi 3. Dung dịch đất 3.1. Khái niệm Dung dịch đất được xem là thể lỏng của đất, trong đó chứa các muối hòa tan, hợp chất hữu cơ khoán, hữu cơ hòa tan và các sol keo. Dung dịch đất tác dụng trực tiếp với thể rắn, không khí đất, hệ thống rễ thực vật với các sinh vật lớn, nhỏ sống trong đất. Nó thay đổi liên tục dưới tác động của các yếu tố địa lý, thủy văn và các mùa trong năm. Theo Vernatski thì dung dịch đất quan hệ với đất như máu của động vật, như dịch của tế bào cây. 30 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương + 3- 2+ K ,PO4 Ca Nước 2+ + Dung Mg ,NH4 trong đất dịch đất ( Chất Phong Rễ dưới khoáng hóa cây dạng ion + - H , HCO3 và chất Phần rắn hòa tan) của đất Lông hút Chất hữu Khoáng hóa nhờ vi cơ sinh vật phân giải và Khí trong tổng hợp đất Hình 4.2. Vai trò của dung dịch đất Dung dịch đất có tác dụng chính sau: Hòa tan các chất hữu cơ, khoáng và chất khí cung cấp thêm các chất dinh dưỡng cho cây trồng. Thành phần và nồng độ chất hòa tan trong dung dịch đát nói lên khả năng cung cấp thức ăn dễ đồng hóa nhấtcủa đất đối với cây trồng. Nồng độ dung dịch đất ảnh hưởng tới sự hấp phụ chất dinh dưỡng của cây trồng. Trong trường hợp tăng nồng độ chất hòa tan (bón phân, đất bị mặn, nồng độ chất ô nhiễm cao ) thì áp suất thẩm thấu của dung dịch đất tăng và cảng trở sự hút nước của cây và cây héo. Phản ứng dung dịch đất ảnh hưởng đến sự hoạt động của vi sinh vật, đến các tính chất lý - hóa học của đất. Trong dung dịch đất chứa một số loại muối, các chất hòa tan khác, các cation và anion có khả năng đệm. Dung dịch đất chứa một số chất hòa tan làm tăng cường sự phong hóa đá. 3.2. Nguồn gốc, thành phần và yếu tố ảnh hưởng đến dung dịch đất. 3.2.1 Nguồn gốc Dung dịch đất được tạo thành từ 3 nguồn gốc: hơi nước ngưng tụ, mưa khí quyển, nước ngầm. 31 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Trong điều kiện đất được tưới nước thì bản chất của dung dịch đất còn liên quan đến bản chất của nguồn nước tưới. Các chất hòa tan trong dung dịch đất luôn được bổ sung do: Quá trình bón phân hữu cơ và vô cơ. Quá trình trao đổi ion trên keo đất và chuyển vào dung dịch đất. Quá trình phong hóa đá, phân giải chất hữu cơ. 3.2.2 Thành phần Thành phần và nồng độ dung dịch đất là kết quả của hàng loạt quá trình sinh học, lý – hóa học, lý học. giữa dung dịch đất và phần rắn của đất luôn xảy ra sự trao đổi. Trong dung dịch đất chứa các chất hữu cơ, vô cơ và các sol keo. Thành phần vô cơ trong dung dịch đất tồn tại ở dạng cation và anion. - 2- - 2- - Các anion quan trọng của dung dịch đất:HCO3 , NO2-,Cl-,SO4 ,H2PO4 ,HPO4 2+ 2+ + + + + + - Các cation trong dung dịch đất có: Ca , Mg , Na , K , H , Al3 , Fe3 ,ngoài ra còn có các cation nguyên tố vi lượng: Mn2+, Zn2+, Cu2+, CO2+ Giữa các cation trong dung dịch đất và các cation trạng thái hấp phụ luôn có một cân bằng động. Trong những đất không mặn, không chua thì Ca2+,Mg2+ chiếm ưu thế, trong các đất chua thì H+,Al3+,Fe3+, trong đất mặn Na+. - Chất hữu cơ trong dung dịch đất: Chất hữu cơ là hoạt động sống của vi sinh vật, động vật và thực vật, các sản phẩm phân giải của chúng như: các loại đường ,axit hữu cơ, rượu, axit amin, vitamin, khán sinh và độc tố. tuy nhiên nồng độ của chúng thấp. - Các chất khí trong dung dịch đất: ngoài các chất khí thông thường trong dung dịch đất như:N2, O2, CO2, còn có NO2, NH3( hình thành khi giông bão). Trong điều kiện yếm khí có các khí CH4, H2S 3.2.3 Những nhân tố ảnh hưởng đến dung dịch đất Dung dịch đất là phần linh động nhất, dễ thay đổi thành phần và nồng độ. Các nhân tố ảnh hưởng là: - Lượng mưa: lượng nước nhiều làm giảm nồng độ chất hòa tan thêm một số chất. ngược lại, lượng nước giảm làm tăng nồng độ của dung dịch đất, có thể làm thay đổi thành phần dung dịch đất. - Sự hoạt động của sinh vật: hệ rễ của thực vật hút nước và dinh dưỡng từ đất do đó làm thay đổi thành phần và nồng độ của dung dịch đất. nhiều vi sinh vật và do hoạt động sống 32 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương của chúng cũng làm thay đổi thành phần và nồng độ của dung dịch đất. vi khuẩn nitrat hóa (Nitrosomonas,Nitrobacter) tạo thành axit HNO3;H2SO4 làm axit hóa dung dịch đất - Phản ứng của dung dịch đất: phản ứng dung dịch đất liên quan chặt chẽ tới sự hòa tan và mức độ dễ tiêu của nhiều nguyên tố dinh dưỡng. - Nhiệt độ: nhiệt độ càn cao thì sự hòa tan các chất càng nhiều, nồng độ dung dịch càng tăng. - Thành phần của đá mẹ, nước ngầm, phân bón. 4. Tính đệm của dung dịch đất 4.1. Khái niệm Phản ứng của dung dịch đất dường như không thay đổi dưới tác dụng của những dung dịch bên ngoài, gọi là tính đệm của dung dịch đất. Tính đệm của dung dịch là khả năng giữ cho pH thay đổi ít khi tác động các yếu tố hóa và sinh học làm tăng cường H+ và OH- trong đất. Tính đệm của đất trước hết liên quan đến quá trình trao đổi ion và khả năng chống lại hoặc axit hóa hoặc kiềm hóa dung dịch. 4.2. Các nguyên nhân gây tính đệm - Đệm do tác dụng trao đổi cation trong đất Trên bề mặt của keo hấp phụ các cation kiềm như: Ca2+, Mg2+, và H+. Do keo đất đồng thời chứa các cation kiềm và cation axit, nên khi có một lượng ion H+ hay OH- thêm vào dung dịch đất, sẽ làm mất căng bằng xảy ra sự trao đổi cation. Kết quả làm phản ứng dung dịch đất không thay đổi. Ca2+ 2H+ [KĐ] + 2HCl [KĐ] + CaCl2 H+ H+ Ca2+ Ca2+ [KĐ] + NAOH [KĐ] H+ Na+ Khả năng đệm này do keo sét gây ra, nếu đất có nhiều sét, nhiều mùn thì khả năng đệm càng lớn. Keo hữu cơ > monmorolorit > illit > kaolinit. 33 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương - Đệm do tác dụng của axit yếu và muối của chúng Các axít amin có thể đệm với axít và bazơ: NH2 NH3Cl R – CH +HCl R-CH COOH COOH NH2 NH2 R-CH +NAOH R-CH COOH COONA Axít humic cũng có tác dụng đệm 2 chiều: OH Cl R + HCl R +H2O COOH COOH OH OH R +NaOH R + H2O COOH COONa Axít axetic có thể đệm với axít mạnh. Muối của axít yếu và bazơ mạnh cũng có tác dụng đệm: hình thành một axít yếu thay axít mạnh. - Đệm do tác dụng của Al3+ linh động 3+ Khi đất có pH bé hơn 4 thì Al xung quanh có 6 phân tử H2O bao bọc (gọi là ion nhôm 3+ hydrat hóa: Al(H2O)6 . Khi môi trường bị kiềm trong dung dịch thì một số phân tử nước sẽ phân ly H+ + OH- làm cho pH không thay đổi. - Đệm do dung dịch chất chứa một số chất có khả năng trung hòa trong đất luôn chứa một số chất có khả năng trung hòa axít xâm nhập vào đất. 34 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương CaCO3 + 2HNO3 = CA(NO3)2 +CO2 + H2O 5. Tính oxy hóa khử của dung dịch đất 5.1. Khái niệm Trong đất luôn tồn tại chất oxy hóa và chất khử, nên quá trình oxy hóa- khử xảy ra phổ biến.chất oxy hóa là những chất có khả năng nhận electron, chất khử là những chất có khả năng cho electron. Mỗi chất oxy hóa sau khi nhận electron trở thành chất khử gọi là chất khử liên hợp với nó. Mỗi cặp oxy hóa - khử liên hợp có thể biểu diễn bằng hệ thức: - Ox: là chất oxy hóa Ox + ne = Kh - Kh: chất khử liên hợp với chất oxy hóa - ne: số electron mà Ox nhận để thành Kh Chất oxy hóa Chất khử Fe3+ + 1e Fe2+ Mn4+ + 2e Mn2+ Mn3+ + 1e Mn2+ - Cl2 + 2e 2Cl Như vậy phản ứng oxy hóa khử là phản ứng giữa chất oxy hóa và khử có sự trao đổi electron. hệ thống oxy hóa – khử được ký hiệu là Redox. 