Giáo trình -Thổ nhưỡng học - chương 8 ppt

Chương VIII
THÀNH PHẦN CƠ GIỚI VÀ KẾT CẤU ĐẤT

1. Thành phần cơ giới đất
1.1. Khái niệm về cấp hạt cơ giới và thành phần cơ giới đất
Kết quả của quá trình hình thành đất đã tạo ra được các hạt đơn đất
có kích thước và hình dạng khác nhau. Những hạt đơn đất đó được gọi là
"phần tử cơ giới đất" hay còn gọi là hạt cơ giới đất. Như vậy các phần tử
cơ giới đất có thể có nguồn gốc vô cơ, hữu cơ hay vô cơ- hữu cơ. Nhưng
trong đất phần lớn các hạt đất có nguồn gốc vô cơ trừ các loại đất được
gọi là đất hữu cơ (có từ 16 % cacbon hữu cơ trở lên).
Những phần tử cơ giới nằm trong một phạm vi kích thước nhất
định thì có đặc tính và thành phần hoá học khác với những hạt trong
phạm vi kích thước khác. Người ta gọi những hạt có phạm vi cùng kích
thước đó là cấp hạt cơ giới. Ta có 3 cấp hạt cơ giới cơ bản, đó là: cấp hạt
cát, cấp hạt bụi còn gọi là Limon và cấp hạt sét.
Hàm lượng các cấp hạt đựơc biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm khối
lượng. Tỷ lệ tương đối giữa các cấp hạt cơ giới gọi là thành phần cơ giới
đất hay còn gọi là thành phần cấp hạt. Dựa trên tỷ lệ của các cấp hạt đó
tên đất được gọi là đất cát,đất thịt hoặc đất sét Nhiều khi người ta cũng
gọi là đất nhẹ, đất trung bình hoặc đất nặng.
Cũng cần lưu ý rằng, các phần tử cơ giới của đất là những hạt độc
lập riêng rẽ. Trong trường hợp các hạt cơ giới liên kết lại với nhau thì đó
là một đối tượng nghiên cứu khác được gọi là kết cấu đất hay cấu trúc
đất (structure). Vì vậy trong quá trình xác định các cấp hạt để nghiên
cứu thành phần cơ giới đất cần tách triệt để các hạt đơn đất ra bằng việc
kết hợp các phương pháp phù hợp như tán, lắc, khuấy, đun sôi, các hoá
chất phân tán.
1.2. Phân chia cấp hạt cơ giới
Tiêu chuẩn phân chia cấp hạt cơ giới của các nước trên thế giới có
khác nhau nhưng vẫn có một "mốc" chung. Tại mốc này sự thay đổi về

kích thước các hạt đất sẽ dẫn tới sự thay đổi đột ngột về tính chất đặc biệt
là tính chất vật lý của đất. Ví dụ, tính mao dẫn xuất hiện ở mốc 1,0- 2,0
mm hay mốc 0,1- 0,2 mm là mốc bắt đầu có tính dính, tính dẻo và đất khó
thấm nước. Ta có thể so sánh sự khác nhau trong việc phân chia cấp hạt
của các nước trên thế giới qua bảng 8.1.
Bảng 8.1. Cấp hạt cơ giới của Liên Xô (cũ), Bộ Nônghiệp Mỹ
(USDA),
FAO- UNESCO (mm)
Liên Xô (cũ) USDA FAO- UNESCO
Ðá cục
>250
Ðá vụ
n
> 3
Cuội
250-64
Cuộ
i
3-1
Cuộ
i
> 2
Sỏi
64- 4
Sỏi

2-1
Sạ
n
4-2

Cát thô
1- 0,5
Cát thô
1- 0,5
Cát rấ
t thô
1-2
Cát trung bình 0, 5-
0,25
Cát trung bình 0,
5- 0,25
Cát thô
1-0,5
Cát mịn 0,25-
0.05
Cát mịn
0,25- 0.02
Cát trung bình
0,5- 0,25
Cát rất mịn
0,2- 0,05
Cát mịn
0,25- 0,1
Cát rất mịn
0,1- 0,05
Bụi thô
0,05- 0,01
Bụi
0,05-,005
Bụi 0,05-

0,002
Bụi trung bình 0,01-
0,005

Sét thô 0,005-
0,0005
Sét <
0,005
sét <
0,002
Sét mịn 0,0005-
0,0001

Keo <
0,0001

** Cát vật lý
> 0,01
Sét vật lý
< 0,01

** Cát vật lý là những hạt lớn hơn 0,01 mm. Khi những hạt có kích
thước như thế sẽ thể hiện rõ nét những tính chất vật lý của các hạt cát
như lắng rẽ, tính dễ thoát nước, tính mao dẫn rất bé, không có tính
trương (giãn nở) và tính co, tính dính, tính dẻo Sét vật lý là những hạt
có kích thước < 0,01 mm. Những hạt này thể hiện rõ tính vật lý của hạt
sét như tính dẻo, tính trương, tính co, tính thấm nước kém, tính mao dẫn
lớn, lúc ướt thì dẻo quánh, lúc khô thì rắn chắc Cũng nên lưu ý rằng sự
phân chia như trên được thực hiện trong quá trình phân tích cấp hạt, còn
trong thực tiễn áp dụng vào phân loại đất theo thành phần cơ giới thì

