ThS. Phan Tuấn Triều – Đh bình Dương

• 
  Chiều dày của phẫu diện ( từ trên mặt đến lớp đá mẹ / mẫu chất phân bón) cho phép xác định các cây trồng thích hợp: khả năng phát triển sâu cạn của bộ rễ, nhất là đối với các cây lâu năm. Ngoài ra phẫu diện cũng còn được sử dụngtrong việc định danh, phân loại đất.
  

2. 
   Thành phần của đất
   

• 
  Thành phần rắn – bao gồm tất cả các vật liệu vô cơ (khoáng sét) và hữu cơ (mùn). Thành phần này thường chiếm 50% thể tích đất.
  
• 
  Thành phần lỏng – bao gồm nước trong đất hoặc dung dịch đất, trong một môi trường lý tưởng, thành phần nước sẽ chiếm 25% thể tích.
  
• 
  Thành phần hơi / khí - phần không khí trong đất sẽ chiếm khoảng 25% thể tích còn lại, bao gồm tất cả các loại khí chủ yếu như cacbonic (CO₂), oxygen và nitơ (N₂), trong các đất bùn có them khí metan và H₂S (hyđro sulfit). Không khí trong đất chứa nhiều CO₂ ( do sự phân giải các chất hữu cơ, sự hô hấp của rễ cây thải ra) và ít O₂.
  

Hạt đất
Hình 2.2: Tỷ lệ phần trăm (%) lý tưởng cho các thành phần của đất (50 – 25 – 25) và sự sắp sếp các hạt đất.

3. 
   Sa cấu đất ( soil texture )
   

Đất cát có tỷ lệ lỗ hổng vào khoảng 25%, trong khi ở đất sét khoảng 60%. Trung bình đất canh tác có tỷ lệ # 35 – 45 %, đất tốt như nâu đỏ đạt đến 65%.

Các hạt được phân định dựa theo đường kính (D) hạt như sau:

• 
  Cát: 0.2 mm > D > 0.02mm
  
• 
  Thịt: 0.02mm > D > 0.002mm
  
• 
  Sét: 0.002 mm > D
  

Nói chung, có thể chia ra mấy loại như sau:

1. 
   Đất canh tác (sandy soil) - chứa khoảng 85% là cát.
   
2. 
   Đất cát pha thịt (sandy loam) - chứa 40 – 85% cát, 0-50% thịt, và 0-20% sét.
   
3. 
   Đất thịt pha (silt loam) - chứa 0-25% cát, 50-88% thịt, và 27% sét.
   
4. 
   Đất thịt (loam) - chứa 23 – 52% cát, 20-50% thịt và 5-27% sét.
   
5. 
   Đất sét pha thịt (clay loam) - chứa 20-42% cát, 18-25% thịt, và 27-40% sét. Dẻo khi ướt.
   
6. 
   Đất sét nặng (clay) chứa ít hơn 42% cát, ít hơn 40% thịt, và ít hơn 40% sét. Rất dẻo và dính khi ướt.
   

Ngoài ra, sa cấu đất còn được phân thành: (a) sa cấu thô, (b) sa cấu trung bình, (c) sa cấu mịn.

Sa cấu đất có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. Các loại đặc tính đất lien quan đến sa cấu đất được trình bày trong bảng 3.4. Đất có sa cấu nhẹ có lượng cát cao, dễ cày, tốn ít năng lượng trong việc chuẩn bị đất hơn lượng đất có lượng sét cao .

Nói chung, đất cát có ít các lổ hổng hơn nhưng lổ hổng lại lớn hơn đất sét, do kích thước của các hạt lớn hon. Do đó, sau sau các cơn mưa lớn, đất sét giữ lại được nhiều nước hơn đất cát.

4. 
   Cơ cấu đất ( soil structure )
   

• 
  Không có cơ cấu: các hạt đơn rời rạc nhau như đất cát ven biển.
  
• 
  Có cơ cấu như: cụm (viên), hạt, phiến dẹp, khối.
  

• 
  Việc thấm và thoát nước.
  
• 
  Việc cung cấp nước cho cây trồng.
  
