Giáo trình Thổ nhưỡng học

Nội dung text: Giáo trình Thổ nhưỡng học

1. LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình Thổ nhưỡng học được biên soạn cho sinh viên các ngành khoa học đất, hoá nông nghiệp, môi trường, quản lý đất đai, cây trồng, bảo vệ thực vật làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành khác, học viên cao học, nghiên cứu sinh và cán bộ ngành nông nghiệp. Với tinh thần đổi mới của Bộ Giáo dục và Đào tạo và được sự đồng ý của trường Đại học Nông nghiệp I, bộ môn Khoa học đất tái bản giáo trình Thổ nhưỡng học (xuất bản năm 2000) có sửa đổi, bổ sung, cập nhật thông tin, thay đổi cách trình bày và được phân công chịu trách nhiệm như sau: PGS.TS. Trần Văn Chính: Chương VIII, IX, X, XV và một phần chương III. TS. Cao Việt Hà: Chương VI và VII. TS. Đỗ Nguyên Hải: Chương XI, XII và XVI ThS. Hoàng Văn Mùa: Chương I, II và XVII. PGS. TS. Nguyễn Hữu Thành: Chương IV, V, XIII và XIV. PGS.TS. Nguyễn Xuân Thành: một phần chương III. Hiệu đính và chủ biên lần tái bản này: PGS.TS. Trần Văn Chính Bám sát yêu cầu đào tạo, các tác giả đã tham khảo nhiều tài liệu trong và ngoài nước, các kết quả nghiên cứu gần đây. Tuy nhiên, do trình độ và thời gian có hạn nên khó tránh khỏi những thiếu sót. Mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của bạn đọc. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ: Bộ môn Khoa học đất - Trường Đại học Nông nghiệp I - Gia Lâm - Hà Nội Telephone: 04 8769272 Email: khoahocdat@yahoo.com Thổ nhưỡng học
2. Bài mở đầu KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THỔ NHƯỠNG 1. Khái niệm về đất và độ phì nhiêu Trên mặt địa cầu có chỗ là một khối rắn chắc, có chỗ là bãi cát mênh mông hoang mạc, có chỗ cây cối mọc xanh tươi bát ngát. Loài người gọi vùng thứ nhất là đá (nham thạch), vùng thứ hai là sa mạc và vùng thứ ba là thổ nhưỡng. Như vậy thổ nhưỡng là đất mặt tơi xốp của vỏ lục địa, có độ dầy khác nhau, có thể sản xuất ra những sản phẩm của cây trồng. Nguồn gốc của đất là từ các loại "đá mẹ” nằm trong thiên nhiên lâu đời bị phá huỷ dần dần dưới tác dụng của yếu tố lý học, hoá học và sinh học. Tiêu chuẩn cơ bản để phân biệt giữa "đá mẹ" và đất là độ phì nhiêu, nếu chưa có độ phì nhiêu, thực vật thượng đẳng chưa sống được thì chưa gọi là thổ nhưỡng. Thổ nhưỡng học là khoa học nghiên cứu đất nhằm giải quyết những vấn đề quan trọng của sản xuất xã hội có liên quan đến đất. Do yêu cầu sử dụng đất khác nhau, loài người đã dùng các phương pháp nghiên cứu đất khác nhau và lích luỹ được rất nhiều kiến thức về đất. Nhưng cũng có các nhận thức khác nhau về đất. Thí dụ đối với các công trình xây dựng nhà cửa, đường sá, thuỷ lợi thì đất chỉ là nguyên liệu chịu lực cho nên các cán bộ thuỷ lợi và xây dựng thường coi đất là một loại nguyên liệu, chỉ quan tâm đến các tính chất vật lý và cơ lý của đất. Còn trong sản xuất nông nghiệp đất là cơ sở sinh sống và phát triển cây trồng. Cây trồng có thể sống trên đất là nhờ độ phì nhiêu. Độ phì phát huy được tác dụng nhờ các yếu tố bên trong của đất (môi trường tự nhiên của khu vực và yếu tố kỹ thuật canh tác). Muốn có nhận thức đúng đắn về đất trồng cần phải nắm vững quan điểm độ phì làm trung tâm. Nhờ có độ phì mà đất trở thành đối tượng canh tác của loài người là tư liệu sản xuất cơ bản của nông nghiệp và là cơ sở để thực vật sinh trưởng và phát triển. Bởi vì độ phì nhiêu là khả năng của đất có thể cung cấp cho cây đồng thời và không ngừng cả nước lẫn thức ăn", khả năng đó nhiều hay ít (tức độ phì cao hay thấp) do các tính chất lý học, hoá học và sinh học đất quyết định; ngoài ra còn phụ thuộc vào điều kiện thiên nhiên và tác động của con người. Như vậy độ phì không phải là số lượng chất dinh dưỡng tổng số trong đất mà là khả năng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây nhiều hay ít. Ðó là một chỉ tiêu rất tổng hợp, là sự phản ánh tất cả các tính chất của đất vì thế cần có quan điểm toàn diện. Ðã có nhiều quan điểm khác nhau về độ phì đất. Ricacđô và các nhà khoa học phương Tây cho rằng: "độ phì đất giảm dần". Các nhà Thổ nhưỡng Liên Xô (cũ) mà đại diện là Viliam thì cho rằng "độ phì đất không ngừng tăng lên, không có đất nào xấu mà chỉ có chế độ canh tác tồi mà thôi". Các Mác khi bàn về vấn đề địa tô đã chia độ phì đất làm 5 loại là: độ phì thiên nhiên, độ phì nhân tạo, độ phì tiềm tàng, độ phì hiệu lực và độ phì kinh tế. 2. Nguồn gốc và thành phần cơ bản của đất Các loại đá nằm trong thiên nhiên chịu tác dụng lý học, hoá học và sinh học dần dần bị phá huỷ thành một sản phẩm được gọi là mẫu chất. Trong mẫu chất mới chỉ có các nguyên tố hoá học chứa trong đá mẹ sinh ra nó, còn thiếu một số thành phần quan trọng như chất hữu cơ, đạm, nước vì thế thực vật thượng đẳng chưa sống được. Trải qua một thời gian dài nhờ tác dụng của sinh vật tích luỹ được chất hữu cơ và đạm, thực vật thượng đẳng sống được, có nghĩa là đã hình thành thổ nhưỡng. Như vậy có thể nói nguồn gốc ban đầu của đất là từ đá mẹ. Thí dụ ở nước ta có đất nâu đỏ trên đá bazan, đất nâu đỏ trên đá vôi, đất vàng đỏ trên phiến thạch sét hoặc đá biến chất như phiến thạch Mica, Gơnai Thổ nhưỡng học
3. Dù là đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất đồng cỏ, thậm chí đất hoang đều gồm có các thành phần cơ bản sau đây: Thổ nhưỡng học
4. Chất vô cơ - Chất rắn Chất hữu cơ Không khí Chất Thổ nhưỡng - Khe hở giữa các hạt Không khí vô cơ Nước - Các loài sinh vật Nước Trong đó: Chất * Chất vô cơ do đá phá hủy tạo thành chiếm 95% hữu trọng lượng hay 38% thể tích của chất rắn. cơ * Chất hữu cơ do xác sinh vật phân huỷ chiếm dưới 5% trọng lượng hoặc 12% thể tích chất rắn. * Không khí một phần từ khí quyển nhập vào (O2+ N2) hoặc do đất sinh ra (CO2 và hơi nước). * Nước chủ yếu do từ ngoài nhập vào, vì có hoà tan nhiều chất cho nên nước trong đất thực chất là dung dịch đất. * Sinh vật trong đất có nhiều loài như côn trùng, giun, nguyên sinh động vật, các loài tảo và một số lượng rất lớn vi sinh vật. Những thành phần trên có thể rất khác nhau về tỷ lệ phối hợp. Thí dụ trong đất than bùn hàm lượng chất hữu cơ có thể tới 70-80%. Ngược lại trong đất cát, hoặc đất xói mòn trơ sỏi đá không có thực bì che phủ thì hàm lượng chất hữu cơ chỉ có mấy phần nghìn mà thôi. Không khí và nước trong đất cũng thay đổi rất nhiều bởi vì hai thành phần này tồn tại trong các khe hở của đất, nó không những phụ thuộc độ chặt, độ xốp mà còn phụ thuộc độ ẩm của đất. Cả hai thành phần này cộng lại có thể chiếm trên 50% thể tích đất. Cần quan tâm đến thành phần sinh vật, đặc biệt là vi sinh vật bởi vì hầu hết các quá trình biến hoá phức tạp xảy ra trong đất đều có sự tham gia của vi sinh vật. Với nội dung của giáo trình, ở đây chỉ đề cập đến ảnh hưởng của vi sinh vật đến đất. 3. Ðất là cơ sở sinh sống và phát triển thực vật, là tư liệu sản xuất cơ bản của nông nghiệp Ðặc điểm cơ bản của sản xuất nông nghiệp là tạo ra chất hữu cơ trong đó có sản xuất thực vật. Trong cuộc sống thực vật cần có đủ 5 yếu tố là ánh sáng (quang năng), nhiệt lượng (nhiệt năng), không khí (O2 và CO2), nước và thức ăn khoáng. Trong đó 3 yếu tố đầu do thiên nhiên cung cấp (yếu tố vũ trụ), nước vừa do thiên nhiên vừa do đất cung cấp, còn thức ăn khoáng gồm rất nhiều nguyên tố như N, P, K, S, Ca, Mg và các nguyên tố vi lượng là do đất cung cấp. Như vậy những năm thời tiết khí hậu bình thường, trong điều kiện cùng một loại giống và trình độ canh tác tương tự thì năng suất cây trồng trên các loại đất cao hay thấp nói chung phụ thuộc vào khả năng cung cấp thức ăn của đất. Ngoài ra đất còn là nơi để cho cây cắm rễ, "bám trụ" không bị nghiêng ngả khi mưa to gió lớn. Một loại đất được gọi là tốt phải bảo đảm cho thực vật "ăn no" (cung cấp kịp thời và đầy đủ thức ăn), "uống đủ" (chế độ nước tốt), "ở tốt" (chế độ không khí và nhiệt độ thích hợp) và "đứng vững" (rễ cây có thể mọc rộng và sâu). Sản xuất nông nghiệp bao gồm 2 nội dung lớn là: sản xuất thực vật (trồng trọt) và sản xuất động vật (chăn nuôi). Chúng ta biết rằng nếu không có thực vật hút thức ăn trong đất qua tác dụng quang hợp biến thành chất hữu cơ thực vật thì động vật không thể có nguồn năng lượng cần thiết để duy trì cuộc sống của chúng. Bởi vậy đất không những là cơ sở sản xuất thực vật mà còn là cơ sở để sản xuất động vật. Trồng trọt phát triển thì chăn nuôi cũng phát triển. Thổ nhưỡng học
5. 4. Ðất là một bộ phận quan trọng của hệ sinh thái Sinh thái học là môn khoa học nghiên cứu về mối quan hệ giữa các sinh vật với môi trường. Trên địa cầu có vô số sinh vật, các sinh vật này cùng với môi trường của chúng tạo thành sinh quyển. Sinh quyển do nhiều hệ sinh thái tạo thành. Mỗi hệ sinh thái có tổ hợp sinh vật riêng của nó. Trong môi trường thiên nhiên của một vùng thì động vật, vi sinh vật, thổ nhưỡng làm thành một hệ sinh thái. Đó là một bộ phận quan trọng trong hệ sinh thái của vùng. Mặt khác tình hình đất của một vùng lại có quan hệ với những yếu tố khác cấu tạo nên hệ sinh thái của vùng đó, giữa chúng có quan hệ điều tiết cân bằng lẫn nhau và khống chế nhau. Vì vậy, trong khoa học môi trường, đất không những là tư liệu sản xuất cơ bản của nông nghiệp mà còn được coi là một bộ phận quan trọng của hệ sinh thái một vùng. Ðất có ý nghĩa quan trọng đối với loài người tương tự như nước, không khí, sinh vật và khoáng sản. Loài người sống trong môi trường thiên nhiên, luôn tìm cách cải tạo môi trường xung quanh để phù hợp với yêu cầu của sản xuất và cuộc sống, lập nên cân bằng động của hệ sinh thái. Nhưng mặt khác sự hoạt động của loài người cũng có lúc phá huỷ cân bằng sinh thái thiên nhiên mà hậu quả là những tổn thất không bù đắp được. Thí dụ hậu quả của ô nhiễm đất không những gây nên tình trạng hoang hoá đất, thay đổi hệ sinh thái đất từ đó làm thay đổi hệ sinh thái đồng ruộng, thậm chí có thể dẫn đến sự hủy diệt một số sinh vật trong vùng. Ô nhiễm đất còn có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người và gia súc. Những năm gần đây, khoa học môi trường đã đòi hỏi công tác thổ nhưỡng có biện pháp giám định, phòng ngừa và xử lý ô nhiễm đất, định ra tiêu chuẩn làm sạch hoá đất. Từ đó ta thấy Thổ nhưỡng học cận đại đã có sự phát triển mới, nó đã trở thành một bộ phận quan trọng trong khoa học môi trường. Từ những ý nghĩa trên, việc sử dụng đất không những căn cứ vào yêu cầu của nền kinh tế quốc dân và sự phát triển nông nghiệp mà còn phải xuất phát từ góc độ khoa học môi trường, chú ý đến vấn đề cân bằng động trong toàn bộ hệ sinh thái tự nhiên. Nếu đất phù hợp với nông nghiệp thì làm nông nghiệp, phù hợp với lâm nghiệp thì phát triển rừng. Ðất phù hợp với chăn nuôi thì phát triển đồng cỏ Ðối với những vùng đất bị ô nhiễm nghiêm trọng thì cấm trồng cây lương thực thực phẩm hoặc chăn thả gia súc mà nên chuyển sang trồng cây lâm nghiệp hoặc cây lấy gỗ. Ðối với quản lý đồng ruộng cần lưu ý phòng chống ô nhiễm do thuốc trừ sâu, thuốc trừ cỏ hoặc ảnh hưởng của nước thải công nghiệp. Ðối với khai hoang cần chú ý chống xói mòn đất và khô cằn đất làm ảnh hưởng đến toàn bộ hệ sinh thái của khu vực. 5. Ðối tượng và nhiệm vụ của thổ nhưỡng học Thổ nhưỡng học là môn khoa học nghiên cứu đất trồng. Ðây là một môn khoa học cơ sở nhằm trang bị cho học viên kiến thức về nguồn gốc hình thành đất, quy luật phân bố các loại trên địa cầu, những đặc tính về hình thái, lý học, hoá học và sinh học đất cùng với phương hướng sử dụng, cải tạo và bảo vệ nhằm nâng cao độ phì đất để cây trồng đạt năng suất cao và ổn định. Ðể học tốt môn Thổ nhưỡng học cần có những kiến thức nhất định về địa chất, thực vật, vi sinh vật, sinh lý, thực vật, toán, lý và nhất là hoá học. Mặt khác, trên cơ sở đã học môn Thổ nhưỡng học viên sẽ có điều kiện học tốt các môn chuyên môn có liên quan như nông hoá học, thuỷ nông, đánh giá đất, định giá đất, quy hoạch đất, cây công nghiệp, cây lương thực, rau quả, bảo vệ thực vật Thổ nhưỡng học
6. Muốn đánh giá đất đầy đủ cần phối hợp giữa kết quả khảo sát đất ở thực địa, phân tích đất trong phòng thí nghiệm với kết quả thí nghiệm đồng ruộng và trong chậu. Ngoài ra cần tổng kết kinh nghiệm quần chúng. Thổ nhưỡng học