người ta chỉ xét theo 3 cấp hạt chủ yếu là cát, bụi và sét. Các cấp hạt chi
tiết chỉ được ứng dụng khi nghiên cứu đất ở các cấp phân vị thấp nhất
như cấp chủng của Liên Xô (cũ), cấp series của Mỹ, cấp phases của
FAO- UNESCO.
Cho đến nay ở Việt Nam vẫn áp dụng bảng phân chia cấp hạt của
Liên Xô (cũ) và một số trường hợp dùng bảng của Liên Hiệp Quốc
(LHQ) hay của Bộ Nông nghiệp Mỹ. Tuy nhiên bảng của FAO-
UNESCO (1970) được áp dụng phổ biến vì hai lý do: thứ nhất, trong
thực tế phân tích cấp hạt người ta được phép đơn giản hoá số cấp hạt còn
lại 3 cấp cơ bản; thứ hai, phương pháp phân loại đất theo FAO-
UNESCO đang ngày càng được áp dụng rộng rãi. So với bảng của LHQ
năm 1927, bảng của FAO- UNESCO có một ít thay đổi, từ 7 cấp tăng
lên 11 cấp chủ yếu ở các cấp lớn hơn 2 mm.
1.3. Thành phần và đặc tính của các cấp hạt cơ giới
Các tài liệu nghiên cứu cho thấy thành phần hoá học của các cấp hạt
khác nhau rất khác nhau, đặc biệt là tỷ lệ 3 nguyên tố silic, nhôm và sắt.
Ðiều này rất phù hợp với thành phần khoáng vật trong đất. Ta có thể
thấy rõ qua số liệu của N.A. Kachinxki (1970) ở bảng 8.2
Bảng 8.2. Thành phần hoá học của các cấp hạt cơ giới trong đất
rừng xám sáng
Cấp hạt
(mm)
Tỷ lệ các chất (%)
SiO
2
Al
2
O
3
Fe

2
O
3
CaO MgO K
2
O P
2
O
5
0,05- 0,01

87,57 5,72 3,43 0,46 0,53 1,43 Vệt
0,01-
0,005
82,01 7,83 4,85 0,11 0,18 1,45 Vệt
0,005-
0.0001
68,89 17,49

6,35 0,93 2,28 1,46 0,26
< 0,0001 53,76 26,36

11,38

0,96 4,13 2,15 0,26
Nhìn chung cấp hạt càng mịn, tỷ lệ các nguyên tố (trừ silic) trong đó
có cả nguyên tố dinh dưỡng càng cao. Tuy nhiên các nguyên tố dinh
dưỡng N và P thì không phải lúc nào cũng tuân theo quy luật này vì bản
thân các hạt sét không chứa các nguyên tố đó. Do vậy ở những loại đất
sét ta không bón phân năng suất cây trồng rất thấp.

Ta càng thấy sự khác nhau rõ nét của các cấp hạt đất qua một số tính
chất vật lý của chúng được V.V. Okhotin và V. G. Trasuc trình bày
trong bảng 8.3.
Ta dễ dàng nhận thấy các cấp hạt từ to đến nhỏ như sau:
 Ðộ ẩm phân tử cực đại tăng dần lên
 Khả năng thấm nước giảm dần
 Cột nước trong mao dẫn tăng cao dần
 Từ 0,25 mm thì bắt đầu có tính trương (giãn nở) và tăng nhanh
 Tính co biểu hiện rất chậm và chỉ xuất hiện ở những cấp hạt bé nhất
 Từ 0,25 mm xuất hiện tính dẻo và tăng dần
Sức chống nén và sức dính chỉ xuất hiện ở các cấp hạt mịn hơn 0,01 mm
và tăng nhanh.
Bảng 8.3 lần nữa chứng minh về mốc xuất hiện các tính chất vật lý
một cách đột ngột là mốc 1,0 mm và mốc 0,01 mm và cũng ở những
mốc như vậy các tính chất hoá lý của đất có sự thay đổi nhất định.
Bảng 8.3. Tính chất vật lý của các cấp hạt cơ giới

Cấp hạt
Ðộ
ẩm
Ðộ
thấ
Cột
nướ
Giã
n
Co
the
Ðộ ẩm (%)
theo

Sức
chốn
Sức
dính
(mm) phân
tử
cực
đại
(%)
m
nướ
c
(cm/
s)
c
mao
dẫn
(cm)

nở
the
o
thể
tích
(%)

o
thể
tích
(%)

Giới
hạn
chảy

Giới
hạn
nặn
đượ
c
g nén
tạm
thời
(G/c
m
2
)
cực
đại
(G/cm
2
)
3,0- 2,0 0,2 0,5 0 - - - -
2,0-1,5 0,7 0,2 1,5-
3,0
- - - -
1,5-1,0 0,8 0,12

4,5 - - - -
1,0- 0,5 0,9 0,07

2
8,7 - - - -
0,5-0,25 1,0 0,05
6
20-
27
0 - khô
ng
khô
ng
- -
0,25- 0,1 1,1 0,03
9
50 5 - dẻo dẻo - -
0,1- 0,05 2,2 0,00
5
91 6 - - -
0,05- 0,01