3+ 4+ 2+ Trong đất những chất oxy hóa là O2; NO3-; Fe ; Mn ; Cu và một số sinh vật hiếu khí. 2+ + Chất khử là H2, Fe , Cu và vi sinh vật kị khí. Quá trình oxy hóa - khử trong đất đều có thực vật và vi sinh vật tham gia cho nên đây là một quá trình sinh học. Trong điều kiện oxy hóa hay khử, chất hữu cơ đều bị phân giải, tuy nhiên, cường độ, sản phẩm phân giải có khác nhau. 35 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Thành phần chất hữu cơ chất oxy hóa chất khử C CO2 CH4;CO - N NO2 NO 3;N2;NH3 2- S SO4 H2S 3- P PO4 PH3 FE Fe3+ Fe2+ MN Mn4+ Mn3+;Mn4+ CU Cu2+ Cu+ Để đặc trưng cho cường độ oxy hóa - khử của dung dịch đất thường xác định bằng điện thế oxy hóa – khử (kí hiệu Eh). [OX] Eh = Eo + 59 lg (tính bằng mV) [Kh] 5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa - khử Trong dung dịch đất có chứa nhiều hệ thống oxy hóa – khử (Redox) với nồng độ khác nhau. nồng độ chất oxy hóa và khử của một hệ thống nào cao nhất sẽ quyết định điện thế oxy hóa – khử (Eh) của môi trường. - Nồng độ oxy trong không khí đất, oxy hoà tan trtong dung dịch đất và các bài tiết của vi sinh vật quyết định Eh của dung dịch đất. - Độ ẩm thay đổi làm thay đổi Eh của đất. khi đất ẩm nhiều quá trình khử mạnh, do đó Eh giảm. ngược lại đất khô, quá trình oxy hoá mạnh, Eh tăng. - Phản ứng của dung dịch đất của dung dịch đất cũng ảnh hưởng đến Eh: Clark đã đưa ra chỉ số rH2: chỉ số phản ánh sự tương quan giữa Eh và pH. Eh rH2 = + 2 pH 30 rH2 = 28 – 34: đất thoáng rH2 =22 – 25: là đất yếm khí rH2 <20: đất glây rH2 =27: đất trung bình. 36 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương - Các biện pháp canh tác, hay tác động vào đất khác nhau cũng làm thay đổi Eh như: cày sâu, bón phân hữu cơ, tưới hay các chất khác đưa vào đất. 5.3. Độ dẫn điện (EC) của dung dịch đất Độ dẫn điện EC của dung dịch đất có liên quan với hàm lượng các muối hoà tan trong dung dịch. Thường thì khi nồng độ muối tan trong dung dịch tăng lên thì độ dẫn điện của dung dịch đất cũng tăng. EC thường được tính bằng mhos/cm, thường EC của dung dịch đất thường nhỏ vì vậy người ta dùng đơn vị là milimhos/cm. 37 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương CHƯƠNG V: XÓI MÒN ĐẤT 1. Khái niệm xói mòn đất Xói mòn (erosion) là sự chuyển dời vật lý lớp đất mặt do nhiều tác nhân khác nhau như: lực của giọt nước mưa, dòng chảy trên bề mặt và qua chiều sâu của phẩu diện đất, tốc độ gió và sức kéo của trọng lực. quá trình mang đi lớp đất mặt do nước chảy, gió, tuyết hoặc các tác nhân địa chất khác, bao gồm cả các quá trình sạt lở do trọng lực. quá trình di chuyển lớp đất do nước đều kéo theo các vật liệu tan và không tan . - Xói mòn vật lý gồm sự tách rời và di chuyển những cấu tử đất không tan như cát, sét, bùn và chất hữu cơ. sự di chuyển được xảy ra có thể theo phương nằm ngang trên bề mặt và cũng có thể theo phương thẳng đứng dọc theo bề dày của phẫu diện đất qua các khe hở, kẽ nứt, lỗ hỏng có sẵn trong đất. - Xói mòn hóa học là sự di chuyển các vật liệu hòa tan. xói mòn hóa học có thể xảy ra do tác động của dòng chảy bề mặt hoặc dòng chảy ngầm từ tầng này tới tầng khác. Quá trình xói mòn sẽ làm mất đất do đó rất nguy hiểm cho phát triển nông lâm nghiệp. xói mòn đất làm thoái hóa đất làm giảm tính năng sản xuất của đất. Để tính lượng đất xói mòn, người ta sử dụng phương trình wiscehmeir và Smith ( 1976) A= RKLSCP A: lượng đất bị mất do xói mòn (tấn/ha/năm) R: động năng gây xói mòn (động năng của hạt mưa) L: Chiều dài sườn dốc S: Độ dốc của mặt đất C: Hệ số mật độ che phủ P: Hệ số các biện pháp chống xói mòn 2. Tác nhân,nhân tố và những nguyên nhân của xói mòn đất Xói mòn đất còn có nghĩa là sự đảo lộn cân bằng đất – thảm thực vật – khí hậu. Sự xáo trộn này có thể do tác động tự nhiên và nhân sinh. Hệ thống gây xói mòn đã được xếp thành các nhóm tác nhân, nhân tố hoặc nguyên nhân của xói mòn: - Tác nhân của xói mòn là những vật mang hoặc hệ thống di chuyển trong chuyển động đất. 38 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương - Nhân tố xói mòn đất là những chỉ số có tính tự nhiên hoặc nhân sinh quyết định độ lớn của sự đảo lộn cân bằng. Cụ thể: khí hậu, địa hình, đặc tính đất, thảm thực vật và trinh độ quản lý đất, cây trồng. - Nguyên nhân của xói mòn thường làm tăng những tác động của các tác nhân và nhân tố xói mòn đất và xúc tiến các quá trình xảy ra kem theo. nguyên nhân của xói mòn đất bao gồm cả các hoạt động sản xuất của con người như chặt phá rừng làm rẫy, cac phương pháp canh tác không đúng kĩ thuật. Những nguyên nhân chính của xói mòn đất là: (1) Lượng mưa và cường độ mưa: Việt Nam là nước có lượng mưa cao hàng năm, lượng mưa bình quân hàng năm từ 1800 – 2000 mm, có nơi lượng mưa rất cao 4000mm/năm (ở Huế). Ở Việt Nam, 85% lượng mưa tập trung vào 6 tháng mùa mưa. nhìn chung lượng mưa càng lớn và cường độ mưa càng mạnh thì lượng đất bị xói mòn càng nhiều. (2) Độ che phủ đất của cây: độ che phủ đất có ý nghĩa quyết định tới lượng đất bị xói mòn. nếu trên mặt đất có cây che phủ thì mưa không rơi trực tiếp xuống đất và phân tán trên cành, lá cây do đó xói mòn xảy ra ít và với cường độ nhỏ. Nguyên nhân chủ yếu gây xói mòn đất ở vùng nhiệt đối như nước ta là do nước mưa. mưa với cường độ lớn đã tạo các dòng chảy bề mặt đất. xói mòn đất xảy ra mạnh ở những nơi có độ dốc và lớp phủ thực vật nghèo. Bảng 5.1. Quan hệ giữa độ che phủ và lượng đất bị xói mòn(Thái Phiên, 1990) Loại cây Tỷ lệ che phủ, % Lượng đất mất(T/ha/năm Đậu phộng 10 – 15 105 Lúa nương 10 - 15 95 Khoai mì 10 – 15 98 Bắp 30 – 35 15 Cà phê (2 năm) 20 – 30 69 Cà phê (18 năm) 70 – 80 15 Cây rừng 80 - 90 12 Ở Việt Nam, lượng đất bị xói mòn hàng năm vào khoảng 1 – 1,5 tấn ở đất có rừng, và 100 – 150 tấn ở đất không có rừng. Dựa vào lượng đất mất hàng năm trên 1 ha, người t đáng giá mức độ xói mòn theo các cấp và quy mô sau: 39 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Bảng 5.2. Phân loại mức độ xói mòn đất Cấp xói mòn Mức độ xói mòn Lượng đất mất (T/ha/năm) 1 Yếu 0 – 20 2 Trung bình yếu 20 – 50 3 Trung bình khá 50 – 100 4 Mạnh 100 – 150 5 Rất mạnh 150 – 200 6 Nguy hiểm >200 3. Các kiểu xói mòn đất Dựa trên các tác nhân chính gây xói mòn, người ta phân chia thành nhiều kiểu khác nhau: - Xói mòn bắn tóe (splash erosion) - Xói mòn bề mặt ( sheet erosion) - Xói mòn suối ( rill erosion) - Xói mòn rãnh ( gully erosion) 4. Các yếu tố ảnh hưởng tới lượng đất bị xói mòn Những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới xói mòn đất là: khí hậu, đất, thủy văn, địa hình và tác động của con người. 