b. Các công trình và thềm đơn giản

Dung lượng chứa khí và tính thấm khí của đất là những tính chất quan trọng của độ phì, nó

phụ thuộc vào độ ẩm và cấu trúc. Trong thực tế sản xuất nông nghiệp, để tạo ra chế độ không khí

thích hợp cần có các biện pháp làm đất, cày bừa.



10. Tính chất nhiệt của đất

Nhiệt độ đất có vai trò đặc biệt đối với các quá trình vật lý xẩy ra trong đất và khí quyển,

là những yếu tố môi trường quan trọng tác động tới các hoạt động sống của sinh vật. Không khí là

một chất trong suốt rất ít được đốt nóng trực tiếp bởi bức xạ mặt trời vì khả năng hấp thu năng

lượng bức xạ mặt trời của chúng rất kém. Tính trung bình khí quyển của trái đất chỉ hấp thu được

14% tổng năng lượng bức xạ mặt trời đi qua, còn lại trên 80% năng lượng nhận được chủ yếu nhờ

mặt đất cung cấp cho nó. Đặc tính hấp thu, truyền nhiệt của đất và không khí đều mang những sắc

thái riêng. Nghiên cứu các tính chất nhiệt cũng như chế độ nhiệt của đất và không khí giúp chúng

ta hiểu rõ bản chất tác động của chúng đối với khí hậu và đời sống sinh vật.

10.1 Một số đặc tính nhiệt lực của đất

10.1.1. Nhiệt dung của đất

Là đại lượng dùng để đánh giá khả năng nóng lên nhanh hay chậm của đất. Nhiệt dung

được chia ra làm hai loại:

· Nhiệt dung trọng lượng (Cp): Là lượng nhiệt cần thiết làm cho 1 gam đất nóng lên 10C.

Đơn vị tính nhiệt dung trọng lượng là calo/g/độ.

· Nhiệt dung thể tích (Cv): Là lượng nhiệt cần thiết làm cho 1cm3 đất nóng lên 10C. Đơn

vị tính nhiệt dung thể tích là calo/cm3/độ.

Nhiệt dung trọng lượng và nhiệt dung thể tích có quan hệ mật thiết với nhau được biểu thị

bằng biểu thức sau đây:

Cv = d . Cp

Trong đó:



Cv: Nhiệt dung thể tích

Cp: Nhiệt dung trọng lượng

d: Tỷ trọng của đất

Bảng 7: Nhiệt dung trọng lượng và nhiệt dung thể tích một số thành phần trong đất



Nhiệt dung của đất phụ thuộc phần lớn vào nhiệt dung của các chất hình thành nên đất. Từ

bảng 7 có thể rút ra những nhận xét sau:

- Nhiệt dung của các thành phần cấu tạo nên đất rất khác nhau

- Nhìn chung nhiệt dung thể tích của mọi thành phần rắn chủ yếu trong đất hầu như giống

nhau, vào khoảng 0.5-0.6 calo/cm3/độ



35



Bảng 8: Nhiệt dung thể tích của một số loại đất có độ ẩm khác nhau

Đơn vị: calo/cm3/độ



Loại đất

Đất cát

Đất sét

Đất nhiều mùn

Đất than bùn



0

0,35

0,26

0,15

0,20



20

0,40

0,36

0,30

0,32



Độ ẩm đất(%)

50

0,48

0,53

0,52

0,56



80

0,58

0,72

0,75

0,79



100

0,63

0,90

0,90

0,94



+ Các loại đất cát hoặc pha cát bao giờ cũng có nhiệt dung nhỏ, nóng lên nhanh nhưng

cũng nguội đi nhanh chóng.

+ Các loại đất sét hoặc pha sét có nhiệt dung lớn, chúng nóng lên chậm và lạnh đi chậm

hơn so với đất cát hoặc pha cát.

