BÀI GIẢNG HÓA KỸ THUẬT PHẦN 2 - HÓA NÔNG HỌC

Đ
Đ
Ạ
Ạ
I
I


H
H
Ọ
Ọ
C
C


Đ
Đ
À
À


N
N
Ẵ
Ẵ
N
N

G
G


T
T
R
R
Ư
Ư
Ờ
Ờ
N
N
G
G


Đ
Đ
Ạ
Ạ
I
I


H
H
Ọ
Ọ

C
C


S
S
Ư
Ư


P
P
H
H
Ạ
Ạ
M
M


K
K
H
H
O
O
A
A

H
H
O
O
Á
Á











BÀI GIẢNG

PHẦN HAI
HOÁ NÔNG HỌC




GV NGÔ THỊ MỸ BÌNH

Đ
Đ
à
à


N
N
ẵ
ẵ
n
n
g
g
,
,


2
2
0
0
0
0
7
7

Chương1 – Thành phần dinh dưỡng cây trồng

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
2

CHƯƠNG 1 – THÀNH PHẦN VÀ DINH DƯỠNG CÂY TRỒNG

1.1. Thành phần hoá học của cây trồng.
Trong cây trồng có hai thành phần chính là nước và chất khô có chứa các hợp
chất vô cơ và hữu cơ. Tỉ lệ giữa lượng chất khô và nước trong cây phụ thuộc vào
trạng thái sinh lý, điều kiện canh tác, thời tiết, giống loại … và ở các bộ phận khác
nhau của một cây cũng có tỉ lệ nước và chất khô cũng khác nhau.
Bảng 1.1. Hàm lượng tương đối (%) của nước và chất khô trong các cơ quan của
một số cây trồng.
Cây trồng Nước (%) Chất khô (%)
Hạt lúa 85 - 88 12 – 15
Hạt ngô 78 – 82 18 – 22
Hạt lạc (đậu phụng)

12 – 15 85 – 88
Quả cà chua 94 – 96 4 – 6
Bèo hoa dâu 94,5 5,5
Như vậy trong đa số các cơ quan dinh dưỡng của cây trồng có chứa 85 – 95%
nước, còn chất khô chỉ có 5 -20% khối lượng. Trong hạt, khi chín lượng nước bị
giảm đi, còn lượng chất khô lại tăng lên đến 85 – 90% khối lượng chung.
Do đó, đối với những cây trồng chính có năng suất tương đối cao, có thể thu
được 20 – 60 tạ chất khô trên 1ha là sản phẩm hàng hoá. Ngoài ra, còn một lượng

lớn của thu hoạch là chất khô trong sản phẩm phụ như rễ, rơm rạ …
Cây trồng tích luỹ chất khô nhờ quá trình hút CO
2
của môi trường không khí,
hút nước và chất khoáng từ đất
* Thành phần nguyên tố
Trong chất khô có rất nhiều nguyên tố hoá học. Khi nghiên cứu thành phần
chất khô của nhiều cây trồng bằng phương pháp đốt, nói chung ta thu được các
nguyên tố trong phần khí như: cacbon – 45%, oxi – 42%, hiđrô – 7%.
Như vậy, chỉ riêng 3 nguyên tố này đã chiếm gần 94% khối lượng chung của
chất khô mà cây trồng tích luỹ được nhờ quá trình hút CO
2
và H
2
O. Còn trong phần
tro của chất khô có nhiều nguyên tố khác, nhưng chỉ chiếm khoảng 6%. Trong
nhiều trường hợp, sự tích luỹ chất khô và năng suất cây trồng lại chủ yếu phụ thuộc
vào việc cung cấp cho đất những nguyên tố có trong phần tro để cây trồng sử dụng.
Chương1 – Thành phần dinh dưỡng cây trồng

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
3

Qua phân tích phần tro của nhiều loại cây để xác định thành phần và bằng
kiểm tra thực nghiệm trồng cây trong dung dịch các muối vô cơ, người ta đã phát
hiện thấy có 7 nguyên tố cần thiết ngoài C, H, O, đó là N, P, K, Ca, Mg, S và Fe.
Hàm lượng các nguyên tố này trong tro tương đối cao, do đó người ta gọi chúng là
những nguyên tố đa lượng.
Ngoài 7 nguyên tố đa lượng trên, thực vật còn cần những lượng rất nhỏ các
nguyên tố Mn, B, Mo, Cu, Zn, Co, I, F với hàm lượng từ phần nghìn đến phần trăm

nghìn của chất khô. Người ta gọi những nguyên tố này là nguyên tố vi lượng.
Ngoài các nguyên tố đa lượng và vi lượng, gần đây, người ta mới phát hiện
thêm trong thực vật còn có những nguyên tố siêu vi lượng mà hàm lượng của chúng
rất nhỏ từ 10
-12
đến 10
-5
khối lượng chất khô. Đó là những nguyên tố như Rb, Ce,
Se, Cd, Ag, Hg, … Nếu kể tất cả các nguyên tố đa lượng, vi lượng và siêu vi lượng
thì trong cây có đến hơn một nửa số nguyên tố của bảng tuần hoàn Menđeleep.
Khi đốt thực vật, các nguyên tố Na, Mg, P, S, K, Fe, Ca, Mn và các nguyên tố
vi lượng khác có trong thành phần tro. Do đó, người ta thường gọi chúng là các
nguyên tố tro.
Thành phần nitơ và các nguyên tố tro của thực vật rất khác nhau, tuỳ thuộc vào
đặc tính sinh lý của chúng, vào tuổi cây, điều kiện canh tác và cũng không đồng
đều trong các bộ phận, các mô khác nhau. Chẳng hạn, trong lá thường có các
nguyên tố tro nhiều hơn trong thân, hạt …
Việc xác định thành phần tro của các bộ phận cây trồng cho thấy: trong tro của
các loại hạt, lượng P
2
O
5
có thể chiếm 40 – 50%, lượng K
2
O: 30 – 40% và MgO: 8 –
12%. Như vậy trong các loại hạt, các oxit của 3 nguyên tố P, K, Mg chiếm đến
khoảng 90% khối lượng chung của tro.
Lượng P trong tro của rơm rạ nhỏ hơn 3 – 5 lần so với trong tro của hạt, nhưng
hàm lượng Ca và Si lại lớn hơn so với tro của hạt rất nhiều.
Trong tro các loại củ như khoai, sắn đặc biệt chứa nhiều K.

Trong hạt, hàm lượng N cũng cao hơn trong rơm rạ. Hàm lượng N trong củ
thấp hơn nhiều, so với hàm lượng N trong thân lá, các loại cây có củ.
Khi trồng cây ngoài đồng, cây trồng thường thiếu nitơ, phôtpho và kali. Sự
thiếu canxi, magie và lưu huỳnh thường ít thấy, còn dấu hiệu thiếu các nguyên tố vi
lượng chỉ gặp ở một vài loại đất, khi trồng những loại cây nhất định.
Người ta có thể dựa vào sự hấp thụ các nguyên tố dinh dưỡng từ đất để xác
định nhu cầu của cây trồng đối với các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho việc tạo
ra thu hoạch. Khi nghiên cứu nhu cầu của cây trồng, người ta phải tính đến toàn bộ
khối lượng thu hoạch (hạt, rơm, rạ, rễ, thân lá …) và xác định hàm lượng các
nguyên tố chính trong các bộ phận. Sau đó phải tính tổng lượng các nguyên tố
trong toàn bộ khối lượng thu hoạch.
Chương1 – Thành phần dinh dưỡng cây trồng

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
4

Nhu cầu của cây trồng đối với các nguyên tố dinh dưỡng thường được tính
bằng kg/ha.
Như đã nêu ở trên, lượng N và các nguyên tố khoáng chỉ chiếm một phần
tương đối nhỏ so với hàm lượng chung của các nguyên tố trong thu hoạch cây
trồng. Phần chủ yếu của thu hoạch ngoài lượng nước ra, là các chất hữu cơ chiếm
tới 80 – 90% khối lượng của chất khô thực vật. Những chất hữu cơ quan trọng
trong thành phần thu hoạch của các cây trồng phổ biến là đường, tinh bột, xenlulo,
lipit, protit. Song, sự hình thành và tích luỹ các chất hữu cơ trong thực vật chỉ có
thể đảm bảo cho cây trồng 7 nguyên tố dinh dưỡng cần thiết.
Bảng 1.2. Hàm lượng % các loại hợp chất hữu cơ trong sản phẩm cây trồng
Cây trồng Đường

