CHƯƠNG 4NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG PHÂN BÓN

BÀI 1: CẢI THIỆN pH ĐẤT CHUA VÀ SỬ DỤNG ĐẤT CHUA

pH đất và các tính chất đi cùng với pH đất có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng hữu dụng của các chất dinh duỡng đối với cây trồng và độ phì nhiêu của đất. Vì vậy nghiên cứu về độ chua và độ kiềm của đất có một tầm quan trọng để quản lý một cách thích hợp khả năng sản xuất của đất và cây trồng một cách tối hảo.

1 Các khái niệm tổng quát về độ chua và độ kiềm1.1 Acid-Base

Trong các hệ thống dung dịch, acid được định nghĩa là một chất cho H+ đến một chất khác. Ngược lại một base là chất nhận H+. Một acid khi hoà tan trong nước sẽ ion hoá phân ly H+ và các anion đi kèm, ví dụ sự phân ly của acetic acid và hydrochloric acid như sau:

CH2COOH CH2COO- + H+

HCl Cl- + H+

Khả năng phân ly H+ của một acid mạnh như HCl là 100 %, trong khi đó khả năng phân ly H+ của một acid yếu như acetic acid chỉ khoảng 1 %.

Các ion H+ (hay độ chua hoạt động) tăng theo lực acid. Khi một acid không phân ly có nghĩa là acid đó có một độ chua tiềm tàng cao. Tổng độ chua của một dung dịch là tổng nồng độ acid tiềm tàng và hoạt động. Ví dụ, độ chua hoạt động và độ chua tiềm tàng của một acid là 0,099 M và 0,001 M. Tổng nồng độ acid là 0,100 M, vì hoạt độ của H+ (độ chua hoạt động) gần bằng với tổng độ chua, nên acid này là một acid mạnh.

Ngược lại, với các acid yếu, hoạt độ của H+ thấp hơn rất nhiều so với độ chua tiềm tàng. Ví dụ, 0,100 M acid yếu với chỉ 1 % phân ly có nghĩa là hoạt độ của H+ là: 0,1 x 0,01 = 0,001M.Nước nguyên chất luôn tự phân ly nhẹ:

H2O H+ + OH-

Ion H+ này sẽ tấn công vào phân tử nước khác để hình thànhH2O + H+ H3O+

Do cả hai ion H+ và OH- đều được hình thành trong dung dịch, nên nước vừa có tính chất của 1 acid yếu và đồng thời có tính chất của 1 base yếu. Nồng độ của H+ (hay H3O+) và OH- của nước nguyên chất trong điều kiện không cân bằng với CO2 trong khí quyển là 10-7M. Sản phẩm của nồng độ H+ và OH-, được trình bày trong phương trình sau, là hằng số phân ly (Kw) đối với nước là:

[H+][OH-] = [10-7][10-7] = 10-14 = Kwp H của H2O trong trạng thái cân bằng với CO2 trong khí quyển dao động trong

khoảng 5,7, như phản ứng sau đây:

H2CO3

H2O + CO2 H + + HCO3-

Khi cho thêm một acid vào H2O sẽ làm tăng [H+] nhưng [OH-] sẽ giảm vì Kw là một hằng số (10-14). Ví dụ, trong một dung dịch 0,1M HCl, có [H+] là 10-1M vì thế [OH-] là:

Kw = [H+][OH-] = 10-14

[10-1][OH-] = 10-14

[OH-]= 10-13M

1

1.2 Khái niệm pH[H+] thường được diễn tả bằng cách dùng thuật ngữ pH vì cách diễn tả này sẽ thuận lợi

hơn, và pH được định nghĩa như sau:

pH = log 1 / [H+] = -log[H+]

Từ định nghĩa này ta thấy mỗi khi tăng 1 đơn vị pH sẽ tương ứng với việc giảm10 lần [H+]. Ví dụ, một dung dịch có [H+] = 10-5 sẽ có pH là 5,0.

Các dung dịch có pH < 7 là các dung dịch có tính chua, và các dung dịch có pH>7là các dung dịch có tính kiềm, các dung dịch có pH = 7 là các dung dịch trung tính.pH là thuật ngữ chỉ thể hiện nồng độ H+ trong dung dịch và không đo được độ chua không phân ly hay độ chua tiềm tàng của dung dịch. Ví dụ, pH của 0,1 M HCl phân ly hoàn toàn là 1,0, ngược lại pH của 0,1M CH2COOH, một acid yếu là 3,0. Tương tự, pH của 0,1 M NaOH, một base mạnh, là 13,0, trong khi đó pH của 0,1 M NH4OH, một base yếu là 11,0.

Bảng 4.1 Quan hệ giữa pH và nồng độ [H+] và [OH-]pH Nồng độ

H+ OH-

1 10-1 10-13

2 10- 10-12

3 10-3 10-11

4 10-4 10-10

5 10-5 10-9

6 10-6 10-8

7 10-7 10-7

8 10-18 10-6

9 10-9 10-5

10 10-10 10-4

11 10-11 10-3

12 10-12 10-2

13 10-13 10-1

14 10-14 10-0

Khi các acids và bases kết hợp với nhau, cả hai ion H+ và OH- đều bị trung hoà, hình thành một muối và nước:

HCl + NaOH H2O + Na+ + Cl-

H+ Cl- Na+ OH-

Nếu 1 lượng acid được chuẩn độ với 1 base và pH của dung dịch được xác định theo từng quá trình chuẩn độ, chúng ta sẽ thu đường cong trên một đồ thị với trục y là giá trị pH và trục x là các giá trị lượng base được thêm vào. Đường cong chuẩn độ của các acid yếu và mạnh khác nhau rất rõ ràng. Ví dụ, phản ứng trung hoà của HCl và NaOH được trình bày trong phương trình trên, và phản ứng của CH3COOH với NaOH như sau:

CH3COOH + NaOH H2O + CH3COO- + Na+

CH3COO- + H+ Na+ OH-

2

2 Tính đệm pHMột hệ thống có tính đệm có thể duy trì được pH của dung dịch trong một khoảng

biến thiên nhất định khi 1 lượng nhỏ acid hay base được thêm vào. Khả năng đệm pH được định nghĩa là khả năng chống lại sự thay đổi đột ngột về pH của hệ thống. Một ví dụ về một hệ thống đệm là hỗn hợp CH3COOH và CH3COONa.

CH3COOH H+ + CH3COO-

CH3COONa Na+ + CH3COO-

Ví dụ, một dung dịch chứa 1 M CH3COOH có pH là 2, nhưng khi dung dịch ấy có nồng độ 1M CH3COOH và 1M CH3COONa sẽ có pH là 4.6. Khi cho thêm một muối có tính phân ly mạnh CH3COONa vào dung dịch chứa CH3COOH, sẽ làm tăng nồng độ của CH3COO-, sự gia tăng nồng độ CH3COO- này sẽ thay đổi sự cân bằng để hình thành CH3COOH acid không phân ly. Nhưng chú ý là pH vẫn giữ ở 4,6 ngay cả khi pha loãng dung dịch này gấp 10 lần với nước; tuy nhiên, khi chỉ pha loãng dung dịch 1M CH3COOH có thể sẽ làm tăng pH lên 3,0. Vì vậy, khi cho CH3COONa vào CH3COOH, hổn hợp này sẽ đệm được pH của dung dịch. Hỗn hợp dung dịch này ta gọi là dung dịch đệm.

Nếu thêm 10 ml 1M HCl vào dung dịch đệm CH3COOH/CH3COONa, pH sẽ chỉ giảm đến 4,5, bởi vì khi H+ được thêm vào sẽ làm thay đổi cân bằng CH3COOH H+ + CH3COO-

về bên trái và do nồng độ CH3COO- giảm nên CH3COO- sẽ phân ly từ CH3COONa và giải phóng vào dung dịch (sự cân bằng thay đổi về phía phải CH3COONa CH3COO- + Na+).

Ngược lại, nếu thêm 10ml 1M NaOH vào dung dịch CH3COOH/CH3COONa, OH- sẽ trung hoà H+ trong hỗn hợp để hình thành nước. Do có sự cung cấp 1 lượng CH 3COOH acid không phân ly lớn, nên sự cân bằng sẽ thay đổi về phía phải, để bù đắp lượng H+ bị trung hoà; vì vậy pH chỉ tăng lên đến 4,7.

Đất có tính chất như là 1 acid yếu do CEC của chất mùn và các khoáng sét làm cho dung dịch đất có tính đệm pH.

3 Đất chuaKhoảng 25 % - 30 % diện tích đất trên thế giới bị chua, phân bố tại các khu vực sản xuất lương thực quan trọng.

3.1 Nguồn gốc phát sinh độ chua của đấtNguồn gốc phát sinh độ chua của đất bao gồm chất hữu cơ, các khoáng sét, các oxides

Fe và Al, Al3+ trao đổi, các muối hoà tan, CO2 và khoáng pyrite bị oxi hóa.

3.1.1 MùnChất hữu cơ hay mùn trong đất chứa các nhóm carboxyl và phenol tạo nên các phản

ứng hoá học và có tính chất như các acids yếu. Chúng sẽ phân ly, giải phóng H+. Hàm lượng chất hữu cơ trong đất thay đổi theo điều kiện môi trường, thảm thực vật, và loại đất; vì vậy mức độ gây chua của mùn đối với đất sẽ thay đổi tùy theo hàm lượng chất hữu cơ. Trong đất than bùn và đất khoáng có chứa nhiều chất hữu cơ, các acid hữu cơ góp phần lớn vào việc tạo nên độ chua của đất.