+ Đất khô có nhiệt dung nhỏ hơn so với đất ẩm. Vì vậy các loại đất khô thiếu ẩm thường

có chế độ nhiệt không ổn định, chúng nóng lên về ban ngày nhanh chóng và lạnh đi rất nhanh vào

ban đêm. Sự biến động nhiều của nhiệt độ sẽ ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sinh trưởng và phát

triển của cây trồng, đặc biệt là ở các vùng đất cát. Đất ẩm, các loại đất thịt, thịt pha có chế độ

nhiệt ôn hoà, ít dao động hơn so với các loại đất trên. Do vậy làm ẩm đất bằng cách tưới nước có

thể điều tiết được chế độ nhiệt thích hợp cho cây trồng, giữ được nhiệt trong mùa đông và làm

giảm nhiệt độ trong mùa hè.

10.1.2 Hệ số dẫn nhiệt (độ dẫn nhiệt) của đất

Hệ số dẫn nhiệt là đại lượng vật lý biểu thị khả năng truyền nhiệt của các loại đất. Là

lượng nhiệt đi qua một đơn vị diện tích 1 cm2, có độ dày là 1cm, trong thời gian 1 giây khi nhiệt

độ chênh lệch giữa 2 lớp đất là 1oC.

Ký hiệu của hệ số đẫn nhiệt: l ; đơn vị tính là calo/cm2/cm/giây/độ.

Hệ số dẫn nhiệt của các loại đất rất khác nhau và phụ thuộc vào hệ số dẫn nhiệt của các

chất cấu tạo nên đất, độ xốp, độ ẩm của đất

Hệ số dẫn nhiệt của cát rất thấp, do vậy đất cát hoặc đất pha nhiều cát cũng có hệ số dẫn

nhiệt nhỏ. Vì thế, sự truyền nhiệt xuống các lớp đất sâu chậm, lớp đất mặt nóng lên nhanh hơn so

với các lớp phía dưới vào ban ngày nhưng lạnh đi rất nhanh vào ban đêm. Ngược lại đất sét hoặc

đất sét pha có hệ số dẫn nhiệt lớn, khả năng truyền nhiệt nhanh giữa các lớp đất nên nóng lên và

lạnh đi chậm, chế độ nhiệt ít biến động hơn.

Nước có hệ số dẫn nhiệt lớn hơn không khí, do vậy sự có mặt nhiều hay ít của nước và

không khí sẽ ảnh hưởng đến tính dẫn nhiệt của đất. Khi độ ẩm của đất tăng lên sẽ làm tăng hệ số

dẫn nhiệt, nhờ vậy mà nhiệt độ mặt đất cao vào ban ngày được truyền nhanh xuống các lớp đất

sâu hơn, ít bị đốt nóng hơn so với đất thiếu ẩm. Vào ban đêm lớp đất mặt bức xạ bị mất nhiệt thì

đồng thời sẽ được bổ sung bằng lượng nhiệt truyền từ dưới sâu lên. Ở đất khô thiếu ẩm, chứa

nhiều không khí, hệ số dẫn nhiệt kém nên diễn biến của nhiệt độ ngược lại với đất ẩm. Bởi vậy

các loại đất có độ ẩm cao thường có chế độ nhiệt ôn hoà hơn các loại đất khô, biên độ nhiệt độ

ngày đêm cũng nhỏ hơn.

10.1.3 Hệ số truyền nhiệt độ của đất

Hệ số truyền nhiệt độ của đất là tỷ số giữa hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung thể tích của đất và

được biểu thị bằng công thức:



36



Như vậy sự tăng nhiệt độ của một lớp đất nào đó tỷ lệ thuận với lượng nhiệt ( l ) đi qua và

tỷ lệ nghịch với nhiệt dung thể tích (Cv) của đất. Trong đất, các thành phần rắn có nhiệt dung thể

tích hầu như không thay đổi, độ ẩm và độ xốp trong đất tác động nhiều đến hệ số truyền nhiệt độ

của đất. Do đất ẩm chứa nhiều nước có độ truyền nhiệt độ nhỏ hơn so với đất khô nên trong đất

ẩm sự thay đổi nhiệt độ theo độ sâu và biến thiên nhiệt độ trong một ngày đêm cũng nhỏ hơn so

với đất khô.

10.1.4 Lưu lượng nhiệt

Lưu lượng nhiệt là đại lượng dùng để chỉ tổng lượng nhiệt được truyền xuống một lớp đất

sâu nào đó trong một khoảng thời gian nhất định. Lưu lượng nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố sau

đây:

· Hệ số dẫn nhiệt càng lớn thì lượng nhiệt truyền xuống lớp đất dưới sâu càng nhiều.

