Nghiên cứu ảnh hưởng của ph, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện thanh trì, hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN QUANG HUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA pH, MỘT SỐ ION VÀ
CHẤT HỮU CƠ HÒA TAN ĐẾN TRẠNG THÁI KEO SÉT
TRONG ĐẤT LÚA HUYỆN THANH TRÌ, HÀ NỘI

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN NGỌC MINH

Hà Nội - 2013


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bài luận văn thạc sỹ này, trước hết tôi xin chân thành cảm ơn tới TS.
Nguyễn Ngọc Minh, thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi hoàn thành tốt bài luận văn này.
Đồng thời tôi xin chân thành cảm ơn tới ThS. Chu Anh Đào đã hỗ trợ và tạo điều
kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực nghiệm đề tài này. Tôi cũng xin
cảm ơn các cô chú, anh chị Trung tâm Kỹ thuật Môi trường và An toàn Hóa chất, Viện Hóa
học Công nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện đề tài
nghiên cứu này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Khoa học Môi trường cùng các
thầy cô giáo khoa Khoa học Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc

gia Hà Nội đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn quan tâm, động
viên, đóng góp ý kiến giúp tôi trong quá trình hoàn thành bài luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 12 năm 2013
Tác giả
Nguyễn Quang Huy


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................2
1.1. Vị trí địa lý, điều kiện khí hậu – địa chất – thủy văn huyện Thanh Trì.............. 2
1.1.1. Vị trí địa lý .................................................................................................... 2
1.1.2. Điều kiện khí hậu – thủy văn ......................................................................... 2
1.2. Keo đất và khả năng hấp phụ của đất................................................................ 4
1.2.1. Khái niệm...................................................................................................... 4
1.2.2. Đặc tính cơ bản của keo đất........................................................................... 5
1.2.3. Phân loại keo đất ........................................................................................... 8
1.2.4. Các loại keo sét trong đất ............................................................................ 14
1.3. Ảnh hưởng của một số tính chất lý hóa đến đặc tính keo của khoáng sét trong
đất......................................................................................................................... 19
CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.22
2.1. Đối tượng nghiên cứu..................................................................................... 22
2.2. Nội dung nghiên cứu. ..................................................................................... 22
2.3. Phương pháp nghiên cứu. ............................................................................... 22
2.3.1. Tách cấp hạt sét........................................................................................... 22
2.3.2. Xác định các tính chất lý – hóa học cơ bản của đất. ..................................... 23
2.3.3. Tách chiết axit humic .................................................................................. 23
2.3.4. Xác định thành phần khoáng sét .................................................................. 23

2.3.5. Thí nghiệm phân tán trong ống nghiệm ....................................................... 24
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..................................26
3.1. Một số đặc tính lý – hóa học cơ bản của đất nghiên cứu ................................. 26
3.2. Thành phần khoáng sét trong mẫu đất nghiên cứu .......................................... 28
3.3. Ảnh hưởng của pH, các ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong
đất nghiên cứu....................................................................................................... 30
3.3.1. Ảnh hưởng của pH ...................................................................................... 30
3.3.2. Ảnh hưởng của cation ................................................................................. 32


3.3.3. Ảnh hưởng của anion .................................................................................. 35
3.3.4. Ảnh hưởng của axit humic........................................................................... 38
3.4. Ảnh hưởng của nước tưới tới trạng thái keo sét trong đất nghiên cứu ............. 40
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................44
PHỤ LỤC...........................................................................................................................51


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Vai trò của kích thước hạt trong sự hình thành diện tích bề mặt của đất thịt
trung bình................................................................................................................ 6
Bảng 2: Sự ngưng tụ keo sét phụ thuộc hoá trị chất điện giải .................................. 8
Bảng 3: Một số tính chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu tại xã Đại Áng ............. 26
Bảng 4: Thành phần cấp hạt của các tầng đất (USDA) .......................................... 27
Bảng 5: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của pH.................................... 30
Bảng 6: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của Na+ .................................. 32
Bảng 7: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của Ca2+ ................................. 33
Bảng 8: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của Al3+ .................................. 34
Bảng 9: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của Cl- .................................... 36
Bảng 10: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của SO42- .............................. 36

Bảng 11: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của PO43- .............................. 37
Bảng 12: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của axit humic ...................... 38
Bảng 13: Kết quả phân tích thành phần nước tưới từ sông Nhuệ ........................... 40
Bảng 14: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của 3 mẫu nước tưới............. 41


DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Sơ đồ cấu tạo mixen keo (theo N.I. Gorbunov)........................................... 5
Hình 2: Sơ đồ cấu tạo keo âm (theo Gorbunov)....................................................... 9
Hình 3: Sơ đồ cấu tạo keo dương (theo Gorbunov) ............................................... 10
Hình 4: Sơ đồ cấu tạo keo axit humic (theo Gorbunov) ......................................... 11
Hình 5: Sơ đồ cấu tạo keo nhôm silicat (theo Gorbunov) ...................................... 12
Hình 6: Sơ đồ cấu tạo khối tứ diện oxit silic, phiến oxit silic và khối bát diện, phiến
gipxit .................................................................................................................... 15
Hình 7: Sơ đồ cấu trúc kaolinit.............................................................................. 16
Hình 8: Sơ đồ cấu trúc montmorilonit ................................................................... 17
Hình 9: Sơ đồ cấu trúc của hydromica................................................................... 18
Hình 10: Nhiễu xạ đồ X-ray của mẫu đất nghiên cứu (độ sâu 0 – 25 cm) .............. 29
Hình 11: Ảnh hưởng của pH lên khả năng phân tán của khoáng sét ...................... 31
Hình 12: Ảnh hưởng của Na+ lên khả năng phân tán của khoáng sét ..................... 33
Hình 13: Ảnh hưởng của Ca2+ lên khả năng phân tán của khoáng sét .................... 34
Hình 14: Ảnh hưởng của Al3+ lên khả năng phân tán của khoáng sét..................... 35
Hình 15: Ảnh hưởng của Cl- lên khả năng phân tán của khoáng sét....................... 36
Hình 16: Ảnh hưởng của SO42- lên khả năng phân tán của khoáng sét................... 37
Hình 17: Ảnh hưởng của PO43- lên khả năng phân tán của khoáng sét................... 37
Hình 18: Ảnh hưởng của axit humic đến khả năng phân tán của sét ...................... 39


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AH

Axit humic

CEC

Dung tích trao đổi cation

CHC

Chất hữu cơ

KĐ

Kinh độ Đông

KLN

Kim loại nặng

TPCG

Thành phần cơ giới

VB

Vĩ độ Bắc


LỜI MỞ ĐẦU
Sự tồn tại của khoáng sét trong môi trường nước sẽ hình thành một hệ keo,

có thể là hệ tán keo (phân tán) hay hệ tụ keo (keo tụ). Hệ tán keo tạo ra trạng thái
bền vững nhiệt động cho dung dịch. Trong khi đó, hệ tụ keo là không bền vững về
mặt nhiệt động và có xu hướng tạo ra các đoàn lạp liên kết lớn hơn thông qua quá
trình tái liên kết của các hạt để làm giảm sức căng bề mặt. Trạng thái tồn tại của
khoáng sét (tán keo, tụ keo) trong đất sẽ quyết định độ bền cơ học của đất, khả năng
giữ nước, giữ dinh dưỡng cũng như khả năng tích lũy KLN trong đất. Các yếu tố
môi trường như pH, các ion, chất hữu cơ hòa tan có khả năng tác động tới khoáng
sét thông qua nhưng cơ chế riêng biệt và ảnh hưởng tới dạng tồn tại của khoáng sét.
Môi trường đất trồng lúa nước là một dạng môi trường đặc thù. Việc dẫn
nước vào ruộng đã làm giảm rất mạnh quá trình trao đổi khí thông thường giữa đất
và khí quyển. Do canh tác trong điều kiện ngập nước, trạng thái khử chiếm ưu thế
trong đất làm cho tính chất của đất diễn biến theo chiều hướng khác nhiều so với đất
ban đầu khi chưa trồng lúa, hình thành loại đất mới với những đặc tính đặc trưng.
Tác động của nước tưới đối với môi trường đất lúa không chỉ dừng lại ở việc làm
thay đổi trạng thái ngập nước mà thành phần nước tưới, tính chất nước tưới cũng
gây ra những ảnh hưởng nhất định.
Trên cơ sở đó đề tài:”Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất
hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội”.
Được thực hiện với mục đich xác định động thái, dạng tồn tại của khoáng sét trong
các điều kiện môi trường khác nhau. Nghiên cứu là tiền đề cần thiết cho các phân
tích về sự tích lũy hoặc đồng di chuyển của KLN và khoáng sét trong đất sau này,
qua đó tìm ra các giải pháp hạn chế ô nhiễm KLN cũng như hạn chế nguy cơ mất
sét, mất dinh dưỡng trong đất khu vực.