Tinh bột Xenlulo

Lipit

Protit Các hợp chất
chứa nitơ khác
Hạt gạo 1,5 75,0-80,0 0,6 1,2 8,0-10,0 1,0
Hạt ngô 2,5 65,0 1,8 4,0 9,0 1,0
Hạt đậu trắng 4,0 45,0 3,5 1,5 22,0 2,0
Hạt đỗ tương 8,0 3,0 4,5 20,0 35,0 3,0
Củ khoai tây 1,0 16,0 1,0 0,1 1,2 1,0
Hạt lạc gluxit = 16% 46,0 30,0
1.2. Quá trình dinh dưỡng của cây trồng
Tất cả thực vật bậc cao trong đó có cây trồng nông nghiệp đều đồng thời sống
trong 2 môi trường: đất và lớp khí quyển gần mặt đất. Nhờ lá xanh, cây trồng hút
khí CO
2
từ không khí và nhờ rễ, cây trồng hút nước, các ion vô cơ và một vài chất
hữu cơ từ đất.
1.2.1. Quá trình dinh dưỡng của cây trồng trong môi trường không khí.
Trong chất khô của thực vật, trung bình có chứa 45% C và 42% O. Nguồn
cacbon và oxi đó do quá trình dinh dưỡng của cây xanh trong môi trường không khí
đã tổng hợp nên các chất hữu cơ cho thực vật.
* Quá trình quang hợp: Nhờ có lá xanh, cơ quan quan trọng của thực vật, hút
khí cacbonic và hơi nước qua khí khổng ở phiến lá. Dưới tác dụng của năng lượng
ánh sáng mặt trời và clorophin (diệp lục), lá xanh tổng hợp nên các chất hữu cơ cho
cây.
Diện tích tổng số của lá cây thường vượt quá diện tích đất mà cây chiếm từ 20-
70 lần, điều đó tạo nên những thuận lợi cho lá cây hấp thụ CO
2
và năng lượng mặt
Chương1 – Thành phần dinh dưỡng cây trồng

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
5

trời. Vai trò của lá xanh được K.A. Timiriazep phát hiện: Nếu không có clorophin
của lá xanh, thực vật không thể thu được năng lượng mặt trời và do đó không tích
luỹ được năng lượng dưới dạng thế năng của thu hoạch.
Quá trình tổng hợp tiến hành ở lá xanh khi có chiếu sáng tạo nên gluxit, axit
hữu cơ, các aminoaxit và protit, được gọi là quá trình quang hợp.
Quá trình quang hợp là quá trình biến đổi năng lượng của ánh sáng mặt trời
thành hoá năng để tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ mới.
Có thể tóm tắt quá trình tổng hợp sinh khối (chất hữu cơ) theo phản ứng sau
đây :
nCO
2
+ 2mH
2
O + xNPS C
n
H
2m
O
p
NPS + mO
2
+ mH
2
O

sinh khối

trong đó n, 2m là số lượng phân tử tham gia vào phản ứng ;
x ,p là số lượng chưa biết chính xác.
Nếu khử CO
2
đến hexozơ thì cần tiêu tốn 685 kcal và trong trường hợp này
phản ứng quang hợp có dạng đơn giản :
6CO
2
+ 6H
2
O C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
(O
2
giải phóng ra là
của nước)
Phản ứng quang hợp có 2 giai đoạn :
- Giai đoạn thứ nhất tiến hành dưới tác dụng của ánh sáng là giai đoạn quang
phân li nước, giải phóng oxi và hình thành những hợp chất hữu cơ với sự tham gia
của hiđro trong thành phần H
2
O.
- Giai đoạn thứ hai xảy ra do các enzim thực hiện là giai đoạn tạo ra các hợp
chất hữu cơ.

Hàm lượng CO
2
là yếu tố có ảnh hưởng đến quang hợp. Thí nghiệm của
Buossingault cho thấy: Ở điều kiện nhiệt độ không khí và ánh sáng mặt trời như
nhau, môi trường có hàm lượng CO
2
cao thì qúa trình quang hợp của lá cây tạo ra
một lượng chất hữu cơ nhiều hơn so với môi trường không khí bình thường. Trong
không khí, hàm lượng CO
2
có tính chất quyết định qúa trình dinh dưỡng của cây
trồng , mặc dù nó chỉ chiếm một tỉ lệ rất thấp (0,03% thể tích không khí).
1.2.2. Quá trình dinh dưỡng của cây trồng trong môi trường đất.
Trong quá trình dinh dưỡng, thực vật hút các muối vô cơ đơn giản từ đất vào
rễ. Tại đây, các muối vô cơ đơn giản chuyển lên lá để tổng hợp nhiều chất hữu cơ
tương đối phức tạp và chuyển các hợp chất này đến các cơ quan khác trong cây. Ở
lá, các ion trực tiếp tham gia vào quá trình quang hợp, hoặc tạo nên các sản phẩm
thực vật. Nhiều ion vô cơ còn tham gia vào thành phần của các enzim, mà thiếu
di
ệp
l
ục

ánh
s
áng

ánh
s
áng

di
ệp
l
ục

Chương1 – Thành phần dinh dưỡng cây trồng

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
6

chúng nhiều quá trình biến đổi chất cần thiết cho tế bào sống của thực vật sẽ không
thực hiện được.
Đặc biệt là nhiều cây trồng không những chỉ đồng hoá được các ion có sẵn
trong dung dịch đất mà còn tương tác một cách tích cực với tướng rắn của đất, để
chuyển các nguyên tố dinh dưỡng trong thành phần của tướng rắn thành dạng tan.
Đồng thời, cũng diễn ra việc tách các cation, anion đã được keo đất hấp phụ ra
dung dịch, cùng với các ion do sự phân huỷ các chất khoáng và mùn thành các chất
dễ tan.
Nói chung, để có thể sinh trưởng và phát triển bình thường, tất cả thực vật bậc
cao đều cần đến những nguyên tố dinh dưỡng như nhau. Song tuỳ thuộc vào đặc
tính sinh lý của các loại, các dạng thực vật khác nhau còn đòi hỏi một tỉ lệ các
nguyên tố dinh dưỡng khác nhau. Do đó, việc nghiên cứu dinh dưỡng thực vật để
phục vụ cho trồng trọt đòi hỏi không chỉ chú ý đến cơ sở chung về dinh dưỡng của
hệ rễ mà còn phải quan tâm đến những đặc tính cụ thể của các quá trình này đối với
các cây trồng, ở những điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng nhất định của việc trồng trọt.



Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
7

CHƯƠNG 2 – THÀNH PHẦN VÀ CÁC TÍNH CHẤT
NÔNG HOÁ CỦA ĐẤT

2.1. Thành phần hoá học của đất
Đất gồm có phần rắn, phần lỏng (dung dịch đất) và phần khí. Trong đất, ba
phần này có quan hệ chặt chẽ với nhau.
2.1.1. Thành phần khí của đất
Phần khí của đất thường có thành phần khác với không khí trong khí quyển.
Hàm lượng khí CO
2
cao hơn và O
2
thấp hơn. Trong đất, thường xuyên diễn ra sự
hút oxi và giải phóng khí CO
2
do phân huỷ chất hữu cơ, hô hấp của vi sinh vật, rễ
cây và một số phản ứng hoá học. Trong khí quyển, CO
2
chiếm 0,03%, còn trong
đất, CO
2
có thể có từ vài phần nghìn đến 1% (có khi chiếm 2  3% và hơn nữa).
Độ ẩm, thành phần cơ giới, cấu trúc và độ xốp của đất, đặc tính thực vật, nhiệt
độ, áp suất khí quyển v.v… có ảnh hưởng đến số lượng và thành phần khí trong
đất.
Hàm lượng CO

2
trong thành phần khí của đất phụ thuộc vào cường độ trao đổi
khí giữa đất và khí quyển. CO
2
tạo ra trong đất, một phần thoát ra khí quyển, một
phần tan vào trong dung dịch đất. Do sự khuếch tán CO
2
từ đất làm tăng lượng CO
2

trong lớp không khí gần mặt đất, tạo ra những điều kiện thuận lợi cho sự đông hoá
CO
2
của thực vật và dẫn tới khả năng tăng thu hoạch. Sự hoà tan khí CO
2
vào dung
dịch đất tạo ra axit cacbonic. Khi phân li, nó gây ra sự axit hoá phần lỏng của đất.
CO
2
+ H
2
O  H
2
CO
3

H
2
CO
3

 H
+
+ HCO
3
-

Hàm lượng CO
2
trong phần khí và trong dung dịch đất có mối liên quan khá
chặt chẽ: Khi nồng độ khí CO
2
trong không khí tăng sẽ dẫn đến sự chuyển khí CO
2

vào dung dịch mạnh hơn, do đó làm tăng nồng độ H
+
trong dung dịch, và ngược lại,
khi lượng khí CO
2
trong không khí bị giảm thì CO
2
từ dung dịch sẽ thoát ra ngoài
không khí.
Việc làm giàu CO
2
trong dung dịch đất có tác dụng hoà tan các hợp chất
khoáng trong đất (các phôtphat và canxi cacbonat …) dẫn tới việc chuyển các chất
khoáng thành dạng dễ tiêu cho cây trồng. Song, hàm lượng CO
2
cao quá và thiếu

oxi trong phần khí của đất (chẳng hạn, ở nơi ngập úng và độ thoáng khí của đất
kém) thì lại có ảnh hưởng xấu đến phát triển của thực vật và vi sinh vật. Trong điều
kiện thiếu oxi, quá trình hô hấp và phát triển rễ bị hạn chế. Ở điều kiện độ thoáng
khí kém, nồng độ oxi trong phần khí của đất thấp, các quá trình khử yếm khí bắt
đầu tiến hành mạnh trong đất. Đất có độ thoáng tốt và sự trao đổi khí diễn ra mạnh
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
8

giữa phần khí của đất với khí quyển, sẽ tạo ra nhiều CO
2
cho lớp không khí gần
mặt đất, đồng thời tạo những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển vi sinh vật đất và
dinh dưỡng thực vật.
2.1.2. Thành phần của dung dịch đất (phần lỏng của đất)
Dung dịch đất là phần hoạt động và linh động nhất của đất, trong đó có nhiều
quá trình hoá học được thực hiện và từ đó thực vật trực tiếp đồng hoá các chất dinh
dưỡng. Trong dung dịch đất có thể có các anion HCO
3
-
, OH
-
, Cl
-
, NO
3
-
, SO
4

