1 Các dạng hấp phụ trong đẩt

Na2SO4 + CaCl2 → CaSO4↓ + 2NaCl,

Na2SO4 + Ca(HCO3)2 → CaSO4↓ + 2NaHCO3,

hoặc

NH4H2PO4 + 3Ca(HCO3)2 → Ca3(PO4)2↓ + 2NH3 + 6CO2 + 6H2O

Fe3+ + PO43- → FePO4↓

Al3+ + PO43- → AlPO4↓

Sự hấp phụ hoá học là nguyên nhân tích luỹ P và S trong đất, làm cho 2 nguyên tố này bị

"giữ chặt" trong đất.

6.1.5 Hấp phụ lý hoá học (hấp phụ trao đổi)

Hấp phụ lý hoá học là đặc tính của đất có thể trao đổi ion trong phức hệ hấp phụ với ion

của dung dịch đất tiếp xúc. Trong dung dịch đất, các axit vô cơ và muối của chúng phân ly thành

cation và anion. Khi dung dịch đất tác động với keo đất, keo đất không những chỉ hấp phụ các

phân tử (hấp phụ lý học) mà còn hấp phụ cả ion nữa. Nếu lấy một ít đất đỏ (chua) tác động với

dung dịch NH4Cl rồi lọc ta sẽ phát hiện trong dịch lọc chứa nhiều H+ còn NH4+ thì giảm. Quá trình

trao đổi ion này có thể biểu thị bằng phản ứng sau:

[ KÐ]H+ + NH4Cl ⇄ [KÐ]NH4+ + HCl

Từ đó ta thấy thực chất của hấp phụ lý hoá học là sự trao đổi ion trên keo đất với ion trong

dung dịch quanh keo. Hiện tượng này xảy ra khi thay đổi độ ẩm, khi bón phân, khi nước ngầm

dâng lên, khi tưới nước cho đất, nghĩa là khi có sự chênh lệch nồng độ của phản ứng thuận

nghịch. Trong đất có keo âm và keo dương nên đất có khả năng hấp phụ cả cation và anion nhưng

hấp phụ cation là chủ yếu vì phần lớn keo đất là keo âm. Hấp phụ trao đổi ion có ảnh hưởng rất

lớn tới độ phì nhiêu đất, các tính chất vật lý, hoá học đất cũng như dinh dưỡng cây trồng.

6.2 Hiện tượng hấp phụ trao đổi (hấp phụ lí-hóa học)cation.

Thường keo đất mang điện tích âm( -),để trung hoà lượng điện tích đó, một lượng dư thừa

cation (mang điện tích +) buộc phải hiện diện chung quanh bề mặt keo đất hay nói cách khác là

những cation này bị keo đất hút. Một số keo đất khác mang điện tích dương và có khả năng hút

các anion (mang điện tích -).

Keo âm chiếm đa số trong đất nên tác dụng hấp phụ cation là chủ yếu. Ví dụ khi bón đạm

sunphat thì NH4+ được hấp phụ theo phản ứng sau:

[KÐ]Ca2+ + (NH4)2SO4 ⇄ [KÐ]2NH4+ + CaSO4

Như vậy, giữa các ion trong dung tích đất và các ion bị hấp phụ trên bề mặt keo đất có một

thế cân bằng. Rễ cây trồng muốn lấy các cation cần thiết phải phóng thích ra ion H+ để đổi lấy

cation trên bề mặt keo đất. Trong các trường hợp như trời mưa, bón phân vào đất… làm cho thành

phần và nồng độ cation trong dung dịch đất thay đổi thì thế cân bằng này sẽ bị phá vỡ, các cation

trên bề mặt keo đất sẽ hoán chuyễn với các cation trong dung dịch đất. Đây là hiện tượng trao đổi

cation.