7. Chương I KHOÁNG VẬT VÀ ĐÁ HÌNH THÀNH ĐẤT Vỏ Trái Ðất được cấu tạo bởi các loại đá khác nhau, một loại đá thường được cấu tạo bởi một số khoáng vật nhất định. Ðá và khoáng vật ở lớp ngoài cùng của vỏ Trái Ðất bị phá huỷ tạo thành mẫu chất, do tác động của sinh vật mẫu chất biến đổi tạo thành đất. Vậy khoáng vật và đá là cơ sở vật chất để hình thành nên đất. 1. Khoáng vật 1.1. Khái niệm chung về khoáng vật Theo địa chất học: khoáng vật là sản phẩm tự nhiên của các quá trình hoá lý và các quá trình địa chất diễn ra trong vỏ Trái Ðất, có thành phần tương đối đồng nhất và có những tính chất vật lý, hoá học nhất định. Khoáng vật tồn tại ở 3 thể: rắn, lỏng và khí, trong đó chủ yếu ở thể rắn. Khoáng vật thể rắn hình thành và tồn tại ở 2 dạng cơ bản là kết tinh tạo thành các tinh thể và vô định hình, hầu hết khoáng vật ở dạng tinh thể. Hình dạng tinh thể do sự liên kết theo quy luật của các nguyên tử, ion hoặc phân tử tạo nên các mạng lưới tinh thể. Na Cl a. Muối mỏ b. Thạch anh Hình 1.1. Mạng lưới tinh thể và hình dạng một số khoáng vật Các khoáng vật khác nhau có: hình dạng, kích thước, độ cứng, tỷ trọng, màu sắc, cát khai, vết vỡ, thành phần hoá học rất khác nhau, đây cũng là những dấu hiệu để nhận biết và phân loại khoáng vật trong tự nhiên. Tuỳ điều kiện hình thành mà một khoáng vật có kích thước khác nhau. Ví dụ: Khoáng vật mica là những tấm mỏng có kích thước từ vài mm2 đến hàng m2. Một số khoáng vật có cùng thành phần nhưng kết tinh ở mạng lưới tinh thể khác nhau tạo nên khoáng vật có tính chất vật lý khác xa nhau. Ví dụ: Than chì và kim cương có cùng thành phần hoá học là C nhưng kết tinh ở mạng tinh thể khác nhau mà than chì có độ cứng 1, kim cương có độ cứng 10. Hiện nay đã xác định được trên 3000 loại khoáng vật có trong vỏ Trái Ðất. Theo Chetvericốp, toàn bộ khoáng vật có trong vỏ Trái Ðất nằm trong 10 lớp: - Silicát - Sunphat - Cácbonát - Haloit - Oxyt - Phosphat - Hydroxyt - Vonfranat - Sunphua - Nguyên tố tự nhiên Thổ nhưỡng học
8. Một số tác giả đề nghị ghép lớp Sunphua với Sunphát thành lớp khoáng vật có lưu huỳnh Dựa vào nguồn gốc thành tạo, các khoáng vật nằm trong 2 nhóm lớn là khoáng vật nội sinh và khoáng vật ngoại sinh. Có khoảng 50 khoáng vật chiếm tỷ lệ lớn trong các loại đá ở vỏ Trái Ðất được gọi là khoáng vật chính tạo đá. Trong thổ nhưỡng học, khoáng vật được chia làm 2 nhóm: khoáng vật nguyên sinh và khoáng vật thứ sinh. Khoáng vật nguyên sinh được hình thành đồng thời với sự hình thành đá. Ví dụ: thạch anh, Fenspat, mica trong đá Granít là các khoáng vật nguyên sinh. Khoáng vật thứ sinh được hình thành do quá trình biến đổi như các quá trình phong hoá, các hoạt động địa chất.v.v. Do vậy khoáng vật thứ sinh gặp nhiều trong mẫu chất và đất như oxyt, hydroxit, các keo sét.v.v Sự phân biệt khoáng vật nguyên sinh với thứ sinh có tính chất tương đối. Thạch anh trong đá Granít là nguyên sinh, khi granít bị phong hoá cho ra thạch anh là khoáng thứ sinh, nhưng thạch anh thứ sinh lại là thành phần chính tạo đá trầm tích là cát kết nên nó cũng là khoáng nguyên sinh trong đá cát Các khoáng vật có thể tồn tại độc lập hoặc liên kết với nhau trong những quá trình địa chất nào đó để tạo thành đá. Vì vậy khoáng vật là thành phần vật chất cơ bản cấu tạo nên vỏ Trái Ðất. Nhiều khoáng vật là nguồn tài nguyên khoáng sản rất có giá trị đối với con người. 1.2. Một số loại khoáng vật trong vỏ Trái Ðất a. Lớp Silicát Silicát là lớp khoáng vật gặp nhiều nhất trong vỏ Trái Ðất, có khoảng 1500 loại khoáng vật của vỏ Trái Ðất nằm ở lớp này. Theo viện sĩ A.Phecxman, lớp Silicát chiếm 75 % trọng lượng vỏ Trái Ðất, nhiều khoáng vật của lớp này là khoáng vật chính tạo đá. Ðơn vị cơ sở cấu tạo Nguyên tử Silic nên khoáng vật lớp Silicát là Nguyên tử oxy khối 4 mặt Silic-oxy có công 4- thức [SiO4] với 1 nguyên tử Silic nằm giữa 4 nguyên tử Hình 1.2: Cấu tạo của khối 4 mặt oxy nằm ở 4 đỉnh. 4- oxit silic, khoảng cách Si-O2 là 1,6 Ǻ Các khối [SiO4] có thể ghép nối với nhau theo các phương để tạo thành các lớp Silicát phụ là Silicát dải, Silicát đảo, Silicát khung Ngoài ra do thừa 4 hoá trị âm nên có thể liên kết với nhiều nguyên tố khác ở dạng cation như Ca2+, Mg2+, K+, Na+ Ðặc biệt, Silic trong khối 4 mặt có thể được thay thế bởi Al (thay thế đồng hình khác chất) tạo thành nhôm Silicát (alumino Silicát). Sau đây là một số khoáng vật điển hình: Ôlivin [(Mg,Fe)2.SiO4] Màu xanh ô liu, độ cứng 6,5 - 7,0, tỷ trọng 3,3 - 4,0, ánh thuỷ tinh, vết vạch không màu, cát khai trung bình. Kết tinh ở dạng khối hay dạng hạt. Ôlivin có nguồn gốc từ hoạt động macma, là khoáng vật chính tạo thành các đá macma siêu bazơ, macma bazơ như: Ðunit, Peridotit, gabro, bazan Trong các quá trình biến đổi hậu sinh chuyển thành Secpentin, Tan, Manhetit, Limonít và Ôpan. Thổ nhưỡng học
9. Ôlivin đẹp được sử dụng làm đồ trang sức, loại chứa nhiều Mg (45-50% MgO) dùng sản xuất gạch chịu lửa. Ở Việt Nam Ôlivin gặp ở núi Nưa - Thanh Hoá, Phủ Quỳ - Nghệ An, Tây Nguyên Mica trắng và đen Mica trắng có công thức hoá học: K.Al2[(Al.Si3.O10)].[OH]2 giàu K Mica đen có công thức hoá học: K(Mg,Fe)3[Si3AlO10][OH,F]2 Trong thành phần Mica đen có chứa nhiều Fe, Mg. Các khoáng mica kết tinh ở dạng dẹt, tấm, vảy; Ðộ cứng 2-3; Tỷ trọng 2,7-3,1. Ánh thuỷ tinh hoặc xà cừ; cát khai rất hoàn toàn dễ tách thành tấm mỏng; màu sắc thay đổi từ trắng đến vàng, xám và đen. Mica có nguồn gốc từ hoạt động macma rất phổ biến trong đá macma axit như granít, ngoài ra còn gặp trong đá biến chất như đá phiến mica, đá trầm tích cơ học như đá cát Khi bị phá huỷ mica tạo thành Hyđromica, Kaolinít, Hydroxyt Fenspat Là một nhóm khoáng vật rất phổ biến, chiếm khoảng 50 % trọng lượng vỏ Trái Ðất. Trong thành phần Fenspat còn có các nguyên tố kiềm và kiềm thổ và được chia làm các nhóm phụ như octoclaz, plazoclaz. Fenspat có độ cứng 6,0-6,5; Tỷ trọng 2,6-2,8; Màu trắng, hồng, xám hay đen; cát khai hoàn toàn theo 2 phương. Fenspat có nguồn gốc macma, là thành phần chính của các loại đá macma. Khi bị phong hoá, Fenspat tạo thành Kaolinít, oxyt và các loại muối kiềm và kiềm thổ. Ôgít Công thức Ca(Mg, Al, Fe)(Si,Al)2O6 Ðộ cứng 5-6. Tỷ trọng 3,2-3,6. Màu đen, lục hay nâu. Ánh thuỷ tinh; cát khai trung bình. Tinh thể dạng lăng trụ ngắn, tấm hoặc khối hạt đặc sít. Ôgít hình thành do hoạt động macma, là thành phần chính của đá macma bazơ như bazan, gabrô b. Lớp Cácbônát Lớp khoáng vật này khá phổ biến, là muối của axit H2CO3. Khoáng vật lớp này giòn, độ cứng nhỏ, dễ hoà tan trong nước và sủi bọt khi tác động với HCl. Canxit - Công thức CaCO3 Kết tinh ở nhiều dạng tinh thể như khối mặt thoi, hình hộp chữ nhật lệch, hình tháp, hình lăng trụ hoặc tập hợp hạt đặc sít. Ðộ cứng 3, tỷ trọng 2,6-2,8. Ánh thuỷ tinh; màu trắng, xám, vàng, nâu, lục, lam. Cát khai hoàn toàn theo 3 phương. Sủi bọt mạnh khi tác động với axit HCl. Canxít được hình thành do hoạt động địa chất ngoại sinh hoặc xác sinh vật có chứa nhiều CaCO3. Canxít là thành phần khoáng vật chủ yếu tạo đá vôi. Canxít là nguyên liệu để sản xuất vôi, xi măng, làm chất cải tạo phản ứng chua cho đất. Ðôlômít: Công thức (Ca, Mg)[CO3]2 Ðược hình thành do Mg thay thế Ca trong CaCO3. Ðộ cứng 3,5-4,0. Tỷ trọng 1,8-2,9. Ánh thuỷ tinh. Màu trắng, vàng, xám, lục, đen. Không sủi bọt khi tác động với HCl ở nhiệt độ thường. Gặp Ðôlômít trong đá vôi hoặc tạo thành các khối riêng. Ðôlômít được dùng sản xuất gạch chịu lửa, sản xuất phân bón c. Lớp Oxit Khoáng vật lớp này gồm tất cả các oxyt. Lớp Oxyt có 200 khoáng vật chiếm khoảng 17 % trọng lượng vỏ Trái Ðất. Thạch anh: Công thức SiO2 Rất phổ biến trong vỏ Trái Ðất. Ðộ cứng 7. Tỷ trọng 2,5 - 2,8. Ánh thuỷ tinh. Màu trắng, vàng, tím, đen, hồng hoặc trong suốt. Thạch anh gặp ở dạng khối đặc hoặc Thổ nhưỡng học
10. vụn, tinh thể có hình lăng trụ với 2 chóp 6 mặt. Thạch anh rất phổ biến trong đá macma axit, siêu axit, đá biến chất và đá trầm tích. Thạch anh là khoáng vật bền, rất khó bị phong hoá hoá học. Hematit: Công thức Fe2O3 Là quặng sắt đỏ, màu vết vạch như màu của máu. Ðộ cứng 5,5-6,0. Tỷ trọng 5,2. Ánh kim hay phi kim. Màu đỏ rượu vang, xám, sẫm, đen. Kết tinh tạo khối hạt đặc sít hay trứng cá. Hêmatít có nguồn gốc biến chất hoặc phong hoá hoá học đá macma siêu bazơ. d. Lớp Hydroxyt Khoáng vật lớp này là những hợp chất hoá học có thành phần là kim loại và gốc - OH-. Hydragilit: Công thức Al(OH)3 Ðộ cứng 2,5-3,5. Tỷ trọng 2,34. Màu trắng, xám, phớt lục, phớt đỏ. Ánh thuỷ tinh. Tinh thể dạng tấm lục giác, vảy mỏng hoặc khối ẩn tinh. Hydragilit được hình thành do sự phong hoá các khoáng nhôm silicát. e. Lớp khoáng vật có lưu huỳnh Khoáng vật lớp này là hợp chất của kim loại với lưu huỳnh hoặc là muối của axit H2SO4. Pyrit: Công thức FeS2 Tiếng Hylạp "pyros" có nghĩa là lửa, màu khoáng vật này giống màu của lửa nên được gọi tên là pyrit. Ðộ cứng 6,0 - 6,5. Tỷ trọng 5. Màu vàng rơm. Không cát khai. Tinh thể hình khối lập phương điển hình, Pyrit có nguồn gốc từ hoạt động macma hoặc biến chất. Pyrit là nguyên liệu để điều chế axít H2SO4. Trong đất phèn, sắt có thể tác động với các hợp chất có lưu huỳnh như H2S để tạo FeS2, gặp điều kiện oxy hoá FeS2 bị biến đổi tạo thành phèn sắt Fe2(SO4)3, phèn sắt dễ thuỷ phân khi gặp nước tạo thành H2SO4 và Fe(OH)3 kết tủa làm cho đất có phản ứng rất chua. Anhydrit: công thức CaSO4 Ðộ cứng 3,0 -3,5. Tỷ trọng 2,8-3,0. Ánh thuỷ tinh. Màu trắng, xám hay hơi đỏ. Cát khai hoàn toàn theo 3 phương. Anhydrit kết tủa từ nước biển khi nhiệt độ trên 42oC hoặc kết tủa từ dung dịch có nồng độ bão hoà. Anhydrit thường tập hợp đông đặc tinh thể nhỏ cùng với thạch cao hoặc muối mỏ. Trong nông nghiệp CaSO4 dùng để cải tạo đất mặn kiềm. g. Lớp Haloit (lớp muối mỏ) Khoáng vật lớp này là những muối của HF, HCl, HBr, HI với kim loại. Synvinit: Công thức KCl Ðộ cứng 2. Tỷ trọng 2,1-2,2. Rất giòn và cát khai hoàn toàn. Ánh thuỷ tinh. Màu trắng hoặc trong suốt, nếu lẫn tạp chất sẽ có màu xám, vàng, đỏ. Tinh thể kết tinh dạng khối lập phương. Hình thành do sự kết tủa từ nước biển khi bị khô cạn hay bão hoà muối tan. Synvinit là nguyên liệu sản xuất phân Kali. Cácnalit: Công thức KCl.MgCl2.6H2O Ðộ cứng 1,0-2,5. Tỷ trọng 1,6. Màu trắng, nâu, hồng, đỏ. Cácnalit có nguồn gốc từ trầm tích biển thường cùng gặp với NaCl, KCl. Cacnalit dùng điều chế phân Kali và điều chế manhê. Thổ nhưỡng học
11. h. Lớp phosphat Khoáng vật lớp này là những muối phức tạp có chứa phospho. Apatit: công thức Ca5(PO4)3(F,Cl) Ðộ cứng 5. Tỷ trọng 3,2. Ánh thuỷ tinh. Màu trắng, vàng, lục, lam. Tinh thể hình lăng trụ, hình kem hay hình tấm thường tập hợp tạo khối đặc sít. Apatit được hình thành trong hoạt động macma và hoạt động ngoại sinh. Apatit là nguyên liệu sản xuất phân lân dùng trong sản xuất nông nghiệp. Việt Nam có mỏ Apatit với trữ lượng lớn ở Cam Ðường- Lào Cai. Phosphorit: Công thức Ca5(PO4)P. Phosphorit có thành phần tương tự Apatit nhưng thường lẫn nhiều tạp chất hơn. Phosphorit hình thành trong các hang đá vôi do xác sinh vật chết từ lâu hoặc quá trình sinh hoá ở vùng biển cạn có nhiều chất hữu cơ tích luỹ. Ở một số vùng nhân dân ta gọi là phân lèn gặp trong các lèn (núi) đá vôi. Phosphorit có công dụng như Apatit. i. Nguyên tố tự nhiên Nguyên tố tự nhiên là những khoáng vật chỉ có một nguyên tố hoá học là kim loại hoặc á kim. Nguyên tố tự nhiên là những khoáng sản rất quý như vàng (Au), bạc (Ag), kim cương (C), lưu huỳnh (S) 2. Ðá 2.1. Ðịnh nghĩa và phân loại đá Ðá là một tập hợp nhiều hoặc một khoáng vật, là thành phần vật chất chủ yếu cấu tạo nên vỏ Trái Ðất. Ngành khoa học chuyên nghiên cứu về các loại đá cấu tạo nên vỏ Trái Ðất gọi là nham thạch hay thạch học. Theo nhà thạch học lỗi lạc người Ðức Rozenbút thì chỉ có những tập hợp khoáng vật tạo thành những thể địa chất độc lập mới được gọi là đá. Một thể địa chất độc lập phải có đủ các điều kiện sau: - Phân biệt rõ với các khối xung quanh và được thành tạo do những quá trình địa chất riêng. - Có thành phần khoáng vật, hoá học xác định và khác với các khối bao quanh. - Các thành phần tạo đá có phương thức kết hợp riêng. Ðá do nhiều loại khoáng vật tạo nên gọi là đá đa khoáng, do một loại khoáng vật gọi là đá đơn khoáng. Ðá bị phong hoá để tạo thành đất gọi là đá mẹ. Theo nguồn gốc hình thành, toàn bộ đá cấu tạo nên vỏ Trái Ðất nằm trong 3 nhóm lớn là: Ðá macma, đá trầm tích và đá biến chất. Trong từng nhóm chính lại chia ra nhiều nhóm nhỏ hơn. Ví dụ: nhóm đá macma có các nhóm phụ là macma siêu axit, macma axit, macma trung tính 2.2. Ðá macma a. Ðịnh nghĩa và phân loại đá macma Ðá macma là những đá được hình thành do sự đông cứng của dung dịch macma. Nếu dung dịch macma đông cứng dưới sâu (trong vỏ Trái Ðất) tạo đá macma xâm nhập, ngược lại dung dịch macma phun trào ra phía ngoài mặt vỏ Trái Ðất rồi đông cứng lại thì tạo nên đá macma phun trào. Ðá macma có nhiều loại khoáng vật khác nhau, có kiến trúc và cấu tạo phức tạp. Trong vỏ Trái Ðất đá nằm ở nhiều thể: tường mạch, nền, trụ, nấm, lớp phủ, vòm phủ Thổ nhưỡng học
