Chương 3:KEO ĐẤT, KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ DUNG DỊCH ĐẤT
3.2. KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ĐẤT
Hấp phụ là đặc tính của đất có thể hút được các chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí hoặc làm tăng nồng độ của các chất đó trên bề mặt của hạt keo đất. Vật chất tích tụ trên một bề mặt của chất khác được gọi là chất bị hấp phụ. Bề mặt của chất rắn mà trên đó nó tích tụ vật chất gọi là chất hấp phụ. Một phân tử hay một ion trong dung dịch đất có thể bị hấp phụ được gọi là chất bị hấp phụ.
Căn cứ vào cơ chế giữ lại các chất trong đất có thể chia khả năng hấp phụ của đất thành 5 dạng như sau:
3.2.1.1. Hấp phụ sinh học
Hấp phụ sinh học là khả năng sinh vật (thực vật và sinh vật) hút cation và anion trong đất. Những con dễ di chuyển trong đất được rễ cây và vi sinh vật hút, biến thành những chất hữu cơ không bị nước cuốn trôi. Khi cây chết để lại chất hữu cơ trong đất.
Chất hữu cơ này lại được vi sinh vật phân giải để tạo thành chất dinh dưỡng cho cây.
Vi sinh vật cố định đạm cũng là hình thức hấp thụ sinh học.
3.2.1.2. Hấp phụ cơ học
Hấp phụ cơ học là đặc tính của đất có thể giữ lại những vật chất nhỏ trong khe hở của đất như những hạt sét, xác hữu cơ.
Hấp phụ cơ học là dạng hấp phụ phổ biến trong đất. Hiện tượng này thấy rõ nhất khi mưa, nước mưa lẫn cát, sét đục nhưng chảy vào giếng thành nước trong vì khi thấm qua các tầng đất các vật chất này bị giữ lại do hấp phụ cơ học.
Nguyên nhân hấp phụ cơ học bao gồm:
- Kích thước khe hở nhỏ hơn kích thước vật chất.
Bờ khe hở gồ ghề làm cản trở sự di chuyển của vật chất.
- Vật chất mang điện trái dấu với bờ khe hở nên bị giữ lại.
3.2.1.3. Hấp phụ tý học (còn gọi là hấp phụ phân tử)
Hấp phụ lý học được biểu thị bằng sự chênh lệch nồng độ các hợp chất trên bề mặt keo đất so ' với môi trường xung quanh. Nguyên nhân của hiện tượng hấp phụ lý học trước tiên do các phân tử trên bề mặt hạt keo ở trong điều kiện khác với phân tử trong
hạt keo . đo đó phát sinh năng lượng bề .mặt. Năng lượng bề mặt phụ thuộc sức căng bề mặt và diện tích bề mặt. Trong đất năng lượng bề mật phát sinh ở chỗ tiếp xúc giữa các hạt đất với dung địch đất.
Vật chất nào làm giảm sức căng mặt ngoài của dung dịch đất sẽ tập trung Vào mặt hạt keo. Ví dụ: axit axetic sẽ tập trung trên bề mặt hạt đất đó là sự hấp phụ lý học (hấp phụ dương). Vật chất nào làm tăng sức căng mặt ngoài của 'dung dịch đất thì bị đẩy khỏi keo đất để đi vào dung dịch (đó là hấp phụ âm). Ngoài các chất tan đất còn hấp phụ các chất khí. Đất hấp phụ các chất khí rất chặt. Ví dụ đất hấp phụ NH3 sinh ra trong quá trình phân giải chất hữu cơ có chứa đạm.
3.2.1.4. Hấp phụ hoá học
Hấp phụ hoá học là sự hấp phụ đồng thời với sự tạo thành trong đất những muối không tan từ các muối dễ tan. Bàn chất của hấp phụ hoá học là sản phẩm của các quá trình hoá học xảy ra trong đất.