Nhờ có hiện tượng hấp phụ ion mà đất giữ được các dưỡng chất tránh được hiện tượng

mất dưỡng chất do rữa trôi hoặc trực dị. Ngoài ra, các ion được thải ra cũng được đất giữ lại

không thải vào nước ngầm. Tuy nhiên việc hấp phụ quá nhiều cation vào keo đất sẽ ảnh hưởng bất

lợi đến sự tồn tại của vi sinh vật đất.

Một phần nhỏ cation hấp phụ như K+, NH4+, Ca2+, Mg2+ có thể không trao đổi được, nghĩa

là không bị cation của dung dịch muối đẩy ra ngoài. Nguyên nhân của hiện tượng này có thể khác

nhau. Nhiều thí nghiệm cho thấy K+ mất khả năng trao đổi do keo đất quá già và phần nào đã kết

tinh. K+ đã tham gia cấu tạo lưới tinh thể do đó không trao đổi được nữa, hoặc có thể do cation đi

vào khe hở giữa các lớp tinh thể khoáng vật như montmorilonit, baydelit, sau đó đất khô đi hay bị

bao bọc xung quanh bởi các hạt keo khác nhau như Fe(OH) 3, Al(OH)3 hoặc các chất hữu cơ nên

cation đó mất khả năng trao đổi. Nguyên nhân rõ nhất và phổ biến nhất là do các cation đã liên kết

49



hoá học để tạo thành các hợp chất không tan. Sự hấp thụ cation do vi sinh vật cũng là nguyên

nhân làm cho cation mất khả năng trao đổi.

6.3 Các quy luật hấp phụ

+ Sự hấp phụ cation tuân theo quan hệ đương lượng: 1 đương lượng gam cation này trao

đổi với một đương lượng gam cation khác.

Ví dụ trong phản ứng:

[KÐ]Ca2+ + 2 NaCl ⇄ [KÐ]2Na+ + CaCl2

thì 1 đương lượng gam Ca (20 g) trao đổi với 1 đương lượng gam Na (23 g). Do trao đổi bằng

3.1000

đương lượng (meq) cho nên nếu có 3% Ca thì phải tính

= 150 meq, muốn trao đổi Na

20

150.23

cũng cần có

= 3,45% Na mới trao đổi với 3% Ca được.

1000

+ Trao đổi cation có thể tiến hành theo chiều thuận và nghịch phụ thuộc nồng độ và đặc

tính cation trong dung dịch đất.

+ Trao đổi xảy ra rất nhanh: các phản ứng trao đổi cation trong đất tiến hành rất nhanh, có

khi chỉ sau 5 phút đã thực hiện xong. Ðiểm này có ý nghĩa thực tiễn khi bón phân chứa cation và

bón vôi khử chua. Cần chú ý là phải tạo điều kiện cho tiếp xúc đều giữa cation với đất bằng cách

bừa kỹ, sục bùn để trộn đều, hoặc bón phân kết hợp với vun gốc cho cây.

+ Trao đổi cation phụ thuộc hoá trị, độ lớn và mức độ thuỷ hoá của cation:

Hoá trị của cation càng cao, khả năng trao đổi càng mạnh, nghĩa là khả năng trao đổi của

cation hoá trị III > cation hoá trị II > cation hoá trị I.

Nếu cùng hoá trị thì cation nào có bán kính lớn (tức bán kính thuỷ hoá bé) thì trao đổi

mạnh hơn. Trừ H+ do có màng thuỷ hoá rất mỏng nên khả năng trao đổi của H + không những vượt

các cation hoá trị I mà còn vượt cả cation hoá trị II .

+ Khả năng trao đổi phụ thuộc nồng độ ion trong dung dịch. Nói chung, nồng độ ion trong

dung dịch đất càng cao thì phản ứng trao đổi càng mạnh.

6.4 Dung tích trao đổi cation( Cation exchange capacity – CEC)

Dung tích trao đổi cation của đất (dung tích hấp phụ) là tổng số cation hấp phụ (kể cả

cation kiềm và không kiềm) trong 100 gam đất, tính bằng ly đương lượng gam, ký hiệu bằng chữ

CEC (cation exchange capacity).

