Giáo trình Khoa học đất - Chương 5, Bài 2: Các dạng nước trong đất

Chương 5 bài 2- Các dạng nước trong đất Source: Dept of Agriculture Bulletin 462, 1960 Nước di chuyển trong đất Theo anh/chị nước di chuyển thế nào trong hình sau Nước Tầng A – đất khô • Nước di chuyển ngang và thẳng đứng cùng tốc độ. Do lực liên kết và hấp phụ. • Sự di chuyển trên đất bào hòa nước? – Chủ yếu di chuyển thẳng đứng, do trọng lực. Nước Sự di chuyển của nước Nước Thịt cát • Ranh giới nước sẽ không di chuyển vào đất cát cho đến khi đất thịt bảo hòa Nước Thịt cát t 1 t 2 t3 t4 Sự di chuyển của nước • Ranh giới nước sẽ di chuyển vào đất sét ngay khi tiếp xúc với đất sét, nhưng di chuyển chậm. Nước Thịt sét Hàm lượng nước được giữ trong đất, phụ thuộc • Sa cấu đất • Cấu trúc đất • Độ dày tầng đất thực • Có/không có tầng đất bị nén chặt • Hàm lượng chất hữu cơ trong tầng đất mặt Chế độ mưa, cường độ mưa• lượng mưa Cấu trúc viên giữ nhiều nước Càng dày giữ nướccàng nhiều Đất sét giữ nhiều nước OM cao, nước hữu dụng càng cao Nếu có nước chảy tràn Các yếu tố làm tăng cường khả năng giữ nước của đất • độ dày lớp đất thực • phạm vi phát triển của rễ cây •Tỉ lệ lớn nước hữu dụng 1. ảnh hưởng của sa cấu đến khả năng giữ nước của đất Đất sét Đất cát Các đơn vị (hút/lực giữ nước): 1 bar = 100cbar= 1.01971 x 105 Pa= 0.9869 atm= 106 dynes/cm2= 14.5 psi= 1019.753 cm H2O L ự c h ú t Hàmlượng nước 2. ảnh hưởng của cấu trúc đến khả năng giữ nước của đất Đất bị nén chặt Đất có cấu trúc tốt L ự c h ú t Hàm lượng nước Xác định nước trong đất (độ ẩm đất) 1. Độ ẩm tính theo trọng lượng đất: đơn giản, rẻ tiền: (trọng lượng đất ẩm. – trọng lượng đất khô)/ trọng lượng đất khô. (g nước/g đất khô 2. Độ ẩm tính theo thể tích đất: (trọng lượng đất ẩm. – trọng lượng đất khô)/ thể tích đất khô. (gnước/cm3 đất khô). Độ ẩm thể tích cho phép chúng ta chuyển đổi thành lượng nước tưới hay tiêu. 1. Độ ẩm trọng lượng: trọng lượng nước chứa trong 1 đơn vị trọng lượng đất khô • ĐƯỢC DIỄN TẢ BẰNG % • VÍ DỤ: TRỌNG LƯỢNG ĐẤT ẨM= 150g, khi sấy khô = 102g: θw = [(150-102)/102]*100 = 47% hay [(150-102)/102] = 0.47 • nước tính trên TRỌNG LƯỢNG ĐẤT SẤY KHÔ: θw = 100*((P ĐẤT ẨM – P ĐẤT KHÔ) / PĐẤT KHÔ) 2. ẩm độ tính theo thể tích lượng nước chứa trong 1 đơn vị thể tích đất. Ví dụ: Nếu ẩm độ trọng lượng= 47% và Db = 1.3 g/cm 3, θw =0.47 * 1.3 = 0.61g H2O/cm 3 đất (hay 61%) Tính chiều cao lớp nước trong tầng đất 30cm? = 0.61x 30cm= 183mm ẩm độ thể tích (θv )=ẩmđộ trọng lượng (θw )* dung trọng (Db) % tổng thể tích đất – độ ẩm bảo hòa, v = độ rổng Y (cbar)  (%) 0 -10 -100 -103 -104 -105 0 10 20 30 40 50 60 3.