· Thời gian càng dài thì tổng lượng nhiệt truyền xuống lớp đất sâu càng lớn.

· Gradient nhiệt độ giữa các lớp đất càng cao thì tổng lượng nhiệt truyền xuống lớp đất sâu

càng lớn.

10.2 Những biện pháp kỹ thuật điều chỉnh chế độ nhiệt của đất

10.2.1 Những biện pháp kỹ thuật giữ và tăng nhiệt độ đất trong mùa đông

Trong mùa đông, ở vùng duyên hải miền Trung và miền Bắc thường bị ảnh hưởng của gió

mùa Đông Bắc, đồng thời năng lượng bức xạ mặt trời nhận được thấp nên nhiệt độ đất thường bị

giảm xuống. Để giữ nhiệt hoặc làm tăng nhiệt độ đất cần ứng dụng một số biện pháp kỹ thuật sau:

Trong mùa đông, ở vùng duyên hải miền Trung và miền Bắc thường bị ảnh hưởng của gió mùa

Đông Bắc, đồng thời năng lượng bức xạ mặt trời nhận được thấp nên nhiệt độ đất thường bị giảm

xuống. Để giữ nhiệt hoặc làm tăng nhiệt độ đất cần ứng dụng một số biện pháp kỹ thuật sau:

- Cải thiện thành phần cơ giới và kết cấu của đất: Làm tăng tỷ lệ cát trong đất, giảm tỷ lệ

sét làm giảm nhiệt dung của đất, khi đó chỉ cần cung cấp một lượng nhiệt nhỏ từ bức xạ mặt trời

thì nhiệt độ đất đã tăng. Xới xáo kết hợp với bón phân hữu cơ làm cho đất tơi xốp, thoáng khí

cũng làm giảm nhiệt dung và độ dẫn nhiệt của đất. Do độ dẫn nhiệt giảm nên đất giữ nhiệt tốt.

- Dùng vật che phủ mặt đất: Trong mùa đông có thể dùng rơm rạ, cỏ khô che phủ lên mặt

đất để hạn chế bức xạ sóng dài của mặt đất vào ban đêm. Cũng có thể dùng các chất xẩm màu như

tro, bồ hóng rải lên mặt đất để tăng khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời vào ban ngày để tăng nhiệt

độ của đất.

- Giữ nước hoặc tưới nước cho cây trồng: Đối với cây trồng cạn, tưới nước để tăng độ ẩm

đất. Đối với các ruộng lúa nước nên giữ nước ở mức độ thích hợp để tăng nhiệt dung nhằm làm

tăng khả năng dẫn nhiệt và giữ nhiệt cho đất.

- Trồng cây theo luống, theo hàng, có tác dụng tăng được lượng bức xạ mặt trời chiếu

xuống đất, làm tăng nhiệt độ của đất (bảng 9.)

Như vậy ở tất cả các độ sâu, nhiệt độ đất ở nơi có đánh luống đều cao hơn so với không

đánh luống.

- Trồng cây theo hướng Bắc Nam: Cây trồng nhận được ánh sáng đồng đều, không bị che

chắn bởi các cây trồng trong cùng một hàng.

- Xác dịnh thời vụ trồng thích hợp bảo đảm nhiệt độ cần thiết cho từng loại cây, nhất là

thời điểm gieo trồng vụ đông xuân.

Bảng 9. Ảnh hưởng của việc làm luống tới nhiệt độ đất

Trạng thái của đất

Nhiệt độ của đất ở các độ sâu (°C)

5 cm

Không đánh luống

Đánh luống



10 cm

14,9

17,0



15 cm

13,1

15,9



37



20 cm

12,0

14,1



11,2

14,1



10.2.2 Những biện pháp kỹ thuật làm giảm nhiệt độ đất trong mùa hè

- Cải tạo tính chất vật lý của đất như thành phần cơ giới, kết cấu đất: Để làm giảm nhiệt độ

đất trong mùa hè cần làm tăng nhiệt dung và độ dẫn nhiệt của đất. Ở các vùng đất cát hoặc pha cát

như vùng đất bạc màu, vùng đất cát ven biển... vào những ngày thời tiết khô nóng (gió Lào) nhiệt

độ đất lên rất cao. Nếu cải tạo đất bằng cách cày sâu dần, tưới nước phù sa để tăng hàm lượng sét

thì nhiệt độ đất sẽ không tăng quá cao.

