Giáo trình Khoa học đất - Chương 6, Bài 3: Phản ứng (pH) của đất

Chương 6. bài 3 • Phản ứng (pH) của đất Hóa học đất / pH đất • pH là tính chất hóa học quan trọng của đất • Xác định nhanh chóng tính thích hợp của đất đối với các loại cây trồng khác nhau, • và tình trạng các chất dinh dưỡng trong đất. Hóa học Acid/ Base • H+: acid • OH-: base • Xác định nồng độ acid/base như thế nào? H3O + phụ thuộc vào lực acid và nồng độ ban đấu của acid Xác định độ chua • Độ chua (hay độ kiềm) của 1 dung dịch được đo bằng thang pH. (thang pH được sử dụng do thang này có thể đo được nồng độ acid/base rất thấp) • Thang pH tương ứng với nồng độ ion H+ trong dung dịch. • Lấy số mũ của nồng độ H+, bỏ dấu trừ, ta được giá trị pH của dung dịch. • Ví dụ, nước nguyên chất có nồng độ ion H+ là: 1 x 10-7 M. • Vậy, pH của nước nguyên chất là: 7. • Thang pH thay đổi từ 0 đến 14, với 7 được xem là trung tính ([H+ ] = [OH-]), pH Dung dịch chua khi pH < 7.0 Dung dịch kiềàm khi pH > 7.0 Acid là chất cho H+, chất làm tăng nồng độ H+ trong dung dịch. Ngược lại, base là chất nhận H+, chất làm tăng nồng độ OH- trong dung dịch Dung dịch trung tính Dung dịch acid yếu Ions H+ Ions OH- Nước pH đất * pH = logarith âm (-) của nồng độ ion (H+) trong dung dịch đất. pH = - log [ H+] thang pH được dùng để đo độ chua/độ kiềm của đất. Ở điểm trung tính (pH =7) nồng độ H+ = OH- nên nhớ – Với pH = 6 , nồng độ H+ > 10 lần so với pH = 7 và 100 lần khác nhau của H+ giữa pH 7 & 5 Trao đổi cation của đất • Trao đổi cation – khả năng giữ chất dinh dưỡng và hạn chế sự rửa trôi các chất dinh dưỡng của đất. • Cations mang điện tích “+ “= Ca++, Mg++, K+, NH4 +, • CEC cao=độ phì nhiêu cao. Lông hút Trao đổi mùn sét Trao đổi Trao đổi Cation • Trao đổi 1 cation trong dung dịch với cation khác trên bề mặt keo đất mang điện tích (-) như keo sét hay keo mùn ñaát Keo đất Ca++ + 2H+ H+ H+ + Ca++ Dung dịch đất dung dịch keo đắt dất Trao đổi cation chịu ảnh hưởng bởi: 1) lực hấp phụ: H+ > Al+3 > Ca2+ > Mg2+ > K+ =NH4 + > Na+ Giữ chặt --------------------------> dễ thay thế 2) nồng độ tương đối của các cation trong dung dịch đất CEC 1) số lượng điện tích (+) được hấp phụ trên 1 đơn vị trọng lượng đất, hay 2) tổng cation có thể trao đổi được, đất có khả năng hấp phụ. * CEC = milliequivalents (meq) / 100 g đất khô. Trọng lượng đương lượng = trọng lượng nguyên tử/phân tử (g) hóa trị/điện tích Milliequivalent (meq)-ly đương lượng 1 trọng lượng đương lượng của CEC có 6.02 x 10 23 vị trí hấp phụ meq của các Cations phổ biến Nguyên tố Na+ K+ Ca++ Mg++ Hóa trị 1 1 2 2 Trọng lượng eq 23/1=23 39/1=39 40/2=20 24/2 = 12 Trọng lượng meq .023 .039 .02 .012 Trở lại pH đất Độ chua họat động – do ion H+ họat động trong dung dịch đất tại 1 thời điểm nhất định Độ chua tiềm tàng - H+ và Al3+ dễ trao đổi với các cation khác (ion mang điện tích +) H H H H H+ H+ H Ca++ H+ Mg Mg++ H+ Ca Ca++ H+ H+ H H H Na Đất Độ chua tiềm tàng độ chua họat động –dung dịch đất Nguồn gốc hình thành độ chua của đất * cations Hydrogen và Aluminum là nguồn gốc hình thành độ chua của đất * Hydrogen trao đổi là nguồn H+ chính ở pH ≥6. pH <6: Aluminum là nguồn cung cấp H+ chính do sự phân ly của Al từ các khoáng sét. Aluminum trở nên rất hòa tan khi pH thấp Al3+ + H20 ----> Al(OH) ++ + H+ Al(OH)++ + H2O ---> Al(OH)2 + + H+ Al(OH)2 + + H20 ---> Al(OH)3 0 + H+ Nguồn gốc hình thành độ chua của đất 2. nitrite hóa: Ammonium biến đổi thành Nitrate (oxi hóa NH4 +) NH4 + + 2O2 ---> NO2 - + H2O + 2 H + 3. sự phân giải chất hữu cơ Acid hữu cơ bị ion hóa : R-COOH---> R-COO- + H+ Hô hấp: CO2 + H2O ----> H2CO3 = H + HCO3 - 4. Mưa Acid  Gây ra do khí thải nhiên liệu dầu mỏ.  