Các tính chất của đất liên quan đến sự cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng

Ngày đăng: 26-10-2017 23:17:32

Các nguồn cung cấp dinh dưỡng trong đất cho cây.

Các mối quan hệ cơ bản giữa các thành phần của đất và cây trồng

Các chất dinh dưỡng trong đất có thể cung cấp cho cây trồng có thể có nguồn gốc từ sự phân giải chất hữu cơ, sự phong hóa các khóang trong đất, từ phân bón vô cơ và hữu cơ, từ chất hữu cơ bổ sung (dư thừa thực vật), phân chuồng, phân ủ, chất thải rắn sinh học, từ cố định N sinh học, cây họ đậu…, đá phosphate (apatite), các sản phẩm trung gian trong công nghiệp như vôi, thạch cao, hoặc lắng đọng trong khí quyển (N & S), phù sa, xói mòn, ngập nước…

Bất kể nguồn gốc phát sinh, tất cả các chất dinh dưỡng trong đã vào trong đất được xem là nguồn dinh dưỡng cung cấp cho cây. Các chầt dinh dưỡng sẽ tương tác với các tính chất vật lý, hóa học và sinh học của đất, sau đó hoặc là được cây trồng hấp thu, hoặc là được di chuyển vào các nguồn cung cấp khác trong đất. Các nguồn cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng bao gồm:

1 Dung dịch đất.

Các chất dinh dưỡng dạng hòa tan và dễ dạng hữu dụng đối với cây..

2 Chất hữu cơ.

Chất hữu cơ trong đất được phân giải bởi vi sinh vật và giải phóng các chất dinh dưỡng vào dung dịch đất. Tầm quan trọng của chất hữu cơ trong đất như là 1 nguồn cung cấp dinh dưỡng, và vai trò của sinh vật đất, chi tiết được trình bày trong phần chu kỳ chất N.

3 Sinh vật đất.

Sinh vật đất có thể hấp thu và giữ tạm thời chất dinh dưỡng trong cơ thể (hấp thu sinh học).

4 Các khóang trong đất.

Các khóang khác nhau trong đất rất biến động trong khả năng hòa tan (dễ, khó hòa tan) để giải phóng dinh dưỡng.

5 Hấp phụ trao đổi bề mặt.

Các chất dinh dưỡng được giữ trên bề mặt keo đất bởi các cơ chế khác nhau. Do lực hấp phụ nên khả năng trao đổi các chất dinh dưỡng này cũng biến động: nhanh-chậm hữu dụng

Trao đổi cation. Các cation được hấp phụ trên bề mặt keo đất có khả năng trao đổi với các cation khác trong dung dịch đất. Đây là kiểu phản ứng rất quan trọng trong hấp phụ bề mặt.

Các nguồn cung cấp dinh dưỡng quan trọng

1 Trao đổi ion

Một số thuật ngữ.

Hấp phụ: giữ trên bề mặt

Hấp thu: hút vào bên trong

Ions. Các nguyên tố hay hợp chất hóa học mang điện tích

Cations – điện tích dương

Anions – điện tích âm

Dạng dễ hữu dụng nhất của các nguyên tố tối cần thiết phần lớn là dạng ion.

Trao đổi ion. Ion được hấp phụ trên bề mặt keo đất được trao đổi với 1 ion khác trong dung dịch, trao đổi ion là tiến trình thuận nghịch, tiến trình trao đổi ion giữa bề mặt keo đất và dung dịch đất.

1.1 Trao đổi cation.

Thường quan trọng hơn so với trao đổi anion trên đất nông nghiệp, do điện tích âm của bề mặt keo đất chiếm ưu thế. Trao đổi cation là phản ứng kiểm sóat khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng K, Ca, và Mg.

1.1.1 Nguồn gốc của điện tích bề mặt

Các thành phần như khóang sét, chất hữu cơ, các hợp chất vô cơ (ví dụ oxide Fe, Al ngậm nước), và rễ cây trồng đều có thể có điện tích trên bề mặt.

Điện tích trên khóang sét. Trong đất, khóang sét phần lớn là sét silicate dạng phiến, cấu trúc tinh thể.