12. Có nhiều cách phân loại đá macma, phương pháp được sử dụng rộng rãi là dựa vào hàm lượng SiO2 trong đá như ở bảng 1.1. Bảng 1.1. Phân loại đá macma theo hàm lượng SiO2 Hàm lượng SiO2 (%) Tên đá > 75 Macma siêu axít 65 - 75 Macma axít 52 - 65 Macma trung tính 40 - 52 Macma bazơ < 40 Macma siêu bazơ Ðá Macma có hàng trăm loại khoáng vật nhưng số khoáng vật chính tạo đá không nhiều. Mười khoáng vật: Fenspat, Thạch anh, Amphibon, Pyroxen, Mica, Ôlivin, Nephêlin, Lơxit, Manhêtit, Apatit chiếm 99% trọng lượng đá macma; Thành phần hoá học chủ yếu của đá macma là Silic, nhôm, sắt thể hiện ở bảng 1.2. Bảng 1.2. Hàm lượng trung bình của các nguyên tố Các chất Hàm lượng trung bình (%) SiO2 59,12 Al2O3 15,13 Fe2O3 6,88 CaO 5,08 MgO 3,49 Na2O 3,84 K2O 3,13 H2O 1,15 Dựa vào màu sắc, các khoáng vật tạo đá macma chia làm hai nhóm chính: - Các khoáng vật sáng màu: Fenspat, Mica trắng - Các khoáng vật sẫm màu: Amphibon, Ôlivin, Manhêtit b. Một số loại đá Macma Pecmatit Là loại đá điển hình cho macma siêu axit, hình thành dưới sâu, nằm ở thể mạch, có kiến trúc toàn tinh hạt lớn. Các khoáng vật chính tạo đá là Fenspat dạng Octoclaz, Thạch anh, Mica kết tinh tạo các tinh thể lớn, màu xám trắng hay trắng xám. Pecmatit là loại đá cứng rắn rất khó bị phá huỷ hoá học. Sản phẩm phong hoá của đá Pecmatit chủ yếu là các hạt cơ giới có kích thước khác nhau. Ðất hình thành trên Pecmatit có thành phần cơ giới nhẹ, tầng đất mỏng chua và nghèo dinh dưỡng. Việt Nam gặp Pecmatit ở La Phù, huyện Thanh Thuỷ, tỉnh Phú Thọ. Granit Ðá Granit còn có tên gọi là đá hoa cương, đại diện cho đá macma axit. Hình thành dưới sâu, rất phổ biến trong vỏ Trái Ðất, màu xám trắng, xám hoặc hồng. Kiến trúc toàn tinh với các kích thước hạt khác nhau. Thành phần khoáng vật chủ yếu là Octoclaz, Thạch anh, mica trắng và đen, Hoocblen. Khoáng vật phụ có Plazoclaz, Apatit, Manhetit. Các khoáng vật có thể quan sát nhận biết bằng mắt thường. Dựa vào kích thước và thành phần khoáng vật mà có các tên gọi như: Granit hạt thô, Granit hạt trung bình, Granit hạt mịn, Granit 2 mica Thổ nhưỡng học
13. Granit có Fenspat kiềm như Anbit, Microlis thì có màu hồng, đỏ, đỏ sẫm dùng làm gạch trang trí. Granit là loại đá cứng rắn, khó bị phong hoá. Ðất hình thành trên đá Granit nói riêng và Macma axit nói chung có thành phần cơ giới nhẹ, tầng mỏng, rất chua và nghèo dinh dưỡng. Ở Việt Nam gặp Granit ở nhiều nơi như Hoàng Liên Sơn (Lào Cai), Trường Sơn Bắc, Trường Sơn Nam, Ðèo Hải Vân, Thanh Hoá, Quảng Bình Ðá phun trào tương ứng với Granit là Riôlit (còn gọi là Lipazit) có thành phần khoáng vật giống với Granit nhưng có kiến trúc poocphia, cấu tạo dòng chảy. Nếu Riôlit không kết tinh được gọi là thuỷ tinh núi lửa. Dãy núi Tam Ðảo chủ yếu cấu tạo bởi Riolit. Anđêzit và Poocphia Là những đá macma trung tính điển hình, hình thành bằng con đường phun trào. Anđêzit có màu xám, xám đen, xanh đen, đen. Thành phần khoáng vật chủ yếu là Plazoclaz, Hoocbles, Ôgít, Pyroxen, Biôtit. Anđêzit là đá phun trào kiểu mới, Poocphia là đá phun trào cổ. Ðá xâm nhập tương ứng với Anđêzit là Ðiorit có kiến trúc toàn tinh, thành phần khoáng vật tương tự Anđêzit. Khi lộ ra ngoài Anđêzit bị phá huỷ dễ hơn đá macma axit. Ðất hình thành trên loại đá này có thành phần cơ giới nặng, tầng dày và có nhiều tính chất tốt. Việt Nam gặp Anđêzit ở Thanh Hoá, Lai Châu, Tây Nguyên. Ðiorit gặp ở Lào Cai, Kontum Bazan, Ðiabaz, Gabrô Bazan là đá điển hình của Macma bazơ, hình thành bằng con đường phun trào. Màu xám, xám đen, đen. Thành phần khoáng vật chính tạo đá là Pyroxen (Ôgít hoặc Ðiopxit) chiếm khoảng 50 %, thứ đến là Plazoclaz kiềm, khoáng vật phụ là Olivin, hoocblen. Ðá Bazan có kiến trúc vi tinh hay hạt mịn, mắt thường không phân biệt được các tinh thể khoáng có trong đá. Trong đá thường có các lỗ hổng hình tròn hay bầu dục, nếu đá có nhiều lỗ hổng thường xốp, nhẹ gọi là đá bọt Bazan. Thế nằm của đá Bazan chủ yếu là vòm phủ và dòng chảy. Ðiabaz là Bazan cổ. Gabrô là đá xâm nhập tương ứng với phun trào Bazan, có kiến trúc toàn tinh dạng hạt lớn và trung bình. Khi lộ ra ngoài mặt, đá Bazan rất dễ bị phá huỷ, đất hình thành trên đá Bazan có màu đỏ, nâu đỏ, thành phần cơ giới nặng, tầng dày và có nhiều tính chất tốt. Việt Nam gặp đá Bazan ở Tây Nguyên, Ðông Nam Bộ, Quảng Ngãi, Quảng Trị, Nghệ An, Thanh Hoá Ðunít Ðunít là đá Macma siêu bazơ hình thành dưới sâu. Ðá có kiến trúc hạt trung bình hay hạt nhỏ. Màu xanh lục, xám đen, đen. Khoáng vật chủ yếu là Ôlivin (thay đổi từ 85 - 100%), ngoài ra còn gặp một ít Crônit, Manhêtít. Khi bị biến đổi Ôlivin tạo thành Secpentin. Ðất hình thành trên đá Ðunít có màu đen. Việt Nam gặp Ðunít ở Cổ Ðịnh - Thanh Hoá. 2.3. Ðá trầm tích a. Ðịnh nghĩa và phân loại đá trầm tích Ðá trầm tích là đá hình thành từ sản phẩm phong hoá của các đá có trước hoặc do xác sinh vật tích đọng tạo thành. Thổ nhưỡng học
14. Ví dụ: Ðá cát kết (Sa thạch) do các hạt cát là sản phẩm của phong hoá vật lý kết gắn tạo thành. Ðá vôi San hô do xác San hô chết tích đọng tạo thành Dựa vào nguồn gốc hình thành, nhóm đá trầm tích thường được chia thành các nhóm phụ sau: Trầm tích cơ học, trầm tích hoá học, trầm tích sinh học và trầm tích hỗn hợp. b. Một số loại đá trầm tích Ðá cát Ðá cát là đá điển hình của trầm tích cơ học. Hạt cát là sản phẩm phá huỷ cơ học các đá khác có kích thước từ 2mm - 0,1mm. Sản phẩm ở trạng thái rời rạc gọi là cát, nếu kết gắn lại gọi là cát kết (Sa thạch). Cát kết có 2 thành phần cơ bản là các hạt cát và chất xi măng kết gắn. Thành phần khoáng vật của cát kết: Thạch anh, Fenspat, Mica, Ziacon, Manhetít, Kaolinít Cát kết có cấu tạo khối và cấu tạo phân lớp. Xi măng kết gắn là Silic, sắt, canxi, sét Cát kết rất phổ biến trong vỏ Trái Ðất, chiếm khoảng 60% trầm tích cơ học. Ðất hình thành trên đá cát có thành phần cơ giới nhẹ, nghèo dinh dưỡng, có nhiều tính chất xấu. Ở Việt Nam đá cát gặp phổ biến ở các tỉnh trung du và miền núi như Bắc Giang, Quảng Ninh, Thanh Hoá, Nghệ An, Kontum Cát rời gặp ở ven các dòng sông suối, đặc biệt gặp một dải dài ven biển miền Trung từ Thanh Hoá đến Bình Thuận. Ðá Vôi Ðá vôi được hình thành do kết tủa CaCO3 từ dung dịch thật (trầm tích hoá học) hoặc do xác sinh vật chứa nhiều CaCO3 tích đọng lại (trầm tích sinh học). Màu trắng, hồng, xám, xanh, xám đen. Thành phần khoáng vật chủ yếu là Canxit, ngoài ra còn gặp Aragônít, Kaolinit, Thạch cao, oxyt sắt, nhôm, Ðôlômít Ðá vôi sinh vật do xác các loại sinh vật như Huệ biển, Tay cuộn, San hô, sò, hến, Núi đá vôi ở vịnh Hạ Long chủ yếu là xác San hô. Ðất hình thành trên đá vôi có màu đỏ, nâu đỏ, trường hợp đặc biệt có màu đen. Ðá vôi còn được dùng để sản xuất vật liệu xây dựng, làm chất cải tạo đất chua Than bùn Than bùn được hình thành do sự phân giải không hoàn toàn xác thực vật trong điều kiện dư ẩm và thiếu oxy (vùng đầm lầy), màu đen, nâu đen hay xám đen. Rất nhẹ, xốp và chứa nhiều di tích thực vật. Thành phần hoá học của Than bùn: Oxy chiếm 30 - 38%, Cacbon 28 - 35%, Hyđro 5,5%, Nitơ 1- 2%. Than bùn có phản ứng rất chua. Than bùn được sử dụng làm chất đốt, làm nguyên liệu để sản xuất phân bón cho sản xuất nông nghiệp. Ðá trầm tích hỗn hợp Các thành phần tạo đá có nguồn gốc cơ học, hoá học và sinh học. Tuỳ thành phần trong đá mà có các đá như: Sét vôi (macnơ), đá vôi sinh hoá, sét bột 2.4. Ðá biến chất a. Ðịnh nghĩa và phân loại đá biến chất Ðá biến chất là đá được hình thành do đá macma, đá trầm tích bị biến đổi mạnh mẽ trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất lớn. Nguyên nhân tạo nhiệt độ cao và áp suất lớn là các hoạt động địa chất diễn ra trong vỏ Trái Ðất như hoạt động macma, hoạt động kiến tạo Giới hạn dưới của nhiệt độ là 350oC, của áp suất là 250-300 atm bắt đầu gây biến chất cho đá. Dựa vào nguồn gốc đá ban đầu, dựa vào nguyên nhân, dựa vào mức độ biến chất, dựa vào thành phần khoáng vật và hoá học để phân loại đá biến chất. Thổ nhưỡng học
15. Nhóm đá biến chất có các nhóm phụ là biến chất động lực, biến chất nhiệt, biến chất nhiệt động và biến chất trao đổi. Nếu đá biến chất có nguồn gốc macma thì thêm đầu ngữ là Octo, có nguồn gốc từ đá trầm tích thì thêm tiếp đầu ngữ là Para. Ví dụ: Octognai, Paragnai b. Một số loại đá biến chất Nhóm đá phiến Là những đá có cấu tạo phân phiến, gặp rất phổ biến trong vỏ Trái Ðất với những đá điển hình sau: - Phiến thạch sét: trước đây đá này xếp vào đá trầm tích, nay được xếp vào đá biến chất, thực chất phiến thạch sét được coi là trung gian giữa đá trầm tích và biến chất. Thành phần chính của đá là sét, ngoài ra còn gặp một số khoáng vật đặc trưng của đá biến chất như: Xêrixit, Clorit. Ðá có cấu tạo phân phiến điển hình, màu xám, xám đen, đen hoặc xanh xám. Khi lộ ra ngoài không khí đá dễ bị phá huỷ tạo thành đất đỏ và có nhiều tính chất tốt. Ở Việt Nam, phiến thạch sét gặp ở nhiều nơi như Tuyên Quang, Yên Bái, Phú Thọ, Hoà Bình, Tây Nguyên - Phiến thạch mica: Ðá có cấu tạo phân phiến nhưng không điển hình như các đá phiến khác. Thành phần khoáng vật chính của đá là sét, mica, khoáng vật phụ là Grơnat, Xinimanit, Ðites, Thạch anh. Màu xám, xám vàng. Việt Nam gặp nhiều ở Phú Thọ, Yên Bái, Lào Cai, Sơn La, Nghệ An - Phiến Clozit, phiến Philít: Là những đá có cấu tạo phân phiến rất điển hình. Khoáng vật chủ yếu trong đá Clozit là sét và Clozit, trong đá Philít là sét và Xêrixit. Vùng vòng cung sông chảy gặp khá phổ biến Clozit và Philít. - Amphibolít: Là đá phiến kết tinh của nhóm biến chất nhiệt động. Thành phần khoáng vật chính tạo đá là Hoocblen và Plazoclaz, khoáng vật phụ có Pyroxen, Biotit, Êpiđôt, thạch anh. Ðá có cấu tạo phân phiến, cấu tạo phân lớp song song. Màu đen, lục, xám xanh, xanh lá cây. Ở Việt Nam Amphibolit gặp ở Yên Bái, Tuyên Quang, Phú Thọ Ðá Gnai Thuộc nhóm đá biến chất nhiệt động, có kiến trúc hạt biến tinh với kích thước hạt khá lớn. Thành phần khoáng vật chính tạo đá là Fenspat, thạch anh và mica, khoáng vật phụ có Hoocblen, Pyroxen, Granát. Gnai có nguồn gốc từ Granit, Ðioxit, Cát kết Ở Việt Nam Gnai gặp ở thượng nguồn sông chảy, Kontum Ðá hoa Ðá hoa do đá vôi bị tái kết tinh khi gặp nhiệt độ cao. Thành phần khoáng vật chính là Canxit kết tinh từ hạt mịn đến trung bình hoặc to, ngoài ra còn gặp khoáng vật phụ là Ðôlômit, Xêrixit, Tan. Ðá có cấu tạo khối, màu trắng, nâu, hồng Ở Việt Nam đá hoa gặp ở Phong Thổ - Lai Châu, Quốc Oai - Hà Tây. Quăczít Quăczít thuộc nhóm đá biến chất nhiệt. Kiến trúc hạt biến tinh với cấp hạt mịn là chính. Thành phần khoáng vật chủ yếu là Thạch anh, ngoài ra còn gặp Xirêxit, Fenspat. Quăczít có nguồn gốc từ macma siêu axit hay cát kết thạch anh. Màu vàng, trắng, hồng hoặc xám. Ðá rất cứng rắn, khó bị phong hoá khi lộ ra ngoài không khí. Việt Nam gặp Quăczít ở nhiều nơi như: Thanh Hoá, Nghệ An, Bắc Giang Thổ nhưỡng học
16. Ðá trầm tích Ðá biến chất Ðá Macma Lò macma Mối quan hệ giữa 3 nhóm đá chính trong vỏ Trái Ðất Thổ nhưỡng học
17. Câu hỏi ôn tập 1. Khái nhiệm chung về khoáng vật? 2. Khoáng vật điển hình của lớp silicat 3. Khoáng vật điển hình của các lớp oxyt, hydroxyt, sunfua và sunphat, cácbônát, phosphat và muối mỏ. 4. Ðá là gì? Những nhóm đá chính cấu tạo nên vỏ trái đất? 5. Ðịnh nghĩa, phân loại và mô tả đá macma? 6. Ðịnh nghĩa, phân loại và mô tả đá trầm tích? 7. Ðịnh nghĩa, phân loại và mô tả đá biến chất? Thổ nhưỡng học
18. Thổ nhưỡng học
19. Chương II SỰ HÌNH THÀNH ĐẤT Sự hình thành đất là những quá trình biến đổi phức tạp của vật chất diễn ra ở lớp ngoài cùng của vỏ Trái Ðất do sự tác động của các yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Sự tác động của các yếu tố làm cho khoáng vật và đá bị phá huỷ tạo thành mẫu chất. Sinh vật tác động lên mẫu chất làm cho mẫu chất được tích luỹ chất hữu cơ, dần dần biến đổi tạo nên thể vật chất gọi là đất. Ðất là một sản phẩm đặc biệt được hình thành do sự tác động của khí quyển, thuỷ quyển, sinh quyển, năng lượng bức xạ mặt trời lên bề mặt thạch quyển (vỏ Trái Ðất). 1. Quá trình phong hoá khoáng vật, đá và sản phẩm của nó 1.1. Quá trình phong hoá khoáng vật và đá Dưới sự tác động của nước, các chất khí như O2, CO2 và nguồn năng lượng bức xạ mặt trời, các khoáng vật và đá lộ ra ở phía ngoài cùng của vỏ Trái Ðất bị phá huỷ. Quá trình phá huỷ khoáng vật và đá được gọi là quá trình phong hoá. Có 3 loại phong hoá đá và khoáng vật là phong hoá vật lý, phong hoá hoá học và phong hoá sinh học. Sự phân chia các loại phong hoá chỉ là tương đối vì trong thực tế các yếu tố ngoại cảnh đồng thời tác động lên đá và khoáng vật, do vậy 3 loại phong hoá đồng thời cùng diễn ra. Các quá trình phong hoá liên quan mật thiết và hỗ trợ cho nhau, tuỳ điều kiện cụ thể mà một trong 3 quá trình xảy ra mạnh hơn. a. Phong hoá vật lý Phong hoá vật lý là sự vỡ vụn của các loại đá thành các hạt cơ giới có kích thước khác nhau nhưng chưa có sự thay đổi về thành phần khoáng vật, thành phần hoá học của các đá ban đầu. Nguyên nhân gây nên việc phá vỡ khoáng vật và đá là do sự thay đổi của nhiệt độ, áp suất và sự tác động của các hoạt động địa chất ngoại lực như nước chảy, gió thổi xảy ra trên bề mặt vỏ Trái Ðất. Sự thay đổi nhiệt độ làm cho các khoáng vật có trong đá bị giãn nở không đều dẫn đến kết quả đá bị vỡ ra. Các khoáng vật khác nhau có hệ số giãn nở rất khác nhau. Ví dụ: Tên khoáng vật Hệ số giãn nở Thạch anh 0,00031 Octoclaz 0,00017 Mica 0,00035 Canxit 0,00020 Một loại đá được cấu tạo bởi nhiều khoáng vật khác nhau, do đó nhiệt độ thay đổi các khoáng vật co giãn không giống nhau làm đá bị vỡ vụn. Như vậy thành phần khoáng vật của đá càng nhiều thì đá càng dễ bị vỡ vụn. Những đá cấu tạo bởi một loại khoáng vật (đá đơn khoáng) cũng bị vỡ do hệ số nở dài theo các phương khác nhau. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm, giữa các mùa trong năm càng lớn thì phong hoá Thổ nhưỡng học
