KEO ÐẤT VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ÐẤT

Chương V
KEO ÐẤT VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ÐẤT

1. Keo đất
1.1. Khái niệm
Ðất là một hệ thống đa phân tán phức tạp bao gồm các hạt có kích thước khác
nhau. Keo đất là những hạt rất ít tan trong nước, có đường kính rất nhỏ. Về kích thước
của hạt keo giữa một số tác giả không thống nhất. Ðường kính hạt keo dao động từ 0,01
- 10 m (1 m = 10
-6
m) (Garrison Sposito), hoặc nhỏ hơn 1 m (Nyle C. Brady, Ray R.
Well, Hinrich L. Bohn, Brian L. McNeal, George A. O'connor), hoặc nhỏ hơn 0,2 m
(A.E. Vozbutskaia) hoặc bán kính nhỏ hơn 1 m (Van Olphen), Do kích thước của keo
nhỏ như thế nên chúng thường lơ lửng trong dung dịch, có thể chui qua giấy lọc phổ
thông và chỉ quan sát được cấu tạo của chúng bằng kính hiển vi điện tử. Số lượng keo
trong đất rất khác nhau tuỳ theo loại đất, từ 1 - 2% (đất cát) đến 40 - 50% khối lượng đất
(đất sét nặng). Ngay cả khi có hàm lượng rất nhỏ trong đất, keo đất vẫn là đại diện chủ
yếu cho khả năng hấp phụ của đất
Trong đất có keo vô cơ, keo hữu cơ và keo phức tạp hữu cơ- vô cơ. Những keo
vô cơ được tạo thành do tác dụng phong hoá đá hoặc do sự ngưng tụ các phân tử trong
dung dịch, keo hữu cơ tạo thành do quá trình biến hoá xác hữu cơ trong đất. Keo vô cơ
kết hợp với keo hữu cơ thành keo hữu cơ - vô cơ.
Cấu tạo chung của keo đất (hình 5.1) như sau: phần trong cùng của hạt keo
(mixen keo) là nhân keo, đó là một hợp chất phức tạp có cấu tạo vô định hình hoặc tinh
thể. Thông thường keo vô cơ có nhân là axit silisic, nhôm silicat, oxyt sắt, oxyt nhôm
Keo vô cơ bền, nó chỉ bị phá huỷ sau một thời gian dài. Keo hữu cơ có nhân là axit
humic, axit fulvic, prôtit hoặc cenlulo. Keo hữu cơ kém bền, nó có thể bị phá huỷ rồi lại
tạo thành ngay từ các sản phẩm phân giải xác động vật, thực vật.
L
í
p

®
i
Ö
n

k
Ð
p
L
í
p

®
i
Ö
n

b
ï
M
i
x
e
n

k
e
o
H

¹
t

k
e
o
V
i

l
¹
p
Ion
Ion
Nh©n

t
h
Õ
k
h
u
Õ
c
h
t
¸
n
k
h

«
n
g
d
Þ
c
h
c
h
u
y
Ó
n
Ion
q
u
y
Õ
t
®
Þ
n
h
-
-
-
-
-
-
-

-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
D
u
n
g
d
Þ
c
h
q
u
a
n
h
k
e
o
Hình 5.1. Sơ đồ cấu tạo mixen keo (theo N.I. Gorbunov)
Theo Gorbunov keo đất có cấu tạo như sau: trong cùng là nhân keo, trên mặt
nhân keo có lớp điện kép, lớp nằm sát hạt nhân gọi là lớp ion quyết định thế, lớp ion

ngoài mang điện trái dấu gọi là lớp ion bù. Ða số ion của lớp ion bù nằm sát lớp ion
quyết định thế gọi là tầng ion không di chuyển, những ion còn lại nằm xa cách tầng ion
quyết định thế làm thành tầng ion khuếch tán.
Ða số keo đất có lớp ion quyết định thế mang điện âm. Ðiều cần lưu ý là trong
đất những ion trên lớp điện bù có thể trao đổi với những ion trong dung dịch tiếp xúc
với nó nên gọi là "tầng ion trao đổi". Tổng số cation trên tầng ion trao đổi tính bằng số
ly đương lượng gam (meq) trong 100 gam đất khô gọi là dung tích hấp phụ của đất.
Keo đất giữ vai trò rất quan trọng vì chúng quyết định nhiều tính chất cơ bản của
đất về mặt lý học, hoá hoc, đặc biệt là đặc tính hấp phụ của đất. Bởi vậy những lý luận
về keo được vận dụng rộng rãi trong lĩnh vực phân loại đất, cải tạo đất và bón phân cho
đất.
1.2. Ðặc tính cơ bản của keo đất
Khi nghiên cứu keo đất người ta thấy có 4 đặc tính quyết định nhiều tính chất cơ
bản của đất, đó là:
a. Keo đất có tỷ diện lớn
Tỷ diện là tổng số diện tích bề mặt của một đơn khối lượng (g) hoặc một đơn vị
thể tích (cm
3
). Diện tích bề mặt của các hạt có kích thước khác nhau được thể hiện ở
bảng 5.1. Keo đất có kích thước rất bé nên tỷ diện của nó rất lớn. Theo số liệu ở bảng
5.1, số lượng keo đất chỉ bằng 4% khối lượng pha rắn của đất, nhưng có diện tích bề
mặt bằng 80% tổng diện tích bề mặt của đất. Như vậy đất sét có tỷ diện lớn nhất rồi đến
đất thịt và bé nhất là đất cát.
Bảng 5.1. Vai trò của kích thước hạt trong sự hình thành diện tích bề mặt
của đất thịt trung bình
Kích thước hạt
(mm)
Hàm lượng
(%)
Diện tích bề mặt (m

2
/1g đất) % bề mặt tổng số
0,25 - 0,05 17 0,5 0,2
0,05 - 0,01 50 4,1 1,7
0,01 - 0,005 20 9,9 4,1
0,005 - 0,001 6 12,7 5,2
0,001 - 0,0001 3 18,8 7,8
0,0001 4 194,0 81,0
Tổng số 100 240,0 100,0
b. Keo đất có năng lượng bề mặt
Các phân tử trong hạt keo chịu những lực tác động xung quanh như nhau nên
không có gì đặc biệt. Phân tử trên bề măt hạt keo chịu các lực tác động xung quanh khác
nhau vì nó tiếp xúc với thể lỏng hoặc thể khí bên ngoài. Do các lực này không thể cân
bằng lẫn nhau được, từ đó sinh ra năng lượng tự do, sinh ra năng lượng bề mặt chỗ tiếp
xúc giữa các hạt keo với môi trường xung quanh. Thành phần cơ giới đất càng nặng thì
tỷ diện càng lớn và do đó năng lượng bề mặt càng lớn, khả năng hấp phụ vật chất càng
cao.
c. Keo đất có mang điện
Ðây là một đặc tính rất quan trọng của keo đất mà các hạt đất có kích thước lớn
không có. Do hạt keo có kích thước rất nhỏ nên hạt nhân của keo có thể hấp phụ lên trên
bề mặt các ion khác nhau. Sự hấp phụ này phụ thuộc vào bản chất của keo. Tuỳ thuộc
vào cấu trúc của hạt keo mà keo đất có thể mang điện âm hoặc điện dương. Trong đất có
keo âm, keo dương và keo lưỡng tính. Phần lớn keo đất mang điện âm
d. Keo đất có tác dụng ngưng tụ
Keo đất có thể tồn tại ở hai trạng thái khác nhau: trạng thái keo tán (sol) và trạng
thái keo tụ (gel). Khi những hạt keo phân bố trong một thể tích nước thì chúng nằm xa
cách nhau, đó là trạng thái sol (hay hydrosol). Trong trường hợp này môi trường phân
tán là nước, tướng phân tán là các hạt keo. Như thế sol chỉ keo ở trạng thái lơ lửng trong
chất lỏng. Hiện tượng này do các nguyên nhân: do thế điện động (điện thế zeta) làm cho
các hạt keo đẩy nhau không tiến lại gần nhau được, hoặc do màng nước bao bọc ngoài

keo ngăn cản không cho chúng dính liền nhau.
Song trong thiên nhiên lại có cả quá trình ngưng tụ, nghĩa là quá trình biến sol
thành gel. Quá trình này chỉ xảy ra khi keo bị trung hoà điện hoặc sức hút giữa chúng
lớn hơn sức đẩy. Sự ngưng tụ keo có thể do những nguyên nhân chính sau:
+ Keo ngưng tụ do tác dụng của chất điện giải: đây là nguyên nhân chủ yếu. Ion
chất điện giải tiếp xúc với hạt keo, điện của keo sẽ bị trung hoà bởi ion mang điện trái
dấu. Ta biết, đa số keo đất mang điện âm nên nói chung chúng bị ngưng tụ do có cation
trong dung dịch đất. Do chất điện giải là một muối, các ion của muối này hydrat hoá lấy
nước của hạt keo, làm giảm bề dày màng nước giúp cho chúng có thể gần nhau; mặt
khác ion muối ngăn cản khả năng điện phân của các cation trao đổi làm giảm điện thế
zeta. Cả 2 nguyên nhân đó dẫn tới hiện tượng keo đất liên kết với nhau mà ngưng tụ.
Hoá trị của cation càng cao thì sức ngưng tụ keo càng mạnh. Nghiên cứu sự ngưng tụ
keo sét Gedroiz thấy rằng sức ngưng tụ của cation hoá trị 2 lớn gấp 25 lần cation hoá trị
1, cation hoá trị 3 gấp 10 lần cation hoá trị 2 (bảng 5.2). Các cation hoá trị 1 như Na
+
,
K
+
, H
+
có tác dụng ngưng tụ nhưng không bền, khi chất điện giải trong dung dịch bị rửa
trôi thì xảy ra hiện tượng tán keo.
Bảng 5.2. Sự ngưng tụ keo sét phụ thuộc hoá trị chất điện giải
Hoá trị Chất điện giải Nồng độ chất điện giải khi keo bắt đầu ngưng tụ (N)
1
1
1
NaCl
NH
4

