Giáo trình Khoa học đất cơ bản - Phần 1

62 trang huongle 2820

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Khoa học đất cơ bản - Phần 1", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_khoa_hoc_dat_co_ban_phan_1.pdf

Nội dung text: Giáo trình Khoa học đất cơ bản - Phần 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TÀI LIỆU HỌC TẬP KHOA HỌC ĐẤT CƠ BẢN LÊ VĂN DŨ Khoa Nông Học Năm 2009 1
Chương 1. GIỚI THIỆU KHOA HỌC ĐẤT Bài 1. Giới thiệu môn học 1. Tổng quan. 1. 1 Đất là một tài nguyên tự nhiên. Đất của chúng ta là một lọai tài nguyên tự nhiên có giới hạn, Việt nam chỉ có hơn 33 triệu ha đất tự nhiên. Trong đó đất sử dụng trong nông nghiệp khoảng 10 triệu ha, đất lâm nghiệp khỏang hơn 11 triệu ha, còn lại là đất sử dụng với các mục đích khác. Do vấn đề tăng dân số, một phần đất, nhất là đất nông nghiệp được chuyển đổi mục đích sử dụng, như đất ở, xây dựng, công nghiệp ., nên diện tích đất nông nghiệp ngày càng giảm, nhất là tỉ lệ diện tích đất/ đầu người. 1.2 Các quan điểm về khoa học đất - Pedology (phát sinh học đất): ngành khoa học nghiên cứu các yếu tố và tiến trình hình thành đất, bao gồm việc mô tả, giải thích các phẩu diện đất, cá thể đất và các lọai đất trên bề mặt vỏ quả đất. Từ pedology được sử dụng đồng nghĩa với khoa học đất và với một tên khác là phát sinh học đất. Vì vậy, phát sinh học đất xem đất là một thực thể tự nhiên. - Edaphology (thổ nhưỡng học): là ngành khoa học nghiên cứu những ảnh hưởng của đất đến sinh vật, đặc biệt là cây trồng. Các môn học như độ phì nhiêu đất đai, bảo tồn đất nẳm trong quan điểm này 1.3 Các định nghĩa về đất. Từ các quan điểm trên nên có 1 số định nghĩa về đất. Đối với nông nghiệp thường định nghĩa đất theo quan điểm thổ nhưỡng học. 2.Vai trò của đất Trong bất cứ một hệ sinh thái nào, đất cũng đều có 5 vai trò quan trọng nhất. Các vai trò đó là: 2.1.Môi trường sinh trưởng của thực vật a. Giúp thực vật đứng vững: Đất là nơi bộ rễ cây trồng ăn sâu vào, và giữ cây đứng vững. b. Cung cấp O2 và thải khí CO2 của rễ cây: Sự phát triển của rễ cây phụ thuộc vào tiến trình hô hấp để nhận năng lượng. Do rễ hô hấp nên sẽ nhận khí O2 và thải khí CO2 vào đất, đây là vai trò quan trọng của đất đối với rễ. c. Giữ nước và cung cấp nước: Một vai trò quan trọng khác là đất luôn có độ rỗng nhất định nên có khả năng giữ lại được nước và cung cấp cho cây trồng. d. Điều chỉnh ẩm độ và nhiệt độ: Khi ẩm độ đất thay đổi, nhiệt độ đất cũng thay đổi một phần, do đó cũng sẽ ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của rễ. 2
e. Nơi chứa một số chất gây độc: có nhiều nguyên nhân có thể hình thành nên các chất gây độc cho rễ. Các chất độc này có thể tạo ra bởi con người, rễ cây, vi sinh vật hay do các phản ứng hóa học tự nhiên. f. Cung cấp các chất dinh dưỡng: đất cung cấp các chất dinh dưỡng cho cây trồng dưới dạng các ion. Con người và động vật sẽ sử dụng các ion này làm thức ăn, vì vây có thể nói các chất khoáng con người sử dụng gián tiếp thông qua đất. Một vai trò cơ bản của đất trong sự sinh trưởng phát triển của cây trồng là đất có khả năng cung cấp liên tục các chất dinh dưỡng cho cây trồng. Có khoảng 92 nguyên tố hóa học trong tự nhiên cây trồng có thể hấp thu, trong đó 18 nguyên tố là tối cần thiết. Các nguyên tố cần thiết được phân loại thành các nhóm sau: Các nguyên tố cây trồng sử dụng với lượng lớn (>0.1% trọng Các nguyên tố cây trồng lượng chất khô) sử dụng một lượng nhỏ (<0.1% trọng lượng chất khô) Từ không khí và Nguyên tố đa lượng Nguyên tố trung Nguyên tố vi lượng nước lượng + 2+ 2+ Carbon (CO2) Đạm (NO3, NH4 ) Calcium (Ca ) Sắt (Fe ) - 2- 2+ 2+ Hydrogen (H2O) Lân (H2PO4 , HPO4 ) Magnesium (Mg ) Manganese (Mn ) + 2- - Oxygen (H2O) Kali (K ) Sulfur (SO4 ) Boron (HBO4 ) Kẽm (Zn2+) Đồng (Cu2+) Chlorine (Cl-) Cobalt (Co2+) 2- Molybdenum(MoO4 ) Nickel (Ni2+) Ngoài ra cây trồng còn có thể hấp thu trực tiếp một số ít chất hữu cơ, nhưng phần lớn chất hữu cơ được tổng hợp từ các nguyên tố vô cơ. 2.2.Hệ thống điều hòa chế độ nước Vai trò chính của đất trong việc điều hòa chế độ nước là giữ nước và lọc nước. Tất cả các nguồn nước của chúng ta đều phải di chuyển qua đất hoặc chảy tràn trên mặt đất. Khi mưa, một phần nước sẽ được đất giữ lại và cây trồng sẽ sử dụng, phần khác sẽ thấm sâu vào đất và đi vào nước ngầm, cuối cùng sẽ đi vào sông. Nếu bị nhiễm bẩn, nước sẽ được lọc thông qua các tầng đất. Ngược lại nếu tầng đất quá nông, hoặc đất không thấm được, phần lớn nước sẽ không thể vào đất, chủ yếu là chảy tràn trên mặt, gây nên hiện tượng xói mòn đất. 3
2.3. Hệ thống luân chuyển vật chất Nếu không có sự luân chuyển của vật chất trong tự nhiên, sinh vật sẽ không thể tồn tại. Quả đất được bao phủ bởi một tầng dày các sinh vật, nên quá trình luân chuyển là một quá trình quan trọng nhất. Đất đóng vai trò chính trong quá trình địa hóa học. Đất chuyển hóa các chất hữu cơ thành mùn, biến đổi các chất hữu cơ thành các dạng hữu dụng cho cây trồng và động vật, trả lại carbon vào khí quyển dưới dạng CO2, CO2 sẽ được sử dụng bởi các sinh vật thông qua hoạt động quang hợp. Một số loại đất có thể chứa một lượng lớn chất hữu cơ, nên ảnh hưởng rất lớn đến sự thay đổi khí hậu toàn cầu thông qua “hiệu ứng nhà kính”. 2.4.Nơi trú ngụ của sinh vật Khi chúng ta nói bảo vệ hệ sinh thái có nghĩa là chúng ta phải bảo vệ hàng tỉ sinh vật, bao gồm hàng ngàn loài trên quả đất. Các sinh vật bao gồm từ vi sinh vật đến các động vật lớn. Tất cả đều có vai trò nhất định đến hệ sinh thái. 2.5.Nền tảng xây dựng các cơ sở hạ tầng Đất là cơ sở, vật liệu chính cho con người xây dựng các cơ sở hạ tầng như nhà cửa, đường sá, sân bay, 3. Đất là 1 vật thể tự nhiên Đất là một vật thể tự nhiên có ba chiều: chiều dài, rộng và sâu, tương tự như núi, hồ, thung lũng Đất gồm các lớp như sau: 3.1.Lớp đất thực: là lớp đá đã bị phong hóa hoàn toàn, không còn mang tính chất cấu tạo của đá, nơi sinh vật có thể sinh sống. 3.2.Lớp mẫu chất: gồm lớp đất thực và mẫu chất (lớp đá đã phong hóa (biến đồi một phần). 3.3.Đá nền: Phần đá hoàn toàn chưa bị phong hóa. Đá khi được phơi bày trên bề mặt quả đất, tiếp xúc với khí quyển sẽ bị phân rã thành một vật liệu không còn mang tính chất hoàn toàn của đá. Lớp này được gọi là mẫu chất nằm phía trên đá nền. Mẫu chất có thể bị di chuyển đến nơi khác do nước, gió, trọng lực. Vì vậy mẫu chất có thể có hoặc không liên quan đến đá tại chỗ. Thông qua các quá trình phong hóa và hoạt động của sinh vật, đá, khoáng sẽ biến đổi thành đất. Đất là sản phẩm của quá trình phân hủy và tổng hợp xen kẽ nhau. Sự phân rã các đá, khoáng và sự phân giải các chất hữu cơ là quá trình phân hủy; sự hình thành nên các khoáng mới, mùn là các quá trình tổng hợp của đất. Sự tổng hợp là quá trình hình thành nên các tầng phát sinh của đất. 4. Phẩu diện đất và các tầng phát sinh. 4.1 Phẩu diện đất: là một hố đào sâu khoảng 1.2m, rộng 1m, bề mặt của các tầng phát sinh của đất phơi bày trên một mặt phẳng thẳng đứng. Trên bề mặt thẳng đứng ta có 4
thể nhận thấy các tầng phát sinh khác nhau trong một phẩu diện đất. Các tầng này có thể được phân biệt bằng màu sắc, độ chặt, và các tính chất khác. Các tầng phát sinh có thể có độ dày khác nhau, ranh giới giữa các tầng phát sinh có thể phân biệt rõ ràng hoặc không rõ. Các tầng bên trên là đá bị phong hóa hoàn toàn, phần dưới sâu thường là đá bị phong hóa một phần, gọi là mẫu chất. Mẫu chất có thể là do đá phong hóa tại chỗ, nhưng cũng có thể được mang từ nơi khác đến. Chất hữu cơ phân giải từ dư thừa thực vật thường được tích lũy trong tầng đất mặt, nên tầng mặt thường có màu tối sậm hơn các tầng bên dưới. 4.2.Các tầng phát sinh: Trong một phẩu diện đất có thể có các tầng phát sinh sau: -Tên gọi theo danh pháp quốc tế: a) Tầng O: là lớp hữu cơ trên mặt đất. b) Tầng A: là tầng mặt, chứa nhiều chất hữu cơ. c) Tầng E: tầng rửa trôi mạnh nằm ngay bên dưới tầng A, bị rửa trôi mạnh nên thường có màu trắng xám. d) Tầng B: là tầng tích tụ các sản phẩm rửa trôi từ các tầng trên xuống. e) Tầng C: Tầng mẫu chất. f) Tầng R: Tầng đá nền. Tên gọi thông thường a. Tầng đất mặt: Tầng A giàu chất hữu cơ thường được gọi là tầng đất mặt. Với đất canh tác, tầng đất mặt thường dày khoảng 12-25cm. Trong trường hợp này, tầng đất mặt được gọi là tầng đất cày, tầng canh tác. Tầng đất cày có thể tồn tại hàng trăm năm, mặc dù không còn canh tác nữa. Trên đất canh tác, phần lớn rễ cây tập trung trong tầng đất mặt. Tầng đất mặt chứa nhiều chất dinh dưỡng và nước hữu dụng cho cây trồng. Các tính chất hóa học của các chất dinh dưỡng trong lớp đất mặt rất dễ thay đổi bởi sự bổ sung các chất hữu cơ và phân bón. Cấu trúc vật lý của lớp đất mặt rất nhạy cảm với phương pháp quản lý đất đai như phương pháp làm đất, bón phân hữu cơ. Độ dày tầng đất mặt thường có tương quan với khả năng sản xuất của đất. Duy trì cấu trúc tốt của lớp đất mặt là công việc tối quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. b. Tầng đất sâu: Tầng đất nằm ngay bên dưới tầng đất mặt được gọi là tầng đất sâu. Mặc dù nằm sâu bên dưới nhưng tầng đất này cũng chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các kỹ thuật canh tác. Phần lớn nước cung cấp cho cây trồng nằm ở tầng đất sâu này. Một số loại đất có tầng sâu chứa nhiều chất dinh dưỡng. Nhiều loại đất có sự phân chia rõ ràng giữa tầng đất mặt và tầng đất sâu, nhưng có một số loại lại có sự phân chia không rõ ràng, có tính chất tương tự như tầng mặt. 5
Các tầng đất sâu thường có tính thấm nước kém, cản trở sự phát triển của rễ, tích tụ chất chua, kiềm. Tính thoát nước kém của tầng đất sâu kém có thể làm cho tầng đất mặt bị ngập nước. Nhiều tiến trình hóa học, sinh học và lý học xảy ra trong tầng đất mặt cũng có thể xảy ra trong tầng sâu. Trong nghiên cứu khoa học đất thường người ta chỉ xem xét độ dày tầng đất thực. 5.Đất: tập hợp của không chí, khoáng chất, nước và sinh vật. Đất được cấu tạo bởi hai thành phần chính: phần rắn và phần rỗng. Phần rắn bao gồm các chất vô cơ và hữu cơ, phần rỗng chứa nước và không khí. Vì vậy, đất là tập hợp của bốn thành phần tự nhiên: không khí, nước, chất khoáng, và chất hữu cơ. Tỉ lệ của bốn thành phần này có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất và khả năng sản xuất của đất. Trong một loại đất, bốn thành phần này luôn trộn lẫn lẫn nhau, nhưng chúng có thể được diễn tả như sau, theo tỉ lệ thể tích: 5.1.Các thành phần khoáng (vô cơ) của đất. Ngoại trừ đất hữu cơ, hầu hết các loại đất đều có khung cấu trúc là các hạt khoáng. Các hạt này có kích thước rất khác nhau, từ kích thước rất to như các tảng đá, kích thước trung bình như hòn cuội, những mảnh vỡ của đá, kích thước rất bé như hạt cát, sét. Các hạt to là tập hợp của nhiều loại khoáng khác nhau. Các hạt có kích thước nhỏ hơn thường là các khoáng đơn giản. Vì vậy bất kì một loại đất nào cũng được hình thành từ những hạt có kích thước và thành phần cấu tạo khác nhau. 6
5.1.1. Kích thước các hạt đất: Các hạt khoáng hiện diện trong đất rất khác nhau về kích thước. Ngoại trừ các mảnh vỡ của đá, các hạt đất có kích thước thay đổi từ 2.0mm-0.002mm. Trong phạm vi kích thước này, người ta phân loại các cấp hạt như sau: (1) Hạt cát: có kích thước từ 2-0.05mm, có thể nhìn thấy bằng mắt thường, và có cảm giác nhám thô khi miết giữa các ngón tay. Hạt cát không có tính dính nên chúng thường rời rạc. (2) Hạt thịt: có kích thước 0.05-0.002mm. Hạt thịt không thể nhìn thấy các hạt riêng rẽ bằng mắt thường, có cảm giác mịn khi miết giữa các ngón tay, nhưng chúng không có tính dính cả khi bị ướt. (3) Hạt sét: có kích thước <0.002mm, chúng thường dính vào nhau khi ướt và hình thành tảng khi khô. Trong cấp hạt sét, các hạt có kích thước <0.001mm, được gọi là hạt keo. (4) Hạt keo: hạt sét có kích thước <0.001mm và các hạt hữu cơ là những hạt có tính keo, và chỉ có thể quan sát bằng kính hiển vi điện tử. Do đó kích thước cực kì nhỏ nên hạt keo có một diện tích bề mặt khổng lồ trên một đơn vị trọng lượng. Do bề mặt hạt keo có mang điện tích nên chúng có thể hấp phụ các ion (+) hoặc (-) và nước. Thành phần keo là yếu tố chính trong các phản ứng lý, hóa học của đất. Tỷ lệ các thành phần hạt này trong đất được gọi là sa cấu của đất. Các loại sa cấu của đất thường gặp là thịt pha sét, sét pha thịt, thịt pha cát. Sa cấu ảnh hưởng đến rất nhiều tính chất của đất, nên ảnh hưởng rất lớn đến việc sử dụng đất. Một số tính chất tổng quát của các hạt chính. Đặc điểm Cát Thịt Sét 1. Đường kính 2.0-0.05 0.05-0.002 <0.002 (mm) 2. Quan sát Bằng mắt thường Kính hiển vi Kính hiển vi điện thường tử 3. Loại khoáng Nguyên sinh Nguyên sinh và Thứ sinh thứ sinh 4. Khả năng hấp Thấp Trung bình Cao phụ 5. Khả năng giữ Thấp Trung bình Cao nước 6. Khả năng giữ Rất thấp Thấp Cao chất dinh dưỡng 7
