Nguyên nhân gây chua cho đất

Nguyên nhân gây chua cho đất Khi nghiên cứu các nguyên nhân làm cho đất trở nên chua người ta thấy có rất nhiều yếu tố chi phối. Sau đây ta sẽ xem xét những nguyên nhân chủ yếu tác động vào quá trình hoá chua của đất. a. Yếu tố khí hậu: Các đặc trưng của khí hậu như nhiệt độ, ẩm độ, đặc biệt là lượng mưa ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phong hoá đá, sự chuyển hoá và di chuyển vật chất, đồng thời còn ảnh hưởng đến thực bì và hoạt động của sinh vật trong đất. Tất cả các quá trình này đều có quan hệ chặt chẽ với sự hình thành và biến đổi độ chua của đất. Nói chung nhiệt độ càng cao và lượng mưa càng lớn thì càng có lợi cho tác dụng phá huỷ đá và rửa trôi vật chất. Trong điều kiện lượng mưa lớn hơn lượng bốc hơi, một phần nước mưa sẽ di chuyển từ trên mặt đất xuống dưới sâu do tác dụng của trọng lực. Sự di chuyển này kéo theo một loạt các chất dễ tan có trong đất, đặc biệt là các ion kim loại kiềm và kiềm thổ như Na+, K+, Mg2+, Ca2+ làm cho đất hoá chua. Do nguyên nhân này mà phần lớn đất vùng đồi núi Việt Nam cũng như ở các nước khác thuộc vùng nhiệt đới nóng ẩm đều bị chua ở các mức độ khác nhau. b. Yếu tố sinh vật Trong quá trình hoạt động, vi sinh vật, rễ cây cũng như các loài sinh vật khác trong đất không ngừng giải phóng ra CO2, khí này hoà tan trong nước tạo thành axit H2CO3. Tuy độ phân ly của axit này không cao nhưng nó là cũng là một trong những nguồn sinh H+ chủ yếu trong đất. Trong quá trình vi sinh vật phân giải chất hữu cơ (đặc biệt trong điều kiện yếm khí) sẽ sinh ra nhiều axit hữu cơ làm đất bị hoá chua. Bởi vậy đất quanh năm ngập nước, đất lầy thụt và phần lớn đất than bùn đều bị chua. Ðặc biệt nếu tàn tích sinh vật chứa nhiều lưu huỳnh (S) như xác các cây sú, vẹt đước khi bị phân huỷ trong điều kiện yếm khí, trải qua một quá trình biến đổi phức tạp sẽ sinh ra H2S. Khi có điều kiện oxy hoá thì H2S chuyển thành H2SO4 làm đất rất chua: Các loại thực bì khác nhau cũng có ảnh hưởng khác nhau đến tính chua của đất (chủ yếu nhờ quá trình tích luỹ sinh học các kim loại kiềm và kiềm thổ). Trong thành phần tro của cây lá kim chứa ít chất kiềm nên đất phát triển dưới rừng cây lá kim thường chua hơn đất hình thành dưới rừng cây lá rộng. Trong đất rừng rậm nếu có nhiều nấm hoạt động sẽ tạo thành nhiều axit fulvic làm cho đất chua thêm. c. Ảnh hưởng của con người tới quá trình hoá chua của đất Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, thực vật màu xanh đã hút một lượng lớn các chất kiềm trong đất như Na+, K+, Ca2+, Mg2+ v.v. để hình thành cơ thể. Ðối với thực vật tự nhiên thì lượng các chất kiềm này sẽ được trả lại cho đất trong các dạng xác thực vật. Nhưng với đất canh tác thì một lượng lớn các chất kiềm bị lấy đi không hoàn lại cho đất dưới dạng các sản phẩm nông nghiệp. Ðây là một nguyên nhân làm giảm các chất kiềm trong đất canh tác và làm đất dần bị hoá chua. Theo Vũ Cao Thái, với giống lúa IR62, năng suất 9,8 tấn thóc/ha và 8,3 tấn rơm rạ đất đã bị lấy đi 265 kg K2O, 58 kg MgO và 71kg CaO/ha. Theo số liệu của Xmirnôp và Muravin (1989) để hình thành nên 1 tấn hạt cây ngô đã lấy đi từ đất 30-35 kg N, 8-12kg P2O5 và 25-35 kg K2O. Do thành phần hoá học, một số phân bón khi bón vào đất sẽ dần dần làm cho đất hoá chua. Khi bón những loại phân như (NH4)2SO4, NH4Cl, KCl vào đất các cation NH4+, K+ sẽ được keo đất và cây trồng hấp thụ để lại gốc SO42- và Cl-. Các gốc axit này sẽ tạo HCl và H2SO4 làm cho đất bị chua. Những phân có thể làm đất bị hoá chua bằng cơ chế này được gọi chung là các phân chua sinh lý. Một số loại phân như supe lân trong thành phần thường chứa một lượng nhất định axit dư nên khi bón nhiều vào đất cũng có thể làm cho đất chua thêm. Tuy vậy nguyên nhân từ phân bón chưa đáng