• 
  Việc hút dưỡng chất của rễ cây.
  
• 
  Độ thoáng khí.
  
• 
  Việc phát triển của rễ cây.
  
• 
  Việc cày bừa và chuẩn bị đất.
  
• 
  Việc nẩy mầm và mọc của hạt giống sau khi gieo.
  

5. 
   Độ dày của đất
   

6. 
   Màu sắc của đất
   

Dựa vào màu sắc có thể đánh giá chất lượng và độ phì đất. Màu sắc đất phụ thuộc vào hàm lượng mùn và thành phần khoáng học và hoá học của đất.

Có 3 nhóm hợp chất: chất mùn (đen), chất chứa sắt (đỏ), oxytsilic canxicacbonat, canxisunfat (trắng) ảnh hưởng tới màu của đất. Màu đen còn do hydroxyt hay oxyt Mn, FeS hay màu đen của đá hình thành đất,…

2. 
   Tỷ trọng và dung lượng
   
   1. 
      Tỷ trọng
      



• 
  d: tỷ trọng thể rắn của đất
  
• 
  P: khối lượng thể rắn của đất
  
• 
  P1: khối lượng của nước có cùng một thể tích ở 4⁰C.
  

2. 
   Dung trọng
   

1. 
   Các nguyên tố hoá học
   

Trong đá gần một nửa là oxy (47,2%), tổng sắt nhôm là13,0% và các nguyên tố Ca, Na, K, Mg mỗi loại 2-3%. Các nguyên tố còn lại ở trong đá chiếm gần 1%.

Trong đất thành phần trung bình các nguyên tố hoá học khác với đá. Oxy, hydro (thành phần H₂O) lớn hơn: cacbon 20 lần, nitơ 10 lần, lớn hơn đá và chứa trong chất hữu cơ. Đồng thời Al, Fe, Ca, K, và Mg ít hơn trong đá do đặc trưng các nguyên tố này trong quá trình phân hoá và tạo thành đất.

Thành phần hoá học các nguyên tố ở trong đất và đã liên quan chặt chẽ với nhau, nhất là ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất. Các giai đoạn sau của quá trình phát triển lại chịu sự chi phối của các quá trình lý hoá sinh học và hoạt động sản xuất của con người tác động lên môi trường đất.

Ng.tố		Lượng cần cho 1ha	Dạng cây hút
* Từ không khí & nước Cacbon Hydrogen Oxygen * Từ đất và phân bón 1. Đa lượng Nitrogen (đạm) Phospho (lân) Kalium Calcium Magnesium Lưu huỳnh 2. Vi lượng Sắt Mangan Đồng Kẽm Molybden Boron Chlor	C H O N P K Ca Mg S Fe Mn Cu Zn Mo B Cl	Hàng tấn Hàng tấn Hàng tấn Vài chục - trăm kg Vài chục - trăm kg Vài chục - trăm kg Vài chục - trăm kg Vài chục - trăm kg Vài chục - trăm kg Vài chục - trăm kg Vài chục - trăm kg Vài chục - trăm kg Vài chục - trăm kg Vài chục - trăm kg Vài chục - trăm kg Vài chục - trăm kg	CO2 H2O (H+) CO2 hay H2O NO3¯ hayNH4+ H2PO4¯ hay HPO42- K+ Ca2+ Mg2+ SO42- Fe2+ Mn2+ Cu2+ Zn2+ MoO42- Bo3- Cl-

1. 
   Các nguyên tố đa lượng
   

2. 
   Các nguyên tố vi lượng
   

Các nguyên tố vi lượng được giải phóng do quá trình phong hoá phụ thuộc trước hết vào phản ứng của môi trường và điện thế oxy hoá khử (Eh).

Các dinh dưỡng khoáng đa và vi lượng cho cây trồng phải phải được hữu dụng trong đất vào thời điểm mà cây cần đến. Điều này có nghĩa là các dinh dưỡng khoáng phải hiện diện ở dạng hữu dụng và với số lượng phong phú, đồng thời cũng phải có một sự cân bằng đúng đắn giữa nồng độ các dinh dưỡng khoáng. Lượng, sự hữu dụng và sự cân bằng của nhiều nguyên tố dinh dưỡng khác nhau bị tác động bởi các đặc tính hoá học của đất như là pH và khả năng trao đổi cation.