- Che phủ đất: Có thể dùng rơm rạ, cỏ khô, cành cây, lá cây... phủ trên mặt đất hoặc quanh

các gốc cây để giảm bớt năng lượng bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt đất. Làm giàn che ở các

vườn ươm vừa có tác dụng che nắng cho cây con lại vừa hạn chế được các yếu tố bất lợi khác như

gió khô nóng, mưa lớn ...

- Dùng thực vật che phủ: Trồng các cây sinh trưởng nhanh, có tàn che lớn như keo dậu

(Leucaena sp.), muồng hoa vàng (Crotalaria sp.), cốt khí (Tephrosia candida)vv...che phủ mặt

đất cũng có tác dụng hạn chế được nhiệt độ cao trong mùa hè.

- Tưới nước cho cây trồng: Đất được tưới nước khi có nhiệt độ cao sẽ bốc hơi mạnh. Do

quá trình bốc hơi lấy nhiệt từ mặt đất, nhờ đó nhiệt độ đất sẽ được giảm đi. Đối với các loại cây

trồng cạn, việc tưới nước còn cung cấp cho cây đủ ẩm, đáp ứng nhu cầu thoát hơi nước để điều

hoà thân nhiệt của cây.

- Các biện pháp kỹ thuật làm đất thích hợp cũng có tác dụng làm giảm nhiệt độ của đất:

Xới xáo kết hợp bón phân hữu cơ làm cho đất tơi xốp tăng độ thấm nước của đất cũng hạn chế

khả năng tăng nhiệt độ của mặt đất. San phẳng mặt ruộng để làm giảm diện tích tiếp xúc của mặt

đất với bức xạ mặt trời và tăng cường phản xạ sóng ngắn cũng giảm được nguồn năng lượng hấp

thu.



38



CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA ĐẤT

I. Keo đất và khả năng hấp phụ của đất

1. Khái niệm

Ðất là một hệ thống đa phân tán phức tạp bao gồm các hạt có kích thước khác nhau. Keo

đất là những hạt rất ít tan trong nước, có đường kính rất nhỏ. những phân tử đất ở thể rắn có kích

thước nhỏ hơn 0,0002 mm được gọi là keo đất. cũng như các hạt vật chất khác, keo đất là hạt đất

có kích thước rất nhỏ, phải quan sát cấu trúc và hình dạng của chúng dưới kính hiển vi điện tử.

Hạt keo đất chui được qua giấy lọc định tính, không tan trong nươc mà ở trạng thái huyền phù.

Keo đất được hình thành do sự phong hóa lí học, hóa học các loại đá, khoáng nguyên sinh hoặc tái

kết tinh các sản phẩm phong hóa.

Số lượng keo trong đất rất khác nhau tuỳ theo loại đất, từ 1 - 2% (đất cát) đến 40 - 50% khối

lượng đất (đất sét nặng). Ngay cả khi có hàm lượng rất nhỏ trong đất, keo đất vẫn là đại diện chủ

yếu cho khả năng hấp phụ của đất

Trong đất có keo vô cơ, keo hữu cơ và keo phức tạp hữu cơ- vô cơ. Những keo vô cơ được

tạo thành do tác dụng phong hoá đá hoặc do sự ngưng tụ các phân tử trong dung dịch, keo hữu cơ

tạo thành do quá trình biến hoá xác hữu cơ trong đất. Keo vô cơ kết hợp với keo hữu cơ thành keo

hữu cơ - vô cơ.



2. Cấu tạo keo đất

Gồm: nhân keo và 2 tầng ion trái dấu nhau

- Nhân keo là tập hợp những phần tử vô cơ, hữu cơ hay hữu cơ-vô cơ, có cấu trúc

tinh thể hoặc vô định hình. Thông thường keo vô cơ có nhân là axit silisic, nhôm silicat, oxyt sắt,

oxyt nhôm... Keo vô cơ bền, nó chỉ bị phá huỷ sau một thời gian dài. Keo hữu cơ có nhân là axit

humic, axit fulvic, prôtit hoặc cenluloz. Keo hữu cơ kém bền, nó có thể bị phá huỷ rồi lại tạo

thành ngay từ các sản phẩm phân giải xác động vật, thực vật.