Cl
KCl
0,015 - 0,0125
0,025 - 0,0125
0,025 - 0,0125
2
2
MgCl
2
CaCl
2
0,0012 - 0,0005
0,0012 - 0,0005
3
3
AlCl
3
FeCl
3
< 0,000125
< 0,000125
+ Keo ngưng tụ do hiện tượng mất nước: tuỳ khả năng giữ nước người ta chia
keo thành keo ưa nước và keo ghét nước. Keo ưa nước trên bề mặt có những phân tử
nước hoặc chất lỏng như dung dịch đất. Những keo ưa nước như gelatin, axit silicic,
nhựa cây, một vài chất hữu cơ trong đất, một số keo sét Keo ghét nước như hydroxít
sắt, kaolinit Chúng không có màng nước xung quanh nên dễ ngưng tụ, chỉ cần dùng
dung dịch muối nồng độ thấp. Trái lại các keo ưa nước chỉ ngưng tụ trong trường hợp
chất điện giải ở nồng độ cao. Những lúc thời tiết hanh khô hoặc hạn hán kéo dài làm
cho đất khô thì keo ưa nước cũng có thể ngưng tụ do màng nước quanh nó bị mất.
+ Keo ngưng tụ do sự liên kết hai hạt keo mang điện trái dấu

Như trên đã nói, đa số keo đất mang điện âm. Tuy nhiên vẫn gặp một số keo
mang điện dương như keo Fe(OH)
3
, Al(OH)
3
, khi keo âm và keo dương kết hợp với
nhau, sau lúc trung hoà điện tạo thành gel hỗn hợp. Nếu số lượng keo âm nhiều gấp bội
keo dương thì các keo âm bao bọc keo dương tạo thành màng bảo vệ mang điện âm, kết
quả lại tạo thành sol.
1.3. Phân loại keo đất
Những keo đất phổ biến là axit humic, axit silicic, hydroxyt sắt, nhôm và keo
sét. Nói chung hàm lượng keo phụ thuộc tỷ lệ sét và mùn trong đất, đất càng nhiều sét
và mùn thì càng chứa nhiều keo. Dựa vào tính mang điện, thành phần hoá học người ta
phân loại keo đất như sau:
a. Dựa vào tính mang điện
Theo tính mang điện của keo, có thể chia keo đất thành các loại: keo âm, keo
dương và keo lưỡng tính,
+ Keo âm (asidoit)
Trên mặt nhân keo mang điện âm hay nói cách khác là lớp ion quyết định thế là
những anion. Các ion trên lớp điện bù là H
+
hoặc các cation khác. Ký hiệu keo âm là X-
H. Trong đất, keo âm chiếm đa số. Thường gặp là axit silicic, axit humic, keo sét Ví dụ
cấu tạo keo axit silicic như hình 5.2. Phân tử axit silicic trên bề mặt hạt nhân phân ly
thành các ion:
H
2
SiO
3
= 2H

+
+ SiO
3
2-
Anion SiO
3
2-
được hấp phụ ngay trên bề mặt hạt nhân làm thành tầng ion quyết định thế.
H
+
là ion bù phân phối ở tầng ion không di chuyển và khuếch tán
SiO
2
yH
2
O
Nh©n
+
+
+
+
+
+
+
+
H
+
H
+
H

+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
SiO
3
2-
SiO
3
2-
SiO
3
2-
SiO
3
2-
I
o
n
khuÕch
t
¸
n

I
o
n
I
o
n
k
h
«
n
g
d
i
c
h
u
y
Ó
n
q
.
®
t
h
Õ
h
i
Ö
u
Hình 5.2. Sơ đồ cấu tạo keo âm (theo Gorbunov)

+ Keo dương (Basidoit)
Trên lớp ion quyết định thế hiệu là các cation, còn ở lớp điện bù là ion OH
-
và
các anion khác. Ký hiệu keo dương là X-OH. Các keo dương thường gặp trong đất là
Fe(OH)
3
, Al(OH)
3
(trong môi trường axit). Cũng có thể là kaolinit do quá trình ion hoá
tạo thành keo dương:
O
3
SiO
2
(OH)Al
2
(OH)
3
D  O
3
SiO
2
(OH)Al
2
(OH)
2
]
+
+ OH

-

Ví dụ cấu tạo keo Fe(OH)
3
(hình 5.3)
Cl
-
Cl
-
Cl
-
Cl
-
Cl
-
FeO
+
FeO
+
Fe(OH)
3
FeO
+
FeO
+
FeO
+
Nh©n
I
o

n
khuÕch
t
¸
n
I
o
n
I
o
n
k
h
«
n
g
d
i
c
h
u
y
Ó
n
q
.
®
t
h
Õ

h
i
Ö
u
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
Keo này tạo thành do sự thuỷ phân FeCl
3
FeCl
3
+ 3H
2
O D Fe(OH)
3
+ 3HCl
Hạt nhân keo tạo nên do nhiều phân tử Fe(OH)
3
. Những phân tử Fe(OH)
3
trên bề mặt
hạt nhân phản ứng với HCl tạo thành FeOCl:
Fe(OH)

3
+ HCl D FeOCl + H
2
O
FeOCl là chất điện giải nên ion hoá:
FeOCl D FeO
+
+ Cl
-
Cation FeO
+
được hấp phụ ngay trên bề mặt hạt nhân làm thành lớp ion quyết
định thế. Các anion Cl
-
được phân bố ở tầng ion trao đổi.
+ Keo lưỡng tính (Ampholitoit)
Keo này mang điện âm hay dương phụ thuộc vào phản ứng của môi trường xung
quanh. Các ion trao đổi có thể là H
+
, OH
-
hoặc các ion khác. Ký hiệu keo này là X-O-H.
Các keo lưỡng tính trong đất thường gặp là Fe(OH)
3
, Al(OH)
3
, Ví dụ: đối với keo
Fe(OH)
3
, khi pH< 7,1 biểu hiện keo dương, nhưng khi pH > 7,1 biểu hiện keo âm (keo

này có điểm đẳng điện tại pH=7,1):
Fe(OH)
3
+ HCl  Fe(OH)
2
+
+ Cl
-
+H
2
O (keo dương)
Fe(OH)
3
+ NaOH  Fe(OH)
2
O
-
+ Na
+
+ H
2
O (keo âm)
Hình 5.3. Sơ đồ cấu tạo keo dương
(theo Gorbunov)

Ðối với keo Al(OH)
3
khi pH < 8,1 biểu hiện keo dương, khi pH >8,1 là keo âm (điểm
đẳng điện của keo tại pH=8,1):
Al(OH)

3
+ HCl  Al(OH)
2
+
+ Cl
-
+ H
2
O (keo dương)
Al(OH)
3
+ NaOH  Al(OH)
2
O
-
+ Na
+
+ H
2
O (keo âm)
b. Dựa vào thành phần hoá học
Dựa vào thành phần hoá học có thể chia keo đất thành các loại: keo hữu cơ, keo
vô cơ và keo hữu cơ-vô cơ
+ Keo hữu cơ
Keo hữu cơ tạo thành do sự biến hoá xác sinh vật trong đất. Nói chung lớp đất
mặt chứa nhiều keo hữu cơ hơn các lớp dưới. Các keo hữu cơ thường gặp là axit humic,
axit fulvic, lignin, protit, xellulo, nhựa và các hợp chất hữu cơ phức tạp khác. Những
nguyên tố chủ yếu cấu tạo nên keo hữu cơ là C, H, O, N, S, P và một lượng nhỏ Na, K,
Ca, Mg, Fe, Al, Si Ví dụ cấu tạo keo axit humic (hình 5.4)
R(COOH)

n
Nh©n
+
+
+
+
+
+
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
I
o
n
khuÕch
t
¸
n