Chất hữu cơ -C R-COOH R-COO- + H+

3.1.2 Các khoáng sétCác khoáng sét trong đất tiêu biểu là kaolinite (1:1) và montmorillonite (2:1) có thể

đệm pH của đất. Sự phân ly H+ từ các “cạnh bị vỡ” của các khoáng sét, các bề mặt của các oxides Fe, Al, và chất hữu cơ góp phần tạo nên khả năng đệm pH trong đất. Đất có chứa sét và/hay chất hữu cơ cao sẽ thể hiện khả năng đệm (BC) lớn hơn là đất có sa cấu thô và/hay chứa chất hữu cơ thấp. Điện tích phụ thuộc pH và BC của các khoáng sét, các oxides Fe, Al, và chất hữu cơ được diễn tả như sau:Trên các oxides Fe và Al

3

OHH+ OH O-

H+ OH-

[Fe, Al] [Fe, Al] [Fe, Al] OHH+ OH O-

Chua Trung tính KiềmTrên các khoáng sét:

O O O Si Si Si

O HH+ H+ O H OH- O Al Al Al

O HH+ O H O Chua Trung tính KiềmTrên chất hữu cơ: OH-

RCOOH RCOO-

Chua Kiềm OH-ROH RO-

Chua Kiềm

3.1.3 Các polymers Fe và Al

Các ions Al3+ được thay thế từ bề mặt hấp phụ của các khoáng sét (CEC) sẽ bị thủy phân thành các phức hydroxyaluminum. Quá trình thủy phân Al3+ sẽ giải phóng H+ và sẽ làm giảm pH dung dịch đất, trừ khi có nguồn OH- trung hoà ion H+ này. Mỗi bước thủy phân tiếp theo sau sẽ xảy ra ở một pH cao hơn bước trước đó. Các phản ứng sau đây trình bày sự cân bằng giữa các dạng Al trong đất:

Al3+ + H2O Al(OH)2+ + H+

Al(OH)2+ + H2O Al(OH)2

+ + H+

Al(OH)2+ + H2O Al(OH)3

0 + H+

Al(OH)30 + H2O Al(OH)4

- + H+

Nếu thêm một base vào trong đất, H+ trong dung dịch đất sẽ bị trung hoà trước tiên. Khi tiếp tục cho thêm base vào, Al3+ sẽ bị thủy phân, và sẽ hình thành H+ với hàm lượng đương lượng với hàm lượng Al3+ bị thủy phân. Cần chú ý là Al(OH)3 không hoà tan và sẽ kết tủa ở pH >6.5, khi sản phẩm hoà tan của Al(OH)3 vượt quá mức cân bằng.

Tương tự như H2O, Al3+ cũng là 1 chất lưỡng tính, vừa có tính acid vừa có tính base, như trình bày trong các phương trình sau:Al là 1 base:

Al(OH)3 + H+ Al(OH)2+ + H2O

Al(OH)2+ (OH)2+ + H2O

Al(OH)2+ + H+ Al3+ + H2OAl(OH)3 + 3H+ Al3+ + 3H2O

Al là 1 acid:Al3+ + OH- Al(OH)2+

Al(OH)2+ + OH- Al(OH)2+

Al(OH)2+ + OH- Al(OH)3

Al là 1 anion:Al(OH)3 + OH- Al(OH)4

-

4

Các ion hydroxyl nhôm kết hợp với nhau hình thành nên các polymers mang nhiều điện tích khác nhau. Quá trình polymer hoá được gia tăng khi có sự hiện diện của các bề mặt khoáng sét. Cơ chế hình thành các polymers là sự chia sẽ các nhóm OH- trên các khoáng với các ion Al3+, như trình bày trong các phương trình sau:

Các polymer Al có điện tích (+) chiếm tỉ lệ cao và chủ yếu là dạng không trao đổi. CEC của đất có thể chịu ảnh hưởng bởi sự hấp phụ của các polymers mang điện tích (+) này. Ở pH cao, CEC tăng do Al(OH)3 kết tủa và giảm sự hình thành polymer Al mang điện tích (+) hay không có sự hiện diện của các polymer Al. Nhưng khi pH đất giảm sẽ làm tăng sự hình thành polymer mang điện tích (+), nên làm giảm CEC của đất.

OH 2+ H2O 2+ OH 4+

(H2O)Al + Al(H2O)4 (H2O)4Al A l(H2O)4 +2H2O H2O OH OH

O 2+

(H2O)4Al Al(H2O)4 +2H+

O

Sự thủy phân Fe tương tự như sự thủy phân Al như trình bày trong phương trình sau. Mặc dù phản ứng thủy phân Fe sẽ gây chua cao hơn sự thủy phân Al về mặt nguyên lý, nhưng độ chua này được đệm bởi các phản ứng thủy phân của Al. Vì vậy, sựï thủy phân của Fe có ảnh hưởng rất ít đến pH đất cho đến khi phần lớn Al trong đất bị phản ứng thủy phân.

Fe3+ + H2O Fe(OH)2+ + H+

Các polymers Fe và Al có thể hiện diện dưới dạng các keo vô định hình hay tinh thể, các keo này che phủ các bề mặt sét và các khoáng khác. Chúng cũng có thể được giữ giữa các mạng lưới của các khoáng sét có tính trương nở trong đất, ngăn cản sự sụp đổ của các mạng lưới này khi các khoáng bị mất nước.

3.1.4 Các muối hoà tanCác muối acid, muối trung tính, hay muối base trong dung dịch đất thường phát sinh

từ sự phong hoá của khoáng, sự phân giải chất hữu cơ, hay do sự bón phân hoá học và phân hữu cơ của con người. Các cations của các muối này sẽ thay thế các ion Al3+ hấp phụ trên đất chua và vì thế làm giảm pH của dung dịch đất (do Al bị đẩy ra ngoài dung dịch). Vì vậy, khi bón các cations có hoá trị 2 vào đất sẽ làm giảm pH dung dịch đất mạnh hơn so với các cation kim loại có hoá trị 1 (do lực thay thế Al của các cation hoá trị 2 cao hơn cation hoá trị 1).

Bón phân theo hàng sẽ tạo ra một nồng độ muối hoà tan cao trong vùng đất có bón phân, nên sẽ làm giảm pH dung dịch đất rất mạnh ngay tại cùng đó do sự thủy phân của Al. Vì vậy, việc bón phân theo hàng với liều lượng cao trên đất có pH<5,0-5,5, sự chua hoá mạnh này sẽ gây bất lợi cho sự sinh trưởng của cây trồng.

3.1.5 Carbon dioxide (CO2)Trong các loại đất đá vôi pH của đất chịu ảnh hưởng bởi hàm lượng CO2 trong thành

phần khí của đất. pH của loại đất có chứa CaCO3 trong điều kiện cân bằng với CO2 trong không khí khoảng 8,5; tuy nhiên, do nồng độ CO2 trong thành phần khí của đất thường cao, nên thực tế pH chỉ biến động trong khoảng 7,3-7,5.

Sự phân giải các dư thừa hữu cơ và sự hô hấp của rễ cây làm gia tăng nồng độ CO2

trong thành phần không khí của đất, CO2 này sẽ kết hợp với nước để cung cấp H+ làm giảm pH theo phản ứng sau:

H2O + CO2 H2CO3

H2CO3 H+ + HCO3-

5

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chua của đấtĐộ chua của đất sử dụng trong nông nghiệp ngày càng gia tăng do các yếu tố chính

sau: - Sử dụng các loại phân hoá học, đặc biệt là phân NH4

+ là loại phân hình thành H+

trong quá trình nitrate hoá.- Cây trồng hấp thu các cations và thải H+vào dung dịch đất theo cơ chế hấp thu trao

đổi- Sự rửa trôi của các cation này và được thay thế đầu tiên bởi H+ , sau đó là Al3+

- Sự phân giải các dư thừa hữu cơ. Mức độ hoá chua tự nhiên của đất gia tăng theo sự gia tăng của mưa vì nước mưa

thường có pH: 5,7 hay thấp hơn, phụ thuộc vào hàm lượng các chất ô nhiễm như SO2, NO2, và các chất khác trong khí quyển.

3.2.1 Các loại phân gây chua và phân gây kiềm Các loại phân khác nhau sẽ có phản ứng khác nhau trong đất. Các loại phân nitrate do

có mang một cation base nên có thể ít hình thành acid trong đất so với các loại phân NH4+. So

sánh giữa các loại phân lân (P), loại phân P nào có chứa hay sẽ hình thành NH 4-N sẽ có ảnh hưởng lớn đến pH đất.

Phosphoric acid được giải phóng từ sự hoà tan của các loại phân P như là TSP (monocalcium phosphate) và MAP có thể gây chua tạm thời cục bộ ở các điểm bón phân. TSP làm giảm pH đến 1,5, trong khi đó MAP chỉ làm giảm pH đến khoảng 3,5; tuy nhiên , tổng lượng H+ được hình thành rất thấp và ít ảnh hưởng đến pH đất trong thời gian dài. Diammonium phosphate (DAP) ban đầu làm tăng pH đến khoảng 8.

Nhưng độ chua được hình thành trong quá trình nitrate hoá NH4+ trong DAP sẽ làm đưa

pH đất trở lại giá trị ban đầu.Hiệp hội Hoá học Nông nghiệp đã đưa ra phương pháp xác định các loại phân chua và

phân kiềm dựa trên các giả thuyết sau:1. Tất cả các loại phân bón có chứa S và Cl-, 1/3 của phân P , và ½ của phân N là gây chua

cho đất.2. Sự hiện diện của Ca, Mg, K, và Na trong phân bón sẽ làm tăng nhẹ hay không làm thay

đổi pH của đất.3. ½ loại phân N được cây hấp thu dưới dạng ion NO3

-, và các ion đi kèm với hàm lượng đương lượng của K+, Ca2+, Mg2+, hay Na+. Sự hấp thu 1/2 còn lại có liên quan đến H+ và được xem như là ion trung hoà hay trao đổi với HCO3

- giải phóng từ rễ cây trồng.

6

Bảng 4.2 Độ chua hình thành do các loại phân N

Loại phân N Phản ứng Nitrate hoá

Dư lượng gây chua cho đất

Tối đa Tối thiểu Trung bình*

Dư lượng acid

Đương lượng CaCO3 (kg CaCO3/kgN)

Dư lượng acid

Đương lượng CaCO3 (kg CaCO3/kgN

Đương lượng CaCO3 (kg CaCO3/ kgN

NH3 lỏng khan

NH3(khí) + 2O2 H+ + NO3

- + H2OH+

NO3-

50/14=3,6 0 0 1,8

Urea (NH2) 2CO +4O2 2H+ +2NO3

- + CO2 + H2O2H+

2NO3-

100/28=3,6 0 0 1,8

Ammonium nitrate

NH4NO3 + 2O2 2H+ + 2NO3- + H2O

2H+

2NO3-

100/28=3,6 0 0 1,8

Ammonium sulfate

(NH4) 2SO4 + 4O2 4H+ + 2NO3- + SO4

2- +2H2O4H+

2NO3-

SO42-

200/28=7,2 2H+

SO42-

100/28=3,6 5,4

MAP NH4H2PO4 + O2 4H+ + NO3

- + H2PO4- + H2O

2H+

NO3-H2PO4-

100/14=7,2 H+

H2PO4-

50/14=3,6 5,4

DAP (NH4) 2HPO4 + O2 3H+ + 2NO3

- + H2PO4- +H2O

3H+

2NO3-

H2PO4-

150/28=5,4 H+

H2PO4-

50/28=1,8 3,6

Giá trị trung bình: áp dụng theo Hiệp Hội Các nhà Hoá Học Phân Tích. Phương pháp này giả định rằng sự sinh trưởng của cây trồng sẽ bị giảm do độ chua

được hình thành bởi quá trình nitrate hoá phân NH4+ và do sự hấp thu các cation và anion

không cân bằng của cây trồng.Nếu tính cả hàm lượng khá lớn NH4

+ được hấp thu trực tiếp bởi cây trồng, xem như lượng NH4

+ này không bị nitrate hoá, 1,8 kg CaCO3 cần để trung hoà sự hoá chua do 1 kg phân NH4-N gây nên. Nhưng khi không xét đến ảnh hưởng của sự hấp thu không cân bằng trong tỉ lệ cation/anion, thì cần đến 3,75 kg CaCO3 để trung hoà sự hoá chua của 1 kg NH4-N bị nitrate hoá thành NO3

-.