7. Khi ướt Rời rạc, nhám thô Mịn, trơn Dính 8. Khi khô Rất rời rạc, nhám Mịn như bột, cục Tảng cứng thô nhỏ Để hiểu được ảnh hưởng của sét đến tính chất đất, chúng ta cần hiểu hàm lượng sét và loại sét. Hàm lượng và loại sét có ảnh hưởng rất lớn đến việc xây dựng cơ sở hạ tầng và cả trong sản xuất nông nghiệp. 5.1.2.Các loại khoáng trong đất: Các loại khoáng trong đất được chia làm hai loại, phụ thuộc vào nguồn gốc hình thành, đó là khoáng nguyên sinh và khoáng thứ sinh. (1) Khoáng nguyên sinh: có thành phần cấu tạo rất ít thay đổi so với dung nham nóng chảy như các khoáng thạch anh, mica, felspar. Chúng chiếm tỉ lệ lớn trong thành phần hạt cát và thịt của đất. (2) Khoáng thứ sinh: như khoáng sét silicate, các oxide sắt được hình thành từ sự phân hủy và phong hóa các khoáng nguyên sinh trong quá trình hình thành đất. Các khoáng thứ sinh chiếm tỉ lệ cao trong thành phần sét và một phần trong thịt. 5.1.3.Vai trò của khoáng: (1) Cung cấp chất dinh dưỡng: các khoáng vô cơ trong đất là nguồn chứa hầu hết các nguyên tố dinh dưỡng tối cần thiết cho thực vật. Mặc dù phần lớn các chất này nằm trong thành phần cấu trúc của khoáng, một phần nhỏ nhưng rất quan trọng của các nguyên tố này ở dạng ion trên bề mặt keo đất. Do cơ chế hấp thu trao đổi nên rễ cây có thể hấp thu các ion bị hấp phụ trên bề mặt keo này. (2) Hình thành cấu trúc đất: Sự sắp xếp các hạt đất tạo nên cấu trúc đất. Các hạt có thể tồn tại tương đối độc lập, nhưng phần lớn chúng liên kết với nhau thành các tập hợp. Các tập hợp này có thể có dạng hình cầu, hình khối, hình phiến, và các dạng khác. Cấu trúc đất có tầm quan trọng không thua kém gì so với sa cấu, cấu trúc đất sẽ khống chế sự vận chuyển của nước và không khí trong đất. Sa cấu và cấu trúc đất ảnh hưởng rất lớn đến tính thích hợp của đất đối với sự sinh trưởng của rễ thực vật. 5.2.Chất hữu cơ trong đất 5.2.1.Sự bổ sung và phân giải chất hữu cơ: chất hữu cơ trong đất bao gồm rất nhiều hợp chất hữu cơ như các sinh vật (sinh khối đất), các hợp chất hữu cơ sản sinh trong các quá trình trao đổi chất trong đất. Xác bã động, thực vật và vi sinh vật liên tục bị phân giải trong đất và các chất mới cũng liên tục được tổng hợp bởi các vi sinh vật khác. Theo thời gian, chất hữu cơ sẽ bị mất dần dưới dạng CO2 thải ra do quá trình hô hấp của vi sinh vật. Do có quá trình mất carbon như thế nên cần thiết phải có sự bù đắp của dư thừa động, thực vật tươi để duy trì hàm lượng chất hữu cơ trong đất. 8
Phần lớn CO2 trong khí quyển được quang hợp bởi thực vật, nên trong điều kiện thực vật phát triển tốt, tốc độ bổ sung nhanh hơn sự giải nhanh của vi sinh vật, khi chết thực vật sẽ cung cấp một lượng chất hữu cơ rất lớn cho đất. Do CO2 là nguyên nhân chính hình thành “hiệu ứng nhà kính”, làm khí hậu trái đất nóng dần lên, nên sự cân bằng giữa sự tích lũy và mất đi của chất hữu cơ thông qua sự hô hấp của vi sinh vật là vấn đề có ý nghĩa toàn cầu. Trong thực tế, lượng Carbon trong đất cao hơn lượng C trong sinh khối thực vật và khí quyển cộng lại. 5.2.2.Vai trò của chất hữu cơ: Tuy chất hữu cơ chỉ chứa một tỉ lệ rất nhỏ trong đất, chỉ chiếm khoảng 1-6% trọng lượng, nhưng ảnh hưởng của chất hữu cơ đến các tính chất của đất rất lớn, các tính chất này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng của thực vật. (1) Hình thành cấu trúc đất: chất hữu cơ liên kết với các hạt khoáng hình thành nên cấu trúc viên của đất, tạo cho đất có tính tơi xốp. Chất hữu cơ rất có hiệu quả trong việc tạo tính ổn định cấu trúc này do vi sinh vật và rễ thực vật tiết ra các chất có tính keo. (2) Tăng khả năng giữ nước và dinh dưỡng: chất hữu cơ cũng làm tăng khả năng giữ nước của đất. Ngoài ra chất hữu cơ là nguồn cung cấp chính các chất dinh dưỡng cho thực vật như N, P, S. Khi chất hữu cơ bị phân giải, các chất dinh dưỡng này được giải phóng thành các dạng ion hòa tan cây trồng dễ dàng hấp thu. Cuối cùng, chất hữu cơ, bao gồm dư thừa động, thực vật, là nguồn thực phẩm chính cung cấp C và năng lượng cho vi sinh vật đất. Không có hoạt động hóa sinh quan trọng này, hệ sinh thái đất sẽ ngưng hoạt động. (3) Mùn: một phức chất hữu cơ có màu đen hay nâu, tích lũy trong đất do chúng khá bền với sự phân giải của vi sinh vật. Sét là thành phần keo của các chất vô cơ, thì mùn thành phần keo của chất hữu cơ. Do mang điện tích trên bề mặt nên mùn và sét chính là cầu nối giữa các hạt của đất, cả hai mùn và sét đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành cấu trúc đất. Điện tích bề mặt của mùn và sét có khả năng hấp phụ và giữ các ion dinh dưỡng và các phân tử nước. Tuy nhiên, khả năng giữ chất dinh dưỡng và nước của mùn cao hơn rất nhiều so với sét tính trên một đơn vị trọng lượng. Khác với sét, mùn còn chứa một số thành phần khác như các chất kích thích sự sinh trưởng của thực vật. Tuy với một hàm lượng rất nhỏ trong đất nhưng mùn có thể kích thích sự gia tăng sinh trưởng của thực vật một cách đáng kể. 5.3.Dung dịch đất Nước có vai trò cực kì quan trọng trong hệ sinh thái đất. Nước cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của thực vật và các sinh vật khác trong đất. Chế độ ẩm quyết định khả năng sản xuất của đất. Sự di chuyển của nước và các chất hòa tan xuyên suốt phẩu 9
diện đất có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và hàm lượng tài nguyên nước trong vùng đó. Sự di chuyển của nước trong đất cũng là yếu tố chính trong quá trình hình thành đất. Hai tính chất quan trọng của nước trong đất cần chú ý là: * Sự di chuyển của nước trong đất phụ thuộc vào khả năng giữ nước trong các tế khổng của đất rất khác nhau tùy thuộc vào hàm lượng nước và kích thích các tế khổng. Sự hấp phụ giữa nước và các hạt đất sẽ hạn chế rất lớn sự di chuyển của nước trong đất. * Do nước trong đất luôn nhiễm bẩn, chứa hàng trăm chất hữu cơ và vô cơ hòa tan, nên nước trong đất thường được gọi là “dung dịch đất”. Dung dịch đất là nơi chứa các chất dinh dưỡng hòa tan. 5.3.1.Sự di chuyển của nước trong đất: Khi ẩm độ đất thích hợp cho sự sinh trưởng của thực vật, nước trong các tế khổng lớn và trung bình có thể di chuyển và được thực vật hấp thu. Tuy nhiên khi thực vật sử dụng hết loại nước dễ di chuyển này, nước chỉ tồn tại trong các vi tế khổng và trong các màng nước mỏng xung quanh hạt đất. Các hạt đất giữ nước rất chặt, nên thực vật khó có thể hấp thu. Vì vậy không phải tất cả lượng nước trong đất là hữu dụng đối với thực vật. Tùy thuộc vào loại đất, có khoảng ¼-2/3 lượng nước được giữ trong đất không hữu dụng đối với thực vật. 5.3.2.Dung dịch đất: dung dịch đất chứa một lượng nhỏ nhưng rất có ý nghĩa các hợp chất vô cơ hòa tan. Các hạt keo hữu cơ và vô cơ giải phóng các chất dinh dưỡng vào dung dịch đất, từ đây rễ thực vật sẽ hấp thu. Quá trình này rất có ý nghĩa với thực vật bậc cao và phụ thuộc vào tính chất của dung dịch đất và các hạt keo trong đất. Một tính chất quan trọng khác của dung dịch đất là độ chua và kiềm của dung dịch đất. Nhiều phản ứng hóa học và sinh học phụ thuộc vào nồng độ ion H+ và OH- trong đất. Nồng độ các ion này còn ảnh hưởng đến khả năng hòa tan hay khả năng hữu dụng của nhiều nguyên tố dinh dưỡng đối với thực vật. Nồng độ ion H+ và OH- trong dung dịch đất thường được xác định bằng cách đo pH dung dịch đất. pH được định nghĩa là logarith âm của nồng độ H+. pH kiểm soát tính chất của nhiều phản ứng hóa học và sinh học trong đất. 5.4.Không khí trong đất. Các tế khổng trong đất có kích thước rất khác nhau và chứa nước hoặc không khí. Khi đầy nước, không khí sẽ bị đuổi ra ngoài tế khổng, vì vậy hàm lượng không khí trong đất tỉ lệ nghịch với hàm lượng nước. Không khí trong đất có nồng độ O2 thấp hơn trong khí quyển, ngược lại CO2 trong đất có nồng độ cao hơn khí quyển, cả hai đều do quá trình hô hấp của sinh vật và rễ thực vật. Các đặc điểm chính của không khí trong đất: 10
a. Thành phần khí trong đất khác rất nhiều so với khí quyển do một số khí được sử dụng bởi vi sinh vật và rễ thực vật, đồng thời các sinh vật giải phóng ra một số loại khí khác. b. Ẩm độ không khí trong đất thường rất cao (100%), trừ loại đất rất khô. c. Nồng độ CO2 cao hơn hằng trăm lần so với khí quyển. d. Nồng độ O2 thấp, khoảng 5-10% thể tích không khí. 6. Tương tác của các thành phần đất đến sự cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Bốn thành phần chính của đất không tác động riêng rẽ mà luôn có sự tương tác ảnh hưởng đến tính chất của đất. Ví dụ, khi ẩm độ đất thích hợp sẽ ảnh hưởng đến khả năng cung cấp dinh dưỡng của đất, đồng thời kiểm soát hàm lượng không khí trong đất. Các hạt khoáng có khả năng hấp phụ nước nên sẽ quyết định đến khả năng di chuyển và hữu dụng của nước, hợp chất hữu cơ do có tính keo nên ảnh hưởng đến sự hình thành cấu trúc đất và làm tăng độ rỗng của đất, vì vậy sẽ ảnh hưởng đến chế độ nước và không khí trong đất. 6.1.Khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng trong đất. Bốn thành phần cấu tạo đất tác động rất lớn vào sự cung cấp các chất dinh dưỡng chủ yếu của đất cho thực vật và đây là tiến trình quan trọng nhất. Thực vật hấp thu dinh dưỡng chủ yếu thông qua dung dịch đất. Tuy nhiên nồng độ chất dinh dưỡng trong đất thường rất thấp so với nhu cầu của thực vật. Do đó các chất dinh dưỡng phải được liên tục bổ sung từ thành phần rắn và phân bón. Phần lớn các chất dinh dưỡng đều nguồn gốc trong thành phần rắn của đất. Nhờ một loạt các tiến trình hóa học và sinh học, các chất dinh dưỡng sẽ được giải phóng ra ngoài dung dịch. Ví dụ, thông qua sự trao đổi ion, các ion Ca2+, K+ được giải phóng từ bề mặt khoáng sét và mùn. Ví dụ sau đây diễn tả sự trao đổi giữa ion H+ và K+ trong đất: Keo đất-K+ + H+ Keo đất-H+ + K+ Hấp phụ Dung dịch đất hấp phụ dung dịch Các chất dinh dưỡng cũng được giải phóng vào dung dịch đất do sự phân giải chất hữu cơ của vi sinh vật. Các loại đất đều chứa một khối lượng rất lớn các chất dinh dưỡng, nhưng phần lớn các chất dinh dưỡng đều bị giữ chặt trong cấu trúc của các khoáng vô cơ và chất hữu cơ. Chỉ có một tỉ lệ rất nhỏ các chất dinh dưỡng trên bề mặt các keo sét, mùn là hữu dụng tức thời đối với thực vật. Các nguyên tố hóa học trong cấu trúc khoáng và chất hữu cơ chỉ được giải phóng ra dung dịch đất rất chậm thông qua quá trình phong hóa khoáng 11
vô vơ và phân giải chất hữu cơ. Hàm lượng của 6 nguyên tố dinh dưỡng chính trong đất tầng mặt 15cm được trình bày trong bảng sau: Nguyên tố Đất vùng khí hậu ẩm Đất vùng khô hạn Tổng số Trao đổi Trong Tổng số Trao đổi Trong (kg/ha) (kg/ha) dung dịch (kg/ha) (kg/ha) dung dịch (kg/ha) (kg/ha) Ca 8000 2250 60-120 20000 5625 140-280 Mg 6000 450 10-20 14000 900 25-40 K 38000 190 10-30 45000 250 15-40 P 900 - 0.05-0.15 1600 - 0.1-0.2 S 700 - 2-10 1800 - 6-30 N 3500 - 7-25 2500 - 5-20 6.2.Sự hấp thu dinh dưỡng của rễ cây trồng. Để được thực vật hấp thu các chất dinh dưỡng phải ở dạng hòa tan và tiếp cận tại bề mặt rễ. Tuy nhiên phần rễ tiếp xúc trực tiếp với các hạt đất cũng có thể trao đổi ion trên bề mặt keo đất với ion trên bề mặt màng tế bào rễ. Có ba cơ chế chính giải thích sự di chuyển của chất dinh dưỡng từ đất vào bên trong rễ thực vậ: a. Tiếp xúc trực tiếp: do rễ trao đổi ion trực tiếp khi bề mặt rễ tiếp xúc với bề mặt các hạt keo đất. b. Dòng chảy khối lượng: các chất dinh dưỡng hòa tan, khi rễ hấp thu nước đồng thời hấp thu các chất hòa tan này. c. Khuếch tán: sự di chuyển các ion từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp. Khi rễ hấp thu chất dinh dưỡng thì nồng độ các chất dinh dưỡng tại bề mặt rễ giảm rất nhanh, các chất dinh dưỡng từ nơi xa hơn (có nồng độ cao) sẽ di chuyển tiếp cận bề mặt rễ. Sự di chuyển theo cơ chế khuếch tán độc lập với sự di chuyển theo sự di chuyển theo dòng chảy khối lượng. Nhiều yếu tố của đất như độ nén chặt, nhiệt độ thấp, ẩm độ thấp sẽ làm giảm sự cung cấp các chất dinh dưỡng cho rễ thực vật, ngay cả khi hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất vẫn cao. Ngoài ra khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng cũng ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật vùng rễ. Sự hấp thu dinh dưỡng là một tiến trình trao đổi chất chủ động, nên tất cả các yếu tố hạn chế sự trao đổi chất của rễ đều hạn chế sự hấp thu dinh dưỡng của rễ. 7.Chất lượng, thoái hóa và phục hồi đất. Đất là tài nguyên cơ bản và có giới hạn của tất cả các hệ sinh thái. Trong lịch sử, con người chúng ta làm hủy hoại đất rất nhanh so với sự hủy hoại tự nhiên. Một số loại đất 12