20. vật lý diễn ra càng mạnh. Ví dụ, vùng sa mạc thường có sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm lớn nên vào ban đêm có thể nghe được tiếng nổ vỡ của đá trong vùng. Trong đá thường có các lỗ hổng và các vết nứt nguyên sinh chứa đầy khí hay nước. Khi nhiệt độ xuống thấp dưới OoC, nước ở thể lỏng chuyển thành thể rắn (nước đóng băng) làm tăng thể tích tạo áp suất lớn có khi tới hàng ngàn atmôtphe lên thành khe nứt làm cho đá bị vỡ ra. Các mảnh vụn sinh ra có thể di chuyển đi nơi khác theo dòng nước chảy hoặc gió thổi sẽ phá huỷ các đá trên đường di chuyển của chúng. Phong hoá vật lý có tính chất tiên phong, tạo điều kiện thuận lợi cho phong hoá hoá học và sinh học. b. Phong hoá hoá học Do sự tác động của H2O, O2, CO2 các khoáng vật và đá bị phá huỷ, thay đổi về hình dạng, kích thước, thành phần và tính chất hoá học. Có thể nói, phong hoá hoá học chính là các phản ứng hoá học diễn ra do sự tác động của H2O, O2, CO2 lên đá và khoáng vật. Phong hoá hoá học được chia thành 4 quá trình chính là: Ôxy hoá, hyđrat hoá, hoà tan và sét hoá. + Quá trình ôxy hoá: Quá trình này phụ thuộc chặt chẽ vào sự xâm nhập của O2 tự do trong không khí và O2 hoà tan trong nước. Quá trình ôxy hoá làm cho khoáng vật và đá bị biến đổi, bị thay đổi về thành phần hoá học. Ví dụ: Khoáng vật pyrít bị ô xy hoá và biến đổi như sau: FeS2 + 7O2 + 2 H2O = 2 FeSO4 + 2 H2SO4 12 FeSO4 + 3O2 + 6 H2O = 4 Fe2(SO4)3 + 4 Fe(OH)3 Quá trình ôxy hoá diễn ra rất mạnh với hầu hết các nguyên tố hoá học có trong khoáng vật và đá, đặc biệt là các nguyên tố hoá trị cao, ví dụ Mangan. + Quá trình hyđrát hoá: Là quá trình nước tham gia vào mạng lưới tinh thể của khoáng vật, thực chất đây là quá trình nước kết hợp với khoáng vật làm thay đổi thành phần hoá học của khoáng vật. Ví dụ: + 2 H2O CaSO4 CaSO4.2H2O Anhyđrit Thạch cao Fe2O3 + n H 2 O Fe2O3.nH2O Hêmatít Limonit + Quá trình hoà tan: Là quá trình các khoáng vật và đá bị hoà tan trong nước. Hầu như tất cả các khoáng vật và đá bị hoà tan trong nước, nhưng mạnh nhất là các khoáng vật của lớp cácbônát và lớp muối mỏ. Ví dụ: CaCO3 (đá vôi) bị hoà tan như sau: CaCO3 + H2O + CO2 ⇔ Ca(HCO3)2 Các khoáng vật và đá bị hoà tan tạo thành các dung dịch thật. + Quá trình sét hoá: Thổ nhưỡng học
21. Các khoáng vật silicat, nhôm silicat do tác động của H2O, CO2 sẽ bị biến đổi tạo thành các khoáng sét (keo sét). Các chất kiềm và kiềm thổ trong khoáng vật bị H+ chiếm chỗ trong mạng lưới tinh thể được tách ra dưới dạng hoà tan. Như vậy thực chất của quá trình sét hoá là các quá trình hoà tan, hyđrát hoá chuyển các khoáng vật silicát, nhôm silicat thành các khoáng vật thứ sinh, các muối và oxýt. Ví dụ: K2Al2Si6O16 + H2O + CO2 H2Al2Si2O8.2H2O + K2CO3+ SiO2.nH2O Fenspatkali (orthoclaz) Kaolinit Ôpan c. Phong hoá sinh học Hoạt động của sinh vật bậc thấp, bậc cao cũng tham gia phá huỷ các khoáng vật và đá. Rễ cây xuyên vào các khe nứt hút nước và các chất khoáng, theo thời gian, rễ to dần phá vỡ đá. Mặt khác rễ cây tiết H2O và CO2 tạo H2CO3 để hoà tan đá và khoáng vật. Khi chết xác sinh vật bị phân huỷ sinh ra các axit hữu cơ góp phần hoà tan các khoáng vật và đá. Do vậy, bản chất của phong hoá sinh học là phong hoá vật lý và hoá học do sự tác động của sinh vật lên khoáng vật và đá. Cũng trong quá trình này mẫu chất được tích luỹ chất hữu cơ do xác sinh vật để lại sau khi chết, làm cho mẫu chất xuất hiện những thuộc tính mới được gọi chung là độ phì và mẫu chất biến đổi thành đất. Nhà khoa học nổi tiếng người Nga Vecnatxki cho rằng: "Hoạt động hoá học của vỏ Trái Ðất, gần 99% có liên quan tới quá trình sinh hoá học". 1.2. Sản phẩm phong hoá, vỏ phong hoá a. Sản phẩm và vỏ phong hoá + Sản phẩm phong hoá: Các sản phẩm phong hoá là kết quả của quá trình phá huỷ các khoáng vật và đá, do vậy chúng rất phong phú và đa dạng. Phong hoá vật lý tạo thành các hạt vô cơ có kích thước khác nhau. Phong hoá hoá học tạo thành các hợp chất dễ tan, oxyt, Hydrôxit và các loại keo sét. Phong hoá sinh vật ngoài sự tạo thành các sản phẩm trên còn tạo sự tích luỹ chất hữu cơ trong mẫu chất. + Vỏ phong hoá: các loại sản phẩm phong hoá tích đọng lại tạo thành vỏ phong hoá. Vỏ phong hoá là lớp vật chất nằm ở phía ngoài cùng của vỏ Trái Ðất. Sản phẩm phong hoá biến đổi tạo thành mẫu chất, mẫu chất chịu tác động sâu sắc của sinh vật dần dần trở thành đất. b. Các loại vỏ phong hoá Căn cứ vào quá trình tích luỹ, thành phần và tính chất, vỏ phong hoá được chia thành vỏ phong hoá tại chỗ và vỏ phong hoá trầm tích. + Vỏ phong hoá tại chỗ: Các sản phẩm phong hoá tích luỹ ngay trên đá gốc (đá mẹ) tạo thành vỏ phong hoá tại chỗ. Vỏ phong hoá tại chỗ có các loại sau: - Vỏ phong hoá vụn thô: các mảnh vụn cơ học có kích thước lớn tích luỹ ngay trên đá gốc, gặp ở vùng xói mòn mạch. - Vỏ phong hoá Feralit: phổ biến ở vùng ôn đới có khí hậu ôn hoà. Hầu hết khoáng vật silicát, nhôm silicát đều hoá sét, các muối dễ tan của các chất kiềm và kiềm đất có rất ít do bị rửa trôi mạnh. Các khoáng vật nguyên sinh còn lại đều là khoáng vật bền vững như thạch anh - SiO2. - Vỏ phong hoá alít: Phổ biến ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, phong hoá diễn ra mạnh, khoáng vật nguyên sinh gặp phổ biến là thạch anh, thành phần chính là các hợp chất của nhôm. + Vỏ phong hoá trầm tích Thổ nhưỡng học
22. Sản phẩm phong hoá di chuyển theo dòng nước chảy hay cuốn theo gió thổi, được tích luỹ lại khi gặp các điều kiện thuận lợi tạo thành vỏ phong hoá trầm tích. Vỏ phong hoá trầm tích có các loại sau: - Vỏ phong hoá trầm tích Sialit: chủ yếu là sét, các keo sét, ngoài ra còn có limon cát. Khoáng vật nguyên sinh có thạch anh, Fenspat. - Vỏ phong hoá cacbonat - Sialit: Thành phần giống vỏ phong hoá trầm tích Sialit nhưng có chứa một lượng CaCO3 nhất định. - Vỏ phong hoá Clorua, Sunphát, Cacbonát - Sialit: Thành phần giống 2 loại vỏ phong hoá trầm tích Sialít, Cacbonat - Sialít và có chứa thêm các muối Clorua Sunphát của các chất kiềm và kiềm đất. Theo viện sĩ Pôlưnốp có 3 loại mẫu chất là tàn tích (êluvi), sườn tích (đêluvi) và phù sa (aluvia). Tàn tích là sản phẩm phong hoá tích đọng tại chỗ ngay trên đá gốc, thường bị rửa trôi và xói mòn mạnh. Sườn tích là sản phẩm phong hoá bị cuốn trôi từ trên đỉnh đồi, đỉnh núi xuống tích tụ ở sườn hay chân đồi, núi. Do vậy sườn tích còn gọi là sản phẩm dốc tụ. Phù sa là sản phẩm tích đọng từ các sản phẩm được cuốn trôi do dòng nước chảy, thành phần phù sa phức tạp và khác xa so với đá gốc. + Vỏ phong hoá ở Việt Nam Theo V.M.Fritland, Việt Nam có các loại vỏ phong hoá sau: - Vỏ phong hoá Feralit: Phổ biến ở vùng trung du và núi thấp, các khoáng vật thứ sinh chủ yếu là Kaolinit, gipxit, gơtit. Trên vỏ phong hoá này hình thành nên nhóm đất Feralit - đất đỏ vàng ở nước ta. - Vỏ phong hoá alit: gặp ở vùng núi cao từ 1700m trở lên, điển hình nhất là ở độ cao > 2000m. Khí hậu ẩm ướt, sắt bị rửa trôi mạnh nhưng nhôm được tích luỹ do không bị rửa trôi như sắt. - Vỏ phong hoá Macgalit - Feralit: Gặp ở Phủ Quỳ Nghệ An trên đá bọt bazan - Vỏ phong hoá trầm tích Sialit: Gặp ở các vùng đồng bằng tạo bởi quá trình lắng đọng phù sa của hệ thống sông ngòi nước ta. Thành phần là các loại keo sét, ngoài ra còn gặp các khoáng vật nguyên sinh như Thạch anh, Fenspat, Mica. Vùng ven biển còn gặp vỏ phong hoá Clorua, Sunphát - Sialit. 2. Yếu tố hình thành đất Năm 1883, nhà bác học người Nga V.V.Docuchaev cho rằng đất được hình thành do sự tác động tổng hợp của 5 yếu tố: Ðá mẹ và mẫu chất, sinh vật, khí hậu, địa hình và thời gian. Sự tác động của các yếu tố trên quyết định và chi phối các quá trình hình thành và biến đổi diễn ra trong đất để hình thành nên các loại đất khác nhau. Những quan điểm của V.V. Docuchaev được coi là học thuyết về phát sinh đất. Sau V.V. Docuchaev, các nhà thổ nhưỡng học bổ sung thêm một yếu tố nữa là sự tác động của con người trong sự hình thành đất. 2.1. Ðá mẹ và mẫu chất Các đá lộ ra ở phía ngoài cùng của vỏ Trái Ðất bị phong hoá liên tục cho ra các sản phẩm phong hoá và tạo thành mẫu chất. Ðược sự tác động của sinh vật, mẫu chất biến dổi dần dần để tạo thành đất. Thành phần khoáng vật, thành phần hoá học của đá quuyết định thành phần mẫu chất và đất. Ðá bị phá huỷ để tạo thành đất được gọi là đá mẹ. Ðá mẹ là cơ sở vật chất ban đầu và cũng là cơ sở vật chất chủ yếu trong sự hình thành đất. Các loại đá mẹ khác nhau có thành phần khoáng vật và hoá học khác nhau, do vậy trên các loại đá mẹ khác nhau hình thành nên các loại đất khác nhau. Ví dụ: Thổ nhưỡng học
23. - Ðất hình thành trên đá mẹ là granít có độ dầy tầng đất từ mỏng đến trung bình, thành phần cơ giới nhẹ và nghèo các chất dinh dưỡng. - Ðất hình thành trên đá mẹ là bazan có tầng đất đất rất dầy, thành phần cơ giới nặng và chứa nhiều các chất dinh dưỡng. Trong việc nghiên cứu, phân loại đất vùng đồi núi Việt Nam chúng ta thường dựa vào cơ sở đầu tiên là đá mẹ. Về mẫu chất, cần phân biệt rõ 2 loại: mẫu chất tại chỗ và mẫu chất phù sa. Mẫu chất tại chỗ hình thành ngay trên đá mẹ, có thành phần và tính chất giống đá mẹ. Mẫu chất phù sa được lắng đọng từ vật liệu phù sa của hệ thống sông ngòi nên có thành phần rất phức tạp. Ngoài ra ở vùng đồi núi còn gặp mẫu chất dốc tụ. Sự phân biệt giữa mẫu chất và đất có tính chất tương đối, nhiều trường hợp rất khó phân biệt. Mẫu chất phù sa ở Việt Nam thực chất là nhóm đất phù sa có nhiều tính chất tốt của nước ta. Khi chưa có sự sống xuất hiện trên Trái Ðất, quá trình phá huỷ đá mẹ diễn ra theo chu trình: phá huỷ biến đổi Ðá mẫu chất Ðất Chu trình này có tên là đại tuần hoàn địa chất và được coi là cơ sở để tạo thành đất. 2.2. Sinh vật Sự sống xuất hiện cách đây 500-550 triệu năm (kỷ Cambri của nguyên đại cổ sinh) sinh vật, trong đó chủ yếu là thực vật tác động lên mẫu chất, tạo thành chất hữu cơ trong mẫu chất, làm thay đổi mẫu chất và chuyển mẫu chất thành đất. Tham gia vào quá trình hình thành đất có nhiều loại sinh vật khác nhau nằm trong 3 ngành chính là thực vật màu xanh, động vật và vi sinh vật. + Vai trò của thực vật: Thực vật là nguồn cung cấp chất hữu cơ chủ yếu cho mẫu chất và đất. Khoảng 4/5 chất hữu cơ trong đất có nguồn gốc từ thực vật. Trong hoạt động sống của mình, các loài thực vật hút nước và các chất khoáng trong mẫu chất và đất, đồng thời nhờ quá trình quang hợp tạo thành các chất hữu cơ trong cơ thể. Sau khi chết, xác của chúng rơi vào mẫu chất và đất bị phân giải trả lại các chất lấy từ đất và bổ sung thêm cácbon, nitơ tạo thành chất hữu cơ trong mẫu chất. Sự tích luỹ chất hữu cơ làm cho mẫu chất xuất hiện độ phì và chuyển thành đất. Chu kỳ đất - cây - đất diễn ra liên tục trong tự nhiên làm cho độ phì đất tăng dần. Thực vật gồm các loại cây trong tự nhiên và hệ thống cây trồng trong sản xuất nông - lâm nghiệp. Dưới các kiểu rừng khác nhau gặp các loại đất có độ phì rất khác nhau. Ví dụ: đất dưới rừng tre, nứa hoặc trảng cỏ có độ phì thấp hơn đất dưới rừng cây lá rộng. Một số loài thực vật được dùng làm cây chỉ thị cho một số tính chất đất. Ví dụ: cây sim, cây mua là cây chỉ thị cho đất chua, cây sú vẹt chỉ thị của đất mặn v.v. + Vai trò của động vật: Các loài động vật có thể chia thành 2 nhóm: động vật sống trên mặt đất và động vật sống trong đất. Ðộng vật sống trên mặt đất gồm nhiều loài khác nhau, các chất thải trong cuộc sống rơi vào đất cung cấp một số chất dinh dưỡng. Sau khi chết xác chúng rơi vào đất bị phân giải bổ sung chất dinh dưỡng và chất hữu cơ cho đất. Ðộng vật sống trong đất có nhiều loài như: giun, kiến, mối Giun đất có vai trò rất lớn trong sự tạo độ phì đất. Theo Russell, một hecta đất tốt có thể có tới 2.500.000 cá Thổ nhưỡng học