3.2.2 Sự mất đi các cation baseDo các dung dịch có chứa các loại muối luôn phải được trung hoà về mặt điện tích

[bằng nhau trong tổng điện tích (+) và (-)], khi nước rửa trôi xuống bên dưới vùng rễ có chứa cả hai cation và anion. Nên mỗi 1 kg NO3-N bị rửa trôi sẽ lấy đi theo 7,1 kg CaCO3 hay một đương lượng cation khác.

Sự hấp thu cation của cây trồng có thể làm giảm hoặc tăng độ chua của đất được hình thành do quá trình nitrate hoá NH4

+ từ phân bón, từ các chất thải của cây trồng và động vật, hay trong chất hữu cơ. Sự biến động này được giải thích là do sự khác nhau trong quá trình hấp thu N và các base của cây trồng. Chỉ số các base hấp thu (EB) được định nghĩa là tổng các cation hấp thu (Ca2+, Mg2+, K+, và Na+) trừ tổng các anion hấp thu (Cl-, SO4

2-, NO3-, và

H2PO4-). Các cây có tỉ số EB/N < 1,0 làm giảm độ chua gây ra do quá trình nitrate hoá, ngược

lại các cây có tỉ số EB/N > 1,0 làm gia tăng độ chua này. Chỉ có rất ít cây trồng có giá trị EB/N > 1,0. Các cây ngũ cốc và họ hoà thảo có tỉ số EB/N trung bình là 0,43 và 0,47, có nghĩa là chỉ có 43 và 47 % N được hấp thu sẽ gây chua cho đất.

3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian Độ chua của đất không hình thành trong 1 - 2 năm, và khác nhau giữa các loại đất. Sự

hoá chua có thể hình thành trong 5 năm đối với đất cát, hay 10 năm đối với đất thịt, nhưng có thể 15 năm hay hơn đối với đất thịt pha sét. Độ chua của đất ngày càng gia tăng do việc sử dụng vôi ngày càng giảm trong nông nghiệp, đồng thời sự sử dụng phân N ngày càng gia

7

tăng. Một ví dụ về việc sử dụng lâu dài các loại phân NaNO3 , (NH4)2SO4 trong điều kiện có và không có bón vôi. Với (NH4)2SO4, pH đất trong lớp đất mặt 15 cm giảm 1,6 - 1,8 đơn vị sau 32 năm canh tác, so với sử dụng (NH4)2SO4 nhưng có bón vôi. Với NaNO3 , pH chỉ giảm 0,7-1,0 đơn vị, so với NaNO3 có bón vôi.

Bảng 4.3 Ảnh hưởng của các loại phân N và bón vôi đến độ chua của đất (sau 32 năm canh tác bông vải - bắp)

Nghiệm thức bón N và vôi pH đấtLoại đất 1 Loại đất 2

0-15cm

15-30cm

30-45cm

45-60cm

0-15cm

15-30cm

30-45cm

45-60cm

(NH4)2SO4 4,8 4,8 4,3 4,3 4,8 4,8 4,9 4,9(NH4) 2SO4 + VÔI 6,2 5,4 4,7 4,6 6,0 5,5 5,3 5,1NaNO3 5,7 5,5 5,1 5,0 5,8 5,5 5,3 5,1NaNO3 + VÔI 6,4 6,4 6,3 6,3 6,8 6,6 5,8 5,2

pH ban đầu của 2 loại đất = 6,0Lượng N bón 40 kg N/ha trong 15 năm đầu, sau đó bón 53 kg N/ha trong 17 năm sau.Lượng vôi bón hàng năm là 500 kg/ha trong 15 năm đầu, và 800 kg/ha trong 17 năm

kế tiếp.

4 Đất phènĐất phèn được hình thành ở những nơi có địa hình thấp, có thời gian dài bị

nước biển xâm nhập, có sự tích lũy các trầm tích biển, thảm thực vật là sú, vẹt, đước. Có sự hiện diện của khoáng pyrite, khoáng này là vật liệu trung tính chỉ hóa chua trong điều kiện có oxy.

Lưu huỳnh trong xác bã thực vật được vi sinh vật phân giải trong điều kiện yếm khí hình thành H2S và trong điều kiện có Fe thì sẽ tạo thành FeS.H2O theo quá trình như sau H2S + Fe(OH)3 FeS.nH2O. Khi có sự xuất hiện của oxy pyrite bị oxy hóa do các vi khuẩn phân giải lưu huỳnh như Thibacillus thiooxidans hình thành nên acid sulfuric FeS2 + 7/2 O2 + H2O FeSO4 + H2SO4. Khi có sự hiện diện của vi khuẩn Thiobacillus ferroxidans, FeSO4 sẽ bị oxy hóa thành Fe3+.

FeSO4 + H2SO4+ ½ O2 Fe(SO4)3 + H2O Và Fe3+ sẽ tác dụng nhanh với FeS2 để hình thành acid sulfuric FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O 15Fe2+ + 16H + 2SO4

2-

Fe2+ + SO42- + 1/2 O2 + 3/2 H2O + ½ K+ 1/3 KFe(SO4)2(OH)6 + H+ + ½ SO4

2-.Sản phẩm oxy hóa của khoáng pyrite là khoáng jarosite và acid sulfuric.

Jarosite là đặc điểm để nhận biết đất phèn và acid sulfuric làm cho đất bị chua.

4.1 Đặc điểm đất phènĐất phèn thường có sa cấu sét, cấu trúc kém đến không cấu trúc, đất phèn

thường có hàm lượng chất hữu cơ tương đối cao nhưng do trong điều kiện yếm khí chất hữu cơ kém bị phân giải dẫn đến hàm lượng mùn trong đất phèn thấp (tỉ số C/N cao, > 25). Đất phèn có pH thấp (≤ 3,5 ở tầng sinh phèn), hàm lượng các độc chất (Al 3+, Fe2+, SO4

2-) cao, hàm lượng các chất dinh dưỡng cao nhưng khả năng hữu dụng thấp. Do đất phèn có sa cấu sét và có lượng chất hữu cơ cao nên có CEC cao và tính đệm cao.

Trong đất phèn hầu hết các vi sinh vật đều không có ích cho quá trình chuyển hóa chất dinh dưỡng cho cây trồng.

8

4.2 Sử dụng và các biện pháp cải tạo đất phènĐẩy tầng sinh phèn xuống thấp bằng cách giữ cho đất luôn ngập nước, một số

biện pháp cải tạo đất phèn đã được sử dụng như:Chọn giống chịu phèn hay kháng phènNgâm nước, cày không lật, làm đất tối thiểuBón vôi và các vật liệu có chứa vôiRửa phèn

5 Đất là một hệ thống có tính đệmĐất có tính chất như là một acid yếu nên có tính đệm pH. Trong các loại đất chua, Al3+

hấp phụ trên bề mặt keo đất sẽ duy trì sự cân bằng với Al3+ trong dung dịch đất, trong dung dịch Al3+ bị thủy phân để hình thành H+.

Nếu H+ được trung hoà bởi 1 base và Al3+ trong dung dịch bị kết tủa dưới dạng Al(OH)3, Al3+ trao đổi trên bề mặt keo đất sẽ được giải phóng để tái cung cấp Al 3+ cho dung dịch. Vì thế, pH dung dịch đất vẫn được duy trì hay được gọi là pH đất có tính đệm. Nếu base được tiếp tục thêm vào, phản ứng trên sẽ tiếp tục, càng nhiều Al3+ hấp phụ được trung hoà và được thay thế trên CEC bởi các cation của base bón vào. Kết quả là pH sẽ tăng dần.

Al3+

Ca2+

Sét Mg2+ Al3+ + H2O AlOH2+ + H+

K+

Al3+

Phản ứng trên cũng xảy ra theo hướng ngược lại. Khi thêm một lượng acid vào một loại đất trung tính, OH- trong dung dịch đất sẽ được trung hoà bởi H+ của acid, Al(OH)3 hoà tan dần nên làm tăng nồng độ Al3+ trong dung dịch và sau đó là trên CEC. Nếu phản ứng tiếp tục xảy ra, pH dung dịch đất vẫn sẽ tiếp tục tăng nhưng với tốc độ rất chậm vì Al3+ thay thế các cation base hấp phụ.

Tổng hàm lượng sét và chất hữu cơ trong đất và bản chất của các khoáng sét sẽ quyết định mức độ đệm của đất. Các loại đất có hàm lượng sét và chất hữu cơ cao sẽ có tính đệm cao, nhưng khi muốn nâng pH đất cần phải bón 1 lượng vôi lớn hơn rất nhiều so với các loại đất có tính đệm thấp hơn. Các loại đất cát có hàm lượng sét và chất hữu cơ thấp sẽ có tính đệm kém và chỉ cần 1 lượng vôi thấp có thể thay đổi pH nhanh chóng. Các loại đất chứa phần lớn sét 1:1 (Ultisols và Oxisiols) thường có khả năng đệm thấp so với các loại đất chứa chủ yếu các khoáng sét 2:1 (Alfisols và Mollisols).

9

5.1 Xác định độ chua hoạt động và độ chua tiềm tàng trong đất5.1.1 Độ chua hoạt động (hiện tại)

Phương pháp tương đối chính xác nhất và được dùng rộng rãi để xác định pH là đo pH bằng pH kế với điện cực thủy tinh trong 1 hỗn hợp đất nước. pH đất là 1 chỉ thị sự hiện diện của Al3+ và H+ trao đổi. H+ trao đổi hiện diện ở pH < 4, trong khi Al3+ trao đổi chủ yếu hiện diện ở pH: 4 - 5,5. Các polymers Al hiện diện trong khoảng pH: 5,5 - 7,0.

Khi đất bão hoà được pha loãng đến tỉ lệ đất : nước từ 1:1 đến 1:10, thường giá trị pH đo sẽ tăng so với pH được đo trong dung dịch bão hoà. Để tối thiểu hoá ảnh hưởng của nồng độ muối trong các loại đất, 1 số phòng phân tích thường dùng dung dịch loãng 0,01 M CaCl2

thay vì dùng nước. Ca2+ thêm vào sẽ làm giảm pH so với đất được pha loãng với nước. pH đo trong các dung dịch muối loãng thường biến động rất nhỏ, khoảng 0,1 - 0,5 đơn vị.