Đường cong đặc trưng nước trong đất Đơn vị lực hút: 1 bar 100cbar 1.01971 x 105 Pa 0.9869 atm 106 dynes/cm2 14.5 psi 1019.753 cm H2O ẩm độ thể trích T hế n ăn g 4. Các phương pháp xác định ẩm độ đất • Trọng lượng – • Thể tích – cần số liệu: ẩm độ trọng lượng & dung trọng • Đầu sứ (đo ngòai đồng) – Cân, sấy khô, cân lại Ño ñoä daãn khi ñaàu söù haáp thu nöôùc Xác định ẩm độ đất phươngpháp Ưu điểm Khuyết điểm Trọng lượng Đơn giản, rẻ Hộp đầu sứ Đo liên tục Hủy mẫu, tốn thời gian Độ chính xác thấp Y (cbar)  (%) -1 -10 -100 -103 -104 -105 0 10 20 30 40 50 60 ẩm độ đất - đường cong đặc trưng của nước -15 bar -0.01 -0.1 -1 -10 -100 -1000 -10 -100 -1000 -104 -105 -106 Y (cm) -490 bar Y (bar) WP4 Potentiameter Đất A Đất B Đất C Đất D POROUS CERAMIC CUP CAP ACRYLIC TUBE PRESSURE GAUGE Tensiometer Do áp lực nước trong đất Nắp Đồng hồ đo áplực Y (cbar)  (%) 0 -10 -100 -103 -104 -105 0 10 20 30 40 50 60 6. Sử dụng đường cong đặc trưng của nước & tensiometer ẩm độ thể tích su ct io n L ự c h ú t ***Cần nhớ • ẩm độ bảo hòa: 100% tế khổng đầy nước (0 bar) • ẩm độ đồng ruộng: khi nước trong các đại tế khổng được tiêu đi (2-4 ngày sau khi bảo hàa- mưa lớn, tưới đẩm) (-0.3bars) • Điểm héo: nước vẫn còn, nhưng được đất giữ rất chặt, rễ cây không thể hút được.(-15bars) 3. ẩm độ đồng ruộng: ẩm độ thích hợp Nước trong vi tế khổng, không khí trong đại tế khổng Nước trong đại tế khổng ẩm đ ộ th ể tí ch ẩm độ đồng ruộng Số ngày sau mưa lớn Định lượng hóa ẩm độ định tính 8. Nước hữu dụng Đ ộ ẩ m t h ể tí ch ( % ) Độ ẩm đồng ruộng Nước hữu dụng Hệ số héo cây Nước không hữu dụng cát Thịt pha cát thòt Thịt mịn Thịt pha sét sét a. Các dạng tiềm năng năng lượng • Trọng lực • Lực thẩm thấu • Lực hấp phụ (Matric) Chênh lệch nồng độ muối hòa tan – Đất khô hạn (đây là phương cách chính cây hút nước vào rễ)) Chênh lệch áp lực, lực chính nước di chuyển trong đất bảo hòa nước Lực mao dẫn, do lực hấp phụ nước trên bề mặt hạt rắn, lực chính nước di chuyển trong đất không bảo hòa nước b. Quan hệ giữa tiềm năng hấp phụ & % bảo hòa %bảo hòa = θv/%PS 0 kPa -3100 kPa 100% 0% -10 kPa -1500 kPa đađr hc % bảo hòa Tiềm năng/lực hấp phụ 14. Sự di chuyển của nước trong các tầng đất • Lớp cát trên lớp thịt: chảy nhanh qua lớp cát – Tại sao? Vi tế khổng của thịt hấp phụ nước, DÒNG CHẢY CHẬM LẠI . . . • lớp thịt trên lớp cát: dòng chảy bị chậm lại! – tại sao? ‘cát có lực hấp phụ rất yếu, không hút nước vào 18. ĐỘ SÂU THẤM: khi đất khô được tưới (mưa), nước sẽ thấmvào tầng mặt, đến khi đạt