24. thể các loại giun. Giun ăn đất, phân giun là các hạt kết viên bền vững làm cho đất tơi xốp. Khi chết xác chúng được phân giải cung cấp nhiều nitơ và các chất khoáng cho đất. Ðộng vật góp phần bổ sung chất hữu cơ và làm tăng độ phì đất. + Vai trò của vi sinh vật Tập đoàn vi sinh vật trong đất rất phong phú với nhiều chủng loại khác nhau. Về số lượng có thể có tới hàng trăm triệu con trong một gam đất. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rất nhiều quá trình diễn ra trong đất có sự tham gia trực tiếp hay gián tiếp của tập đoàn vi sinh vật đất. Quá trình phân giải xác hữu cơ, quá trình hình thành mùn, quá trình chuyển hoá đạm trong đất, quá trình cố định đạm từ khí trời trải qua nhiều phản ứng, nhiều giai đoạn, mỗi phản ứng đều có sự tham gia của một loài sinh vật cụ thể. Hầu hết các loài vi sinh vật đều sinh sản theo cách tự phân nên lượng sinh khối tạo ra trong đất lớn, sau khi chết xác các loài vi sinh vật bị phần giải góp phần cung cấp chất hữu cơ và tạo độ phì đất. Như vậy, sau khi sự sống xuất hiện, giới sinh vật đã có những tác động sâu sắc về nhiều mặt tới mẫu chất để chuyển mẫu chất thành đất, sinh vật tiếp tục tác động với đất để đất ngày càng phát triển. Nói cách khác nếu không có sinh vật thì chưa có đất, vì vậy các nhà khoa học cho rằng sinh vật là yếu tố quyết định trong sự hình thành đất. 2.3. Khí hậu Các đặc trưng của khí hậu như nhiệt độ, ẩm độ không khí, lượng mưa ảnh hưởng rất lớn tới sự hình thành đất. + Ảnh hưởng trực tiếp: khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến phong hoá đá, sự thay đổi nhiệt độ tạo sự phá huỷ vật lý, lượng mưa và chế độ mưa ảnh hưởng tới phong hoá vật lý và hoá học Nhiều quá trình diễn ra trong đất như khoáng hoá, mùn hoá, rửa trôi, xói mòn chịu sự tác động rõ rệt của khí hậu. Những vùng có lượng mưa > bốc hơi, lượng nước thừa sẽ di chuyển trên mặt đất và thấm sâu xuống đất tạo nên các quá trình xói mòn và rửa trôi. Các nguyên tố kiềm, kiềm đất rất dễ bị rửa trôi, do vậy lượng mưa càng lớn đất bị hoá chua càng mạnh. Mối tương quan giữa lượng mưa và độ chua được thể hiện ở bảng 2.1. Bảng 2.1. Ảnh hưởng của lượng mưa đến độ chua của đất (Theo Jenny - Bán đảo Mabrikia) Lượng mưa hàng năm H+ Tổng cation kiềm trao đổi Nhiệt độ (oC) pH (mm) (me/100g đất) (me/100g đất) 600-1300 29,5 5,5 24,0 6,8 1300-1900 26,2 11,2 15,0 6,3 1900-2500 22,9 14,7 8,2 5,9 2500-3200 22,3 16,6 5,5 5,7 3200-3800 20,6 19,6 4,0 5,6 + Ảnh hưởng gián tiếp: Ảnh hưởng gián tiếp của khí hậu thông qua yếu tố sinh vật, khí hậu góp phần điều chỉnh lại yếu tố sinh vật. Mỗi đới khí hậu trên Trái Ðất có các loài thực vật đặc trưng. Ví dụ: thực vật đặc trưng của khí hậu nhiệt đới là cây lá rộng, thực vật đặc trưng của khí hậu ôn đới là các cây lá kim V.V.Docuchaev đã phát hiện ở mỗi đới khí hậu có những loại đất đặc thù riêng. 2.4. Ðịa hình Ðịa hình cũng ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sự hình thành đất. + Ảnh hưởng trực tiếp: Các đặc trưng của địa hình như dáng đất, độ cao, độ dốc ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều quá trình diễn ra trong đất. Vùng đồi núi, vùng cao Thổ nhưỡng học
25. ở đồng bằng quá trình rửa trôi xói mòn diễn ra mạnh. Ngược lại trong các thung lũng ở vùng đồi núi hoặc vùng trũng ở đồng bằng diễn ra quá trình tích luỹ các chất. Lượng nước trong đất cũng phụ thuộc địa hình; vùng cao thường thiếu nước, quá trình ôxy hoá diễn ra mạnh; Vùng trũng thường dư ẩm, quá trình khử chiếm ưu thế kết quả ở các địa hình khác nhau hình thành nên các loại đất khác nhau. + Ảnh hưởng gián tiếp: địa hình ảnh hưởng gián tiếp đến sự hình thành đất thông qua yếu tố khí hậu và sinh vật. Càng lên cao nhiệt độ càng giảm dần theo quy luật độ cao tăng 100 m, nhiệt độ giảm 0,5oC, đồng thời ẩm độ tăng lên. Sự thay đổi khí hậu kéo theo sự thay đổi của sinh vật. Ở các độ cao khác nhau có các đặc trưng khí hậu và sinh vật khác nhau. Các nhà thổ nhưỡng đã phát hiện được quy luật phát sinh đất theo độ cao. Năm 1968, Cao Liêm đã tìm ra quy luật hình thành đất theo độ cao trên dãy núi Hoàng Liên Sơn như sau: Ðộ cao (m) Loại đất Dưới 1000 m Ðất Feralít 1000-1800 m Ðất Feralít - mùn trên núi 1800-2300 m Ðất mùn alít trên núi cao 2300-2900 m Ðất mùn thô trên núi > 2900 m Ðất mùn thô than bùn trên núi 2.5. Thời gian Thời gian là tuổi của đất, gồm tuổi tuyệt đối và tuổi tương đối. Tuổi tuyệt đối được tính từ khi mẫu chất được tích luỹ chất hữu cơ (cacbon hữu cơ) đến ngày nay, nói cách khác tuổi tuyệt đối chính là tuổi cacbon hữu cơ trong đất hay là tuổi mùn của đất. Ðể xác định tuổi của mùn, dùng phương pháp phóng xạ cacbon. C12 có 2 đồng vị phóng xạ là C13 và C14, trong cơ thể sống của thực vật tỷ lệ C13 và C14 là một hằng số và giống trong khí quyển. Sau khi chết C14 không bền và bị phân huỷ giảm dần, từ lượng C14 còn lại trong mùn dựa vào chu kỳ bán phân rã của C14, tính được tuổi của mùn trong đất. Bằng phương pháp trên, Devries (1958) đã xác định tuổi của đất vàng (hoàng thổ) ở Úc từ 32-42 ngàn năm. Tuổi tương đối của đất được dùng để đánh giá sự phát triển và biến đổi diễn ra trong đất nên không tính được bằng thời gian cụ thể. Dựa vào hình thái đất để có các nhận xét về hình thành và phát triển của đất. Ví dụ: Sự phân tầng chưa rõ của phẫu diện thường gặp ở những loại đất mới được hình thành. Sự hình thành kết von hoặc đá ong trong một số loại đất đỏ vàng chứng tỏ đất đã phát triển tới mức cao (già hơn) so với đất cùng loại chưa có kết von. 2.6. Con người Con người đã có những tác động rất sâu sắc đối với các vùng đất được sử dụng vào sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp. Sự tác động về nhiều mặt trong quá trình sử dụng đất đã làm biến đổi nhiều vùng theo các hướng khác nhau, hình thành nên một số loại đất đặc trưng. Ví dụ: Ðất phù sa, đất xám bạc màu, đất mặn, đất phèn sau một thời gian sử dụng gieo trồng lúa nước sẽ hình thành nên đất lúa nước. Những tác động tốt của con người như: Bố trí cây trồng phù hợp với tính chất đất; xây dựng các công trình thuỷ lợi; đắp đê ngăn lũ và nước mặn; bổ sung chất dinh dưỡng trong đất bằng các loại phân bón; bảo vệ đất; cải tạo tính chất xấu của đất làm cho đất biến đổi theo chiều hướng tốt dần lên. Ngược lại, những tác động xấu như: Bố trí cây trồng không phù hợp; bón phân không đầy đủ; chặt phá rừng làm nương rẫy; không thực hiện tốt các biện pháp chống thoái hoá đất sẽ làm cho đất biến đổi theo chiều hướng xấu. Thổ nhưỡng học
26. Sự tác động tổng hợp của các yếu tố hình thành đất sẽ quyết định các quá trình hình thành và biến đổi diễn ra trong đất. Những quá trình hình thành phổ biến trong tự nhiên: - Quá trình hình thành đất sơ sinh. - Quá trình tích luỹ chất hữu cơ và mùn trong đất. - Quá trình tích luỹ sắt, nhôm trong đất. - Quá trình rửa trôi, xói mòn đất. - Quá trình glây. - Quá trình hoá chua, phèn, nhiễm mặn. - Quá trình lắng đọng vật liệu phù sa. 3. Hình thái đất Hình thái thể hiện ở phẫu diện đất, nói cách khác hình thái đất là phẫu diện đất. Phẫu diện đất là mặt cắt thẳng đứng từ trên mặt đất xuống dưới sâu. 3.1. Cấu tạo phẫu diện đất Quan sát phẫu diện đất, từ trên mặt xuống dưới sâu thường có các tầng đất khác nhau về: màu sắc, thành phần cơ giới, độ chặt, độ xốp, mức độ đá lẫn, sự phân bố rễ cây trồng, độ ẩm Vậy tầng đất là gì? Tầng đất là những lớp đất nằm song song hay gần song song với bề mặt đất, các tầng đất được phân biệt với nhau bởi các dấu hiệu có thể quan sát, đo đếm tại thực địa hoặc thông qua phân tích trong phòng. Tầng đất trong phẫu diện là kết quả của một hay một số quá trình hình thành hoặc biến đổi diễn ra trong đất, vì vậy tầng đất thường được gọi là tầng phát sinh. Như vậy, nghiên cứu phẫu diện đất giúp ta chẩn đoán được quá trình phát sinh đất. Tầng phát sinh là cơ sở để tiến hành phân loại đất theo phát sinh, tầng phát sinh được định lượng các tính chất gọi là tầng chẩn đoán trong phân loại đất theo phương pháp định lượng. V.V. Docuchaev là người đầu tiên dùng các ký tự là chữ cái in hoa ký hiệu cho các tầng đất, theo ông từ trên mặt xuống dưới sâu có 3 tầng cơ bản là A, B, C. Tầng A là lớp đất trên cùng (còn gọi là tầng mặt, tầng canh tác), đây là tầng tích luỹ chất hữu cơ và mùn, đồng thời tầng A cũng là tầng rửa trôi, tuỳ mức độ nghiên cứu mà tầng A được chia thành Aoo, Ao (tầng thảm mục), A1, A2, A3. Tầng B là tầng tích tụ các chất rửa trôi từ tầng A xuống, có thể được chia thành B1, B2, B3. Tầng C là tầng mẫu chất nằm ngay trên đá mẹ phát sinh ra đất. Hiện nay, các nhà khoa học đất đề nghị bổ sung thêm một số tầng đất. Theo Soil Taxonomy và FAO-UNESCO, trong phẫu diện có các tầng lần lượt từ trên xuống dưới như sau: tầng O, tầng H, các loại tầng A, tầng E, các loại tầng B và tầng C (một phẫu diện đất không nhất thiết phải có đủ tầng đất nêu trên) Cấu tạo phẫu diện điển hình đất Việt Nam được thể hiện ở hình sau: A Vùng đồi núi: Phẫu diện điển hình có 3 tầng cơ bản B là: A, B, C. Ðá mẹ ký hiệu là C (Hình 2.1). Tầng B thường có độ dày lớn nhất Chú ý: Ðộ dày từ mặt xuống tới đá mẹ được gọi là C độ dày đất, còn quen gọi là độ dày tầng đất D Hình 2.1. Cấu tạo phẫu diện đất vùng đồi núi: + Vùng đồng bằng: Ðiển hình là phẫu diện đất lúa nước, thể hiện ở hình 2.2: Thổ nhưỡng học
27. AC AC: Tầng canh tác (còn gọi là tầng A), tầng này càng dày, đất càng tốt P P: Tầng đế cày: nằm ngay dưới tầng canh tác B: Tầng tích tụ có màu loang lổ đỏ vàng, tầng này tích tụ các chất rửa trôi từ trên xuống, ngoài ra B còn tích tụ một số chất từ nước ngầm đem lên, nên tầng B đất đồng bằng có tích tụ 2 chiều. G G: Tầng glây có màu xanh xám hoặc xám xanh. Hình 2.2. Cấu tạo phẫu diện đất lúa nước 3.2. Màu sắc đất, chất mới sinh và chất lẫn vào a. Màu sắc đất Màu sắc đất thay đổi rất phức tạp, trong một phẫu diện các tầng thường có màu sắc khác nhau. Các loại đất cũng có màu sắc khác nhau. Màu sắc đất thay đổi theo độ ẩm. Màu sắc của đất được tạo bởi 3 nền màu chính là đen, đỏ và trắng. Thành phần và tính chất đất quyết định màu sắc của đất. Màu đen của đất chủ yếu do mùn tạo nên, do vậy mùn càng nhiều đất càng đen và độ phì càng lớn. Ngoài mùn còn có một số hợp chất hoá học có màu đen như oxyt Mangan - MnO2. Màu đỏ của đất chủ yếu do oxyt sắt - Fe2O3 tạo nên, nếu oxyt sắt ngậm nước chúng sẽ có màu vàng. Ðại bộ phận đất vùng đồi núi và vùng có địa hình cao ở đồng bằng Việt Nam có màu đỏ vàng hay loang lổ đỏ vàng chủ yếu do Fe2O3 và Fe2O3.nH2O tạo nên. Màu trắng của đất chủ yếu do thạch anh (SiO2), Canxi Cacbonát (CaCO3) và Kaolinit tạo nên. Những đất có màu trắng thường chứa nhiều SiO2, rất nghèo mùn và các chất dinh dưỡng. Ðất xám bạc màu ở Việt Nam có màu trắng hoặc xám trắng. Những vùng đất luôn dư ẩm (đất có độ ẩm bão hoà) quá trình khử diễn ra mạnh, sắt tồn tại trong đất ở dạng khử trong các hợp chất như: FeO.nH2O, Fe(HCO3)2, Fe(OH)2 làm cho đất có màu xanh xám hoặc xám xanh, đây chính là quá trình glây trong đất. Sự phối hợp giữa 3 màu đen, đỏ và trắng cho ra nhiều màu khác nhau. Zakharốp đã xây dựng một tam giác màu với 3 đỉnh là đen, đỏ và trắng. Ngày nay, các nhà khoa học đất thế giới đã xây dựng một thang màu chuẩn của đất - thang màu Munsel. Màu của đất đã được định lượng theo hệ thống màu cụ thể rất thuận lợi cho việc mô tả màu sắc của đất. b. Chất mới sinh và chất lẫn vào Những vật liệu như mảnh bom đạn, mảnh sành sứ, gạch ngói gặp trong đất được gọi là chất lẫn vào. Những chất lẫn vào không có ý nghĩa với quá trình phát sinh đất nhưng có thể giúp chúng ta có những nhận xét về tình hình sử dụng đất trước đây. Các chất trong đất như: mùn, các hợp chất sắt hoá trị 3, các hợp chất sắt hoá trị 2, các loại muối tan trong đất, phèn sắt, nhôm là kết quả của quá trình hình thành và biến đổi trong đất được gọi là những chất mới sinh. Các chất mới sinh là căn cứ, là cơ sở giúp chúng ta có kết luận chính xác về quá trình hình thành và biến đổi diễn ra trong đất. Câu hỏi ôn tập Thổ nhưỡng học
28. 1. Quá trình phong hoá khoáng vật và đá? Liên hệ với thực tiễn Việt Nam? 2. Vỏ phong hoá là gì? Vỏ phong hoá ở Việt Nam? 3. Các yếu tố hình thành đất? Liên hệ với thực tiễn Việt Nam? 4. Những quá trình hình thành và biến đổi đất? 5. Phẫu diễn đất là gì? Cấu tạo của phẫu diện đất? Phẫu diện điển hình của đất vùng đồng bằng và đồi núi Việt Nam? 6. Ý nghĩa của màu sắc, chất mới sinh và chất lẫn vào trong đất? Thổ nhưỡng học