bị xói mòn nghiêm trọng, khai thác triệt để . Hậu quả trên sẽ gây ra sự thoái hóa chất lượng đất. 7.1Chất lượng đất. Chất lượng đất là chỉ số đo khả năng thực hiện các nhiệm vụ sinh thái học của đất. Chất lượng đất phản ảnh tổng hợp các tính chất hóa học, lý học và sinh học. Trong đó có một số tính chất tương đối không thay đổi, các tính chất này thường được dùng để xác định các loại đất riêng biệt, như sa cấu và thành phần khoáng học của đất. Các tính chất như cấu trúc đất, hàm lượng chất hữu cơ có thể thay đổi bởi kỹ thuật quản lý đất. Các tính chất tương đối dễ thay đổi có thể dùng để đánh giá chất lượng đất so với tiềm năng của chúng, tương tự như độ đục của nước và hàm lượng O2 dùng để đánh giá chất lượng nước của một dòng sông. 7.2.Sự thoái hóa đất. Khi chế độ quản lý không thích hợp sẽ làm đất thoái hóa nghiêm trọng chất lượng đất dễ bị xói mòn. Một nguyên nhân làm thoái hóa chất lượng đất là sự hóa mặn do tưới tiêu không hợp lý trên các vùng khô hạn. Khi canh tác con người thu hoạch các sản phẩm nhưng không bù lại chất hữu cơ và phân bón, làm lượng chất hữu cơ trong đất sẽ nhanh chóng bị kiệt quệ. Đất nhiễm các độc chất do công nghiệp, hóa chất cũng làm đất bị thoái hóa. Sự thoái hóa do ô nhiễm tuy thường xảy ra cục bộ nhưng tác động rất lớn đến môi trường. 7.3.Sự hồi phục đất. Trong bảo vệ chất lượng đất, điều cần thiết đầu tiên là giữ cho đất không bị thoái hóa. Nhiều vùng đất thoái hóa nhẹ có thể phục hồi chất lượng bằng cách phủ thực vật tự nhiên một thời gian. Sau đó có thể canh tác kết hợp với việc bổ sung chất hữu cơ và phân bón, lọc bỏ các độc chất , nhưng vùng đất thoái hóa quá nặng, có thể cần phải chuyển mục đích sử dụng. Câu hỏi ôn tập. 1. Đất là gì? (vật thể tự nhiên, vật liệu xây dựng). 2. Nêu 5 vai trò chính của đất trong một hệ sinh thái. Cho một vài ví dụ sự tương tác giữa các vai trò này. 3. Vẽ sơ đồ 4 thành phần cấu tạo chính của đất. (tính theo tỉ lệ thông thường) 4. Liệt kê các chất dinh dưỡng chính thực vật hấp thu từ đất. 5. Có phải tất cả các nguyên tố hóa học trong thực vật là những chất cần thiết cho sự sinh trưởng? Giải thích. 6. Định nghĩa: sa cấu đất, cấu trúc đất, pH đất, mùn, phẩu diện đất, tầng B, chất lượng đất, đất thực. 7. Nêu các nguyên nhân thường dẫn đến sự thoái hóa chất lượng đất. 13
Chương 2. SỰ HÌNH THÀNH ĐẤT TỪ MẪU CHẤT Bài 1. SỰ PHONG HÓA CÁC LOẠI ĐÁ VÀ KHOÁNG CHẤT Phong hóa là các quá trình biến đổi vật lý, hóa học của các loại đá và khoáng xảy ra khắp mọi nơi trên quả đất. Phong hóa là sự phá vỡ các đá và khoáng, thay đổi hoặc phá hủy các tính chất vật lý và hóa học của chúng, và mất đi các sản phẩm hòa tan. Sự phong hóa cũng là quá trình tổng hợp các chất mới có ý nghĩa rất lớn trong đất. Tốc độ và kết quả của quá trình phong hóa là một trong những tiêu chuẩn phân loại các đá và khoáng. I.ĐẶC ĐIỂM CÁC LOẠI ĐÁ VÀ KHOÁNG CHẤT Đá trên bề mặt vỏ quả đất được phân loại thành 3 loại: đá phún xuất (magma), đá trầm tích và đá biến tính. 1. Đá phún xuất Được hình thành bởi sự phun trào của khối magma nóng chảy, gồm các loại đá phổ biến như đá granite và diorite, gabbro, basalt, andesite. Đá phún xuất được cấu tạo từ các khoáng nguyên sinh có màu sáng như thạch anh, musvovite (mica trắng) và feldspars, và có màu sẩm như biotite (mica đen), augite, và hornblende. Thông thường các khoáng có màu sậm chứa nhiều sắt và magnesium và tương đối dễ bị phong hóa. Vì vậy các đá magma có màu sậm như đá gabbro, peridotite, hornblendite và basalt rất dễ bị phong hóa so với đá granite. Các hạt khoáng trong đá phún xuất phân tán ngẫu nhiên và liên kết với nhau, nên có dạng như muối tiêu và thường có thể nhìn thấy bằng mắt thường. 2. Đá trầm tích Khi đá phún xuất bị phong hóa sẽ hình thành nên các sản phẩm mới, các sản phẩm này bị nén lại kết dính với nhau do các điều kiện địa chất thay đổi, hình thành nên đá mới là đá trầm tích. Ví dụ như cát thạch anh được phong hóa từ đá granite và tích tụ nơi có biển sẽ hình thành nên một loại đá mới gọi là sa thạch. Các khoáng sét cũng có thể bị nén chặt hình thành đá phiến sét. Các đá trầm tích phổ biến như: đá vôi, dolomite, sa thạch, đá phiến sét. 3. Đá biến tính Được hình thành do sự thay đổi tính chất của các loại đá khác, thường do các quá trình biến đổi địa chất gây nên. Đá phún xuất thường bị biến đổi thành diệp thạch hay đá gneiss, trong đó các khoáng có màu sáng và sậm xếp thành từng lớp riêng lẻ. Đá trầm tích như đá vôi và đá phiến sét có thể bị biến đổi thành đá hoa (marble). Cũng như đá phún xuất và đá trầm tích, thành phần khoáng nào chiếm ưu thế trong đá biến tính sẽ ảnh hưởng đến tính bền vững của loại đá đó. 14
Một số loại đá trầm tích và biến tính quan trọng, và các loại khoáng chiếm ưu thế. Khoáng chiếm ưu thế Loại đá Trầm tích Biến hình Calcite (CaCO3) Đá vôi Đá hoa Dolomite (CaCO3 + MgCO3) Dolomite Đá hoa Thạch anh (SiO2) Sa thạch Quartzite Sét Đá phiến sét Đá phiến Thành phần khoáng rất thay dổi Conglomerate Gneiss II.CÁC QUÁ TRÌNH PHONG HÓA 1. Định nghĩa Quá trình phong hóa là quá trình phân hủy đá và khoáng, đồng thời cũng là quá trình tổng hợp nên các khoáng mới. Các đá và khoáng nguyên sinh bị phá hủy bởi sự phân rã vật lý và phân giải hóa học. Nếu không có sự tác động của các thành phần cấu tạo của chúng, đá và khoáng chỉ phân rã vật lý tạo nên các hạt cát và thịt có kích thước nhỏ hơn so với kích thước ban đầu. Nhưng trong quá trình phong hóa vật lý, thành phần hóa học của đá và khoáng được giải phóng thành các chất hòa tan, chúng sẽ tổng hợp nên các loại khoáng mới. Các khoáng mới này có thể bền vững, nhưng cũng có thể tiếp tục bị phân rã và tái tổng hợp lại thành các khoáng khác. Trong quá trình biến đổi hóa học, kích thước các hạt khoáng dần dần nhỏ lại và hòa tan trong dung dịch đất. Các chất hòa tan này có thể bị rửa trôi hoặc tái két hợp lại thành các khoáng thứ sinh. 2. Tính bền vững của các loại khoáng Có ba nhóm khoáng rất bền với sự phong hóa là: (1) khoáng sét silicates, (2) khoáng sét oxide sắt, nhôm, (3) khoáng thạch anh. Trong các loại đất phong hóa mạnh trên các vùng khí hậu nhiệt đới và á nhiệt đới ẩm, các oxide Fe, Al và một phần sét silicates có tỉ số Si/Al thấp chiếm ưu thế, do phần lớn các thành phần khác bị phong hóa và rửa trôi (thường gọi là quá trình tích lũy Fe, Al tương đối). 15
Mức độ chống chịu sự phong hóa của các loại khoáng quan trọng. (Khoáng nguyên sinh có nhiều trong đá phún xuất và biến tính. Khoáng thứ sinh chứa nhiều trong đá trầm tích). Rất bền Khoáng nguyên sinh Khoáng thứ sinh Goethite FeOOH Hematite Fe2O3 Gibbsite Al2O3.3H2O Thạch anh SiO2 Khoáng sét Aluminosilicate Muscovite KAl3Si3O10(OH)2 Microline KAlSi3O8 Orthoclase KAlSi3O8 Biotite KAl(Mg,Fe)3Si3O10(OH)2 Albite NaAlSi3O8 Hornblende Ca2Al2Mg2Fe3Si6O22(OH)2 Augite Ca2(Al,Fe)4(Mg,Fe)4Si6O24 Anorthite CaAl2Si2O8 Olivine (Mg,Fe)2SiO4 Dolomite CaCO3-MgCO3 Calcite CaCO3 Thạch cao CaSO4.2H2O Kém bền 3. Các quá trình phong hóa Quá trình phong hóa có thể phân chia thành 2 loại: 3.1.Phong hóa vật lý (sự phân rã). Là quá trình làm phân rã các các đá và khoáng từ kích thuớc to thành các mảnh vụn, hạt có kích thước nhỏ dần. Trong tự nhiên, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phong hóa vật lý: (1) Nhiệt độ: Do sự thay đổi nhiệt độ giữa ngày và đêm sẽ làm vỡ các cấu trúc khoáng. Sự phá vỡ này do các tính chất co trương khác nhau của loại khoáng khác nhau. Sự thay đổi nhiệt độ sẽ làm các khoáng nứt ra và bị vỡ. Thường bề mặt ngoài 16
của đá luôn chịu sự tác động của nhiệt độ mạnh (nóng hoặc lạnh hơn bên trong), nên một số loại đá thường bị phong hóa bởi sự tróc dần từng lớp vỏ bề mặt. (2) Sự bào mòn của nước, băng hà và gió: khi di chuyển với hàm lượng chất lơ lửng cao, nước sẽ có sức bào mòn rất lớn. Điều này dễ nhận thấy trên các tảng đá bị bào mòn dưới lòng sông. Gió bụi, cát và băng hà cũng có thể bào mòn các loại đá. (3) Thực vật và động vật: rễ thực vật đôi khi cũng len lõi vào các vết nứt của đá và tách chúng ra, nên đá bị phá vỡ. Động vật đào hang cũng có thể làm vỡ một phần đá. Tuy nhiên, các yếu tố này có ảnh hưởng rất nhỏ đến sự hình thành mẫu chất so với tác động của nước và gió. 3.2.Phong hóa hóa học (sự phân giải). Phong hóa vật lý đóng vai trò nổi bật trong sự phong hóa ở các vùng khô, lạnh. Nhưng quá trình phong hóa hóa học rất có ý nghĩa trên các vùng khí hậu nóng ẩm. Tuy nhiên cả 2 quá trình này xảy ra đồng thời và có ảnh hưởng tương hổ lẫn nhau. Phong hóa hóa học do tác động của nước, O2, và các acid hữu cơ và vô cơ được giải phóng từ các hoạt động hóa sinh trong đất. Các tác nhân này tác động làm biến đổi các khoáng nguyên sinh (như felspars và mica) thành khoáng thứ sinh (như sét silicates) và giải phóng các chất dinh dưỡng dưới dạng hòa tan vào dung dịch đất. Các phản ứng sau đây thường xảy ra trong quá trình phong hóa hóa học (1) Phản ứng thủy hợp: Các phân tử nước kết hợp với khoáng bằng tiến trình gọi là phản ứng thủy hợp. 5Fe2O3 + 9H2O Thủy hợp Fe10O15.9H2O Hematite Nước Ferrihydrite Các oxide Fe, và Al ngậm nước (như Al2O3.3H2O) là sản phẩm phổ biến của phản ứng thủy hợp. (2) Phản ứng thủy phân: trong phản ứng thủy phân, phân tử nước phân ly thành H+ và OH-. H+ và OH- thường thay thế các cation trên cấu trúc khoáng. Ví dụ phản ứng thủy phân của nước đến khoáng microline (một loại khoáng feldspar chứa Kali). Thủy phân + - KAlSi3O8 + H2O HAlSi3O8 + K + OH (Rắn) Nước (Rắn) (Dung dịch) Thủy phân 2HAlSi3O8 + 11H2O Al2O3 + 6H4SiO4 (Rắn) Nước (Rắn) (Dung dịch) 17
Kali được giải phóng dưới dạng hòa tan và được hấp phụ trên bề mặt các keo đất, hấp phụ bởi thực vật, và rửa trôi. Silicic acid cũng là chất hòa tan nên có thể bị rửa trôi theo nước hoặc tái tổng hợp thành các khoáng thứ sinh như sét silicates. (3) Phản ứng hòa tan: Nước có khả năng hòa tan nhiều loại khoáng do phản ứng thủy hợp với các cation và anion cho đến khi chúng phân ly và được bao bọc bởi các phân tử nước. Ví dụ sự hòa tan thạch cao trong nước: Hòa tan 2+ 2- CaSO4.2H2O + 2H2O Ca + SO4 + 4 H2O (Rắn) Nước (Dung dịch) Nước (4) Phản ứng Carbonate hóa và các phản ứng chua khác: Cường độ phong hóa sẽ gia tăng khi có sự hiện diện của các acid, do acid làm gia tăng nồng độ ion H+ trong nước. Vì khi sự hoạt động của vi sinh vật giải phóng khí CO2, khí này hòa tan trong nước hình thành carbonic acid, sẽ làm tăng tốc độ hòa tan khoáng calcite trong đá vôi hay đá hoa: CO2 + H2O H2CO3 Carbonate hóa 2+ - H2CO3 + CaCO3 Ca + 2HCO3 Carbonic acid Calcite (Dung dịch) Đất cũng có thể chứa các acid mạnh khác như HNO3, H2SO4, và nhiều acid hữu cơ khác, ion H+ cũng có thể kết hợp với sét trong đất. Các acid này đều góp phần vào phản ứng với các khoáng trong đất. (5) Oxi hóa-khử: Các khoáng có chứa Fe, Mn và S rất nhạy cảm với các phản ứng oxi hóa khử. Fe nằm trong các khoáng nguyên sinh và dưới dạng có hóa trị 2 Fe(II)(ferrous). Khi các đá này phơi bày ra không khí và nước, Fe sẽ dễ dàng bị oxi hóa (mất 1 điện tử) hình thành Fe(III)(ferric). Nếu Fe bị oxi hóa từ Fe(II) thành Fe(III), do sự thay đổi về hóa trị và bán kính ion sẽ làm cấu trúc tinh thể của khoáng bị mất ổn định, và bị phá vỡ. Một ví dụ khác là Fe(II) khi được giải phóng từ khoáng có thể bị oxi hóa ngay thành Fe(III), như sự thủy hợp của khoáng olivine giải phóng Fe(II), chúng có thể bị oxi hóa ngay tức khắc thành ferric oxyhydroxide (goethite). Thủy phân 3MgFeSiO4 + 2H2O H4Mg3Si2O9 + 2SiO2 + 3FeO Olivine Serpentine (Dung dịch) Fe(II) oxide (rắn) (rắn) (rắn) 18
(6) Phản ứng tạo phức chất: các acid hữu cơ được hình thành trong quá trình sinh học trong đất như oxalic, citric, và tartric acid, cũng như các phân tử acid humic và fulvic. Ngoài việc H+ có thể làm hòa tan các khoáng Al, Si, chúng còn có thể tạo phức với Al3+ trong cấu trúc của khoáng silicate (tạo chelate). Bằng cách này, Al3+ được tách ra khỏi khoáng, sau đó chúng sẽ bị biến đổi tiếp. Ví dụ oxalic acid hình thành phức với Al trong khoáng muscovite, khi phản ứng này xảy ra, cấu trúc khoáng muscovite bị phá vỡ và giải phóng ion K+ hòa tan trong dung dịch đất. Phức hóa + - K2[Si6Al2]Al4O20(OH)4 + 6C2O4H2 + 8H2O 2K + 8OH + 6C2O4Al + 6Si(OH)4 Muscovite oxalic acid (KOH) phức (dung dịch) (rắn) (dung dịch) (dung dịch) Các phản ứng hóa học xảy ra nhanh chóng khi có sự tham gia của các sinh vật đất. 4. Sự tương tác của các phản ứng hóa học Các tiến trình phong hóa hóa học khác nhau xảy ra đồng thời và bổ sung cho nhau. Ví dụ, sự thủy phân khoáng nguyên sinh giải phóng Fe(II), Fe(II) nhanh chóng bị oxi hóa thành Fe(III), Fe(III) sẽ bị thủy hợp thành oxide Fe ngậm nước. Phản ứng thủy phân hay tạo phức cũng có thể giải phóng các cation hòa tan, silicic acid, và các hợp chất Fe, Al. Trong môi trường ẩm, các cation và silicic acid sẽ bị mất do rửa trôi. Các chất hòa tan cũng có thể tái tổng hợp thành các sét silicates và các khoáng silicate thứ sinh khác. Bằng tiến trình tổng hợp này, các vật liệu nguyên sinh chuyển dạng thành các hợp chất hình thành nên vật thể đất. III.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT Đất là 1 tập hợp các cá thể riêng biệt có các tính chất phẩu diện tương tự nhau. Khái niệm cơ bãn đất là những vật thể tự nhiên có sự sắp xếp nhất định đầu tiên được ra bởi các nhà khoa học đất người Nga, đứng đầu là V. V. Dukochaev. Họ nhận thấy rằng nhiều cá thể đất có các tầng đất tương tự nhau trải dài trên hàng trăm km khi có cùng điều kiện về khí hậu và thảm thực vật. Từ các quan sát trên và kết quả của nhiều kết quả nghiên cứu thực địa và trong phòng, họ đã đưa ra 5 yếu tố chính kiểm soát sự hình thành của đất. Năm yếu tố đó là: o Mẫu chất (vât liệu vô cơ hoặc hữu cơ hình thành đất) o Khí hậu (chủ yếu là mưa và nhiệt độ) 19