4.1. Con người Con người là chủ thể tích cực quan trọng nhất thông qua các hoạt động sản xuất, con người có thể tác động quá trình xói mòn và ngược lại. con người có thể hạn chế và ngăn chặn xói mòn thông qua các biện pháp sử dụng và quản lý đất đai hợp lý và khôn khéo.Các tác động về khí hậu, thủy văn, địa hình và tính chất đất, con người có thể ở mức độ nhất độ nhất định kiểm soát và điều chỉnh nhờ các biện pháp quản lý: Tác động của con người thông qua cac hoạt động: phá rừng, đốt rừng, mất thảm phủ, khai phá đất trồng bừa bãi, phá rừng phòng hộ đầu nguồn, phá rừng ở nơi đất dốc, du canh, du cư , làm cho mức độ xói mòn tăng nhanh. 4.2. yếu tố khí hậu Hai yếu tố khí hậu quan trọng nhất có tác động trực tiếp đến xói mòn là lượng giáng thủy ( precipitation) và tốc độ gió (velocity). Những yếu tố khí hậu có tác động giáng tiếp là: cân bằng nước, bay hơi, nhiệt độ và độ ẩm tương đối.các yếu tố này ảnh hưởng tới lượng mưa bằng việc thay đổi chế độ nước trong đất tỷ lệ lượng mưa – tác nhân gây dòng chảy bề mặt. 40 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Lượng giáng thủy là khái niệm ttỏng hợp, nó bao gồm các dạng nước trong khí quyển rơi vào đất: sương, tuyết rơi, mưa đá và mưa. Trong số này thì mưa và tuyết đóng vai trì quan trọng nhất đối với xói mòn đất. Ở những vùng ôn đới khi tuyết tan vào mùa xuân đã gây xói mòn và rửa trôi đất rất mạnh, còn những vùng nhiệt đới và á nhiệt đối trái lại mưa và gió xảy ra kèm theo lại là những yếu tố gây xói mòn mạnh mẽ. - Ảnh hưởng của lượng mưa: ảnh hưởng lớn nhất đến xói mòn đất. quá trình xói mòn bị chi phối bởi các đặt trưng mưa: phân bố mưa, cường độ mưa, lượng mưa,loại mưa và chế độ mưa. kết quả quan trắc về lượng đất bị xói mòn trên đất trồng chè, độ dốc 8o ở các địa điểm khác nhau như sau: Bảng 5.3. Ảnh hưởng của lượng mưa đến xói mòn Địa điểm Lượng mưa, mm Lượng đất xói mòn, T/ha/năm Phú hộ 1500 52 Khải Xuân (Phú Thọ) 1769 58 Di Linh 2041 150 Plâyku 2447 189 Lượng đất bị xói mòn có tương quan thuận với lượng mưa. Năng lượng rơi tự do của hạt mưa đã công phá trực tiếp làm vỡ hạt đất, số lượng hạt mưa càng nhiều, càng lớn thì sức công phá càng mạnh. sau đó là dòng chảy: phần nước không thấm vào lòng đất và không bốc hơi, sẽ cuốn các hạt đất trôi đi. Theo tính toán của B.Oxbori (1954), khi mưa rào, 1 ha, sau 20 phút, những giọt mưa đã tung lên không trung là 140 tấn hạt đất. Nếu tốc độ giọt mưa là 5,5 m/s đường kính hạt mưa 3,5 mm, cường độ mưa là 12 cm/h thì lượng đất bắn lên không trung là 446 g/h.nhưng nếu cường độ mưa là 20 cm/h thì lượng đất bắn lên không trung là 690 g/h. 4.3. Yếu tố độ dốc Độ dốc có tác động đến mọi kiểu xói mòn. sự phân chia và cường độ dòng nước chảy đều bị chi phối bởi độ dốc. Những đặt trưng dốc có liên quan đến xói mòn là do độ sâu của dốc (steepness), chiều dài dốc và dạng dốc (shape). Xói mòn có thể xảy ra ở độ dốc 3o và nếu độ dốc tăng lên 2 lần thì cường độ xói mòn sẽ tăng lên 4 hoặc nhiều lần. Có thể xếp mức độ xói mòn do độ dốc: < 3o: xói mòn yếu 41 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương 3-5o: xói mòn trung bình 5-7o: xói mòn mạnh >7o: xói mòn rất mạnh Bảng 5.4. Ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn Loại đất Cây trồng Độ dốc, (o) Đất bị mất, T/ha/năm Đất đỏ basalt * Chè 1 tuổi 3 96 8 211 15 305 Đất phù sa cổ Chè lâu năm 3 4 5 12 22 167 Đất đỏ vàng(đá sét và Rừng thưa 4 15 biến chất) 8 47 16 124 30 147 (* Nguyễn Quang Mỹ, Tây Nguyên 1978 – 1982; Phú Thọ 1980 – 1987; Nguyễn Danh Mô, Nông trường Sông Cầu 1966 – 1967). - Chiều dài sườn dốc: chiều dài sườn dốc tăng lên 2 lần thì lượng đất bị mất sẽ răng 7 -8 lần. Bảng 5.5. Ảnh hưởng của chiều dài sườn dốc đến xói mòn Cây trồng Độ dốc, (o) Chiều dài sườn dốc, Tổn thất đất,T/ha m Cà phê 8 2 6 30 27 40 204 - Hình dạng dốc: Hình dạng dốc tác động đến xói mòn đất do bị ảnh hưởng của số lượng và tốc độ dòng chảy bề mặt. 4.4. Tính chất đất Tính chất đất đặc trưng cho tính chất ứng chịu xói mòn đất (erodibility). Xói mòn đất là biểu hiện của hai lực đối lập. Lực di chuyển của tác nhân xói mòn và lực chống đở của đất.tính ứng chịu của đất phụ thuộc nhiều nhiều vào tính chất của chính nó, đặt biệt là tính chất vật lý. 42 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Nếu đất tơi, xốp, có kết cấu thì nước mưa sẽ thấm vào đất nhiều, lượng dòng chảy bề mặt ít,đất bị xói mòn ít. Thành phần cơ giới: đất càng nhỏ, càn xói mòn mạnh. 5. Những yếu tố ảnh hưởng xói mòn do gió Khi tốc độ gió vượt qua một mức độ nhất định sẽ gây xói mòn. Động lực gió tác động lên các bạt đất bề mặt làm chúng lăn, va vào các hạt khác, cứ như thế tiếp tục tạo một dây chuyền. Những hạt đất bị gió cuốn khỏi mặt đất khi rơi xuống tác động mạnh mẽ hơn vào các hạt khác, tạo nên sự kích thích chuyển động. sự va chạm cơ học đã bào mòn lớp đất mặt. Tùy vào tốc độ gió có thể có xói mòn cục bộ, xói mòn thường xuyên. Xói mòn cục bộ xuất hiện khi tốc độ gió 15m/s. Lốc bụi bốc cả bụi cát, bào mòn 1 vùng này, phủ kín một vùng khác, làm lấp các làng mạc, ruộng vườn. Các yếu tố tác động lên xói mòn do gió cũng tương tự như xói mòn do nước: địa hình, thảm phủ, tính chất đất 6. Các biện pháp phòng chống xói mòn Không có bất kỳ một biện pháp đơn lẽ nào có khả năng chống xói mòn, mà thông thường tùy điều kiện cụ thể của từng vùng mà chọn lựa và sắp đặt một hệ thống các biện pháp thích hợp. Về nguyên lý, Ellision (1944) đã xác định tác nhân gây xói mòn mạnh mẽ nhất là xung lực hạt mưa tác động vào mặt đất. ông chia quá trình này thành 3 pha: - Pha 1: Tách các hạt đất ra khỏi đất - Pha 2: Di chuyển các phân tử bị tách ra đi nơi khác - Pha 3: Lắng đọng chúng ở một nơi khác Nếu hạn chế được pha 1, sẽ không xảy ra pha 2 và pha 3. do đó các biện pháp hệ thống thuộc nhóm 1 là tăng cường che phủ mặt đâtsẽ trở nên quan trọng nhất. - Bố trí một cơ cấu cây