I
o
n
I
o
n
k
h
«
n
g
d
i
c
h
u
y
Ó
n
q
.
®
t
h
Õ
h
i
Ö
u
COO

-
C
O
O
-
C
O
O
-
O
H
-
C
O
O
-
O
H
-
C
O
O
-
Hình 5.4. Sơ đồ cấu tạo keo axit humic (theo Gorbunov)
+ Keo vô cơ (keo khoáng)
Chủ yếu là keo nhôm silicat được hình thành do kết quả phá huỷ đá và khoáng
vật tạo thành. Thành phần hoá học của keo này gồm:
SiO
2
= 40% - 60%

Al
2
O
3
= 10% - 25%
Fe
2
O
3
= 5% - 10%
và một ít Ca, Mg, Ti, Mn, K, Na, P, S cùng các nguyên tố vi lượng như B, Zn, Mo, Cu
Tỷ lệ các nguyên tố ấy phụ thuộc đá mẹ, điều kiện hình thành, khí hậu, thời gian, thực
bì, vi sinh vật Ví dụ cấu tạo keo nhôm silicat (hình 5.5)
+ Keo hữu cơ-vô cơ
Các keo hữu cơ ít ở trạng thái tự do mà thường liên kết chặt với các chất khoáng
hoặc các keo vô cơ tạo thành keo hữu cơ-vô cơ phức tạp. Theo L.N. Alexandrova các
hợp chất hữu cơ vô cơ trong đất được chia thành 3 nhóm: các muối dị cực, các muối
phức dị cực và các phức chất hấp phụ.
(
A
l
2
O
3
)
m
Nh©n
+
+
+

+
+
+
+
+
Ca
2+
H
+
H
+
Ca
2+
Mg
2+
H
+
S
i
O
3
2
-
S
i
O
3
2
-
S

i
O
3
2
-
S
i
O
3
2
-
I
o
n
khuÕch
t
¸
n
I
o
n
I
o
n
k
h
«
n
g
d

i
c
h
u
y
Ó
n
q
.
®
t
h
Õ
h
i
Ö
u
=
=
=
=
=
+
+
(
S
i
O
2
)

n
H
+
S
i
O
3
2
-
Hình 5.5. Sơ đồ cấu tạo keo nhôm silicat (theo Gorbunov)
- Muối dị cực (muối đơn giản): khi các axit mùn phản ứng với phần vô cơ của
đất tạo thành các muối dị cực hay các humat hoặc fulvat. Các muối này có công thức
cấu tạo chung như sau:
R
(COO)
n
Me
m
(O)
p
Me
q
trong đó: Me là Na
+
, K
+
, NH
4
+
, Ca

2+
, Mg
2+
Các muối dị cực cũng có thể được hình
thành do sự tương tác giữa các axit mùn với các khoáng vật sét qua cầu nối canxi có cấu
tạo như sau:
Si O
Ca OOC
R
Si O Ca OOC
SiOCaCOO
SiO
Ca
COO
Các humat canxi không tan có thể kết tủa và hình thành các màng trên bề mặt các hạt
keo.
- Muối phức dị cực được hình thành do phản ứng giữa các ion sắt, nhôm với axit
mùn để hình thành muối phức, trong muối này kim loại tham gia vào phần anion của
phân tử. Hợp chất phức này vẫn còn các nhóm cacboxyl và nhóm hydroxyl phenol tự
do, các nhóm này có thể tiếp tục phản ứng với phần vô cơ của đất để tạo thành các muối
dị cực đơn giản. L.N. Alexandrova gọi những hợp chất có bản chất kép như
vậy là muối phức dị cực. Muối này có cấu tạo như sau:
Me
OH
H
2
O
H
2
O

OH
OOC
HO
R
(COOH)
n-1
(OH)
m-1
trong đó Me là Fe
3+
, Al
3+
. Các nhóm cacboxyl và nhóm hydroxyl phenol tự do có thể
phản ứng với các cation kiềm và kiềm thổ trong đất.
- Phức chất hấp phụ là các sản phẩm của sự tương tác giữa các chất mùn với các
khoáng vật dạng tinh thể hoặc vô định hình của đất hoặc các sản phẩm hữu cơ vô cơ hấp
phụ các chất mùn bằng phần vô cơ. Các phức hệ sét mùn cũng là phức chất hấp phụ.
Ðại diện cho các phức hấp phụ trong đất là phức mùn với nhôm và sắt (a), phức mùn
silic (b) và phức hệ sét mùn (c)

Me(OH)
3
Me
OH
OH
OOC
OH
R
(COOH)
n-1

(OH)
m-1
SiO
2
.nH
2
O
H
2
O R
H
2
O [RMe]
(COOH)
n
(OH)
m
COO
-
OH
Me
1
+

(a) Phức mùn nhôm, sắt (b) Phức mùn silic
Si
O
Al
O
Si

Al
O
-
R
(COOH)
n
(OH)
m
OH [RMe]
OH R
O
-
[RMe]
COO
O
Me
OOC
O
R
(COOH)
n-1
(OH)
m-1
(COOH)
n
(OH)
m
COO
O
Me

(c) Phức hệ sét mùn
1.4. Các loại keo sét trong đất
Các keo sét thuộc loại keo vô cơ, là các khoáng vật thứ sinh alumin silicat, được
hình thành do sự biến đổi từ các khoáng vật nguyên sinh trong quá trình phong hoá hình
thành đất, phân bố rộng rãi trong các loại đất. Các khoáng vật này là thành phần chủ yếu
của cấp hạt sét vì vậy chúng được gọi là các khoáng vật sét. chúng được phân biệt với
nhau bởi mức độ phân tán cao, không tan trong nước
Trong đất có nhiều loại keo sét, nhưng trong chúng có vai trò quan trọng nhất là
các keo sét nhóm kaolinit, montmorilonit và hydromica
a. Ðặc điểm chung của keo sét
Ðặc điểm chung của các keo sét là chúng có cấu tạo lớp giống như mica và sự
thay thế đồng hình.
+ Cấu tạo lớp của keo sét được tạo thành do sự liên kết của phiến khối tứ diện
(bốn mặt) oxit silic và phiến khối bát diện (tám mặt) gipxit.
- Phiến oxit silic được tạo thành do sự gắn liền các khối tứ diện oxit silic với
nhau. Mỗi khối tứ diện ở chính giữa là một nguyên tử silic, bốn đỉnh là bốn nguyên tử
oxi. Như thế thì khi ghép thành phiến hai bên là hai lớp oxi, giữa là lớp silic,
- Phiến gipxit: phiến này được tạo thành do sự gắn liền các khối bát diện với
nhau. Mỗi khối bát diện chính giữa có một nguyên tử Al, xung quanh có 6 oxi hay 6
OH
-
hoặc vừa oxi vừa OH
-
(hình 5.6).
+ Hiện tượng thay thế đồng hình
- Ở một số khoáng vật, trong đó có các khoáng vật sét (keo sét) có hiện tượng
một số nguyên tố trong mạng lưới tinh thể của chúng có thể bị các nguyên tố khác ở bên
ngoài vào thay thế. Sự thay thế này không làm thay đổi hình dạng của khoáng vật mà
chỉ thay đổi tính chất. Vì thế gọi là hiện tượng thay thế đồng hình.

oxi
Si
oxi
Si
7
Al
oxi
Hình 5.6. Sơ đồ cấu tạo khối tứ diện oxit silic, phiến oxit silic và khối bát diện, phiến
gipxit
- Ðiều kiện quan trọng của sự thay thế là: 2 ion muốn thay thế nhau phải có bán
kính tương đương, Ví dụ Al
3+
trong tinh thể có bán kính R = 0,57 Ǻ có thể bị Fe
3+
có R
= 0,67 Ǻ thay thế chứ không thể bị Li
+
có R = 1,22 Ǻ thay thế. Sự thay thế này xảy ra
phổ biến ở một số keo sét, ví dụ trong khối tứ diện oxit silic: Si
4+
thường bị Al
3+
thế, có
trường hợp Mn
3+
hoặc P
5+
thay thế Si
4+
song rất ít; trong khối bát diện Al

3+
bị Mg
2+
hoặc
Fe
2+
thế.
- Ðặc điểm của sự thay thế là: nếu hoá trị của 2 ion thay thế tương đương nhau
thì không những không thấy điểm gì khác trên tinh thể mà còn làm cho khoáng vật trung
hoà điện. Nếu hóa trị của chúng chênh lệch nhau thì khoáng vật mang điện âm hoặc
dương. Ví dụ Al
3+
thế cho Si
4+
thì khoáng vật mang điện âm, P
5+
thế cho Si
4+
khoáng vật
mang điện dương. Hiện tượng thay thế đồng hình thường gặp ở keo sét là Al
3+
thế Si
4+

hoặc Mg
2+
thế Al
3+
vì vậy keo sét mang điện âm có thể hấp phụ cation.
b. Ðặc điểm của các nhóm keo sét chính