Dung tích trao đổi cation được xác định bằng cách phân tích trực tiếp hoặc tính theo công

thức:

CEC = S + H.

Trong đó: S là tổng số cation kiềm, kiềm thổ hấp phụ (chủ yếu là Ca2+, Mg2+, K+ và Na+)

H là tổng số ion H+ và Al3+ hấp phụ (độ chua thuỷ phân). Tất cả đều tính bằng

đơn vị lđl/100 g đất.

Cách tính milliequivalent cho 100g đất như sau

1 meq của H+ = 0,001 x 1/1 = 0,001 g hay 1 mg

Ca++ = 0,001 x 40 / 2 = 0,020 g hay 20 mg

Mg++ = 0,001 x 24 / 2 = 0,012 g hay 12 mg

Dung tích trao đổi cation của đất phụ thuộc thành phần keo, thành phần cơ giới đất, tỷ lệ

SiO2/R2O3 và pH.

- Thành phần keo khác nhau thì CEC của đất khác nhau:

Bảng 1: Dung tích hấp phụ của một số loại keo đất

Loại keo

CEC (lđl/100 g)

Fe(OH)3 và Al(OH)3

Rất bé

50



Kaolinit

Montmorilonit

Illit

Axit humic



5 - 15

80 - 150

20 - 40

350



Như vậy, đất càng nhiều mùn và nhiều montmorilonit thì CEC càng lớn.

Bảng 2: Các cấp hạt khác nhau và CEC của đất

Cấp hạt (mm)

CEC (lđl/100 g đất)

0,25 - 0,005

0,3

0,005 - 0,001

15,0

0,001 - 0,0025

37,2

< 0,0025

69,9

- Tỷ lệ SiO2/R2O3 càng lớn thì CEC càng lớn:

Bảng 3: Quan hệ giữa tỷ lệ SiO2/R2O3 và CEC của đất

Tỷ lệ SiO2/R2O3

CEC (lđl/100 g đất)

3,18

70,0

2,68

42,6

1,98

21,5

1,40

7,7

0,42

2,1



1



- pH đất tăng lên thì CEC tăng lên:

Bảng 4: Ảnh hưởng của pH đến CEC của một số keo sét

Keo

Kaolinit

Montmorilonit

pH

2,5 - 6,0

7,0

2,5 - 6,0

7,0

CEC (lđl/100 g đất) 4

10

95

100

Bảng 5: CEC của một số loại đất Việt Nam

Loại đất

CEC (lđl/100 g đất)

Ðất đỏ nâu phát triển trên đá bazan

8 - 10

Ðất đỏ vàng phát triển trên đá phiến sét

7-8

Ðất đỏ phát triển trên đá vôi

6-8

Ðất đỏ vàng phát triển trên đá liparit (riolit) 4 - 6

Ðất macgalit - feralit

30 - 40

Ðất phèn

10 - 12

Ðất bạc màu

4-6

Ðất phù sa sông Hồng

10 - 15

Một loại đất giàu sét và chất hữu cơ sẽ có CEC cao hay nói cách khác là đất giàu dinh

dưỡng, có độ phì tiềm năng cao. Nguyên nhân là do các loại đất giàu sét và chất hữu cơ, nhiều hạt

keo sét có diện tích bề mặt lớn nên khả năng hấp phụ các cation lớn hơn đất khác.

Trong số các cation, ion H+ được đặc biệt chú ý vì đó là nguồn gốc gây cho đất chua ( làm

pH giảm). Ion H+ trong đất được tạo thành từ các nguồn sau đây.

• Do cây hút chất dinh dưỡng từ đất. Trong đó chủ yếm là các cation kiềm và kiềm

thổ như K+ , NH4+ , Ca2+, Mg2+ đồng thời trao đổi và thải vào đất một lượng H + tương ứng gây

chua đất.