trồng đa dạng theo kiểu nông – lâm kết hợp, tạo ra tán che nhiều tầng, nhiều lớp. trên mặt đất là lớp thảm mục, tầng trên là những lớp cấy sống nhiều lớp, nhiều tầng sẽ hạn chế đáng kể xung lực của hạt mưa. - Trồng xen thành băng những cây hàng năm với những cây lâu năm, luân phiên giữa các băng, trồng xen, trồng gối sẽ tạo được những tán che tối đa. 43 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương - Các biện pháp công trình đồng ruộng như: ruộng bật thang, kiến thiết đồi nương, làm đất và gieo trồng theo đường đồng mức ( contour farming), trồng các hàng ngang dốc để cắt dòng chảy. Nguyên tắt chung kiểm soát xói mòn gồm 3 hệ thống: (1) Hệ thống các biện pháp tăng cường che phủ mặt đất thông qua việc quản lý đất và thiết lập, quản lý hệ thống cây trồng. (2) Hệ thống các biện pháp ngăn ngừa, cắt ngắn, phân tán và làm giảm lưu lượng của dòng chảy. (3) Hệ thống các biện pháp tăng cường khả năng ứng chụi của đất. 6.1. Phòng chống xói mòn trên phạm vi toàn lảnh thổ Ở phạm vi vĩ mô, trên toàn lảnh thổ rộng lớn phòng chóng xói mòn đòi hỏi có những đầu tư lớn với tầm cở quốc gia. bao gồn các biện pháp: - Điều tra, khoanh vẽ bản đồ xói mòn trên lảnh thổ. Để vẽ bản đồ này cần các bản đồ chuyên đề (bản đồ địa hình, bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ trạng thái sử dụng đất, bản đồ địa chất, bản đồ phân bố mưa, bản đồ thủy văn, bản đồ thực bì ). Hiện nay người ta sử dụng thêm các tư liệu viễn thám ( ảnh vệ tinh, ảnh máy bay ). Trên cơ sở các bản đồ này tiến hành chồng ghép các loại bản đồ để hình thành bản đồ sơ bộ về xói mòn. sau đó kiểm tra thực địa để chỉnh lý và hoàn chỉnh. - Xây dựng và thực thi các biện pháp chống xói mòn, cụ thể là: Bảo vệ rừng đầu nguồn, trồng mới hoặc nuôi dưỡng rừng dầu nguồn. Cần xác định cụ thể về phạm vi, diện tích, chủng loại của rừng đầu nguồn. - Xây dựng và thiết lập mạng lưới hồ chứa có ý nghĩa nhiều mặt: + Hạn chế lũ lụt + Kết hợp sản xuất thủy điện ( nhà máy thủy điện: Hòa Bình, Thác Bà, Trị An ) + Cung cấp nước tưới cho cây trồng vào mùa khô (thủy lợi) + Kết hợp phát triển nghề nuôi trồng thủy sản + Cải thiện điều kiện tiểu khí hậu và môi trường - Xây dựng các công trình ngăn lũ và phân lũ. nguyên tắt chung của phương pháp này là phân lũ thành nhiều nhánh chảy để hạn chế cường độ lũ, cũng có thể đắp các hệ 44 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương thống đập ngăn trên các con sông, con suối, tạo hệ thống hồ chứa nhỏ, đào các mương phụ nối với các sông lớn. 6.2. Phòng chống xói mòn trên phạm vi khu vực Phương pháp này được thực thi ở những khu vực nhỏ như một nương rẫy, một quả đồi hay một cánh đồng. - Trên đất canh tác cây hàng năm: cây hàng năm có đặc điểm là tán che phủ thấp,bộ rễ phát triển yếu, đất bị xáo xới, làm cỏ trong quá trình canh tác. các biện pháp thường áp dụng: + Hàng gieo dày, gieo trồng các hàng theo dạng nanh sấu ( các hàng gieo so le nhau) + Trồng xen, trồng gối, xây dựng mô hình nông lâm kết hợp. + Lên luống cắt ngang sườn dốc (khoai lang, khoai mì ) + Trồng theo băng, tạo băng đệm: dùng cỏ khô, cỏ tươi, thân cây trải đều ngang dốc để ngăn dòng chảy. + Trồng băng chống xói mòn: trồng thảm phủ cây họ đậu, trồng cỏ vertiver theo đường đồng mức. + Làm ruộng bậc thang. - Trên đất canh tác cây lâu năm: Cà phê, chè, ca cao, điều, tiêu + Thiết kế lô và trồng cây theo đường đồng mức. + Thiết kế hàng trồng, và bố trí mật độ trồng phù hợp. + Trồng cây tủ đất. - Thiết kế các đai rừng chắn gió ngăn cản cát lấp các làng mạc,ruộng vườn xói mòn, đặt biệt là các vùng ven biển (trồng phi lao). 45 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương CHƯƠNG VI: QUÁ TRÌNH LÀM CHẶT;LATERIT, CHUA HÓA, MẶN HÓA MÔI TRƯỜNG ĐẤT 1. Quá trình làm chặt đất 1.1 Độ chặt của đất Độ chặt của đất là do sự nén một khối lượng đất nhất định xuống một thể tích nhỏ hơn và đặt trưng bằng dung trọng của đất, độ xốp hoặc khả năng chống lại sự đâm xuyên.độ chặt của đất sẽ được tăng lên do tác động đè nén của các công cụ sản xuất như: máy cày, máy kéo, các phương tiện vân chuyển trên đất. Mức độ bị nén chặt của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, đặt biệt là thành phần cơ học và cấu trúc đất, lực nén, thường theo chiều thẳng đứng làm cho lác lớp đất sét sắp xếp ít nhiều song song với mặt đất. Sự sắp xếp của cácc lớp sét theo cách như vậy sẽ dẫn đến sự hình thành lớp đất chặt hay tầng đất cứng (tầng đế cày) dày khoản vài cm đến hàng chục cm ở độ sâu khoản 20 – 30 cm. Đặt trưng của tầng đế cày thường có cấu trúc dạng phiến mỏng, ít thấm nước và cản trở sự xâm nhập của hệ rễ thực vật. Ở các đất thịt, tác động của các hạt mưa có thể hình thành lớp ván cứng trên mặt đất. Lớp váng cứng trên mặt đất có thể dày vài cm nhưng nó sẽ làm giảm khả năng thấm nước và tăng dòng chảy trên mặt gây xói mòn đất, làm giảm khả năng nẩy mầm và phát triển của cây trồng. Quá trình làm chặt đất được gây ra do sự hình thành các lớp vỏ cứng cũng làm tăng dung trọng của đất nhưng không phải do các lực từ bên ngoài. Nguyên nhân là do đất có cấu trúc kém, trong và sau khi bị ngập nước các đoàn lạp đất bị phá vỡ các hạt đất mịn ( thịt và sét) sắt xr61p xít vào nhau, khi đất khô cấu trúc cũ không phục hồi và đất bị chặt cứng lại.Các lớp vỏ cứng có tính chất khác biệt so với các dạng đất bình thường. 1.2 Nguyên nhân - Một trong những nguyên nhân quan trọng của quá trình làm chặt đất là do sử dụng các máy móc trong sản xuất nông nghiệp, đặt biệt nghiêm trọng là phần đất bị nén bởi bánh xe. những nghiên cứu của Mc Rae(1989) cho thấy dung trọng của đất bị bánh xe nén là 2,2 g/cm3 còn ở giữa hai bánh xe chỉ là 1,3 g/cm3. - Chế độ tưới cũng ảnh hưởng đến độ chặt của đất. - Quá trình làm đất hay trồng cấy khi đất có độ ẩm gần với độ trử ẩm đồng ruộng thì sự phá hủy cấu trúc đất và làm chặt đất ít xảy ra. 46 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương - Sự chăn thả gia súc cũng làm đất bị nén chặt nhất alf trong điều kiện đất ẩm. - Các quá trình trồng rừng , khai thác rừng ở nhiều nơi cũng làm chặt đất do sử dụng các loại máy móc, xe cộ vận chuyển nguyên vật liệu và sản phẩm khai thác. Sự nén chặt đất ảnh hưởng không tốt với nhiều tính chất của đất. làm tăng dung trọng và giảm độ xốp, có ảnh hưởng đến dộ ẩm và độ thoáng khí cũng như chế độ nhiệt của đất. Trong những điều kiện như vậy sẽ hạn chế khả năng sinh trưởng của cây trồng, đặt biệt là giai đoạn nẩy mầm và cây non; cũng như đời sống của các sinh vật đất. Xét về gốc độ kinh tế, đất bị nén chặt làm giảm hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất nông nghiệp do làm tăng co mức đầu tư cho làm đất và tưới tiêu, giảm hiệu quả phân bón và giảm năng xuất cây trồng.nếutính riêng ở Mỹ trong những năm 1970 thiệt hại kinh tế dodất bị nén chặt ước tính là 1 tỷ USD/năm (Raghavan, 1990). 