o Sinh học (sinh vật, đặc biệt là thực vật tại chỗ, vi sinh vật, động vật đất, và hoạt động của con người) o Địa hình (độ dốc, hương dốc, và cảnh quang) o Thời gian (giai đoạn từ khi mẫu chất bắt đầu phong hóa hình thành đất) Trên cơ sở này đất được định nghĩa là 1 vật thể tự nhiên luôn biến đổi được hình thành do sự tác động tổng hợp của khí hậu và hoạt động của vi sinh vật lên mẫu chất, mức độ tác động này thay đổi theo địa hình, trong 1 thời gian nhất định. Các yếu tố này luôn có ảnh hưởng tương hổ lẫn nhau. Ví dụ khi điều kiện khí hậu bất thường đi kèm với sự phát triển kém của thực vật, và có thể có sự khác nhau về địa hình và mẫu chất Tuy nhiên tùy trường hợp nhất định mà từng yếu tố sẽ có mức độ ảnh hưởng khác nhau đến sự hình thành đất. 1. Mẫu chất. 1.1. Ảnh hưởng của mẫu chất đến các tính chất của đất: Các tiến trình địa chất học hình thành mẫu chất và từ đó đất được hình thành. Tính chất của mẫu chất ảnh hưởng rất lớn đến đặc tính của đất. Ví dụ, đất có sa cấu thô thường được hình thành từ mẫu chất giàu thạch như đá granite hay sa thạch. Sa cấu sẽ kiểm soát tốc độ thấm nước của đất, vì vậy sẽ ảnh hưởng đến sự chuyển vị của các hạt đất và các dinh dưỡng trong đất. Sự phân giải khoáng học và hóa học của mẫu chất cũng có ảnh hưởng đến sự phong hóa hóa học và thảm thực vật tại chỗ. Ví dụ, sự hiện diện của đá vôi sẽ làm chậm quá trình hóa chua của đất trong vùng khí hậu ẩm. Ngoài ra lá của thực vật sinh trưởng trên đá vôi có hàm lượng Calcium cao, khi lá rụng vào đất cũng làm chậm tiến trình hóa chua tiến trình phát triển của đất trong các vùng ôn đới ẩm. Mẫu chất cũng ảnh hưởng đến hàm lượng và loại khoáng sét trong phẩu diện đất. (1) Các mẫu chất có thể chứa các loại khoáng sét với hàm lượng và loại khác nhau từ chu trình phong hóa trước đó. (2) Tính chất của mẫu chất ảnh hưởng rất lớn đến loại sét có thể hình thành khi đất phát triển. Tính chất của loại khoáng sét ảnh hưởng rất lớn đến loại đất. Mẫu chất vô cơ có thể được hình thành từ đá tại chỗ hoặc được vận chuyển từ nơi khác đến. Trong các vùng đầm lầy, sự phân giải không hoàn toàn nên mẫu chất hữu cơ có thể được tích lũy do nhiều thế hệ thực vật tại chỗ. 1.2. Phân loại mẫu chất: Mặc dù tính chất vật lý và hóa học rất có ảnh hưởng đến sự phát triển của đất, nhưng mẫu chất thường được phân loại dựa trên nguồn gốc hình thành của chúng: v Mẫu chất hình thành từ đá tại chỗ v Mẫu chất được vận chuyển từ nơi khác đến: o Do trọng lực (sườn tích) 20
o Do nước: à Sông (phù sa bồi) à Biển (trầm tích biển) à Hồ (bồi lắng của hồ) o Do băng hà o Do gió v Mẫu chất do sự tích lũy dư thừa thực vật (mẫu chất hữu cơ). Mặc dù sự phân loại này chỉ dựa trên nguồn gốc sự hình thành mẫu chất, nhưng đôi khi người ta gọi tên đất theo sự phân loại này, như đất hữu cơ, đất băng hà, đất phù sa bồi (1) Mẫu chất tại chỗ: Mẫu chất tại chỗ được hình thành từ sự phong hóa của đá ngay bên dưới. Khi khí hậu nóng và ẩm, mẫu chất này sẽ bị oxi hóa và rửa trôi mạnh, thể hiện màu đỏ và vàng của các hợp chất Fe bị oxi hóa trên phẩu diện. Trong các vùng khí hậu lạnh, đặc biệt là vùng khô hạn, thành phần hóa học của mẫu chất tương tự như thành phần hóa học của đá bên dưới. (2) Mẫu chất vận chuyển từ nơi khác đến: tùy thuộc vào tác nhân vận chuyển, mẫu chất vận chuyển được chia thành các loại sau: (a) Sườn tích: được hình thành do sự di chuyển các mảnh đá vụn từ nơi có địa hình cao xuống nơi thấp, hầu hết do trọng lực hay lũ, băng hà. Tuyết lỡ, chùi đất sẽ hình thành nên sự tích lũy này. Vật liệu trong sườn tích thường và lẫn nhiều mảnh đá vụn do sự phong hóa vật lý chiếm ưu thế so với phong hóa hóa học. Các mảnh đá vụn, hòn cuội và các thành phần mịn phân tán (không xếp thành từng lớp), và các mảnh vụn thô thường có dạng khối góc cạnh. Kích thước các lỗ rỗng thường rất to, nên nước dễ dàng di chuyển trong đất và đất này cũng rất dễ bị chùi, nhất là khi đất bị xáo trộn. (b) Bồi tích: hình thành ở đồng bằng trũng thấp, hạ nguồn suối, sông và châu thổ. v Đồng bằng trũng: là một phần vùng trũng của khu vực sông khi bị ngập. Phù sa lơ lửng trong nước sẽ được lắng đọng trong thời gian ngập. Các vật liệu thô sẽ được lắng tụ ở vùng gần sông, các vật liệu mịn được lắng tụ ở vị trí xa hơn. Mỗi lần bị ngập, phù sa sẽ lắng tụ và hình thành từng lớp khác nhau. Đó là đặc điểm chính của đất phù sa bồi hằng năm. Theo thời gian, một dòng sông có thể bị lỡ 2 bên bờ và tạo thành các bậc thang với các cao độ khác nhau. Trong một mức độ nhất định, các vật liệu bị mất từ vùng đất cao sẽ được lắng tụ trên các vùng đồng bằng trũng và châu thổ. Các loại đất hình thành từ sự lắng tụ phù sa thường thích hợp cho nông nghiệp. Các tính chất đó là: địa hình bằng phẳng, đầy đủ nước, độ phì nhiêu cao, và khả năng sản xuất cao. Mặc dù nhiều loại đất phù sa bồi thoát nước tốt, nhưng trong 21
một số trường hợp con người cần phải xây dựng hệ thống tiêu nước cho các loại cây trồng cạn và xây dựng hạ tầng cơ sở ổn định. Đất phù sa bồi thường thích hợp cho lâm nghiệp và sản xuất nông nghiệp, nhưng thường không thích hợp với việc xây dựng nhà cửa và phát triển đô thị. Nhiều vùng cố gắng thiết lập các hệ thống tiêu nước và đê ngăn lũ, nhưng chi phí quá lớn và hiệu quả không cao. Vì vậy các vùng đất ngập nước hiện nay đang được tái lập lại điều kiện ngập nước tự nhiên và chuyển mục đích sử dụng như trong rừng ngập nước, bão vệ sinh vật hoang dã * Bồi tích suối: các sông, suối đều có hình rẽ quạt, hẹp trên thượng nguồn và đột ngột mở rộng ra ở hạ nguồn, làm thay đổi tốc độ chảy của dòng nước. Các vật liệu thô sẽ lắng tụ trong dòng suối, các vật liệu sẽ lắng tụ ở hạ lưu. Bồi tích suối thường tìm thấy rải rác trên các vùng đồi núi. Đất hình thành từ bồi tích suối thường có khả năng sản xuất cao, mặc dù chúng có sa cấu khá thô. * Châu thổ: Phần lớn các vật liệu mịn bị cuốn trôi bởi sông, suối không được lắng tụ trong đồng bằng trũng, mà chúng di chuyển vào trong hồ, biển , một số vật liệu lơ lửng lắng tụ gần cửa sông, hình thành nên phù sa châu thổ. Châu thổ thường nằm sát cạnh đồng bằng trũng ngập nước. Tính chất của đất phù sa châu thổ là có sa cấu sét và tiêu nước kém. Các đầm lầy thuộc châu thổ có ý nghĩa sinh học rất quan trọng trong vùng đất ngập nước. Nhiều sinh vật trong vùng này đang được bão tồn, nhưng con người lại dần dần phát triển các vùng đất này thành đất nông nghiệp, nhất là canh tác lúa nước, bằng cách thiết lập các hệ thống tiêu nước, kiểm soát lũ. (c) Trầm tích biển: Các vật liệu cuốn theo dòng nước của sông, cuối cùng cũng vào biển, cửa sông, vịnh. Các vật liệu thô sẽ lắng tụ ngay bờ biển và các hạt mịn lắng tụ ngoài xa. Theo thời gian, trầm tích được hình thành dưới đáy biển dày hàng trăm mét. Do sự biến động về địa chất, trầm tích biển được nâng cao lên hình thành các đồng bằng biển. Trầm tích này sẽ bắt đầu thực hiện chu trình phong hóa mới và hình thành đất. Đồng bằng ven biển thường bằng phẳng hoặc có độ dốc thấp. Những vùng thấp của đồng bằng ven biển thường bị ngập nước, nên sự phát triển của rừng ngập mặn và đầm lầy là đặc điểm chính của loại đất hình thành trên mẫu chất này. Sa cấu của trầm tích biển rất thay đổi từ cát cho đến sét nặng. Mặc dù mẫu chất do các vùng cao đưa xuống, nhưng trầm tích biển tiến hành quá trình phong hóa nhanh hơn nhiều so với chính vật liệu ấy tại chỗ. Tính chất trầm tích ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của đất hình thành trên đó. Nhiều trầm tích biển chứa nhiều S, theo thời gian S bị oxi hóa hình thành sulfuric acid trong quá trình hình thành đất phèn. 22
(d) Mẫu chất vận chuyển do băng hà: xảy ra trên các vùng có băng tuyết. (e) Mẫu chất vận chuyển do gió: Gió có thể mang các vật liệu từ nơi này đến nơi khác. Tùy thuộc vào độ mịn của hạt, tốc độ gió các hạt này có thể được mang đi xa hay gần. Các mẫu chất này có thể là các cồn cát thô ven biển, các đụn cát mịn sâu trong đất liền, và các mẫu chất do bụi thật mịn trong không khí rơi vào đất theo mưa, và kể cả tro núi lửa. (3) Mẫu chất hữu cơ: Vật liệu hữu cơ được tích lũy trên các vùng ngập nước, trong điều kiện sự phát triển của thực vật vượt qua tốc độ phân giải các dư thừa thực vật. Hàng thế kỉ, các dư thừa của tất cả thực vật nơi đó sẽ tích tụ thành lớp dày hàng mét do trong điều kiện ngập nước, do thiếu O2 nên sự phân giải bị hạn chế. Sự tích tụ các chất hữu cơ như thế được gọi là đất hữu cơ hay đất than bùn. o Sự phân bố và tích lũy chất hữu cơ của đất hữu cơ: đất hữu cơ phân bố rải rác khắp thế giới, nhưng thường tập trung ở vùng trũng thấp, ngập nước thường xuyên hoặc có khí hậu lạnh và chịu ảnh hưởng của băng hà. Tốc độ tích lũy chất hữu cơ khác nhau tùy nơi. Những nơi có hiện diện đất than bùn, tốc độ tích lũy chất hữu cơ trung bình từ 0.2-0.8mm/năm. o Các loại đất than bùn (đất hữu cơ): dựa trên tính chất của mẫu chất, đất than bùn được chia làm 4 loại: · Than bùn hình thành do xác bã của rong rêu trong nước. · Than bùn hình thành do dư thừa của các loại cỏ như lau, sậy, lác · Than bùn hình thành do xác bã của các cây gỗ, cây bụi. · Than bùn trầm tích, hình thành do xác bã của các thực vật thủy sinh như tảo và chất thải của các động vật thủy sinh. Trong một loại đất than bùn thường chứa nhiều lớp mẫu chất khác nhau do các loài thực vật khác nhau phát triển tiếp nối theo từng loại một theo từng giai đoạn. Và đất than bùn cũng có thể phân loại theo mức độ phân giải của mẫu chất: mẫu chất chưa phân giải, bán phân giải, và phân giải hoàn toàn. 2. Khí hậu Khí hậu tác động lên mẫu chất là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất trong quá trình hình thành đất, do khí hậu quyết định tính chất và cường độ phong hóa. Yếu tố khí hậu chính ảnh hưởng đến quá trình phong hóa là lượng mưa và nhiệt độ, do chúng ảnh hưởng đến tốc độ các phản ứng hóa học, vật lý và sinh học. 2.1. Lượng mưa: Nước là yếu tố quan trọng trong các phản ứng phong hóa hóa học. Để phát huy tác dụng trong sự hình thành đất, nước phải thấm xuyên vào mẫu chất và đá. Nước càng thấm sâu, lớp đất thật hình thành càng dày. Khi lượng nước thấm cao, 23
các chất hòa tan và lơ lững sẽ rửa trôi từ tầng trên xuống các tầng bên dưới, và có thể rửa trôi một số chất hòa tan ra khỏi phẩu diện đất. Vì vậy khả năng thấm của nước sẽ làm gia tăng các phản ứng phong hóa và hình thành các tầng phát sinh trong đất. Ảnh hưởng của lượng mưa đến sự hình thành đất. Nước là yếu tố cần thiết chính để phong hóa mẫu chất và sự hình thành đất. Để tăng cường sự hình thành đất, nước không chỉ phải đi vào phẩu diện, mà còn phải thấm xuyên suốt phẩu diện và vận chuyển các sản phẩm hòa tan hình thành trong quá trình phong hóa. Tổng lượng nước thấm vào đất không chỉ phụ thuộc vào tổng lượng mưa mà còn phụ thuộc vào 4 yếu tố khác: 1. Sự phân bố mưa trong năm 2. Nhiệt độ và bốc hơi 3. Địa hình 4. Khả năng thấm của đất Điều kiện thiếu nước là yếu tố chính hình thành nên các loại đất tiêu biểu vùng khô hạn. Các chất hòa tan không bị rửa trôi, chúng bị tích lũy và có thể gây hại đến thực vật. Trong các vùng khô hạn, phẩu diện đất thường có sự tích lũy muối carbonate và một số loại sét có tính nứt nẻ. 2.1. Nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng 10oC, tốc độ các phản ứng sinh hóa tăng gấp 2 lần. Cả 2 yếu tố nhiệt độ và ẩm độ đều ảnh hưởng đến hàm lượng chất hữu cơ trong đất thông qua ảnh hưởng của chúng đến sự cân bằng giữa sự phát triển của thực vật và sự phân giải vi sinh vật. Nhiệt độ ấm và ẩm độ cao, các tiến trình phong hóa, rửa trôi, và sự phát triển của thực vật đạt tối đa. Khí hậu cũng ảnh hưởng đến thảm thực vật tự nhiên. Khí hậu ẩm thích hợp cho sự phát triển các loại cây gỗ. Ngược lại khí hậu vùng bán khô hạn chỉ thích hợp cho sự phát triển của các loại cây cỏ, cây bụi. Vì vậy khí hậu là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến yếu tố sinh học trong 5 yếu tố hình thành đất. Nếu các loại đất có cùng chế độ nhiệt, mẫu chất, địa hình và thời gian, nơi nào có lượng mưa cao thường làm gia tăng hàm lượng sét, chất hữu cơ, độ chua, và đất có tỉ lệ Si/Al thấp (các loại đất như thế biểu thị mức độ phong hóa cao). Tuy nhiên chế độ khí hậu có thể thay đổi theo thời gian, khí hậu nhiều nơi trên thế giới hiện nay rất khác với khí hậu thời xa xưa. Cảnh quang của các vùng khô hạn hiện nay có thể là do sự rửa trôi và phong hóa mạnh ở thời kì hàng ngàn năm về trước. 24