+ Nhóm kaolinit:
- Nhóm này gồm keo kaolinit và haluzit, metahaluazit, dikkit và nakrit.
- Cấu trúc tinh thể loại hình 1:1, mỗi lớp tinh thể (tinh tầng) gồm một phiến oxit
silic và một phiến gipxit. Những lớp tinh thể như vậy chồng xếp lên nhau, giữa chúng
có các khe hở làm cho kaolinit có cấu trúc lớp (hình 5.7).
- Theo hình vẽ cấu trúc của kaolinit, nhân cơ bản của mạng lưới tinh thể keo
trung hoà về điện và có công thức tương ứng là Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
, nhưng bề mặt sườn lộ
trần khi phá huỷ có hoá trị không bão hoà gây ra sự hấp phụ các ion từ môi trường xung
quanh. Haluazit khác với kaolinit bởi sự tồn tại của nước trong mạng lưới tinh thể, cấu
trúc của nó phù hợp với công thức Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
.2H
2
O. Haluazit khi bị hydrat hoá sẽ
biến thành metahaluazit Al
2

Si
2
O
5
(OH)
4
.4H
2
O. Dikkit và nakrit khác với kaolinit bởi các
góc lệch của từng paket.Tỷ lệ Si:Al = 1:1
- Khoảng cách giữa các paket không đổi và bằng 7,2 Ǻ.
- Rất ít hoặc không có hiện tượng thay thế đồng hình xảy ra trong mạng lưới tinh
thể.
- Lực liên kết giữa các lớp tinh thể tầng trong kaolinit rất chặt nên không thể co
giãn để mở rộng khe hở hút nước và không có khả năng trương.
- Do các đặc điểm trên mà khả năng hấp phụ của kaolinit thường thấp (CEC = 5 - 15
lđl/100g keo). Bởi vậy, đất nào chứa nhiều keo nhóm kaolinit thì tính giữ phân và giữ nước
kém.
7,2A
°
°
0,2A
PhiÕn
gipxit
PhiÕn
oxit silic
4Si
6O
4Al
4O + 2(OH)

6(OH)
Hình 5.7. Sơ đồ cấu trúc kaolinit
+ Nhóm montmorilonit
- Nhóm này gồm keo montmorilonit, baydenlit và nontronit.
- Cấu trúc tinh thể loại hình 2:1, nghĩa là mỗi lớp tinh thể gồm 2 phiến oxit silic
nằm ở 2 bên và một phiến gipxit ở giữa (hình 5.8).
- Cấu trúc của montmorilonit phù hợp với công thức Al
2
Si
4
O
10
(OH)
2
.nH
2
O.
Baydelit khác với montmorilonit ở chỗ, 1 trong 4 ion Si
4+
của lớp khối tứ diện oxit silic
bị thay thế bằng Al
3+
, điện tích âm dư thừa được bù bằng cách thay thế 1 trong các ion
oxi bằng nhóm hidroxyl. Baydelit có công thức là: Al
3
Si
3
O
9
(OH)

3
.nH
2
O. Còn nontronit,
trong các khối bát diện của nó, ion Al
3+
hoàn toàn được thay thế bằng ion Fe
3+
.
Nontronit có công thức: (Al,Fe)
2
Si
4
O
10
(OH)
2
.nH
2
O. Tỷ lệ Si: Al (hoặc Fe) = 2: 1.
- Khác với kaolinit, khoảng cách giữa các paket của montmorilonit thay đổi rất
mạnh từ 9,6 đến 28,4 Å, phụ thuộc vào lượng nước được hút vào khe hở giữa các paket.
Khi hút nước keo sét montmorilonit trương ra.
- Hiện tượng thay thế đồng hình xảy ra phổ biến: Al
3+
thay thế Si
4+
trong khối tứ
diện của phiến oxyt silic, Mg
2+

hoặc Fe
2+
thế Al
3+
trong khối bát diện của phiến gipxit.
Kết quả là keo mang điện âm có thể hấp phụ cation.
- Lực liên kết giữa các lớp tinh thể của montmorilonit kém chặt nên có thể giãn
nở khi hút thêm nước và cation.
- Do những đặc điểm trên mà khả năng hấp phụ cation của nhóm keo này rất cao
(CEC = 80 - 150 lđl/100 g keo). Bởi vậy, đất nào chứa nhiều keo đất nhóm
montmorilonit thì tính giữ phân và nước khá cao.
9,6-21,4 A
°
PhiÕn
oxit silic
PhiÕn
gipxit
PhiÕn
oxit silic
4Si
6O
6O
4Si
4O + 2(OH)
4Al
4O + 2(OH)
4 A
°
Hình 5.8. Sơ đồ cấu trúc montmorilonit
+ Nhóm hydromica

- Chiếm một lượng lớn trong số các keo sét của đất, bao gồm các loại sau: hydro
mica trắng (hydromuscovit hoặc illit), hydro mica đen (hydrobiotit)và các dạng khác
của mica bị hydrat hoá
- Hydromica có cấu trúc loại hình 2:1 tương tự montmorilonit (hình 5.9)
- Công thức của hydromuscovit KAl
2
(Al.Si
3
O
10
)(OH)
2
.
°
10 A
yK
yK
6O
(4-y)Si.yAl
2OH + 4O
Al
4
.Fe
4
.Mg
4
Mg
6
2OH + 4O
(4-y)Si - yAl

Hình 5.9. Sơ đồ cấu trúc của hydromica
- Khoảng cách giữa các paket không đổi và bằng 10 Ǻ.
- Có hiện tượng thay thế đồng hình xảy ra trong mạng lưới tinh thể, chủ yếu là
sự thay thế của Si
4+
trong phiến khối tứ diện bằng ion Al
3+
, kết quả làm cho nó mang
điện âm có thể hấp phụ cation đặc biệt là K
+
phân bố ở khe hở giữa các paket.
- Do lực liên kết giữa các lớp tinh thể khá bền vững vì vậy keo thường có tính
trương thấp và khả năng hấp phụ không cao.
- Khả năng hấp phụ của hydromica khoảng 20 - 40 lđl/100 g keo.
+ Trong đất cũng thường gặp vermiculit gần giống hydromica, giữa các paket của
mạng lưới tinh thể của keo này tồn tại lớp kép các phân tử nước bao quanh các kim loại,
thường là Mg. Vermiculit là magiealuminsilicat, Mg có trong các khối bát diện. Trong các
khối bát diện Mg
2+
có thể được thay thế bằng Fe
2+
, còn trong các khối tứ diện Si
4+
được
thay thế bằng Al
3+
. Công thức tổng quát của vermiculit như sau:
(Mg
2+
,Fe

2+
)
3
(Si,Al)
4
O
10
(OH)
2
.4(H
2
O). Vermiculit có dung tích hấp phụ khá cao, CEC của
nó dao động từ 60 - 150lđl/100 g keo.
Trong đất còn gặp các keo dạng lớp hỗn hợp. Trong mạng lưới tinh thể của
chúng xen kẽ các lớp khối bát diện của các khoáng vật khác nhau: montmorilonit với
illit, kaolinit với muscovit, vermiculit với clorit
c. Keo sét trong đất Việt Nam
Qua các kết quả nghiên cứu thành phần keo sét trong đất Việt Nam của các tác
giả: Phạm Gia Tu, Nguyễn Vi và Trần Khải, Cao Liêm, Ðào Châu Thu, Nguyễn Hữu
Thành bằng phương pháp hoá học, phương pháp quang phổ, phương pháp nhiệt,
phương pháp quang tuyến X và phương pháp hiển vi điện tử có thể khái quát về sự phân
bố của chúng như sau:
+ Ðối với đất vùng đồi núi: keo sét chủ yếu trong các loại đất của vùng này là
keo kaolinit, gơtit và gipxit, ngoài ra tuỳ theo loại đất có thể gặp các loại keo sét:
hydromica (đất đỏ vàng trên đá granit, đất feralit mùn trên núi trên đá philit, đất đen trên
đá vôi ), montmorilonit (đất đen trên đá vôi, đất đen trên đá bọt), vermiculit (đất đen
trên đá vôi, đất đen trên đá bọt, đất feralit mùn trên philit).
+ Ðối với đất đồng bằng: keo sét chủ yếu của các loại đất vùng đồng bằng là
kaolinit và hydromica. Vermiculit gặp ở các đất phù sa trung tính ít chua, đất mặn trung
tính, đất phèn, đất cát biển. Ngoài ra có thể gặp gipxit (đất phù sa chua, đất bạc màu, đất

cát biển) và gơtít (đất bạc màu).