2. 
   Độ chua của đất (pH đất)
   

pH = -log [ H⁺ ] = log _

Ở đây, [ H⁺ ] là lượng bằng gram của ion H⁺ chứa trong một lít dung dịch.

Thang pH bao gồm các giá trị từ 0 đến 14. Nồng độ ion H⁺ trong 1 lít nước nguyên chất là 0.0000001 hay 10^-7 , vậy pH của nó là: pH = -log 10^-7 = log 1/10^-7 = 7

Nước nguyên chất, với pH = 7, được xem như trung tính . Các giá trị pH dưới 7 thể hiện tính acid (chua), và lớn hơn 7 thể hiện tính base (kiềm) (bảng 3.2). Và do giá trị pH chưa lên thang logarithm, pH=4 sẽ chua hơn 10 lần so với pH=5 ( hay nồng độ ion H⁺ lớn hơn 10 lần).

Đa số các loại đất có ý nghĩa trong sản xuất nông nghiệp có giá trị pH trong khoảng 5-9. Đất ở các vùng có lượng mưa cao và phá rừng mạnh nói chung đều chua do các cation như Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, v.v… đã bị rửa trôi và có sự tập trung ion H⁺ trong các keo sét. pH của đất không phải là một giá trị cố định, nó có thể thay đổi theo thời gian.
Bảng 3.2. Thang pH đất và mức độ chua của đất.

pH	Nồng độ H+ (mol/lít)	Độ chua của đất
3 4 5 6 7 8 9	10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9	Rất chua Chua nhiều Chua trung bình Chua ít Trung tính Kiềm ít Kiềm trung bình

Mức độ pH (hay nồng độ H⁺) của đất ít khi có ảnh hưởng trực tiếp trên sinh trưởng cây trồng, nhưng quan trọng vì nó xác định sự hữu dụng của các dinh dưỡng khoáng cho cây. pH thấp có ảnh hưởng xấu đến sự hữu dụng của N, K, Ca, Mg. Tuy nhiên, sự hữu dụng của các nguyên tố Fe, Mn, Bo, Cu và Zn tốt hơn trong điều kiện pH thấp. Độ chua nhiều có thể có hậu quả là gây độc nhôm (Al).

pH đất cũng được dùng như một chi thị cho sự xuất hiện các vấn đề của đất như sau:

• 
  pH < 5.0 – Al, Fe, và Mn trở nên dễ hoà tan và có thể gây độc cho cây. Xuất hiện dấu hiệu thiếu Ca và Mo.
  
• 
  pH < 5.5 - xuất hiện dấu hiệu thiếu Mo, Zn, và S.
  
• 
  pH > 7.5 - Xuất hiện ngộ độc do Al, Zn, và Fe.
  
• 
  pH > 8.0 – Có sự tạo thành các Calcium Phosphate mà cây không hấp thu được.
  
• 
  pH > 8.5 - lượng Na trên mức bình thường. Ngộ độc muối. Xuất hiện dấu hiệu thiếu Zn và Fe.
  

CaO (vôi) + H₂O (trong nước)  Ca(OH)₂

Ca(OH)₂  Ca⁺⁺ + 2OH^-

Ca⁺⁺ thay thế 2H⁺ trong keo sét.

2H⁺ (được thay ra) + 2OH^-  2H₂O

3. 
   Khả năng trao đổi cation ( Cation Exchange Capacity – CEC)
   

Các ion có điện tích âm được gọi là các “anion”: NO3-. Các anion không bị các hạt keo đất hấp thu, do đó dễ dàng mất đi do nước rửa trôi.

Các ion có điện tích dương được gọi là các “cation”: H⁺, Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, K⁺, Na⁺ và NH₄⁺.

Các cation được thu hút hay hấp thụ trên bề mặt của các hạt keo đất có điện tích âm. Tổng số các cation trao đổi trong một trọng lượng đất nhất định được gọi là khả năng trao đổi cation (CEC) [ còn được gọi là khả năng trao đổi base ] và được diễn tả bằng milliequivalent/100g đất (meq/100g).