3. Sinh học Sự tích lũy chất hữu cơ, phong hóa hóa học và sinh học, chu kỳ luân chuyển chất dinh dưỡng, và sự bền vững của các tập hợp đất được tăng cường do các hoạt động của các sinh vật trong đất. Thảm phủ thực vật có tác dụng làm giảm tốc độ xói mòn tự nhiên, nên làm giảm tốc độ mất lớp đất mặt. Các acid hữu cơ hình thành từ một số loại lá cây sẽ hòa tan Al từ khoáng vào dung dịch đất do quá trình tạo phức và tích lũy chúng ở các tầng sâu hơn. 3.1.Vai trò của thực vật tự nhiên: (1) Sự hình thành tầng A: Ảnh hưởng của thực vật đến quá trình hình thành đất có thể nhận thấy dễ dàng khi quan sát 2 loại đất rừng và đất đồng cỏ. Trên đất đồng cỏ, phần lớn chất hữu cơ bổ sung cho đất là do hệ thống rễ sợi ăn sâu vào đất. Ngược lại, lá cây rừng rơi rụng ngay trên mặt đất và đây là nguồn cung cấp chất hữu cơ chính của đất rừng. Do đó đất đồng cỏ tự nhiên thường có tầng A dày và chất hữu cơ phân bố sâu hơn so với đất rừng. Đất rừng thường hình thành tầng E rửa trôi, có màu sáng ngay bên dưới tầng O hay tầng A, nhưng không hình thành trên đất đồng cỏ, và đất đồng cỏ thường có cấu trúc các tập hợp đất ổn định hơn. (2) Luân chuyển cation của thực vật: Khả năng hấp thu các nguyên tố khoáng của thực vật có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của đất, nhất là khả năng hóa chua của chúng. Thực vật lá kim (thông) chỉ luân chuyển 1 lượng rất nhỏ các nguyên tố Ca, Mg và K so với các cây thay lá khác như đào. Do rễ thực vật họ tùng bách không hấp thu nhiều các cation, nên các cation trong đất sẽ bị rửa trôi và làm đất hóa chua nhanh chóng. Do có tính hóa chua mạnh nên tầng chất hữu cơ của tầng O trên đất này thường không phân giải hoặc phân giải yếu. (3) Đồng cỏ hỗn hợp: Đất đồng cỏ vùng khô hạn và bán khô hạn do sự thiếu nước nên thực vật hiếm khi phủ toàn bộ mặt đất. Sự phát triển 1 cách phân tán của các cây bụi và cây cỏ nên làm thay đổi tính chất của đất nơi đó. Trên các vùng này, tính chất đất có thể khác nhau giữa nơi có cây gỗ, cây cỏ và nơi không có thực vật phát triển. 3.2.Vai trò của động vật: (1) Động vật: rất nhiều loại động vật trong đất góp phần rất lớn trong quá trình hình thành đất thông qua các hoạt động đào bới, trộn lẫn đất như hoạt động của giun đất, mối, (2) Ảnh hưởng của con người: hoạt động của con người như chuyển mục đích sử dụng đất, thiết lập hệ thống tưới tiêu, bón phân, bón vôi, làm đất, khai thác hầm mỏ, xây dựng cơ sở hạ tầng đều có tác động rất lớn đến tốc độ hình thành và phát triển của đất. 25
4. Địa hình Địa hình có thể được diễn tả bằng cao độ, độ dốc và cảnh quang. Địa hình có thể làm gia tăng hoặc làm chậm sự tác động của yếu tố khí hậu lên quá trình hình thành đất. Địa hình dốc cao sẽ hạn chế lượng nước thật sự thấm vào đất, do đó sẽ làm giảm tốc độ hình thành đất, và cũng do thiếu nước nên thực vật phát triển kém. Vì vậy tầng đất thực trên các vùng có độ dốc cao thường rất mỏng. Địa hình thường tương tác với các yếu tố khác trong ảnh hưởng đến quá trình hình thành đất. 4.1. Tương tác với thực vật: Địa hình thường có tương tác với thực vật trong quá trình hình thành đất. Thảm thực vật thường thay đổi dài theo hướng dốc. Trong các vùng chuyển tiếp giữa rừng và đồng cỏ, cây dạng gỗ thường phát triển trên vùng triền thấp, ẩm ướt hơn so với vùng đất cao, thiếu nước. Tính chất của đất trên các vùng này cũng rất khác nhau: đầm lầy, đất thấp, đất cao 4.2. Tương tác với hướng dốc: thường chỉ có ảnh hưởng ở các vùng cực, do hướng dốc khác nhau sẽ có khả năng nhận năng lượng mặt trời và ẩm độ khác nhau, nên sẽ hình thành các loại đất khác nhau. 4.3. Tương tác với sự tích tụ muối: Trên các vùng khô hạn và bán khô hạn, địa hình ảnh hưởng đến sự tích tụ các muối hòa tan trong đất. Các muối hòa tan từ các vùng cao xung quanh trôi theo nước di chuyển đến vùng thấp, do khô hạn, nước bốc hơi và các muối được tích tụ lại. 4.4. Tương tác với mẫu chất: nhiều vùng, địa hình phản ảnh sự phân bố các loại mẫu chất như mẫu chất tại chỗ, sườn tích, bồi tích, phù sa. Mẫu chất tại chỗ thường phân bố phần đỉnh trên của dốc, sườn tích ở các vùng thấp hơn, và phù sa trên các vùng rất thấp (thung lũng). 5. Thời gian Kết quả của quá trình hình thành đất chỉ thể hiện sau một thời gian nhất định. Thời gian của sự hình thành đất được tính từ lúc mẫu chất bắt đầu tiếp xúc với môi trường nhất định và bắt đầu tiến trình phong hóa. 5.1. Tốc độ phong hóa: Khi các yếu tố khác thích hợp cho sự hình thành đất, chất hữu cơ sẽ tích lũy để hình thành tầng A có màu sậm trong vòng khoảng 10-20 năm. Trong nhiều trường hợp, trong vùng ẩm, tầng B hình thành trong khoảng 40 năm. Tuy nhiên, sự hình thành tầng B thuần thục với sự thay đổi cơ bãn về màu sắc và cấu trúc có thể cần đến hàng thế kỉ. Sự tích lũy sét silicate cần hàng ngàn năm. Một loại đất có tầng đất thực sâu hơn 1m có thể phải cần thời gian hình thành hàng trăm ngàn năm. Khi ta nói đất “trẻ” hay đất “già cỗi” thường không có ý nghĩa là tính theo năm lịch mà ta tính theo mức độ phong hóa và phát triển phẩu diện của đất đó. Thời gian luôn 26
tương tác với các yếu tố khác. Ví dụ, với cùng mẫu chất như nhau, tốc độ phong hóa của đất dưới chân dốc luôn cao hơn đất trên triền dốc. Trong vùng nhiệt đới ẩm, tốc độ phong hóa cao hơn vùng lạnh và khô. Các vật liệu hữu cơ tươi bón vào đất, phù sa mới bồi có thể thay đổi màu sắc, cấu trúc, khoáng học trong vòng vài năm. Ngược lại các khoáng có chứa nhiều sulfide, pyrite (vật liệu sinh phèn) tốc độ phong hóa rất chậm. 5.2. Tính liên tục trong quá trình phong hóa: người ta dùng thời gian địa chất để xác định thời gian hình thành đất, và dùng các phương pháp gián tiếp để đo thời gian này như phương pháp C14, sự hiện diện của các hóa thạch và các vết tích của con người trong đất. Tính liên tục của quá trình hình thành đất có thể nhận thấy trên các vùng đất phù sa bồi, phù sa được xếp thành từng lớp khác nhau theo thời gian, nơi có địa hình cao nhất sẽ có thời gian phong hóa dài nhất (đất già nhất), và nơi thấp nhất sẽ có thời gian hình thành đất trẻ nhất. 5.3. Tương tác với mẫu chất: Mẫu chất tại chỗ thường có thời gian phong hóa dài hơn so với mẫu chất vận chuyển từ nơi khác đến. Vì vậy, đất vùng cao có mẫu chất tại chỗ có thời gian phong hóa dài hơn rất nhiều so với đất phát triển trên trầm tích biển, phù sa sông. Câu hỏi nghiên cứu. 1. Nêu ý nghĩa của câu: phong hóa là quá trình phân hủy và tổng hợp. Cho ví dụ 2 quá trình này trong sự phong hóa một loại khoáng nguyên sinh. 2. Vai trò của nước trong các phản ứng phong hóa hóa học. 3. Giải thích ý nghĩa của tỉ lệ Si/Al trong đất khoáng. 4. Cho ví dụ về sự khác nhau của mẫu chất trên phạm vi rộng lớn và trong một phạm vi nhỏ. 5. Liệt kê 5 yếu tố ảnh hưởng đến hình thành đất. Yếu tố nào có ảnh hưởng mạnh đến các vùng đất rừng dốc và đất đồng cỏ đồng bằng khô hạn. 6. Nêu các tác nhân vận chuyển sườn tích, phù sa. 27
Chương 2 Bài 2. HÌNH THÀNH ĐẤT – PHÁT SINH HỌC ĐẤT. Quá trình phong hóa đá hình thành mẫu chất và mẫu chất tiếp tục phong hóa hình thành đất được tiến hành đồng thời với sự hình thành (hay phát sinh) các tầng phát sinh trong phẩu diện đất. Trong thời gian mẫu chất hình thành đất, có sự thay đổi rất lớn trong phẩu diện đất I. CÁC TIẾN TRÌNH HÌNH THÀNH TẦNG PHÁT SINH ĐẤT Các tầng phát sinh trong một phẩu diện đất được hình thành do sự tác động đồng thời của 4 tiến trình chính: (1) Tiến trình chuyển dạng: Ví dụ sự phong hóa các khoáng và sự phân giải các chất hữu cơ có sự thay đổi hay bị phá hủy một số thành phần của đất, đồng thời một số thành phần khác được tổng hợp. (2) Tiến trình chuyển vị: Là sự di chuyển các vật liệu vô cơ và hữu cơ từ tầng này sang tầng khác, từ trên xuống dưới, các vật liệu này di chuyển chủ yếu do tác động của nước và các hoạt động của sinh vật đất. 28
(3) Tiến trình bổ sung các vật liệu vào đất: Các vật liệu được bổ sung từ ngoài vào trong quá trình phát triển hình thái phẩu diện đất bao gồm bao gồm các dư thừa thực vật, bụi từ khí quyển, muối hòa tan từ nước ngầm. (4) Tiến trình mất vật liệu từ đất: Các vật liệu có thể bị mất từ đất do rửa trôi, xói mòn, và do tác động của con người. Ví dụ về sự hình thành các tầng phát sinh trong phẩu diện đất: Hãy xem xét sự thay đổi có thể xảy ra trong quá trình phát sinh đất từ một lớp mẫu chất. Tuy một số phản ứng phong hóa và rửa trôi có thể cần thiết cho thực vật sinh trưởng trên mẫu chất, nhưng sự hình thành đất chỉ thật sự bắt đầu khi có thực vật sinh trưởng và phát triển, và bắt đầu có dư thừa nhất định của thân lá và rễ trả lại trong tầng đất mặt, có nghĩa là phải có sự tích lũy chất hữu cơ nhất định. Các dư thừa này bị phân giải và hình thành mùn. Sự tích lũy mùn sẽ gia tăng khả năng hữu dụng của nước và dinh dưỡng, từ đó thực vật lại phát triển tốt hơn và mùn được tích lũy nhiều hơn. Giun đất, kiến, mối và các động vật nhỏ khác sẽ sinh sống trong tầng đất và sử dụng chất hữu cơ làm thức ăn; đồng thời chúng sẽ đào bới, trộn lẫn chất hữu cơ và vô cơ sâu hơn, vào các vật liệu khoáng. 1. TIẾN TRÌNH BỔ SUNG CHẤT HỮU CƠ VÀ HÌNH THÀNH TẦNG MẶT. Sự bổ sung và trộn lẫn các chất hữu cơ vào trong lớp đất mặt xảy ra khá nhanh, và tầng A được hình thành trước tiên. Tầng A thường có màu sậm và có tính chất vật lý, hóa học rất khác biệt so với mẫu chất. 2. TIẾN TRÌNH RỬA TRÔI, TÍCH LŨY VÀ HÌNH THÀNH CÁC TẦNG SÂU. Các acid hữu cơ hình thành từ sự phân giải các dư thừa thực vật theo nước thấm vào đất sẽ kích thích các phản ứng phong hóa. Các acid này sẽ hòa tan nhiều chất và rửa trôi xuống tầng sâu hơn. Tại đây chúng có thể tích lũy lại hình thành nên một tầng 2+ 2- 2- mới. Các chất hòa tan thường gặp là các muối của các ion Ca , CO3 , SO4 . 3. TIẾN TRÌNH CHUYỂN DẠNG DO SỰ PHONG HÓA CÁC KHOÁNG. Các phản ứng hóa sinh sẽ làm gia tăng sự phong hóa các khoáng nguyên sinh, phân giải và làm thay đổi chúng thành một số loại khoáng sét silicate. Đồng thời các khoáng nguyên sinh khác bị phong hóa, các sản phẩm này sẽ tái kết hợp tạo thành những loại khoáng mới nữa như sét silicate, oxid Fe, Al ngậm nước Các khoáng sét mới hình thành có thể tích lũy ngay nơi chúng hình thành, nhưng cũng có thể bị rửa trôi xuống các tầng sâu hơn. Khi các vật liệu di chuyển từ tầng này sang tầng khác, dần dần sẽ có sự phân biệt rõ ràng về màu sắc, cấu trúc, thành phần khoáng giữa các tầng đất. Các tầng tích tụ sét thường có cấu trúc dạng khối hay lăng trụ. Đất càng già cỗi càng tầng phát sinh càng thể hiện sự khác biệt rõ ràng. 29
4. SỰ HÌNH THÀNH TẦNG PHÁT SINH ĐẤT TRONG TỰ NHIÊN. Không phải tất cả các tầng khác nhau trong một phẩu diện đất đều là tầng được phát sinh do các tiến trình hình thành đất. Vì bản thân mẫu chất cũng có thể có những tầng khác nhau trước khi đất bắt đầu hình thành. Ví dụ các trầm tích biển, phù sa bồi có thể có nhiều tầng mẫu chất khác nhau. Vì vậy trong nghiên cứu ta cần chú ý phân biệt tầng phát sinh và tầng mẫu chất. Ngoài ra, cũng cần phải nhận biết bản chất biến động của đất trong tiến trình hình thành, sự hình thành đất luôn phát triển và biến đổi liên tục. Vì vậy trong thực tế, một số loại đất tiến trình phân hóa tầng chỉ mới bắt đầu, trong khi một số loại đất khác đã phân hóa tầng rất lâu. II. PHẨU DIỆN ĐẤT. Phẩu diện đất là một trắc diện thẳng đứng, thể hiện các tầng phát sinh của một loại đất. Trong một phẩu diện đất thường xuất hiện các tầng phát sinh chính, phụ tầng và các tầng chuyển tiếp. 1. Các tầng phát sinh chính. Có 5 tầng phát sinh chính được tìm thấy trong các loại đất, và được định danh bằng các chữ in hoa, đó là: tầng O, A, E, B, và tầng mẫu chất C, tầng đá nền R. a. Tầng O: Tầng O thường hình thành trên đất rừng, đất hữu cơ, nằm bên trên mặt đất. Đất sản xuất nông nghiệp không có tầng O do quá trình xới xáo liên tục của con người. b. Tầng A: là tầng mặt của đất khoáng. Thường có màu sậm do chứa nhiều chất hữu cơ hơn so với các tầng bên dưới. c. Tầng E: là tầng rửa trôi mạnh, nằm ngay dưới tầng A. Các vật liệu trong tầng E có thể bị rửa trôi như sét, các oxid Fe, Al, nên trong tầng E chỉ còn lại các khoáng bền vững như thạch anh, cát và thịt. Tầng E có màu sáng so với tầng A và tầng bên dưới (tầng B). Tầng E thường hình thành trên đất rừng và đất chịu sự rửa trôi mạnh. d. Tầng B: nằm dưới tầng O và A (hay E), là tầng có các tính chất khác hẳn với mẫu chất. Nhiều vật liệu rửa trôi được tích lũy ở tầng B. Trong vùng khí hậu ẩm, tầng B thường tích lũy oxide Fe, Al, các sét silicate. Một số vật liệu tích lũy này có thể được rửa trôi từ tầng trên, nhưng một số có thể được hình thành tại chỗ. Tầng B thường hiện diện ở phần giữa phẩu diện. Tầng B đôi khi được gọi không đúng là tầng đất bên dưới, vì đối với một số loại đất có tầng mặt nông, trong quá trình làm đất, một phần đất của tầng B bị cày xới hình thành lớp đất mặt. Ngược lại, một số loại đất có tầng A dày, chỉ cày xới một phần tầng A, nên tầng đất sâu lại bao gồm một phần tầng A và tầng B. Do đó ta cần chú ý phân biệt tầng phát sinh và tầng mặt hay tầng sâu trong phẩu diện đất. 30