2. Khả năng hấp phụ của đất
2.1. Khái niệm chung
Hấp phụ là đặc tính của các hạt đất có thể hút được chất rắn, chất lỏng, chất khí
hoặc làm tăng nồng độ các chất đó trên bề mặt. Bemmelen (Hà Lan) lần đầu tiên chỉ ra
rằng keo đất là cơ sở của tác dụng hấp phụ, tác dụng này phụ thuộc chất mùn, hydroxyt
sắt và oxit silicic trong đất. Năm 1908, Gedroiz (Liên xô cũ) tìm ra quy luật hấp phụ,
khẳng định khái niệm hấp phụ một cách chính xác. Gedroiz cho rằng, tính hấp phụ của
đất liên quan đến phức hệ hấp phụ, phức hệ ấy không tan trong nước, thành phần
khoáng của nó là nhôm silicat, thành phần hữu cơ của nó chủ yếu là mùn, đó là các loại
keo đất. Gedroiz chia khả năng hấp phụ của đất thành 5 dạng: hấp phụ sinh học, hấp phụ
cơ học, hấp phụ lý học, hấp phụ hoá học và hấp phụ lý hoá học.
2.2. Các dạng hấp phụ của đất
a. Hấp phụ sinh học
Hấp phụ sinh học là khả năng sinh vật (thực vật và vi sinh vật) hút được cation
và anion trong đất. Những ion dễ di chuyển trong đất được rễ cây và vi sinh vật hút biến
thành những chất hữu cơ không bị nước cuốn trôi. Rễ cây, thân cây sau lúc chết đi sẽ
tích luỹ xác hữu cơ trong đất. Vi sinh vật phân giải xác hữu cơ này, do đó có quá trình
hấp phụ sinh học. Vi sinh vật cố định đạm cũng là một hình thức hấp phụ sinh vật.
Sự trao đổi cation giữa đất và rễ cây đã được nghiên cứu nhiều trong những năm
gần đây. Nhiều thí nghiệm khẳng định rằng, ngoài hiện tượng cây hút thức ăn dưới dạng
ion từ dung dịch đất, cation và anion có thể đi từ đất vào cây theo quá trình trao đổi ion.
Do rễ cây hô hấp thải ra CO
2
. CO
2
kết hợp với H
2
O trong đất tạo thành H

2
CO
3.
Axit này
phân li: H
2
CO
3
 H
+
+ HCO
3
-
. H
+
khuếch

tán đến keo đất và tại đó nó trao đổi với Ca
2+
,
Mg
2+
, K
+
và cation khác hấp phụ ở keo đất, Còn các anion HCO
3
-
trao đổi với NO
3
-

,
SO
4
2-
, và PO
4
3-
. H
2
CO
3
còn có tác dụng hoà tan các muối khoáng khác (phosphat,
sulfat ) có trong đất giúp cho cây có thể hút được các ion này.
b. Hấp phụ cơ học
Hấp phụ cơ học là đặc tính của đất có thể giữ lại những vật chất nhỏ ở trong khe
hở của đất, ví dụ: những hạt sét, xác hữu cơ, vi sinh vật Ðây là dạng hấp phụ phổ biến
trong đất. Hiện tượng này thấy rõ nhất khi mưa, nước mưa đục do lẫn cát, sét nhưng
khi thấm sâu xuống các tầng đất dưới, nước mạch chảy vào giếng, nước trở nên trong, vì
khi thấm qua các tầng đất, các chất lơ lửng trong nước đã bị hấp phụ cơ học.
Nguyên nhân của hấp phụ cơ học do kích thước khe hở trong đất bé hơn kích
thước các vật chất hoặc bờ khe hở gồ ghề làm cản trở sự di chuyển các hạt hoặc các vật
chất mang điện trái dấu với bờ khe hở nên bị hút giữ lại.
Có trường hợp hấp phụ cơ học không lợi cho quá trình hình thành đất như làm
xuất hiện trong đất những lớp quá nhiều keo sét, đất trở lên chặt do đó lý tính xấu.
Nhưng mặt khác, nhờ tính hấp phụ này mà các phần tử đất không bị rửa trôi xuống sâu.
c. Hấp phụ lý học (hấp phụ phân tử)
Hấp phụ lý học là sự thay đổi nồng độ của các phân tử chất tan trên bề mặt các
hạt đất.
Nguyên nhân của hiện tượng hấp phụ lý học do tác dụng của năng lượng bề mặt
phát sinh ở chỗ tiếp xúc giữa các hạt đất với dung dịch đất (hoặc không khí). Năng

lượng bề mặt phụ thuộc sức căng bề mặt và diện tích bề mặt. Vật chất nào làm giảm sức
căng mặt ngoài của dung dịch đất sẽ tập trung trên mặt hạt keo, đây là sự hấp phụ
dương. Ví dụ axit axetic có tác dụng làm giảm sức căng mặt ngoài của dung dịch đất sẽ
được tập trung trên mặt hạt đất. Vật chất nào làm tăng sức căng mặt ngoài của dung dịch
đất thì bị đẩy ra khỏi keo đất để đi vào dung dịch, sự hấp phụ này gọi là hấp phụ âm. Ví
dụ phân tử đường làm tăng sức căng mặt ngoài của dung dịch đất sẽ bị đẩy ra khỏi keo
đất để đi vào dung dịch đất.
Tóm lại, bất kỳ một sự chênh lệch nào về nồng độ ở chỗ tiếp xúc giữa hạt keo
với môi trường xung quanh cũng sinh ra tác dụng hấp phụ lý học.
Ngoài phân tử các chất hoà tan, đất còn hấp phụ chất khí. Ðất khô hấp phụ
không khí rất chặt. Khả năng hấp phụ các chất khí từ mạnh đến yếu thứ tự như sau: hơi
nước, NH
3
, CO
2
, O
2
, N
2
. Ðất càng nhiều mùn càng hấp phụ nhiều NH
3
, CO
2
, và nước.
Khả năng hút khí và hơi nước của đất phụ thuộc thành phần chất rắn trong đất (bảng
5.3). Vì vậy đất có khả hấp phụ khí NH
3
sinh ra trong quá trình phân giải chất hữu cơ
chứa đạm. Ở đây ta càng thấy rõ lợi ích của việc trộn đất bột khô với phân chuồng khi ủ
phân. Ðất bột hút NH

3
được tạo ra trong quá trình ủ phân, làm giảm sự mất đạm.
Bảng 5.3. Khả năng hút khí và hơi nước của đất (ml /100 g chất hút)
Thành phần đất CO
2
NH
3
Hơi nước
Thạch anh 12 145 197
CaCO
3
14 320 278
Kaolinit 166 947 3172
Fe(OH)
3
3526 5278 19236
Mùn 1264 24228 19772
d. Hấp phụ hoá học
Hấp phụ hoá học là sự tạo thành trong đất những muối không tan từ những muối
dễ tan. Ví dụ:
Na
2
SO
4
+ CaCl
2
 CaSO
4

+ 2NaCl,

Na
2
SO
4
+ Ca(HCO
3
)
2
 CaSO
4

+ 2NaHCO
3
,
hoặc
NH
4
H
2
PO
4
+ 3Ca(HCO
3
)
2
 Ca
3
(PO
4
)

2

+ 2NH
3
+ 6CO
2
+ 6H
2
O
Fe
3+
+ PO
4
3-
 FePO
4

Al
3+
+ PO
4
3-
 AlPO
4

Sự hấp phụ hoá học là nguyên nhân tích luỹ P và S trong đất, làm cho 2 nguyên
tố này bị "giữ chặt" trong đất.
e. Hấp phụ lý hoá học (hấp phụ trao đổi)
Hấp phụ lý hoá học là đặc tính của đất có thể trao đổi ion trong phức hệ hấp phụ
với ion của dung dịch đất tiếp xúc. Trong dung dịch đất, các axit vô cơ và muối của

chúng phân ly thành cation và anion. Khi dung dịch đất tác động với keo đất, keo đất
không những chỉ hấp phụ các phân tử (hấp phụ lý học) mà còn hấp phụ cả ion nữa. Nếu
lấy một ít đất đỏ (chua) tác động với dung dịch NH
4
Cl rồi lọc ta sẽ phát hiện trong dịch
lọc chứa nhiều H
+
còn NH
4
+
thì giảm. Quá trình trao đổi ion này có thể biểu thị bằng
phản ứng sau:
[ KÐ]
H+
+ NH
4
Cl ⇄ [KÐ]
NH4+
+ HCl
Từ đó ta thấy thực chất của hấp phụ lý hoá học là sự trao đổi ion trên keo đất với
ion trong dung dịch quanh keo. Hiện tượng này xảy ra khi thay đổi độ ẩm, khi bón phân,
khi nước ngầm dâng lên, khi tưới nước cho đất, nghĩa là khi có sự chênh lệch nồng độ
của phản ứng thuận nghịch. Trong đất có keo âm và keo dương nên đất có khả năng hấp
phụ cả cation và anion nhưng hấp phụ cation là chủ yếu vì phần lớn keo đất là keo âm.
Hấp phụ trao đổi ion có ảnh hưởng rất lớn tới độ phì nhiêu đất, các tính chất vật lý, hoá
học đất cũng như dinh dưỡng cây trồng. Vì vậy cần nghiên cứu sâu hơn dạng hấp phụ
này ở phần tiếp theo.
2.3. Hấp phụ trao đổi ion
a. Hấp phụ trao đổi cation
* Hấp phụ cation xảy ra ở những keo âm vì tầng ion trao đổi của keo chứa cation