2-
,
H
2
PO
4
-
v.v… và còn có các muối sắt, nhôm, các chất hữu cơ tan được trong nước.
Ngoài ra, trong dung dịch đất còn chứa các khí tan như O
2
, CO
2
, NH
3
v.v…
Sự có mặt các muối trong dung dịch đất là do quá trình phong hoá các chất
khoáng bị phân huỷ và sự biến đổi các hợp chất hữu cơ trong đất do vi sinh vật, do
phân bón vô cơ và hữu cơ.
Sự có mặt thường xuyên và đầy đủ các ion K
+
, Ca
2+
, Mg
2+
, NH
4
+
, NO
3
-

, SO
4
2-
,
H
2
PO
4
-
trong dung dịch đất là điều đặc biệt quan trọng đối với dinh dưỡng thực vật.
Hàm lượng muối tan trong đất thường vào khoảng 0,05%. Nếu hàm lượng
muối tan cao hơn (0,2%) sẽ có tác dụng hại đối với cây trồng.
Thành phần và nồng độ của muối tan có thể bị thay đổi do ảnh hưởng của
nhiều yếu tố. Lượng muối trong dung dịch đất tăng lên khi bón phân, khi giảm độ
ẩm của đất hoặc khi tăng cường hoạt động của vi sinh vật và quá trình vô cơ hoá
hợp chất hữu cơ. Ngược lại, sự hút chất dinh dưỡng của thực vật, sự rửa trôi các
chất tan, hoặc sự chuyển hoá chúng thành các dạng không tan, sẽ dẫn đến tình trạng
giảm nồng độ dung dịch đất. Thành phần và nồng độ muối tan trong dung dịch đất
cũng phụ thuộc vào tương tác giữa dung dịch đất với phần rắn của đất và các phản
ứng trao đổi giữa dung dịch đất và keo đất.
2.1.3. Thành phần rắn của đất (thành phần cơ giới của đất)
Phần rắn của đất là nguồn dự trữ chính các chất dinh dưỡng cho cây trồng. Nó
gồm phần khoáng mà ở đa số loại đất chiếm đến 90 – 99% khối lượng của phần rắn
và phần chất hữu cơ chỉ chiếm vài phần trăm khối lượng phần rắn, nhưng lại có vai
trò rất quan trọng đối với độ phì nhiêu của đất.
Bảng 2.1. Thành phần (nguyên tố) hoá học trung bình của phần rắn (%)
Nguyên tố

% Nguyên tố

% Nguyên tố

%
Oxi 49,0 Rubiđi 6.10
-3
Nitơ 0,1
Silic 33,0 Kẽm 5.10
-3
Đồng 2.10
-3

Nhôm 7,1 Xezi 5.10
-3
Bo 1.10
-3

Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
9

Sắt 3,7 Niken 4.10
-3
Chì 1.10
-3

Cacbon 2,0 Liti 3.10
-3
Gali 1.10
-3

Canxi 1,3 Kali 1,3 Thiếc 1.10
-3

Flo 0,02 Natri 0,6 Coban 8.10
-4

Crôm 0,02 Magie 0,6 Thori 6.10
-4

Clo 0,01 Hiđro 0,5 Asen 5.10
-4

Vanađi 0,01 Titan 0,46 Iôt 5.10
-4

Phôtpho 0,08 Mangan 0,08 Lưu huỳnh 0,08
Bari 0,05 Stronti 0,03 Palađi 5.10
-4

Molipđen 3.10
-4
Urani 5.10
-4
Berili (10
-4
)
Selen 1.10
-6
Cađimi 5.10

-3
Thuỷ ngân (10
-5
)
Rađi 8.10
-11

Tất cả các nguyên tố trên, trừ nitơ, đều chứa trong phần khoáng cúa đất và tồn
tại trong các hợp chất khoáng khác nhau.
Các nguyên tố C, H, O, P và S có trong phần khoáng và cả trong thành phần
chất hữu cơ. Riêng N thì hầu như hoàn toàn chứa trong thành phần chất hữu cơ của
đất.
* Phần khoáng của đất:
Phần khoáng của đất là sản phẩm phong hoá lâu dài của đá mẹ.
Nó có thành phần cơ giới, thành phần khoáng và hoá học phức tạp. Nó gồm
các hạt khoáng khác nhau, có kích thước từ phần triệu milimet đến 1mm và hơn
nữa. Người ta phân loại các khoáng chứa trong đất theo nguồn gốc: khoáng sơ cấp
và thứ cấp.
Các khoáng sơ cấp: thạch anh, fenspat, mica … có trong đất, hình thành từ đá
mẹ do phong hoá. Trong đất, các khoáng này chủ yếu tồn tại dưới dạng hạt cát (từ
0,05 – 1mm) và bụi (0,001 – 0,05mm) và có một lượng nhỏ ở dạng hạt bùn
(<0,001mm) và keo (< 0,25micron). Các khoáng sơ cấp khi bị phân huỷ, dưới ảnh
hưởng của các quá trình hoá học (hiđrat hoá, thuỷ phân, oxi hoá) và hoạt động của
các vi sinh vật khác nhau trong đất, tạo nên sesquioxit, các muối silicat khác nhau
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
10

và những khoáng thứ cấp mà người ta gọi là các khoáng sét như kaolinit,

mongmorilonit … Các khoáng thứ cấp có trong đất chủ yếu dưới dạng bùn và hạt
keo.


Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo kaolinit (Al
4
Si
4
O
10
(OH)
6
)


Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo mongmorilonit (Al
4
Si
8
O
20
(OH)
4
)

Về thành phần hoá học, các khoáng được chia thành các hợp chất silicat và
aluminôsilicat:
- Các silicat: trong số các silicat trong đất, khoáng thạch anh (SiO
2
) là phổ biến

nhất. Người ta thường gặp thạch anh dưới dạng các hạt cát, bụi, một phần nhỏ ở
dạng bùn và hạt keo. Hầu như trong tất cả các loại đất, thạch anh chiếm trên 60%,
còn trong đất cát có khoảng 90% và hơn nữa. Thạch anh rất bền, về mặt hoá học thì
khá trơ và ở điều kiện thường không tham gia vào các phản ứng hoá học trong đất.
Còn các silicat khác, công thức cấu tạo có nhiều dạng khác nhau.
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
11


Hình 2.3. Những hình dạng của các nhóm silicat khác nhau (các silicat tự nhiên)

- Các hợp chất của sắt thường ở dạng muối hiđro:
Muối kiềm Fe
3
(OH)
6
PO
4
, Fe
2
(OH)
3
PO
4
, Fe
3
(OH)
3

(PO
4
)
2

Muối trung tính: FePO
4

Muối axit: FeH
3
(PO
4
)
2
, FeH
6
(PO
4
)
3

- Các hợp chất của Ca, Na, K và Mg thường ở dạng muối nitrat, sunfat, clorua,
photphat.
Các hợp chất của photpho thường ở dạng floapatit Ca
5
(PO
4
)
3
F.