29. Thổ nhưỡng học
30. Chương III SINH VẬT ĐẤT Quá trình hình thành đất là một quá trình biến đổi vật chất xảy ra ở lớp ngoài cùng của vỏ trái đất liên tục và kéo dài từ hàng triệu năm nay. Kết quả lớp phủ thổ nhưỡng hình thành trên bề mặt trái đất có hoạt động sinh học. Học thuyết hình thành đất của V. V. Docuchaev đã chỉ ra rằng sinh vật là một trong 5 yếu tố hình thành đất và được xem là yếu tố chủ đạo. Sau khi đất được hình thành sinh vật giữ vai trò quan trọng trong việc lưu chuyển với quyển khác trong sinh quyển. Đất là nơi hàng loạt quá trình chuyển hóa vật chất, trao đổi dinh dưỡng và năng lượng để hình thành và phát triển độ phì nhiêu của đất mà trong đó sinh vật đất đóng vai trò quan trọng. Vì thế sinh vật đất không những là thành phần không thể tách rời của đất mà còn là một trong các chỉ tiêu đánh giá độ phì nhiêu của đất. Tính toán của các nhà khoa học cho thấy ngoài hàng trăm tấn chất xanh của thực vật bậc cao cung cấp cho đất, trên 1 ha đất canh tác (độ sâu 20 cm) có 5- 7 tấn vi khuẩn, 2- 3 tấn nấm, xạ khuẩn và động vật nguyên sinh và 3- 4 tấn động vật không xương sống. Rõ ràng ngoài chức năng tham gia vào các quá trình chuyển hóa vật chất, sinh vật đất sau chu kỳ sống để lại cho đất sinh khối rất lớn tạo nên độ phì nhiêu của đất. Tuy nhiên hoạt động của sinh vật đất cũng như sinh khối của chúng để lại hoàn toàn phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như: khí hậu, tính chất đất Các yếu tố này lại gây tác động tương hỗ giữa sinh vật. Nghiên cứu sinh vật đất rất phức tạp, trong phạm vi giáo trình này chúng tôi chỉ giới thiệu sơ bộ một số nhóm sinh vật chính và tác dụng của chúng đối với quá trình hình thành đất và biến đổi của đất, đó là vi sinh vật đất, thực vật, nguyên sinh động vật và động vật đất. 3.1. Vi sinh vật đất (microorganisms) 3.1.1. Đặc điểm chung Vi sinh vật là những sinh vật có kích thước bé không quan sát được bằng mắt thường mà phải dùng kính hiển vi mới nhìn thấy. Những cơ thể nhỏ bé này có thể chưa phải là tế bào (virus), là tế bào nhưng chưa có nhân thật (Prokaryota)- nhân nguyên sinh như vi khuẩn hay có nhân (Eukaryota) như sinh vật bậc cao của vi nấm. Kích thước của vi sinh vật thường được đo bằng micromet (µm) hay bằng nanomet (nm) (1nm= 10-3µm = 10-6mm). Có khả năng hấp thu và chuyển hóa mạnh vật chất do bề mặt tiếp xúc lớn (từ mọi phía của tế bào). Chúng có thể hấp thu được khối lượng lớn hơn hàng ngàn lần trọng lượng cơ thể. Có khả thích ứng cao với môi trường và dễ biến dị. Đây sẽ là cản trở trong quá trình chọn lọc hoặc và duy trì một giống vi sinh vật. Sinh trưởng và phát triển nhanh. Nhiều loài cứ 20 phút thì một tế bào được nhân đôi. Vi sinh vật phổ biến khắp mọi nơi trong mọi điều kiện. Trong một gam đất trồng trọt có thể có tới 109 tế bào với nhiều chủng loại khác nhau. Nếu theo định nghĩa chung thì vi sinh vật bao gồm nhiều nhóm. Trong phạm vi phần này chúng tôi giới thiệu các nhóm chính sau đây: Vi khuẩn, xạ khuẩn, vi nấm, tảo và địa y. 3.1.2. Vi khuẩn (Bacteria) Vi khuẩn có cấu tạo tế bào nhưng chưa có nhân (prokaryota). Nhân là một chuỗi AND không có màng nhân, có màng ngoài. Có cả gam âm (bắt màu tím) và gam dương Thổ nhưỡng học
31. (bắt màu hồng). Vi khuẩn có nhiều dạng: hình cầu, hình que, hình sợi, hình xoắn (Hình 3.1). Hình 3.1. Hình thái của vi khuẩn (ảnh của WCB. McGraW- Hill. 1998) Kích thước của vi khuẩn từ 0,2- 2,0 µm x 2,0- 8,0 µm. Vi khuẩn nguyên sinh bé hơn. Trong đất vi khuẩn chiếm tới 90 % tổng số sinh vật. Khối lượng của chúng trong đất có thể lên tới hàng tấn (trong đất đồng cỏ ôn đới đạt 10 tấn/ ha). a. Vi khuẩn nguyên sinh Vi khuẩn nguyên sinh kích thước bé hơn vi khuẩn Eubacteria (vi khuẩn thật), đa số sống ký sinh trên thực vật, trên động vật hay người. Có 3 nhóm vi khuẩn nguyên sinh: Micoplatma ký sinh trên thực vật, Ricketxi ký sinh trên người và động vật và Clamidia ký sinh trên các sinh vật có nhân và gây bệnh cho chúng. b. Vi khuẩn (Eubacteria) Bao gồm các vi khuẩn có cấu tạo tế bào đầy đủ gồm thành tế bào (màng ngoài), màng tế bào chất (màng trong), nhân, tế bào chất, riboxom và các vật thể nằm trong tế bào chất. Vi khuẩn này bắt màu cả gam âm và gam dương. Có loài có cơ quan di chuyển gọi là tiêm mao. Có loài hình thành bào tử sống rất lâu (có thể tới hàng ngàn năm). Sinh sản nhân đôi. Một số loài tế bào xung quanh có lớp nhầy gọi là bao nhầy hay giáp mạc. Thổ nhưỡng học
32. Các bào nhầy có tính dính do đó chúng kết lại thành khối và cũng làm cho các hạt đất kết dính tạo nên kết cấu đất. Vi khuẩn phân bố rộng rãi trong đất, từ đất rất nghèo dinh dưỡng như đất cát ven biển (Arenosols), đất xám bạc màu (Haplic Acrisols) đến đất phù sa trung tính (Eutric Fluvisols) màu mỡ. Tuy nhiên thành phần và số lượng của chúng trong các loại đất trên là rất khác nhau. Phần lớn vi khuẩn thuộc vi khuẩn tự dưỡng - heterotrophia. Chúng lấy dinh dưỡng bằng cách phân hủy xác hữu cơ. Vi khuẩn tự dưỡng (autotrophia) có khả năng tổng hợp cacbon từ CO2 từ quá trình ôxy hóa của các chất vô cơ. Nhờ vậy các vi khuẩn tự dưỡng sống được trong cả các đất nghèo dinh dưỡng như đất cát và đất xám bạc màu. Đối với các vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ thành chất khoáng cần thiết nhất là nitơ. Phần lớn xác hữu cơ trong đất có hơn 1,5- 2,0 % N, nhìn chung là tương đối đủ cho vi khuẩn. Nếu xác hữu cơ chứa ít nitơ thì vi khuẩn lấy nitơ từ đất. Khi có nhiều xác hữu cơ năng lượng cao nhưng nghèo nitơ sẽ xảy ra cạnh tranh về nitơ giữa vi khuẩn và thực vật. Vì thế tỷ lệ C/ N trong xác hữu cơ có ảnh hưởng đáng kể. Người ta cho rằng tỷ lệ này bằng 25 là tốt nhất, khi đó gần như toàn bộ nitơ được vi khuẩn sử dụng hết để nuôi cơ thể, khi tỷ lệ này lớn hơn 25 sẽ xảy ra cạnh tranh và nitơ trong đất sẽ cạn kiệt. Điều này khuyến cáo chúng ta không nên bón phân hữu cơ nghèo đạm như rơm rạ chẳng hạn. Sự phụ thuộc số lượng vi khuẩn vào hàm lượng chất hữu cơ trong phẫu diện đất có thể xem ở số liệu ở bảng 3.1. Bảng 3.1. Phân bố chất hữu cơ và vi khuẩn trong đất đen (chernozem) Chất hữu cơ Vi khuẩn (mln.g-1) Tầng Độ sâu (cm) (%) Háo khí Yếm khí A1 0- 6 8,04 49,2 1,0 A2 6- 12 3,18 131,8 1,0 B1 12- 28 2,41 158,3 10,0 B2 28- 48 1,76 45,3 1,0 C 48- 80 0,80 6,0 0,001 Nguồn: Timonina Nhìn chung ở vùng rễ cây có nhiều vi khuẩn hơn vì rễ cây thải ra một số chất hữu cơ là nguồn năng lượng cho vi khuẩn. Pha rắn của đất có khả năng tiếp nhận vi khuẩn từ dung dịch đất vì vậy vi khuẩn khó di chuyển trong dung dịch đất. Ví dụ, vi khuẩn amôn hóa di chuyển từ dung dịch lên bề mặt các hạt đất và cư trú tại đó. Hoạt động của vi khuẩn phụ thuộc rất lớn vào điều kiện không khí - nước trong đất. Người ta cho rằng hoạt động của vi khuẩn kém khi đất khô và rất kém tại độ ẩm cây héo (pF= 4,2). Số liệu ở bảng 3.2 cho thấy rõ điều này. Bảng 3.2. Quan hệ giữa độ ẩm đất và số lượng vi khuẩn trong đất Tỷ lệ nước so với nước Số tế bào vi khuẩn Sức chứa ẩm tối đa (%) mao quản (%) (mln.g-1.đ) 30,0 6,51 9,98 56,0 10,85 11,89 65,0 14,10 16,41 80,0 17,35 29,96 100,0 21,69 25,29 Nguồn: Musierowicz Thổ nhưỡng học
33. Độ chua của đất cũng quyết định thành phần và số lượng của vi khuẩn. Phần lớn vi khuẩn thích hợp ở pH = 7,0. Tuy nhiên chúng có thể hoạt động được trong phạm vi rộng hơn nhiều (pH 1- 10). Vi khuẩn phân giải lưu huỳnh (Bacillus thiooxidans) thích ứng tốt ở trong đất chua. Có rất nhiều loài vi khuẩn với chức năng khác nhau trong đất, ta có thể phân biệt ra một số như sau: - Vi khuẩn phân giải chất hữu cơ không chứa đạm - Vi khuẩn phân giải protein, ure giải phóng amôniắc - Vi khuẩn phản nitrat hóa - Vi khuẩn tổng hợp nitơ tự do - Vi khuẩn ôxy hóa lưu huỳnh - Vi khuẩn ôxy hóa sắt - Vi khuẩn phân giải P, K. 3.1.3. Xạ khuẩn (Actinomycetes) Về mặt cấu trúc xạ khuẩn thuộc nhóm Eubacteria vì chúng cũng chưa có nhân đặc trưng, nhân của chúng giống với nhân của vi khuẩn (prokaryota). Tuy nhiên hình thái, kích thước và cả vai trò trong đất có những nét đặc trưng riêng khác với vi khuẩn (Hình 3.2). Thổ nhưỡng học
34. Đốt thưa Đốt ngắn Đốt chùm Đốt cong Đốt cong xoắn Đốt chùm quả Đốt sao Đốt cành Đốt xoắn ốc Đốt xoắn ốc chùm Hình 3.2 Hình thái của xạ khuẩn (ảnh của WCB. McGraW- Hill. 1998) Vì thế xạ khuẩn được giới thiệu tương đương với nhóm vi khuẩn (Eubacteria). Xạ khuẩn có cấu trúc sợi, đường kính sợi thường 0,2- 3,0 µm. Xạ khuẩn cũng có khả năng hình thành bào tử để sinh sản. Xạ khuẩn có gam dương. Xạ khuẩn trong đất là một trong các nhóm sinh vật đất đông nhất và quan trọng nhất, chúng chiếm tới 10- 70 % số tế bào vi sinh vật trong đất. Ở môi trường trung tính xạ khuẩn phát triển mạnh nhất trong đất giàu hữu cơ và thông thoáng. Xạ khuẩn có vai trò phân giải chất hữu cơ và nhất là phân giải đường tan trong nước, hemicenluloza và cenluloza. Xạ khuẩn tham gia vào quá trình hình thành các axit mùn. Một vài loài xạ khuẩn có khả năng cố định nitơ tự do từ khí trời khi cộng sinh với thực vật không thuộc bộ đậu. Xạ khuẩn là vi sinh vật tạo ra kháng sinh chủ yếu (tới 80 % chất kháng sinh) vì thế trong đất có nhiều xạ khuẩn cây trồng ít bị bệnh hơn. Đưa xạ khuẩn vào đất gây nhiễm sinh học là một hướng nghiên cứu. Thổ nhưỡng học
35. 3.1.4. Vi nấm (Microfungi) Vi nấm bao gồm các loài nấm đa bào và nấm sợi sinh quả thể lớn. Kích thước của chúng bé nên là đối tượng của vi sinh vật học. Khác với vi khuẩn và xạ khuẩn, vi nấm có nhân thật (Eukaryuta) giống như tế bào sinh vật bậc cao kể cả của người. Vi nấm gồm 2 nhóm: nấm men (Yeast) là nấm ở dạng đơn bào có kích thước lớn hơn vi khuẩn (khoảng 10 lần) và nấm sợi (Filamentous fungi) là nấm hệ sợi phức tạp, đa phần là đa bào, một số ít loài hệ đơn bào. Nấm men (Yeast) sinh sản bằng vô tính giống vi khuẩn, đa số theo hình thức nảy mầm (mẹ mọc con, con mọc cháu ), một vài loài sinh bào tử. Nấm cũng có sinh sản hữu tính như chi Saccharomyces. Nấm sợi còn gọi là nấm mốc (Filamentous fungi) có quá trình sinh sản phức tạp hơn nấm men. Sinh sản vô tính có nhiều cách: bào tử trần, bào tử kín. Sinh sản hữu tính của nấm sợi cũng có vài hình thức khác nhau. Sự phát triển của nấm trong đất phụ thuộc vào điều kiện không khí - nước. Chúng có thể sống được trong những điều kiện khác nhau dù ít hay nhiều không khí và nước, nhiệt độ cao hay thấp. Tuy nhiên khi nước xuống dưới mức cây héo hoặc bão hòa nước gây khó khăn cho không khí xâm nhập thì nấm phát triển kém. Trong đất trồng trọt và đất đồng cỏ khối lượng nấm tương đương khối lượng vi khuẩn. Ngược lại nấm lấy nhiều nitơ từ đất hơn là vi khuẩn vì nấm dùng tới 60% xác hữu cơ phân giải để xây dựng bào tử. Trong đất rất nhiều loài nấm phá hoại cây trồng. Ta có thể chia ra 3 nhóm: nhóm biểu sinh (saprofite), nhóm ký sinh (pasoryte) trên rễ và nhóm tấn công trên thân, lá thực vật. Thuộc nhóm thứ nhất có: loài Pythium gây tổn thương cho rễ bắp cải, thuốc lá và củ cải đường nếu đất quá ẩm; giống Rhizoctma solani gây tổn thương cho mầm khoai tây; loài Fusarium culmorum phá hoại rễ ngũ cốc. Chúng gây tổn thương cho rễ chủ yếu tiết ra chất độc. Thuộc nhóm hai một số nấm như loài Synchytrium endobioticum gây ung thư khoai tây hoặc thối cổ rễ ngũ cốc như loài Ophiobolus gramini hay Cercosporella herpotrichoides. Cũng có loài tấn công vào các bộ phận trên thân, lá thực vật như Piricularia oryzae gây bệnh đạo ôn cho lúa. Ý nghĩa lớn nhất đối với quá trình hình thành đất là các nấm sống trong đất chua dưới rừng, tập trung chủ yếu ở tầng thảm mục với chức năng phân giải xác hữu cơ (ví dụ, phân giải cenlulo, tinh bột, nhựa, lignin) và làm cho đất trở nên chua. Trong đất chua lầy thụt cũng có rất nhiều nấm hoạt động. Theo Waksman, Müller, de Koening nấm đóng vai trò quan trọng trong quá trình mùn hóa, đặc biệt là các loài: Cladosporium humificans, Trichoderma viride Nấm lấy nitơ chủ yếu dưới dạng amôniắc nhưng lại không có khả năng ôxy hóa amôniắc thành nitrat mặc dù có khả năng ôxy hóa các hợp chất lưu huỳnh ở mức độ yếu. Thường thường người ta cũng gặp các nấm cộng sinh với thực vật tạo ra hiện tượng gọi là mikoryza. Mikoryza có trên rễ nhiều cây (như cây rừng, ngũ cốc, cây bộ đậu ) chúng cung cấp cho cây nước và thành phần dinh dưỡng (N, P, K ); ngược lại nấm trong các mikoryza lấy từ cây cacbua hydro. Ngoài ra các nấm còn kích thích nảy mầm và sinh trưởng cho cây. 3.1.5. Tảo (Algae) Tảo là những sinh vật rất phổ biến trong đất. Chúng có cấu trúc đa dạng (đơn bào, đa bào, tập đoàn) bao gồm nhiều ngành có kích thước, cấu tạo (Hình 3. 3) và hình thức sinh sản khác nhau. Thổ nhưỡng học