3,1 0,00
4
200 16 - 0 4,2
0,01-
0,005
15,9

- - 105

- 40 28 1,75 60
0,005-

0,001
31,0

- - 160

4,0

48 30 31,25

456
< 0,001 - - - 405

8,2

87 34 125,0

-


1.4. Phân loại đất theo thành phần cơ giới
Trong thực tiễn sản xuất vai trò của thành phần cơ giới rất quan
trọng. Nông dân ta từ xưa đã dựa vào những nhận xét ngoài đồng ruộng
trong quá trình sản xuất để chia đất ra thành các loại: đất cát già, cát non,
thịt pha cát, thịt nhẹ, thịt nặng, đất sét, đất gan gà, đất gan trâu Mỗi
loại đất chỉ phù hợp với một số loaị cây trồng nhất định và cần có biện
pháp canh tác thích hợp. Khi ngành thổ nhưỡng học hình thành và phát
triển việc phân loại đất theo thành phần cơ giới đã đưa ra tiêu chuẩn cụ
thể trên cơ sở tỷ lệ tuơng đối giữa các cấp hạt. Việc phân loại đất theo
thành phần cơ giới cũng đồng nghĩa với việc gọi tên đất. Cần lưu ý rằng
phân loại đất theo thành phần cơ giới khác với việc phân loại đất (soil

classification) theo nguồn gốc và quá trình hình thành đất.
Trên thế giới có nhiều bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới
khác nhau, nhưng phổ biến nhất là bảng của Liên Xô (cũ), của USDA và
của FAO- UNESCO.Trước đây Liên Xô và LHQ thường trình bày dưới
dạng bảng để đối chiếu và phân loại đất theo thành phần cơ giới. Gần
đây FAO- UNESCO tương tự như USDA trình bày trên tam giác đều.
Sau đây ta tìm hiểu các bảng phân loại đó.
Bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới của Liên Xô dựa vào 2
cấp hạt: sét vật lý và cát vật lý và được áp dụng cho các nhóm đất
potzôn, đất thảo nguyên, đất đỏ, đất vàng, đất mặn riêng biệt. Ðây là sự
khác với bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới của USDA và của
FAO- UNESCO áp dụng cho mọi loại đất không phân biệt nguồn gốc và
quá trình hình thành.
Cách sử dụng bảng này để gọi tên đất cũng rất đơn giản. Ví dụ, một
loại đất potzôn có các cấp hạt:
5 % hạt 0- 0,25 mm 20 % hạt 0,01- 0,005
mm
15 % hạt 0,25- 0,05 mm 10 % hạt 0,005-
0,001 mm
48 % hạt 0,025- 0,01 mm 60 % hạt <
0,001 mm
68 % hạt cát vật lý ( > 0,01mm) 32 % hạt sét vật lý (
< 0,01 mm)
Bảng 8.4 Bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới của Liên Xô
(Kachinxki, 1957)


Sét vật lý(

< 0,01 mm)

Cát vật lý(

> 0,01 mm)
Loại đất
Ðất
potzôn

Ðất
thảo
nguyên,
đất đỏ,
đất
vàng
Ðất
mặn
Ðất
potzôn

Ðất
thảo
nguyên,
đất đỏ,
đất
vàng
Ðất
mặn
Ðất cát rời 0- 5 0- 5 0- 5 100-
95
100- 95

100-
95
Ðất cát dính 5- 10 5- 10 5- 10 95- 90

95- 90 95- 90

Ðất cát pha 10- 20

10- 20 10-
15
90- 80

90- 80 90- 85

Ðất thịt nhẹ 20- 30

20- 30 15-
20
80- 70

80- 70 85- 80

Ðất thịt trung
bình
30- 40

30- 45 20-
30
70- 60

70- 55 80-70
Ðất thị nặng 40- 50

45- 60 30-
40
60- 50

55- 40 70- 60

Ðất sét nhẹ 50- 65

60- 75 40-
50
50-35 40-25 60-50
Ðất sét trung
bình
65- 80

75- 85 50-
65
35- 20

25- 10 50- 35

Ðất sét nặng > 80 > 85 > 65 < 20 < 15 < 35
Tra bảng 8.4, ta dễ dàng gọi tên đất này là đất thịt trung bình.
Ðể tiện lợi cho việc sử dụng USDA cũng như FAO- UNESCO đã
xây dựng tam giác đều, trên đó các phần diện tích tương ứng với những
tên đất đã được tính toán theo bảng phân loại (hình 8.1 và hình 8.2).

Theo đó, ở Mỹ theo thành phần cơ giới đất có 12 tên gọi khác nhau.
1. Ðất sét
2. Ðất sét pha cát
3. Ðất sét pha
limon
4. Ðất thịt pha sét
và limon
5. Ðất thịt pha sét



% cát

100% sét


% sét


% limon

100%


% limon

90

80

70

60

50

40

30

20

10

100

90

80

70


% cát

60

50

40

30

20

10

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1

2

3

4

5

6

7

11

12

8

9

10

6. Ðất thịt pha sét
và cát
7. Ðất thịt pha cát
8. Ðất thịt
9. Ðất thịt pha
limon
10. Ðất limon
11. Ðất cát pha
12. Ðất cát
Hình 8.1 Sơ đồ xác định thành
phần cơ giới đất của