Trong hiđroxiapatit, F được thay thế bằng OH: Ca
5
(PO
4
)
3
OH
Trong cloapatit, F được thay thế bằng Cl: Ca
5
(PO
4
)
3
Cl
- Lưu huỳnh có khoảng 0,85% trong đất và ở dạng các hợp chất: H
2
S, SO
2
,
FeS
2
, ZnS, PbS, CaSO
4
v.v…
- Hợp chất của nguyên tố vi lượng: MnSiO
3
(Silicat rodenit), Mn
3
Al
2

Si
3
O
12

(Alumino silicat), MnO, Mn
3
O
4
v.v…
Các hợp chất của Co, Mn, Cu, Zn cũng thường ở các dạng muối.
Sự hình thành các chất trên là do quá trình phong hoá đá mẹ, do tác dụng của
vi sinh vật và axit hữu cơ.
* Các chất hữu cơ trong đất:
Chất hữu cơ trong đất tuy ít (0,5 – 10%) nhưng là thành phần quan trọng, đặc
trưng cho đất trồng trọt. Trong số các hợp chất hữu cơ đó, mùn là loại chất có vai
trò đặc biệt đối với dinh dưỡng của cây trồng.
Có thể phân chia các hợp chất hữu cơ của đất thành 2 nhóm sau:
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
12

1. Các chất hữu cơ chưa mùn hoá có nguồn gốc động thực vật: Các hợp chất
này chủ yếu vẫn là các chất hữu cơ trong xác động thực vật chưa được phân huỷ
hoặc bán phân huỷ.
Hàng năm trong lớp đất trồng trọt có khoảng 5 – 8 tấn xác thực vật trên mỗi
ha, chiếm 7 – 8% lượng chất hữu cơ của lớp đất này. Khối lượng vi sinh vật (ở lớp
đất 0 – 20cm) từ 0,7 – 2,4 tấn/ha. Những hợp chất hữu cơ trong xác động thực vật
gồm những chất hoá học khác nhau và những sản phẩm trung gian của sự phân huỷ

các chất đó như gluxit (xenlulo, hemixenlulo, tinh bột …), các axit hữu cơ, protit và
các chất hữu cơ chứa nitơ khác (các aminoaxit, amit …), chất béo, nhựa, andehit,
các axit poliuric và các dẫn xuất của chúng, các poliphenol, tanin, lignin …
Phần chất hữu cơ chưa mùn hoá thường chiếm 10 – 15% khối lượng chất hữu
cơ của đất. Song những hợp chất này có vai trò đối với sự sống của thực vật, vi sinh
vật trong đất và độ phì nhiêu của nó.
Các hợp chất hữu cơ chưa mùn hoá có thể bị phân huỷ trong đất thành chất vô
cơ dễ được cây trồng đồng hoá. Các nguyên tố dinh dưỡng trong thành phần của
chúng là nitơ, photpho, lưu huỳnh và các nguyên tố khác. Tuy nhiên, không phải tất
cả các chất hữu cơ trong xác động thực vật đều được khoáng hoá hoàn toàn.
2. Nhóm các hợp chất hữu cơ có bản chất đặc biệt được gọi là các chất mùn:
Trong đất, ngoài sự phân huỷ các chất chưa mùn hoá như trên còn có các quá
trình tổng hợp.
Các hợp chất hữu cơ mới khá phức tạp, từ những sản phẩm phân huỷ của các
chất chưa mùn hoá hình thành các chất mùn. Các vi sinh vật đất thường có vai trò
xúc tiến cho các quá trình mùn hoá này.
Dưới ảnh hưởng của chúng, xác động thực vật ban đầu bị phân huỷ thành các
chất hoá học đơn giản hơn. Trong số này, có những hợp chất loại thơm poliphenol,
các quinon tạo ra khi phân huỷ các chất tanin và lignin, đồng thời với các sản phẩm
phân huỷ protit của nguyên sinh động vật (polipeptit và aminoaxit) là những thành
phần chất mùn.
Các chất mùn là những hợp chất chứa nitơ có phân tử lượng cao và tính axit.
Phần lớn các chất này tồn tại dưới dạng liên kết với chất vô cơ của đất.
Có thể chia các chất mùn làm 3 nhóm chính: các axit humic, axit funvic và các
humin.
Axit humic là nhóm các chất được chiết ra khỏi đất bằng kiềm (hoặc bằng các
dung môi khác), ở dạng dung dịch màu sẫm (các humat Na
+
, NH
4

+
hoọc K
+
) và
được kết tuả dưới dạng vô định hình bằng các axit.
Nhóm các axit humic được chiết ra từ các loại đất khác nhau có thành phần
nguyên tố: C: 50 – 62%; H: 2,8 – 6%; O: 31 – 40%; N: 2 – 6%.
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
13

Sự dao động về thành phần nguyên tố của các axit humic ở các loại đất khác
nhau là do thành phần các chất trong nhóm này hoàn toàn không đồng nhất. Ngoài
C, H, O, N, khi phân tích nhóm các axit humic, người ta còn thấy trong tro có
những nguyên tố: P, S, Si, Fe, Al chiếm 1 – 10% về khối lượng. Những nguyên tố
này kết hợp với axit humic thường do các phản ứng thứ cấp.
Cấu tạo phân tử của các axit humic, hiện nay vẫn còn là vấn đề chưa được
hoàn toàn giải thích rõ ràng. Theo các giả thuyết hiện tại, các axit humic là những
hợp chất phức tạp có phân tử lượng cao, có bản chất thơm. Đơn vị cấu tạo cơ bản
của chúng là mạch cacbon vòng có các mạch nhánh cacbon dài mang những nhóm
chức khác nhau (hiđroxyl, phenol, metoxyl …).
Trong thành phần phân tử của các axit humic có những vòng thơm, dị vòng
5,6 cạnh, có nitơ và không có nitơ. Chúng liên kết với nhau bằng các cầu – NH –,
– CH
2
– … Có những tài liệu cho biết trong axit humic có những gốc gluxit
(hexozơ, pentozơ …) và các hợp chất hữu cơ chứa nitơ (các aminoaxit khác nhau).
Trong thành phần phân tử của nó có các nhóm chức: 3 – 6 nhóm hiđroxyl
phenol (OH), 3 – 4 nhóm cacboxyl (COOH) và các nhóm metoxyl (OCH

3
),
cacbonyl (– C –), chúng tạo nên tính chất của axit humic và đặc tính tương tác của
O
chúng với đất. Các nhóm hiđroxyl phenol và cacboxyl trong axit humic tạo khả
năng cho nó tham gia vào các quá trình trao đổi hấp phụ cation và quyết định tính
axit của axit này. Còn ion hiđro trong nhóm cacboxyl cho khả năng thế các cation
khác nhau để tạo muối humat:
RCOOH + NaHCO
3
 RCOONa + H
2
O + CO
2

2RCOOH + CaCO
3
 (RCOO)
2
Ca + H
2
O + CO
2

Sepfe và Unrich (1960) đã trình bày nguyên tắc cấu tạo axit humic như sau:
Các axit humic được tạo thành từ các đơn vị cấu tạo là các cầu nối và nhóm
chức loại izo hoặc hetero. Nhân của axit humic là những vòng 5 hoặc 6 cạnh, ví dụ:

NH N N
Indol Piriđin Quinolin
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
14

Các nhân liên kết với nhau bằng các cầu nối, chỉ gồm nguyên tử (–O–; –N=)
hoặc nhóm nguyên tử (–NH–; –CH
2
–), các nhóm định chức thường là nhóm
cacboxyl (COOH), hiđroxyl (OH), phenol metoxyl (OCH
3
) và cacbonyl. Sự có mặt
nhóm cacboxyl là cơ sở để sắp xếp các axit humic vào loại axit. Dung dịch huyền
phù của axit humic thường có pH  3.
Muối của axit humic với cation hoá trị 1 (Na
+
, K
+
, NH
4
+
) là những humat tan
được trong nước, còn những axit humic tự do và các muối của chúng với các cation
hoá trị 2, 3 thì không tan và có trạng thái gen. Trong đất, các axit humic liên kết với
Ca

2+
, Mg
2+
, nên không có khả năng di chuyển theo phẫu diện đất mà được tích luỹ
ở những nơi hình thành ra chúng và ở lớp đất mặt, do đó có chứa nhiều các muối
này.
Axit humic là phần mùn có giá trị nhất: có khả năng hấp phụ lớn đối với các
cation và có vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu tượng đất thích hợp cho
trồng trọt; các axit humic còn có ý nghĩa lớn là nguồn các chất dinh dưỡng dự trữ,
trước hết là nitơ.
Các axit funvic là những chất mùn có màu vàng hoặc đỏ nhạt trong dung dịch
sau khi axit hoá nước chiết đất bằng kiềm.
Cũng như axit humic, theo cấu tạo, axit funvic là nhóm các hợp chất có phân
tử lượng cao. Thành phần nguyên tố của các axit funvic khác axit humic là hàm
lượng C và N nhỏ hơn và hàm lượng O và H lại cao hơn: C: 44 – 49%; H: 3,5–5%;
O: 44 – 49%; N: 2 – 4%.
Những nguyên tố tro trong axit funvic chiếm từ 7 – 10%. Khi hoà tan trong
nước, nó là một axit hữu cơ tương đối mạnh.
Các humin là những phức của axit humic và funvic, liên kết bền với nhau và
với phần khoáng của đất. Điều này giải thích tính bền của cao của các humin với
tác dụng của axit và kiềm. Lượng nitơ trong các humin là 20 – 30% nitơ tổng số
của đất và liên kết khá bền, nên các vi sinh vật đất khó phân huỷ được chúng.
 Sự tạo thành mùn của đất: Mùn được hình thành là do kết quả của sự chuyển
hoá các hợp chất hữu cơ, dưới tác động của enzim và vi sinh vật đất.
Nguyên liệu cơ bản để tạo thành mùn là xác thực vật ở trong đất hay ở lớp đất
mặt. Dưới ảnh hưởng của hoạt động vi sinh vật đất, sự biến đổi của các nguyên liệu
thực vật này theo nhiều quá trình khác nhau:
- Quá trình khoáng hoá: quá trình này tạo nên những chất đơn giản như CO
2
,