1


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Vị trí địa lý, điều kiện khí hậu – địa chất – thủy văn huyện Thanh Trì
1.1.1. Vị trí địa lý

Thanh Trì là một huyện nằm ở phía Đông nam Hà Nội, với diện tích
63,17km2 Huyện có 1 thị trấn và 15 xã.
- Phía Bắc giáp quận Hoàng Mai.
- Phía Tây Bắc giáp quận Thanh Xuân.
- Phía Tây giáp Hà Đông.
- Phía Đông giáp huyện Gia Lâm.
- Phía Nam giáp Thanh Oai, Thường Tín.
1.1.2. Điều kiện khí hậu – thủy văn
• Khí hậu.
Huyện Thanh Trì nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với 2 mùa chủ
yếu trong năm: Mùa nóng và mùa lạnh. Các tháng 4, 10 được coi như những tháng
chuyển tiếp tạo cho Thanh Trì có 4 mùa Xuân, Hạ, Thu, Đông.
Nhiệt độ trung bình của năm là 23,90C. Nắng trung bình năm 1640 giờ. Bức
xạ trung bình 4272 Kcal/m2/tháng. Lượng mưa trung bình năm 1649 mm, lượng bốc
hơi trung bình năm 938 mm. Độ ẩm không khí trung bình năm 83%. Trong năm có
hai mùa gió chính: Gió mùa Đông nam và gió mùa Đông bắc. Hàng năm chịu ảnh
hưởng trực tiếp của khoảng 5 – 7 cơn bão. Bão mạnh nhất lên tới cấp 9, cấp 10. Bão
thường trùng với thời kỳ nước sông Hồng lên cao đe dọa không chỉ sản xuất nông
nghiệp và cả đời sống của người dân.
Do chịu ảnh hưởng mạnh của gió mùa nên khí hậu ở đây biến động thất
thường, ảnh hưởng sâu sắc tới mùa vụ trong sản xuất nông nghiệp và cả quá trình
sinh trưởng của các loại cây trồng. Thanh Trì có mùa đông lạnh và khô nhưng chỉ
trong thời gian ngắn đầu mùa Đông, đầu mùa Xuân nhiệt độ không khí đã ẩm lên,
có mưa phùn lên độ ẩm cao phù hợp với các loại rau, quả ôn đới phát triển. Nếu
đảm bảo được các điều kiện vật tư, kỹ thuật có thể phát triển cây vụ Đông rải rộng
trên diện tích đất canh tác của huyện.
2


• Thủy văn.

Trên địa bàn huyện có các sông lớn chảy qua như sông Hồng, sông Nhuệ,
sông Tô Lịch, sông Ngừ, sông Sét, sông Kim Ngưu… Bên cạnh đó còn có một diện
tích lớn hồ đầm với các hồ đầm như Yên Sở, Linh Đàm, Định Công, Pháp Vân.
Chế độ thủy văn của các sông trong huyện chịu ảnh hưởng trực tiếp hoặc
gián tiếp của chế độ thủy văn sông Hồng và được phân thành 2 mùa khá rõ rệt: Mùa
lũ từ tháng 6 đến tháng 10, và mùa cạn từ tháng 5 năm sau.
• Địa chất – địa mạo:
Toàn huyện có 6 loại đất chính sau:
- Đất phù sa không được bồi, glây yếu: Diện tích khoảng 2422 ha
phân bố ở những nơi có địa hình cao và trung bình, tập trung ở các xã Định Công,
Đại Kim, Thanh Liệt, Hoàng Liệt, Tam Hiệp… Đất có màu nâu tươi hay nâu xám,
pH từ trung tính đến ít chua, thành phần cơ giới từ cát pha đến thịt nặng, các chất
dinh dưỡng tổng số từ khá đến giàu, các chất dễ tiêu khá. Đây là loại đất thuận lợi
cho phát triển cây thực phẩm, cây lương thực và các loại hoa màu.
- Đất phù sa không được bồi có glây: Diện tích 1715 ha, phân bố tập
trung ở các xã Tả Thanh Oai, Đại Áng và Tân Triều, nằm ở nơi có địa hình thấp.
Đất có glây màu xám xanh, dẻo, thành phần cơ giới trung bình đến nặng, độ phì
nhiêu tiềm tàng khá, nghèo lân dễ tiêu.
- Đất phù sa ít được bồi, trung tính, kiềm yếu: Diện tích 739 ha phân
bố ở dải đất ngoài đê sông Hồng thuộc các xã Lĩnh Nam, Trần Phú, Yên Mĩ, Duyên
Hà và Vạn Phúc. Phần lớn loại đất này có thành phần cơ giới cát pha, khả năng giữ
màu, giữ nước kém và không bị chua.
- Đất phù sa không được bồi, glây mạnh: Diện tích 60 ha nằm rải rác
ở những nơi trũng, lòng chảo thuộc các xã Đại Kim, Thanh Liệp, Tứ Hiệp và Ngũ
Hiệp, hàng năm bị ngập nước liên tục vào mùa hè, nên đất thường ở trong tình trạng
yếm khí, tỷ lệ mùn khá, độ chua pH từ 4,5 – 6 do ảnh hưởng của chất hữu cơ chưa
phân giải.
- Đất phù sa được bồi hàng năm trung tính kiềm yếu: Diện tích 197
ha, phân bố thành dải đất dọc theo bờ sông Hồng ở các xã Thanh Trì, Lĩnh Nam,
Vạn Phúc, Yên Sở và Duyên Hà. Nơi có địa hình cao, đất có thành phần cơ giới