5.1.2 Độ chua tiềm tàngpH đất là một chỉ thị rất tốt phản ánh đất chua hay kiềm; tuy nhiên, vì là biểu thị độ

chua hoạt động, nên pH đất không xác định được độ chua tiềm tàng của đất. Để định lượng hoá độ chua tiềm tàng của đất, ta phải chuẩn độ đất với một base, độ chua tiềm tàng này có thể dùng để xác định nhu cầu bón vôi hay hàm lượng CaCO3 cần thiết để làm tăng pH đất đến một giá trị thích hợp cho sự sinh trưởng của cây trồng. Vì thế, nhu cầu vôi của đất không chỉ có quan hệ đến pH đất mà còn quan hệ với khả năng đệm hay CEC của đất. Đất có hàm lượng sét và/hay chất hữu cơ cao có khả năng đệm cao sẽ có nhu cầu vôi cao, ngược lại, đất có hàm lượng sét và /hay chất hữu cơ thấp có khả năng đệm thấp và có nhu cầu vôi thấp.

Một ví dụ tính toán nhu cầu vôi đối với 2 loại đất có CEC=20 meq/100 g và 10 meq/100 g như sau:

Đất sét: CEC = 20 meq/100 gpH ban đầu= 5,0 và % độ bảo hoà base (BS) ban đầu= 50 %pH cần đạt được = 6,5 và % độ bảo hoà base=80 %.Cần phải trung hoà 30 % độ chua trên CEC (80-50 %); vậy,

(0,30) (20 meq/CEC) = 6,0 meq acids = 6,0 meq CaCO3

100 g đất 100 g đất 100 g đấtVậy, lượng vôi nguyên chất cần là:

6,0 meq CaCO3 (50 mg CaCO3) = 300 mg CaCO3

100 g đất meq 100 g đấtDo đó,

300 mg CaCO3 (1.000 g) = 0,30 g CaCO3 = 0,30 kg CaCO3

100 g đất mg 100 g đất 100 kg đất0,30 kg CaCO3 (2x10 4 ) = 6000 kg CaCO3

100 kg đất (2x104) ha- lớp đất càyĐất thịt pha cát: CEC = 1 meq/100 g

Giả sử là đất này có pH ban đầu và pH muốn nâng lên cùng độ bảo hoà base giống như đất sét tính toán trên, thì lượng CaCO3 cần thiết sẽ là 3.000 kg CaCO3/ha lớp đất cày.

5.1.3 Xác định nhu cầu vôi của đấtNhu cầu vôi của đất có thể được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau. Chuẩn

độ đất với một acid hay một base sau đó tính toán lượng acid hay base cần thiết để làm giảm hay tăng pH đất. Chất base thường được sử dụng là Ca(OH)2 và acid thường là HCl. Sau khi cân bằng, pH được xác định và các giá trị pH này được vẽ lên 1 đồ thị với trục tung là giá trị pH và trục hoành là hàm lượng meq acid hay base được cho vào đất. Từ các số liệu này ta có thể dễ dàng xác định được nhu cầu vôi của đất nhằm đưa pH đến một giá trị mong muốn.

Ví dụ, để tăng pH từ 5,7 đến 6,5 cần bón 1,0meq base/100 g đất. Vậy lượng vôi nguyên chất CaCO3 cần để làm tăng pH từ 5,7 đến 6,5 sẽ là:

10

1,0 meq CaCO3 (5 mg CaCO3) = 5 mg CaCO3

100 g đất meq 100 g đất= 1.000 kg CaCO3/ha-15 cmDung dịch đệm đơn giản của Shoemaker, McLean, và Pratt (SMP) được sử dụng rộng

rãi để xác định nhu cầu vôi của đất chua. Dung dịch đệm là một hỗn hợp có nồng độ loãng của triethanolamine, paranitrophenol, và K-chromate. Phương pháp SMP đặc biệt thích hợp cho đất có các tính chất sau: nhu cầu vôi > 4 meq/100 g đất (> 4.000 lb/a), pH< 5,8, chất hữu cơ < 10 %, và có hàm lượng Al hoà tan cao. Nhưng đối với đất có nhu cầu vôi thấp, phương pháp SMP thường cho kết quả bón vôi cao hơn so với nhu cầu vôi thực tế.

Trong các loại đất rất chua, nhu cầu vôi có thể dựa trên cơ sở tính toán lượng CaCO3

cần thiết để làm giảm hàm lượng Al trên CEC. Ví dụ, người ta khuyến cáo bón 1 tấn CaCO3

cho mỗi 1meq Al3+ trao đổi/100 g đất. Ở một số nước, hàm lượng vôi cần để trung hoà Al trao đổi được xác định như sau:

Meq CaCO3/100 g đất = 2 x meq Al trao đổi/100 g đất.Những nghiên cứu khác cho thấy hàm lượng vôi được khuyến cáo sử dụng biến thiên

trong khoảng 1,1- 6,7 tấn CaCO3/ha-lớp đất cày.

5.2 pH đất và sản xuất cây trồngTrong quá khứ, pH khoảng 6,5 - 7,0 được xem là tối hảo cho sản xuất cây trồng; tuy

nhiên, thực tế chỉ cần bón vôi đủ để nâng pH lên khoảng 5,6 – 5,7 và làm giảm Al 3+ trao đổi xuống < 1 % của CEC sẽ làm hạn chế rất lớn những vấn đề gây ra do độ chua của đất có liên quan đến sản xuất cây trồng. Chú ý là bón vôi cho đất Ultisols và Oxisols đến pH 7,0, có thể làm hạn chế khả năng sản xuất do các nguyên nhân sau:

- Làm giảm tính thấm của đất.- Làm giảm sự sinh trưởng của cây trồng.- Hạn chế sự hấp thu P và 1 số nguyên tố vi lượng khác của cây trồng.Làm giảm Al3+ hoà tan đến < 1 ppm được khuyến cáo cho các cây trồng mẫn cảm với

độ chua. Trên đất Alfisols và Mollisols, bón vôi nâng đến pH 6,5 - 6,8 sẽ tối hảo cho hầu hết các loại cây trồng, ngoại trừ cây họ đậu được khuyến cáo nên bón đến pH 6,8 - 7,0.

Các cây trồng khác nhau có tính chống chịu với đất chua khác nhau.Bảng 4.4 pH tối hảo đối với 1 số cây trồng

pH đất Cây trồng<5,0 Khoai mì

4,5 – 7,5 Cà phê, cỏ kudzu5,0 - 5,5 Dâu tây, khoai tây, thuốc lá

5,5 - 6,5 Bắp , Lúa mì, Lúa mạch, gừng, ổi, mít, xoài, tiêu, chôm chôm, dứa, các cây họ đậu, cây phân xanh

6,0 – 7,0 Chuối, cacao, nho, đậu phụng, lúa nước, đậu nành, đậu bắp, bắp cải, cải bông

6,0 – 8,0 Tảo, bơ, bắp, mía

11

5.3 Các vật liệu có chứa vôiCác vật liệu được sử dụng phổ biến để cung cấp vôi cho đất là Ca và/hay Mg oxides,

hydroxides, carbonates, và silicates. Các anion đi kèm trong vôi phải có đặc tính làm giảm hoạt độ H+ và Al3+ trong dung dịch đất. Gypsum (CaSO4.2H2O) và các muối trung tính khác không thể trung hoà H+ như phản ứng sau:

CaSO4.2H2O + 2H+ Ca2+ + 2H+ + SO42- + 2H2O.

Thực ra khi bón các muối trung tính vào đất sẽ làm giảm pH đất. Đặc biệt là khi bón theo hàng, do vôi thay thế Al3+ hấp phụ trong đất, vì vậy, đôi khi bón các loại muối trung tính làm giảm pH đất cục bộ một cách đáng kể.

Bảng 4.5 Giá trị trung hoà (CCE) của 1 số loại vôi nguyên chấtLoại vôi Trọng lượng

phân tử (g/mole)

Trọng lượng đương lượng

(g/eq)

Giá trị trung hoà (%)

Hàm lượng Ca

CaO 56 28 179 71Ca(OH) 2 74 37 135 54

CaMg(CO3)2 184 46 109 22 (13 % Mg)CaCO3 100 50 100 40CaSiO3 116 58 86 46

Các phản ứng khi bón vôi vào đất, bắt đầu là sự trung hoà H+ trong dung dịch đất do cả ion OH- hay HCO3

- có trong vôi. Ví dụ, CaCO3 có tính chất như sau:CaCO3 + H2O Ca2+ + HCO3

- + OH-

Tốc độ của phản ứng có quan hệ trực tiếp đến tốc độ các ion OH- bị mất đi (trung hoà) trong dung dịch. Khi có đủ ion H+ trong dung dịch đất, Ca2+ và HCO3

- sẽ tiếp tục được phân ly từ CaCO3 và đi vào dung dịch. Tuy nhiên khi nồng độ ion H+ trong dung dịch giảm, sự hình thành ion Ca2+ và HCO3

- cũng bị giảm tương ứng.H+ tiếp tục bị mất đi khỏi dung dịch đất nên kết quả cuối cùng là sự kết tủa của Al3+ và

Fe3+ dưới dạng Al(OH)3 và Fe(OH)3 và sự thay thế chúng trên CEC bởi Ca2+ và/hay Mg2+.Phản ứng tổng hợp của sự trung hoà Al trong đất chua có thể được viết như sau:

Al3+ K+

Ca2+ Ca2+ Sét Mg2+ + CaCO3 + 3H2O Sét Ca2++2Al(OH)3+ CO2

K+ Mg2+

Al3+ Ca2+

Ca2+

5.3.1 Calcium OxideCalcium oxide (CaO) còn được gọi là vôi sống, vôi nung. CaO có dạng bột màu trắng,

được đóng bằng các bao giấy do CaO có tính ăn da. Được sản xuất bằng cách nung CaCO3

(đá vôi) trong lò nung, nhằm đẩy khí CO2 ra. CaO là là vôi hữu hiệu nhất, có giá trị trung hoà hay đương lượng Calcium carbonate (CCE) là 179%, so với CaCO3 nguyên chất. Nhưng trong trường hợp bón không cần thiết phải có hiệu quả nhanh, cả hai chất loại vôi CaO hay Ca(OH)2

đều có thể sử dụng được. Nhưng vấn đề khó khăn trong sử dụng vôi là việc trộn đều vôi trong đất, vì ngay sau khi bón vào đất vôi hấp thụ nước rất nhanh và hình thành dạng hạt nhỏ hay vữa. Các hạt này có thể bị hoá cứng do sự hình thành CaCO3 trên bề mặt chúng, dạng CaCO3

này có thể tồn tại một thời gian rất dài trong đất.

5.2.3 Calcium HydroxideCalcium hydroxide [Ca(OH)2] thường được gọi là vôi chết, vôi tôi, có dạng bột màu

trắng. Có hiệu lực nhanh trong khả năng trung hoà độ chua của đất. Vôi tôi được sản xuất bằng cách cho CaO ngậm nước và có giá trị trung hoà (CCE) là 136.