Đối với một cation nào đó, lượng miliequivalent cho 100g đất có thể được diễn tả bằng g như sau:
Meq/100g đất_ x _
Như vậy, 1 meq của H⁺ = 0,001 x 1/1 = 0.001 gram hay 1 miligam

Ca⁺⁺ =0.001 x 40/2 =0.020 gram hay 20 miligram

Mg⁺⁺ = 0.001 x 24/2 = 0.012 gram hay12 miligram
CEC diễn tả tổng số các cation mà một loại đất có thể hấp thu và trao đổi ( với cây trồng). Một loạt đất giàu sét và chất hữu cơ sẽ có CEC cao, nói cách khác là “ giàu dinh dưỡng” , có độ phì tiềm năng cao (Bảng 3.3). Nguyên nhân là do các loại đất giàu sét và chất hữu cơ sẽ có nhiều hạt keo sét có diện tích bề mặt lớn, nên khả năng hấp thu các cation lớn hơn.

Bảng 3.3. Giá trị khả năng trao đổi cation của một số loại đất ( theo J.Janick,1972).

Loại đất	CEC (meq/100g đất)
Đất cát Đất thịt pha cát Đất thịt Đất sét và Thịt pha sét Đất sét Kaolinite Đất giàu mùn	2 – 4 2 – 17 7 – 16 4 – 60 10 50 - 300

Trong số các cation, ion H⁺ được đặc biệt lưu ý vì đó là nguồn gốc gây đất chua (làm pH giảm). Ion H⁺ trong đất được tạo thành từ các nguồn sau đây:

• 
  Sự phân giải của acid carbonic (H2CO3), được hình thành từ sự hoà tan CO2 được phóng thích bởi hoạt động của rễ cây.
  
• 
  Sự phân giải của acid carbonic, được hình thành từ sự phân rã các xác bã hữu cơ (điều này giải thích đất than bùn rất giàu hữu cơ, thì độ phì cao nhưng rất chua).
  
• 
  Sự tích luỹ ion H+ như là kết quả của việc sử dụng liên tục phân đạm dạng ammonium ( NH4+). Một phần của lượng ammonium không được cây hấp thụ sẽ bị oxid hoá, tạo thành nitrate (NO3-) và ion H+. Hậu quả là làm chua đất canh tác.
  

4. 
   Chất hữu cơ
   

Chất hữu cơ đất là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng chủ yếu trong hệ sinh thái đất.

Chất hữu cơ của đất như một phần cacbon của sinh quyển và khí quyển, có liên quan đến sự thay đổi hàm lượng CO₂ trong khí quyển. CO₂ là khí nhà kính, hang năm tăng 0,5% ( Hall, 1989), lien quan đến phá rừng thoái hoá đất.

Gần đây người ta nhấn mạnh rằng để phát triển nông nghiệp bền vững nhất thiết phải giảm sự mất mát chất hữu cơ đất, nhất là sử dụng đất ở vùng nhiệt đới.

1. 
   Nguồn gốc chất hữu cơ
   

Chất hữu cơ trong đất có thể tồn tại ở dạng còn nguyên hay bán phân huỷ. Nhóm chất được hình thành mới trong đất do quá trình mùn hoá gọi là nhóm chất mùn đặc trưng - hợp chất axit mùn.

Chất mùn trong đất không dặc trưng, bao gồm các sản phẩm hữu cơ phân huỷ từ các xác thực vật, động vật và vi sinh vật …, chiếm khoảng 10 – 20% chất hữu cơ tổng số trong đất.

Trong thành phần của chúng chứa: đường, axit hữu cơ, axit amin dễ hoà tan trong nước ( 5 – 15%), các chất mở, sáp, nhựa không hoà tan trong nước, chỉ hoà tan trong dung môi hữu cơ, khó phân giải hơn ( 15 – 20%). Xenluloza, hemixenluloza, pectin bị phân giải hoá do vi sinh vật ( 30%). Protein và chất hữu cơ dễ phân giải khác chiếm 5 – 8%.

