edonis_snow
New Member
Download miễn phí Giáo trình Khoa học đất - Độ chua của đất
Các quá trình tự nhiên làm tăng pH của dung dịch đất là phong hoá khoáng, hấp thụ sinh học
anion, anion nhận proton hay các nhóm chức bề mặt, sự hấp phụ các cation kim loại không
thuỷ phân, và các bán phản ứng khử (hình 11.1). Trong đất chua, các quá trình này thường
không đủ để giữ pH đất nằm trong vùng tối ưu cho nông nghiệp, đặc biệt nếu phân axit hoá
được bón vào đất. Khi pH đất như độ chua tổng số của đất vượt quá khoảng 15% dung tích
trao đổi cation của nó thì một loạt vấn đề nghiêm trọng cho sự sinh trưởng của cây (ví dụ ngộ
độc Al và Mn, hay thiếu Ca, Mg và Mo) sẽ xảy ra. Dưới điều kiện này, phải tiến hành cải tạo
đất để giảm độ chua tổng số.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
nên mưa axit; các phân chứa đạm tạo điều kiện làm cho đất chua là các ví dụ phổbiến về đầu vào do con người.
Các quá trình hoá học quan trọng có ảnh hưởng đến pH của dung dịch đất là sự phân ly
của axit carbonic (H2CO3*), các phản ứng axit-bazơ của mùn đất và các polyme hydroxy
nhôm và các phản ứng phong hoá khoáng vật.
Sự hình thành axit cacbonic và phản ứng phân ly của nó trong dung dịch đất được thảo
luận ở phần 1.4 và 2.5. Quan hệ toán học cơ bản về pH đất được thể hiện ở bài 7 chương 4:
PCO2/(H+)(HCO ) = 107.8 (T = 298,15K)
Dryfall Wetfall CO2(khÝ)
Chất
hữu cơ
H+ (níc)
dung dịch đất
Hydroxy
polyme
HÊp thô sinh
häc vµ gi¶i
phãng
Các quá trình
Interflow
Phong ho¸
kho¸ng vËt
Công thức 11.1 cho thấy áp suất của CO2(g) (trong khí quyển) và hoạt độ của ion bicarbonat
cho biết pH của dung dịch đất. Tính toán được dễ dàng bằng cách viết công thức ở dạng
logarit:
pH º -log(H+) = 7,8 + log(HCO ) - log PCO2 (11.2)
Giá trị pH của dung dịch tinh khiết của H2CO , mà (H+) = (HCO ), có thể tính được bằng
biểu thức này một khi PCO2 đã xác định. Với không khí của khí quyển, PCO2 = 10-3,52 atm
và pH = 5,7; với không khí trong đất ở tầng B hay gần rễ cây, PCO2 = 10-2 atm và pH = 4,9.
Do vậy giá trị pH gần 5,0 có thể được mong đợi trong dung dịch đất nếu sự phân ly axit
carbonic là phản ứng hoá học chi phối độ chua của đất.
Các phản ứng axit - bazơ của mùn đất được bàn luận ở phần 3.3. Với đất trong đó có vòng
tuần hoàn hoạt động của chất hữu cơ (ví dụ đất rừng, đất than bùn và đất đầm lầy, và Mollisols
sử dụng mục đích nông nghiệp), các phản ứng này làm ảnh hưởng căn bản đến pH dung dịch
đất. Các ví dụ được đưa ra ở công thức 3.3, 3.4 và 3.6. Các phản ứng trao đổi proton này có
thể được mô tả định lượng với hằng số trao đổi có điều kiện, nhưng mối quan hệ của chúng tới
độ chua của đất được hiểu đầy đủ hơn trong giới hạn về khái niệm dung lượng trung hoà axit
và chất dẫn xuất của nó về pH, cường độ đệm, bH.
Dung lượng trung hoà axit (ANC) là số mole proton trên đơn vị thể tích hay khối lượng cần để
thay đổi giá trị pH của một hệ thống chất lỏng thành pH mà tại đó tổng điện tích từ ion không
phản ứng với OH- hay H+ bằng không. Các ion sau được lấy như quy ước thành ion không
nhận proton hay thuỷ phân trong vùng pH bình thường của dung dịch đất chua, 3,5-7,0 (hình
6.1). Vấn đề còn lại bây giờ là khả năng hình thành phức chất, ANC của một dung dịch đất
được biểu thị ở dạng nồng độ ion tự do:
ANC = [Na+] + [K+] + 2[Ca2+] + 2[Mg2+] - [Cl-] - 2[SO ] - [NO3-] (11.3)
với tất cả nồng độ có đơn vị mol/l. ANC biến mất khi đạt cân bằng điện tích trong dung dịch
đất chỉ với ion ở vế phải công thức 11.3. Với sự có mặt của CO2(g) hoà tan, cân bằng điện tích
tổng quát trong dung dịch đất sẽ đòi hỏi cả proton với cation và OH-, HCO và CO với
anion:
[Na+] + [K+] + 2[Ca2+] + 2[Mg2+] + [H+] - [Cl-] - 2[SO ] - [NO3-] - [OH-] - [HCO ] -
2[CO ] = 0 (11.4)
Nó tiếp theo từ công thức 11.3 và 11.4, trong trường hợp này, ANC có thể được biểu thị ở
dạng:
ANC = [HCO ] + 2[CO ] + [OH-] - [H+] (11.5)
Trong bài tập 8 chương 4, vế phải của công thức 11.5 được định nghĩa là tính kiềm. ANC hay
tính kiềm của một dung dịch H2CO tinh khiết bằng không vì cân bằng điện tích chỉ được xác
định bằng 4 loại ion trong công thức 11.5. Khi có mặt các ion khác, ANC ở công thức 11.3 sẽ
không bị triệt tiêu trừ khi pH được điều chỉnh để triệt tiêu về phải của công thức 11.5. Tương
tự, ta có thể dùng biểu thức cân bằng điện tích như công thức 11.4 để chỉ ra ANC của một
huyền phù của mùn đất được đưa ra bởi công thức 3.7 (với ANC triệt tiêu với huyền phù mùn
nguyên chất). Cả hai công thức 3.7 và 11.5 có thể được biểu thị bằng 'trên đơn vị khối lượng'
thay cho 'trên đơn vị thể tích' sau khi nhân mỗi đại lượng ở vế phải với thể tích của dung dịch
lỏng trên đơn vị khối lượng của chất rắn có mặt (bằng c trong công thức 3.7).