1.3 Các biện pháp quản lý và cải tạo đất chặt - Tăng cường cấu trúc đất: đất có cấu trúc sẽ tăng cường khả năng giữ nước, tăng độ thông thoáng và giữ các chất dinh dưỡng trong đất. tăng cường bón phân hữu cơ cho đất có ý nghĩa quan trọng cải thiện cấu trúc đất. - Cày bừa, xới xáo, làm đất hợp lý là có hiệu quả nhất nhằm cải tạo đất bị nén chặt. cày bừa, xới xáo làm cho đất tơi xốp, làm hạt dễ nảy mầm đồng thời tiêu diệt cỏ dại giúp cây trồng sinh trưởng tốt hơn do các chế độ dinh dưởng, nước, không khí được cải thiện. Tuy nhiên cần chú ý quá trình làm đất , các công cụ máy móc đi lại đồng thời cũng làm chặt đất. do vậy việc chọn lựa công cụ và thời điểm làm đất có ý nghĩa quan trọng ( không nên làm đất khi độ ẩm lớn hơn độ trữ ẩm đồng ruộng, trong những điều kiện không cần thiết nhất là những vùng đất dốc nên hạn chế đến mức tối thiểu việc cày xới mặt đất để giảm xói mòn). 2. Quá trình laterit hóa Quá trình laterit thường được gọi là quá trình ong hóa hay kết von – đá ong; còn gọi là quá trình kết von đá ong. 2.1. Bản chất của quá trình laterit hóa Là quá trình rửa trôi và tích tụ tuyệt đối các cation Fe3+,Fe2+ ;Al3+;Mn6+. Các cation này có sẵn trong môi trường đất nhiệt đới do mưa và tác động dòng nước thấm, nước ngầm, chúng có cơ hội tập trung lại một chổ trong đất với mật độ cao. Các cation này hấp thụ vào một nhóm mang điện tích âm (keo sét hoặc oxit sắt) hoặc một tác nhân khác kết dính giữa các cation đó để tạo nên những liên kết tương đối bền vững. Khi nhiệt độ môi trường lên cao, độ ẩm giảm thấp, các liên kết này mất nước, sẽ tạo nên những oxit kim loại cứng chắc, do đó độ cứng cao và rất cao. 47 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương 2.2. Các loại đá ong Trong đá ong thành phần chủ yếu là hydroxit oxit sắt ngậm nước hay không ngậm nước hoặc mangan, một phần rất ít oxit nhôm. Sự hình thành đá ong chỉ khác với quá trình laterit là Fe2+ thường tập trung ở các vùng tương đối thấp có khả năng từng một dòng nước thổ nhưỡng hoặc dòng nước mặn trong mùa mưa. Trong tầng nước thổ nhưỡng gần mặt đất chứa nhiều Fe2+. Các Fe2+ dễ dàng bị oxi hóa thành Fe3+ khi có điều kiện tiếp xúc với oxy, chúng sẽ bị oxy hóa. các oxyt của chúng liên kết với các nhân là hạt keo sắt kaolinit để tạo thành màng lưới dày đặt. khi mất nước chúng liên kết ngày càng chặt hơn. Tùy loại đá ong người ta chia ra: - Đá ong tản kiểu buhanran. - Đá ong tản tổ ong, có nhiều lỗ, lỗ nhỏ như tổ ong - Đá ong hạt đậu 2.3. Các điều kiện hình thành đá ong - Nơi có độ dốc không cao lắm, có điều kiện tích tụ Fe,Al, Mn. Nhất là các vùng đồi núi trung du các tỉnh: Hà Bắc, Vĩnh phú, Sơn Tây, Đồng Nai, Sông Bé, Tây Ninh, Bà Rịa – Vũng Tàu - Nơi mà môi trường sinh thái đã và đang bị phá hủy mạnh mẽ, khả năng bốc hơi lớn,mạch nước ngầm lên xuống rất cao trong mùa mưa và mùa khô. - Mực nước ngầm không quá sâu. đá ong thường xuất hiện ở chân đồi vì mực nước ngầm nông hơn. - Đá mẹ: đá mẹ, phù sa cổ, phiién thạch sét và một ít basalt tầng mỏng Hay xuất hiện đá ong ( miền đong nam bộ và tây nguyên) , trên đá vôi hình thành nên đá ong hạt đậu, kết quả của sự tích tụ tuyệt đối Mn6+, Mn4+, Fe3+, Al3+. 2.4. Các điều kiện hình thành kết von Hình dạng của các hạt kết von đã nói lên quá trình hình thành chúng. - Kết von hạt tròn đầu ruồi - Ở giữa trung tâm hạt là một nhân, có thể là nhiều hạt keo kaolinit làm nhân. Fe và Mn bám chặt xung quanh tâm tạo nên những lớp hình cầu rắn chắt. 48 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Trong đất feralit vùng đồi núi và cao nguyên, sự rửa trôi và tích tụ Fe, Mn tạo kết von có màu nâu xám. Trong vùng đất basalt, sự rửa trôi nhiều Mn2+ và tích tụ chúng ở thung lũng chân đồi, Mn2+ gặp điều kiện môi trường pH: 5 – 6 sẽ oxi hóa, bám xung quanh một nhân keo và tạo thành các lớp Mn6+ với oxit của chúng. tạo nên hạt tròn, trơn bóng, màu đen như dầu ruồi. - Kết von hình ống Thường gặp ở vùng đồng bằng hoặc vùng biển mà quá trình thoái hóa môi trường đã và đang diễn ra. sự tích tụ tuyệt đối các cation Mn, Fe, Al quanh rễ, cành cây, hoặc vùng bán ngập quanh cây lúa, cây tràm. sau khi tập trung cao các ion này bị oxy hóa thành các oxýt bền vững mà ruột của chúng là các cành cây,rễ cây bị mục nát, rời khỏi chúng thành một ống. - Kết von đa giác đa dạng Những hạt kết von này xuất hiện ở vùng môi trường đất đồi núi bát úp phù sa cổ, basalt, đá trung tính bị thoái hóa nghiêm trọng. chúng tích xung quanh một mảnh vỡ của đá mẹ, không theo một trật tự nào:dạng củ gừng, dạng diều, đậu phộng Quá trình canh tác, rửa trôi, xói mòn và tích tụ đã tạo điều kiện cho kết von này hình thành với điều kiện môi trường thay đổi nhanh. - Kết von giả Kết von thật có cấu trúc lớp thành vác vùng đồng tâm, các lớp kết von này hình thành chặt chẻ. kết von giả là sự kết tụ Fe, Al, Mn quanh một mảnh đá mẹ hay vật cứng nào đó, không có vòng tròn đồng tâm. 2.5. Ảnh hưởng của đá ong và kết von lên môi trường sinh thái -Khi hình thành đá ong và kết von sẽ ảnh hưởng xấu đến môi trường đất. -Làm cơ lý tính đất giảm sút, giữ ẩm kém, hút và giữ nước kém. - tăng khả năng rửa trôi, xói mòn đất vì thực bì không phát triển được. - Nghèo dinh dưởng cho thực vật và vi sinh vật. - Khi xuất hiện đá ong sinh thái môi trường trở nên xấu đi nhanh chóng ( thực vật và vi sinh vật khônng sống nổi do lý, hóa tính đất xấu đi). 