e. Tầng C: là tầng mẫu chất nằm dưới phần đất thực (tầng A+ tầng E+ tầng B). Mẫu chất này có thể có cùng nguồn gốc, nhưng cũng có thể khác nguồn gốc so với mẫu chất hình thành nên lớp đất bên trên. Tầng C do nằm sâu bên dưới nên thường chịu sự tác động sinh học kém nhất, do đó mức độ phát triển luôn kém hơn tầng B ngay bên trên. f. Tầng R: là tầng đá nền, chưa xảy ra quá trình phong hóa. 2. Các phụ tầng trong tầng phát sinh chính. Khi trong một tầng phát sinh chính hiện diện các tính chất khác nhau trên từng phần (khác nhau về màu sắc, cấu trúc), ta có thể chia thành nhiều phụ tầng như B1, B2, B3 Nếu có 2 loại mẫu chất khác nhau hiện diện trong cùng một phẩu diện, loại mẫu chất không trực tiếp hình thành nên phần đất thực phía trên, mẫu chất này được ghi số 2 phía trước. Ví dụ một phẩu diện có các tầng sau: O-A-B-2C khi tầng C là mẫu chất khác với mậu chất hình thành nên tầng A và B phía trên. Định danh các phụ tầng. Chữ in hoa dùng để định danh tổng quát tầng phát sinh, nhưng các tính chất đặc biệt của tầng cần phải được nêu lên bằng các chữ thường ngay sau tên tầng phát sinh chính. Ví dụ, tầng O có thể có các phụ tầng Oi, Oe, Oa; Ap, Ah, Ab ; Bt, Bw, Bj, Bk Các từ dùng định danh phụ tầng trình bày ở bảng sau: Ký hiệu Đặc điểm Ký Đặc điểm hiệu a Chất hữu cơ phân giải mạnh n Tích lũy Na b Tầng đất bị chôn vùi o Tích lũy oxide Fe, Al c Hòn cuội, sỏi p Tầng đất cày, xới xáo d Lượng mẫu chất cao q Tích lũy silica e Chất hữu cơ phân giải trung r Bị phong hóa hay Đá nền bình mềm f Đất bị đóng băng s Tích lũy chất rửa trôi của chất hữu cơ, các oxide Fe, Al g Gley hóa mạnh (tạo đốm ss Slickensides (vết tích trượt) màu) h Tích lũy chất hữu cơ rửa trôi t Tích lũy sét silicate i Chất hữu cơ phân giải yếu v Plinthite (Fe cao, màu đỏ) j Jarosite (khoáng trong đất w Có màu sắc hay cấu trúc rõ phèn) ràng 31
k Tích lũy Carbonate x Fragipan (tầng đất có dung trọng cao, dễ vỡ) m Cement hóa hay rất cứng y Tích lũy thạch cao z Tích lũy muối hòa tan 3. Các tầng chuyển tiếp. Là các tầng nằm giữa các tầng phát sinh chính và có cả tính chất của 2 tầng phát sinh chính. Đặc điểm của tầng nào chiếm ưu thế sẽ được ghi tên tầng đó trước. Ký hiệu tầng chuyển tiếp có thể được dùng bằng 2 cách như sau: a. Tầng chuyển tiếp AE, EB, BE, BC. b. Tầng chuyển tiếp E/B, B/E, B/C, C/B. 4. Các tầng phát sinh trong một phẩu diện đất. Không phải tất cả các tầng phát sinh trên đều hiện diện trong một phẩu diện đất. Một số có thể hiện diện trên đất thoát nước tốt như Oi, Oe (hay Oa) nếu là đất rừng; A, E; Bt hay Bw; và C. Sự hình thành các tầng phụ thuộc rất lớn vào điều kiện môi trường. 32
Các tầng phát sinh chính, phụ tầng và tầng chuyển tiếp Câu hỏi nghiên cứu. 1. Nêu 4 tiến trình hình thành đất. Nêu 2 ví dụ cho mỗi tiến trình. 2.Giả sử 3 vùng đều nằm trên một địa hình bằng phẳng, có cùng mẫu chất hình thành từ đá granite. Nhưng chế độ khí hậu 3 vùng khác nhau: vùng nhiệt đới ẩm; vùng đồng cỏ bán khô hạn; và rừng thông ẩm. Theo anh chị phẩu diện của các loại đất sẽ có đặc điểm như thế nào (vẽ sơ đồ phẩu diện). 3.Vẽ sơ đồ phẩu diện của 2 loại đất ở câu 2, ghi tất cả các ký hiệu tầng phát sinh chính, phụ, và tính chất của các tầng phát sinh này. 33
Chương 3. PHÂN LOẠI ĐẤT Bài 1. Các khái niệm, cơ sở và phương pháp phân loại đất. Trong lịch sử, con người đã sử dụng nhiều hệ thống khác nhau để đặt tên và phân loại đất. Khi bắt đầu trồng trọt, con người đã nhận biết sự khác nhau giữa các loại đất và phân loại chúng, xếp nhóm chúng theo mức độ thích hợp cho mục đích sử dụng khác nhau như đất đen trồng bông vải, đất lúa, đất màu Các tên khác vẫn còn sử dụng phổ biến có kèm theo tên địa chất như đất đá vôi, đất phù sa bồi, đất cát ven biển Những tên gọi như thế có thể có một số ý nghĩa cho người sử dụng trong từng địa phương, nhưng không giúp cho chúng ta sắp xếp các hiểu biết về đất có hệ thống và không nhận biết được các mối quan hệ giữa các loại đất trên phạm vi lớn. Dựa trên cơ sở đất là một thực thể tự nhiên, nên đất được phân loại không chỉ dựa trên mức độ thích hợp của chúng với mục đích sử dụng nhất định mà chủ yếu dựa trên các tính chất của phẩu diện đất. Với một hệ thống phân loại như thế, các thông tin về đất mới có thể trao đổi trên toàn cầu, nhằm có biện pháp quản lý và bảo tồn tài nguyên đất tốt hơn, và thông qua hệ thống phân loại như thế, chúng ta có thể sử dụng các kết quả nghiên cứu, kinh nghiệm từ nơi này để áp dụng cho nơi khác dễ dàng. Các tên đất như Mollisols, Oxisols, Ultisols sẽ có tính chất tương tự nhau, dù đất đó hình thành ở các nơi khác nhau trên thế giới. A. KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐẤT Nhà khoa học đất người Nga V.V. Dukochaev là người đầu tiên đưa ra khái niệm cơ bản đất là một thực thể tự nhiên. Khái niệm cơ bản đất là một thực thể tự nhiên có nghĩa là đất được nhận biết bởi sự hiện diện của nhiều cá thể riêng biệt, mỗi cá thể là một thực thể đất, nhiều cá thể hình thành nên quần thể đất. Cũng như động vật, thực vật trong một quần thể, con vật, cây này khác với con vật, cây kia, cá thể đất này cũng có những đặc điểm khác với cá thể đất khác. Con người chúng ta có thể xếp nhóm dựa trên chiều cao, trọng lượng, màu da , do đó ta cũng có thể xếp nhóm đất dựa theo các đặc tính giống nhau của chúng. I. CÁ THỂ VÀ QUẦN THỂ ĐẤT Trong thực tế, các cá thể đất không có sự phân chia ranh giới rõ ràng. Các tính chất của từng cá thể đất có sự thay đổi từ từ khi ta xét từ cá thể này đến cá thể khác trong một quần thể hay cảnh quang nhất định. Sự thay đổi các tính chất của các cá thể đất tương tự như sự thay đổi bước sóng của ánh sáng thể hiện qua các màu của cầu vòng. Do các cá thể đất không bao giờ có các tính chất hoàn toàn giống nhau, ngay cả trên 2 34
điểm sát bên nhau, nên cần định nghĩa tính chất của cá thể đất. Pedon là một đơn vị lấy mẫu nhỏ nhất nhưng thể hiện đầy đủ các tính chất của một cá thể đất. Pedon là đơn vị cơ bản của phân loại đất. Cá thể đất (pedon), quần thể đất (polypedon), cảnh quang (landscape) So sánh hệ thống phân loại của thực vật và đất. Phân loại thực vật Phân loại đất Ngành: thực vật bậc cao Bộ: Ultisols Lớp: hạt kín Bộ phụ: Aquults Lớp phụ: 2 lá mầm Nhóm lớn: Plinthaquults Bộ: Hoa hồng Nhóm phụ: Typic Plinthaquults Họ: cánh bướm Họ: thịt pha cát, hỗn hợp isohyperthermic, Chủng: lá kép 3 lá chét kém hoạt động Loài: đậu phộng Biểu loại: Thủ đức Tướng: Thủ đức thịt nhẹ Mức độ chi tiết tăng dần theo cấp độ 35
Một pedon có kích thước trung bình 1m x 1m x 1m, nhưng trên những địa hình phức tạp, kích thước của một pedon có thể đạt đến 10m x 1m x 1m. Nhiều pedon có các tính chất tương tự nhau tạo thành quần thể đất hay polypedon. Một đơn vị cảnh quang bao gồm nhiều polypedon nằm kế tiếp nhau. Tất cả các cá thể đất trên thế giới khi có các tính chất của phẩu diện và tầng chẩn đoán gần giống nhau được gọi là các biểu loại đất. Biểu loại đất là một loại đất, không phải là một cá thể đất. Ví dụ xoài là một loại cây, không phải là một cá thể cây xoài. II. PHÂN LOẠI ĐẤT Hiện có nhiều hệ thống phân loại đất được sử dụng trên thế giới. Hệ thống phân loại đất của Nga chú trọng đến các yếu tố hình thành đất vẫn còn tiếp tục sử dụng trên nhiều nước. Hệ thống phân loại đất của Pháp cũng được sử dụng rộng rãi. Mỗi hệ thống phân loại được thiết lập đều nhằm mục đích đáp ứng yêu cầu cho từng nước, từng vùng nhất định. Tổ chức Lương Nông và Tổ chức Văn Hóa, Khoa Học, Giáo Dục Liên hiệp quốc (FAO/UNESCO) đã thiết lập bản đồ tài nguyên đất toàn thế giới theo một hệ thống phân loại riêng và mô tả tổng quát tài nguyên đất trên thế giới. Cục điều tra đất của Bộ Nông Nghiệp Mỹ đưa ra hệ thống phân loại đất riêng mình và được sử dụng từ năm 1965 trên nhiều nước khác. Trong các hệ thống phân loại đất trên, 2 hệ thống phân loại của FAO/UNESCO và Bộ Nông Nghiệp Mỹ (USDA) hay Soil Taxonomy ngày càng được sử dụng rộng rãi do tính khoa học của chúng. Hai hệ thống phân loại này chủ yếu dựa trên tầng chẩn đoán trong phẩu diện đất. 1. Hệ thống phân loại đất theo USDA: Soil Taxonomy 1.1. Đặc điểm: Tương tự như các hệ thống phân loại các vật thể khác (thực vật, côn trùng ), soil taxonomy xếp nhóm các thực thể đất tự nhiên theo nhiều cấp độ nhất định. Soil Taxonomy có 2 điểm nổi bậc chính là: § Hệ thống dựa trên các tính chất của đất có thể quan sát hoặc xác định một cách khách quan. Điều này sẽ hạn chế sự áp đặt chủ quan của các nhà khoa học đất trong phân loại dựa trên cơ chế giả định của sự hình thành đất. § Hệ thống sử dụng các danh pháp quốc tế để đặt tên các tính chất chính của đất. Danh pháp quốc tế không dựa trên bất kì một ngôn ngữ của một nước nào. 1.2. Cơ sở phân loại đất: Soil Taxonomy dựa trên các tính chất hiện diện trong phẩu diện đất, đồng thời chú ý đến các tiến trình phát sinh đất. Thực ra, mục tiêu của hệ thống phân loại là xếp nhóm các loại đất có quá trình phát sinh tương tự nhau. Tuy 36
nhiên, tiêu chuẩn chính để xếp nhóm là các tính chất của đất có thể quan sát được trên phẩu diện. Hầu hết các tính chất hóa học, lý học và sinh học là các tiêu chuẩn sử dụng trong hệ thống phân loại này. 1.3. Các tiêu chuẩn dùng trong phân loại đất: (1) Tình trạng ẩm độ, nhiệt độ trong năm, màu sắc, sa cấu và cấu trúc của đất. (2) Các tính chất hóa học và khoáng học như hàm lượng chất hữu cơ, sét, các oxide Fe, Al, sét silicate, muối hòa tan, pH, độ bảo hòa base, và độ dày của dất. Mặc dù phần lớn nhiều tiêu chuẩn trên được quan sát ngoài đồng, nhưng một số tiêu chuẩn cần phải đo lường chính xác từ các mẫu đất lấy từ đồng đem về phòng thí nghiệm. Xác định các tiêu chuẩn bằng cách phân tích trong phòng tuy làm cho hệ thống phân loại chính xác hơn, nhưng rất tốn kém công sức và thời gian. Một số tầng chẩn đoán trong phân loại được xác định bằng sự phân tích chính xác, vì sự xác định tầng chẩn đoán này sẽ quyết định tên đất trong hệ thống phân loại. 2. Các tầng chẩn đoán dùng trong phân loại Tầng chẩn đoán là tên gọi của các tầng phát sinh khác nhau trong phẩu diện, mục đích dùng để phân loại đất. Có 2 nhóm tầng chẩn đoán: tầng chẩn đoán mặt và tầng chẩn đoán sâu. 2.1. Tầng chẩn đoán mặt: Các tầng chẩn đoán hiện diện trong tầng đất mặt được gọi là epipedon. Epipedon bao gồm phần trên cùng của đất, có màu sậm do có hàm lượng chất hữu cơ cao, và các tầng rửa trôi phía trên. Epipedon cũng có thể bao gồm một phần của tầng B nếu tầng B có màu sậm do nhiều chất hữu cơ. Có tất cả 7 epipedon được xác định, nhưng chỉ có khoảng 5 epipedon hiện diện phổ biến trong tất cả các loại đất trên thế giới. Hai epipedon Anthropic và Plaggen được hình thành do tác động mạnh của con người trên các loại đất được canh tác qua nhiều thế kỷ. (1) Tầng mollic: là tầng mặt của đất khoáng có màu tối, hàm lượng chất hữu cơ cao (chứa >0.6% C hữu cơ trong cả tầng), độ dày của tầng >25cm, tơi xốp khi khô, không quá dính khi ướt. Có độ bảo hòa base cao (>50%). Tầng mollic hình thành trong các vùng ẩm ít nhất 3 tháng trong năm, khi nhiệt độ >5oC trong vòng độ sâu 50cm. Tầng này là đặc điểm của đất hình thành trong điều kiện đồng cỏ tự nhiên (thảo nguyên). (2) Tầng Umbric: có các tính chất tương tự tầng mollic, nhưng có độ bảo hòa base <50%. So với tầng mollic, tầng umbric hình thành trong những vùng có lượng mưa cao hơn và mẫu chất có hàm lượng Ca và Mg thấp hơn. 37
(3) Tầng Ochric: tầng có độ dày rất mỏng, màu rất sáng, hàm lượng chất hữu cơ rất thấp nên không thể được gọi là tầng mollic hay umbric. Tầng ochric có thể rất cứng, chật khi khô. (4) Tầng Melanic: tầng có màu sắc đen sậm do chứa hàm lượng chất hữu cơ rất cao (>6% C hữu cơ). Tầng melanic hình thành trên đất có chứa các loại khoáng allophane cao, trên tro núi lửa, đá basalt. Tầng melanic có độ dày >30cm, rất nhẹ (dung trọng rất thấp). (5) Tầng Histic: là tầng chứa các vật liệu đất hữu cơ nằm trên đất khoáng. Do được hình thành trên vùng ngập nước, nên tầng histic thường là một tầng hữu cơ dày khoảng 20-30cm, có màu đen đến nâu sậm, và có dung trọng rất thấp. 2.2. Các tầng chẩn đoán bên dưới Có 18 tầng chẩn đoán nằm trong tầng đất sâu được dùng trong phân loại đất. Mỗi tầng chẩn đoán đều nêu lên tính chất của đất để giúp chúng ta xếp nhóm các loại đất trong hệ thống phân loại. (1) Tầng Argillic: tầng tích tụ sét silicate hoạt động cao do rửa trôi từ tầng trên xuống. Các nhóm cấu trúc đất trong tầng thường bị phủ bởi sét, gọi là lớp phủ sét (argillans hay clay skins). Tầng argillic thường có cấu trúc hình khối. (2) Tầng Natric: cũng là tầng tích tụ sét silicate (với lớp phủ sét), nhưng sét chứa hàm lượng Na trao đổi >15% trên phức hệ trao đổi và có cấu trúc hình cột hay hình trụ. Tầng natric được tìm thấy trên phần lớn vùng khô hạn và bán khô hạn. (3) Tầng Kandic: tầng tích lũy oxide Fe, Al và sét silicate hoạt động thấp (sét kaolinite), nhưng không nhất thiết phải có lớp phủ sét. Sét kém hoạt động thể hiện khả năng trao đổi cation thấp (CEC 30cm và có <10% khoáng dễ phong hóa trong thành phần mịn. Tầng Oxic thường ổn định về mặt vật lý, kết tảng, nhưng không dính, dẽo mặc dù có chứa nhiều sét. Tầng oxic được tìm thấy trên các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới ẩm. (5) Tầng Spodic: là tầng tích tụ các keo hữu cơ và oxide Al (có thể có hoặc không có Fe) bị rửa trôi từ các tầng trên. Được tìm thấy trên đất rừng lá kim, rửa trôi mạnh, trong vùng có khí hậu lạnh, ẩm, phát triển trên mẫu chất có sa cấu thô. (6) Tầng Sombric: là tầng tích tụ các chất rửa trôi, có màu tối do tích lũy nhiều chất hữu cơ. Độ bảo hòa base thấp, được tìm thấy trên các loại đất vùng cao nguyên, núi có khí hậu lạnh, ẩm trong các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. 38