3


nhẹ, nơi đất thấp có thành phần cơ giới trung bình đến nặng. Nhìn chung loại đất
này là một trong những loại đất tốt, chủ yếu trồng màu và những cây công nghiệp
ngắn ngày, có năng suất cao.
- Đất cồn cát, bãi ven sông: Diện tích 99 ha nằm ở ngoài bãi sông
Hồng thuộc xã Vạn Phúc, Thanh Trì, Lĩnh Nam. Hàng năm, nước ngập bãi cát được
bồi thêm hoặc bị cuốn đi, do đó địa hình địa mạo luôn bị thay đổi. Cát có phản ứng
trung tính, độ phì kém. Hiện tại một phần nhỏ diện tích được sử dụng khai thác cát
phục vụ xây dựng, còn lại bỏ hoang.
- Khu vực đất còn lại gồm: Đất có mặt nước, sông suối, đất khu dân
cư có tổng diện tích 4160 ha.
1.2. Keo đất và khả năng hấp phụ của đất [1]
1.2.1. 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. Theo Garrison Sposito
(1939) đường kính hạt keo dao động từ 0,01 - 10 µm (1 µm = 10-6 m), hoặc nhỏ hơn
1 µm theo Brian L. McNeal (1966), hoặc nhỏ hơn 0,2 µm theo A.E. Vozbutskaia
(1968) hoặc bán kính nhỏ hơn 1 µm theo Van Olphen (1977),... 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 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, oxít sắt, oxít
nhôm... Keo vô cơ bền, nó chỉ bị phá huỷ sau một thời gian dài. Keo hữu cơ có nhân
4


l axit humic, axit fulvic, protit hoc xenlulo. Keo hu c kộm bn, nú cú th b phỏ
hu ri li to thnh ngay t cỏc sn phm phõn gii xỏc ng, thc vt.

Ion k h ô
ng

g

dịch

yển
chu

th ế
-

+

-

-

-

-

+

+

+

keo

-

quanh

-

N hân
-

+

h

n
Du

d ịc

Ion q u y

ết

V i lạ p
+

ếch

nh
đị

nk
eo
H ạt
keo

khu

n
tá

ện
đi

xe

bù
iện
p
pđ
Lớ

ké

p
Lớ
Mi

Ion

+
+

+

Hỡnh 1: S cu to mixen keo (theo N.I. Gorbunov)
Theo Gorbunov keo t cú cu to nh sau: Trong cựng l nhõn keo, trờn mt
nhõn keo cú lp in kộp, lp nm sỏt ht nhõn gi l lp ion quyt nh th, lp ion
ngoi mang in trỏi du gi l lp ion bự. éa s ion ca lp ion bự nm sỏt lp ion
quyt nh th gi l tng ion khụng di chuyn, nhng ion cũn li nm xa cỏch tng
ion quyt nh th lm thnh tng ion khuch tỏn.
éa s keo t cú lp ion quyt nh th mang in õm. éiu cn lu ý l
trong t nhng ion trờn lp in bự cú th trao i vi nhng ion trong dung dch
tip xỳc vi nú nờn gi l "tng ion trao i". Tng s cation trờn tng ion trao i
tớnh bng s ly ng lng gam (meq) trong 100 gam t khụ gi l dung tớch hp
ph ca t.
Keo t gi vai trũ rt quan trng vỡ chỳng quyt nh nhiu tớnh cht c bn
ca t v mt lý hc, hoỏ hoc, c bit l c tớnh hp ph ca t. Bi vy nhng
lý lun v keo c vn dng rng rói trong lnh vc phõn loi t, ci to t v
bún phõn cho t.
1.2.2. c tớnh c bn ca keo t
Khi nghiờn cu keo t ngi ta thy cú 4 c tớnh quyt nh nhiu tớnh cht