36. 1. Cyanophyta - Tảo lam 2. Chlorophyta - Tảo lục 3. Bacillariophyta - Tảo cát 4. Rhodophyta - Tảo đỏ 5. Euglenophyta - Tảo mắt 6. Phaeophyta - Tảo nâu 7. Chrysophyta - Tảo ánh vòng 8. Pyrrophyta - Tảo giáp 9. Charophyta - Tảo vòng 10. Xanthophyta - Tảo vàng 9. Charophyta - Tảo vàng 10. Xanthophyta - Tảo vàng Hình 3.3. Hình thái của các loại tảo (theo Robert Edward Lee, 1999) Tất cả các tảo đều có diệp lục tuy các chất sinh sắc tố có khác nhau. Đa phần tảo sống trong nước dạng phù du (plankton) và ở đáy (benthos), một phần sống trong đất, trên cây và trên đá. Trong đất Việt Nam ta gặp các ngành tảo sau: - Tảo lam- Cyanophyta, cộng sinh với bèo dâu - Tảo lục- Chlorophyta, sống ở nước ngọt và lợ - Tảo vàng- Xanthophyta, sống ở nước lợ - Tảo cát (silic)- Bacillariophyta, sống ở nước ngọt và lợ - Tảo nâu- Phacophyta, sống ở nước mặn - Tảo mắt- Eulenophyta, sống ở nước mặn - Tảo ánh vàng - Chrysophyta, sống ở nước mặn và lợ - Tảo giáp- Pyrophyta, sống ở nước mặn - Tảo vòng- Charophyta, sống ở nước mặn. Tảo không chỉ là người tiên phong (pioneer) trong việc phá hủy đá và khoáng vật mà còn nhờ khả năng thích nghi cao vào điều kiện khắc nghiệt cũng như sinh khối lớn đã cung cấp cho đất sa mạc một lượng đáng kể chất hữu cơ. Ngoài ra ở đất xói mòn Thổ nhưỡng học
37. do gió tảo còn có khả năng gắn kết các hạt đất nên hạn chế được sự xói mòn (H. Uggla, 1976). 3.1.6. Địa y (Lechnes) Một ví dụ điển hình về sự cộng sinh giữa nấm và thực vật (tảo) là địa y, trong đó tảo cung cấp cho nấm cacbua hydro do tảo có khả năng quang hợp còn nấm cung cấp cho tảo nước và muối khoáng. Địa y không có màu lục mà thường màu xám, xanh xám, nâu xám hoặc nâu thẫm đôi khi đen. Địa y có thể sống trong cát, trên đá và gỗ- nơi mà các sinh vật khác khó tồn tại được, ngay cả như đối với nấm và tảo nếu sống độc lập. Địa y cũng là người tiên phong trong quá trình hình thành đất, chúng giải phóng một số axit (ví dụ axit licheic) nồng độ đủ lớn để phá hủy khoáng vật hình thành đất và lấy thành phần dinh dưỡng như: S, P, Cu, F và các vi lượng khác để nuôi cơ thể. Địa y có khoảng 20.00 loài, thuộc 400 chi. Ở Việt Nam đã phát hiện có mặt của hầu hết đại diện của các chi thuộc 2 lớp chính: địa y túi (Ascolichenes) và địa y đảm (Basidiolichenes). Địa y túi (Ascolichenes) do nấm thuộc lớp nấm túi cộng sinh với các tảo lam và tảo lục, chúng ở trong đất, đá và gốc cây Ở Tam Đảo, Sa Pa, Đà Lạt có loại Lobaria pulmonaria dùng chữa bệnh đường hô hấp. Ở Ba Vì có loài Usnea sp. dùng trị ho và lợi tiểu. Địa y đảm (Basidiolichenes) do các nấm da (Thelephoraceae) thuộc lớp nấm đảm cộng sinh với các tảo lam. Địa y đảm có trong hầu hết các loại đất vùng nhiệt đới ẩm. 3.1.7. Vai trò của vi khuẩn và các vi sinh vật khác trong quá trình hình thành đất a. Phân giải chất hữu cơ không chứa đạm Trong môi trường trung tính ít chua và đầy đủ ôxy, cenlulo bị phân giải chủ yếu bởi vi khuẩn: Cytophaga, Cellvibrio, Pseudomonas và một số xạ khuẩn. Trong môi trường chua, nghèo dinh dưỡng hoặc rất chua và háo khí, trong số các vi sinh vật phân hủy cenlulo nấm giữ vai trò quan trọng. Trong môi trường dư ẩm cenlulo lại do vi khuẩn yếm khí như Clostridium Omejanski, Plectridium phân hủy là chính. Sản phẩm của quá trình phân giải vi sinh cenlulo một loạt chất trung gian được tạo ra như celobioza, glucoza, axit uronic, axit béo Những hợp chất này sẽ bị khoáng hóa. Đồng thời xảy ra quá trình tổng hợp một phần tạo nên mùn. Lignin (mô tế bào gỗ) rất bền vững trong quá trình phân giải vi sinh này. Trong điều kiện đủ ôxy, đất chua do nấm Basidiomycetes phân hủy lignin là chủ yếu. Một số nhà khoa học không loại trừ khả năng phân giải lignin của vi khuẩn giống Pseudomonas. Trong sản phẩm phân giải của lignin có các hợp chất mùn màu tối, chua, nghèo đạm, dễ hòa tan. Ở điều kiện thiếu ôxy các hợp chất này ít bị phân hủy và được tích lũy khá nhiều (ví dụ, trong than bùn). Quá trình phân giải xác hữu cơ không chứa nitơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: bản chất xác hữu cơ, độ ẩm đất, cây trồng, khí hậu Có thể xem qua các số liệu trong bảng 3.3 Thổ nhưỡng học
38. Bảng 3.3. Số lượng vi sinh vật trong các loại đất mln CFU.g-1 đất khô Tình trạng Tầng đất Tổng số Vi khuẩn Vi khuẩn Loại đất Xạ khuẩn Nấm đất (cm) VSV amôn hoá sinh bào tử Tự nhiên 0-10 21,506 19,506 11,281 1,605 0,383 A 18,129 17,577 1,251 0,476 0,166 10- 20 Trồng trọt 24,736 22,613 7,650 1,475 0,648 0- 10 8,701 2,938 2,938 0,225 0,101 10- 20 B Tự nhiên 0- 10 20,682 16,148 1,927 3,948 0,585 10- 20 7,320 6,173 2,963 0,864 0,395 Trồng trọt 0-10 21,952 20,012 8,245 1,677 0,263 10- 20 13,760 12,807 4,564 0,855 0,208 C Tự nhiên 0- 10 13,267 10,230 3,910 1,954 1,092 10- 20 8,339 6,904 2,132 0,588 0,847 Trồng trọt 0-10 18,593 15,798 6,805 2,539 0,255 10- 20 12,175 10,750 3,125 1,125 0,300 D Tự nhiên 0- 10 14,791 13,143 4,599 1,424 0,350 10- 20 8,810 8,009 2,543 0,649 0,152 Trồng trọt 0-10 15,146 12,920 7,450 2,000 0,226 10- 20 6,190 4,832 1,890 1,158 0,200 E Tự nhiên 0- 10 9,300 8,351 3,497 0,722 0,227 10- 20 4,910 4,371 2,342 0,319 0,224 Trồng trọt 0-10 10,019 8,466 2,332 1,257 0,296 10- 20 5,856 5,302 1,703 0,320 0,243 Nguồn: Nguyễn Kim Vũ Ghi chú: A là đất feralit/ phiến sét, rừng tái sinh hoặc được trồng sắn B là đất feralit/ phiến mica bỏ hoá 10 năm hoặc được trồng chè C là đất feralit/ phiến sét cây bụi hoặc được trồng ngô D là đất feralit/ phù sa cổ cây bụi hoặc được trồng sắn E là đất feralit/ sa thạch cây chổi sể hoặc được trồng sắn b. Chuyển hóa phospho Kết quả của sự giải phóng axit, vi sinh vật là tác nhân chuyển hóa các chất vô cơ khó tan trong đó có phospho. Các axit như: axit cacbonic, axit hữu cơ có trong đất do từ quá trình phân giải xác hữu cơ. Theo Bassalik, Clostridium pasteurianum tạo ra axit bơ có khả năng giải phóng phospho từ apatit. Bacillus extorquens tạo ra axit cacbonic (yếu hơn axit béo). Các axit mùn, axit nitric và axit sulfuric cũng tham gia vào sự giải phóng phospho từ các hợp chất không tan. c. Chuyển hóa kali Người ta cho rằng vi khuẩn tạo ra axit hữu cơ. Ví dụ, Bacillus amylobacter có ảnh hưởng tới việc giải phóng kali (cả nhôm) từ fenspat. Các vi khuẩn Baccillus mucilaginsus, B. megatherium có khả năng giải phóng kali từ khoáng sét alumin silicat. Tương tự, theo đó cây cũng được cung cấp không chỉ P và K mà cả Ca, Mg d. Chuyển hóa lưu huỳnh Ôxy hóa lưu huỳnh chủ yếu là các vi khuẩn lưu huỳnh, nhờ vậy chúng có năng lượng để đồng hóa CO2. Beggiatoa mirabilis là một trong các vi khuẩn ôxy hóa sulfua hydro thành axit sulfuric làm cho đất trở nên chua. Thiobacillus được xem là một giống có vai trò rất quan trọng để biến H2S thành H2SO4 trong đất phèn ở Việt Nam. 2H2S+O2 VSV 2 H2O + S2 + 126 Kcal Thổ nhưỡng học
39. S2 + O2 VSV H2SO4 + 294 Kcal. Một số nấm cũng có khả năng ôxy hóa lưu huỳnh. Trong đất trung tính hay kiềm yếu cũng xảy ra quá trình ôxy hóa lưu huỳnh mặc dù một số vi khuẩn đòi hỏi môi trường tối thích pH 2,0- 4,0. Quá trình ôxy hóa lưu huỳnh tạo ra H2SO4 phá hủy tiếp một số khoáng sét đưa lại lợi ích cho một số loại cây. Thibacillus thiooxidans là đối thủ của xạ khuẩn gây bệnh bỏng ở khoai tây trên đất kiềm Rendzin. Ngoài việc ôxy hóa lưu huỳnh một số vi khuẩn có khả năng khử H2SO4 về dạng H2S độc hại cho cây trồng H2SO4 VSV H2S + 2O2 Ta gặp hiện tượng này trong đất ít chua, ngập nước và giàu hữu cơ. Vòng chuyển hóa lưu huỳnh được thể hiện trên hình 3.4. Phân giải do vi sinh vật Lưu huỳnh Sulfua trong liên kết hữu cơ hydro c ọ c ọ ng hoá t t và vi đồ ậ t ậ c v ự và vi sinh h và vi sinh Th quá trình hoá h hoá trình quá Oxy hoá trong các sinh v Lưu Oxy hoá trong các quá Axit huỳnh sulfuric trình hoá học và vi sinh học tự do Hình 3.4. Chu trình chuyển hoá lưu huỳnh trong tự nhiên (Theo Dudy và Zodrow) e. Ôxy hoá sắt Các vi khuẩn sắt ôxy hoá hợp chất hữu cơ chứa sắt hoá trị 2 thành hoá trị 3 để lấy năng lượng là hiện tượng rất phổ biến trong tự nhiên. Trong đất ta gặp Leptothrix, Crenothrix, Galionella là những vi khuẩn có khả năng này (Hình 3.5). Hiện tượng ôxy hoá mangan cũng xảy ra tương tự. Trong môi trường ngập nước quá trình khử xảy ra (glây hoá) đối với sắt và mangan (cả phospho) Mangan hoá trị 4 (Mn4+) bị khử thành mangan 2 (Mn2+) cây trồng dễ dàng sử dụng. Thổ nhưỡng học
40. Tế bào vi khuẩn Nhựa do tổn thương Hình 3.5. Vi khuẩn oxy hoá sắt (Theo Dudy và Zodrowa) f. Quá trình chuyển hoá nitơ Quá trình chuyển hoá nitơ trong đất xảy ra rất phức tạp dưới sự tác động của nhiều loài vi sinh vật cũng như nhiều yếu tố tự nhiên. Hình 3.6 biểu diễn chu trình chuyển hoá nitơ trong tự nhiên. Sau đây ta tìm hiểu những quá trình chính trong chu trình này. Cố định N2 cộng sinh N2 khí quyển Cây trồng Động vật Cố định N2 tự do Xác hữu cơ n nitrat hoá ả Ph khoáng hoá Amôn hoá và Khử nitrat và huy động NO3 NH3 Hình 3.6. Chu trình chuyển hoá nitơ trong tự nhiên Nitrat hoá • Cố định nitơ từ không khí Nhóm vi khuẩn có khả năng cố định nitơ từ không khí là những vi khuẩn cộng sinh và không cộng sinh. Vi khuẩn cộng sinh còn gọi là vi khuẩn nốt sần sống cộng sinh với cây bộ đậu tạo ra nốt sần trên rễ cây (Hình 3.7). Các vi khuẩn này lấy cacbua hydro từ cây và cung cấp nitơ cho cây. Thổ nhưỡng học
41. a b c d Hình 3.7. Vi khuẩn nốt sần (theo Ziemiecka) a. Trên cỏ ba lá b. Trên đậu Hà Lan c. Trên cỏ lucena d. Trên đậu lupin Loài Rhizobium đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình này. Một số giống vi khuẩn nốt sần thường gặp trên rễ các cây bộ đậu là: Rhizobium leguminosorum - gặp trên cây đậu Hà Lan R. triofolii - gặp trên cỏ ba lá R. lupin - gặp trên cây đậu lupin R. phasoli - gặp trên cây đậu cô ve R. meliloti - gặp trên cỏ lucena R. japonicum - gặp trên cây đậu tương R. archium - gặp trên cây lạc R. cajanus - gặp trên cây đậu triều R. vigna - gặp trên cây đậu đũa R. sesbania - Gặp trên cây điền thanh. Vi khuẩn nốt sần phát triển tốt trong đất thoáng khí. Khi đất quá thiếu ôxy thì ngừng hoạt động. Theo Lityński thì điện thế ôxy hoá khử cũng có vai trò nhất định: áp suất ôxy thấp trong các nốt sần tương đương với điện thế ôxy hoá khử cao trong đất. Vi khuẩn nốt sần phát triển mạnh trong đất ẩm vừa phải, trong đất khô bộ rễ phát triển kém mức nhiễm khuẩn thấp. Để khắc phục điều này người ta tiến hành xử lý nhiễm khuẩn hạt giống hoặc cây trước khi gieo trồng bằng chế phẩm vi sinh gọi là nitragina. Vi khuẩn nốt sần đòi hỏi đất có phản ứng trung tính hay ít chua, duy nhất có Rhizobium lupini trên cây đậu lupin có thể phát triển trong đất chua. Phát triển của Rhizobium còn phụ thuộc vào hàm lượng nitơ vô cơ trong đất. Quá nhiều nitơ ở dạng này cũng kìm hãm Rhizobium phát triển vì lúc đó một phần nitơ đã sử dụng vào giai đoạn đầu phát triển của cây. Canxi, phospho và kali ảnh hưởng tới phát triển của vi khuẩn nốt sần. Ví dụ, Ca làm dễ dàng cho việc xâm nhập của vi khuẩn. Các vi lượng cũng tác động đáng kể tới vi khuẩn này, nhất là bo và molipden. Thổ nhưỡng học
42. Vi khuẩn nốt sần rất có ý nghĩa trong đất nghèo mùn như đất cát ven biển, đất xám bạc màu trên phù sa cổ Theo Nguyễn Kim Vũ thì bình quân các vi khuẩn có thể cố định được từ 34 đến 290 kg N2 trên ha tuỳ theo loại cây bộ đậu và loại đất. Tuy nhiên, hoạt động của vi khuẩn nốt sần sẽ suy giảm hay kìm hãm bởi hiện tượng gọi là "mỏi mệt" của đất. Đó là hiện tượng có thể do virus ký sinh quá nhiều (trong đất độc canh cây họ đậu) đã tấn công phá huỷ vi khuẩn nốt sần. • Cố định nitơ trong ruộng lúa Diện tích trồng lúa trên thế giới khá lớn (khoảng 150 triệu ha) vì thế lượng phân bón thường xuyên thiếu hụt nhất là ở các nước đang phát triển hoặc phải trồng chay, tuy vậy vẫn cho năng suất nhất định. Đó là nhờ một phần đạm do hiện tượng cộng sinh tạo ra trong ruộng lúa. Thực chất ở đây là do tảo lam (Blue-green algae) và các vi khuẩn dị dưỡng sống tự do cố định nitơ. Chúng có thể làm tăng 10 % năng suất lúa ở Nhật Bản và 20 % ở Philippine (Watanabe, 1981). Nếu trong ruộng lúa có bèo dâu (Azolla) thì vi khuẩn lam Anabaena azolla cộng sinh với bèo dâu làm tăng nguồn đạm cho đất và kết quả năng suất lúa có thể tăng tới hơn 20 % (Nguyễn Hữu Thước, 1984). • Vi khuẩn không cộng sinh Vi khuẩn không cộng sinh thường gặp háo khí có Azotobacter chroococcum, yếm khí có Clotridium pasteurianum. Azotobacter có trong đất trồng trọt kết cấu tốt, chế độ nước - không khí điều hoà. Nó rất mẫn cảm với môi trường chua, phát triển tốt nhất trong đất đầy đủ Ca và P với pH 6,9- 8,0. Clotridium pasteurianum ít đòi hỏi hơn và thích ứng tốt hơn trong đất chua (pH 4,7), thiếu ôxy (đất nặng, ẩm) vẫn phát triển được. • Phân giải protein và ure - Amôn hoá Tham gia vào quá trình phân giải protein và biến đổi nitơ trong đó là vi khuẩn, xạ khuẩn trong điều kiện háo khí và yếm khí và một số nấm trong điều kiện yếm khí. Tuy nhiên vi khuẩn là nhân tố chính trong quá trình amôn hoá. Vi khuẩn háo khí có Bacillus mycoide, B. megatherium, B. subtilis; vi khuẩn yếm khí có Bacillus putrificus, Clostridium sporogenes. Tất nhiên trong quá trình amôn hoá một phần nitơ được tái tổng hợp thành mùn. Nấm tham gia vào quá trình tạo amôniắc thường gặp là Aspergillus niger và các loài Mucor, Cladosporium, Botrytis. Chúng hoạt động chủ yếu trong đất chua giàu mùn. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân giải protein (không kể amôniắc) là: CO2, H2O, H2 S, H3PO4 tự do. Trong quá trình chuyển hoá ure thành amôniắc nhờ enzim ureaza do vi khuẩn Urobacillus, Uroccus, Planosarcina, Ureae và một số xạ khuẩn và nấm. NH2 CO + H2O VSV (NH)2CO3 VSV 2 NH3 + CO2 + H2O NH2 Amôniắc được hình thành một phần cây lấy, một phần đất hấp phụ. Phần còn lại tiếp tục bị biến đổi theo con đường sinh học mà chủ yếu là nitrat hoá. • Nitrat hoá Nitrat hoá là quá trình chuyển hoá amôniắc thành axit nitric (HNO3). Năm 1890 Vinogradski đã phân lập được vi khuẩn gọi là tác nhân gây nitrat hoá. Quá trình này xảy ra theo 2 bước. Bước thứ nhất, amôniắc bị ôxy hoá với sự tham gia của vi khuẩn Nitrosomonas theo phản ứng: 2 NH3 + 3 O2 VSV 2 HNO2 + 2 H2O + 148 Kcal Thổ nhưỡng học