3. Quá trình axít hóa Sự axít hóa đất do những nguyên nhân tự nhiên và nhân sinh. 49 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương 3.1.Nguyên nhân tự nhiên - Do sự rửa trôi trong một thời gian dài và hô hấp vi sinh vật. các axít có trong nước mưa (axít cacbonic) và trong chất hữu cơ phân hủy ( axít humic và fuvic) sẽ phân ly ra H+. Những ion H+ thay thế các ion bazơ trên bề mặt hấp phụ của keop đất và rửa trôi chúng, đặt biệt ở những vùng có lượng mưa lớn hơn lượng bốc hơi. - Hô hấp của vi sinh vật: hô hấp vi sinh cũng dẫn đến axít hóa đất do tạo ra CO2 hòa tan trong dung dịch đất để hình thành H2CO3. - Các quá trình tự nhiên khác làm âxxít hóa đất là sự sinh trưởng của thhảm thực vật và quá trình nitrat hóa. - Trong thời kì sinh trưởng, thực vật hấp thu các cation bazơ và thải ra H+ từ hệ rễ. + - Nitrat hóa là quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ chứ nitơ, biến NH4 thành NO3 nhờ vi khuẩn hô hấp của vi sinh vật nitrat hóa (Nitrobacter) và tạo ra ion H+. + - + NH4 + 1,5O2 > NO3 + H 3.2. Nguyên nhân do tác động nhân sinh - Thực tiễn sử dụng đất: như trồng rừng lá kim gồm thông các loại ( Pinus sp); sa mộc ( Cunninghamia lanceolanta). Các thực vật này thường có độ che phủ mặt đaát lớn, đặt biệt khả năng giữ lại các chất ô nhiễm có tính axít từ khí quyển, sau đó giải phóng ra môi trường thông qua dòng nước mưa xuyên qua tán lá và dòng chảy theo thân cây. - Do những biến dạng bề mặt và thủy văn của đất bởi các kênh tiêu và mạng lưới rễ ăn nông, sự di chuyển nước xảy ra nhanh và tập trung ở bề mặt hoặc ở tầng đất trên cùng. - Sử dụng phân khoán liên tục với liều lượng cao trongcác hệ thống nông nghiệp cũng - làm axít hóa đất, và một phần qua quá trình nitrat hóa khi sử dụng phân đạm. nếu các ion NO3 trong đất nhiều hơn so với nhu cầu cây trồng, chúng sẽ bị rửa trôi. Tác động gây chua đất của phân đạm NH4NO3 được thể hiện trong kết quả thí nghiệm 4 năm trong nhà lưới trên đất phù sa sông Hồng (ĐH Tổng Hợp Hà Nội) Bảng 6.1. pH của đất tương ứng với lượng N bón khác nhau Lượng N bón (kg/ha) 0 150 300 450 600 750 pH trung bình sau 4 năm 6,9 6,4 6,1 6,0 5,6 5,4 50 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương - Hiện tượng chua hóa đất đặt biệt xảy ra mạnh mẽ ở các vùng đất phèn thuộc đồng bằng sông Cửu Long do các sản phẩm pyriate bị oxy hóa vào mùa khô, để hình thành H2SO4. Do đó pH giảm đột ngột từ 5,5 xuống 3,0 hoặc 2,5. Độ aixít cao gây ra nhiều tác động đến các tính chất đất đặt biệt là nhôm di động (Al3+). Nếu trong đất các axít hữu cơ chiếm ưu thế, nhôm sẽ trở nên di động ở dạng phức: kim loại – hữu cơ hòa tan. nếu axít khoáng chiếm ưu thế thì nhôm di động sẽ ở dạng AL3+. Ion này đặt biệt độc đối với nhiếu sinh vật nước ngọt. + Nhôm trao đổi có nhiềi ở đất pHKCl<5,5, Al3 không chỉ ảnh hưởng đến độ chua của đất mà nó ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống cây trồng, đặt biệt là cây đậu đỗ và cây ngũ cốc. Nhiều nghiên cứu cho rằng sự có mặt của nhôm trong dung dịch đất lớn hơn 6 mg/kg đất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất cây trồng. Đối với nhiều cây trồng nhiệt đới, sự có mặt của Al3+ trong dung dịch đất dưới 5 mg/kg sẽ có tác dụng tốt cho sinh trưởng và phát triển. đặt biệt là chè có thể phát triển tốt ở đất có hàm lượng nhôm 27 mg/kg đất. Hàm lượng Al3+ trong đất là khác nhau ở các loại đất khác nhau và có quan hệ chặt chẽ với độ chua của đất. Vì vậy có thể ước tính một cách tương đối sự có mặt của nhôm dựa trêngiá trị 3+ pHKCL. Thông thường đất có pHKCL nhỏ sẽ có hàm lượng Al cao. Song song với Al3+ di động, các ion kim loại nặng như chì(Pb); kẽm (Zn); Cadium (Cd) cũng rất di động trong đất chua. Nguồn axít nhân sinh quan trọng khác trong đất và nước mặt laf do sự lắng đọng từ khí quyển . Các loại khí công nghiệp hoặc xe cộ thải ra như: SO2, NO2, chúng hoặc hòa tan giáng thủy và thâm nhập vài đất dưới dạng mưa axít (lắng đọng ướt) hoặc lắng đọng trực tiếp (lắng đọng khô). Các axít lắng đọng thường là những axít mạnh như H2SO4 và HNO3, dễ phân ly hoàn toàn trong nước mưa và nước trong đất. Các giá trị pH do lắng đọng axít trong những vùng công nghiệp tập trung ở châu Âu; Bắc Mỹ thường <4,0; nhưng giá trị thấp nhất có thể <3,0, thậm chí còn phát hiện sương mù axít. 51 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Hiện tượng này còn có tên gọi “ sự lắng đọng huyền bí” rất phổ biến ở những vùng núi có nhiều rừng lá kim. Thomas M.Addiscot (1991) cho biết ở nước Anh giữa các năm1877 và 1915, lượng nitơ nitrat (N-NO3) lắng đọng từ không khí khoản 277 kg/ha, trung bình là 6 kg/ha/năm. Trong thập kỷ của những năm 90 tăng lên từ 35 – 40 kg/ha/năm. ở việt nam kết quả phân tích thành phần hoá học của nước mưa tại các điểm như: Việt Trì, Láng, Cúc Phương,Phú Liễn, Ninh Bình và Thanh Hóa cho thấy sự lắng đọng ướt từ nước mưa. ở khu công nghiệp việt trì đã xuất hiện mưa axít gần như quanh năm. hiện tượng lắng động ướt chưa rộng khắp mà chỉ cục bộ ở các điểm công nghiệp tập trung. Bảng 6.2. Những quy định đối với tính chất nước mưa pH Tính chất pH 7,0 Mang tính kiềm cao 4. Quá trình mặn hóa đất mặn 4.1. Khái niệm đất mặn Đất mặn là đất chứa nhiều muối hòa tan (1- 1,5% hoặc hơn). những loại muối tan thường gặp trong đất là:NaCl, Na2SO4, CaCl2, CaSO4, MgCl2, NaHCO3 Những loại muối này có nguồn gốc khac nhau (nguồn gốc lục địa, nguồn gốc biển, nguồn gốc sinh vật học ), nhưng nguồn gốc nguyên thủy của chúng là từ các thành phần khoáng của đá núi lửa. Trong quá trình phong hóa đá, những muối này bị hòa tan di chuyển tập trung ở những dạng địa hình trũng không thoát nước. ở vùng nhiệt đới mưa nhiều như ở Việt Nam, sự phong hóa đá xảy ra mạnh mẽ, kể cả những loại muối khó tan như CaCO3, CaSO4 Cũng bị hòa tan và rửa trôi ra sông ra biển. 4.2. Quá trình mặn hóa, nguồn gốc và đặc điểm 52 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Sự hình thành đất mặn là kết quả tổng hợp của nhiều yếu tố: đá mẹ, địa hình trũng không thoát nước, mực nước mặn nông, khí hậu khô hạn và sinh vật ưa muối. trong các yếu tố trên nước ngầm mặn là nguyên nhân trực tiếp làm cho đất bị mặn. Dựa vào nguồn gốc, đặc điểm tích lũy muối, người ta phân chia quá trình mặn hóa làm 3 loại. (1) Quá trình mặn hóa do ảnh hưởng của nước biển Quá trình này xảy ra ở miền nhiệt đới do ảnh hưởng của biển. Nước biển xâm nhập vào nội đồng theo sông ngòi khi thủy triều lên cao, qua các trận mưa bão vỡ đê biển hoặc vào mùa khô khi nước ngọt của các con sông có lưu lượng tháp chảy ra biển, nước ngọt không đủ lực để đẩy nước biển khi thủy triều mạnh. Nước mặn vũng có thể theo các mao mạch, đường nứt trong đất,đi qua các con đê biển thấm sâu vào nội đồng. Ở Việt Nam đất mặn có sấp sỉ 2 triệu ha, chiếm 6% diện tích tự nhiên. Thành phần muối tan trong đất mặn nước ta giống thành phần muối tan của nước biển. (2) Quá trình mặn hóa lục địa Ở những vùng khô hạn và bán khô hạn, các loại muối khó tan vẫn còn lại trong đất, chỉ những muối dễ tan như: NaCl, MgCl, NaCl2 mới bị hòa tan, nhưng cũng không được vận chuyển đi xa, tích tụ ở những địa hình trũng không thoát nước dưới dạng nước ngầm. Do điều kiện khô hanh và mực nước ngầm cạn, muối được di chuyển và tạp trung lên lớp mặt do quá trình bốc hơi và thoát hơi nước. Các nguyên nhân gây nên mặn hóa lục địa là: - Dâng nước mao quản từ nước ngầm(nguyên nhân chính) - Do gió chuyển muối cùng với bụi từ biển và các hồ nước mặn - Do giáng thủy rửa muối từ nơi