Chất mùn không đặc trưng có nguồn gốc từ thực vât, động vật có vai trò trong phong hoá đá, cung cấp dinh dưỡng cho cây, một số chúng có hoạt tính sinh học. Đây là nguồn bổ sung cho quá trình tạo thành mùn.

2. 
   Chất hữu cơ và cấu trúc đất
   

Hàm lượng chất hữu cơ đất và độ bền cấu trúc lien quan chặt chẽ với nhau. Hằng năm có bổ sung xác hữu cơ thực vật đã duy trì có hiệu quả độ bền cấu trúc.

Trong đất thường xảy ra quá trình suy thoái chất hữu cơ nhanh hơn quá trình tích luỹ chúng. Việc duy trì độ bền cấu trúc đất đòi hỏi bổ sung chất hữu cơ cho đất, nhất là đất trồng ở các vùng nhiệt đới.

Mùn có vai trò rất to lớn trong quá trình tạo thành đất, hình thành phẫu diện đất và tạo ra cấu trúc đất. Nhờ tính chất tạo phức của mùn với các kim loại làm tăng cấu trúc đất ( humat Ca, Mg, Fe, Al), giảm độc hại của nhiều nguyên tố kim loại nặng. Đất chua nhiều Al trao đổi độc hại đối với cây trồng, chất mùn đã làm giảm rõ rệt Al linh động do cơ chế tạo phức.

Axít mùn còn có tác dụng trực tiếp trong quá trình phong hoá đá, khoáng và đối với thực vật còn là chất kích thích sinh trưởng.

Các đất có thành phần cơ giới nhẹ(đất cát, đất xám bạt màu) thì khả năng trao đổi cation từ 60 - 96% do chất mùn. Do tính chất hấp phụ và trao đổi cation lớn của chất mùn, mà tính đệm của đất cũng lớn.

Mùn có vai trò rất toàn diện đối với độ phì đất, ảnh hưởng đến mọi tính chất lý hóa và sinh học của đất.

Mùn là hợp chất chứa nguồn dinh dưỡng cho cây trồng khi chúng bị khoán hoá. Các chất dinh dưỡng trong chất mùn như nitơ, photpho, lưu huỳnh và các nguyên tố khác sẽ được cung cấp dần cho cây khi bị khoán hoá chậm. Khi phân giải chất hữu cơ và mùn đất làm tăng CO₂ cho không khí đất và lớp không khí gần mặt đất tạo điều kiện cho quang hợp cây trồng.

5. 
   Thành phần sinh vật học.
   

Một số sinh vật như actinomycetes, tảo, vi khuẩn và nấm cũng hiện diện trong đất. Các hoạt động của các vi sinh vật này có ý nghĩa quan trọng vịec cải thiện cơ cấu đất, độ thoáng khí, độ ẩm rút nước và làm cho các nguyên tố dinh dưỡng trở nên hữu dụng cho cây trồng. Mặc dù các vi sinh vật cũng yêu cầu dưỡng chất và oxigen cho quá trình biến dưỡng của nó, và như thế cạnh tranh với cây trồng, các lợi ích do chúng mang lại lớn hơn nhiều.

Trong các nhóm vi sinh vật chính cư trú trong đất, vi khuẩn chiếm nhiều nhất về số lượng. Thường trong các loại đất vi khuẩn chiếm tỷ lệ trung bình từ 80-90% tổng số vi sinh vật.Trong các loại vi khuẩn háo khí, vi khuẩn kỵ khí, vi khuẩn tự dưỡng, vi khuẩn dị dưỡng…xạ khuẩn và vi nấm chiếm 8-10%. Còn lại là các nhóm tảo đơn bào và nguyên sinh động vật. Tỷ lệ này thay đổi tùy theo loại đất, tầng đất chế độ canh tác, thời vụ khu vực địa lý…

Quần thể vi sinh vật thường phân bố ở tầng 0 – 20cm. Tầng đất này là nơi có điều kiện môi trường thích hợp nhất cho vi sinh vật phát triển như: độ ẩm,nhiệt độ, ánh sáng, độ thông thoáng.