12

5.2.4 Calcium và Calcium-Magnesium CarbonatesCalcium carbonate (CaCO3) hay calcite và calcium-magnesium carbonate

[CaMg(CO3)2] hay dolomite là những chất chứa vôi được sử dụng phổ biến. Đá vôi phần lớn được khai khác từ các mỏ đá vôi. Chất lượng đá vôi phụ thuộc vào mức độ tinh khiết của chúng. Giá trị trung hoà của đá vôi biến thiên từ 65 -100 %. Giá trị trung hoà của CaCO 3

nguyên chất về mặt lý thuyết được qui ước là 100 %, trong khi đó dolomite nguyên chất có giá trị trung hoà là 109 %. Tuy nhiên, CCE của phần lớn vôi sử dụng trong nông nghiệp biến động khoảng 90 – 98 % do luôn có lẫn một số tạp chất. 5.2.5 Marl

Marls là trầm tích của đá vôi, xốp thường lẫn với đất và thường có ẩm độ cao. Trầm tích marls thường hình thành từng mảng và được phủ bởi bột vỏ sò, ốc.... có giá trị trung hòa trung bình từ 70 – 90 % tùy thuộc vào hàm lượng sét chứa đựng.

5.3 Giá trị trung hoà hay đương lượng Calcium Carbonate của các vật liệu có chứa vôiGiá trị của một loại vôi phụ thuộc vào lượng acid được trung hoà bởi một đơn vị trọng

lượng vôi, nên giá trị trung hoà có liên quan đến thành phần cấu tạo phân tử và độ tinh khiết của vôi. CaCO3 nguyên chất là mức chuẩn qui ước để xác định giá trị trung hoà các loại vôi khác, và giá trị trung hoà của CaCO3 qui ước là 100 %. CCE được định nghĩa là khả năng trung hoà độ chua của vôi được biểu thị bằng % trong lượng của CaCO3.

Xem các phản ứng sau đây:CaCO3 +2H+ Ca2+ + H2O + CO2

MgCO3 +2H+ Mg2+ + H2O + CO2

Trong mỗi phản ứng, 1 mole CO32- sẽ trung hoà được 2 mole H+. Trọng lượng phân tử

gram của CaCO3 là 100 g, trong khi đó trọng lượng phân tử của MgCO3 chỉ là 84 g; vì vậy, chỉ với 84 g MgCO3 sẽ trung hòa được một lượng acid tương đương với 100 g CaCO3. Vì thế, giá trị trung hoà hay CCE của một trọng lượng bằng nhau của 2 loại vôi trên được tính như sau:

84 = 100100 xx = 119Vậy khả năng trung hoà của MgCO3 lớn hơn gấp 1,19 lần CaCO3 với vùng 1 trọng

lượng; do đó CCE của MgCO3 là 119 %. Ta có thể tính giá trị trung hoà của các loại vôi khác theo cách tính tương tự.

Thành phần của các loại vôi đôi khi cũng được diễn tả bằng hàm lượng Ca và Mg của khoáng nguyên chất. Ví dụ, CaCO3 nguyên chất có chứa 40 % Ca và MgCO3 nguyên chất chứa 28,6 % Mg, được tính bằng tỉ lệ của trọng lượng phân tử:

24 g/m Mg x 100 = 28,6 %84 g/m MgCO3

Để chuyển đổi % Ca thành CCE, ta nhân % Ca với 100/40 hay 2,5; để đổi % Mg thành MgCO3, nhân % Mg với 84/24 hay 3,5.

5.3.1 Hàm lượng Ca và Mg oxideChất lượng của các vật liệu vôi cũng có thể diễn tả bằng đương lượng Ca và Mg dạng

oxide của chúng. Ví dụ, CaCO3 nguyên chất có chứa 40 % Ca. CaO có trọng lượng phân tử là 56, trong đó có nghĩa là O có trọng lượng là 16 g được kết hợp với 40 g Ca. Vì vậy, nếu Ca trong CaCO3 được diễn tả dưới dạng oxide sẽ chứa (56/100) x 100, hay 56/40 đương lượng của CaO. Vì vậy, để đổi % CaCO3 thành % CaO, ta nhân % CaCO3 với 56/100, hay 0,56. Ta có thể tính tương tự với các loại vôi có chứa Mg.

13

5.3.2 Carbonates tổng số Chất lượng của vôi cũng liên quan đến hàm lượng tổng CO3

2- chứa trong vôi. Ví dụ, có 1 loại vôi chứa 78 % CaCO3 và 12 % MgCO3. Tổng hàm lượng CO3 sẽ là 90 %.

Có thể sử dụng tất cả các yếu tố chuyển đổi sao cho tiện lợi trong tính toán và sử dụng.

5.4 Độ mịn của vôiHiệu quả trung hoà độ chua của vôi trong nông nghiệp tùy thuộc vào độ mịn của vôi,

do tốc độ phản ứng của vôi phụ thuộc vào diện tích bề mặt tiếp xúc với đất. CaO và Ca(OH)2

có dạng bột mịn , nên độ mịn không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả trung hoà, nhưng đá vôi cần phải được nghiền mịn trước khi bón. Khi đá vôi nghiền được trộn đều vào đất, tốc độ phản ứng sẽ gia tăng theo mức độ mịn của vôi. Các kết quả nghiên cứu về độ mịn của vôi cho thấy hiệu quả trung hoà của các thành phần thô thấp hơn thành phần mịn theo thời gian ủ trong đất. Hiệu quả tương đối, dựa trên cơ sở sự thay đổi pH của đất, chịu ảnh hưởng bởi mức độ thay đổi pH được sử dụng để so sánh.

Hệ số chuyển đổi sử dụng trong tính toán đương lượng trung hoà của các loại vôi.%CaO = %Ca x 1,40 (56/40= 1.40)%Ca(OH)2 = %Ca x 1,85%CaCO = %Ca x 2,50%MgO = %Mg x 1,67%Mg(OH) 2 = %Mg x 2,42%MgCO3 = %Mg x 3,50%Ca = %Mg x 1,67%CaCO3 = %Mg x 4,17%CaCO3 = %MgO x 2,50%CaCO3 = %MgCO3 x 1,19

Vì giá thành của vôi sẽ tăng theo độ mịn, nên trong thực tế chỉ cần nghiền tối thiểu, có nghĩa là chỉ cần sản xuất các loại vôi có tỉ lệ thành phần mịn đủ để làm thay đổi nhanh pH. Vì vậy vôi sử dụng trong nông nghiệp luôn chứa cả 2 thành phần mịn và thô.

Độ mịn của vôi được định lượng hoá bằng cách xác định sự phân bố các kích thước hạt trong 1 mẫu vôi. Yếu tố độ mịn là tổng lượng vôi có trong cả 3 kích cỡ hạt nhân với 1 hệ số hữu hiệu. Tỉ lệ Calcium Carbonate hữu hiệu (ECC) của đá vôi chính là CCE của chúng.

5.5 Lợi ích của việc sử dụng vôi trong nông nghiệpVôi rất ít khi cần trong các vùng đất có vũ lượng hàng năm thấp, sự rửa trôi không

đáng kể, và các vùng đất mặn, khô hạn, mặn kiềm.Sự gia tăng sinh trưởng của cây trồng do bón vôi thường là do vôi làm hạn chế tính

chất của độc chất Al3+, mặc dù giá trị dinh dưỡng đối với cây trồng của Ca và Mg trong vôi cũng quan trọng.

5.5.1 Lợi ích trực tiếpTính độc của Al có thể là yếu tố chính hạn chế sự sinh trưởng của cây trồng trong

nhiều loại đất chua, đặc biệt là khi pH đất <5,0 -5,5. Hàm lượng Al trong đất cao sẽ làm cản trở sự phân chia của tế bào rễ; ức chế sự hình thành nốt sần; cố định P thành các dạng ít hữu dụng trong đất và cả bên trong hay trên rễ cây; làm giảm sự hô hấp của rễ; cản trở sự hoạt động của các enzymes kiểm soát sự tích lũy polysaccharides trong màng tế bào; làm tăng tính cứng của màng tế bào do các nối pectins; và ngăn cản sự hấp thu, vận chuyển, và sử dụng các chất dinh dưỡng của cây trồng. Ở pH đất 4,5, vôi có thể loại trừ được độc tính của H+, H+

cao sẽ gây nên sự phá hủy màng tế bào rễ, cũng như làm cản trở sự phát triển của nhiều loại vi khuẩn có ích khác. Lợi ích trực tiếp lớn nhất của viêc bón vôi cho nhiều loại đất là làm giảm hoạt độ hay khả năng hoà tan của Al và Mn trong đất.

14

Khi đất chua được bón vôi, hoạt độ của Al3+ sẽ giảm do Al bị kết tủa dưới dạng Al(OH)3. Bón vôi làm tăng pH, đồng thời làm giảm hàm lượng Al trao đổi. Hàm lượng Al 3+

cao không chỉ gây độc cho cây, mà còn làm cản trở sự hấp thu Ca và Mg của cây trồng.Trong thực tế vấn đề ngộ độc Al không phải luôn được chữa trị hiệu quả bằng biện

pháp bón vôi. Tính chống chịu với độc tố Al thường do các tính chất di truyền quyết định. Vì vậy cần thiết phải có những mô hình chọn giống có tiềm năng chống chịu cao để giải quyết vấn đề ngộ độc Al trên đất chua.

Tính chống chịu với sự ngộ độc Mn cũng khác nhau tùy loại, giống cây trồng. Ví dụ, cây cải dầu rất mẫn cảm với tính độc của Mn, ngược lại lúa mạch chống chịu tương đối cao với độc tính của Mn.

5.5.2 Các lợi ích gián tiếpẢnh hưởng đến sự hữu dụng của P

Đất có pH thấp và có hàm lượng Fe, Al cao, P sẽ bị kết tủa dưới dạng các hợp chất Fe/Al-P. Đất chua khi bón vôi sẽ cho kết tủa được Fe và Al dưới dạng Fe(OH) 3 và Al(OH)3, do đó sẽ hạn chế được hoạt tính của Fe, Al và làm tăng sự hữu dụng của P cho cây trồng.

Nhưng cần chú ý, khi đất được bón vôi với liều lượng cao, tăng pH lên đến 6,8 -7,0, cũng có thể làm giảm sự hữu dụng của P do sự kết tủa của Ca và Mg-P. Nên 1 chương trình bón vôi hợp lý là cần giữ pH trong khoảng 5,5 - 6,8 để đảm bảo sự hữu dụng của P trong đất.Sự hữu dụng của các nguyên tố vi lượng

Ngoại trừ Mo, tất cả các nguyên tố vi lượng khác sẽ gia tăng sự hữu dụng khi pH giảm. Các nguyên tố vi lượng sẽ gây độc cho cây khi có nồng độ cao trong dung dịch. Bón vôi hợp lý sẽ làm giảm nồng độ của nhiều nguyên tố vi lượng trong dung dịch, và bón vôi nâng pH đất đến khoảng 5,6 - 6,0 có thể làm hạn chế tối đa tính độc của nhiều nguyên tố vi lượng đồng thời vẫn duy trì được sự hữu dụng của các nguyên tố này.