- Trên bề mặt nhân keo là lớp phân tử có khả năng phân ly để tạo thành 2 tầng ion mang

điện tích trái dấu:

+ Tầng ion nằm trong hút chặt trên bề mặt nhân keo do sự hấp phụ những ion của môi

trường hay do sự phân ly của nhân keo gọi là tầng ion tạo điện thế. Tầng này quyết định thế hiệu

của keo.

+ Do lực hút tĩnh điện giữ vi lạp và dung dịch ngoài keo nên xuất hiện điện thế. Nhờ

điện thế này, vi lạp kéo các ion trái dấu vào gần tạo thành tầng ion bù, còn được gọi là tầng ion

trao đổi vì chúng có khả năng tham gia các phản ứng trao đổi và hấp phụ ion diễn ra trong đất.

Tầng này được chia thành 2 lớp:

• Lớp ion ít hoạt động: là lớp phí trong được hút chặt bởi tầng io tạo điện thế, chịu

sưc hút tĩnh điện gần nhân keo nên ít di động.

•



Lớp khuyếch tán: phía ngoài, gồm những ion cách xa nhân keo nên dễ bị di chuyển

ra ngoài dung dịch. Những ion cùng dấu ở ngoài dung dịch có thể trao đổi vơi ion

ở lớp này



Điện tích vốn có của keo là lượng điện của tầng ion tạo điện thế. Ða số keo đất có lớp

ion quyết định thế mang điện âm. Ðiều cần lưu ý là trong đất những ion trên lớp điện bù có thể

trao đổi với những ion trong dung dịch tiếp xúc với nó nên gọi là "tầng ion trao đổi". Tổng số

cation trên tầng ion trao đổi tính bằng số ly đương lượng gam (meq) trong 100 gam đất khô gọi là

dung tích hấp phụ của đất.

Keo đất giữ vai trò rất quan trọng vì chúng quyết định nhiều tính chất cơ bản của đất về

mặt lý học, hoá hoc, đặc biệt là đặc tính hấp phụ của đất. Bởi vậy những lý luận về keo được vận

dụng rộng rãi trong lĩnh vực phân loại đất, cải tạo đất và bón phân cho đất.

39



3 Phân loại keo đất

3.1 Dựa vào tính mang điện

Theo tính mang điện của keo, có thể chia keo đất thành các loại: keo âm, keo dương và

keo lưỡng tính

+ Keo âm (asidoit)

Trên mặt nhân keo mang điện âm hay nói cách khác là lớp ion quyết định thế là những

anion. Các ion trên lớp điện bù là H+ hoặc các cation khác. Ký hiệu keo âm là X-H. Trong đất, keo

âm chiếm đa số. Thường gặp là axit silicic, axit humic, keo sét...Ví dụ cấu tạo keo axit silicic như

hình 1. Phân tử axit silicic trên bề mặt hạt nhân phân ly thành các ion:

H2SiO3 = 2H+ + SiO32Anion SiO32- được hấp phụ ngay trên bề mặt hạt nhân làm thành tầng ion quyết định thế.

+

H là ion bù phân phối ở tầng ion không di chuyển và khuếch tán

khuÕch t¸

n

d

g

i

ch

kh«n

uy

Ón

Ion

q.® thÕ h

iÖu

n

Io

Nh©n

SiO 2Ion



+

+



H+



3



SiO2 yH2O SiO32-



+



SiO32-



+



SiO32-



+



H

H+



H+



H+



+

+



H+



+



H+

H+



+



Hình 1: Sơ đồ cấu tạo keo âm (theo Gorbunov)

+ Keo dương (Basidoit)

Trên lớp ion quyết định thế hiệu là các cation, còn ở lớp điện bù là ion OH - và các anion

khác. Ký hiệu keo dương là X-OH. Các keo dương thường gặp trong đất là Fe(OH) 3, Al(OH)3