USDA. (Harry Bucknam- Nyle
C. Brady, 1980)
Muốn xác định tên gọi của đất trên sơ đồ này, ta làm như sau: Trên
các cạnh theo chiều tăng dần của sét, limon và cát, lấy 3 điểm ứng với tỷ
lệ các cấp. Từ 3 điểm ta kẻ 3 đường thẳng song song với 3 cạnh: cát, sét
và limon. Ðiểm gặp của 3 đường ở miền nào ta có tên gọi của đất ở đó.
Ví dụ, đất A có 15 % sét + 25 % limon + 60 % cát; lần lượt ta kẻ đường
xuất phát từ 15 % sét song song với cạnh cát; từ điểm 25 % limon ta kẻ
đường thứ 2 song song với cạnh sét và từ điểm 60 % cát ta kẻ đưòng
song song với cạnh limon. Ba đường này gặp nhau tại miền số 7, ta có
tên đất là đất thịt pha cát.
Năm 1976 FAO- UNESCO có sự thay đổi nhỏ trong việc phân loại
đất theo thành phần cơ giới, kết quả được trình bày trên sơ đồ tam giác
cơ giới (hình 8.2). Tương tự, ta cũng sử dụng kỹ thuật nêu trên để tìm và
gọi tên đất theo thành phần cơ giới trong sơ đồ hình tam giác đều FAO-
UNESCO đưa ra. Theo đó đất có 6 tên gọi chính được chia thành 16 tên
phụ ứng với 16 miền trên sơ đồ







100

clay- sét (%)
Limon
(%)

50

40

30

20

10

50

60

70

80

90

Sét rất
mịn
Sét pha
Sét pha
limon

Sét mịn

Sét

Hình 8.2 Sơ đồ xác định thành phần cơ giới đất

của FAO- UNESCO

1.5. Tính chất các loại đất có thành phần cơ giới khác nhau và biện
pháp cải tạo
Do thành phần hoá học cũng như tính chất của các cấp hạt khác nhau
nên các loại đất có thành phần cơ giới khác nhau có độ phì nhiêu khác
nhau. Từ đó việc sử dụng cũng như biện pháp cải tạo chúng đựoc áp
dụng khác nhau cho phù hợp và hiệu quả. Sau đây ta so sánh 3 loại đất
có thành phần cơ giới khác nhau: đất cát, đất sét và đất thịt.
+ Ðất cát
Là loại đất trong đó tỷ lệ cấp hạt cát lớn, có thể đạt tới 100 %. Ðất
cát có những ưu nhược điểm sau:

 Do các hạt có kích thước lớn nên tổng thể tích khe hở, lớn nhất là khe
hở phi mao quản, từ đó nước dễ thấm xuống sâu và đồng thời cũng
dễ bốc hơi nên dẫn tới đất dễ bị khô hạn.
 Trong đất cát điều kiện ôxy hoá tốt nên chất hữu cơ bị khoáng hoá
mạnh dẫn đến đất nghèo mùn.
 Ðất cát dễ bị đốt nóng vào mùa hè và cũng dễ mất nhiệt trở nên nguội
lạnh vào mùa đông, bất lợi cho cây trồng và vi sinh vật phát triển.
 Ðất cát rời rạc, dễ cày bừa giảm công làm đất, nhưng nếu mưa to hay
tưới ngập, đất thường bị lắng rẽ, bí chặt.
 Ðất cát chứa ít keo nên khả năng hấp phụ thấp, khả năng giữ nước giữ
phân (chất dinh dưỡng) kém. Vì vậy nếu bón nhiều phân tập trung
vào một lúc cây không sử dụng hết, một phần lớn bị rửa trôi do đó
gây lãng phí. Trên đất cát khi bón phân hữu cơ nhất thiết phải vùi sâu
để giảm sự "đốt cháy".
 Ðất cát thích hợp với nhiều loại cây trồng có củ như khoai lang, khoai
tây, lạc Trong đất cát rễ và củ dễ dàng vươn xa và ăn sâu mà không
bị chèn ép. Các cây họ đậu có khả năng cộng sinh với vi khuẩn nên
cũng có thể thích ứng trên đất cát. Một số vùng đất cát người ta còn
trồng các loại: dưa hấu, dưa lê hay vừng, kê; thậm chí cây đặc chủng
như thuốc lá cũng được trồng trên đất cát.
Thực tế sản xuất trên đất cát, do cơ sở vật chất không cho phép
chúng ta cải tạo thành phần cơ giới bằng đưa sét vào. Muốn đạt năng
suất cao nhất chỉ có thể bố trí những loại cây trồng phù hợp với đất cát
đồng thời áp dụng những kỹ thuật canh tác hợp lý. Tuy vậy một số vùng
đất cát trong phẫu diện dưới tầng cát có tầng sâu(subsoil horizon) với tỷ
lệ sét cao, ta có thể cày sâu lật sét lên tầng mặt. Lúc đó nhất thiết phải
tăng cường phân bón nhất là phân hữu cơ để cải thiện được độ phì và
cho năng suất cao.
+ Ðất sét.
Ðất sét là loại đất trong đó cấp hạt sét chiếm tỷ lệ cao, ngược lại