2 • Sự phân giải các acid hữu cơ trong điều kiện yếm khí tạo ra các sản phẩm trung gian như

H2S, tích luỹ một lượng H+ đáng kể gây chua cho đất

3 • Do bón các loại phân chua và sinh lý chua. Các loại phân sinh lý chua như K2SO4, KCl,

NH4Cl, (NH4)2SO4, trong thành phần có chứa các gốc axit khi bón vào đất chúng phân ly

51



trong dung dịch. Cation kiềm được cây hút hay keo đất hấp thu. Gốc acid còn lại sẽ gây

chua cho đất.

6.5 Độ no bazơ của đất

Nói chung CEC có giá trị càng cao thì đất càng tốt vì chứa nhiều keo. Tuy nhiên dung tích

trao đổi cation chỉ nói lên khả năng trao đổi cation mà chưa nói lên thành phần cation hấp phụ.

Thực tế một số đất tuy có CEC lớn nhưng do nhiều H + nên đất chua. Vì thế, cần có CEC lớn

nhưng tỷ lệ cation bazơ (bao gồm cả các cation kiềm và kiềm thổ) cũng lớn đất mới tốt. Bởi vậy

người ta còn dùng chỉ tiêu "độ no bazơ" để đánh giá độ phì nhiêu đất.

Ðộ no bazơ của đất là tỷ lệ phần trăm các cation kiềm, kiềm thổ chiếm trong tổng số

cation hấp phụ, ký hiệu là BS (Base saturation), đơn vị % và được tính theo công thức:

BS (%) = (S x 100)/CEC = (S x 100)/(S + H)

trong đó, S: tổng số cation bazơ trao đổi, H: độ chua thuỷ phân, CEC: dung tích trao đổi cation

của đất, cả ba đại lượng này đều tính bằng lđl/100g đất. BS có giá trị càng lớn thì đất càng bão

hoà bazơ. Người ta đánh giá như sau:

BS < 50%

:

BS = 50 - 75%:

BS > 75%

:



đất đói bazơ

đất có độ no bazơ trung bình

đất no bazơ



Ở nước ta, phần lớn đất đồi núi và một số đất phù sa chua do bị rửa trôi các chất kiềm,

kiềm thổ mạnh nên thường có BS < 50%. Vì vậy việc bón vôi kết hợp với bón phân cho những

đất này là cần thiết.

6.6 Ý nghĩa của keo đất và khả năng hấp phụ

- Nơi lưu giữ và tích lũy chất dinh dưỡng cho cây ( vì nó giữ lại cation trên bề mặt keo

đất)

- Điều hòa nồng độ cac chất dinh dưỡng cho cây: được giữ lại trên bề mặt nhưng ở trạng

thái cân bằng với nồng độ bên ngoài, khi có biền đổi nồng độ thì có sự trao đổi ion.

- Sự có mặt một số nguyên tố ở nồng độ cao sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của đất.

Vì vậy, muốn bảo vệ, nâng cao độ phì cho đẩt cần có biện pháp duy trì, tăng cường, thay

đổi thành phần số lượng keo bằng cách:

+ Điều chỉnh thành phần keo đất. VD: Đát cát có ít keo vô cơ và hữu cơ  khả nang hấp

phụ kém do đó cần tăng cường keo vô cơ bằng cách bón đất sét, đất phù sa, tăng keo hữu cơ bằng

cách bón nhiều phân hữu cơ.

+ Điều chỉnh thành phần ion



II. Dung dịch đất

1 Khái niệm về dung dịch đất

Nước mưa trước khi nhập vào đất đã chứa một lượng nhỏ các chất hoà tan và các khí như

O2, CO2, N2, NH3. Như vậy nước mưa không tinh khiết, thực ra nó là một dung dịch. Khi thấm

vào đất, nước mưa tiếp tục hoà tan thêm một số chất nữa trong thể rắn của đất và tạo thành dung

dịch đất.

Dung dịch đất có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành đất và độ phì nhiêu của đất.