(7) Tầng Albic: là tầng phát sinh E, tầng rửa trôi có màu sáng, hàm lượng sét và oxide Fe, Al thấp. Các vật liệu này phần lớn bị rửa trôi xuống tầng B. (8) Tầng Calcic: tầng tích lũy muối carbonate (chủ yếu là CaCO3), thường xuất hiện các đốm trắng như phấn. (9) Tầng Gypsic: tầng tích lũy thạch cao (CaSO4.2H2O). (10) Tầng Salic: tầng tích lũy các muối hòa tan. Trong một số các tầng chẩn đoán trong lớp đất sâu có thể hiện diện các vật liệu bị cement hóa hay bị nén chặt, hình thành các lớp không thấm nước, gọi là lớp đất cứng (pan) như các tầng chẩn đoán duripan, fragipan, và placic. Các tầng này ngăn cản sự thấm nước và phát triển của rễ thực vật. Các tính chất chính của các tầng chẩn đoán dùng trong phân loại ở cấp độ cao. Tầng chẩn đoán (và Các tính chất chính tên gọi tầng phát sinh tiêu biểu) Tầng chẩn đoán trong tầng đất mặt Mollic (A) Dày, màu tối, độ bảo hòa base cao, cấu trúc mạnh Umbric (A) Tương tự tầng Mollic, nhưng độ bảo hòa base thấp Ochric (A) Màu sáng, hàm lượng hữu cơ thấp, có thể cứng và nén chặt khi khô Melanic (A) Dày, màu đen, hàm lượng hữu cơ cao (>6% C hữu cơ), phổ biến trong đất hình thành trên tro núi lửa Histic (O) Hàm lượng hữu cơ rất cao, bị ngập nước 1 phần trong năm Anthropic (A) Tầng được cải thiện do tác động của con người, hàm lượng lân dễ tiêu cao Plaggen (A) Tầng được cải thiện do tác động của con người do bón phân hữu cơ nhiều năm Tầng chẩn đoán nằm ở tầng sâu Argillic (Bt) Tích lũy sét silicate hoạt động Natric (Btn) Tầng Argillic, có hàm lượng Na cao, cấu trúc hình trụ hay hình cột Spodic (Bh, Bs) Tích lũy hữu cơ, oxide Fe, Al Cambic (Bw, Bg) Thay đổi do sự di chuyển vật lý hay phản ứng hóa học, thường không có sự tích lũy, mới bắt đầu hình thành 39
Argic (A hay B) Tích lũy chất hữu cơ và sét ngay bên dưới tầng đất cày, kết quả của quá trình canh tác Oxic (Bo) Phong hóa mạnh, chủ yếu là hỗn hợp oxide Fe, Al và sét silicate hoạt động kém Duripan (qm) Tầng cứng, silica bị cement hóa mạnh Fragipan (X) Tầng cứng như gạch nung, giòn, dễ vỡ thường có sa cấu thịt, tỉ trọng cao Albic (E) Màu sáng, sét và oxide Fe, Al bị rửa trôi mạnh Calcic (k) Tích lũy CaCO3 hay CaCO3.MgCO3 Gypsic (y) Tích lũy thạch cao Salic (z) Tích lũy muối Kandic Tích lũy sét hoạt động kém Petrocalcic (ym) Tầng gypsic bị cement hóa Placic (sm) Tầng cứng mỏng bị cement hóa với Fe, hay với Mn, hoặc với chất hữu cơ Sombric (Bh) Tích lũy chất hữu cơ Sulfuric (Bj) Chua mạnh với các đốm màu Jarosite 3. Chế độ ẩm của đất dùng trong phân loại Chế độ ẩm được xét trong phạm vi độ sâu 10-30cm đối với đất có sa cấu mịn và 30-90cm đối với đất có sa cấu thô. Một số chế độ ẩm của đất sau đây được sử dụng trong phân loại đất: 3.1. Aquic: đất bảo hòa nước một thời gian dài trong năm, đất yếm khí và có hiện tượng gley hóa và hình thành đốm màu. Chế độ ẩm đặc trưng ở vùng có 2 mùa mưa nắng rõ rệt. 3.2. Udic: Ẩm độ đất cao trong năm, thỏa mãn nhu cầu nước của thực vật. Chế độ ẩm này thường xuất hiện trong vùng khí hậu ẩm. Nếu độ ẩm quá cao làm đất ngập nước, rửa trôi mạnh trong năm được gọi là chế độ ẩm perudic. 3.3. Ustic: chế độ ẩm nằm giữa chế độ udic và aridic-thường chế độ này nước chỉ đủ cho thực vật trong một mùa vụ nhất định (khoảng 3 tháng), nhưng có thể có hạn trong một thời gian trong năm. 3.4. Aridic: khô hạn trong thời gian dài và đất chỉ ẩm trong thời gian tổng cộng <90 ngày trong năm. Đây là chế độ ẩm đặc trưng cho vùng khô hạn, sa mạc. Chế độ ẩm torric được dùng để chỉ chế độ ẩm tương tự trong một số loại đất có khí hậu nóng và khô trong mùa hè, nhưng có thể không ẩm trong mùa đông. 40
3.5. Xeric: Chế độ ẩm kiểu khí hậu Địa Trung Hải, lạnh, ẩm trong mùa đông và ấm, khô trong mùa hè. Tương tự như chế độ ẩm ustic, đặc trưng của chế độ ẩm xeric là có thời gian hạn kéo dài trong mùa hè. Chế độ ẩm không chỉ hữu ích trong việc phân loại đất mà còn giúp ta sử dụng đất bền vững trong thời gian dài. 4. Chế độ nhiệt của đất dùng trong phân loại. Các chế độ nhiệt dùng trong phân loại bao gồm: frigid, mesic, và thermic. Chế độ nhiệt cryic được dùng phân loại đất ở cấp độ cao hơn. Các chế độ nhiệt này dựa trên cơ sở nhiệt độ bình quân hàng năm của đất, nhiệt độ bình quân trong mùa hè, và biên độ nhiệt độ giữa mùa hè và mùa đông, ở độ sâu 50cm. Chế độ nhiệt dùng trong phân loại ở cấp độ họ của đất. 5. Các cấp độ và danh pháp trong phân loại đất 5.1. Cấp độ. Trong Soil Taxonomy đất được phân loại theo 7 cấp độ: (1) Bộ (order): cấp độ cao nhất (mức độ phân loại tổng quát nhất), (2) Bộ phụ (suborder), (3) Nhóm lớn (great group), (4) Nhóm phụ (subgroup), (5) Họ (family), (6) Biểu loại (series), (7) Tướng (phrase). Các cấp độ trong phân loại đất (theo USDA) Các cấp độ được sắp xếp có hệ thống theo hình tháp, vì các cấp độ thấp phải tương ứng với các cấp độ cao hơn. Do đó mỗi bộ gồm nhiều bộ phụ; mỗi bộ phụ gồm nhiều 41
nhóm lớn . Hệ thống phân loại này tương tự như hệ thống phân loại thực vật, động vật. Ví dụ, cây xoài được xác định là một loại thực vật, biểu loại Trảng Bàng, Thủ Đức xác định là một loại đất, hạt kín là cấp độ ngành của thực vật; ultisols là cấp độ Bộ của đất. 5.2. Danh pháp. Điểm nổi bật của soil taxonomy là sử dụng danh pháp để xác định tên các loại đất khác nhau. Mặc dù có thể chúng ta không quen khi lần đầu tiếp xúc, nhưng hệ thống danh pháp được xây dựng rất hợp lý trong diễn tả các thông tin về đất khi được đặt tên. Hệ thống này tương đối đơn giản và dễ nhớ. (1) Tên bộ: tên bộ của các đơn vị phân loại được kết hợp bởi nhiều từ, phần lớn các từ này có nguồn gốc tiếng Latin hay Hy Lạp. Vì một phần của tên đất đều diễn tả các tính chất cơ bản của đất, nên bản thân tên gọi sẽ mô tả được tính chất của loại đất. Ví dụ, bộ Aridisols (tiếng Latin aridus có nghĩa là khô, và solum có nghĩa là đất) là đất hình thành trong vùng khô hạn, Inceptisols (inceptum: bắt đầu; solum: đất) là đất mới bắt đầu phát triển phẩu diện. Tên của bộ đất bao gồm: (1) các yếu tố hình thành (thường xác định tính chất của đất) và (2) từ cuối là sols. (2) Tên bộ phụ: tên bộ phụ cũng tự động xác định tên bộ của chúng. Ví dụ, bộ phụ Aquults là đất ngập nước (aqua: nước) của bộ Ultisols. (3) Tên nhóm lớn: tương tự, tên của nhóm lớn xác định bộ phụ và bộ của chúng. Plinthaquults là đất aquults, tầng tích tụ sét hay tầng argillic có sự hiện diện của plinthite. Sơ đồ sau chú ý đến các chữ oll xác định mỗi cấp độ thấp hơn trong bộ mollisols. Ultisols Bộ Aquults Bộ phụ Plinthaquults Nhóm lớn Typic Plinthaquultsls Nhóm phụ (4) Tên nhóm phụ: Nếu chỉ biết tên nhóm phụ, ta có thể biết được tên nhóm lớn, bộ phụ và bộ của đất. (5) Tên họ: được xác định bằng tên nhóm phụ cộng với tính chất sa cấu, thành phần khoáng học, và chế độ nhiệt của đất trong vòng độ sâu 50cm. Ví dụ tên Typic Plinthaquultss, thịt, hỗn hợp, isohyperthermic, hoạt động kém là họ đất của bộ phụ Typic Plinthaquuluts với sa cấu trung bình, thành phần sét hỗn hợp, chế độ nhiệt isohyperthermic (nhiệt độ bình quân hàng năm >22oC, biên độ nhiệt trong năm <6oC), sét hoạt động kém (CEC sét thấp). (6) Tên biểu loại: tên biểu loại đất được đặt tên theo sau tên làng xã, sông , gần nơi loại đất này được tìm thấy đầu tiên trong 1 quốc gia (vùng). Ví dụ biểu loại đất Trảng 42
Bàng (loại đất xám phù sa cổ) biểu loại Đức Hòa (loại đất phèn), biểu loại Trảng Bom (đất đỏ). Chìa khóa phân loại đất cho cấp độ Bộ. 1. Đất bị đóng băng trong vòng 100cm: gelisol 2. Đất có tầng hữu cơ>40cm, không có tính chất andic (vật liệu núi lửa): Histosol 3. Có tầng spodic trong vòng 1,2m; không có tính chất andic: Spodosol 4. Có tính chất andic (vật liệu núi lửa): Andosol 5. Có tầng oxic trong vòng 150cm: Oxisol 6. Có >30% sét có tính có trương trong vòng 50cm: Vertisol 7. Vùng khí hậu khô hạn, có tầng B: Aridisol 8. Có tầng Argillic, BS 50% trong vòng 1,2m: Mollisol 10. Có tầng Argillic/Natric, BS>35%: Alfisol 11.Có tầng Cambic/sulfuric/calcic, gypsic: Inceptisol 12. Không thuộc các bộ đất trên: Entisol Chìa khóa phân loại 12 bộ đất, khi sử dụng luôn luôn bắt đầu từ trên xuống Trong chìa khóa phân lọai, các bộ kề nhau không liên quan đến mức độ phát triển của đất Câu hỏi nghiên cứu 1. Điểm khác biệt chính của bộ Ultisols và Alfisols? Inceptisols và Entisols? 2. Sử dụng chìa khóa phân loại để xác định tên bộ đất có các tính chất sau: có tầng argillic ở độ sâu 30cm, cấu trúc hình cột. Giải thích tại sao thuộc bộ đất mà anh chị chọn? 3. Trong 5 yếu tố hình thành đất, chọn 2 yếu tố có ảnh hưởng mạnh nhất đến sự hình thành các đặc điểm của các bộ đất sau: Vertisols, Ultisols, Oxisols, Spodosols, Andisols. 4. Nêu tên các bộ đất của các bộ phụ sau: Psamments, Udolls, Argids, Udepts, Fragiudalfs, Haplustox, Calciusterts, Aquults, Aquepts. 5. Nêu tên các cấp độ phân loại đất theo soil taxonomy? Ý nghĩa của các nhóm đất sau đây trong xây dựng: Paleudults, Fragiudults, Saprists, Plinthaquults. 6. Nêu các tính chất chính của các loại đất có tên phân loại sau: Typic Plinthaquults, Humic Plinthaquults, Typic Sulfaquepts, Aeric Sulfaquepts, Typic Halaquents, Salic Halaquents. 43
Chương 3. PHÂN LOẠI ĐẤT BÀI 2. CÁC LOẠI ĐẤT: TÍNH CHẤT VÀ SỬ DỤNG Theo soil taxonomy, đất trên thế giới được phân làm 12 bộ, dựa trên các tính chất chính phản ảnh quá trình phát sinh đất, trong đó chú trọng đến sự xuất hiện các tầng chẩn đoán. Ví dụ, nhiều loại đất phát triển trên thảm thực vật đồng cỏ tự nhiên, khí hậu ôn hòa thường có các tầng chẩn đoán tương tự như có tầng mặt Mollic-dày, sậm màu, cation trao đổi cao. Các loại đất có cùng tính chất như thế được xem như có cùng tiến trình hình thành đất, nên được xếp vào cùng 1 bộ: Mollisols. Chú ý là tên bộ luôn tận cùng là sols. Các điều kiện môi trường ảnh hưởng đến tiến trình hình thành các bộ đất được trình bày trong hình sau. Từ các tính chất trong phẩu diện đất, các nhà khoa học đất có thể dự đoán được phần nào mức độ phát triển của đất đó. Đất chưa hình thành tầng chẩn đoán trong phẩu diện (Bộ Entisols) là đất kém phát triển nhất, ngược lại đất phong hóa mạnh (Oxisols và Ultisols) biểu hiện sự phát triển mạnh nhất. Trong 1 cấp độ nhất định, các bộ đất hiện diện trong các vùng khí hậu đặc biệt có thể được mô tả bằng chế độ ẩm và chế độ nhiệt. 1. Nguồn gốc và đặc điểm chính của tên các bộ đất trong soil taxonomy. Tên Yếu tố Nguồn gốc Các tính chất chính hình thành Altisols alt ký hiệu không có có tầng argillic, natric, hoặc kandic, nghĩa độ bảo hòa base trung bình đến cao Andisols and Nhật, ando, đất từ sự phun trào núi lửa, sét đen allophane hay phức Al-mùn cao Aridisols id L. aridus, khô đất khô, tầng mặt ochric, đôi khi có tầng argillic hay natric Entisols ent ký hiệu không có phẩu diện ít phát triển, thường có nghĩa tầng ochric Gelisols el Gk. gelid, rất lạnh đóng băng Histosols ist Gk., Histos, mô tế than bùn, >20% chất hữu cơ bào Inceptisols ept L. inceptum, bắt đất mới bắt đầu phát triển, chỉ có đầu tầng ochric, umbric hay cambic Mollisols oll L. Mollis, tơi xốp có tầng mollic, độ bảo hòa base cao, 44
đất có màu sậm, một số có tầng argillic hay natric. Oxisols ox Pháp, oxide có tầng oxic, không có tầng argillic, phong hóa mạnh Spodosols od Gk. spodos, tro gỗ có tầng spodic với sự tích lũy của oxide Fe, Al, mùn Ultisols ult Gk. ultimus, cuối có tầng argillic hay natric, độ bảo cùng hòa base thấp Vertisols ert L. verto, trở lại sét trương nở cao, tạo khe nứt sâu khi khô 2. % Diện tích các bộ và bộ phụ đất trên thế giới. Bộ Bộ phụ % Sử dụng đất chính độ phì tự nhiên Alfisols Aqualfs 0.64 nông, lâm nghiệp cao Cryalfs 1.94 lâm nghiệp cao Udalfs 2.09 nông lâm cao Ustalfs 4.36 nông nghiệp cao Xeralfs 0.69 đồng cỏ cao Andisols Cryands 0.20 rừng trung bình Xerands <0.01 rừng, đồng cỏ trung bình Aridisols Argids 4.17 nông nghiệp, thấp - t. bình Calcids 3.75 đồng cỏ thấp Cambids 2.23 đồng cỏ thấp Cryids 0.73 đồng cỏ thấp Durids <0.1 đồng cỏ thấp Gypsids 0.53 đồng cỏ thấp Salids 0.69 đồng cỏ thấp Entisols Aquents <0.01 đất ngập nước trung bình Fluvents 2.02 nông nghiệp trung bình Psamments 3.41 đồng cỏ thấp Orthents 10.58 rừng, đồng cỏ thấp Gelisols Histels 0.77 đầm lầy trung bình Orthels 3.02 rừng trung bình Turbels 4.88 rừng trung bình 45