tỷ lệ cát thấp hoặc không có. Khi xét về đất sét ta cần lưu ý đến trạng
thái kết cấu của đất. Nếu đất sét không có kết cấu hay kết cấu kém thì
có những ưu nhược điểm dưới đây:
 Hạt sét bé nên khe hở giữa chúng nhỏ dẫn đến thoát nước kém dễ bị
úng gây tác hại cho cây trồng cạn.
 Ðộ thoáng khí thấp nên dễ gây ra glây hoá, xác hữu cơ phân giải
chậm, lượng chất hữu cơ tích luỹ nhiều hơn.
 Ðất chứa nhiều sét hơn nên sức cản lớn, tính dính cao gây khó khăn
hơn cho việc làm đất.
 Do nhiều sét nên đất có khả năng hấp phụ lớn, các chất ít bị rửa trôi,
tính đệm cao
hơn. Ngoài ra độ ẩm cây héo cao hơn nhiều đã làm giảm lượng nước
hữu hiệu so với đất cát.
 Tuy nhiên, nếu đất sét chứa nhiều chất hữu cơ trở nên có kết cấu tốt
thì lại là một loại đất lý tưởng nhờ khả năng cung cấp chất dinh
dưỡng, nước, không khí được cải thiện thoả mãn cho cây trồng.
+ Ðất thịt.
Ðất thịt là loại đất có tỷ lệ của các cấp hạt cũng như các đặc tính lý
hoá học nằm trung gian giữa 2 loại đất cát và đất sét. Thường đất thịt có
mặt đầy đủ cả 3 cấp hạt cát, limon và sét. Nếu là đất thịt nhẹ thì tỷ lệ cấp
hạt cát lớn, ngược lại đất thịt nặng tỷ lệ cấp hạt cát giảm mà tỷ lệ cấp hạt
sét tăng.
Nói chung đất thịt trung bình là tốt vì vừa có những đặc tính lý, hoá
học và sinh học phù hợp cho nhiều loại cây trồng vừa dễ làm đất và
chăm bón lại có năng suất cao.
1.6. Phương pháp phân tích thành phần cơ giới
Sau khi đã áp dụng các phương pháp thích hợp để phân tán các phần
tử cơ giới, ta tiến hành tách các cấp hạt từ mẫu đất. Có 2 nhóm phương
pháp cơ sở, đó là sa lắng và dòng chảy. Thuộc nhóm thứ nhất có các
phương pháp của Atterberga, phương pháp pipet (ống hút) của Koln-

Kachinxki, phương pháp tỷ trọng kế của Bouyoucos được Cassagrande
và Proszynski cải tiến; thuộc nhóm thứ hai có phương pháp của Schony
và phương pháp của Kopexki. Gần đây người ta áp dụng phương pháp li
tâm để tách các cấp hạt bé nhất.
Hiện nay phương pháp pipet được dùng phổ biến ở Việt Nam, trong
một số trường hợp người ta cũng sử dụng cả phương pháp li tâm.
 Phương pháp pipet
Ðịnh luật sa lắng của Stockes nói rằng, tồn tại một sự phụ thuộc
giữa lực cản vật rơi trong môi trường phân tán (w) với kích thước vật
rơi, với tốc độ rơi và với độ nhớt chất lỏng.
w = 6  k r v
(1)
Trong đó: w tính theo dyn, r theo cm, v theo cm/s và k theo g/cm/s.
Khi vật rơi trong nước lực đẩy Archimedes (F) được tính theo công
thức
F = (M - M
1
) g
(2)
Trong đó: M là khối lượng vật rơi lý tưởng = 4/ 3  r
3
D
1

D
1
là tỷ trọng vật rơi
r là bán kính vật rơi
M
1

là khối lượng chất lỏng do vật rơi chiếm = 4/ 3  r
3

D
2

D
2
là tỷ trọng của chất lỏng
g là gia tốc tự do = cm/s
2

Thay vào công thức (2), ta có: F = 4/3  r
3
(D
1
- D
2)
g
(3)
Cân bằng công thức (1) và (3), ta có: 6  k r v= 4/3  r
3
(D
1
- D
2)
g
(4)
Giả sử: đất thịt có tỷ trọng 2,65; tỷ trọng của nước là 0, 99823 ở 20
0

C; độ nhớt của nước là 0,0101 g/cm/s; gia tốc rơi tự do là 981 cm/ s
2
.
Sau khi biến đổi ta thu được:
v = 35652 r
2
= 35652
4
d

2
d
= r =
35652
v

(5)
Tốc độ rơi của vật v=
t
h
. Trong đó: h- chiều cao vật rơi,
(6)
t- thời gian vật rơi
Từ công thức vận tốc rơi v = 35652
4
d
2
, ta có
t
h

= 35652
4
d
2
suy ra:
d = 2
t35652
h
với d là bán kính vật rơi (cm)
(7)
Như vậy nếu định sẵn tại thời điểm đo nào đấy, ta sẽ thu được các
hạt rơi trong phạm vi kích thước d với giả thiết vật rơi tròn.
Phương pháp pipet chính xác đối với các cấp hạt từ 0,1 mm đến 0,001
mm. Vì thế các cấp hạt lớn hơn ta dùng phương pháp rây còn những cấp
hạt bé hơn ta nên dùng phương pháp li tâm.
 Phương pháp li tâm
Trên cơ sở định luật sa lắng của Stockes, G. Wiegner đã cải tiến thành
phương pháp ly tâm.
v =
t
h
g
k
DD
r
9
2
1
21
2



r
2
; g
1
= 4
2
.n
2
.r
1

r =
)-( trn8
kh9
)-( t2
kh9
r
DD
g
DD 21
1
22
1
21




D
D
tr
n
211
2 2
- 2
kh 9
dr2



(8)