độ ẩm đồng ruộng và sau đó thừa nước (nước trọng lực) sẽ đi xuống theo trọng lực và làm ướt tầng bên dưới. Trong thời gian mưa, nước thấm vào phẩu diện đất Quan hệ giữa sa cấu, dung trọng, độ rổng và độ dẫn truyèn bảo hòa (Ksat) của đất Theo Hanks & Ashcroft, 1980 1.55 42 1.22 55 1.05 60 Lọai sa cấu Dung trọng (g/cm³) Độ rổng (%) Độ dẫn truyền (Ksat) cát 7.2 - 1.2 cm/min Thịt 1 - .006 mm/h Sét 0.02 - 9 x 10-4 mm/24hr nhanh! Trung bình Chậ Tóm tắt: sự di chuyển của nước trong đất • Nước di chuyển từ nơi có tiềm năng năng lượng cao đến nơi có tiềm năng năng lượng thấp (hay từ nơi có màng nước dày đến nơi có màng mỏng) • Nước trong đất bảo hòa được tiêu bằng trọng lực, dòng chảy không bảo hòa do lực hấp phụ • Đại tế khổng tiêu nước trước và là các tế khổng chứa không khí khi đất có ẩm độ đồng ruộng • Đất có sa cấu càng mịn, độ dẫn càng thấp • Độ khúc khủy càng cao, tốc độ dòng chảy càng thấp Tốc độ thấm ban đầu • Tốc độ nước thấm vào mặt đất (khỏang cách/thời gian: vd. cm/phút) • Trong đất khô; (tốc độ giảm dần → hằng số) tốc độ thấm ban đầu nhanh ban đầu (lực matric (hấp phụ ) chiếm ưu thế) sau đó chậm dần đến khi đất bảo hòa nước (Ks) (trọng lực chiếm ưu thế). • Trong đất bảo hòa; (tốc độ không đổi) tốc độ thấm ban đầu là tốc độ dòng chảy bảo hòa (Ks) (trọng lực chiếm ưu thế). ảnh hưởng của thảm thực vật và sa cấu đến tốc độ thấm ban đầu Sa cấu Có thảm phủ (mm/giờ) Đất trơ trọc (mm/giờ) Cát pha thịt 50 25 Thịt 25 13 Thịt pha sét 5 3 Tốc độ thấm ban đầu • Tốc độ nước bắt đầu thấm vào đất. Chịu ảnh hưởng bởi: – Sa cấu lớp đất mặt, dung trọng, hàm lượng O.M. – Cấu trúc lớp đất bên dưới (cấu trúc tốt- khả năng thấm cao) – Độ ẩm ban đầu của đất (cao nhất khi đất vừa đủ ẩm) Tốc độ thấm ban đầu • Sự hiện diện của tầng rác/lá mục (khả năng giữ nước cao, tiêu năng lương va đập của hạt mưa) • Kiểu tán lá (tiêu năng) • Sự hiện diện của các hòn đá, cuội (tăng cường sự hình thành các đường nứt –- • Vi địa hình (làm chậm dòng chảy tràn trên mặt đất) Tốc độ thấm ban đầu gia tăng khi hệ thống các tế khổng thông nhau • Khi các tế khổng thông nhau nước di chuyển nhanh, hóa chất ít bị biến đổi tính chất độc • Đất thường có cấu trúc khác nhau giữa các tầng phát sinh, đất đồng cỏ thường đồng nhất • đất càng thuần thục cấu trúc của các tầng phát sinh càng khác nhau Ví dụ Nghiệm thức Tốc độ thấm ban đầu (cm/giờ) Dung trọng (g/cm3) Độ bền của đòan lạp* (%) Đồng cỏ Trồng ngũ cốc liên tục, cày lật đất Trồng ngũ cốc liên tục, không cày đất 207 29 63 1.2 0.78 0.88 70 25 48 Chảy tràn : % vũ lượng Nghiệm thức % nước chảy tràn Đất trơ trọc, cày đất Trồng ngũ cốc, bỏ hóa, cày đất Trồng ngũ cốc, không cày đất 44.0 22.9 5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nước hữu dụng đối với cây trồng Mục tiêu • Nhận biết các yếu tố ảnh hưởng đến lượng nước trong đất hữu dụng đối với cây trồng Quá nhiều và quá ít • Thiếu nước: giới hạn nghiêm trọng sự sinh trưởng của cây trồng – Điểm héo cây: độ ẩm đất, cây trồng không thể hấp thu nước được • Thừa nước – Nước đuổi hết không khí ra khỏi các tế khổng – Thiếu dinh dưỡng và tăng nguồn bệnh Kiểm soát nước hữu dụng • Có bao nhiêu nước trong đất • Mức độ giữ chặt của nước trong đất như thế nào • Hàm lượng chất hữu cơ trong đất Tác động của hàm lượng chất hữu cơ và khả năng giữ nước của đất Đ ộ ẩm t h ể tí ch Hàm lượng chất hữu cơ Độ ẩm đồng ruộng Điểm héo Độ ẩm thể tích và nước hữu dụng Đất Thể tích % Độ ẩm đồng ruộng (-10 kPa) thể tích % (v) Điểm héo (-1500 kPa) Nước hữu dụng Thịt pha cát Thịt Sét 12 30 35 3 10 18 9 20 17 (cột1-cột 2) Ghi chú • Nước không hữu dụng tăng gần tuyến tính khi sa cấu càng mịn • nước hữu dụng tăng theo đường cong từ sa cấu cát → sét • Đất thịt, thịt pha sét có khả năng giữ nước hữu dụng cao hơn đất sét Ghi chú • Đất sét có khả năng giữ nước cao hơn đất cát • Nước trong đất có sa cấu thô rễ cây dễ hấp thu hơn nước trong đất sét • Phần lớn nước trong dất sét không hữu dụng đối với cây trồng, phần lớn nước trong dất cát là nước hữu dụng Tóm tắt • 1) kích thước tế khổng là đặc tính quan trọng ảnh hưởng đến sự di chuyển của nước trong đất. Đại tế khổng trong đất cát nước di chuyển nhanh hơn vi tế khổng trong đất sét. • 2) Hai lực ảnh huởng đến sự di chuyển của nước trong đất là trọng lực và mao dẫn. Lực mao dẫn trong vi tế khổng lớn hơn trong đại tế khổng. • 3) trọng lực và mao dẫn tác động cùng lúc trong đất. Mao dẫn tác động liên quan đến lực liên kết và hấp phụ. Hấp phụ: giữ các phân tử nước trên các bề mặt hạt rắn; liên kết: giữ các phân tử nước với nhau. Trọng lực sẽ kéo nước di chuyển xuống sâu khi lực mao dẫn không giữ được nước. Do đó trọng lực sẽ ảnh hưởng khi đất bảo hòa nước. • 4) Đất cát chứa nhiều đại tế khổng hơn đất cát, nhưng tổng độ rổng thấp hơn. • 5) Trên 1 đơn vị thể tích đất: đất cát chứa ít nước hơn đất sét • 6) Các yếu tố ảnh hưởng đến sự di chuyển của nước trong đất bao gồm: sa cấu, cấu trúc, chất hữu cơ và dung trọng. Bất cứ điều kiện nào ảnh hưởng đến kích thước và dạng tế khổng đều ảnh hưởng đến sự di chuyển của nước trong đất. • 7) Ví dụ: nén chặt, làm đất, phân hủy rễ cây, hố đào của giun đất. • 