có địa hình cao xuống thấp. - Do sự khoán hóa xác thực vật ưu mặn trong chúng chứa nhiều muối. - Do tưới tiêu không hợp lý. (3) Quá trình mặn hóa thứ sinh 53 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương (4) Ở những vùng khô hạn và bán khô hạn lượng mưa rất thấp (200 – 500 mm/năm), nền nông nghiệp có tưới và cần tưới là phổ biến. do việc quản lý đất và dùng nguồn nước tưới bị nhiễm mặn, nên tầng đất mặt bị nhiễm mặn. do tác động nhân sinh đã làm mặn hóa tầng đất mặn. 4.3. Cải tạo đất mặn 4.3.1 Ảnh hưởng của đất mặn đến sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Sự có mặt của một số muối tan trong đất làm cho tính chất vật lý, hóa học, sinh học của đất trở nên xấu. Khi khô đất nức nẽ, cứng như đá, khi ướt đất dính dẻo, hạt đất trương mạnh, bích kín tất cả các khe hở làm cho đất hoàn toàn trở nên không thấm nước. đất mặn có phản ứng kiềm, độ pH có khi lên tới 11 – 12. Ở độ pH này không có một loại cây trồng nào có thể phát triển được. Ảnh hưởng của đất mặn đối với cây trồng trước hết do áp suất thẩm thấu cao của dung dịch đất. Áp suất này tăng theo tỷ lệ thuận với nồng độ muối tan. khi áp suất của dung dịch đất từ 10 – 12 atmotphe, cây trồng không sinh trưởng phát triển được, khi vượt quá 40 atmotphe, cây chết. ngoài ra cây trồng còn bị hại do tác động độc hại của các ion phân ly. các ion thường thấy trong đất mặn và kiềm mặn là Cl-, SO42-, HCO3-, Na+, Mg2+ Trong các ion thì Cl- độc hại hơn SO42-, độc nhất là Bo. trong các cation độc nhất là MG2+, Na+. 4.3.2 Biện pháp cải tạo đất mặn - Cải tạo đất mặn thành đồng cỏ chăn nuôi bằng cách gieo các loại cỏ chịu mặn làm thức ăn gia súc. - Cải tạo đất mặn bằng biện pháp canh tác: cày sâu không lật, xới đất nhiều lần, cắt đứt mao quản làm cho muối không thể bốc lên mặt đất được. - Cải tạo đất mặn bằng biện pháp luân canh cây trồng: lúa – tôm, lúa – cá. - Cải tạo đất mặn bằng áp dụng nhiều biện pháp ( biện pháp tổng hợp). (1) Biện pháp thủy lợi: Đưa nước ngọt vào rữa mặn: Dẫn nước ngọt vào ruộng, cày , bừa, sục bùn để các muối hòa tan, ngâm ruộng sau đó tháo nước ra kênh tiêu. (2) Biện pháp nông lý: Cày sâu, đưa CaCO3 và CaSO4 ở các lớp đất sâu lên mặt, cày phá đáy làm tơi xốp tầng đế cày. Đây là biện pháp thường áp dụng đối với các loại đất mặn nội địa được hình thành trong điều kiện khô hạn và bàn khô hạn. 54 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương (3) Biện pháp sinh học: Tuyển chọn và lai tạ các giống chịu mặn, xác định các loại cây trồng có khả năng chịu mặn khác nhau, phù hợp với từng giai đoạn cải tạo đất. (4) Biện pháp hóa học Ion Na+ đóng vai trò quan trọng trong đất mặn, nó có thể ở dạng muối tan như:NaCl, + NAHCO3, Na2SO4 và quan trọng hơn là Na ở dạng trao đổi hấp phụ trên bề mặt keo đất. những tính chất xấu của đất mặn về phương diện vật lý, hóa học, sinh vật học, tính chất vật lý nước chủ yếu do ion này gây ra. muốn cải tạo đất mặn điều kiện tiên quyết là phải loại trừ ion Na+ trong dung dịch đất và trong phức hệ hấp thụ bằng việc thay thế bởi ion Ca2+. Đó là nguyên lý cơ bản trong cải tạo hóa học đất mặn. Người ta thường dùng thạch cao (CaSO4.2H2O) hoặc photphat thạch cao. Na+ 2+ [KĐ] + CaSO4 [KĐ]Ca + Na2SO4 Na+ Na2CO3 + CaSO4 CaCO3 + Na2SO4 55 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương CHƯƠNG VII: Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT 1. Đất là một hệ sinh thái hoàn chỉnh Đất là tư liệu sản suất đặt biệt, là đối tượng lao đọng độc đáo; là một yếu tố cấu thành của hệ sinh thái trái đất. Trên quan điểm sinh thái học thì đất là một tài nguyên tái tạo, là vật mang của nhiều hệ sinh thái (carrier of ecosystem) khác trên trái đất.con người tác động vào đất cũng tức là tác động vào các hệ sinh thái mà đất “mang” trên mình nó. Như vậy tùy thuộc vào phương thức đối xử của con người đối với đất mà đất đai có thể phát triển theo chiều hướng tốt và cũng có thể phát triển theo hướng xấu.Cho nên việc bảo vệ môi trường đất và các giải pháp chống ô nhiễm đất duy trì tính năng sản suất lâu dài của đất là một trong những chiến lược quan trọng của nước ta trong việc sử dụng hợp lý và lâu bền các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Cũng giống như các hệ sinh thái khác, hệ sinh thái đất có cách phát triển riêng, đó là hệ quả của mối quan hệ qua lại giữa các yếu tố hữu sinh và vô sinh và khả năng tự điều chỉnh riêng. Nói theo nghĩa rộng thì đó là khả năng lập lại cân bằng giữa các quần thể sinh vật đất, giữa vòng tuần hoàn vật chất và dòng năng lượng và cũng nhờ có sự tự điều chỉnh này mà hệ sinh thái đất giữ được ổn định mỗi khi chịu tác động của các nhân tố ngoại cảnh. Sự tự điều chỉnh của hệ sinh thái đất tuy có giới hạn nhất định, nếu sự thay đổ vượt quá giới hạn này, hệ sinh thái mất khả năng tự điều chỉnh và hậu quả là chúng bị ô nhiễm, giảm độ phf và giảm tính năng sản suất. Sự tác động của con người có t thể điều chỉnh và tìm được một giới hạn thích hợp cho nhiều loại sinhn vật đất và cây trồng. Giới hạn này còn gọi là giới hạn sinh thái hay giới hạn cho phép của môi trường đất. Sự ô nhiễm môi trường đất là hậu quả các hoạt đoọng của con người làm thay đổi các nhân tố sinh thái ra ngoài giới hạn sinh thái của các quần xã sống trong đất với từng nhân tố sinh thái. Xử lý ô nhiễm tức là điều chỉnh và đưa các nhân tố sinh thái trở về giới hạn sinh thái của quần xã đất. Đây chính là nguyên nhân cơ bản được vận dụng hợp lý tài nguyên đấtvà bảo vệ môi trường đất. 2. Tác động của các hệ thống sản xuất đến môi trường Đất là nguồn tài nguyên thiên nhiên quan trọng nhất trong sản suất nông – lâm nghiệp, ngoài ra con người còn sử dụng đất cho nhiều mục đích khác nhau: nơi ở, đường giao thông, kho tàng, mặt bằng sản xuất nông nghiệp. Theo Nayhtum (1982) thì năm 1970 một ha đất canh tác sử dụng cho 2,6 người, còn năm 2000 cho 4 người. Như vậy, dân số tăng đòi hỏi lượng lương thực, thực phẩm ngày càng nhiều 56 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương và con người phải áp dụng những biện pháp để tăng mức sản suất và tăng cường khai thác độ phì đất. những biện pháp phổ biến là: - Tăng cường sử dụng các chất hóa học trong nông lâm nghiệp như phân bón, thuốc trừ sâu diệt cỏ. - Sử dụng các chất điều khiển sinh trưởng để giảm bớt sự thất thoát mùa màng và thuận lợi cho thu hoạch. - Sử dụng công cụ và kỹ thuật hiện đại - Mở rộng mạng lưới tưới tiêu. Tất cả các biện pháp này đều gây tấ động mạnh mẽ đến hệ sinh thái và môi trường đất. Đó là: - Làm đảo lộn cân bằng sinh thái do sử dụng thuốc trừ sâu. - Làm