Vai trò của nước đối với đất và cây trồng?

Vai trò của nước đối với đất và cây trồng? Các dạng nước. Trước hết nước tham gia vào sự phong hoá các loại đá và khoáng vật ở giai đoạn đầu tiên của quá trình hình thành đất. Các tầng đất trong phẫu diện được tạo ra ngoài kết quả của các quá trình hoá học, lý học, sinh hoá học; quá trình vận chuyển vật chất do nước cũng giữ một vai trò quyết định. Nước còn là nhân tố điều hoà nhiệt và không khí trong đất. Các tính chất cơ lý đất như tính liên kết, độ chặt, tính dính, tính dẻo, tính trương và co... đều do nước chi phối. Nước cũng liên quan chặt chẽ tới sự hình thành chất mới sinh như kết von, đá ong, vệt muối.... Sự di chuyển của nước có thể gây ảnh hưởng xấu đến độ phì nhiêu đất, vì nó làm các chất dinh dưỡng bị rửa trôi, phá vỡ kết cấu và gây xói mòn ở vùng đất dốc. Nhờ có nước hoà tan các chất dinh dưỡng, cây trồng và các sinh vật khác mới hút được. Cây trồng nông nghiệp muốn tạo ra 1 gram chất khô cần phải hút từ 250 đến 1062 gram nước, tuỳ theo từng loài và từng miền khí hậu. Tóm lại, nước rất quan trọng đối với các quá trình hoá học, lý học, sinh hoá học xảy ra trong đất. Các dạng nước: Do đặc điểm cấu tạo, nước có thể liên kết với các hạt đất hay độc lập trong các khe hở. Khi xâm nhập vào đất nó chịu tác động của nhiều lực khác nhau như lực hấp phụ, lực thẩm thấu, lực mao dẫn và trọng lực. Bởi vậy nước được giữ lại bằng các lực khác nhau, tạo nên nhiều dạng nước trong đất. Nước liên kết hoá học Nước liên kết hoá học gồm nước cấu tạo và nước kết tinh. Nước cấu tạo là dạng nước tham gia vào thành phần cấu tạo của khoáng vật dưới dạng nhóm OH-. Nước này chỉ mất đi khi nung nóng khoáng vật ở nhiệt độ cao từ 5000C trở lên, khi đó khoáng vật bị phá huỷ hoàn toàn. Nước kết tinh là dạng nước tham gia vào sự hình thành tinh thể khoáng vật dưới dạng phân tử nước liên kết với khoáng vật (ví dụ thạch cao - CaSO4; limonit - Fe2O3.3H2O). Có tài liệu cho rằng, nước kết tinh bị mất khi nung khoáng vật từ 1050C đến 2000C. Dưới tác dụng của nhiệt độ, các phân tử nước nước kết tinh không mất đi ngay cùng một lúc mà mất dần theo từng bước nhảy, mỗi phân tử nước mất ở nhiệt độ thích hợp. Ví dụ, khi nung thạch cao thì phân tử nước thứ nhất bị mất ở 1070C, còn phân tử thứ 2 mất ở nhiệt độ 1700C. Khi nước kết tinh bị mất khoáng vật không bị phá huỷ nhưng một số tính chất vật lý thay đổi. Nước liên kết hoá học không di chuyển. Thực vật không thể sử dụng được dạng nước này. Nước ở thể rắn Khi nhiệt độ dưới 00C nước trong các khe hở chuyển sang thể rắn, không di chuyển được và cây trồng cũng không sử dụng được. Nước ở thể khí (hơi nước) Bình thường nước luôn tồn tại ở thể hơi trong không khí khí quyển và trong không khí trong đất. Giữa thể rắn, lỏng và khí tồn tại trạng thái cân bằng tức thời. Trạng thái này phụ thuộc và ẩm độ của đất, nồng độ dung dịch đất, nhiệt độ và hàm lượng sét. Trong đất hơi nước nằm trong không khí, một phần bị các hạt đất giữ lại trên bề mặt bằng lực hấp phụ. Hơi nước trong đất rất linh động và có thể di chuyển được do 2 nguyên nhân: • Do chênh lệch áp suất nên hơi nước di chuyển từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp hơn, do đó cũng di chuyển