c bn ca t l:
5


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 (cm3). Diện tích bề mặt của các hạt có kích thước khác nhau được thể
hiện ở bảng 1. Keo đất có kích thước rất bé nên tỷ diện của nó rất lớn. Theo số liệu
ở bảng 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 1: Vai trò của kích thước hạt trong sự hình thành diện tích bề mặt của đất thịt
trung bình
Kích thước hạt

Hàm lượng

Diện tích bề mặt

% bề mặt tổng số

(mm)

(%)

(m2/1g đất)

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.

6


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. Trạng thái tồn tại của keo đất
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 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.
7


Bảng 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

NaCl

0,015 - 0,0125

1

NH4Cl

0,025 - 0,0125

1

KCl

0,025 - 0,0125

2

MgCl2

0,0012 - 0,0005

2

CaCl2

0,0012 - 0,0005

3

AlCl3

< 0,000125

3

FeCl3

< 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.
1.2.3. Phân loại keo đất
Những keo đất phổ biến là axit humic, axit silicic, hydroxit 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. Người ta phân loại keo đất dựa vào các yếu tố sau:
8


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 2. Phân tử axit silicic trên bề mặt
hạt nhân phân ly thành các ion:

H2SiO3 = 2H+ + SiO32Anion SiO32- 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.
khuÕch

Ion

Io n

kh«ng di chu
y

q .® t h Õ h
iÖ u
n
o
I
N h©n
S iO

+
+

t¸ n

S iO 3 2 H+

+
+

H+

2-

S iO 3 2 -

+
+

3

S iO 3 2 -

S iO 2 y H 2 O

+

Ón

H+

H+
H+

H+

H+
H+

+

Hình 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 OHvà 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:
...O3SiO2(OH)Al2(OH)3

[...O3SiO2(OH)Al2(OH)2]+ + OH-

Ví dụ cấu tạo keo Fe(OH)3 (hình 3)
9


khuÕch

Io n
Io n

-

+

kh«ng

t¸ n

d i ch
u

yÓn

q .® th Õ h
iÖ u
n
Io
N h©n
FeO +

+

FeO

F e (O H )3

+

-

-

+

FeO
F eO

+

F eO

C l-

+

C l-

+

+

C l-

+

-

C l-

C l-

Hình 3: Sơ đồ cấu tạo keo dương (theo Gorbunov)
Keo này tạo thành do sự thuỷ phân FeCl3
FeCl3 + 3H2O

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

FeOCl + H2O

FeOCl là chất điện giải nên ion hoá:
FeOCl

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- +H2O (keo dương)
Fe(OH)3 + NaOH → Fe(OH)2O- + Na+ + H2O (keo âm)
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- + H2O (keo dương)
Al(OH)3 + NaOH → Al(OH)2O- + Na+ + H2O (keo âm)
10


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 4).
khuÕch t ¸
n
d
g
i
ch
kh«n
uy
Ón
Io n
q.® t h Õ h
iÖ u
n
Io
Nh©n
COO Io n

+
+

H+
COO R(COOH) n C O O H+
OH CO
OH - O H+

+

-

O
CO

+

H+

+
+

H

H+

+

+

H+

Hình 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:
SiO2 = 40% - 60%
Al2O3 = 10% - 25%
Fe2O3 = 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).

+ 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.
11


Alexandrova (1994) 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.
khuÕch t¸
n
d
k h «n g i ch u
yÓ
Ion
n
t
q.® h Õ h
iÖ u
n
Io
2Nh©n
S iO 3
Ion

2 )n

(Si
O

= = =

S iO

2
3 -

2-

2-

+

H+

+

Ca 2+

S iO 3 2-

O3
Si

+

SiO 3

)m

+

3

+

=

+

l 2O
(A

+

+

=

+

+

M g 2+

Ca 2+
H+
H+

H+

Hình 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:
(COO)nMem
R
(O)pMeq

Trong đó Me là Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+... 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