Sự hấp phụ hoá học là nguyên nhân tích luỹ một số nguyên tố trong đất như lân và lưu huỳnh. Đây là một nguyên nhân làm cho hai nguyên tố này bị giữ chặt trong đất. Khi các nguyên tố này bị giữ chặt trong đất, cây sẽ không thề sử dụng được. Đây là. nguyên nhân mà ở những vùng đất chua cây thường bị thiếu lân mặc dù hàm lượng lân tổng số trong đất rất cao.
3.2.1.5. Hấp phụ lý hoá học (hấp phụ trao đối)
Hấp phụ lý hoá học là đặc tính của keo đất có thể trao đổi lớn trong phức hệ hấp phụ với con trong dung dịch đất tiếp xúc với nó. Thực chất của hấp phụ lý hoá bọc là sự trao đổi lớn trên bề mặt keo đất với con trong dung dịch đất. Trong đất có keo âm và keo dương nên đất có khả năng hấp phụ cả cation và anion.Đất có khả năng'hấp phụ là nhờ keo đất có tỷ 'diện lớn nên có năng lượng bề mặt lớn Vì vậy keo đất đóng vai trò quyết định đối với sự hấp phụ của đất. Thành phần keo đất khác nhau sự hấp phụ của đất diễn ra khác nhau và có ảnh .hưởng rất lớn đến độ phì nhiêu đất
3.2.2. Hấp phụ trao đổi cation ấp thụ cation xay ra ở keo âm.
Do keo âm chiếđa số trong đất nên hấp phụ cation là chủ yếu.
Ví dụ: Khi bón phân sunfat muaô, quá trình hấp phụ xảy ra.
Trao đổi cation tiến hành theo chiều thuận nghịch. Tính chất này phụ thuộc vào nồng độ và đặc tính cation trong dung dịch đất.
Trao đổi xảy ra nhanh, có thể chỉ sau 5 phút nếu điều kiện tiếp xúc giữa keo đất và cation tốt.
- Trao đổi cation phụ thuộc vào hoá trị, độ lớn và mức độ thuỷ hoá của cation:
+ Hoá trị của cation càng cao khả năng trao đổi càng mạnh. Nghĩa là khả nang trao đổi của cation hoá trị 3 lớn hơn hoá trị 2, hoá trị 2 lớn hơn hoá trị 1 .
+ Nếu cùng hoá trị thì ion nào có bán kính lớn (tức là bán kính thuỷ hoá bé) thì trao đổi mạnh hơn.
+ Trừ H+ là cation đặc biệt có màng thuỷ hoá rất nhỏ (rất ít bị hydrat hoá) nên khả năng trao đổi của H+ không chỉ vượt các cation hoá trị 1 mà còn vượt cả cation hoá trị 2.
Khả năng trao đổi phụ thuộc nồng độ ion trong dung dịch. Nói chung nồng độ ion trong dung dịch đất càng cao thì phản ứng trao đổi càng mạnh.
Bảng 3.3: Quan hệ giữa đặc điểm cation và khả năng trao đối cation
Cation Hóa trị Bán kính cation (A0) Bán kính thùy hóa (A0)
Thứ tự trao đổi Li+ 1 0,78 10,03 6 Na+ 1 0,98 7,90 5 NH4+ 1 1,47 5,37 4 Mg2+ 2 0,78 13,30 3 Ca2* 2 1,06 10,00 2 H+ 1 - - 1
Đề đánh giá khả năng hấp phụ cation của đất cũng như chất lượng (thành phần chuồn) của sự hấp phụ đó người ta thường dùng các chỉ sồ như dung tích hấp phụ và độ no kiềm của đất sau đây:
Dung tích hấp phụ của đất CEC (Chuồn Exchange Capacity) :
Dung tích hấp phụ là tổng số cation hấp phụ (kể cả cation kiềm và không kiềm trong 100g đất, tính bằng li đương lượng, ký hiệu bằng chữ T.
Dung tích hấp phụ được xác định bằng cách phân tích trực tiếp vả được tính the(
công thức:
T = S + H S - tổng số cation kiềm hấp phụ
H- tổng số ton H+ hấp phụ (độ chua thuỷ phân)
Dung tích hấp phụ cua đất phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Thành phần keo.