H
2
O, NH
3
, những muối đơn giản.
- Quá trình tổng hợp: Đó là quá trình tạo nên axit mùn phức tạp, từ những chất
hữu cơ và vô cơ đơn giản.
Ví dụ:
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
15

OH
Xác hữu cơ   OH  O

OH O
hidro quinon quinon
O + 2NH
2
RCOOH  O NHRCOOH
O O NHRCOOH
axit mùn
 Vai trò của mùn đối với độ phì nhiêu của đất: Từ thành phần và cấu tạo của
mùn, khi phân huỷ, nó cung cấp nitơ cho thực vật, nên mùn là nguồn dự trữ chất
dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng.
Nhờ có các nhóm hoạt động trong phân tử, mùn có khả năng hấp phụ và trao
đổi cation, tạo nên những muối mới làm thay đổi thành phần và cấu tượng của đất.
Do sự thay đổi cấu tượng, đất nặng trở thành tơi xốp, đất rời rạc được liên hợp lại
với nhau nên thay đổi được chế độ không khí, nhiệt độ và nước trong đất, tạo nên

những điều kiện thích hợp cho sinh trưởng và phát triển thực vật.
Các axit mùn, với một lượng nhỏ, khi tạo thành các dạng keo hoà tan có tác
dụng xúc tiến cho sự phát triển rễ, làm cho cây có khả năng sử dụng được nhiều
chất dinh dưỡng có trong đất. Do đó, hàm lượng mùn trong đất là một trong những
tiêu chuẩn hàng đầu trong việc đánh giá độ phì nhiêu của đất.
* Hàm lượng chất dinh dưỡng và khả năng cung cấp chất dinh dưỡng của
đất.
Có thể phân biệt các loại đất khác nhau dựa vào thành phần khoáng, thành
phần và khối lượng chất hữu cơ. Do đó, khối lượng các nguyên tố dinh dưỡng của
thực vật trong các loại đất khác nhau, cũng không giống nhau.
Nếu xác định lượng N, P
2
O
5
và K
2
O tổng số ở lớp đất trồng trọt thuộc các loại
đất khác nhau, ta sẽ thấy khối lượng các nguyên tố dinh dưỡng dự trữ trong đất rất
lớn.
Bảng 2.1. Tỉ lệ và khối lượng các nguyên tố dinh dưỡng dự trữ trong đất
Nguyên tố dinh dưỡng Tỉ lệ (%) Khối lượng (kg/ha)
N
0,02  0,20 600  6.000
P
2
O
5
0,02  0,30 600  9.000
K
2

O
0,50  3,00 15.000  90.000
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
16

Lượng nitơ tổng số trong đất phụ thuộc vào lượng mùn; lượng photpho cũng
lớn nếu như đất giàu chất hữu cơ, còn lượng kali thì phụ thuộc vào thành phần cơ
giới của đất.
Trong nhiều loại đất, lượng tổng số N, P và K dự trữ rất lớn, gấp 10  100 lần
lượng các nguyên tố dinh dưỡng này trong thu hoạch của cây trồng. Thế nhưng
phần lớn khối lượng các chất dinh dưỡng trên tồn tại trong đất dưới dạng các hợp
chất mà cây trồng không đồng hoá hoặc khó hấp thu được. Chẳng hạn, nitơ chủ
yếu tồn tại các chất hữu cơ phức tạp (chất mùn, protit …), phần lớn photpho ở dạng
các hợp chất vô cơ và hữu cơ khó tan, còn phần chủ yếu của kali ở trong các
khoáng aluminosilicat không tan.
Do đó, lượng tổng số các nguyên tố dinh dưỡng trong đất chỉ đặc trưng cho độ
phì nhiêu tiềm tàng của đất mà thôi. Để xác định độ phì nhiêu hiệu dụng tức là khả
năng cung cấp chất dinh dưỡng thực tế của đất cho thu hoạch cao của cây trồng,
phải là lượng chất dinh dưỡng ở dạng dễ tiêu đối với thực vật.
Cây trồng chỉ có thể đồng hoá các chất dinh dưỡng dưới dạng các hợp chất tan
được trong nước và môi trường axit yếu hoặc các ion ở trạng thái hấp phụ trao đổi.
Quá trình biến đổi các hợp chất không tan và khó tan thành dạng đồng hoá được
thường diễn ra trong đất, dưới ảnh hưởng của vi sinh vật đất và các quá trình hoá
học, hoá lý.
Việc huy động các nguyên tố dinh dưỡng (quá trình biến đổi các chất khó tan
thành dạng dễ tiêu) trong các loại đất khác nhau, thường diễn ra không đồng đều
mà phụ thuộc vào tính chất các hợp chất, điều kiện khí hậu, tính chất đất và mức độ
canh tác. Cho nên, mặc dù lượng chất dinh dưỡng dự trữ trong đất khá lớn, cây

trồng vẫn không có đủ chất dinh dưỡng dễ tiêu để cho khối lượng thu hoạch cao.
Do đó, để tăng độ phì nhiêu thực tế cho đất và tăng thu hoạch cây trồng, việc bón
phân vô cơ và hữu cơ là vấn đề có ý nghĩa to lớn.
Lượng chất dinh dưỡng dễ tiêu phụ thuộc vào loại đất, mức độ canh tác, chế
độ phân bón … nên hàm lượng các chất dinh dưỡng đó thường khác nhau không
chỉ ở các cơ sở nông nghiệp khác nhau mà ngay cả ở mỗi cánh đồng trong cùng
một cơ sở nông nghiệp. Vì vậy, việc phân tích nông hoá đất để xác định lượng N, P
và K dễ tiêu đồng thời với việc tiến hành những thí nghiệm đồng ruộng là công
việc có ý nghĩa quan trọng, đối với việc sử dụng phân bón hợp lý.
Tóm lại, đất trồng trọt là một hệ đa tướng gồm khí, lỏng và rắn, có quan hệ
mật thiết với nhau và là môi trường dinh dưỡng của cây.
2.2. Các tính chất nông hoá của đất
2.2.1. Tính chất hấp thu chất dinh dưỡng
Khả năng hấp thu chất dinh dưỡng của đất là khả năng hút các ion, các phân tử
của các chất khác nhau từ dung dịch đất và giữ chúng lại. Nhờ có tính chất đó, đất
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
17

giữ được chất dinh dưỡng cho cây trồng, hạn chế sự rửa trôi và khi cần, cây trồng
có thể trao đổi chất dinh dưỡng với đất. Mặt khác, cũng nhờ đó, cây có khả năng
điều tiết được nồng độ các ion thích hợp cho cây.
Quá trình hấp thu chất dinh dưỡng của đất được chia thành 5 dạng: hấp thu
sinh học, cơ học, lý học, hoá học và hấp phụ hoá lý.
* Hấp thu sinh học:
Dạng hấp thu này do vi sinh vật hoặc thực vật trong đất thu hút các chất vô cơ
trong dung dịch đất hay trong không khí, biến đổi các chất này thành các chất hữu
cơ để sinh trưởng phát triển. Xác vi sinh vật, thực vật và động vật là nguồn chất
hữu cơ bổ sung cho đất nhờ hấp thu sinh học. Dạng hấp thu này có ý nghĩa lớn đối

với sự hình thành đất và cung cấp phân bón cho đất. Những cây trồng có bộ rễ ăn
sâu, hút các chất dinh dưỡng từ tầng sâu chuyển lên cho lớp đất mặt, hoặc những
cây họ đậu có khả năng hút nitơ trong thành phần không khí, biến đổi thành chất
dinh dưỡng cho đất. Sự hút các chất dễ tiêu trong điều kiện cây không sử dụng hết,
tránh sự rữa trôi chất dinh dưỡng là một quá trình có lợi. Nhưng trong điều kiện đất
thiếu chất dinh dưỡng, nếu vi sinh vật phát triển mạnh tranh chấp chất dinh dưỡng
với cây trồng, sẽ làm cho cây kém phát triển do thiếu thức ăn : đó là quá trình bất
lợi cho việc hình thành năng suất.
* Hấp thu cơ học:
Trong đất có những khe hở do các hạt đất sắp xếp không khít nhau, hoặc có
những mao quản. Khi các chất di chuyển chúng bị khe hở giữ lại. Nhờ đó, đất thu
hút được nhiều chất dinh dưỡng và sinh vật có ích, không để cho nước cuốn trôi đi.
* Hấp thu lý học:
Dạng hấp thu này xảy ra trên bề mặt những hạt đất nhỏ (keo đất). Do năng
lượng mặt ngoài của keo đất khá lớn làm cho đất có khả năng giữ lại trên bề mặt
hạt keo những phân tử của nhiều chất khác nhau trong đất. Sự hấp thu này phụ
thuộc vào diện tích bề mặt hạt keo. Diện tích bề mặt hạt keo càng lớn, sự hấp thu lí
học càng mạnh. Phân tử các chất tan trong dung dịch đất bị keo đất hấp thu mạnh
hơn các phân tử nước. Do đó, nồng độ dung dịch ở xung quanh hạt keo thường cao
hơn so với những điểm xa keo đất. Trường hợp này xảy ra sự hấp thu phân tử
dương, còn gọi là hấp thu lí học dương. Đó là cơ chế của sự hấp thu các chất hữu
cơ như rượu, axit hữu cơ, bazơ hữu cơ và các chất cao phân tử. Theo K.K.Geđroit
trong số các hợp chất vô cơ phức tạp trong đất, chỉ có các bazơ mới có thể hấp thu
dương. Những chất vô cơ tan trong nước, trái lại có hiện tượng hấp thu âm. Hiện
tượng hấp thu âm thường xảy ra khi có đất tiếp xúc với những dung dịch clorua,
nitrat. Nhờ có hiện tượng hấp thu lí học âm mà các clorua và nitrat dễ di chuyển
trong đất. Khi độ ẩm trong đất tăng thì các clorua và nitrat dễ di chuyển xuống lớp
đất dưới. Vì vậy, khi bón phân nitrat hay đạm clorua thì Cl
-
, NO