Cường độ đệm có thể được biểu thị một cách có hiệu lực như là số mol điện tích proton trên
đơn vị khối lượng hay thể tích bị phân ly từ (phức chất bởi) đất hay phần tử đất khi giá trị pH
của dung dịch đất tăng (giảm) một đơn vị. Cường độ đệm của tầng đất mặt giàu chất hữu cơ
của đất chua vùng ôn đới thường có giá trị lớn nhất trong khoảng 0,1 - 0,15 molc kgom-1
pH-1 xung quanh pH 5, khi biểu thị trên đơn vị khối lượng của chất hữu cơ trong đất. Ví dụ,
thêm 20 mmol điện tích proton trên kilogam vào tầng đất có hiệu lực chất hữu cơ là 0,4 kgom
kg-1 và với nó cường độ đệm là 0,2 molc kgom-1, sẽ giảm pH bởi : 0,02 molc kg-1/(0,4 kgom
kg-1 ´ 0,2 mol c kgom-1 pH-1) = 0,25 đơn vị pH. Mối quan hệ chung được minh hoạ bằng
phép tính này là:
DpH = DnA/bH = DnA/fomb (11.6)
trong đó DnA là số mol điện tích proton thêm vào hay bớt đi trên kilogam đất, fom là thành
phần khối lượng chất hữu cơ trong đất và b là cường độ đệm trên đơn vị khối lượng của
chất hữu cơ trong đất. Chú ý rằng, vì bH thường phụ thuộc pH nên DpH cũng sẽ phụ thuộc
vào pH.
Vai trò của sự phong hoá polyme hydroxy nhôm và các khoáng chứa nhôm đối với độ chua
của đất được bàn đến ở phần 11.3. Điều đáng nói ở đây là các loại thuỷ phân của Al(III) -
trong dung dịch lỏng được hấp phụ trên hạt đất, hay trong pha rắn - thường chi phối pH của
dung dịch đất trong các tầng khoáng của đất chua. Tuy vậy, cường độ đệm của đất trong
trường hợp này đặc trưng cho số lần lớn hơn hay nhỏ hơn nhiều so với giá trị đặt cho b .
Các quá trình sinh học quan trọng trong độ chua của đất là sự nhận và phóng ion bởi rễ cây và
chất xúc tác sinh học của phản ứng oxy hoá - khử. Cây thường lấy nhiều cation từ đất hơn
anion, dẫn đến proton được thải ra để giữ cân bằng điện tích. Vùng rễ do đó thường trở nên
chua so với đất nói chung. Điều tương tự sẽ diễn ra tiếp sau nếu axit hữu cơ được thải ra, đặc
biệt những axit có giá trị pHdis dưới pH vùng rễ xung quanh. Dưới các thí nghiệm có kiểm
soát, người ta đo được giá trị pH vùng rễ thấp hơn pH đất nói chung đến 2 đơn vị pH. Mặt
khác, một ảnh hưởng sinh học rất khác lên độ chua của đất là chất xúc tác oxy hoá - khử được
nói đến ở phần 11.4. Đặc biệt nó nói đến sự biến đổi của C, N và S.
Bảng 11.1. Các thành phần di chuyển proton (kmol ha-1 năm-1) trong đất chua ở vùng nông
thôn
Đất W e t f a l l+Dryfall
CO2(nước)
+ chất hữu
cơ
P h o n g
h o á
khoáng
Hấp thụ và
giải phóng
sinh học
Quá trình
chảy ngầm
Spodosola
(trồng rừng) 1,3 0,1 -2,1 0,9 -0,1
Inceptisola
(rừng lấy gỗ) 3,1 0,0 -4,8 2,2 -0,1
Inceptisolb
(trồng rừng) 0,90 0,24 -0,98 0,65 0,0
Inceptisolb
(nông nghiệp) 0,89 0,48 -3,86 4,24 0,0
Như các nguyên tố hoá học trong bảng 1.1 có vòng tuần hoàn được minh hoạ trong hình 1.1,
proton di chuyển vào hay ra khỏi dung dịch đất được đánh giá (với một ít khó khăn) theo vòng
tuần hoàn trong hình 11.1. Bảng 11.1 thể hiện 4 đánh giá như vậy cho đất chua ở Hoa Kỳ và
châu Âu. Dòng đầu tiên và dòng thứ ba là số liệu nói đến vòng tuần hoàn của proton hàng năm
trong hai loại đất nằm dưới rừng...