từ nơi ẩm sang nơi khô hơn. Khi nhiệt độ của đất hạ xuống, hơi nước di chuyển đến nơi nhiệt độ thấp hơn. Chính nhờ khả năng di chuyển nên có sự trao đổi tỷ lệ hơi nước giữa không khí trong đất và không khí khí quyển sát mặt đất. • Hơi nước di chuyển thụ động do gió thổi. Thực vật chỉ sử dụng được khi hơi nước đã chuyển sang thể lỏng. Thực ra hàm lượng nước ở thể hơi trong đất không nhiều, nhất là ở đất bão hoà nước, vì lúc đó phần lớn khe hở đã bị nước chiếm. Nước hấp phụ Là dạng nước được các hạt đất hút và giữ lại trên bề mặt của chúng nhờ lực hấp phụ. Lực hấp phụ bao gồm: • Phân tử nước và nguyên tử oxy trên bề mặt hạt đất (đặc biệt là hạt keo) hình thành liên kết Hydro. Lực hấp phụ này khá lớn, có thể đạt hàng ngàn atmotphe, nhưng phạm vi tác động của chúng chỉ ở cự ly ngắn. • Do bề mặt hạt keo mang điện âm nên vành ngoài của chúng hút các ion trái dấu và ở đó phát sinh ra điện trường tĩnh. Phân tử nước lưỡng cực nên được hút trong điện trường đó, và giữa các phân tử nước cũng hút lẫn nhau qua liên kết hydro. Lực hấp phụ này có khoảng cách tác động hữu hiệu lớn hơn nên lực hút bé hơn, thậm chí chỉ đạt vài atmotphe ở vành ngoài cùng. Nước hấp phụ ở sát bề mặt hạt đất có đặc điểm là: tỷ trọng lớn hơn nước bình thường (có thể đạt 1,4- 1,5), nhiệt dung bé (0,5- 0,8 Calo/cm3), không có khả năng hoà tan vật chất (như: đường, axit, bazơ...), tính dẫn điện rất kém gần như bằng 0, điểm đóng băng rất thấp (- 780C) và không di chuyển. Dạng nước hấp phụ này mất hẳn tính vận động nhiệt, vì vậy trong quá trình hấp phụ giải phóng nhiệt lượng được gọi là "nhiệt ẩm ướt". Nước hấp phụ ở các lớp ngoài chịu lực hút nhỏ hơn, có tính chất gần giống với nước bình thường nhưng độ nhớt của nó vẫn lớn hơn, điểm đóng băng vẫn thấp hơn, di chuyển rất chậm, các ion ở lớp khuếch tán của keo đất có thể được phân bố trong đó. Lực hấp phụ nước trong đất được quyết định bởi tỷ diện hoà tan của đất, loại keo, lượng keo và ion hấp phụ cùng với lượng chất hoà tan (vì ảnh hưởng tới trạng thái tụ keo hay tán keo). Thành phần cơ giới càng nặng, keo hữu cơ và keo sét loại hình 2:1 càng nhiều, keo càng phân tán thì lực hấp phụ càng lớn, lượng nước được giữ lại càng nhiều. Nước hấp phụ chia làm 2 loại: nước hấp phụ chặt và nước hấp phụ hờ. • Nước hấp phụ chặt: Là nước được giữ chặt bởi lực hấp phụ xuất hiện ở bề mặt hạt đất. Các phân tử nước bám quanh hạt đất tạo thành các lớp mỏng, có chiều dày bằng 2- 3 đường kính phân tử nước và chỉ di chuyển khi biến sang dạng hơi. Khi lớp đơn phân tử nước còn đứt đoạn, chưa vây kín hạt đất thì gọi là "nước hấp phụ bé" và có ký hiệu là Hy. Trường hợp này xảy ra khi đất khô ở trạng thái bình thường. Nếu xác định độ ẩm lúc này ta được độ ẩm đất khô không khí. Khi để đất khô trong không khí bão hoà hơi nước (không khí chứa ³ 94,2 % hơi nước), các phân tử nước bị hấp phụ sẽ vây kín xung quanh hạt đất tạo thành một lớp đơn tử nước, được gọi là "nước hấp phụ tối đa", có ký hiệu là Hymax. Ðối với một loại đất, Hymax là một hằng số. Người ta thấy rằng cây chỉ có thể hút được nước khi lượng nước trong đất gấp 1,5 lần giá trị của Hymax trở lên. Từ đó người ta có thể tính độ ẩm cây héo bằng công thức sau: Wc.h (%) = 1,5 Hymax