Trong đó: d - đường kính hạt li tâm D
1
- tỷ trọng của đất
r - bán kính hạt li tâm D
2
- tỷ

trọng của
nước
h - chiều cao cột nước li tâm (cm) g
1
- gia tốc rơi tự
do
k - độ nhớt nước n - tốc độ quay
(vòng/ s)

t - thời gian hạt rơi (s) r
1
- bán kính li tâm
2. Kết cấu đất
2.1. Khái niệm chung về kết cấu
Ta gọi một trạng thái ở đó đất có cấu tạo hạt kết (đoàn lạp-
Aggregate) đảm bảo cho cây trồng có điều kiện thích hợp về chế độ
nước, không khí và nhiệt là kết cấu đất.
Trong đất có kết cấu, tồn tại một trạng thái cân bằng, kết quả là các
khe hở và các đoàn lạp được duy trì. Ngược lại trạng thái này bị phá vỡ
thì đất mất kết cấu. Một trạng thái cân bằng như vậy chỉ có thể tồn tại ở
những môi trường thổ nhưỡng nhất định. Con người có thể tác động vào
đất thông qua những kỹ thuật canh tác thích hợp như làm đất tối thiểu,
phân bón, thuỷ lợi và đặc biệt là hệ thống cây trồng để tạo ra một trạng
thái kết cấu tốt.
Khái niệm kết cấu trong thực tế nông nghiệp được hiểu là "cấu tạo
đất có hạt kết" (có đoàn lạp). Nhưng kết cấu hiểu đúng bao gồm:
 Cấu tạo hạt kết (đoàn lạp)
 Hệ thống và độ hổng đất.
Biểu hiện bề ngoài của kết cấu đất là cấu tạo hạt kết. Ở một số loại
đất, ngay cả trong một phẫu diện đất các hạt kết (đoàn lạp) không được
hình thành, ví dụ, trong đất cát thô hay trong mẫu chất. Ðất như vậy ta
gọi là đất không hạt kết. Từ đó, ta có thể phân biệt 2 dạng cấu tạo đất
như sau:
 Cấu tạo không hạt kết (rời rạc và khối đặc).
 Cấu tạo hạt kết (cấu tạo đoàn lạp). Cấu tạo hạt kết lại chia ra cấu tạo
tự nhiên và cấu tạo nhân tạo (trong đất trồng trọt).

Hình 8.3 Ðất cấu tạo hạt kết tự nhiên
a- hạt kết hạt, b- hạt kết viên hạt, c- hạt kết cục có góc cạnh,

d- hạt kết lăng trụ, e- hạt kết hình cột và hình trụ, f- hạt kết tấm (vỉa).

Cấu tạo hạt kết tự nhiên có trong đất tự nhiên không trồng trọt như đất
rừng, đất thảo nguyên (đồng cỏ tự nhiên) hay các tầng dưới sâu của phẫu
diện đất trồng trọt. Ta có thể chia các loại hạt kết tự nhiên ra (hình 8. 3):
 hạt kết hạt
 hạt kết viên hạt
 hạt kết cục có góc cạnh
 hạt kết lăng trụ
 hạt kết khối hình trụ (cột)
 hạt kết tấm (vỉa).

Trong đất trồng trọt ở tầng canh tác có thể phân biệt các dạng hạt kết
sau (hình 8.4):
 hạt kết viên hạt
 hạt kết cục nhẵn cạnh
 hạt kết cục nhẵn cạnh lớn.



a b
Hình 8.4. Đất cấu tạo hạt kết nhân tạo
a- hạt kết viên hạt, b- hạt kết cục nhẵn cạnh lớn

2.2. Cấu tạo không hạt kết
Cấu tạo không hạt kết rời rạc (hạt đơn) có trong đất cát, khi các hạt
cơ giới không liên kết với nhau (hình 8.5 a). Ðất như vậy rời rạc, dễ bị
xói mòn bề mặt. Ðiển hình là các đất cát, đất xám bạc màu trên phù sa
cổ. Về lý thuyết ta có thể tạo kết cấu qua việc bón chất hữu cơ các loại
hay trồng cây họ đậu, tuy nhiên yếu tố hạn chế sự tạo thành kết cấu

chính là nước. Nước ít, xác hữu cơ bị đốt cháy, mùn được hình thành
không đáng kể. Người ta cũng đã thử nghiệm làm kết cấu nhân tạo bằng
các hợp chất tạo kết cấu. Đó là các dẫn xuất của axit acrilic. Nhưng do
không kinh tế và có thể gây ô nhiễm nên những hợp chất này cũng
không sử dụng trong thực tế.


a b
Hình 8.5. Cấu tạo đất không hạt kết
a- Các hạt rời; b- Khối đặc (không khe hở)
(H. Uggla. 1976)
Cấu tạo không khe hở (khối đặc) thường thấy ở những tầng dưới
trong đất cơ giới nặng nơi có điều kiện nước- không khí không điều hoà.
Toàn bộ khối lượng đất (có độ xốp rất bé) bao gồm các hạt liên kết chặt
chẽ với nhau, gây ra bí chặt (hình 8.5 b). Từ một khối đất, khi ta tác
động bằng một lực không thu được các hạt kết bé. Ðương nhiên tầng
mặt của đất này không thể hiện hoàn toàn cấu tạo không khe hở do ít
nhiều tồn tại một lượng hữu cơ và hoạt động sinh học.
2.3. Cấu tạo hạt kết
a. Các dạng hạt kết đất tự nhiên
Hạt kết hạt
Hạt kết hạt tồn tại trong đất giàu chất hữu cơ, và có mặt của hạt sét
và hạt limon, đặc biệt là dưới đồng cỏ, rừng tự nhiên hay đất trồng trọt
thâm canh cao. Ta có thể dễ dàng gặp dạng hạt kết này ở đất đen, đất
xám feralit hay tầng canh tác đất phù sa sông Hồng. Kích thước của
những hạt này khác nhau, có thể như hạt ngô, hạt cốc ba cạnh Các hạt
kết khá bền trong nước. Các nghiên cứu chỉ ra rằng trong quá trình trồng
trọt các hạt kết này có thể chuyển thành dạng viên hạt lớn khi chúng có
điều kiện liên kết lại với nhau.
Hạt kết viên hạt