Loại keo T (ldl/100g đất)
Fe (OH)3 va Al (OH)3 Rất bé
Kaolinit 5-15
Monmorilonit 80 - 150
Ilit 30-40
Axit humic (mùn) 350
+ Thành phần cơ giới đất càng nặng T càng lớn.
Bảng 3.4: Mối quan hệ giữa kích thước hạt và dung tích hấp phụ
Kích thước hạt (mm) Dung tích hấp phụ T (ldl/100g đất)
0,25 - 0,005 0,3
0,005 - 0,001 15,0
0,001 - 0,0025 37,2
< 0,0025 69,9
+ Tỷ lệ SiO2/R2O3 Càng lớn thì T càng lớn:
Bảng 3.5: Mối quan hệ giữa tỷ lệ SiO2/R2O3 và dung tích hấp phụ SiO2/R2O3 Dung tích hấp phụ T (ldl/100g đất)
3,18 70,00 2,68 42,00 1,98 00,50 0,42 02,10 + Độ chua của đất: pH tăng thì T tăng:
Bảng 3. 6. Dung tích hấp phụ của một số loại đất Việt Nam
Loại đất T (ldl/100g đất)
Feralit đỏ nâu bazan 6-8
Feralit vàng đỏ trên phiến thạch 3-5
Feralit đỏ nâu trên phiến đá vôi 4-8
Feralit trên liparit 4-6
Macgalit - Feralit 30-40
Đất chua mặn 10-12
Đất bạc màu 4-6
Phù sa sông Hồng 10-15
Độ no kiềm của đất:
Nói chung T càng lớn thì đất càng tốt và chứa nhiều keo. Song dung tích hấp phụ chưa nêu được thành phần cation hấp phụ. Thực tế một số đất trũng T lớn nhưng do nhiều H+ nên đất chua. Bởi vậy người ta sử dụng chỉ tiêu "độ no kiềm để đánh giá đất.
Độ no kiềm là tỷ lệ phần trăm các cation kiềm chiếm trong tổng số cation hấp phụ T, kí hiệu bằng V, đơn vị tính là %.
V càng lớn đất càng no kiềm. Có thể phân loại đất no kiềm và đói kiềm dựa vào V như sau:
V < 50% đất đói kiềm, cần phải bón vôi.
V = 50 - 70% đất trung bình, chưa cần bón vôi;
V > 70% đất gần no kiềm, không cần bón vôi.
3.2.2. Hấp phụ trao đổi anion
Sự hấp phụ anion của đất xảy ra đối với keo mang điện dương, song tỷ lệ keo đất mang điện không nhiều nên anion ít được hấp phụ trong đất. Khả năng hấp phụ anion có thể xếp như sau:
Dựa vào khả năng hấp phụ có thể chia các nhóm anion trong đất làm 3 nhóm:
- Nhóm thứ nhất: Trong nhóm này anion có thể bì hấp phụ mạnh bằng cách tạo thành các kết tủa khó tan với các cation trong dung dịch đất như Ca+, F++... Đó là kiểu hấp phụ hoá học đã nói ở phần trên. Nhóm này gồm có các anion của một số axit hữu cơ và axit photphoric như PO4---, HPO4--, HPO4-
- Nhóm thứ hai: gồm có các anion hầu như không bị hấp phụ. Nhóm này có CO3-
và NO2-, các anion này không tạo thành với các anion của dung dịch đất để tạo thành những chất khó tan, cũng không bị keo đất hút vì mang điện cùng dấu với keo đất
(diện tích âm). Bởi vậy Cl- dễ bị rửa trôi và không có sự tích luỹ Cl-. Không có sự tích luỹ Cl- trong đất sẽ ảnh hưởng tốt đến đất, còn NO3- rửa trôi đất sẽ mất đạm.
Nhóm thứ ba: gồm có các anion được hấp phụ trung gian giữa hai nhóm trên, đó là SO4-, HCO3-, CO3--, SiO3-