Dung dịch đất là bộ phận linh hoạt nhất. Nó tham gia trực tiếp vào quá trình hình thành đất, vào

các phản ứng lý, hoá, sinh học, vào sự trao đổi chất dinh dưỡng của cây. Vì thế dung dịch đất sẽ

quyết định các phản ứng xảy ra trong đất như: phản ứng chua, phản ứng kiềm, phản ứng đệm,

phản ứng ôxy hoá khử của đất.

Phản ứng của đất còn gọi là phản ứng của dung dịch đất. Phản ứng của dung dịch đất chính

là các quá trình hoá học hay lý - hoá học diễn ra trong đất.

Trong thổ nhưỡng học phản ứng của đất gồm có: phản ứng chua, phản ứng kiềm, phản ứng

đệm và phản ứng oxy hoá khử. Các phản ứng này ảnh hưởng rất lớn đến thành phần, tính chất và

52



độ phì nhiêu của đất. Nghiên cứu về dung dịch đất và phản ứng của nó luôn là nội dung không thể

thiếu của thổ nhưỡng học.

Ý nghĩa của dung dịch đất:

-



Các chất hoà tan trong dung dịch đất chính là nguồn cung cấp dinh dưỡng dễ tiêu cho



cây.

- Nồng độ của dung dịch đất ảnh hưởng đến khả năng hút nước của cây. Nếu đất bị mặn

hay do bón nhiều phân hoá học thì áp suất thẩm thấu của dung dịch đất tăng lên, cản trở sự hút

nước của cây dù trong đất còn một lượng nước tương đối cao. Ðây còn gọi là hiện tượng héo sinh

lý.

- Phản ứng của dung dịch đất ảnh hưởng đến sự hoạt động của hệ vi sinh vật đất, đến tính

chất lý - hoá học của đất và thức ăn nuôi cây. Ví dụ như sự hoà tan của lân phụ thuộc vào pH.

- Trong dung dịch đất có một số muối và các chất hoà tan khác. Anion và cation trong

dung dịch đất làm cho đất có tính đệm, có thể giữ cho độ pH của đất ít thay đổi

- Dung dịch đất có chứa một số chất hoà tan có thể làm tăng cường quá trình phong hoá

đá để hình thành đất. Thí dụ: NH 3, NO2, CO2 từ khí quyển khi tan trong nước làm sự phá huỷ đá

vôi theo con đường hoà tan được tăng cường. Ðộ hoà tan của đá vôi trong nước bão hoà CO 2 lớn

hơn trong nước tinh khiết 70 lần. Quá trình phá huỷ đá vôi với sự tham gia của CO 2 hoà tan trong

nước xảy ra theo phương trình sau:

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2



2. Thành phần và nồng độ của dung dịch đất

Thành phần và nồng độ của dung dịch đất rất phức tạp và luôn thay đổi. Nồng độ của dung

dịch đất không lớn và thường không vượt quá vài gam các chất trong 1 lít dung dịch. Riêng

trường hợp đất mặn và đất phèn hàm lượng các chất hoà tan trong dung dịch đất có thể đạt tới

hàng chục thậm chí hàng trăm gam trong 1 lít.

Về thành phần, dung dịch đất chứa các chất vô cơ, hữu cơ, hữu cơ - vô cơ. Những chất này

tồn tại trong dung dịch đất ở dạng phân tử hoà tan hay ở dạng keo (ở trạng thái sol).

+ Các chất vô cơ trong dung dịch có:

- Các cation: Ca2+, Mg2+, NH4+, Na+, K+, H+. Trong đất chua còn có cả Al3+ và Fe3+. Trong

đất lầy có Fe2+

- Các anion: HCO3-, CO32-, NO3-, NO2-, SO42-, Cl-, H2PO4-, HPO42-...,

+ Những chất hữu cơ: các sản phẩm của quá trình phân giải chất hữu cơ, các sản phẩm của

hoạt động sống của sinh vật (axit hữu cơ, axit amin, đường, rượu, men, chất chát...) và cả các chất

mùn.