3
-
dễ bị rửa trôi và
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
18

không có khả năng tích luỹ lại trong đất, do đó hiệu lực của phân clorua, nitrat bị
giảm sút, ảnh hưởng đến năng suất cây trồng.
* Hấp thu hoá học:
Nguyên nhân của sự hấp thu này là do trong đất có những phản ứng hóa học
xảy ra, biến đổi một số chất tan thành dạng kết tủa ở lại trong phần rắn của đất.
Ví dụ: Khi photphat một canxi tan tương tác với canxi hdrocacbonat trong đất,
phản ứng sẽ tạo nên photphat 2 hoặc 3 canxi (không tan).
Ca(H
2
PO
4
)
2
+ Ca(HCO
3
)
2
= 2CaHPO
4
 + 2H
2
CO

3
Ca(H
2
PO
4
)
2
+ 2Ca(HCO
3
)
2
= 2Ca
3
(PO4)
2
 + 4H
2
CO
3

Ở đất chua và đất đỏ có nhiều nhôm, sắt thì sự hấp thu hoá học của axit H
3
PO
4

chủ yếu sẽ diễn ra theo hướng tạo thành sắt, nhôm photphat ít tan:
Fe(OH)
3
+ H
3

PO
4
= FePO
4
+ 3H
2
O
Al(OH)
3
+ H
3
PO
4
= AlPO
4
+ 3H
2
O
Do đó, môi trường đất có ảnh hưởng rõ rệt đến sự hấp thu hoá học. Sự hấp thu
này chỉ có lợi trong trường hợp đất có nhiều sắt, nhôm di động. Nhờ đó, cây không
bị ngộ độc do hàm lượng cao của các ion này.
Nhưng ở trường hợp trên, lân dễ tan chuyển thành dạng kết tủa, cây trồng sẽ
thiếu lân. Hiệu suất của phân lân trong trường hợp này bị giảm sút.
Sự hấp thu hoá học và lí học đều làm thay đổi trạng thái, nồng độ muối trong
dung dịch đất.
*Hấp phụ hoá lý (hấp phụ trao đổi):
Sự tiếp xúc giữa phần rắn với dung dịch đất không những xảy ra hấp thu hoá
học, hấp thu phân tử mà còn phổ biến diễn ra sự hấp phụ hoá lí có tầm quan trọng
đặt biệt. Quá trình hấp phụ này thường được thể hiện rõ rệt nhất khi phần rắn hấp
phụ trao đổi các ion. Đó là khả năng của các hạt đất nhỏ ( 0,0002 mm) phân tán,

mang điện tích âm (được gọi là hạt keo có thành phần là chất vô cơ hoặc hữu cơ
phức tạp) hút và giữ các cation trên bề mặt hạt keo, đồng thời có kèm theo sự tách
một đương lượng các cation khác (Ca
2+
, Mg
2+
…) từ bề mặt keo đất ra dung dịch.
Chẳng hạn, khi xử lý đất đã bão hoà ion canxi bằng dung dịch kali clorua, các
cation K
+
từ dung dịch bị hấp phụ lên bề mặt keo đất và đồng thời từ bề mặt keo
đất, một đương lượng Ca
2+
được chuyển ra dung dịch. Nếu ký hiệu keo âm là
[KĐ
n-
], phản ứng trao đổi cation giữa keo đất với ion trong dung dịch, có thể viết:
[KĐ
n-
]Ca
2+
+ 2KCl  [KĐ
n-
]


K
K
+ CaCl
2

Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
19

Trong trường hợp này diễn ra sự trao đổi cation nên người ta gọi dạng hấp phụ
này là hấp phụ trao đổi cation.
Hấp phụ trao đổi cation là quá trình chủ yếu trong các phản ứng diễn ra trong
đất. Nó có ảnh hưởng lớn đến tính chất lí học, hoá lí của đất như: cấu tượng và khả
năng đệm của đất. Do đó, nó có ý nghĩa đặc biệt đối với việc bón phân vào đất.
Biến đổi hoá học của nhiều loại phân bón, nhất là phân kali và phân đạm dễ
tan, phần lớn bị chi phối bởi quá trình hấp phụ trao đổi.
Mỗi loại đất ở trạng thái tự nhiên thường có chứa một lượng nhất định các
cation hấp phụ trao đổi như: Ca
2+
, Mg
2+
, H
+
, Na
+
, K
+
, NH
4
+
, Al
3+
…

Phần lớn các loại đất có chứa nhiều Ca
2+
, Mg
2+
. Một vài loại đất ở trạng thái
hấp phụ có chứa một lượng lớn H
+
và thường có ít Na
+
, K
+
, NH
4
+
.
Khi bón một muối tan vào đất (ví dụ: NH
4
NO
3
, (NH
4
)
2
SO
4
, NH
4
Cl, NaNO
3
,

KCl, K
2
SO
4
) các cation của muối trong dung dịch bị hấp phụ bởi các hạt đất có độ
phân tán cao, đồng thời có một đương lượng cation đã bị đất hấp phụ từ trước được
tách ra và đi vào dung dịch:
[KĐ
n-
]Ca
2
+ + (NH
4
)
2
SO
4
 [KĐ
n-
]


4
4
NH
NH
+ CaSO
4

[KĐ

n-
]Ca
2
+ + 2NaNO
3
 [KĐ
n-
]


Na
Na
+ Ca(NO
3
)
2

[KĐ
n-
]H
+
+ KCl  [KĐ
n-
]K
+
+ HCl
Trong quá trình hấp phụ trao đổi cation, các hạt đất có độ phân tán cao (keo
khoáng hoặc keo hữu cơ) có vai trò chủ yếu.
2.2.2. Tính chua, tính kiềm và phản ứng của dung dịch đất
Phản ứng của dung dịch đất có ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển thực vật

và vi sinh vật đất, đến tốc độ và chiều hướng của các quá trình sinh hoá, hoá học
trong đất. Sự đồng hoá các chất dinh dưỡng của thực vật, hoạt động của vi sinh vật
đất, sự khoáng hoá của các chất hữu cơ, quá trình phân huỷ các chất khoáng và sự
hoà tan các hợp chất khó tan, việc kết tụ và phân tán keo và những quá trình hoá lí
khác, phần lớn phụ thuộc vào phản ứng của đất. Nó cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu
suất phân bón trong đất. Mặt khác, phân bón có thể làm thay đổi phản ứng của
dung dịch đất như axit hoá hoặc kiềm hoá dung dịch đất.
Phản ứng của dung dịch đất phụ thuộc vào tỉ số ion H
+
và OH
-
. Nồng độ ion
H
+
trong dung dịch được biểu thị bằng chỉ số pH (pH = -log[H
+
]).
Bảng 2.2. Các loại phản ứng dung dịch đất (phân loại dựa vào nồng độ ion H
+