Trong đất chứa một
lượng chất hữu cơ nhất
định như đất đồng cỏ, đất
rừng tự nhiên hay đất
trồng trọt có thành phần
cơ giới thịt pha limon,
pha cát, ta thường gặp
loại hạt kết này. Chúng
có dáng hình tròn không
theo một quy tắc nào cả,
tạo ra độ hổng lớn, có thể
dễ dàng bóp ra các hạt bé
hơn (hình 8.6) và thường
bám vào rễ cỏ hay rễ cây
họ đậu. Ở nước ta có thể
gặp loại hạt kết này ở đất
phù sa sông Hồng trồng
rau, đậu hoặc đất đen
cacbonat.

Hình 8.6 Cấu tạo hạt kết trong
phẫu diện đất đen
(H. Uggla. 1976)
Hạt kết cục có góc cạnh
Dạng hạt kết này thường gặp ở tầng A
3
ở đất rừng hay tầng canh
tác đất phù sa. Kích thước của hạt kết có thể từ 5 đến 15 mm với các
khối đa giác khác nhau (hình 8.7).

Hình 8.7 Ðất cấu tạo hạt kết cục có góc cạnh (ảnh T. Bortkiewicz)
Cấu tạo khối lăng trụ
Các hạt kết có dạng kéo dài rõ rệt (hình 8.8). Ta thường gặp ở tầng
phía dưới phẫu diện đất có thành phần cơ giới nặng. Ví dụ, gặp ở các
tầng sâu trong đất phù sa thịt nặng, đất mặn đã được cải tạo do trồng lúa
nhiều năm, đất xám phát triển trên phiến sét Dưới sâu phẫu diện hàm
lượng mùn ít dẫn đến các hạt kết này không có độ bền cao, dễ bị trương
và co. Kích thước của các khối lăng trụ 10-50 mm



Hình 8.8 Cấu tạo hạt kết lăng trụ (ảnh T.
Bortkiewicz)
Hạt kết khối hình trụ, cột
Những hạt kết có xu thế kéo dài theo một phía và kích thước 10- 50
mm hay hơn. Cấu tạo dạng này (hình 8.9) dễ thấy ở các tầng sâu đất phù
sa. Hạt kết hình cột khác với hình trụ ở chỗ, mặt trên hình cột gần như là
hình tròn. Hạt kết cột ta gặp trong đất mặn kiềm lục địa.




Hình 8.9. Cấu tạo hình cột dưới sâu đất mặn phát triển bột sét
(ảnh T. Bortkiewwicz)

b. Cấu tạo hạt kết tầng canh tác
Trong quá trình canh tác, cấu tạo hạt kết của đất dần dần bị thay đổi.
Chủ yếu gây ra thay đổi này là do tác dụng cơ học của dụng cụ, trâu bò
Làm đất khi quá ẩm làm các hạt kết dính chặt với nhau và tạo nên "vai"

cày lớn. Ngược lại làm đất lúc quá khô đưa đến các hạt kết bị vỡ vụn.
Nhìn chung, làm đất quá ẩm là bất lợi và sau đó gây ra lớp đất cứng rắn
trên mặt.
Hạt kết viên hạt
Trong đất canh tác hợp lý, đạt được mức độ thuần thục nhất định,
trạng thái kết cấu có lợi cho sự phát triển của cây trồng sẽ xuất hiện mà
đặc trưng là các đoàn lạp viên hạt (kết cấu viên hạt). Các đoàn lạp này
có hình dạng và kích thước tương đối đồng nhất (hình 8.10).



Hình 8.10 Cấu tạo hạt kết viên hạt (ảnh T. Bortkiewwicz)
Những hạt này khi bóp nhẹ dễ dàng tạo ra các hạt bé hơn trên tay
ta. Các đoàn lạp này đặc trưng bởi độ xốp lớn. Vật liệu kết gắn các đoàn
lạp bé thành đoàn lạp lớn ở đây chủ yếu là chất hữu cơ và keo sét. Ðộng
vật đất, nhất là giun đất đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong quá trình
hình thành đoàn lạp.
Hạt kết cục bé và hạt kết cục lớn
Trong đất nghèo chất hữu cơ, ngay cả khi canh tác làm đất hợp lý,
các hạt đất nhẵn cạnh, hơi tròn nhưng kém xốp được hình thành. Những
hạt kết như vậy gọi là hạt kết cục nhẵn cạnh (hình 8.11).