43. Bước 2, axit nitơrơ (HNO2) bị ôxy hoá tiếp với sự tham gia của vi khuẩn Nitrobacter thành axit nitric (HNO3) HNO2 + O2 VSV 2 HNO3 + 48 Kcal Trong đất thoáng khí, giàu P, Ca, Mn và Fe, môi trường trung tính hoặc hơi chua nitrat hoá xảy ra mạnh nhất. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng tới quá trình này. Trời quá rét làm kìm hãm quá trình nitrat hoá trong đất. Ở đất chua quá trình nitrat hoá bị giảm dẫn đến tích luỹ quá nhiều amôniắc. Lúc đó vi khuẩn hoạt động kém quá trình ôxy hoá nitơrơ thành nitrat xảy ra yếu. Nhờ có quá trình này mà cây trồng được tăng cường lượng dinh dưỡng dưới dạng nitrat dễ tiêu. • Phản nitrat Phản nitrat là quá trình khử muối nitrat qua nitrit rồi cuối cùng là nitơ phân tử (N2) thoát ra khỏi đất. Quá trình phản nitrat xảy ra trong các đất nặng khó thoát nước thiếu ôxy, phản ứng kiềm, trung tính hay ít chua. Quá trình này có sự tham gia của một số vi khuẩn như Bacillus denitrificans. Quá trình này cũng làm mất đạm trong phân chuồng. Phản nitrat có thể xảy ra theo 2 mức. Mức một, chỉ một phần axit nitric bị khử thành amôniắc HNO3 + H2O VSV NH3 + 2O2 Mức hai, toàn bộ axit nitric bị khử thành N2 2 HNO3 VSV 2 HNO2 VSV 2 H NO VSV N2 Người ta cho rằng quá trình phản nitrat ở mức hai ngoài vi khuẩn có cả xạ khuẩn tham gia, còn ở mức một ngoài vi khuẩn và xạ khuẩn còn có cả nấm tham gia. 3.2. Thực vật Các giáo trình đã học như sinh vật học (phần thực vật) đã nói rất kỹ về phân loại, anatomy, điều kiện sinh thái, sinh sản Trong phần này chúng tôi chỉ giới thiệu tóm tắt về các đặc điểm của thực vật và ý nghĩa của chúng đối với quá trình hình thành đất và tạo độ phì nhiêu cho đất. 3.2.1. Đặc điểm chung Thực vật như một tấm thảm xanh phủ bề mặt trái đất. chúng đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hoá vật chất trên hành tinh. Chúng cung cấp cho người và động vật ôxy đồng thời sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời để tổng hợp chất hữu cơ từ nước, CO2 và muối khoáng. Nói tới thực vật thì không thể không kể tới vai trò của rừng. Thực vậy, khi con người chưa gây bùng nổ về dân số, trên trái đất cũng như ở Việt Nam nói riêng thực vật phủ phần lớn diện tích đất tự nhiên. Lúc đó rừng là kinh tế, rừng là mái nhà che chở cho chúng ta. Rất đáng tiếc diện tích rừng ngày càng bị thu hẹp không chỉ ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống của con người, tới đất đai mà chính cả thảm thực vật, đặc biệt là thành phần và chủng loại. Thực vật, trừ nấm và tảo lam có những đặc điểm sau: - Là những cơ thể tự dưỡng có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ thông qua quá trình quang hợp. Một số thực vật sống ký sinh trên thực vật khác đã mất khả năng tự dưỡng trở thành dị dưỡng được gọi là dị dưỡng thứ cấp. Thổ nhưỡng học
44. - Lớp màng ngoài của tế bào thực vật (còn gọi là thành tế bào) thường cấu tạo bằng cenlulo, rất ít khi bằng kitin, có độ dày lớn hơn màng tế bào của sinh vật khác. - Chất dự trữ thường ở dạng tinh bột và một số chất khác. - Hầu hết các thực vật chứa diệp lục nhóm a, b và c. - Thực vật sinh sản bằng hữu tính, vô tính và cả vô tính - hữu tính - Phân bố rộng khắp mọi nơi trên bề mặt trái đất, lan truyền bằng nhiều hình thức như: do gió, do nước, do sinh vật khác kể cả con người. 3.2.2. Ý nghĩa của thực vật đối với đất và sự hình thành đất Thực vật có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với đất và sự hình thành đất. Các thực vật bậc thấp như tảo, địa y là những thực vật đầu tiên có khả năng quang tự dưỡng. Chúng cùng các vi khuẩn tự dưỡng đã tạo nên những chất hữu cơ đầu tiên trên đá mẹ từ những chất vô cơ. Quá trình quang hợp của những thực vật bậc thấp đầu tiên này đã biến CO2 và H2O thành những hợp chất hữu cơ đầu tiên. Khi chết đi chúng để lại cho đất chất hữu cơ. Từ đó, dưới tác động của vi sinh vật, mùn được hình thành. Các tảo như tảo khuê, tảo khúc có khả năng phá huỷ khoáng vật để lấy dinh dưỡng. Địa y là nhóm thực vật bậc thấp có khả năng phá huỷ đá rất mạnh do chúng tiết các axit. Cùng với các vi sinh vật như nấm các đá bị phong hoá hoàn toàn. Kết quả phát triển của thực vật bậc thấp làm tích luỹ các nguyên tố như N, P, K, S và chất hữu cơ. Đó là những chất dinh dưỡng cho thực vật bậc cao phát triển. Thực vật bậc cao phát triển tiếp tục phá huỷ đá và khoáng vật (ở mức độ nào đó với sự lớn lên của rễ cây cũng góp phần vào quá trình phong hoá đá theo dạng phong hoá vật lý) đồng thời tổng hợp chất hữu cơ. Trải qua một quá trình lâu dài dưới tác động của các yếu tố lý, hoá và sinh học, lớp đất mặt đã được hình thành và phát triển tạo điều kiện cho thế giới thực vật lan rộng bao phủ bề mặt trái đất. Thực vật càng phong phú về số lượng về thành phần thì càng cung cấp nhiều chất hữu cơ cho đất sau khi chúng chết đi, đất được xem càng phì nhiêu. Rễ của thực vật có tác dụng giữ nước, hạn chế xói mòn rửa trôi dinh dưỡng. 3.3. Động vật đất (Fauna) 3.3.1. Khái niệm về động vật đất Nói một cách chung nhất, thì tất cả những động vật có hoạt động sống phụ thuộc hoặc có liên quan ít hay nhiều tới môi trường đất đều gọi là động vật đất. Như vậy thì thế giới của động vật đất vô cùng phong phú và đa dạng. Chúng gồm đại diện của hầu hết các ngành động vật không xương sống từ đơn bào đến đa bào và cả đại diện của động vật có xương sống. Tuỳ thuộc vào thời gian và mức độ gắn bó vào môi trường đất và tuỳ theo vai trò của chúng đối với các quá trình sinh học trong môi trường này mà có thể xếp động vật đất theo các nhóm đặc trưng, không đặc trưng hay tạm thời. Cấu trúc của động vật đất được chia ra theo nhiều dạng. Ngoài chia theo nhóm ra còn có các dạng chia khác: theo phân loại tự nhiên, theo đặc điểm dinh dưỡng, theo đặc điểm hô hấp Hiện nay, việc phân chia động vật đất theo kích thước của chúng chưa thống nhất nhưng có ưu điểm là dễ diễn tả sự thích nghi của chúng đối với môi trường sống trong đất. Các nhà khoa học chia động vật đất ra động vật bé (microfauna), động vật trung bình (mezofauna) và động vật lớn (macrofauna). 3.3.2. Quan hệ giữa động vật đất và môi trường đất • Đất là môi trường đặc thù gồm 3 thể rắn, lỏng và khí, trong đó thể rắn là chủ yếu. Thể Thổ nhưỡng học
45. rắn gồm các hạt vô cơ và các hạt hữu cơ. Đối với động vật đất đây là môi trường sống đa hạt, với hệ thống khe hở chiếm 20- 30 % thể tích chung của đất. Trong hệ thống khe hở này luôn luôn chứa không khí và nước. Nước chứa các chất vô cơ và hữu cơ hoà tan; không khí luôn gần như bão hoà hơi nước và các chất khí đặc biệt khí cacbonic và ôxy. Như vậy rõ ràng đất là môi trường 3 thể cho động vật đất. • Do cấu tạo của đất mang đặc thù riêng như một môi trường trung gian cho nhiều sinh vật chuyển từ môi trường nước sang môi trường cạn. Thực vậy, nhiệt độ trong đất biến thiên liên tục nhưng không lớn như không khí khí quyển, ngược lại ổn định hơn trong môi trường nước. Trong đất sinh vật sống theo một chế độ nhiệt khá ổn định và giữ cho sinh vật không bị mất nhiệt - khác với sự sống trong môi trường nước hay môi trường cạn. Trong đất ánh sáng trực tiếp từ mặt trời giảm đi nhiều làm cho chức năng như sinh sản, hô hấp, dinh dưỡng không bị thay đổi đột ngột. Chính nhờ tính chất trung gian này mà các động vật nguyên thuỷ cổ đại dần dần thích nghi với môi trường sống trên cạn để sau đó chiếm lĩnh khoảng không gian bao la. Để tồn tại, phát triển và tiến hoá các động vật phải có biến đổi thích nghi với môi trường đất. Trước hết là thích nghi về sự thiếu hụt nước so với môi trường thuỷ vực, động vật đất cần có biện pháp chống lại mất nước như vỏ cứng, dầy; thức ăn chứa nhiều nước đồng thời chất thải ít nước như vón hòn, tạo khối Để chống mất nhiệt thì cơ thể của chúng phải tích luỹ nhiều mỡ. • Hướng thích nghi cho di chuyển của động vật đất rất cao. Chính vì thế để di chuyển thụ động trong hang chúng biến đổi cơ thể cho phù hợp với chui luồn. Cũng có thể để di chuyển chủ động như vậy chúng cần tự làm các đường đi như đào hang. Cũng có loài kết hợp cả 2 phương thức di chuyển trên như giun đất. Động vật đất có các hình thái di chuyển khác nhau như bầy đàn, riêng lẻ, xuống thẳng đứng hay trên mặt đất, vào ban đêm hay ban ngày 3.3.3. Các nhóm động vật đất Trong phần này chúng tôi giới thiệu các nhóm động vật đất có vai trò nhất định đối với sự hình thành đất và độ phì nhiêu của đất mà ta hay gặp. a. Động vật nguyên sinh (Protozoa) Động vật nguyên sinh là nhóm sinh vật đơn bào, kích thước từ vài µm đến vài cm thuộc động vật bé (microfauna). Có động vật nguyên sinh tự dưỡng, dị dưỡng (lấy thức ăn hoà tan) như trùng roi, cũng có loài giống như động vật - tiêu hoá xác vi sinh vật, tảo (tiêm mao). Kiểu sống của chúng đa dạng, trong nước (trùng bánh xe - Habrotrochapusilla mimetica) hoặc hô hấp ôxy tự do như tuyến trùng (Nemada). Trong đất có rất nhiều động vật nguyên sinh, ta có thể dễ dàng gặp như: amip (Amoeba polydia), trùng chân giả vỏ cứng (Cyclopyxis kahli), tiêm trùng mao (Monas vivipara), trùng bào tử (Mnolia tetraodon), trùng đế dày (Clopidium colpada) (Hình 3.8). Trong đất canh tác và đất đồng cỏ vùng ôn đới tiêm mao amip (Amoeba) không nhiều (khoảng trên dưới 5 g/ m2 đất, ngược lại trong đất vùng khí hậu lạnh có khá nhiều (đến 20 g/ m2 đất). Động vật nguyên sinh không đóng vai trò lớn trong quá trình phân huỷ chất hữu cơ thông qua ăn và trung chuyển vật chất trong quá trình hình thành đất như hấp thu nitơ và nhào trộn các hợp chất chứa đạm. Động vật nguyên sinh ăn vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm, tảo và xác vụn hữu cơ. Nhờ cộng sinh với vi khuẩn nên chúng có thể tiêu hoá được cenlulo. Chúng cũng tham gia trực tiếp vào quá trình giải phóng nitơ qua phân huỷ thân giả của nấm. Sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi nitơ là amôniắc. Hoạt động tiêu hoá của động vật nguyên sinh đồng thời cũng kích thích quá trình giải phóng phosphat. Thổ nhưỡng học
46. Hình 3.8. Nguyên sinh động vật (Phan Trọng Cung, 1979) 1 - Trùng amip (Amoeba polypodia) 4 - Trùng bào tử (Mnobia tetraodon) 2 - Trùng chân giả có vỏ cứng (Cyclopyxis kahli) 5 - Trùng đế giày (Colpidium colpada) 3 - Trùng tiêm mao (Monas vivipara) b. Giun tuyến trùng (nematoda) Tuyến trùng thuộc động vật bé. Sự phát triển của chúng trong đất phụ thuộc vào lượng xác hữu cơ và thực vật với bộ rễ của chúng. Tuyến trùng thường tập trung ở vùng có nhiều xác hữu cơ thối rữa và số lượng của chúng phụ thuộc vào cường độ giải phóng axit cacbonic. Tuyến trùng có loài ăn vi thực vật hoại sinh, tảo và các xác hữu cơ từ thực vật bậc cao. Có loài ký sinh, ăn thịt, ăn động vật nguyên sinh khác. Khả năng ăn và tiêu hoá của tuyến trùng nói riêng giun tròn nói chung là rất lớn. Ví dụ loài Rhabditis mỗi ngày tiêu hoá lượng thức ăn lớn gấp 10 lần cơ thể chúng (15 mg). Hơn 1/3 lượng tuyến trùng ăn vi thực vật, tham gia trực tiếp phá huỷ mô tế bào thực vật (tiết dịch) mở đường cho động vật không xương sống xâm nhập vào cơ thể cây xanh gây bệnh (Banuge, 1963). c. Bọ nhảy Bọ nhảy thuộc lớp chân khớp, về kích thước thuộc động vật bé. Có ý nghĩa hơn cả là nhện và côn trùng. Về số lượng của chúng không có nhiều trong đất so với những động vật khác.Trên hình (3. 9) là một số động vật bé trong đất. Thổ nhưỡng học