- Sét silicate-đơn vị cấu trúc cơ bản: Tứ diện Silica, 1 ion Si⁴⁺ nối với 4 ion O^2- và bát diện Aluminum, 1 ion Al³⁺ nối với 6 ion OH^-

- Sét silicate – phiến. Các chuổi hay các phiến (lớp) tứ diện Si-và bát diện Al, các đơn vị tứ dịên nối với nhau thông qua O, và các đơn vị bát dịên nối với nhau thông qua OH

- Sét silicate – tầng. Các phiến được nối thông qua nguyên tố O hình thành các tầng

Các kiểu sét khác nhau có sự sự sắp xếp khác nhau giữa các phiến tứ diện và bát diện

Các tầng được nối với nhau bằng những cơ chế khác nhau và lực nô1 khác nhau

- Kiểu sét. Tùy theo sự sắp xếp các phiến, các loại sét được chia thành các kiểu:

- Sét 1:1. Một tầng sét bao gồm 1 phiến tứ diện và 1 phiến bát diện. Sét 1:1 tiêu biểu là sét Kaolinite, điện tích âm thấp, chiếm tỉ lệ cao trong đất phong hóa mạnh, không trương nở do nối hydrogen giữ các tầng với nhau.

- Sét 2:1. Một tầng sét bao gồm 1 phiến bát diện nằm giữa 2 phiến tứ diện. Các kiểu sét 2:1 tiêu biểu là sét Montmorillonite, illite, vermiculite. Montmorillonite có khả năng trương nở, co ngót rất cao, Vermiculite có khả năng trương nở trung bình, và Illite (glauconite) không trương nở do K⁺ giữ chặt 2 tầng sét 2:1 và "đóng chặt" illite, nên có điện tích âm thấp, nhưng là lọai sét cung cấp K hữu dụng chậm.

- Sét 2:1:1. Một tầng sét bao gồm 1 phiến bát diện nằm giữa 2 phiến tứ diện, nhưng có 1 tầng hydroxide Mg nằm giữa 2 tầng sét. Sét 2:1:1 tiêu biểu là sét Chlorite, 1 kiểu sét không trương nở.

b.Thay thế đồng dạng (isomorphic) trên khoáng sét. Điện tích thường xuyên.

Iso = giống nhau, morphic = dạng

Là sự thay thế 1 ion này bởi 1 ion khác có hình dạng, kích thước tương tự nhau, nhưng khác nhau về điện tích và sự thay thế này không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của sét.

Si⁴⁺ hay Al³⁺ được thay thế bởi các cation khác có điện tích thấp hơn.

Al³⁺ thay Si⁴⁺ trong tứ diện

Mg²⁺ hay Fe²⁺ thay Al³⁺trong bát diện

Đây chính là nguồn gốc chính hình thành điện tích âm, chủ yếu trong sét 2:1, là điện tích thường xuyên, xảy ra trong giai đọan hình thành khóang. Kỹ thuật quản lý không làm thay đổi được do điện tích thường xuyên không chịu ảnh hưởng của pH

Cạnh vỡ khoáng sét. Điện tích phụ thuộc pH

Cạnh vỡ của sét silicate dạng tầng, cạnh vỡ làm tăng các vị trí mang điện tích (+) khi pH thấp và tăng các vị trí mang điện tích (-) khi pH cao. Do phụ thuộc pH nên các kỹ thuật quản lý có thể làm thay đổi.

Điện tích trên cạnh vỡ sét chịu ảnh hưởng pH:

Điều kiện chua – thừa H⁺

- Si – OH

- Al – OH

Điều kiện kiềm –H⁺được trung hòa

- Si – O^-

- Al – O^-

Điện tích bề mặt chất hữu cơ

Điện tích phụ thuộc pH, do sự phân ly của H⁺ từ các gốc chức năng carboxylic phenolic acid. Ví dụ - COOH ↔ - COO^- + H⁺

Là hợp chất có điện tích cao/đơn vị trọng lượng

1.1.2. Khả năng trao đổi cation (CEC)

Tổng lượng điện tích âm trong đất, đơn vị Milliequivalents điện tích (-)/100 grams đất

CEC của đất phụ thuộc vào các yếu tố: hàm lượng sét (sa cấu), kiểu sét (sét 2:1 có CEC cao hơn sét 1:1) và hàm lượng chất hữu cơ (hàm lượng chất hữu cơ càng cao CEC càng cao.