• 
  Phân hủy chất hữu cơ: chúng phân hủy và tiêu hóa các tàn dư thực vật và các chất hữu cơ khác qua hoạt động hóa học với sự trợ giúp của các enzym. Nhóm này tham gia mạnh mẽ vào các quá trình chuyển hóa vật chất trong đất, góp phần khép kín các vòng tuần hoàn vật chất trong thiên nhiên (chu trình nitơ, cacbon, photpho, lưu huỳnh).
  
• 
  Khoán hóa các chất hữu cơ: qua quá trình này các chất dinh dưỡng nằm trong cấu trúc sinh hóa của các chất hữu cơ bị phân giải và chuyển sang dạng hữu dụng mà cây trồng có thể hấp thụ được. Thí dụ chát hữu cơ chứa N ( protein, axit amin) thông qua các quá trình amôm hóa, quá trình nitrat hóa.
  

Chất hữu cơ ------------>NH₄⁺ ---------------> NO₂^- -------------- > NO₃^-

• 
  Cố định đạm (tiến trình chuyển hóa nitrogen trong khí quyển thành dạng cây có thể hấp thụ): vi khuẩn cố định đạm Rhizobium là một thí dụ, chúng sống trong nốt sần rễ cây họ đậu, có khả năng hút và chuyển hóa nitơ tự nhiên trong không khí thành N cung cấp cho cây, sau khi cây chết và bị phân giải, sẽ cung cấp và làm gia tăng hàm lượng nitơ trong đất.
  

• 
  Yểm trợ cho sự hữu dụng và hấp thụ của chất phospho(lân) và các dưỡng chất khác (N, Zn).Một loại nấm tên là Mycorrhiza có thể xâm nhập vào mô vỏ của rễ cây, sử dụng các loại thức ăn do rễ tạo ra, nhưng đồng thời cũng tạo ra một dạng lưới sợi nấm kết dính với keo đất bao quanh rễ, các nguyên tố dinh dưỡng như phospho bám lên màng này ở dạng hữu dụng và rễ cây có thể hấp thụ dễ dàng.
  

1. 
   Keo đất và khả năng hấp thụ của đất
   

1. 
   Keo đất
   

1. 
   Những hạt có kích thước 10^-6mm gọi là hệ phân tán phân tử.
   
2. 
   Những hạt có kích thước từ 10^-6 – 10^-4 mm gọi là dung dịch keo hay hệ phân tán keo.
   
3. 
   Những hạt có kích thước lớn hơn 10^-4 mm gọi là hệ phân tán thô.
   

2. 
   Cấu tạo của keo đất
   

• 
  Nhân mixen: là tập hợp những phân tử vô cơ, hữu cơ hay hữu cơ – vô cơ, có cấu tạo tinh thể hoặc vô định hình: là những axit mùn; hydroxit sắt; nhôm; silic và những phân tử khoáng thứ sinh.
  

• 
  Lớp ion tạo điện thế: Trên bề mặt nhân keo có một lớp ion được tạo thành do sự phân ly của nó hay do những nguồn gốc mang điện tích khác, gọi là lớp ion tạo điện thế.Dấu diện tích của keo chính là dấu của lớp ion tạo điện thế này.
  

• 
  Lớp ion bù: vì hạt keo mang điện của lóp ion tạo điện thế và do sức hút tĩnh điện mà tạo thành một lớp ion trái dấu bao bên ngoài hạt keo gọi là lớp ion bù.
  

Do lực hút tĩnh điện của hạt keo phụ thuộc vào khoảng cách với lớp ion điện thế nên chúng chịu những lực hút tĩnh điện khác nhau, và phân thành hai lớp:

• 
  Lớp ion cố định: gồm những ion bù ở gần hạt keo hơn, chiệu lực hút tĩnh điện mạnh, bám chặt hơn lên hạt keo và hầu như không di chuyển.
  
• 
  Tầng ion khuyếch tán: gồm những ion cách xa hạt keo hơn của lớp ion bù, chịu sức hút tĩnh điện yếu nên dễ di chuyển ra ngoài dung dịch giữa các mixen keo.