Khả năng hữu dụng của Mo sẽ được cải thiện khi đất được bón vôi, và các triệu chứng thiếu Mo thường ít khi xảy ra trên các loại đất đã được bón vôi nâng pH lên khoảng 7,0. Do ảnh hưởng đến các nguyên tố vi lượng khác, nên ta không nên bón vôi để nâng pH lên đến 7,0 cho hầu hết các loại cây trồng trong các vùng nóng ẩm.

Sự nitrate hoá Phần lớn vi sinh vật tham gia vào quá trình biến đổi NH4

+ thành NO3- cần 1 lượng Ca

lớn; vì vậy, quá trình nitrate hoá sẽ được tăng cường khi đất được bón vôi, pH nâng lên đến 5,5-6,5. Sự phân giải các tàn dư thực vật và chất hữu cơ trong đất cũng sẽ xảy ra nhanh hơn trong khoảng pH này so với đất chua. Ảnh hưởng của bón vôi đến cả 2 quá trình khoáng hoá N hữu cơ và nitrate hoá được trình bày trong bảng 4.6. Bảng 4.6 Ảnh hưởng của Vôi đến sự khoáng hoá N hữu cơ và nitrate hoá trong 3 loại đất

chua

Loại đất Nghiệm thức N hữu cơ được khoáng hoá (ppm)

% N bị nitrate hoá

1(pH 5,5, 0,20 % N tổng số)

Không bón vôiBón vôi 4 tuần lễBón vôi 2 năm trước

366133

86694

2(pH 5,4, 0,13 % N tổng số)

Không bón vôiBón vôi 4 tuần lễBón vôi 2 năm trước

407244

76493

3(pH 5,7, 0,83 % N tổng số)

Không bón vôiBón vôi 4 tuần lễBón vôi 2 năm trước

90107134

288394

Bón vôi ngay trước khi ủ chất hữu cơ sẽ làm tăng gấp đôi sự khoáng hoá N hữu cơ. Tuy nhiên, sau 1-2 năm, bón vôi không còn ảnh hưởng đến sự giải phóng N khoáng trong cả

15

hai loại đất. Mặc dù bón vôi ngay khi bắt đầu ủ làm tăng sự nitrate hoá, nhưng bón sớm sẽ hiệu quả hơn.

Sự cố định N Khi bón vôi đầy đủ sẽ gia tăng sự cố định N2 cộng sinh và không cộng sinh. Sự hoạt

động của nhiều nòi vi khuẩn Rhizobium bị giảm đáng kể khi pH đất 6,0, do đó bón vôi làm tăng pH sẽ làm tăng sự sinh trưởng của các cây họ đậu do sự cố định N2 được tăng cường. Với các sinh vật cố định N2 tự do (không cộng sinh), sự cố định N2 cũng gia tăng khi đất được bón vôi đầy đủ, đồng thời quá trình phân giải các dư thừa thực vật cũng gia tăng.

Tình trạng lý tính đất Khi đất được bón vôi, cấu trúc của đất có sa cấu mịn có thể được cải thiện, thể hiện

qua việc tăng hàm lượng chất hữu cơ và sự hình thành các phức sét bão hoà Ca. Ảnh hưởng tốt của bón vôi đến cấu trúc đất bao gồm việc làm giảm hiện tượng đóng váng của đất sau khi mưa hay tưới, làm cho hạt giống nẩy mầm tốt hơn, và giảm được chi phí năng lượng trong làm đất. Tuy nhiên, nếu bón quá nhiều vôi cho các loại đất Oxisols và Ultisols có thể cấu trúc đất bị phá hủy, hậu quả là làm giảm khả năng thấm nước của đất. Ca cũng cải thiện phần nào tình trạng lý tính của đất mặn kiềm. Nồng độ các chất điện ly tăng do sự hoà tan của CaCO 3

sẽ kiềm hãm sự phân tán sét và làm giảm khả năng thấm nước của các loại đất này.

Bệnh cây Bón vôi cho đất chua có 1 vai trò rất quan trọng trong việc kiểm soát 1 số bệnh cây.

Nhưng ngược lại, bón vôi cũng có thể làm tăng tỉ lệ 1 số bệnh khác như bệnh nấm vẩy trên rễ cây, ghẻ trên khoai tây5.6 Phương pháp bón vôi

Bón vãi trên mặt ruộng không cày vùi vào đất sẽ không có hiệu quả nhanh để hiệu chỉnh độ chua của các tầng đất sâu. Trong một số nghiên cứu cho thấy nếu bón vãi vôi không cày vùi, 10 -15 năm sau pH các tầng đất sâu 15 cm mới được nâng lên. Khi bón với lượng vôi cao, nên chia làm 2 lần, mỗi lần bón ½ và cày vùi ngay, sau đó bón ½ còn lại và cũng cày vùi, đây là phương pháp tốt nhất để vôi có tác dụng ngay trong tầng đất cày.

Giữ pH tầng đất mặt thích hợp trong một thời gian dài nhiều năm là một phương pháp có ý nghĩa thực tiễn để khắc phục độ chua của tầng đất sâu bên dưới. Nhiều dẫn chứng cho thấy khi duy trì pH tầng đất mặt ở 6,0, 6,5, và 7,2 sẽ làm giảm được độ chua ở các tầng đất sâu hơn.

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của các phương pháp làm đất, liều lượng bón phân N và bón vôi đến pH của 1 loại đất thịt sau 7 năm trồng bắp liên tục

Nghiệm thức bón N

Độ sâu tầng đất (cm)

Làm đất theo phương pháp cổ

truyềnKhông làm đất

Bón vôi Không bón vôi Bón vôi Không

bón vôiBón N cao (336 kg N/ha)

0-5 cm5-15 cm15-30 cm

5,35,96,0

4,95,15,5

5,55,35,8

4,34,85,5

Bón N trung bình (168 kg N/ha)

0-5 cm5-15 cm15-30 cm

5,96,36,2

5,25,65,7

5,95,96,0

4,85,55,9

16

Có thể dùng các thiết bị làm đất phổ biến kết hợp với bón vôi để trung hoà độ chua tầng đất sâu bằng cách cày vùi vôi ngay sau khi bón. Ảnh hưởng của việc cày sâu để vùi vôi sau bón đến sự sinh trưởng của bông vải cho thấy trọng lượng và độ sâu của rễ cây gia tăng khi cày vùi đến độ sâu 45 cm. Khi cày vùi vôi sâu hơn (60 cm) sẽ làm tăng năng suất bắp.

Với những hệ thống canh tác không làm đất, pH lớp đất mặt có thể giảm đáng kể sau vài năm do việc sử dụng phân N và do sự phân giải các dư thừa thực vật. Nhưng sự hoá chua này chỉ tập trung ở lớp đất mặt, và điều này có thể dễ dàng hiệu chỉnh bằng cách bón vôi cho lớp đất này.

Trộn một phần vôi với đất là một phương pháp giảm bớt lượng vôi bón nhưng có thể vẫn làm tăng pH thích hợp cho cây trồng sinh trưởng tốt.

Một trong những yếu tố góp phần vào việc làm giảm năng suất cây trồng trên đất chua là sự khó khăn trong việc kiểm soát cỏ dại. Kiểm soát cỏ dại kém trên đất chua là do tốc độ phân giải và hấp phụ thuốc diệt cỏ gia tăng ở pH đất thấp. Trên đất có pH cao, hiệu lực của 1 số thuốc diệt cỏ có thể kéo dài trong nhiều năm, nhưng điều này có thể có vấn đề đối với các cây nhạy cảm với thuốc diệt cỏ.

Một phương pháp bón vôi khác là vôi được tạo thành dạng huyền phù với nước, thường được gọi là vôi lỏng. Thiết bị bón phân dạng lỏng có thể dùng cho việc bón vôi lỏng này. Có thể trộn các loại vôi thật mịn với 50 % nước và bón bằng thiết bị bón phân lỏng. Một số đặc điểm của vôi dạng lỏng như sau:

1. Phân bố rất đều.2. Vôi được nghiền mịn nên phản ứng rất nhanh với đất.3. Chỉ cần bón 1 lượng nhỏ vôi ở bất cứ thời điểm nào.4. Có thể hiệu chỉnh pH đất một cách nhanh chóng.5. Bón hàng năm giúp duy trì pH.6. Giá thành vôi lỏng thường cao 2-4 lần vôi dạng khô.

Urea-ammonium nitrate (UAN) có thể trộn thành huyền phù với vôi. Cày vùi ngay sau khi bón huyền phù này sẽ hạn chế rất lớn việc mất NH3 khi urea bị thủy phân. Các huyền phù N-K-vôi được sử dụng rất thành công.

5.7 Các yếu tố quyết định bón vôi5.7.1 Cây trồng

Mức độ nhạy cảm đối với độ chua của đất rất khác nhau tùy loại cây trồng, vì thế lượng vôi bón cho đất cũng khác nhau tùy thuộc vào loại cây trồng đang canh tác. Loại, giống cây trồng là yếu tố quan trọng nhất để xây dựng chương trình bón vôi cho đất.

5.7.2 Sa cấu và chất hữu cơ của đấtĐất có sa cấu thô, hàm lượng chất hữu cơ thấp, nhu cầu vôi sẽ thấp hơn so với đất có sa

cấu mịn và hàm lượng chất hữu cơ cao. Thường ít khi xảy ra việc bón vôi với liều lượng quá cao cho đất có sa cấu thô, nhưng nếu hiểu biết về hóa học đất cơ bản có thể hạn chế được vấn đề này.

5.7.3 Thời gian và chu kỳ bón vôiĐối với các hệ thống luân canh có cây họ đậu, có thể bón vôi 3 - 6 tháng trước khi gieo

trồng; điều này có tầm quan trọng đặc biệt trên đất có độ chua cao. Nếu bón vôi quá cận thời gian gieo trồng, có thể không đủ thời gian để vôi phản ứng với đất. Nếu cây họ đậu được trồng sau một cây họ hoà thảo thì thời gian bón vôi tốt nhất là bón khi gieo trồng cây họ hoà thảo. Các dạng vôi dễ hoà tan như CaO và Ca(OH)2 có thể bón vãi đều trước khi gieo trồng để tránh sự tổn thương cho cây con vừa nẩy mầm.

