CHƯƠNG V BÀI 1: CÁC TÍNH CHẤT VÀ TRẠNG THÁI CỦA NƯỚC TRONG ĐẤT
BÀI 3: ĐỘ THOÁNG KHÍ VÀ NHIỆT ĐỘ ĐẤT
a. Tính chất:
- Quyết định bởi tốc độ trao đổi khí giữa đất và khí quyển - Tỉ lệ không khí trong phần phần rỗng
- Thành phần khí trong đất - Quá trình oxy – hóa khử
SV: Nguyễn Minh Thắng Page 49 b. Vai trò:
- Các hoạt động sinh học trong đất đều cần oxy.
- Hạn chế thiếu O2 và ngộ độc CO2
- Thực vật (không ngập) yêu cầu O2 tối thiểu là 10% (khí quyển 21%) II. Độ thoáng khí của đất:
- Được xác định thông qua hàm lượng O2 hữu dụng trong đất, kiểm soát bởi:
+ Tỉ lệ đại tế khổng;
+ Ẩm độ đất;
+ Mức độ hoạt động của sinh vật (tiêu thụ O2) + Khả năng chứa và mức độ tiêu tụ O2
- Cây thiếu khí O2 khi ẩm độ gần bão hòa (>80% độ rỗng chứa nước), ngăn cản thoát CO2
- Thừa ẩm – bão hòa nước:
+ Đất ngập nước
+ Cây trồng chịu ngập – hệ thống dẫn khí.
- Trao đổi khí trong đất: sinh vật sử dụng O2 càng nhanh, nhu cầu trao đổi khí càng lớn trao đổi theo cơ chế:
+ Dòng chảy khối lượng
+ Khuếch tán các loại khí riêng biệt (quang trong) do chênh lệch áp suất riêng giữa chúng mặc dù, áp suất chung giữa của không khí như nhau. Áp suất khí quyển 1atm (-100 kPa), áp suất của O2 (-21 kPa)
1. Xác định độ thoáng của đất
a. Thành phần khí torng đất so với khí quyển - N2 tương đương.
- O2 thay đổi và thấp hơn rất nhiều:
+ Lớp đất mặt < 20%
+ Tầng sâu < 5%, thậm chí 0%
- CO2 cao hơn gấp 10 lần (0.35 %). Nếu vượt 10%, ảnh hưởng đến hoạt động của sinh vật.
- CH4, H2S, C2H4,… Cao hơn do phân giải chất hữu cơ, hoạt động của vi sinh vật yếm khí.
SV: Nguyễn Minh Thắng Page 50 b. Độ rỗng
- Độ thoáng lý tưởng:
+ Đất có độ rỗng 50%;
+ Không khí chiếm 50% độ rỗng.
- Hoạt động của sinh vật hạn chế nghiêm trọng khi tỉ lệ không khí < 20% độ rỗng (10% thể tích đất) - Nguyên nhân thiếu O2: nước trong tế khổng ngăn cản khuếch tán O2 (tốc độ khuếch tán O2 trong nước giảm 10.000 lần)
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ thoáng
- Độ rỗng và tỉ lệ đại tế khổng: sa cấu, dung trọng, cấu trúc, % chất hữu cơ, tế khổng sinh học.
- Tốc độ hô hấp của sinh vật: O2 và CO2 trong đất phụ thuộc vào hoạt động vi sinh vật và hoạt động này phụ thuộc vò hàm lượng chất hữu cơ.
3. Độ thoáng khí và sinh thái a. Phân giải chất hữu cơ
- Tốc độ và sản phẩm của quá trình phân giải chất hữu cơ + Đủ O2: nhanh cho ra CO2 và H2O
+ Thiếu CO2: chậm cho ra CO2, ethanol, C2H4,… và các acid hữu cơ gây độc cho cây - Là điều kiện hình thành đất hữu cơ Histosol – than bùn.
b. Trạng thái các nguyên tố hóa học - Các nguyên tố dinh dưỡng
Nguyên tố Oxy hóa Khử
O CO2, C6H12O6 CH2, C2H2, CH3CH2OH
N NO3 NH4+
S SO4 H2S, S2
Fe Fe3+ Fe2+
Mn Mn4+ Mn2+
- Các nguyên tố khác: các kim loại nặng như Cr, As, Se,...
SV: Nguyễn Minh Thắng Page 51 - Màu sắc đất: biến màu của Fe và Mn
+ Đỏ, vàng, nâu đỏ: oxy hóa;
+ Xám, xanh: khử;
+ Đốm, vệt màu: khô, ngập xen kẽ.
4. Quản lý độ thoáng - Cải thiện cấu trúc đất:
+ Tiêu nước;
+ Duy trì chất hữu cơ, dư thừa thực vật + Luân canh, xen canh
+ Làm đất hợp lý.
- Đất ngập nước:
+ Là đất có tầng mặt bào hòa nước 1 thơi gian dài trong năm, nhưng nhiệt độ vẫn đủ cao hình thành nên trạng thái yếm khí trong đất.
+ Hình thành nên quần thể sinh vật đất đặc trưng.