- giá trị pH)
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
20

Phản ứng pH Nồng độ ion H
+
(g/l)
Chua mạnh 3 – 4 10

-3
– 10
-4
Chua 4 – 5 10
-4
– 10
-5

Ít chua 5 – 6 10
-5
– 10
-6

Trung tính 7 10
-7

Kiềm yếu 7 – 8 10
-7
– 10
-8

Kiềm 8 – 9 10
-8
– 10
-9

Kiềm mạnh 9 - 11 10
-9
– 10
-11

Trong điều kiện tự nhiên, phản ứng dung dịch đất thường không vượt quá giới
hạn pH = 4 ÷ 8.
Phần lớn đất trồng cây lương thực, rau, hoa quả và cây công nghiệp ở nước ta
là đất chua không thuận lợi cho sự phát triển thực vật và vi sinh vật có ích trong
đất.
Do đó, việc làm sáng tỏ bản chất độ chua của đất và nghiên cứu phương pháp
khử chua là những vấn đề có ý nghĩa khá quan trọng.
* Độ chua và nguyên nhân gây ra độ chua:
Đất chua là đất có chứa nhiều H
+
không những hiện tại có trong dung dịch đất
mà chủ yếu là trên bề mặt keo đất ở trạng thái hấp phụ có nhiều H
+
và Al
3+
.
Dựa vào trạng thái tồn tại của H
+
trong đất, người ta chia độ chua của đất
thành 2 loại: độ chua hiện tại và độ chua tiềm tàng.
- Độ chua hiện tại: là độ chua của dung dịch đất, gây nên do nồng độ của ion
H+ cao hơn so với ion OH
Độ chua hiện tại có ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của thực vật và vi
sinh vật đất.
Nguyên nhân gây ra độ chua hiện tại là do trong đất thường xuyên có sự hình
thành khí CO
2
. Khí CO
2

hoà tan vào dung dịch đất tạo ra H
2
CO
3
, phân ly thành ioh
H
+
và HCO
3
-
. Nồng độ CO
2
trong phần khí của đất càng cao, hoà tan vào dung dịch
đất càng nhiều, dung dịch càng bị axit hoá. Song một phần axit cacbonic được tạo
ra bị trung hoà bởi bazơ hấp phụ (Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+
) và canxi, magie cacbonat trong
đất:
CaCO
3
+ H
2
CO
3
= Ca(HCO
3

)
2

Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
21

KĐ ]Ca
2+
+ 2H
2
CO
3
= KĐ



H
H
+ Ca(HCO
3
)
2

Ngoài ra, dung dịch còn bị axit hoá bởi các axit hữu cơ tan và cả muối nhôm
thuỷ phân tạo thành axit và bazơ yếu.
Vậy, độ chua hiện tại là độ chua của dung dịch đất tạo nên bởi axit cacbonic,
các axit hữu cơ tan trong nước và các muối axit thuỷ phân. Độ chua hiện tại được
xác định bằng cách đo pH nước chiết của đất.

- Độ chua tiềm tàng: được phân thành độ chua trao đổi và độ chua thuỷ phân.
Độ chua trao đổi: Ngoài độ chua hiện tại, đất còn có độ chua tiềm tàng tạo nên
sự có mặt của ion H
+
hoặc ion Al
3+
ở trạng thái hấp phụ. Một số ion H
+
ở trạng thái
hấp phụ có thể tách ra từ dung dịch do trao đổi với các cation của muối trung tính.
Chẳng hạn, khi xử lí đất bằng dung dịch KCl, cation K
+
bị hấp phụ bởi đất và ion
H
+
từ trạng thái hấp phụ chuyển ra dung dịch:
KĐ ]H
+
+ KCl = KĐ ]K
+
+ HCl
Các ion H
+
được tách ra làm cho dung dịch đất bị axit hoá. Ngoài ion H
+
ở
trạng thái hấp phụ, ở các loại đất chua còn có Al
3+
hấp phụ cũng có thể chuyển ra
dung dịch, khi đất tương tác với các muối trung tính.

K
+

KĐ ]Al
3+
+ 3KCl = KĐ K
+
+ AlCl
3

K
+

Trong dung dịch, nhôm clorua bị thuỷ phân tạo ra bazơ yếu và axit mạnh
AlCl
3
+ 3H
2
O = Al(OH)
3
+ 3HCl
Do đó, độ chua trao đổi là độ chua tạo nên bởi các ion H
+
, Al
3+
từ đất tách ra
dung dịch, khi xử lý đất bằng dung dịch muối trung tính.
Do đó độ chua có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, khi bón một lượng lớn phân vô
cơ tan vào đất. Lúc này, độ chua tiềm tàng chuyển thành độ chua hiện tại và trực
tiếp ảnh hưởng âm đến sự phát triển của cây trồng và vi sinh vật có mẫn cảm với độ

chua. Đặc biệt Al
3+
chuyển vào dung dịch sẽ gây độc cho nhiều loại cây trồng. Do
đó việc bón vôi vào đất chua cần thiết không chỉ để đảm bảo trung hoà độ chua
hiện tại mà còn cả độ chua trao đổi.
Người ta xác định độ chua trao đổi bằng cách xử lí lượng cân đất bằng dung
dịch KCl 1N. Sau đó đo giá trị pH của nước chiết bằng phương pháp so màu hoặc
chuẩn độ nước chiết bằng kiềm và biểu diễn giá trị độ chua trao đổi (pH
KCl
) bằng số
mđlg/100g đất. Trong giá trị của độ chua trao đổi bao gồm cả độ chua hiện tại. Do
đó, độ chua trao đổi của đất thường lớn hơn độ chua hiện tại.
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
22

Độ chua thuỷ phân: Khi xử lý đất bằng dung dịch muối trung tính thì không
thể tách được toàn bộ ion H
+
ở trạng thái hấp phụ ra dung dịch, nên độ chua trao
đổi chưa thể hiện được toàn bộ độ chua tiềm tàng. Các ion H
+
ở trạng thái hấp phụ
có thể tách hoàn toàn hơn, khi xử lý đất bằng dung dịch muối kiềm thuỷ phân,
(chẳng hạn, natri axetat CH
3
COONa 1N). Trong nước, muối này bị thuỷ phân tạo
ra axit axetic phân li yếu và bazơ mạnh, do đó dung dịch trở nên kiềm (pH  8,5)
CH

3
COONa + H
2
O  CH
3
COOH + Na
+
+ OH
-

Phản ứng kiềm của dung dịch muối này chính là nguyên nhân chủ yếu để tách ion
H
+
hoàn toàn hơn khỏi trạng thái hấp phụ trên bề mặt keo đất.
Khi dung dịch CH
3
COONa tương tác với keo đất, các ion H
+
từ bề mặt keo đất
trao đổi với Na
+
. Các ion H
+
đi ra dung dịch và liên kết với ion OH
-
để tạo H
2
O.
[KĐ]H
+

+ CH
3
COOH + Na
+
+ OH
-
 [KĐ]Na
+
+ CH
3
COOH + H
2
O
Đất hấp phụ ion Na
+
càng nhiều và ion OH
-
trong dung dịch được liên kết với
ion H
+
càng nhiều thì cân bằng của phản ứng thuỷ phân CH
3
COONa càng chuyển
dịch sang phải. Do vậy, axit axetic được tạo ra càng lớn.
Có thể xác định lượng axit axetic trong dung dịch bằng chuẩn độ với kiềm.
Dạng độ chua này được thể hiện nhờ các muối kiềm thuỷ phân, nên được gọi là độ
chua thuỷ phân.
Dưới tác dụng của muối trung tính (khi xác định độ chua trao đổi) chỉ có một
phần ion H
+

trên bề mặt keo đất được tách ra. Các ion H
+
còn lại trên bề mặt keo
đất không tham gia vào phản ứng trao đổi này. Còn dưới ảnh hưởng dung dịch
kiềm của CH
3
COONa (khi xác định độ chua thuỷ phân), các ion H
+
ở phức hệ hấp
phụ (keo đất) được tách ra hoàn toàn hơn. Vì thế, độ chua nhận được khi xử lý đất
bằng dung dịch CH
3
COONa lớn hơn độ chua trao đổi.
Độ chua thuỷ phân được biểu thị bằng số mđlg trong 100g đất.
Tuy nhiên, đôi khi kết quả xác định độ chua thuỷ phân nhỏ hơn độ chua trao
đổi. Có thể giải thích là do một vài loại đất có nhiều keo dương (đất đỏ) có khả
năng hấp phụ các anion của axit axetic và trao đổi bằng ion OH
-
của keo dương, vì
vậy mà độ chua của nước chiết giảm đi. Trong trường hợp này, sử dụng phương
pháp thường dùng để xác định độ chua thuỷ phân là không thuận lợi.
Nói chung, độ chua thuỷ phân có giá trị gần đúng với độ chua tiềm tàng của
đất, nên nó là một cơ sở quan trọng cho việc giải quyết nhiều vấn đề thực tế sử
dụng phân bón.
* Độ kiềm của đất:
Ngoài đất chua, còn có những loại đất có giá trị pH cao (pH>7): đất kiềm.
Phản ứng của loại đất này cũng không thuận lợi cho sự phát triển của thực vật và
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học

23

vi sinh vật đất. Những đất có chứa nhiều Na
+
ở trạng thái hấp phụ (KĐ]Na
+
) thuộc
vào loại đất kiềm.
Sự có mặt của nhiều ion Na
+
trong số các cation trao đổi có liên quan với tính
mặn của đất do các muối natri (ví dụ: NaCl, Na
2
SO
4
, Na
2
CO
3
).
Trong dung dịch các đất kiềm thường có chứa Na
2
CO
3
, NaHCO
3
, do đó pH>8,
nên phản ứng của loại đất này không thuận lợi cho đa số cây trồng.
Sự hình thành Na
2

CO
3
trong dung dịch đất có thể giải thích bằng phản ứng
trao đổi giữa Na
+
với dung dịch axit cacbonic trong đất:
KĐ