nên có thể trao đổi với những cation trong dung dịch tiếp xúc với nó. Keo âm chiếm đa
số trong đất nên tác dụng hấp phụ cation là chủ yếu. Ví dụ khi bón đạm sunphat thì
NH
4
+
được hấp phụ theo phản ứng sau:
[KÐ]
Ca2+
+ (NH
4
)
2
SO
4
⇄ [KÐ]
2NH4+
+ CaSO
4
Một phần nhỏ cation hấp phụ như K
+
, NH
4
+
, Ca
2+
, Mg
2+
có thể không trao đổi
được, nghĩa là không bị cation của dung dịch muối đẩy ra ngoài. Nguyên nhân của hiện
tượng này có thể khác nhau. Nhiều thí nghiệm cho thấy K

+
mất khả năng trao đổi do keo
đất quá già và phần nào đã kết tinh. K
+
đã tham gia cấu tạo lưới tinh thể do đó không
trao đổi được nữa, hoặc có thể do cation đi vào khe hở giữa các lớp tinh thể khoáng vật
như montmorilonit, baydelit, sau đó đất khô đi hay bị bao bọc xung quanh bởi các hạt
keo khác nhau như Fe(OH)
3
, Al(OH)
3
hoặc các chất hữu cơ nên cation đó mất khả năng
trao đổi. Nguyên nhân rõ nhất và phổ biến nhất là do các cation đã liên kết hoá học để
tạo thành các hợp chất không tan. Sự hấp thụ cation do vi sinh vật cũng là nguyên nhân
làm cho cation mất khả năng trao đổi.
* Sự hấp phụ cation tuân theo những qui luật nhất định:
+ Sự hấp phụ cation tuân theo quan hệ đương lượng: 1 đương lượng gam cation
này trao đổi với một đương lượng gam cation khác. Ví dụ trong phản ứng:
[KÐ]
Ca2+
+ 2 NaCl ⇄ [KÐ]
2Na+
+ CaCl
2
thì 1 đương lượng gam Ca (20 g) trao đổi với 1 đương lượng gam Na (23 g). Do trao đổi
bằng đương lượng (me) cho nên nếu có 3% Ca thì phải tính
20
1000.3
= 150 me, muốn
trao đổi Na cũng cần có

1000
23.150
= 3,45% Na mới trao đổi với 3% Ca được.
+ Trao đổi cation có thể tiến hành theo chiều thuận và nghịch phụ thuộc nồng độ
và đặc tính cation trong dung dịch đất.
+ Trao đổi xảy ra rất nhanh: các phản ứng trao đổi cation trong đất tiến hành rất
nhanh, có khi chỉ sau 5 phút đã thực hiện xong. Ðiểm này có ý nghĩa thực tiễn khi bón
phân chứa cation và bón vôi khử chua. Cần chú ý là phải tạo điều kiện cho tiếp xúc đều
giữa cation với đất bằng cách bừa kỹ, sục bùn để trộn đều, hoặc bón phân kết hợp với
vun gốc cho cây.
+ Trao đổi cation phụ thuộc hoá trị, độ lớn và mức độ thuỷ hoá của cation:
Hoá trị của cation càng cao, khả năng trao đổi càng mạnh, nghĩa là khả năng trao
đổi của cation hoá trị III > cation hoá trị II > cation hoá trị I.
Nếu cùng hoá trị thì cation nào có bán kính lớn (tức bán kính thuỷ hoá bé) thì
trao đổi mạnh hơn. Trừ H
+
do có màng thuỷ hoá rất mỏng nên khả năng trao đổi của H
+

không những vượt các cation hoá trị I mà còn vượt cả cation hoá trị II (bảng 5.4).
Bảng 5.4. Quan hệ giữa hoá trị, bán kính và bán kính thuỷ hoá của cation với khả
năng trao đổi cation
Cation Hoá trị Bán kính cation (Å) Bán kính thuỷ hoá (Å) Thứ tự trao đổi
Li
+
1 0,78 10,03 6
Na
+
1 0,98 7,90 5
NH

4
+
1 1,43 5,37 4
Mg
2+
2 0,78 13,30 3
Ca
2+
2 1,06 10,00 2
H
+
2 - - 1
+ Khả năng trao đổi phụ thuộc nồng độ ion trong dung dịch. Nói chung, nồng độ
ion trong dung dịch đất càng cao thì phản ứng trao đổi càng mạnh.
* Dung tích trao đổi cation và độ no bazơ của đất
+ Dung tích trao đổi cation của đất
Dung tích trao đổi cation của đất (dung tích hấp phụ) là tổng số cation hấp phụ
(kể cả cation kiềm và không kiềm) trong 100 gam đất, tính bằng ly đương lượng gam,
ký hiệu bằng chữ CEC (cation exchange capacity).
Dung tích trao đổi cation được xác định bằng cách phân tích trực tiếp hoặc tính
theo công thức: CEC = S + H. Trong đó S là tổng số cation kiềm, kiềm thổ hấp phụ (chủ
yếu là Ca
2+
, Mg
2+
, K
+
và Na
+
), H là tổng số ion H

+
và Al
3+
hấp phụ (độ chua thuỷ phân).
Tất cả đều tính bằng đơn vị lđl/100 g đất.
Dung tích trao đổi cation của đất phụ thuộc thành phần keo, thành phần cơ giới
đất, tỷ lệ SiO
2
/R
2
O
3
và pH.
- Thành phần keo khác nhau thì CEC của đất khác nhau (bảng 5.5)
Bảng 5.5. Dung tích hấp phụ của một số loại keo đất
Loại keo CEC (lđl/100 g)
Fe(OH)
3
và Al(OH)
3
Rất bé
Kaolinit 5 - 15
Montmorilonit 80 - 150
Illit 20 - 40
Axit humic 350
Như vậy, đất càng nhiều mùn và nhiều montmorilonit thì CEC càng lớn.
- Thành phần cơ giới đất càng nặng CEC càng lớn (bảng 5.6)
Bảng 5.6. Các cấp hạt khác nhau và CEC của đất
Cấp hạt (mm) CEC (lđl/100 g đất)
0,25 - 0,005 0,3

0,005 - 0,001 15,0
0,001 - 0,0025 37,2
< 0,0025 69,9
- Tỷ lệ SiO
2
/R
2
O
3
càng lớn thì CEC càng lớn (Bảng 5.7)
Bảng 5.7. Quan hệ giữa tỷ lệ SiO
2
/R
2
O
3
và CEC của đất
Tỷ lệ SiO
2
/R
2
O
3
CEC (lđl/100 g đất)
3,18 70,0
2,68 42,6
1,98 21,5
1,40 7,7
0,42 2,1
- pH đất tăng lên thì CEC tăng lên (Bảng 5.8)

Bảng 5.8. Ảnh hưởng của pH đến CEC của một số keo sét
Keo Kaolinit Montmorilonit
pH 2,5 - 6,0 7,0 2,5 - 6,0 7,0
CEC (lđl/100 g đất) 4 10 95 100
Bảng 5.9. CEC của một số loại đất Việt Nam
Loại đất CEC (lđl/100 g đất)
Ðất đỏ nâu phát triển trên đá bazan 8 - 10
Ðất đỏ vàng phát triển trên đá phiến sét 7 - 8
Ðất đỏ phát triển trên đá vôi 6 - 8
Ðất đỏ vàng phát triển trên đá liparit (riolit) 4 - 6
Ðất macgalit - feralit 30 - 40
Ðất phèn 10 - 12
Ðất bạc màu 4 - 6
Ðất phù sa sông Hồng 10 - 15
+ Ðộ no bazơ (độ bão hoà bazơ) của đất
Nói chung CEC có giá trị càng cao thì đất càng tốt vì chứa nhiều keo. Tuy nhiên
dung tích trao đổi cation chỉ nói lên khả năng trao đổi cation mà chưa nói lên thành
phần cation hấp phụ. Thực tế một số đất tuy có CEC lớn nhưng do nhiều H
+
nên đất
chua. Vì thế, cần có CEC lớn nhưng tỷ lệ cation bazơ (bao gồm cả các cation kiềm và
kiềm thổ) cũng lớn đất mới tốt. Bởi vậy người ta còn dùng chỉ tiêu "độ no bazơ" để
đánh giá độ phì nhiêu đất.
Ðộ no bazơ của đất là tỷ lệ phần trăm các cation kiềm, kiềm thổ chiếm trong
tổng số cation hấp phụ, ký hiệu là BS (Base saturation), đơn vị % và được tính theo
công thức:
BS (%) = (S x 100)/CEC = (S x 100)/(S + H)
trong đó, S: tổng số cation bazơ trao đổi, H: độ chua thuỷ phân, CEC: dung tích trao đổi
cation của đất, cả ba đại lượng này đều tính bằng lđl/100g đất. BS có giá trị càng lớn thì
đất càng bão hoà bazơ. Người ta đánh giá như sau:

BS < 50% : đất đói bazơ
BS = 50 - 75%: đất có độ no bazơ trung bình
BS > 75% : đất no bazơ
Ở nước ta, phần lớn đất đồi núi và một số đất phù sa chua do bị rửa trôi các chất
kiềm, kiềm thổ mạnh nên thường có BS < 50%. Vì vậy việc bón vôi kết hợp với bón
phân cho những đất này là cần thiết.
a. Hấp phụ trao đổi anion
Ðất không những có khả năng hấp phụ cation mà còn có khả năng hấp phụ
anion. Sự hấp phụ anion xảy ra trong trường hợp keo mang điện dương. Tỷ lệ keo
dương trong đất không nhiều nên hấp phụ cation vẫn là chủ yếu. Sự hấp phụ anion của
đất phụ thuộc vào các yếu tố: đặc điểm của các anion, tỷ lệ SiO
2
/R
2
O
3
và phản ứng môi
trường đất.
+ Anion khác nhau xảy ra sự hấp phụ khác nhau. Khả năng hấp phụ anion có thể
sắp xếp như sau: H
2
PO
4
-
> HCO
3
-
> SCN
-
> SO

4
2-
> Cl
-
> NO
3
-
. Dựa vào khả năng hấp
phụ có thể chia các anion trong đất làm 3 nhóm:
- Nhóm thứ nhất: gồm có những anion có thể bị hấp phụ rất mạnh bằng cách tạo
thành kết tủa khó tan với các cation trong dung dịch đất như Ca
2+
, Fe
3+
Ðó là kiểu hấp
phụ hoá học đã nói ở phần trên. Nhóm này có các anion của axit phosphorit như PO
4
3-
,
HPO
4
2-
và H
2
PO
4
-
và anion của một số axit hữu cơ. Ngoài việc liên kết với cation hình
thành các hợp chất không tan, các ion này có thể bị hấp phụ vào keo đất bằng cách trao
đổi với anion OH

-
trên bề mặt keo đất như trường hợp kaolinit.
- Nhóm thứ hai: gồm những anion hầu như không bị hấp phụ. Nhóm này có
NO
3
-
, NO
2
-
và Cl
-
. Nguyên nhân không có sự hấp phụ các anion này là vì chúng không
tạo thành với các cation của dung dịch đất những chất khó tan. Chúng cũng không được
giữ chặt bởi keo dương do tính dễ hoà tan, trừ trường hợp đất rất chua, chứa rất nhiều
secqui oxit, một lượng nhất định các ion này sẽ được hấp phụ. Dựa vào tính dễ di động
của Cl
-
có thể dùng nước ngọt để rửa Cl
-
cho các đất mặn và chú ý khi sử dụng phân
đạm, nhất là các loại phân có chứa NO
3
-
để hạn chế sự mất đạm do NO
3
-
dễ bị rửa trôi.
- Nhóm thứ ba: gồm các anion có khả năng hấp phụ trung gian giữa 2 nhóm trên,
đó là SO
4

2-
, HCO
3
-
, CO
3
2-

và SiO
3
2-
. Cách chia như thế chỉ có ý nghĩa tương đối vì ngay
cả những anion này tuỳ điều kiện của môi trường đất có thể có khả năng hấp phụ cao.
Ví dụ, SO
4
2-
bị hấp phụ rất ít, chỉ trong điều kiện đất có nhiều canxi và độ ẩm đất thấp
mới tạo thành CaSO
4
hoặc CaSO
4
.2H
2
O ở dạng kết tủa. Các muối SO
4
2-
khác (Mg, K,
Na) đều dễ tan, các anion CO
3
2-

, HCO
3
-
hấp phụ hoá học với canxi tạo thành những chất
cacbonat khó tan.
+ Khả năng hấp phụ anion phụ thuộc tỷ lệ SiO
2
/R
2
O
3
. Tỷ lệ này càng thấp (tức tỷ
lệ keo dương tăng) thì hấp phụ anion càng nhiều (bảng 5.10).
Bảng 5.10. Quan hệ giữa SiO
2
/R
2
O
3
với hấp phụ anion (Matxơn)
SiO
2
/R
2
O
3
PO
4
3-
SO

4
2-
Cl
-
lđl/100 g đất
3,82 0,52 - -
2,82 0,93 0,04 -
1,89 1,15 0,15 0,03
0,55 1,60 0,27 0,04
+ Khả năng hấp phụ anion còn phụ thuộc vào phản ứng môi trường. Ðất có phản
ứng càng chua, tỷ lệ keo dương trong đất sẽ càng tăng, vì vậy sự hấp phụ anion của đất
cũng sẽ tăng lên (bảng 5.11).
Bảng 5.11. Quan hệ giữa pH với hấp phụ anion (lđl/100 g đất) theo Matxơn
Kaolinit Montmorilonit
pH Cl
-
pH SO
4
2-
pH PO
4
3-
pH Cl
-
pH PO
4
3-
7,2 0,0 7,2 0,0 7,5 29,7 6,8 0,0 6,5 32,4
6,7 0,3 6,9 0,7 6,7 40,8 5,6 0,0 5,1 36,3
6,1 1,1 6,6 2,9 6,1 46,5 3,2 0,1 4,8 38,7

5,8 2,4 6,2 4,6 5,5 56,1 3,1 0,1 4,0 47,4
5,3 3,8 5,9 6,6 4,6 75,0 3,0 0,1 3,3 60,6
4,0 5,9 5,0 10,5 3,8 92,1 2,8 0,4 2,9 81,0

3. Ảnh hưởng của keo đất, khả năng hấp phụ đến tính chất đất và chế độ bón phân
và cải tạo đất
3.1. Quan hệ giữa keo đất với quá trình hình thành đất
+ Kaolinit là keo sét điển hình cho quá trình hình thành đất nhiệt đới ẩm,
montmorilonit đặc trưng cho quá trình hình thành đất ôn đới. Keo sét đặc trưng của một
số loại đất thế giới như sau (theo J. Toth)
Loại đất Keo sét đặc trưng
Ðất tundra Illit
Ðất nâu hạt dẻ Montmorilonit
Ðất chernozem Illit + Montmorilonit
Ðất đồng cỏ ẩm Montmorilonit
Ðất potzon Illit
Ðất đỏ vàng potzon hoá Kaolinit
Ðất feralit nhiệt đới Kaolinit + halluazit
Ðất mùn gley Montmorilonit
Ðất mùn cacbonat Montmorilonit + kaolinit
Ðất phù sa và đất mặn Illit + kaolinit + haluazit
+ Càng lên cao nhiệt độ càng giảm, cường độ phá huỷ đá giảm, quá trình hình
thành đất cũng thay đổi, tỷ lệ keo sét giảm nhưng tỷ lệ keo hữu cơ tăng.
+ Tỷ lệ SiO
2
/Al
2
O
3
trong keo sét liên quan mật thiết với mức độ phong hóa, rửa

trôi và mức độ biến đổi trong quá trình hình thành đất:
Tỷ lệ SiO
2
/Al
2
O
3
Quá trình hình thành đất
< 2 Quá trình alit
> 3 Quá trình sialit
2 - 3 Trung gian giữa 2 quá trình trên

3.2. Quan hệ giữa keo đất với lý tính đất
+ Ảnh hưởng của hiện tượng tụ keo và tán keo đến trạng thái kết cấu đất: trong
đất, keo thường ở trạng thái tụ (gel), ở đất ẩm một phần các hạt keo tồn tại ở trạng thái
tán (sol). Dù keo đất ở trạng thái tán ít vẫn có hại cho đất vì nó làm cho đất bí. Hiện
tượng tụ keo làm cho các hạt đất dính lại với nhau tạo thành hạt kết có độ lớn khác
nhau. Nếu gel không trở lại trạng thái sol thì những hạt kết này bền, còn khi gel phần
nào biến thành sol thì hạt kết dễ nát vụn, đất có kết cấu không bền. Hiện tượng keo tán
không lợi cho đất vì phá vỡ kết cấu, rửa trôi các hạt keo làm cho đất trở nên xấu.
+ Ảnh hưởng của thành phần cation hấp phụ đến kết cấu đất: nếu keo hấp phụ
nhiều cation hoá trị 1 như Li
+
, Na
+
, K
+
thì tỷ lệ các hạt keo và các hạt kết kích thước bé
từ 0,005 - 0,002mm tăng lên nhiều. Ngược lại khi hấp phụ nhiều cation hoá trị 2 thì tỷ lệ
các hạt kết có kích thước lớn từ 0,02 - 0,25mm tăng lên rất nhiều (bảng 5.12).