+ Bảo hòa nước 1 thời gian dài, ngăn cản khuếch tán của oxy.
+ Thời gian ngập đất đất qua tình trạng khử, chất nhận điện tự trong các phản ứng hóa sinh không phải là O2.
+ Biểu hiện các tính chất đặc trưng.
+ Chỉ thị đất ngặp nước:
Động thái, chuyển dạng các nguyên tố Fe, Mn, S và C>
Tích lũy C: đất Histosol (than bùn), tầng Humic – do tốc độ phân giải chậm hơn tốc độ tích lũy chất hữu cơ
Fe bị khử thành Fe (II) hòa tan mạnh, di chuyển đến vùng oxy hóa, kết tủa, tầng sâu bị khử nên có màu xám, chroma thấp.
Fe khử màu xám xanh, oxy hóa màu đỏ - vùng có vệt, đốm màu: vùng oxy hóa – khử.
Chroma < 1 chỉ thị điều kiện khử.
Hình thái oxy hóa – khử: tầng trên của đất ngập nước, tầng sâu (có thể) đất vủng cao.
Hạt đất màu sáng, xung quanh rễ cây màu đỏ: do oxy khuếch tán theo hệ thống dẫn khí.
SV: Nguyễn Minh Thắng Page 52
Thực vật ưa ngập: hệ thống dẫn khí aerenchyma, rễ khí sinh, thân xốp,…
+ Hóa học đất ngập nước: tính chất chính củ đất ngập nước là:
O2 hòa tan thấp: chỉ lớp bùn (1 – 2cm) tầng mặt có tính oxy hóa.
Eh (điện thế oxy hóa – khử) thấp để khử Fe hình thành đặc điểm oxy hóa – khử (Gley), khử sulphate thành H2S, CO2 thành CH4.
Các phản ứng này liên quan đến chu kỳ luân chuyển C, N và S II. Nhiệt độ đất
1. Tác động của nhiệt độ đất
- Sinh trưởng và phát triển của sinh vật 25 – 30oC.
- Hoạt động của vi sinh vật 35 – 40oC.
2. Nhiệt đất phụ thuộc vào:
- Nhiệt năng đất hấp thu
- Nhiệt năng cần để thay đổi nhiệt độ đất - Nhiệt độ cần quá trình bốc hơi nước.
- 50% bức xạ mặt trời đến bề mặt đất
- 10% đất hấp thu phần còn lại phản xạ lại khí quyển – albedo
- Albedo 0.1 – 0.2: đất có màu sậm – hấp thu năng lượng cao nhưng nhiệt độ đất không cao do chứa nhiều nước.
- Albedo 0.5: đất màu sáng
- Ngoài màu sắc còn các yếu tố: hướng dốc, mưa, độ che phủ…
3. Các tính chất nhiệt của đất - Nhiệt riêng:
+ Lượng nhiệt cần để nâng nhiệt độ 1 đơn vị trọng lượng đất lên 1oC
+ Nhiệt riêng của nước: 1.00 cal/g – cần 1cal để nhiệt độ của 1g tăng lên 1oC + Nhiệt riêng của nước > đất.
SV: Nguyễn Minh Thắng Page 53 - Nhiệt và bốc hơi nước
+ Nhiệt cần cho bốc hơi 1 lít nước: 540kcal (2.275J)
+ Ẩm độ đất giảm 1%, nhiệt độ đất giảm 12oC. Nhưng thực tế, năng lượng cần cho bốc hơi được nhận trực tiếp từ năng lượng mặt trời.
+ Nhiệt độ đất ẩm < đất khô: bốc hơi và nhiệt riêng đất ẩm > đất khô.
4. Xác định niệt riêng hay khả năng giữ nhiệt của đất a. Giải bài toán
* Cho:
- Ẩm độ trọng lượng + Đất A = 10%
+ Đất B = 30%
- Nhiệt riêng của nước = 1cal/g - Nhiệt riêng của đất = 0.2cal/g
\* Giải:
- Đất a có 10g nước.100g đất khô hay 0.1g nước/10g đất khô - Để tăng 1oC:
+ 0.1g nước cần 0.1x1 = 0.1cal + 1g đất cần 1x0.2 = 0.2cal
- Vậy để tăng 1.1g đất ẩm cần 0.3cal
Nhiệt riêng đất A = 0.3cal/1.1g đất = 0.237cal/g đất b. Tổng quát
- Công thức tổng quát tính nhiệt riêng của đất C (đất ẩm) = (c1m1 + c2m2)/(m1 + m2)
+ c1m1: nhiệt riêng và trọng lượng đất khô + c2m2: nhiệt riêng và trọng lượng lượng nước
Đất B: C = 0.385cal/g
Đất B, ẩm hơn có nhiệt riêng cao hơn, khả năng giữ nhiệt cao hơn
SV: Nguyễn Minh Thắng Page 54 5. Kiểm soát nhiệt độ đất
- Che phủ bằng chất hữu cơ (dư thừa thực vật)
- Kiểm soát nước (âm độ đất) – không để quá ẩm trong vùng lạnh, quá khô trong vùng nóng.