(trong môi trường axit). Cũng có thể là kaolinit do quá trình ion hoá tạo thành keo dương:

...O3SiO2(OH)Al2(OH)3 D [...O3SiO2(OH)Al2(OH)2]+ + OHVí dụ cấu tạo keo Fe(OH)3 (hình 2)

khuÕch t¸

n

kh«ng di chu

yÓ n

Ion

q.® thÕ h

iÖu

n

o

I

Nh©n

+

FeO+

Ion



-



FeO+



+



Fe(OH)3



+



-



-



+



FeO+

FeO+



+



ClClCl-



FeO+



-



Cl-



Cl-



Hình 5.3. Sơ đồ cấu tạo keo dương (theo Gorbunov)

Keo này tạo thành do sự thuỷ phân FeCl3

FeCl3 + 3H2O D Fe(OH)3 + 3HCl

40



Hạt nhân keo tạo nên do nhiều phân tử Fe(OH) 3. Những phân tử Fe(OH) 3 trên bề mặt hạt

nhân phản ứng với HCl tạo thành FeOCl:

Fe(OH)3 + HCl D FeOCl + H2O

FeOCl là chất điện giải nên ion hoá:

FeOCl D FeO+ + ClCation FeO + được hấp phụ ngay trên bề mặt hạt nhân làm thành lớp ion quyết định thế. Các

anion Cl- được phân bố ở tầng ion trao đổi.

+ Keo lưỡng tính (Ampholitoit)

Keo này mang điện âm hay dương phụ thuộc vào phản ứng của môi trường xung quanh.

Các ion trao đổi có thể là H+, OH- hoặc các ion khác. Ký hiệu keo này là X-O-H. Các keo lưỡng

tính trong đất thường gặp là Fe(OH) 3, Al(OH)3,... Ví dụ: đối với keo Fe(OH) 3, khi pH< 7,1 biểu

hiện keo dương, nhưng khi pH > 7,1 biểu hiện keo âm (keo này có điểm đẳng điện tại pH=7,1):

Fe(OH)3 + HCl → Fe(OH)2+ + Cl- +H2O (keo dương)

Fe(OH)3 + NaOH → Fe(OH)2O- + Na+ + H2O (keo âm)

Ðối với keo Al(OH) 3 khi pH < 8,1 biểu hiện keo dương, khi pH >8,1 là keo

âm (điểm đẳng điện của keo tại pH=8,1):

Al(OH)3 + HCl → Al(OH)2+ + Cl- + H2O (keo dương)

Al(OH)3 + NaOH → Al(OH)2O- + Na+ + H2O (keo âm)

3.2 Dựa vào thành phần hoá học

Dựa vào thành phần hoá học có thể chia keo đất thành các loại: keo hữu cơ, keo vô cơ và

keo hữu cơ-vô cơ

+ Keo hữu cơ

Keo hữu cơ tạo thành do sự biến hoá xác sinh vật trong đất. Nói chung lớp đất mặt chứa

nhiều keo hữu cơ hơn các lớp dưới. Các keo hữu cơ thường gặp là axit humic, axit fulvic, lignin,

protit, xellulo, nhựa và các hợp chất hữu cơ phức tạp khác. Những nguyên tố chủ yếu cấu tạo nên

keo hữu cơ là C, H, O, N, S, P và một lượng nhỏ Na, K, Ca, Mg, Fe, Al, Si... Ví dụ cấu tạo keo

axit humic (hình 3)

khuÕch t¸

Ion

n

kh«ng di chu

n

yÓ

o

I

n

t

®

q. hÕ h

iÖu

n

Io

Nh©n

COO-



+

+



H+

COO

R(COOH)n COO H+

OH CO

OH - O H+



+



-



O

CO



+



H+



+

+



H+



+



H+

H+



Hình 3: Sơ đồ cấu tạo keo axit humic (theo Gorbunov)

+ Keo vô cơ (keo khoáng)

Chủ yếu là keo nhôm silicat được hình thành do kết quả phá huỷ đá và khoáng vật tạo

thành. Thành phần hoá học của keo này gồm:

SiO2 = 40% - 60%

Al2O3 = 10% - 25%

41