CEC của các lọai sét và chất hữu cơ

	CEC (meq/100 g)
Vermiculite	120-150
Montmorillonite	80-120
Illite	20-40
Chlorite	20-40
Kaolinite	1-10
Mùn	100-300

CEC của đất chịu ảnh hưởng của sa cấu và hàm lượng chất hữu cơ

	CEC (meq/100 g đất)
cát (mùn thấp)	3-5
cát (mùn cao)	10-20
Thịt mịn (loam)	10-15
Thịt trung bình (Silt loams)	15-25
Sét và thịt pha sét	20-30
Đất than bùn	50-100

1.1.3 Tỉ lệ các cation hấp phụ.

Phụ thuộc vào lực hấp phụ trao đổi của các cation tỉ lệ thận với điện tích và kích thước (khi ngậm nước) ion. Lực hấp phụ như sau: Al³⁺ > H⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > K⁺ = NH₄⁺ > Na⁺(dãy điện hóa trị).

Sự cạnh tranh trong hấp phụ và thay thế ion tác động rất lớn đến sự rửa trôi cation và khả năng hữu dụng đối với cây trồng. hấp phụ mạnh, hạn chế rửa trôi, nhưng có thể làm giảm khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng.

1.1.4 Độ bảo hòa base.

Được định nghĩa là % CEC được chiếm giữ bởi các cation base. Các Cation acid bao gồm Al³⁺ và H⁺, các cation còn lại là base, phổ biến là Ca²⁺ , Mg²⁺ , K⁺ NH₄⁺ , Na⁺

Độ bảo hòa base chỉ thị khả năng hữu dụng và tỉ lệ thuận với pH. Độ bảo hòa base cao, khả năng hữu dụng các cation base cao và pH càng cao, độ bảo hòa base càng cao. Ví dụ, pH 5.5, độ bảo hòa base 50%, pH 7.0 tương ứng với độ bảo hòa base 90%

1.2.Trao đổi anion.

Anions được hấp phụ trên các vị trí mang điện tích (-). Trao đổi anion xảy ra trên các điện tích phụ thuộc pH, bao gồm cạnh khóang sét, Oxide Fe, Al ngậm nước. Trên đó Anion thay thế gốc OH. Trao đổi anion xảy ra phổ biến trong đất phong hóa mạnh. Anion được giữ lại không đơn thuần do lực hấp thu tĩnh điện, các anion có hấp phụ chuyên biệt, hay hấp phụ hóa học. Trao đổi anion rất quan trọng đối với H₂PO₄^-, va một số SO₄^2-, rất ít NO₃^- hay Cl^-, Trao đổi anion là phản ứng không quan trọng trong đất nông nghiệp có bón vôi.

1.3. Chelate hóa.

Là phản ứng tạo phức các cation kim lọai bởi các hợp chất hữu cơ. Các hợp chất hữu cơ được tổng hợp bởi rễ cây trồng, sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật, và một phần của chất hữu cơ trong đất

Chelate = "móng, vuốt". Do vậy nên các vị trí nối tăng rất cao, Chelate "bao quanh" ion kim loại

Chelate hòa tan làm tăng khả năng hữu dụng của các cation kim lọai như Fe, Zn, Mn, Cu. Nhờ đó nên các ion này được bảo bệ, hạn chế các phản ứng kết tủa và hấp phụ. Nhưng chú ý là nếu Chelate hóa bởi các chất hữu cơ dạng rắn làm giảm khả năng hữu dụng, ví dụ, khả năng hữu dụng của Cu thấp trong đất than bùn

III.Khả năng đệm.

Định nghĩa.

Là khả năng duy trì nồng độ các chất dinh dưỡng trong dung dịch đất. Khả năng bù đắp chất dinh dưỡng cho dung dịch đất từ keo đất, khi chất dinh dưỡng trong dung dịch được cây trồng hầp thu. Phân lớn các chất dinh dưỡng được xác định bằng phương pháp phân tích đất là chất dinh dưỡng ở dạng này

Ý nghĩa.

Khả năng đệm được diễn tả bằng: BC = Δ Q/ Δ I , trong đó, Yếu tố khối lượng (lượng chất dinh dưỡng được hấp phụ trên phần rắn) = Δ Q, bao gồm các ions hấp phụ và các khóang hòa tan đủ nhanh để cung cấp chất dinh dưỡng trong một mùa vụ. Yếu tố cường độ (chất dinh dưỡng hòa tan trong dung dịch) = Δ I, sự thay đổi về nồng độ các chất dinh dưỡng trong dung dịch đất.

Khi cây trồng hấp thu dinh dưỡng sẽ làm giảm nồng độ dinh dưỡng trong dung dịch, nếu đất có Q cao, nồng độ dinh dưỡng trong dung dịch sẽ được duy trì tốt. Ngược lại nếu I thấp và Q thấp, khả năng duy trì nồng độ dinh dưỡng trong dung dịch không cao, cây sẽ thiếu dinh dưỡng.