Histosols Hemists 0.76 đất ngập nước cao Saprists 0.26 đất ngập nước cao Inceptisols Aquepts 2.42 nông nghiệp thấp-cao Cryepts 1.5 rừng trung bình Udepts 4.0 rừng thấp-T.bình Ustepts 1.0 đồng cỏ thấp-cao Xerepts 1.0 rừng, đồng cỏ T.bình-cao Mollisols Aquolls <0.1 hỗn hợp nông nghiệp cao Cryolls 0.90 và đồng cỏ, rừng Idolls 0.97 Ustolls 4.04 Xerolls 0.71 Oxisols Perox 0.90 rừng thấp Udox 4.01 rừng Ustox 2.39 rừng Spodosols Aquods <0.01 rừng thấp Cryods 1.90 Orthods 0.51 Ultisols Aquults 0.99 rừng và nông nghiệp thấp Udults 4.27 Ustults 2.96 Vertisols Aquerts <0.05 đất ngập nước cao Torrerts 0.69 đồng cỏ Uderts 0.31 nông nghiệp Usterts 1.36 đồng cỏ 3. Các bộ đất theo thứ tự mức độ phát triển của chúng. 3.1.Bộ ENTISOLS (đất mới, chưa phát triển phẩu diện) Bộ phụ: o Aquents (ngập nước) o Arents (tầng mặt bị xáo trộn) o Fluvents (bồi tích phù sa) o Orthents (tiêu biểu) o Psamments(cát) a.Đặc điểm. Các loại đất khoáng phát triển rất yếu, chưa hình thành tầng chẩn đoán trong tầng đất sâu, hay chỉ mới bắt đầu hình thành các tầng chẩn đoán mặt, được xếp vào bộ Entisols. Phần lớn bộ Entisols có tầng mặt ochric, một ít có thể có tầng agric 46
hay anthropic, do tác động của con người. Khả năng sản xuất của đất Entisols rất biến động, từ loại đất có khả năng sản xuất cao như đất phù sa sông, biển mới bồi, đến các loại đất có khả năng sản xuất rất thấp như đất hình thành trên sườn tích từ nơi dốc đá cao, cồn cát, sa cấu thô. Đây là bộ đất rất đa dạng. Entisols có thể là các loại đất rất trẻ do điều kiện môi trường khắc nghiệt, không hội đủ các yếu tố môi trường tác động đến mẫu chất trong quá trình hình thành đất, hay mẫu chất là dung nham núi lửa và phù sa mới bồi, không đủ thời gian để hình thành đất. Các vùng khô hạn, thiều nước và thảm thực vật không phát triển nên cũng hạn chế tốc độ hình thành đất. Nhưng trong điều kiện ngập nước liên tục cũng làm chậm quá trình hình thành đất. Một số loại đất Entisols hình thành trên đất dốc cao, tốc độ xói mòn cao, cản trở quá trình phát triển tầng chẩn đoán. Một số khác có thể do hoạt động của con người như tiến hành xây dựng, đưa tầng mẫu chất từ dưới sâu lên (đất này được đề nghị gọi là urbents, hay đất Entisols đô thị). b.Phân bố và sử dụng. Entisols chiếm 16% diện tích đất toàn cầu. Phạm vi phân bố của Entisols rất rộng, từ vùng núi cao cho đến các vùng trũng ngập nước thường xuyên, như Psamments ở vùng sa mạc, Fluvents (phù sa mới) ở các vùng canh tác lúa nước ven sông. Khả năng sử dụng đất trong nông nghiệp rất biến động tùy thuộc vào vị trí và tính chất của Entisols. Nếu bón phân đầy đủ và kiểm soát được nước, một số đất Entisols có khả năng sản xuất cao. Entisols trên các vùng đất phù sa mới là các loại đất có độ phì nhiêu cao trên thế giới. Do hiện diện trên địa hình bằng phẳng, tưới tiêu chủ động, dinh dưỡng được bổ sung theo từng chu kì lũ, nên là những nơi khá tập trung dân cư hiện nay. Tuy nhiên, khả năng sản xuất của Entisols bị hạn chế do độ dày tầng đất mỏng, hàm lượng sét thấp, khả năng giữ nước kém. 3.2.Bộ INCEPTISOLS (đất bắt đầu phát triển, có ít đặc điểm chẩn đoán: bắt đầu hình thành tầng phát sinh B) Bộ phụ: Anthrepts (tác động của con người, tầng mặt sậm màu, hàm lượng lân cao) Aquepts (ngập nước) Cryepts (rất lạnh) Udepts (khí hậu ẩm) Ustepts (bán khô hạn) Xerepts (mùa hè nóng, mùa đông ẩm) a.Tính chất. Là đất bắt đầu hình thành tầng chẩn đoán, một số có tầng chẩn đoán rõ ràng. Tuy nhiên, các tính chất của phẩu diện đất chưa phát triển thuần thục. Ví dụ tầng 47
Cambic, Sulfuric trong đất thuộc bộ Inceptisols, chỉ biểu hiện một ít thay đổi về màu sắc và cấu trúc, chưa có hẳn tầng tích tụ để hình thành tầng argillic. Một số các tầng chẩn đoán khác có thể hiện diện trong Inceptisols là duripans, fragipans, calcic, gypsic và sulfidic. Tầng mặt trong bộ Inceptisols chủ yếu là ochric, mặc dù đôi khi cũng hiện diện các tầng plaggen hay tầng mollic, umbric yếu. Phẩu diện của bộ Inceptisols có phát triển hơn so với Entisols, nhưng chưa đủ mức độ để xếp vào các bộ đất khác. Các loại đất có hình thái phẩu diện phát triển yếu hình thành trên vùng khô hạn, đóng băng hay có đặc tính andic (đất trên đá basalt) không thuộc bộ Inceptisols. Các loại đất này thuộc bộ Aridisols, Gelisols và Andisols. b.Phân bố và sử dụng. Inceptisols phân bố khắp nơi trên thế giới, chiếm tỉ lệ khoảng 9% diện tích. Cũng như Entisols, bộ Inceptisols được tìm thấy trên hầu hết các vùng khí hậu và địa hình. Bộ này thường chiếm ưu thế trên vùng núi, nhất là vùng núi nhiệt đới, nhưng cũng là bộ đất quan trọng trong các vùng lúa nước châu Á. Inceptisols trong vùng ẩm có bộ phụ là Udepts thường có tầng mặt mỏng, sáng (tầng ochric). Độ phì tự nhiên của Inceptisols rất khác nhau tùy vùng. Có vùng khả năng sản xuất của Inceptisols rất cao, nhưng có một số vùng lại có độ phì nhiêu rất thấp, sử dụng cho việc trồng rừng. 3.3.Bộ ANDISOLS (đất phát triển trên dung nham núi lửa- Đá basalt) Bộ phụ: o Aquands (ngập nước) o Ustands (ẩm/ khô) o Cryands (lạnh) o Vitrands (thủy tinh núi lửa) o Torrands (nóng, khô) o Xerands (mùa hè nóng, mùa đông ẩm) o Udands (ẩm) a.Đặc điểm. Andisols được hình thành trên tro hay bọt đá núi lửa và thường được tìm thấy xung quanh vùng chịu ảnh hưởng của núi lửa có thời gian địa chất ngắn. Andisols thường có thời gian phong hóa rất ngắn. Tiến trình hình thành đất chính là sự phong hóa nhanh chóng núi lửa thành sản phẩm vô định hình khoáng silicate vô định hình hay chỉ có cấu trúc tinh thể kém như khoáng allophone, imogolite và oxy-hydroxide Fe (ferrihydrite). Có sự tích lũy chất hữu cơ khá cao, nhưng chưa đủ để hình thành tầng histic, do chất hữu cơ hình thành các phức mùn Al. Các keo này rất ít di chuyển trong đất, nên sự hình thành tầng chẩn đoán xảy ra rất chậm. Cũng như Entisols và Inceptisols, bộ Andisols là bộ đất trẻ, thường chỉ phát triển trong thời gian khoảng 48
5000-10000 năm gần đây. Andisols có một đặc điểm là có đặc tính andic, hình thành do loại mẫu chất có nguồn gốc tro núi lửa. Andisols có tầng mang đặc tính andic dày tối thiểu 35cm, trong vòng độ sâu 60cm của đất. Vật liệu có tính andic phải chứa hàm lượng thủy tinh núi lửa hay hàm lượng khoáng Al, Fe vô định hình cao. Do có chứa các loại vật liệu này cao và chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, nên đất Andisols có cấu trúc rất tốt, khả năng giữ nước cao, hạn chế được xói mòn. Andisols thường có độ phì nhiêu cao, ngoại trừ một yếu điểm là khả năng cố định lân cao. Một số Andisols có tầng mặt melanic, một tầng mặt có hàm lượng chất hữu cơ cao và sậm màu. b.Phân bố và sử dụng. Andisols chiếm khoảng 1% diện tích đất trên thế giới và được tìm thấy trên các vùng có tro núi lửa tích tụ dày. Andisols trên các vùng có khí hậu ẩm (chế độ ẩm udic) thường là loại đất có độ phì nhiêu cao. 3.4.Bộ GELISOLS (đất vùng băng giá). Bộ phụ: Histels (hữu cơ) o Turbels (xáo trộn do băng giá) o Orhtels (không có điểm nổi bật, tiêu biểu) Bộ đất được tìm thấy ở các vùng băng giá, gồm có các bộ phụ: Histels (hữu cơ), Orhtels (không có điểm nổi bật). 3.5.Bộ HISTOSOLS (đất hữu cơ không bị băng giá) Bộ phụ: Fibrists (chất hữu cơ chưa phân giải) o Hemists (chất hữu cơ phân giải một phần) o Folists (tích lũy lá thực vật thành từng lớp) o Saprists (chất hữu cơ phân giải hoàn toàn). a.Đặc điểm. Histosols hình thành trong điều kiện môi trường yếm khí nên phẩu diện phát triển rất yếu. Tiến trình hình thành đất chính trong bộ Histosols là sự tích lũy các mẫu chất hữu cơ phân giải một phần nhưng không có băng giá. Histosols bao gồm một hay nhiều lớp mẫu chất hữu cơ dày. Histosols có tầng hữu cơ dày hơn 40cm trong vòng độ sâu 80cm, hay chiếm 2/3 độ dày đất mỏng có tầng đá nền nông. Không phải tất cả đất ngập nước là Histosols, nhưng tất cả Histosols (trừ Folists) đều hiện diện trong môi trường ngập nước. Sự phân biệt các tầng chẩn đoán chủ yếu dựa trên loại chất hữu cơ tích tụ trong đất. 49
Do chứa nhiều chất hữu cơ nên Histosols thường có màu đen hay nâu đậm. Histosols có trọng lượng rất nhẹ, tỉ trọng khoảng 10-30% so với các loại đất khoáng. Khả năng giữ nước trên đơn vị trọng lượng rất cao. Khả năng giữ nước trên đơn vị trọng lượng đối với đất khoáng khoảng 20-40%, đất Histosols có khả năng giữ nước khoảng 200- 400% tính theo trọng lượng khô. Tuy nhiên, do có tỉ trọng thấp, nên khả năng giữ một lượng nước trên 1 ha (hay trên đơn vị thể tích) của đất Histosols tương đương với đất khoáng có cấu trúc tốt. b.Phân bố và sử dụng. Mặc dù chỉ chiếm khoảng 1% diện tích trên thế giới, nhưng Histosols có vai trò quan trọng trong các vùng ngập nước. Tuy có vai trò sinh thái quan trọng trong môi trường ngập nước tự nhiên nhưng không được bảo vệ hay sử dụng không hợp lý, nên nhiều vùng đất hữu cơ được đưa vào sản xuất nông nghiệp. Một số Histosols hình thành nên các vùng có khả năng sản xuất cao, nhưng do tính chất đặc biệt của mẫu chất hữu cơ nên có yêu cầu kỹ thuất như bón vôi, phân bón, làm đất, tiêu nước khác với các loại đất khoáng. Nếu gieo trồng các thực vật khác không ngập nước, mực nước ngầm luôn bị hạ thấp dần để tạo thoáng khí cho vùng rễ, sẽ làm thay đổi môi trường đất làm cho chất hữu cơ bị oxi hóa, có thể bị mất khoảng 5cm/năm trong các vùng nhiệt đới. Để hạn chế sự oxi hóa chất hữu cơ cần phải luôn giữ mực nước ngầm cao. Nhưng thích hợp nhất trong việc sử dụng đất hữu cơ là bảo tồn chúng trong điều kiện ngập nước như nguyên thủy. Một số nơi, Histosols được để khai thác nguồn than bùn dùng sản xuất phân hữu cơ hay chất đốt. 3.6.Bộ ARIDISOLS (đất khô hạn) Bộ phụ: Argids (sét) Durids (duripan) Calcids (carbonate) Gypsids (gypsum) Cambids (tiêu biểu) Salids (mặn) Cryids (lạnh) a.Đặc điểm. Aridisols chiếm khoảng 12% diện tích đất trên thế giới. Đặc điểm chính của đất này là thiếu nước. Ẩm độ đủ cho thực vật phát triển thường ít hơn 90 ngày trong năm. Thảm thực vật tự nhiên chủ yếu là cây bụi và cỏ thấp rải rác. Tầng mặt thường có tầng chẩn đoán khác nhau giữa nơi có thực vật và nơi đất trống. 50
Aridisols thường có tầng mặt ochric, màu sáng và rất ít chất hữu cơ. Các tiến trình hình thành đất chính là sự tái phân bố các chất hòa tan, nhưng do thiếu nước nên các chất này bị tích lũy trong phẩu diện. Đất này thường có các tầng tích tụ calcic, gypsic, salic, natric. Trong một số trường hợp, carbonate bị cement hóa với các hạt đất và mảnh vụn thô trong tầng tích tụ, hình thành tầng rất cứng gọi là tầng petrocalcic. Tầng này ngăn cản sự phát triển của rễ thực vật, và tạo khó khăn khi đào bới, xây dựng. Một số Aridisols có tầng argillic (Argids), hình thành trong vùng khí hậu ẩm ướt trong các vùng có khí hậu ẩm ướt từ xa xưa, nhưng nay là sa mạc. Trên các vùng đất dốc, do xói mòn mạnh nên tầng argillic không thể hình thành, nên đất chiếm ưu thế là Cambids (Aridisols có tầng Cambic yếu). Các tầng đất của Aridisols thường ẩm trong một thời gian rất ngắn (ngoài trừ nơi có hệ thống tưới), nên chỉ có thể đủ nước cho một số loại thực vật thích ứng với điều kiện sa mạc. Nếu mực nước ngầm cao có thể có sự tích lũy muối hòa tan trong tầng mặt, gây độc cho thực vật. b.Phân bố và sử dụng. Aridisols chiếm 12% diện tích đất thế giới, chủ yếu tập trung trong các vùng sa mạc hiện nay. Nếu không có hệ thống tưới, Aridisols không thích hợp cho sản xuất nông nghiệp. Một số vùng sử dụng cho đồng cỏ chăn thả tự nhiên, nhưng hiệu quả thấp. 3.7.VERTISOLS (đất có màu sẫm, chứa sét có tính co trương cao, hình thành các khe nứt rộng) Bộ phụ: o Aquerts (ngập nước) o Uderts (khí hậu ẩm) o Cryerts (lạnh) o Usterts (ẩm/khô) o Torrerts (mùa hè nóng, rất khô) o Xererts (mùa hè khô, mùa đông ẩm) a.Đặc điểm. Tiến trình hình thành đất chính ảnh hưởng đến Vertisols là sự trương nở và co ngót của sét trong chu kì khô ẩm của đất. Vertisols chứa hàm lượng sét có tính co trương cao (>30%) trong vòng độ sâu 1m. Phần lớn Vertisols có màu sậm, đen sâu đến hơn 1m. Tuy nhiên, không như các loại đất khác, màu sậm của Vertisols không nhất thiết phải chứa hàm lượng chất hữu cơ cao. Hàm lượng chất hữu cơ trong Vertisols biến động từ 1-6%. Vertisols tiêu biểu phát triển trên đá vôi, basalt hoặc các mẫu chất chứa nhiều calcium, magnesium khác. Vertisols được tìm thấy chủ yếu ở các vùng cận nhiệt đới và bán khô 51