Nước hấp phụ bị mất khi ta sấy đất ở nhiệt độ 105- 1100C. • Nước hấp phụ hờ (nước màng) Nước màng là nước được đất giữ lại bên ngoài lớp nước hấp phụ chặt bằng lực phân tử định hướng và do sức hút của các ion trên bề mặt hạt đất (lực thuỷ hoá). Lớp nước này có bề dày gấp hàng chục lần đường kính phân tử nước bao gồm nhiều lớp đơn phân tử nước. Lực giữ nước trong trường hợp này yếu hơn nhiều so với lực giữ nước hấp phụ chặt. Dạng nước này có thể di chuyển được từ hạt đất có màng dày sang hạt đất có màng mỏng hơn đứng cạnh bên cho đến khi độ dày của hai màng cân bằng nhau. Tuy nhiên sự di chuyển này là rất chậm chạp, khoảng 2,4 mm/giờ. Thực tế cây trồng không sử dụng được dạng nước này. Nước tự do Là dạng nước không liên kết với đất, không bị giữ chặt bằng lực liên kết hoá học hay lực hấp phụ. Nước này di chuyển được do tác dụng của lực mao quản hay trọng lực, từ đó được chia ra 2 dạng: nước mao quản và nước trọng lực. • Nước mao quản: Nước mao quản di chuyển trong các ống mao quản có đường kính bé, theo các hướng khác nhau, và cây trồng dễ dàng hút được nước này. Tính chất vật lý và hoá học của dạng nước mao quản hoàn toàn giống nước tự do, nó bị giữ lại bởi lực bé, chỉ khoảng mười lăm atmotphe đến một vài phần trăm atmotphe. Nước mao quản di chuyển dễ dàng nhất trong các mao quản đường kính khoảng 0,002- 0,850 mm (f = 0,2- 8,5 mm) Nếu ống mao quản bé hơn 0,002 mm thì chứa đầy nước hấp phụ, làm cho sự di chuyển của nước trong mao quản gặp khó khăn. Nước mao quản có thể nối liền với nước ngầm và thường xuyên được nước ngầm cung cấp gọi là "nước mao quản leo". Khi mạch nước ngầm ở quá sâu hoặc hạn hán lâu ngày nước ngầm không tồn tại, nước trong mao quản không được nước ngầm cung cấp ta gọi là "nước mao quản treo". Nước mao quản là nguồn nước chủ yếu cung cấp cho cây trồng, vì thế cần bảo vệ và nâng cao hàm lượng nước này trong đất bằng các biện pháp phù hợp như bón phân hữu cơ tạo kết cấu, tăng cường xới xáo, che phủ chống bốc hơi nước... • Nước trọng lực Là nước ngấm sâu khi mưa, khi tưới hay từ nguồn nước khác, dưới tác động của trọng lực và di chuyển nhanh trong các khe hở lớn và đọng lại trên một tầng đất không thấm nước đó là nước ngầm. Nước ngầm được chia ra thành 2 loại: nước ngầm tạm thời và nước ngầm vĩnh cửu. - Nước ngầm tạm thời là nước được đọng lại ở độ sâu nhất định (không lớn lắm), tầng đất này được gọi là tầng chứa nước. Ngoài địa hình, nó còn phụ thuộc khá chặt chẽ vào thời tiết. Nếu mưa nhiều thì mạch nước ngầm dâng lên cao, ngược lại hạn hán lâu ngày thì mạch nước ngầm hạ xuống sâu thậm chí không tồn tại. - Nước ngầm vĩnh cửu là nước nằm giữa 2 tầng đất không thấm nước. Dạng nước này không phụ thuộc vào thời tiết mà phụ thuộc vào địa hình, địa mạo và đá mẹ... Muốn khai thác nước ngầm vĩnh cửu ta phải khoan sâu hàng chục hoặc hàng trăm mét. Nhìn chung cây trồng ít sử dụng được nước trọng lực vì nó di chuyển đi xuống quá nhanh. Tuy nhiên nếu nước ngầm tạm thời nằm không quá sâu thì nó trở thành nguồn cung cấp nước dưới dạng nước mao quản leo. Khi nước ngầm tạm thời nằm nông, chiếm đầy các khe hở trong đất lâu ngày thì gây ra hiện tượng yếm khí, có hại cho cây trồng và các sinh vật hữu ích khác.