+ Ảnh hưởng của tính trương, co của keo đất đến lý tính đất: do tính trương co
của keo đất làm cho thể tích đất bị thay đổi, đất bị nứt nẻ khi khô và nhão nhoét khi
mưa, ảnh hưởng đến chế độ nước và chế độ khí trong đất cũng như sự phát triển của bộ
rễ cây. Ðất càng chứa nhiều keo sét đất trương co càng mạnh, keo thuộc nhóm
montmorilonit trương co mạnh hơn keo nhóm kaolinit.
Bảng 5.12. Quan hệ giữa thành phần cation hấp phụ với hạt kết trong đất
Cation hấp phụ
Tỷ lệ % hạt kết
> 0,02mm 0,02 - 0,002mm < 0,002mm
Li
+
10,53 35,94 53,53
Na
+
11,74 37,48 50,58
K
+
32,09 33,32 34,59
Mg
2+
54,97 38,02 7,11
Ca
2+
56,33 36,35 7,32
Be
2+
53,90 37,66 9,04
3.3. Quan hệ giữa keo đất với hoá tính đất
Thành phần cation hấp phụ trên keo còn ảnh hưởng đến hoá tính đất. Trên mặt
hạt keo luôn luôn tồn tại nhiều loại cation nhưng cation nào chiếm ưu thế thì nó ảnh

hưởng rõ rệt đến hoá tính đất.
+ Những đất giàu Ca
2+
và Mg
2+
có phản ứng trung tính hơi kiềm và độ no bazơ
cao (đất phù sa ngoài đê sông Hồng có BS > 80%).
+ Nếu tỷ lệ Mg
2+
dưới 15% dung tích hấp phụ thì không có hại gì đến tính chất
đất, khi lớn hơn tỷ lệ này sinh ra hiện tượng mặn magiê (vùng Trung Á ven Hắc Hải).
+ Những đất chứa nhiều H
+
và Al
3+
trong thành phần cation hấp phụ sẽ có phản
ứng chua, độ no bazơ thấp (đất feralit, đất đỏ, đất vàng, đất potzon, đất phù sa chua).
+ Những đất có nhiều Na
+
trong thành phần cation hấp phụ sẽ có tính kiềm (đất mặn
kiềm).
+ Các cation K
+
và NH
4
+
ở dạng hấp phụ tương đối ít và cây dễ dàng hấp thụ
chúng, vì vậy các cation này ít ảnh hưởng đến tính chất của đất.
+ Ðất càng nhiều keo tính đệm của đất càng cao.
3.4. Quan hệ giữa khả năng hấp phụ của đất với chế độ bón phân và cải tạo đất

* Với chế độ bón phân
Chế độ bón phân cho các loại đất khác nhau tuỳ thuộc vào khả năng hấp phụ của
đất:
+ Ðối với đất có khả năng hấp phụ cao, khi bón phân có thể tập trung bón lót,
bón lượng phân lớn, còn đất có khả năng hấp phụ nhỏ không nên bón lót nặng, cần bón
thúc vào các giai đoạn sinh trưởng cây cần nhiều dinh dưỡng để tăng hiệu quả của phân
bón.
+ Bón phân khoáng không kèm theo bón vôi làm độ chua của đất tăng lên rất
nhanh, làm giảm mức độ bão hoà bazơ của đất, tăng hàm lượng H
+
, Al
3+
đôi khi cả K
+

trong thành phần cation trao đổi của đất.
+ Khi sử dụng phân đạm có chứa gốc NO
3
-
, nên hạn chế bón cho các cây trồng
trong điều kiện ngập nước để giảm sự mất đạm do quá trình rửa trôi và phản nitrat hoá.
+ Bón vôi cho các đất chua trước khi sử dụng phân lân để hạn chế sự cố định các
ion phosphat bởi sắt và nhôm.
+ Khi bón phân kali cần chú ý sự cố định kali bởi các keo sét, đặc biệt các keo
nhóm hydromica.
* Với các biện pháp cải tạo đất
+ Phản ứng trao đổi cation của keo đất là cơ sở khoa học của biện pháp hoá học
cải tao đất. Trên cơ sở các phản ứng này có thể sử dụng vôi để cải tạo các đất chua, hoặc
sử dụng thạch cao để cải tạo các đất mặn kiềm
[KÐ]

2H+
+ CaCO
3
 [KÐ]
Ca2+
+ H
2
O + CO
2
[KÐ]
2Na+
+ CaSO
4
 [KÐ]
Ca2+
+ Na
2
SO
4
+ Sử dụng nước ngọt để cải tạo các đất mặn (rửa Cl
-
, SO
4
2-
). Khi sử dụng nước
tưới, nước rửa mặn, chú ý hàm lượng Na
+
trong nước để tránh nguy cơ mặn kiềm hoá
đất.

4. Biện pháp duy trì và nâng cao khả năng hấp phụ của đất
Như các phần trên đã trình bày, phức hệ keo ảnh hưởng lớn tới thành phần và
nồng độ dung dịch đất, tính chất lý học, hoá học, chế độ nước và khí của đất, điều kiện
phát triển của vi sinh vật Vì vậy muốn bảo vệ và nâng cao độ phì đất cần tìm cách duy
trì, tăng cường và thay đổi thành phần, số lượng keo đất.
+ Ðất cát chứa rất ít keo, khả năng hấp phụ kém, tính giữ phân kém. Vì vậy đối
với loại đất này cần tăng keo bằng cách bón đất sét kết hợp với phân hữu cơ để tăng
phức hệ hấp phụ cho đất, tăng độ dính hạt kết làm cho nó trở nên bền. Ở Hungari cải tạo
đất cát bằng cách trộn đất sét với phân hữu cơ làm thành lớp dày 2 - 3 cm đem ủ rồi bón
cho đất cát. Ðó là phức hệ keo sét mùn có khả năng tạo cho đất nhiều đặc tính tốt mà
riêng phân chuồng không thể có được. Dĩ nhiên, không phải đất sét nào cũng bón được
cho đất nhẹ, ví dụ đất sét mặn không cải tạo được đất cát, ở miền Bắc nước ta việc dùng
bùn ao hoặc cầy sâu lật sét dưới sâu lên kết hợp với phân hữu cơ để cải tạo đất thành
phần cơ giới nhẹ như đất bạc màu.
+ Phù sa các sông lớn chứa nhiều keo có thể dùng tưới cho ruộng nhiều cát, đó
cũng là biện pháp tăng lượng keo đất.
+ Bón phân hữu cơ và vô cơ còn là biện pháp thay đổi thành phần ion hấp phụ
của keo. Các ion OH
-
, COO
-
và SiO
3
2-
có thể làm cho các muối phosphat trở thành dễ
tan hơn. Ví dụ bón natri silicat:
Na
2
SiO
3

+ H
2
O = H
2
SiO
3
+ 2NaOH
H
2
SiO
3
+ Ca
3
(PO
4
)
2
(khó tan) = 2CaHPO
4
(dễ tan) + CaSiO
3
hoặc bón phân hữu cơ:
R(COOH)
2
+ Ca
3
(PO
4
)
2

(khó tan) = R(COO)
2
- Ca + 2CaHPO
4
(dễ tan)
+ Ðối với những đất thành phần cơ giới quá nặng không phù hợp yêu cầu cây
trồng có thể cải tạo bằng cách bón cát, bón đất phù sa thô, bón nhiều phân hữu cơ và
trồng cây phân xanh.
+ Ðối với những loại đất có khả năng hấp phụ thấp có thể bón vào đất các
khoáng vật có dung tích trao đổi cation cao như bentonit, zeolit để nâng cao dung tích
hấp phụ cho đất.

Câu hỏi ôn tập
1. Khái niệm keo đất, các đặc tính cơ bản của keo và phân loại keo đất?
2. Ðặc điểm của các loại keo sét chính trong đất, thành phần của keo trong các
loại đất chính của Việt Nam?
3. Khả năng hấp phụ của đất là gì? Các dạng hấp phụ của đất, biện pháp duy trì
và nâng cao khả năng hấp phụ của đất?
4. Quan hệ giữa keo đất, khả năng hấp phụ của đất với tính chất của đất và chế
độ bón phân, cải tạo đất?