A B
Hình 8.11 Cấu tạo hạt kết cục nhẵn cạnh (ảnh T. Bortkiewwicz)
A- Cục nhẵn cạnh bé B- Cục nhẵn cạnh lớn

Trong đất thành phần cơ giới nặng, làm đất quá ẩm có thể tạo ra
đoàn lạp cục nhẵn cạnh lớn. Những cục này khi làm đất phải dùng các
nông cụ có độ rung lớn mới có thể tách ra các hạt bé. Ta có thể cải thiện
độ xốp của đất có kết cấu cục bằng nâng cao hàm lượng mùn như bón

phân hữu cơ, bón vôi, trồng cây họ đậu
2.4. Hệ thống và độ hổng đất
Một nhân tố hết sức quan trọng của kết cấu đất là khoảng trống giữa
các hạt sơ cấp (cơ giới) và các đoàn lạp. Các loại hạt thứ nhất và cả loại
hạt thứ hai có thể sắp xếp rời rạc (trong đất cát) hoặc không khe hở
(trong đất sét). Hệ thống các hạt càng tơi, độ xốp đất càng lớn. Tính chất
này phụ thuộc không chỉ vào sự sắp xếp giữa các đoàn lạp mà cả vào độ
hổng bên trong các đoàn lạp. Tính chất đặc trưng của hệ thống đoàn lạp
và cả độ hổng của chúng là dung trọng. Dung trọng càng bé thì hệ thống
càng tơi xốp. Dung trọng của đất sẽ được nói ở chương X.
Trong thực tế sản xuất nông nghiệp ta phân biệt các hệ thống đất cơ
sở và hệ thống chuyển tiếp sau đây:
 hệ thống rời rạc
 hệ thống bí
 hệ thống rất bí
 hệ thống bở- dính
 hệ thống dính
 hệ thống hơi bở
 hệ thống bở

Hệ thống rời rạc có ở đất thiếu sự liên kết của các hạt cơ giới. Ta
gặp trong đất cấu tạo không đoàn lạp- hạt rời như trong đất cát.
Hệ thống bở đặc trưng cho đất có kết cấu là những đoàn lạp viên
hạt, xốp. Ta thường gặp ở tầng canh tác, tầng tích luỹ mùn trong đất tự
nhiên; đất có thành phần cơ giới là thịt nhẹ, thịt trung bình.
Hệ thống bở-dính có thể gặp ở các tầng dưới đất canh tác hay các
đất khác; thường là những đất có thành phần cơ giới là thịt nhẹ, thịt
trung bình hay thịt pha sét. Ðất thường có cấu tạo đoàn lạp cục góc cạnh
(khối đa mặt).
Hệ thống dính thường gặp ở những tầng sâu trong đất canh tác hay

dưới tầng tích luỹ mùn đất tự nhiên; thường là những đất có thành phần
cơ giới là thịt trung bình hay thịt pha sét. Ðất có cấu tạo đoàn lạp khối
lăng trụ. Ðất này thường thấm nước tốt nhưng khi mưa nhiều hay tưới
đẫm dễ trương lên trở thành khó thấm nước.
Hệ thống bí hay gặp ở độ sâu từ trung bình trở xuống trong phẫu
diện đất có thành phần cơ giới nặng như đất thịt pha sét hay đất sét. Các
hạt đất dính chặt vào nhau làm cho nước không thoát được. Những đất
này thường có cấu tạo không đoàn lạp nghĩa là khối đặc.
Hệ thống rất bí. Hệ thống này ta gặp ở đất rất nặng, tỷ lệ sét có thể
đạt 50-60 %. Trong đất này quá trình khử xảy rõ rệt.
Ðộ hổng của các đoàn lạp trong đất thường liên quan tới hoạt động
của hệ thống rễ cây chủ yếu là rễ nhỏ, động vật đất, vi sinh vật đất. Các
lỗ hổng bé cũng như lớn có thể nhìn thấy được trên vi mẫu lát mài (hình
8.12).

Hình 8.12 Lát mài đất có khe hở lớn rõ ràng (H. Uggla)
2.5. Sự hình thành hạt kết
a. Cơ chế hình thành hạt kết
Theo các nhà khoa học Tiurin (1936), Matson (1938), Kataraep
(1945) , sự tạo thành hạt kết gắn liền với trạng thái ngưng tụ của keo
đất. Như vậy đất có cấu tạo hạt kết hay không chính là do keo ở trạng
thái ngưng tụ (gel) hay phân tán (sol) (hình 8.13).



Hình 8.13 Sơ đồ cấu tạo (Ðuysôphua, 1965)
a-đất có cấu tạo đoàn lạp b- đất không có cấu tạo đoàn lạp

Chúng ta biết rằng, các keo đất mang điện khi tiếp xúc với nhau sẽ
ngưng tụ. Các keo đất mang điện trái dấu hoặc cùng dấu nhưng điện thế

khác nhau chúng luôn có xu thế liên kết với nhau để trung hoà điện. Ðầu
tiên là 2 hạt keo liên kết với nhau để tạo nên hạt kết bé (cấp 1), chúng
chưa trung hoà về điện sẽ liên kết với cặp bên cạnh lập nên hạt kết lớn
hơn (cấp 2) nhưng vẫn chưa đạt trạng thái trung hoà. Tương tự như vậy
đến cấp thứ n thì hoặc đã trung hoà về điện hoặc do mối liên kết giữa hạt
cấp n và những hạt cấp 1, 2 quá yếu. Ðến đây cấp hạt thứ n không còn
khả năng tạo lập cấp hạt thứ n+1 nữa, hạt kết ổn định tại đây. Cơ chế
này được Kachinxki minh họa như trên hình 8.14.

(
-
)
(
+
)
a
(+)
b
(-)
a
(-)
(+)
b
(+)
c
(+)
(
+
)
a

(
-
)
b
(-)
(-)
a
(-)
(+)
b
d
(+)
c
(
-
)
(+)
a
(+)
b
(-)
(-)
(+)
(+)
c
(+)
(+)
a
(
-

)
b
(-)
a
(-)
(+)
b
(-)
d
c
b
(-)


Hình 8.14 Sơ đồ hình thành hạt kết (Kachinxki 1957)