ô nhiễm môi trường đất do sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu. - Làm mất cân bằng dinh dưỡng - Làm xói mòn và thoái hóa đất - Phá hủy cấu trúc đất và các đặt tính sinh học của đất do sử dụng máy móc nặng. - Mặn hóa, tiêu hóa do tưới tiêu không hợp lý. 3. Ô nhiễm môi trường đất Ô nhiễm môi trường đất được xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các chất gây ô nhiễm(pollutant). Người ta có thể phân loại đất bị ô nhiễm theo nguồn gốc phát sinh, hoặc theo các tác nhân gây ra ô nhiễm. Nếu theo nguồn gốc phát sinh có: - Ô nhiễm đất do các chất thải sinh hoạt. - Ô nhiễm đất do chất thải công nghiệp. - Ô nhiễm đất do hoạt động nông nghiệp. Môi trường đất có những đặt thù riêng và một số tác nhân gây ô nhiễm có thể có cùng nguồn gốc nhưng lại gây tác động rẩ bất lợi rất khác nhau. Do đó, phân loại theo các tác nhân gây ô nhiễm sẽ phù hợp hơn đối với môi trường đất: - Ô nhiễm do tác nhân hóa học - Ô nhiễm do tác nhân sinh học. 57 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương - Ô nhiễm do tác nhân vật lý. 3.1. Ô nhiễm ở khu công nghiệp và đô thị Quá trình phát triển công nghiệp và đô thị cũng ảnh hưởng đến tính chất lý và hóa học đất. - Những tác động về vật lý đất như: gây xói mòn, nén chặt đất và phá hủy cấu trú đất do kết quả của các hoạt động xây dựng, sản xuất khai thác mỏ. - Những tác động về hóa học như: các chất thải rắn, lỏng và khí tác động đến đất. Tác động của công nghiệp và đo thị đén đất xảy ra rất mạnh từ cuộc cách mạng công nghiệp thế kỷ XVIII – XIX, đặc biệt là trong những thập niên gần đây. Các chất thải công nghiệp ngày càng nhiều và có độc tính ngày càng cao, nhiều loại rất khó bị phân hủy sinh học. Các chất thảiđộc hại có thể được tích lũy trong đất trong thời gian dài gây ra nguy cơ tiềm năng đối với môi trường. Có thể phân chia các chất thải ra 4 nhóm chính: - Chất thải xây dựng, - Chất thải kim loại, - Chất thải khí, - Chất thải hóa học và hữu cơ. 3.1.1 Chất thải xây dựng Chất thải xây dựng như gạch ngói, thủy tinh, gỗ, ống nhựa, dây cáp, bêtông, nhựa trong đất các chất này bị biến đổi theo nhiều con đường khác nhau, nhiều chất rẩ khó bị phân hủy 3.1.2. Chất thải kim loại Các chất thải kim loại, đặc biệt là các kim loại nặng (Pb, Zn, Cd, Cu và Ni) thường có nhiều ở các khu vực khai thác mỏ, các khu công nghiệp và đô thị. Kết quả điều tra đất vườn ở 53 thành phố, thị xã ở nước Anh cho thấy hầu hết có lượng chì tổng số vượt trên 200 mg/kg, ở nhiều vùng công nghiệp đã vượt quá 500 mg/kg, các giá trị này cao hơn đất bình thường không bị nhiễm bẩn (<100 mg/kg). Nguồn gốc chính của kim loại nặng trong chất thải: Các loại bình điện (pin, ac quy) có mức chất thải kim loại nặng cao nhất: 93% tổng số lượng thủy ngân, khoảng 45% số lượng Cadmium (Cd). 58 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương Sắt phế liệu chứa khoảng 40% số lượng chì (Pb), 30% đồng (Cu), 10% crôm (Cr). Các chất thải mịn (<20 mm) chứa 43% Cu thải, 20% Pb và 12% nickel (Ni). 38% Cd thải và 25% Ni là từ chất dẻo. Nickel có trong các loại thành phần rác, trong đó có 6 loại rác chứa trên 10% Ni. Các tác giả nghiên cứu chủ yếu trên những vùng co vấn đề ô nhiễm chung quanh các nhà máy lớn có khói, bụi, chất thải gây ô nhiễm, các thành phố lớn, các sông và cửa sông phải hứng chịu các nguồn chất thải lớn . Một số tác giả đi sâu nghiên cứu tác hại trên sức khoẻ con người, gia súc hoặc đi sâu về cơ chế hấp thu, vận chuyển, tích tụ kim loại nặng. Teruo Asami (Nhật Bản) phân tích mẫu bụi của 12 thành phố lớn ở Nhật và nhận thấy hàm lượng kim loại nặng phản ánh đặc tính của thành phố. Ở Osaka, người ta thấy có hệ thống tương quan cao giữa tỷ lệ bệnh nhân (xác định) và hàm lượng kim loại nặng được dùng trong công nghiệp sắt, thép. Người ta thấy rằng, bụi bay trong không khí và bụi lắng ở các khu vực đô thị chắc chắn chứa nhiều nguy cơ có nhiều độc tiềm tàng kim loại hơn bụi ở khu vực nông thôn. Do vậy cư dân sống ở những khu vực đô thị phải hứng chịu nhiều nguy cơ tiềm tàng về kim loại nặng hơn những cư dân sống ở nông thôn. Teruo Asami đã thu thập 308 mẫu bụi đường ở 12 thành phố của Nhật Bản, bao gồm cả Tokyo, Osaca, Kyoto và điều tra mối tương quan giữa hàm lượng kim loại nặng trong bụi đường và tỷ lệ người mắc bệnh, nhất là ở Osaka là thành phố lớn thứ nhì và có hầu hết các ngành công nghiệp nặng của Nhật Bản. Kết quả cho thấy hàm lượng kim loại nặng trong bụi đường ( g/g DM) ở các thành phố, nhất là các thành phố lớn như: Osaka, Tokyo cao gấp nhiều lần so với đất không ô nhiễm: Cd : 3,26 so với 0,37; Cu : 258 so với 20,4; Zn : 1601 so với 65,1; Ni : 96,9 so với 14,8; Pb : 465 so với 18,1; Cr : 133 so với 27,2. Hệ số tương quan giữa tỷ lệ bệnh nhân có chứng nhận và hàm lượng kim loại nặng ( g/g Dm) ở Osaka như sau (n=26): Cd Zn Pb Cu Ni Cr Co Fe Mn 59 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường
ThS. Phan Tuấn Triều – ĐH Bình Dương 0,356 0,353 0,302 0,031 0,274 0,636 0,650 0,651 0,441* * : ý nghĩa 5% : ý nghĩa 1% : ý nghĩa 0,1% Các kim loại độc hại có thể tồn tại trong đất dưới nhiều dạng khác nhau, (hấp phụ, liên kết) với các hợp chất hữu cơ, vô cơ hoặc tạo thành các chất phức hợp (chelat). Khả năng dễ tiêu của chúng đối với thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: pH, khả năng trao đổi cation (CEC) và sự phụ thuộc lẫn ngau vào các kim loại khác. Ở các đất có CEC cao, chúng bị giữ lại nhiều trên các phứ hệ hấp phụ. Các kim loại nặng có khả năng linh động lớn ở đất chua (pH < 5,5). Các kim loại nặng được tích luỹ trong các cơ thể sinh vật theo các chuỗi thức ăn và nước uống. Ảnh hưởng của các kim loại nặng trong đất đối với sức khoẻ con người chưa được xác đinh một cách rã ràng, nên rất khó xây dựng ngưỡng độc hại chính xác. Tuy nhiên nhiều nước cũng đã xây dựng tiêu chuẩn độc hại của các nguyên tố trong đất. Nhưng giá trị này thường khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường, các chính sách và luật pháp cụ thể. Ở Hà Lan, chính phủ đã xây dựng hệ thống gồm 3 mức: giá trị chấp nhận được hay giá trị nền, giá trị chứng tỏ quá trình nhiễm bẩn đang xảy ra và giá trị cần thiết phải làm sạch. Bảng 7.1: Đánh giá mức ô nhiễm bẩn kim loại trong đất ở Hà Lan (Thoromon, 1991). Hàm lượng trong đất, ppm Các kim loại Đất không nhiễm bẩn Đất bị nhiễm bẩn Đất cần làm sạch Cr 100 250 800 Co 20 50 300 Ni 50 400 500 Cu 50 400 500 Zn 200 500 3000 As 20 30 50 Mo 10 40 200 Cd 1 5 50 Sn 20 50 300 Ba 200 400 2000 Hg 0,5 2 10 Pb 50 150 600 60 Giáo trình Tài nguyên đất và môi trường