Na
Na
+ H
2
CO
3
 KĐ



H
H
+ Na
2
CO
3

Tuỳ thuộc vào hàm lượng Na
+
hấp phụ và có thể trao đổi trong đất, người ta

phân loại đất kiềm như sau:
- Đất solonet có hàm lượng Na
+
trao đổi > 20%
- Đất thuộc loại solonet… 10- 20%
- Đất thuộc loại solonet yếu 5- 10%
- Đất không thuộc loại solonet…. < 5%
Đất có chứa một lượng lớn ion Na
+
trao đổi (trên 5% so với dung lượng hấp
phụ) thường gây ra những ảnh hưởng xấu đến các tính chất lí học, làm giảm năng
suất cây trông và gây khó khăn cho việc cày bừa, làm đất.
2.2.3. Tính chất đệm của đất.
Phản ứng của dung dịch đất hay nói một cách khác là độ chua kiềm không
phải là một đại lượng không đổi. Trong đất còn có quá trình lí, hoá học và sinh học
tạo ra axit hoặc bazơ và dẫn đến thay đổi phản ứng của dung dịch đất. Sự giải
phóng axit cacbonic trong quá trình hô hấp của rễ, sự tạo thành axit nitric do quá
trình nitrat hoá và những sản phẩm khác của axit trong quá trình sinh sống của vi
sinh vật gây ra sự axit hoá dung dịch đất. Phản ứng của dung dịch đất cũng bị thay
đổi dưới ảnh hưởng của việc sử dụng phân bón. Chẳng hạn, khi bón những phân
sinh lí chua (NH
4
Cl, (NH
4
)
2
SO
4
vv…) dung dịch đất bị axit hoá, còn khi sử dụng
phân sinh lí kiềm (NaNO

3
, Ca(NO
3
)
2
) lại diễn ra sự trung hoà độ chua hoặc kiềm
hoá dung dịch đất. Khi bón có hệ thống các phân sinh lí chua hoặc sinh lí kiềm,
phản ứng của dung dịch đất có thể bị thay đổi đáng kể và có ảnh hưởng đến sự phát
triển của cây trồng và vi sinh vật đất.
Song, sự thay đổi phản ứng của môi trường đất dưới tác dụng của những yếu
tố trên, ở các loại đất khác nhau lại diễn ra không hoàn toàn như nhau.
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
24

Đối với các loại đất này thì ít thay đổi, đối với các loại đất khác lại biến đổi
nhiều hơn. Khả năng của đất chống lại sự thay đổi phản ứng của dung dịch đất về
phía axit hoặc kiềm được gọi là khả năng đệm của đất.
Nói chung, khả năng đệm của đất phụ thuộc vào tính đệm của phần rắn và
phần lỏng của đất.
Tính đệm của dung dịch đất là do các axit yếu (H
2
CO
3
, axit hữu cơ tan) và
muối của chúng. Axit yếu (chẳng hạn H
2
CO
3

) phân li không hoàn toàn, do đó trong
dung dịch phần lớn axit yếu còn ở dạng phân tử ít phân li và chỉ có một lượng nhỏ
được phân li
H
2
CO
3


H
+
+ HCO
3
-
Nếu trong dung dịch đất có chứa axit cacbonic, khi có kiềm xuất hiện thì ion
OH
-
sẽ liên kết với ion H
+
tạo ra các phân tử điện li yếu, cân bằng được chuyển
dịch và các phân tử axit yếu phân li thêm. Các ion H
+
tạo ra sẽ liên kết với ion OH
-

của kiềm và pH của dung dịch sẽ bị thay đổi. Do đó, axit yếu của dung dịch đất có
khả năng chống lại sự kiềm hoá dung dịch. Chẳng hạn, khi bón phân sinh lí kiềm
canxi nitrat trong đất, sẽ có Ca(OH)
2
tạo thành. Tác dụng với axit cacbonic cho

canxi cacbonat không tan và sẽ hạn chế phản ứng kiềm hoá dung dịch:
Ca(OH)
2
+ H
2
CO
3
= CaCO
3


+

2H
2
O
Dung dịch đất, có hỗn hợp axit yếu và muối của nó (chẳng hạn H
2
CO
3
và
Ca(HCO
3
)
2
sẽ đệm, hay nói một cách khác là sẽ có khả năng chống lại axit hoá.
Muối của axit yếu phân li gần hoàn toàn Ca(HCO
3
)
2

= Ca
2+
+ 2HCO
3
-
). Vì sự
phân li của axit yếu, ví dụ H
2
CO
3

, không hoàn toàn, nên theo định luật tác dụng
khối lượng , ta có:





 
K
COH
HCOH


32
3
.

 



 



3
32
.
HCO
COH
KH
Theo hệ thức trên, sự phân li của axit H
2
CO
3
phụ thuộc vào lượng trong dung
dịch. Sự phân li sẽ giảm khi nồng độ anion HCO
3
-
tăng. Khi dung dịch có chứa
đồng thời H
2
CO
3
và Ca(HCO
3
)
2
, nồng độ anion HCO
3

-
chủ yếu phụ thuộc vào
lượng Ca(HCO
3
)
2
. Do đó, sự có mặt các muối này trong dung dịch sẽ tạo nên một
lượng lớn anion HCO
3
-
, cản trở sự phân li của axit , một phần các ion H
+
từ trạng
thái phân li sẽ chuyển về trạng thái không phân li và nồng độ H
+
trong dung dịch
càng giảm, khi nồng độ muối càng cao. Nếu trong dung dịch đất chứa H
2
CO
3
và
Ca(HCO
3
)
2
lại xuất hiện axit nitric (do quá trình nitrat hoá) axit nitric sẽ tác dụng
với Ca(HCO
3
)
2

tạo ra axit yếu ít phân li (H
2
CO
3
), có nghĩa là các ion H
+
liên kết
với các anion HCO
3
-
chuyển thành trạng thái không phân li. Như vậy, trong dung
dịch tạo nên muối trung tính và axit yếu, vì vậy pH của dung dịch ít bị thay đổi do
dung dịch có tác dụng đệm đối với sự axit hoá của axit nitrric.
Chương2 – Thành phần và các tính chất nông hoá của đất

Hoá kỹ thuật – Phần hai: Hoá nông học
25

Ca
2+
+ 2HCO
3
-
+ 2H
+
+ 2NO
3
-
= Ca
2+

+ 2NO
3
-
+ 2H
2
CO
3

Hệ đệm gồm axit hữu cơ và muối của chúng cũng có tác dụng đệm tương tự:
(RCOO)
2
Ca + 2HNO
3
= 2R-COOH + Ca(NO
3
)
2

axit hữu cơ phân li yếu
2RCOOH + Ca(OH)
2
 (RCOO)
2
Ca + 2H
2
O
Khả năng đệm của đất không chỉ phụ thuộc vào thành phần của dung dịch đất
mà còn phụ thuộc vào tính chất phần rắn của đất. Vai trò đệm của dung dịch đất,
trong khả năng đệm nói chung của đất thường rất nhỏ. Phần rắn, chủ yếu là phần
keo của nó, là yếu tố đệm mạnh nhất trong đất.

Do đó, khả năng đệm của đất chủ yếu phụ thuộc vào thành phần các cation
trao đổi ở phức hệ hấp phụ của đất. Dung lượng hấp phụ của đất càng lớn, khả năng
đệm của nó càng cao. Các ion bazơ hấp phụ (Ca
2+
, Mg
2+
…) có tác dụng đệm đối
với sự axit hoá. Nếu đất đã bão hoà bazơ, khi có axit xuất hiện (ví dụ, bón phân
amoni sunfat thì xuất hiện H
2
SO
4
) thì những ion H
+
của axit sẽ trao đổi với các
cation của phức hệ hấp phụ (H
+
chuyển vào trạng thái hấp phụ) dung dịch có muối
trung tính, và phản ứng của dung dịch đất ít bị thay đổi.
Ca
2+
H
+

KĐ Ca
2+
+ 2H
+
+ SO
4

2-
 KĐ H
+
+ CaSO
4

Mg
2+
Ca
2+

Mg
2+

Độ bão hoà bazơ và dung lượng hấp phụ càng lớn, đất càng có khả năng chống
sự axit hoá. Các cacbonat (CaCO
3
và MgCO
3
) cũng làm yếu sự axit hoá dung dịch
đất vì chúng trung hoà axit và tạo ra bicacbonat:
2CaCO
3
+ H
2
SO
4
= CaSO
4
+ Ca(HCO

3
)
2

Vì vậy, đất được bão hoà bazơ có khả năng đệm rất cao đối với axit.
Còn đất không bão hoà bazơ có chứa nhiều Al
3+
và H
+
ở trạng thái hấp phụ, có
khả năng đệm cao đối với sự kiềm hoá. Khi bón vôi vào đất này, các cation của nó
được hấp phụ và trao đổi với các ion H
+
:
H
+
Ca
2+

KĐ H
+
+ Ca(OH)
2
= KĐ + 2H
2
O
Ca
2+
Ca
2+

Độ chua thuỷ phân của đất càng lớn, khả năng đệm chống lại phản ứng kiềm
hoá càng lớn.