17

Chu kỳ bón vôi cho một vùng đất thường tùy thuộc vào sa cấu của đất, loại phân N và lượng phân N bón cho đất, sản lượng cây trồng thu hoạch, chế độ mưa, và hàm lượng vôi bón cho mỗi lần bón. Trên đất cát, thường bón một lượng vôi ít, nhưng bón nhiều lần, ngược lại đất có sa cấu mịn, có thể bón ít lần hơn nhưng với lượng cao trong mỗi lần bón. Vôi được nghiền mịn sẽ có phản ứng nhanh hơn, nhưng hiệu quả thường chỉ duy trì trong thời gian ngắn hơn so với vôi nghiền thô hơn.

Phương pháp hoàn hảo nhất để quyết định chu kỳ bón vôi cho một vùng đất là thử nhanh pH đất. Có thể lấy mẫu đất thử nhanh pH đất với khoảng thời gian 3 năm 1 lần.

5.7.4 Độ sâu làm đấtThường lượng vôi được khuyến cáo cho nông dân bón được dựa trên cơ sở độ sâu của

tầng đất cày 15 cm. Nhưng nếu khi đất được cày sâu đến 25 cm, lượng vôi khuyến cáo có thể phải tăng lên 50 %.

5.8 Làm chua đất có pH caoSự hoá chua của đất có thể có lợi đối với các loại đất có chứa hàm lượng carbonate

cao, như các loại đất vùng khô hạn và bán khô hạn. Việc san lấp đất để thuận tiện cho việc tưới tiêu và các mục đích khác có thể làm cho các tầng đất bên dưới có pH cao được phơi bày lên trên, nên ảnh hưởng không tốt đến sự sinh trưởng của cây trồng. Do đó các vấn đề gây ra do pH đất cao không chỉ hạn chế trong các vùng khô hạn và bán khô hạn. Sự hoá chua của đất lúa ngập nước làm tăng năng suất lúa, thường là do khả năng hữu dụng của các nguyên tố vi lượng tăng. Trên một số vùng khác, các loại đất chua trung bình có thể cần thiết phải hoá chua hơn nữa để thích hợp cho sự sinh trưởng của cây trồng thích hợp với điều kiện chua như khoai tây, dâu tây, họ thập tự. Có thể làm đất hoá chua bằng việc sử dụng 1 số hoá chất sau:

5.8.1 Bón S nguyên tố (S)Bón S nguyên tố có ảnh hưởng rất lớn đến mức độ hoá chua của đất. Khi S được bón

vào đất, sẽ xảy ra phản ứng sau:S + H2O + 3/2O2 2H+ + SO4

2-

Với 1 mole S bị oxi hoá, sẽ hình thành nên 2 mole H+, nên làm giảm pH đất. Vì vậy trong việc tính toán lượng S bón cho đất, cần phải xác định tính đệm pH của đất đó.

Bột S nghiền mịn có thể bón vãi và cày vùi vài tuần lễ trước khi gieo trồng vì phản ứng oxi hoá S của vi sinh vật có thể xảy ra chậm, nhất là trên các vùng có khí hậu lạnh và đất có pH kiềm. Trong một số trường hợp, người ta khuyến cáo nên làm chua hoá vùng rễ cây nhằm làm tăng tính thấm nước của đất và tăng khả năng hữu dụng của P và các nguyên tố vi lượng khác trong đất. Để cải thiện cả hai trường hợp này thường cần phải hoá chua cho các loại đất mặn kiềm. S nguyên tố cũng có thể bón theo hàng dưới dạng bột mịn hay dạng huyền phù. Khi bón S theo hàng, hàm lượng phân S cần bón thường thấp hơn nhiều so với phương pháp bón vãi.

Bón SO2 cho đất cũng làm tăng sự hấp thu dinh dưỡng của cây cao lương. Trong nghiên cứu này, chỉ cần trung hoà 25 – 50 % độ kiềm cải thiện đáng kể khả năng hấp thu dinh dưỡng của cây.

5.8.2 Sulfuric acidSulfuric acid (H2SO4) được dùng để cải tạo đất bị nhiễm B và Na, làm tăng khả năng

hữu dụng của P và các nguyên tố vi lượng khác, giảm sự bay hơi NH3, tăng tính thấm nước của đất, kiểm soát được một số loại cỏ dại và nguồn bệnh, và tăng cường sự phát triển của cỏ trên các đồng cỏ chăn nuôi. Ảnh hưởng của H2SO4 làm tăng năng suất cao lương và lúa gạo chủ yếu là do tăng khả năng hữu dụng các nguyên tố vi lượng trong đất.

18

H2SO4 có thể bón trực tiếp cho đất nhưng có bất lợi là sự nguy hiểm cho người sử dụng và cần phải có thiết bị đặc biệt chịu được acid. H2SO4 cũng có thể được tưới nhỏ giọt trên mặt đất hoặc bón với thiết bị tương tự như thiết bị bón NH3 lỏng khan. H2SO4 cũng có thể được hoà vào nước tưới trực tiếp. H2SO4 có ưu điểm là phản ứng tức thời với đất, nên có tác dụng hoá chua rất nhanh.

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của việc bón H2SO4 và FeSO4 đến năng suất cao lương (kg/ha) trên đất đá vôi

H2SO4 Fe (kg/ha)0 112 560

0 434 1,460 2,275112 605 1,538 2,274560 2,169 2,429 2,230

5,600 1,885 1,971 1,810

5.8.3 Aluminum sulfateAluminum sulfate [Al2(SO4)3] được sử dụng phổ biến trong nghề trồng hoa, dùng để

làm chua đất trong sản xuất azaleas (đỗ quyên), camellias (hoa trà), và các loại hoa kiểng chịu được điều kiện chua. Khi hoà vào nước, Al2(SO4)3bị thủy phân tạo nên một dung dịch rất chua:

Al2(SO4)3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 6H+ + 3SO42-.

Khi Al2(SO4)3 được bón vào đất, ngoài việc thủy phân trong dung dịch đất, Al3+ sẽ thay thế bất kỳ H+ và các cations trao đổi nào trên CEC nên làm pH giảm rất nhanh:

Al2(SO4)3 + sét 4H+ sét Al3++ Ca2++ 4H+ + 3SO42-.

Ca2+ Al3+

Al2(SO4)3 không được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp. FeSO4 cũng được dùng để bón cho đất nhằm làm hoá chua đất kiềm và có đặc tính tương tự như Al2(SO4)3.

5.8.4 Ammonium polysulfideNH4S8 dạng dung dịch được dùng bón cho đất mặn kiềm nhằm làm giảm pH và làm tăng

tính thấm nước của đất. NH4S8 có thể được bón theo hàng, cách hạt 5-10cm hay có thể hoà thẳng vào nước trong hệ thống tưới. Bón theo hàng thường có hiệu quả hơn trong việc chữa trị thiếu dinh dưỡng vi lượng so với bón thông qua hệ thống tưới. NH4S8 sau khi bón vào đất sẽ được phân giải thành ammonium sulfide và keo S0. S0 và S2- sau đó sẽ bị oxi hoá thành H2SO4. Potassium polysulfide cũng được sản xuất và sử dụng tương tự như ammonium polysulfide.

5.8.5 Làm chua cục bộ đất khi bón phânDo các loại đất đá vôi và đất pH cao đều có tính đệm cao nên chi phí sẽ rất lớn nếu ta

dùng phân chua trung hoà hết độ kiềm của đất. Do đó chúng ta không cần phải trung hoà độ kiềm toàn bộ khối đất, mà chỉ cần làm chua vùng rễ cây phát triển bằng cách bón phân chua theo hàng hay làm chua cục bộ trong từng nơi có bón phân.

Khi bón phân ammonium thiosulfate và ammonium polyphosphate có thể làm đất bị chua hoá trong vùng gần nơi bón phân, như thế có thể làm tăng khả năng hữu dụng các nguyên tố vi lượng trong đất xung quanh vùng rễ cây.

19

BÀI 2 CẢI THIỆN VÀ SỬ DỤNG ĐẤT MẶN, ĐẤT KIỀM VÀ ĐẤT MẶN KIỀM

Trong các vùng khô hạn và bán khô hạn, tốc độ bốc hơi nước cao sẽ làm tích tụ các muối hoà tan trong đất. Nước cũng được di chuyển lên trên từ nước ngầm hay các giếng phun. Sự mất nước do bốc hơi nước dần dần sẽ làm cho muối tích tụ và hình thành các loại đất mặn, mặn kiềm hay đất kiềm. Các loại đất này hình thành rất phổ biến trên các vùng khô hạn và bán khô hạn, nơi có lượng mưa thấp không đủ làm rửa trôi muối trong đất, lượng mưa thường < 350 mm/năm. Các loại đất này cũng hình thành khá phổ biến ở các vùng sử dụng các phương pháp tưới, tiêu không thích hợp. Các đầm lầy ven biển trong vùng ôn đới, các đầm lầy ngập mặn trong vùng nhiệt đới và á nhiệt đới, và các đầm lầy trong lục địa gần các hồ nước mặn cũng có thể hình thành các loại đất này.

Ngày càng có nhiều diện tích đất bị hoá mặn do sử dụng các phương pháp tưới tiêu không thích hợp. Mặn hoá là vấn đề trở ngại chính trên các vùng trồng lúa nước.

Sự hoá mặn (tích lũy muối) là 1 nguy hại tiềm tàng trên hầu hết các vùng đất canh tác có tưới trong các vùng khô hạn và bán khô hạn trên thế giới, và sự hoá mặn ngày càng gia tăng trên các vùng đất trồng cây trồng cạn không tưới và các đồng cỏ. Muối tích lũy trong đất có chứa các cation Na+, Ca2+, và Mg2+, và các anion Cl-, SO4

2-, HCO3-, và CO32-. Các ions này

có thể có nguồn gốc từ sự phong hoá các khoáng và được tích lũy do không đủ nước để rửa trôi chúng.

Na là nguyên tố gây hại đặc biệt nghiêm trọng, do nguyên tố này có thể gây độc trực tiếp cho cây đồng thời gây ảnh hưởng xấu đến cấu trúc đất. Khi tỉ lệ Na/CEC cao, các kết tập đất sẽ bị phân tán (làm mất cấu trúc đất). Khi mất cấu trúc, đất có tính thấm nước rất kém, hình thành váng cứng trên bề mặt sau khi mưa hay sau khi tưới, và có thể giữ nước đọng trên mặt trong một thời gian dài.

Mức độ phân tán các kết tập đất khác nhau phụ thuộc vào hàm lượng Na trong đất. Đất có sa cấu mịn, chứa sét montmorillonite có thể bị phân tán khi phức hệ trao đổi chứa 15 % Na. Trên các loại đất nhiệt đới có chứa oxide Fe, Al cao và trên các loại đất kaolinitic, hàm lượng Na bảo hoà 40 % CEC mới gây ra sự phân tán nghiêm trọng. Các loại đất có hàm lượng sét thấp thường ít bị vấn đề phá vỡ cấu trúc do chúng có tính thấm nước nhanh.