+ Những chất hữu cơ - vô cơ trong dung dịch chủ yếu gồm những hợp chất phức tạp của

các chất hữu cơ có tính axit (các axit mùn, poliphenol, axit hữu cơ phân tử thấp) với cation của sắt

và nhôm.

+ Các chất khí hoà tan như CO2, O2, N2, NH3 v.v.

+ Trong dung dịch ngoài các chất hoà tan còn có các chất không hoà tan thường là những

phần tử keo hữu cơ, hữu cơ - vô cơ, keo sét, keo silic, hiđrôxit sắt và nhôm. Theo K.K. Gedroi

hàm lượng keo trong dung dịch đất chiếm từ 1/4 đến 1/10 hoặc ít hơn tổng lượng keo của đất

Thành phần và số lượng các chất hoà tan trong dung dịch đất không cố định nhưng cũng

có thể dùng để phân biệt loại đất này với loại đất khác ở mức độ nhất định.

Thành phần và số lượng các chất hoà tan trong dung dịch đất luôn được bổ sung từ các

nguồn sau:

- Do bón phân hữu cơ và vô cơ vào đất

- Do nước mưa hoặc nước ngầm mang tới

- Do quá trình trao đổi ion giữa keo đất và dung dịch đất

53



- Do các sản phẩm của quá trình phong hoá đá và quá trình phân giải các chất hữu

cơ.

Thành phần và nồng độ dung dịch đất phụ thuộc vào thời tiết, khí hậu, hàm lượng nước

trong đất, sự hoạt động của sinh vật, phản ứng của đất, thành phần đá mẹ, nước ngầm và chế độ

canh tác.



3. Độ chua của đất (pH đất)

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

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

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

đất.

pH = - log [ H+ ]

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

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

log 1/10-7 =7.

Trong đất nếu pH= 7, đó là đất trung tính; khi pH >7 đất có tính kiềm; pH < 7 đất có tính

acid.

Vì do giá trị pH dựa trên thang logarithm nên pH = 4 sẽ chua hơn 10 lần so với pH = 5

( hay nồng độ ion H+ lớn hơn 10 lần.



Hình 5. Khoảng pH thích hợp với cây trồng.

Đa số các loại đất có ý nghĩa quan trong đến sản xuất nông nghiệp có giá trị pH trong

khoảng từ 5 – 9. Đất ở các vùng có lượng mưa cao và pha rừng mạnh nói chung đều chua do các

cation như Ca2+, Mg2+… đã bị rửa trôi và có sự tập trung ion H+ trong các keo sét. pH của đất

không phải là một giá trị cố định, nó có thể thay đổi theo thời gian.

3.1 Các loại độ chua của đất

Phản ứng chua của đất được biểu thị bằng các loại độ chua. Những ion H + trong đất có thể tồn

tại trong dung dịch hoặc bị hấp thu trên bề mặt hạt keo. Trường hợp thứ nhất sinh ra "độ chua hoạt

tính" có ảnh hưởng trực tiếp tới cây và vi sinh vật. Trường hợp thứ hai gây nên "độ chua tiềm

tàng" của đất vì H+ (và Al3+) chỉ làm tăng độ chua dung dịch và ảnh hưởng đến sinh vật khi bị đẩy

vào dung dịch đất bởi các cation khác. Hai loại độ chua này hợp thành tổng số độ chua của đất.

3.1.1 Ðộ chua hoạt tính

Ðộ chua hoạt tính do các ion H+ có trong dung dịch đất tạo nên, nồng độ ion H + càng cao thì

đất càng chua.

Ðể xác định độ chua này ta chiết rút các ion H + bằng nước cất rồi xác định nồng độ ion H +

bằng pH meter. Ðộ chua hoạt tính được biểu thị bằng pHH2O.

Thông thường pHH2O của đất biến thiên từ 3-9 và được đánh giá như sau:

pHH2O

Mức đánh giá

< 4,5

Ðất rất chua

4,5-5,5

Ðất chua

54