8) tốc độ và hướng di chuyển của nước trong đất chịu ảnh hưởng của các tầng đất khác nahu. Thay đổi đột ngột về kích thước tế khổng từ tầng này sang tầng khác ảnh hưởng đến sự di chuyển của nước. Khi tầng đất mịn nằm trên tầng đất thô, nước sẽ ngừng di chuyển sâu vào tầng đất thô nơi ranh giới đến khi tầng đất mịn bảo hòa . • 9) Khi tầng đất thô nằm trên tầng đất mịn,tốc độ di chuyển của nước trong tầng đất thô nhanh hơn tầng đất mịn nên nước sẽ tích tụ ngay trên mặt tầng đất mịn khi nước tếip xúc với tầng này. Hình thành tầng nước ngầm treo. Tính ẩm độ đất • ẩm độ tính theo trọng lượng đất – Trọng lượng nước trong 1 đơn vị trọng lượng đất khô (kg nước/ kg đất khô). • θw = % trọng lượng nước, hay • θw = gr nước ÷ gr đất khô θw = (P đất ẩm – P đất khô) X 100 P đất khô • ẩm độ thể tích – Thể tích nước trong 1 đơn vị thể tích đất khô (m3 nước/ m3 đất) – θ v = ml H20 ÷ cc đất • θ v = % thể tích • θ v = θ w X BD Tính ẩm độ • 10mm nước trong độ sâu 1m đất .. • Chiều cao lớp H2O = θv x (độ sâu lớp đất) hay .. • Độ sâu lớp đất ẩm = (chiều cao lớp nước) ÷ θ v Xác định khả năng giữ nước hữu dụng của đất (AWC) AWC = FC-WP • Độ sâu của rễ a) lọai cây, b) giai đoạn sinh trưởng • Tầng nén chặt (tầng giới hạn sự phát triển của rễ) • Thấm ban đầu và chảy tràn (thấm càng lớn, khả năng giữ càng cao ) • Hàm lượng hạt có kích thước to>2mm • Sa cấu – kích thước tế khổng & độ rỗng đất thịt mịn có AWC cao nhất, kế tiếp là thịt trung bình, thịt pha sét Xác định ẩm độ đất • Wt. của cylinder + đất sấy khô = 340g, wt.cylinder=100g • wt. cylinder + đất tại ẩm độ đồng ruộng =450g • wt cylinder + đất tại điểm héo = 400g • Wt cylinder + đất ngày 1 tháng 5 = 420g • Thể tích cylinder = 200 cc • BD = 240/200 = 1.2 g/cc • % nước theo trọng lượng tại FC = (450-340)/240x100 = 45.8% • % nước theo thể tích tại FC = (450-340)/200 x100 = 55% • Và % nước theo trọng lượng X BD = % nước theo thể tích 45.8 X 1.2 = 55% • % nước theo thể tích tại WP = 400-340/200 = 30% AWC = FC - WP -0.33 -( - 15) % nước theo thể tích tại FC = %FC % nước theo thể tích tại điểm héo = % WP % FC - % WP = % AWC 55-30 = 25% & ( % nước x độ sâu đất = m nước) Với 25% AWC trong vòng 40cm =0.25 x 40cm= 10cm=100mm H2O. = 100mm nước hữu dụng được giữ trong 40cm đất. = 100mm nước hữu dụng được giữ trong 40cm đất. Thấm ban đầu của mưa • Ngày 1 tháng 5, mưa 25mm, thầm sâu vào đất bao nhiêu?. • Đất đạt FC, sau đó thấm sâu. • Và θv % x độ sâu thấm ( cm đất) • Độ sâu nước thấm vào đất = lượng nước / θv • θv % giữa 1/5 & FC = 450-420/200=0.15 • Hay 1/.15 = 6.67 cm đất