2.2. Các tính chất nông hoá của đất
2.2.3. Tính chất đệm của đất
Phản ứng của dung dịch đất hay nói một cách khác là độ chua kiềm không phải là một đại lượng không đổi. Trong đất còn có quá trình lí, hoá học và sinh học tạo ra axit hoặc bazơ và dẫn đến thay đổi phản ứng của dung dịch đất. Sự giải phóng axit cacbonic trong quá trình hô hấp của rễ, sự tạo thành axit nitric do quá trình nitrat hoá và những sản phẩm khác của axit trong quá trình sinh sống của vi sinh vật gây ra sự axit hoá dung dịch đất. Phản ứng của dung dịch đất cũng bị thay đổi dưới ảnh hưởng của việc sử dụng phân bón. Chẳng hạn, khi bón những phân sinh lí chua (NH4Cl, (NH4)2SO4 vv…) dung dịch đất bị axit hoá, còn khi sử dụng phân sinh lí kiềm (NaNO3, Ca(NO3)2) lại diễn ra sự trung hoà độ chua hoặc kiềm hoá dung dịch đất. Khi bón có hệ thống các phân sinh lí chua hoặc sinh lí kiềm, phản ứng của dung dịch đất có thể bị thay đổi đáng kể và có ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng và vi sinh vật đất.
Song, sự thay đổi phản ứng của môi trường đất dưới tác dụng của những yếu tố trên, ở các loại đất khác nhau lại diễn ra không hoàn toàn như nhau.
Đối với các loại đất này thì ít thay đổi, đối với các loại đất khác lại biến đổi nhiều hơn. Khả năng của đất chống lại sự thay đổi phản ứng của dung dịch đất về phía axit hoặc kiềm được gọi là khả năng đệm của đất.
Nói chung, khả năng đệm của đất phụ thuộc vào tính đệm của phần rắn và phần lỏng của đất.
Tính đệm của dung dịch đất là do các axit yếu (H2CO3, axit hữu cơ tan) và muối của chúng. Axit yếu (chẳng hạn H2CO3) phân li không hoàn toàn, do đó trong dung dịch phần lớn axit yếu còn ở dạng phân tử ít phân li và chỉ có một lượng nhỏ được phân li
H2CO3 H+ + HCO3 -
Nếu trong dung dịch đất có chứa axit cacbonic, khi có kiềm xuất hiện thì ion OH- sẽ liên kết với ion H+ tạo ra các phân tử điện li yếu, cân bằng được chuyển dịch và các phân tử axit yếu phân li thêm. Các ion H+ tạo ra sẽ liên kết với ion OH- của kiềm và pH của dung dịch sẽ bị thay đổi. Do đó, axit yếu của dung dịch đất có khả năng chống lại sự kiềm hoá dung dịch. Chẳng hạn, khi bón phân sinh lí kiềm canxi nitrat trong đất, sẽ có Ca(OH)2 tạo thành. Tác dụng với axit cacbonic cho canxi cacbonat không tan và sẽ hạn chế phản ứng kiềm hoá dung dịch:
Ca(OH)2 + H2CO3 = CaCO3 + 2H2O
Dung dịch đất, có hỗn hợp axit yếu và muối của nó (chẳng hạn H2CO3 và Ca(HCO3)2 sẽ đệm, hay nói một cách khác là sẽ có khả năng chống lại axit hoá.
Muối của axit yếu phân li gần hoàn toàn Ca(HCO3)2 = Ca2+ + 2HCO3
-). Vì sự phân li của axit yếu, ví dụ H2CO3, không hoàn toàn, nên theo định luật tác dụng khối lượng , ta có:
H CO K
HCO
H
3 2
. 3
3 3
. 2
HCO CO K H
H
Theo hệ thức trên, sự phân li của axit H2CO3 phụ thuộc vào lượng trong dung dịch. Sự phân li sẽ giảm khi nồng độ anion HCO3-
tăng. Khi dung dịch có chứa đồng thời H2CO3 và Ca(HCO3)2, nồng độ anion HCO3-
chủ yếu phụ thuộc vào lượng Ca(HCO3)2. Do đó, sự có mặt các muối này trong dung dịch sẽ tạo nên một lượng lớn anion HCO3
-, cản trở sự phân li của axit , một phần các ion H+ từ trạng thái phân li sẽ chuyển về trạng thái không phân li và nồng độ H+ trong dung dịch càng giảm, khi nồng độ muối càng cao. Nếu trong dung dịch đất chứa H2CO3 và Ca(HCO3)2 lại xuất hiện axit nitric (do quá trình nitrat hoá) axit nitric sẽ tác dụng với Ca(HCO3)2 tạo ra axit yếu ít phân li (H2CO3), có nghĩa là các ion H+ liên kết với các anion HCO3-
chuyển thành trạng thái không phân li. Như vậy, trong dung dịch tạo nên muối trung tính và axit yếu, vì vậy pH của dung dịch ít bị thay đổi do dung dịch có tác dụng đệm đối với sự axit hoá của axit nitrric.