lo ngại lắm vì trong thực tế lượng phân hoá học mà ta bón vào đất chưa nhiều. Ðối với những vùng đất có thành phần cơ giới nhẹ thì vấn đề tưới nước dư thừa cũng là một trong những nguyên nhân làm đất bị rửa trôi các kim loại kiềm và kiềm thổ và dần dần hoá chua. Tóm lại có rất nhiều nguyên nhân làm cho trong đất bị hoá chua. Ðiều cần quan tâm là diện tích đất chua ở nước ta rất lớn, đó là các loại đất đỏ vàng vùng đồi núi, một phần đất phù sa hệ thống sông Hồng, phù sa sông Mã, sông Chu, sông Lam, sông Cửu Long và phù sa sông khác; các vùng đất bạc màu ở Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Bắc Cạn, Thái Nguyên, Tây Ninh; các vùng đất phèn ở Hải Phòng, Thái Bình, Ðồng Tháp...; các vùng đất trũng Nam Định, Hà Nam và các nơi khác. Các loại độ chua của đất Tất cả các nguyên nhân trên đã làm tăng hàm lượng ion H+ trong 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. a. 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. pH là trị số âm của logarit nồng độ ion H+ trong dung dịch: pH = - lg[H+] Trong hoá học người ta đã quy định rằng nước tinh khiết hay bất cứ dung dịch nào có [H+] = [OH-] = 10-7 g ion/l nghĩa là pH = -lg10-7 = 7 thì đó là môi trường trung tính. Nếu [H+] 7 đó là môi trường kiềm. Nếu [H+] > 10-7 g ion/l nghĩa là pH < 7 đó là môi trường chua. Thông thường pHH2O của đất biến thiên từ 3-9 và được đánh giá như sau: pHH2O Ðộ chua hoạt tính của một số loại đất Việt nam Ðộ chua hoạt tính được sử dụng trong việc bố trí cơ cấu cây trồng phù hợp trên vùng đất canh tác hoặc xác định sự cần thiết phải bón vôi cải tạo độ chua của đất cho phù hợp với đặc tính sinh học của loại cây định trồng. Ða số cây trồng ưa môi trường trung tính nhưng cá biệt có những cây cần đất chua như chè, cà phê, dứa, khoai tây... Khoảng pH đất tối thích cho một số cây trồng Số liệu trong bảng 6.2 chỉ khoảng pH tối thích, trong thực tế phạm vi pH cho phép cây sống được rộng hơn thế nhiều. Ví dụ cây lúa có thể sống ở đất có pH dao động từ 4,0 đến 9,0, sống bình thường với pH từ 5-8 nhưng tốt nhất là trong khoảng 6,2-7,3. Dựa vào độ chua hoạt tính và cơ cấu cây trồng ta có thể xác định xem đã cần cải tạo độ chua cho đất hay chưa. Ðối với đa số cây trồng nông nghiệp ngắn ngày nếu pHH2O <4,5 thì cấp thiết phải bón vôi, nếu pHH2O = 4,6-5,5 cần vừa nếu pHH2O >5,5 thì chưa cần thiết phải bón vôi. Khi đất chua nhiều (pHH2O < 4,0) có thể nghi trong đất chứa axit vô cơ (ví dụ như H2SO4 trong đất phèn). Nếu đất kiềm nhiều (pHH2O > 8,5) thì trong đất thường chứa nhiều Na2CO3 hay NaHCO3. Ðộ chua hoạt tính chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau: + Mức độ phân ly thành ion của chất điện giải. Cùng nồng độ đương lượng nhưng axit vô cơ phân ly thành ion nhiều hơn axit hữu cơ nên pHH2O của dung dịch thấp hơn. Tương tự như vậy với các bazơ. + Hiện tượng trao đổi ion H+ và Al3+ trong keo đất với các ion khác khi bón phân vô cơ như KCl, (NH4)2SO4... cũng làm tăng độ chua hoạt tính. b. Ðộ chua tiềm tàng Như trên đã nói trong đất chua còn có các ion H+ và Al3+ được hút bám trên bề mặt keo đất. Khi tác động lên đất một dung dịch muối thì H+ và Al3+ bị đẩy vào dung dịch đất. Nồng độ của các ion này trong dung dịch tăng lên gây ảnh hưởng không tốt đến thực vật và vi sinh vật. Ðộ chua thu được trong trường hợp này gọi là độ chua tiềm tàng. Các ion H+ và Al3+ được hút bám trên keo với các lực khác nhau. Tuỳ thuộc vào lực hút bám của các ion này trên keo mà người ta chia độ chua tiềm tàng thành 2 loại: độ chua trao đổi và độ chua thuỷ phân. * Ðộ chua trao đổi: Là một loại độ chua của đất được xác định khi cho đất tác dụng với một dung dịch muối trung tính, thường dùng muối KCl, NaCl, BaCl2. Như vậy ngoài những ion H+ có sẵn trong dung dịch đất còn có những ion H+ và Al3+ được đẩy ra từ keo đất theo phản ứng: Muối Al thuỷ phân tạo ra axit theo phương trình: Nếu cho đất tác động với dung dịch KCl 1M trong 60 phút, lọc lấy dịch trong dùng dung dịch NaOH 0.01N chuẩn độ dịch lọc sẽ xác định được độ chua trao đổi, đơn vị là lđl/ 100g đ (đất khô). Nếu ta đem dung dịch lọc đo pH ta được pHKCl. Cùng một mẫu đất pHKCl thường có trị số pH thấp hơn pHH2O từ 0.5 đến 1.0 đơn vị. Chú ý: ở những vùng đất trung tính hay kiềm yếu chỉ xác định được pHKCl chứ không xác định độ chua trao đổi bằng chuẩn độ vì dung dịch đất sẽ có màu hồng ngay sau khi vừa cho chỉ thị màu phenolphtalein vào dịch chiết đất. Trường hợp đặc biệt, một số loại đất có pHKCl > pHH2O. Ðiều này thường gặp ở những đất có lượng keo dương lớn (một số như: đất đỏ feralit, đất potzon). Khi đó có thể do sự trao đổi anion Cl- của dung dịch muối trung tính với các ion OH- trên keo đất nên lượng ion OH- bị chuyển vào dung dịch đất sẽ trung hoà bớt các ion H+ làm trị số pH tăng lên. Thông thường độ chua trao của đất nhỏ hơn 1 lđl/100g đất. Khi độ chua này lớn (trên 2 lđl/100g đất) chứng tỏ các cation kiềm hấp phụ trên keo đất đã bị rửa trôi nhiều, cần phải bón vôi cải tạo độ chua cho đất trước khi bón phân khoáng vào đất. Nếu không có vôi bón thì nên chia phân khoáng bón thành nhiều đợt, tránh bón tập trung. * Ðộ chua thuỷ phân Dùng muối trung tính KCl tác động với đất nhiều khi vẫn chưa đẩy dược hết các ion H+ và Al3+ ra khỏi keo đất. Các nhà hoá học đất đã đưa ra phương pháp khác: dùng dung dịch chiết là muối tạo bởi một axit yếu và một bazơ mạnh như CH3COONa hoặc Ca(CH3COO)2 thì hầu hết các ion H+ và Al3+ sẽ bị đẩy ra khỏi keo vào dung dịch. Ðộ chua được xác định bằng phương pháp này lớn hơn độ chua trao đổi nhiều và được gọi là độ chua thuỷ phân. Ðộ chua thuỷ phân được ký hiệu là H, đơn vị là lđl H+ và Al3+ trong 100g đất khô. Trong dung dịch NaCH3COO bị thuỷ phân: CH3COOH là axit yếu ít phân ly, NaOH thì phân ly hoàn toàn thành Na+ và OH- vì vậy dung dịch có phản ứng kiềm yếu (pH = 8,2-8,5). Ðây là điều kiện để Na+ đẩy hết H+ và Al3+ trên keo đất vào dung dịch theo sơ đồ sau: Từ phản ứng (1) và (2) ta thấy H+ và Al3+ trong đất khi đẩy vào keo đất đã tạo nên CH3COOH trong dịch lọc. Dùng dung dịch NaOH 0,1N tiêu chuẩn chuẩn độ lượng CH3COOH trong dịch lọc thì ta xác định được độ chua thuỷ phân của đất. Như vậy độ chua thuỷ phân là độ chua lớn nhất vì nó bao gồm cả ion H+ ( độ chua hoạt tính), ion H+ và Al3+ bám hờ (độ chua trao đổi) và những ion H+ và Al3+ hút bám chặt trên bề mặt keo đất. Ðộ chua trao đổi và độ chua thuỷ phân của một số loại đất Việt Nam Theo nguyên lý thì độ chua thuỷ phân thường lớn hơn độ chua trao đổi nhưng cũng có những trường hợp cá biệt độ chua thuỷ phân bằng hoặc nhỏ hơn độ chua trao đổi. Những trường hợp này có thể giải thích như sau: + Một số loại đất như đất đỏ nhiệt đới hoặc đất potzon khi tác dụng với dung dịch NaCH3COO thì anion CH3COO- có thể trao đổi với anion OH- trên keo kaolinit tạo nên NaOH trong dung dịch. Lượng NaOH này trung hoà bớt axit CH3COOH trong dung dịch làm độ chua thuỷ phân giảm. + Saritvili (1948) cho rằng một số đất đỏ có khả năng hấp phụ phân tử axit axêtic sinh ra trong tác dung thuỷ phân nói trên và chính vì vậy khi chuẩn độ ta thấy độ chua thuỷ phân bé hơn độ chua trao đổi. Người ta dùng độ chua thuỷ phân để tính dung tích hấp phụ cation (CEC) của đất: CEC = S + H Trong đó S là tổng các cation kiềm trao đổi và H là độ chua thuỷ phân Hoặc tính độ no kiềm của đất theo công thức: Ðộ chua thuỷ phân được sử dụng để tính lượng vôi bón khi cải tạo đất chua (cứ 1lđl ion H+ cần dùng 28mg vôi bột CaO hoặc 50 mg bột đá vôi CaCO3 để trung hoà). Công thức tính cụ thể sẽ được trình bày ở cuối chương này (phần bón vôi cải tạo đất chua).