1 Một số định nghĩa1.1 Đất mặn

Đất mặn là đất có độ dẫn điện của dịch trích bão hoà (ECse) > 4 mmhos/cm, pH < 8,5, và Na trao đổi (ESP) <15 %. Đất này trước đây được gọi là đất kiềm trắng do sự tích lũy một lớp muối trắng trên bề mặt sau khi nước bốc hơi và có pH kiềm. Đất này có hàm lượng muối cao, chủ yếu là các muối Cl- và SO4

2- của Na+, Ca2+, và Mg2+, các ions này có thể bị rửa trôi nhưng không làm tăng pH đáng kể. Nồng độ các muối hoà tan này đủ để hạn chế sự sinh trưởng của cây trồng, mặc dù có sự khác nhau về tính chống chịu mặn trong các giống cây trồng.

1.2 Đất kiềmĐất kiềm có ESP >15 %, ECse < 4mmohs/cm, và pH > 8,5. Trước đây gọi là đất kiềm

đen do sự tích lũy của chất hữu cơ hoà tan cùng với muối trên mặt đất. Trong đất kiềm, hàm lượng Na cao sẽ làm phân tán các keo đất và Na cũng gây ra sự rối loạn dinh dưỡng trong phần lớn các loại cây trồng.

1.3 Đất mặn kiềm Đất này có nồng độ muối cao như đất mặn (ECse > 4 mmohs/cm) và Na trao đổi cao

như đất kiềm (ESP > 15 %); nhưng đất này có pH < 8,5. Ngược lại với đất mặn, khi muối được rửa trôi, Na trao đổi sẽ thủy phân và làm tăng pH, kết quả là hình thành nên đất kiềm.

20

2 Các mối tương quan giữa các thông số sử dụng trong nghiên cứu đất mặn, kiềm

Có nhiều thông số thường được dùng để định lượng hoá các loại đất bị ảnh hưởng bởi muối và Na, và các thông số này luôn có mối tương quan với nhau. Đo ECse đất có thể ước đoán được hàm lượng tổng muối hoà tan trong dung dịch đất, hệ số tương quan như sau:

ECse x 10 = tổng cation hoà tan (meq/L).ECse được tính bằng đơn vị mmhos/cm hay mS/cm.

Nếu các cation hoà tan được đo trong dịch trích bão hoà, tỉ lệ hấp phụ của sodium (SAR-sodium adsorption ration) có thể được tính như sau:

SAR = Na+/(Ca2+ + Mg2+)/2 (nồng độ các ions đơn vị tính bằng meq/L).Do các quan hệ cần bằng giữa các cation trên bề mặt trao đổi và trong dung dịch, nên

SAR có tương quan đến hàm lượng Na+ trên CEC. Hàm lượng này được diễn tả bằng tỉ lệ sodium trao đổi (ESR-exchangeable sodium ratio). ESR được định nghĩa như sau:

ESR = Na+ trao đổi/(Ca2+ + Mg2+) trao đổi nồng độ các ions đơn vị tính bằng meq/L).Trong một loại đất nhiễm mặn có mối quan hệ giữa các cation trao đổi trên bề mặt sét

và trong dung dịch. Quan hệ này có thể được dùng để tính toán ESR khi ta không đo tổng hàm lượng các cation trao đổi. Phương trình sau đây trình bày mối tương quan tuyến tính trên:

ESR = 0.015(SAR).Do ESR có tương quan với ESP được dùng để phân loại đất mặn có chứa Na+ cao, nên

:ESP = 100(ESR)/(1+ESR).Các thông số này và các mối tương quan giữa chúng rất có giá trị trong sử dụng để

nghiên cứu, cải tạo tính chất dung dịch và hoá học trao đổi của đất mặn và đất nhiễm mặn.

3 Các ảnh hưởng của muối đến sự sinh trưởng của cây trồngTính độc của Na+ và Cl- là nguyên nhân chính gây ra sự ức chế sinh trưởng đối với cây

mẫn cảm với muối, ngay cả khi độ mặn thấp. Khi nồng độ các ion này cao, dung dịch đất sẽ có áp suất thẩm thấu cao, nên khi tiếp xúc với tế bào rễ, nước và các chất hoà tan trong tế bào rễ có khuynh hướng di chuyển ra ngoài dung dịch đất, làm cho tế bào rễ bị co nguyên sinh (plasmolysis).Bảng 4.8 Khả năng chống chịu với đất mặn của 1 số cây trồngChịu được tốt (8 - 12 mS/cm)

Chịu được trung bình (6 - 8 mS/cm)

Mẩn cảm trung bình (4 – 6 mS/cm)

Mẫn cảm (< 4 mS/cm)

Lúa mạch, lấy hạt Lúa mạch, đồng cỏ Cỏ họ đậu TáoCỏ Bermuda Củ cải đường Bắp cải MơBông vải Sung Cải bông Dâu tâyChà là Yến mạch Bắp Bưởi

Cao lương Dưa leo ChanhĐậu nành Rau diếp HànhLúa mì Đậu phộng Cam

Khoai tây ĐàoLúa nước LêCà chua Dứa, ổi

Tính chống chịu với nồng độ muối của cây trồng khác nhau phụ thuộc vào loại cây trồng và thời gian sinh trưởng. Ví dụ cây trưởng thành thường có khả năng chống chịu mặn cao hơn các cây non. Lúa mạch và bông vải có khả năng chống chịu mặn khá cao. Tính chống

21

chịu muối cũng khác nhau giữa các giống hay dòng, nhưng nồng độ muối cao thường ảnh hưởng lớn đến giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng hơn là giai đoạn hình thành hạt hay quả (bảng 4.8). Những giống cây có thể giải độc muối Na+ và Cl- hiệu quả cũng có thể không cho sản lượng khi nồng độ muối quá cao. Các cây chống chịu muối nhưng không giải độc Na+ có khả năng duy trì tỉ lệ K+/Na+ thích hợp trong mô sinh trưởng.

4 Cải tạo đất mặn và đất kiềm cho sản xuất cây trồng.4.1 Đất mặn

Đất mặn tương đối dễ cải tạo nếu có đủ nước có nồng độ muối thấp dùng để tưới hoặc rửa, và đất cần có tính chất tiêu nước mặt và nước trong đất tốt. Yêu cầu rửa mặn là muối phải được rửa sâu xuống dưới vùng rễ.

Lượng nước cần thiết để rửa trôi muối ra khỏi vùng rễ, được gọi là nhu cầu nước rửa (leaching requirement-LR), LR được tính toán như sau:

LR = ECw/ECdw

với LR= nhu cầu nước rửaECw= EC của nước tướiECdw= EC của nước tiêu

LR là lượng nước cần để rửa trôi muối, ngoài lượng nước tưới theo nhu cầu nước của cây trồng về mặt sinh lý. Lượng nước cần để rửa muối phụ thuộc vào (1) ECse mong muốn, ECse này phụ thuộc vào khả năng chịu mặn của cây trồng, (2) chất lượng nước tưới (ECiw), (3) độ sâu vùng rễ cần rửa, và (4) khả năng giữ nước của đất (SWHC).

Trong các loại đất có mực nước ngầm cao, cần phải thiết kế hệ thống tiêu trước khi tiến hành việc rửa mặn. Nếu đất có tầng chứa calcium hay thạch cao, hay đất có tính thấm kém, cần phải cày sâu để cải thiện tính thấm ban đầu của đất. Những nơi chỉ sử dụng nước mưa để canh tác hay những nơi nguồn nước tưới bị hạn chế, nên phủ chất hữu cơ trên mặt đất để làm giảm được sự bốc hơi nước và tăng khả năng tiêu nước của đất.

4.2 Đất kiềm và đất mặn kiềmTrên các loại đất kiềm và mặn kiềm, cần phải làm giảm Na trao đổi và/hay ECse phải

giảm thấp, điều này rất khó trong thực tế, vì sét trong đất có thể bị phân tán trong quá trình rửa, làm hạn chế tính thấm ban đầu của đất. Thông thường người ta dùng Ca2+ trong gypsum (CaSO4.2H2O) để trao đổi với Na+ trong keo đất, sau đó dùng nước rửa ion Na+ này. Phản ứng trao đổi xảy ra như sau:

Na+ Ca2+

Na+ Ca2+

Sét Ca2+ + Ca2+ +SO42- sét Mg2+ + 2Na+

Mg2+ Na+

Na+ Na+ được rửa sâu khỏi vùng rễ

Việc tính toán lựợng CaSO4.2H2O cần thiết bón cho đất mặn tương tự như cách tính toán lượng CaCO3 cần bón để nâng cao pH trong đất chua. Ví dụ, một loại đất có CEC = 20 meq/100 g có chứa 15 % ESP, và chúng ta cần phải làm giảm ESP xuống 5 %; vậy ESP cần phải giảm là: 15 %-5 % = 10 %.

22

(0,10)(20 meq CEC/100 g) = 2 meq Na+/100 g = 2 meq CaSO4.2H2O /100 g đất

Do đó,(2 meqCaSO4.2H2O/100 g)(86 mg CaSO4.2H2O/meq)(20) = 3440 kg CaSO4.2H2O/ha -15 cm.

5 Quản lý đất mặnQuản lý đất mặn chủ yếu là làm giảm đến mức tối thiểu sự tích lũy muối trong quá trình

canh tác, đặc biệt là trong các vùng khô hạn và bán khô hạn. Cần phải luôn duy trì ẩm độ đất xung quanh ẩm độ đồng ruộng bằng cách thường xuyên tưới nước ngọt (hoặc nước không mặn). Rửa nhẹ trước khi gieo trồng hay tưới nhẹ sau khi gieo trồng để rửa muối ra khỏi vùng đất rễ sẽ phát triển trong giai đoạn cây con. Nếu có đủ nước, nên tưới theo chu kỳ cả khi không gieo trồng, như thế sẽ rửa được muối ra khỏi vùng rễ. Trong đất mặn có nhiều loại muối có thể bị kết tủa như CaSO4.2H2O và CaCO3 hay MgCO3 trong thời kỳ khô hạn, sẽ gây các phản ứng như là các muối hoà tan trong quá trình rửa, và cần chú ý sự kết tủa của Ca và Mg sẽ làm tăng tỉ lệ % Na+ trong dung dịch.

Quản lý đất bằng phương pháp cải thiện khả năng tiêu nước là biện pháp quan trọng để kiểm soát độ mặn của đất. Khi cày đất thường tạo thành các rãnh nhỏ trên ruộng, muối sẽ có khuynh hướng đi lên theo nước mao dẫn và tích tụ ở giữa đỉnh các luống cày nơi có sự bốc hơi nước xảy ra. Do đó không nên trồng cây ngay trên đỉnh (trung tâm) các luống cày để tránh sự ngộ độc muối.

23