Ca2+ + 2HCO3
- + 2H+ + 2NO3
- = Ca2+ + 2NO3
- + 2H2CO3
Hệ đệm gồm axit hữu cơ và muối của chúng cũng có tác dụng đệm tương tự:
(RCOO)2Ca + 2HNO3 = 2R-COOH + Ca(NO3)2 axit hữu cơ phân li yếu 2RCOOH + Ca(OH)2 (RCOO)2Ca + 2H2O
Khả năng đệm của đất không chỉ phụ thuộc vào thành phần của dung dịch đất mà còn phụ thuộc vào tính chất phần rắn của đất. Vai trò đệm của dung dịch đất, trong khả năng đệm nói chung của đất thường rất nhỏ. Phần rắn, chủ yếu là phần keo của nó, là yếu tố đệm mạnh nhất trong đất.
Do đó, khả năng đệm của đất chủ yếu phụ thuộc vào thành phần các cation trao đổi ở phức hệ hấp phụ của đất. Dung lượng hấp phụ của đất càng lớn, khả năng đệm của nó càng cao. Các ion bazơ hấp phụ (Ca2+, Mg2+ …) có tác dụng đệm đối với sự axit hoá. Nếu đất đã bão hoà bazơ, khi có axit xuất hiện (ví dụ, bón phân amoni sunfat thì xuất hiện H2SO4) thì những ion H+ của axit sẽ trao đổi với các cation của phức hệ hấp phụ (H+ chuyển vào trạng thái hấp phụ) dung dịch có muối trung tính, và phản ứng của dung dịch đất ít bị thay đổi.
Ca2+ H+ KĐ Ca2+ + 2H+ + SO42-
KĐ H+ + CaSO4 Mg2+ Ca2+
Mg2+
Độ bão hoà bazơ và dung lượng hấp phụ càng lớn, đất càng có khả năng chống sự axit hoá. Các cacbonat (CaCO3 và MgCO3) cũng làm yếu sự axit hoá dung dịch đất vì chúng trung hoà axit và tạo ra bicacbonat:
2CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + Ca(HCO3)2
Vì vậy, đất được bão hoà bazơ có khả năng đệm rất cao đối với axit.
Còn đất không bão hoà bazơ có chứa nhiều Al3+ và H+ ở trạng thái hấp phụ, có khả năng đệm cao đối với sự kiềm hoá. Khi bón vôi vào đất này, các cation của nó được hấp phụ và trao đổi với các ion H+:
H+ Ca2+
KĐ H+ + Ca(OH)2 = KĐ + 2H2O Ca2+ Ca2+
Độ chua thuỷ phân của đất càng lớn, khả năng đệm chống lại phản ứng kiềm hoá càng lớn.
Khả năng của đất chống lại sự thay đổi phản ứng của dung dịch đất có ý nghĩa lớn khi bón phân vô cơ.
Đất có khả năng đệm thấp (đất cát và đất cát pha) khi bón nhiều phân sinh lí chua có thể có sự thay đổi mạnh phản ứng về phía axit và ảnh hưởng bất lợi đến sự phất triển thực vật và vi sinh vật đất.
Đất có thành phần cơ giới nặng và giàu mùn, có dung lượng hấp phụ cao và do đó có tác dụng đệm lớn, phản ứng dung dịch ít thay đổi, ngay cả khi bón có hệ thống các phân khoáng chua hoặc kiềm.
Đất có độ bão hoà bazơ cao sẽ có khả năng đệm tốt với sự axit hoá, còn đất có độ bão hoà bazơ thấp sẽ có khả năng chống sự kiềm hoá dung dịch.
Việc bón phân hữu cơ kết hợp với vôi có hệ thống sẽ nâng cao dung lượng hấp phụ và độ bão hoà bazơ, do đó cũng làm tăng khả năng đệm của đất.