COO Ca O Si
R

Si O Ca

OOC

COO Ca O Si

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.
12


L.N. Alexandrova (1994) gọi những hợp chất có bản chất kép như vậy là
muối phức dị cực. Muối này có cấu tạo như sau:

H2O

OH

OOC

(COOH)n-1

Me
H2O

OH

R
(OH)m-1

HO

Trong đó Me là Fe3+, Al3+. 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).
OH
Me(OH)3

(COOH)n-1

OOC
R

Me
OH

(OH)m-1

OH

(a) Phức mùn nhôm, sắt
(COOH)n
H 2 O ...R
(OH)m

SiO 2 .nH 2 O

COO
H 2 O ...[RMe]

OH

(b) Phức mùn silic

13

-

Me 1 +


O

-

(C O O H )n
...R
(O H )m

Si

COO

O

Me

O H ...[R M e ]
O

(C O O H )n -1

OOC

Al

Al

R
(O H )m -1

O
O H ...R

O

(C O O H )n
(O H )m

Si
O

-

COO
...[ R M e ]

Me
O

(c) Phức hệ sét mùn
1.2.4. 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 6).
14


+ 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

Si
oxi

7

oxi

Al

Hình 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 Al3+ trong tinh thể có bán kính R = 0,57 Å có thể bị
Fe3+ có R = 0,67 Å thay thế chứ không thể bị Li+ có R = 1,22 Å thay thế. Sự thay
thế này xảy ra phổ biến ở một số keo sét, ví dụ trong khối tứ diện oxit silic: Si4+
thường bị Al3+ thế, có trường hợp Mn3+ hoặc P5+ thay thế Si4+ song rất ít; Trong
khối bát diện Al3+ bị Mg2+ hoặc Fe2+ 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 Al3+ thế cho Si4+ thì khoáng vật mang điện âm,
P5+ thế cho Si4+ khoáng vật mang điện dương. Hiện tượng thay thế đồng hình

15


thường gặp ở keo sét là Al3+ thế Si4+ hoặc Mg2+ thế Al3+ 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 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 Al2Si2O5(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 Al2Si2O5(OH)4.2H2O. Haluazit
khi bị hydrat hoá sẽ biến thành metahaluazit Al2Si2O5(OH)4.4H2O. 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 Å.
- 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 lở.
- 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

Hình 7: Sơ đồ cấu trúc kaolinit
16

6(OH)
4Al
4O + 2(OH)
4Si
6O


+ 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 8).
- Cấu trúc của montmorilonit phù hợp với công thức Al2Si4O10(OH)2.nH2O.
Baydelit khác với montmorilonit ở chỗ, 1 trong 4 ion Si4+ của lớp khối tứ diện oxit
silic bị thay thế bằng Al3+, điện tích âm dư thừa được bù bằng cách thay thế 1 trong
các ion oxi bằng nhóm hidroxyl. Baydelit có công thức là: Al3Si3O9(OH)3.nH2O.
Còn nontronit, trong các khối bát diện của nó, ion Al3+ hoàn toàn được thay thế
bằng ion Fe3+. Nontronit có công thức: (Al,Fe)2Si4O10(OH)2.nH2O. 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: Al3+ thay thế Si4+ trong
khối tứ diện của phiến oxit silic, Mg2+ hoặc Fe2+ thế Al3+ 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

4 A°
PhiÕn
oxit silic
PhiÕn
gipxit
PhiÕn
oxit silic

6O
4Si
4O + 2(OH)
4Al
4O + 2(OH)
4Si
6O

Hình 8: Sơ đồ cấu trúc montmorilonit
17


+ 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 9).

- Công thức của hydromuscovit KAl2(Al.Si3O10)(OH)2.

yK

°
10 A

6O
(4-y)Si.yAl
2OH + 4O
Al4.Fe4.Mg4Mg6
2OH + 4O
(4-y)Si - yAl
yK

Hình 9: Sơ đồ cấu trúc của hydromica
- Khoảng cách giữa các paket không đổi và bằng 10 Å.
- Có hiện tượng thay thế đồng hình xảy ra trong mạng lưới tinh thể, chủ yếu
là sự thay thế của Si4+ trong phiến khối tứ diện bằng ion Al3+, 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/100g 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 Mg2+ có thể được thay thế bằng
Fe2+, còn trong các khối tứ diện Si4+ được thay thế bằng Al3+. Công thức tổng
quát của vermiculit như sau:
(Mg2+,Fe2+)3(Si,Al)4O10(OH)2.4(H2O)

18