Giải phóng Sulfuric Dioxide (SO2), nitrogen oxides (NOX) vào khí quyển.  Gặp mưa rơi vào đất dưới dạng nitric và sulfuric acids. Sự hình thành mưa acid Nguồn gốc hình thành độ chua của đất • 5. cây hấp thu các cation base. Cation base là nguồn cung cấp OH- cho dung dịch đất. • Ca++, Mg++, K+, = • Khi được cây hấp thu, nên giảm dần khả năng cung cấp OH- cho dung dịch đất. • Ion H+ được giải phóng vào dung dịch đất. Dinh dưỡng Rễ tiết ra Rửa trôi 6. cation base bị rửa trôi - Giảm khả năng cung cấp OH- để trung hòa H+ Ca++ + 2 H20 ---> Ca(OH)2 + 2H+ -----> Ca++ + 2OH- Rửa trôi base 4. mưa Acid SO2 +OH → H2SO4 → SO4 -- + 2 H+ NO2 + OH → HNO3 → NO3 - + H+ Độ chua của đất & sinh trưởng của cây trồng • Độ chua của đất là yếu tố môi trường chính hạn chế sự sinh trưởng của nhiều loại cây trồng. • trên 40% diện tích đất canh tác là đất chua. • Ngoài ra, mưa acid cũng là yếu tố làm gia tăng sự hóa chua của đất. • ion Aluminum (Al) hòa tan khi pH thấp. Đây là yếu tố gây độc chính cho cây trồng khi pH đất thấp. Đất chua Đất chua • Sự hóa chua của đất là 1 tiến trình tự nhiên • Quản lý đất chua không đơn thụần là việc bón vôi, mặc dù bón vôi có hiệu quả trong nhiều trường hợp. • Sử dụng đất chua =nâng cao khả năng sản xuất của đất, vấn đề cung cấp nước, và tốc độ hóa chua. Đất phèn • Đất phèn được hình thành từ sự oxi hóa khoáng Pyrite (FeS2), khoáng trầm tích của thực vật rừng ngập mặn, khi oxi hóa hình thành sulfuric acid. • acid phá hũy sét alumino-silicate và giải phóng aluminum tự do, gây độc cho cây trồng, thủy sinh vật. Màu đỏ trong nước, gây ra do Fe bị oxi hóa • Đất phèn là lọai đất rất chua (pH< 3.0) Khả năng đệm của đất Khả năng chống lại sự thay đội đột ngột của pH. Nồng độ H+ trong dung dịch rất thấp so với “H+, Al 3+” hấp phụ trên bề mặt hạt keo (tiềm tàng)  khi H+ trong dung dịch đất được trung hòa (do bón vôi), ngay lập tức H+ từ bề mặt keo đất đựoc giải phóng để bù đấp lượng H+ được trung hòa.  khi CaCO3 được bón vào đất để trung hòa H+. CaCO3 = vôi (dolomite = MgCO3 & CaCO3) Tại sao cần phải bón vôi cho đất chua 1. chất dinh dưỡng dễ hòa tan hơn (có sự tương quan giữa sự hòa tan các chất dinh dưỡng và pH) 2. cải thiện cấu trúc đất 3. cung cấp chất dinh dưỡng cho cây (Ca, Mg) 4. thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật hứu ich 5. trung hòađộ chua do phân bón gây ra 6. giảm độc chất (các kim lọai hòatan mạnh khi pH thấp) Lượng vôi cần bón phụ thuộc vào sa cấu đất 1 2 3 4 5 6 7 8 9 pH đất 7 6 5 4 % OM CEC cát 2.5 5 thịt pha cát 3 12 thịt 4 18 sét-thịt 5 25 Ví dụ • Tính lượng CaCO3 bón vào đất sau đây để nâng BS lên 90% • Đất có CEC = 17meq/100g và BS = 32% • 90% - 32% = 58% BS cần nâng lên • 0.58 x 17 meq/100g = 9.86 meq/100g H+ để trung hòa hay meq Ca++ cần • hay (9.86 X 50mg CaCO3/100g = 493mgCaCO3/100g) • .493g/100g = X / 2,400,000kg hay X = 11832kg CaCO3. Xác định pH • Độ chua họat động = đo pHH2O • Độ chua trao đổi =đo pHKCl • Độ chua thủy phân= trích bằng 1 muối thủy phân (kiềm mạnh).