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 (luận văn thạc sĩ)

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

NGUYỄN QUANG HUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG 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 trƣờng
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN NGỌC MINH

Hà Nội - 2013
1


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 4
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU........................................ 5
1.1. Vị trí địa lý, điều kiện khí hậu – địa chất – thủy văn huyện Thanh Trì ............... 5
1.1.1. Vị trí địa lý ........................................................................................................ 5
1.1.2. Điều kiện khí hậu – thủy văn ............................................................................ 5
1.2. Keo đất và khả năng hấp phụ của đất .................................................................. 7
1.2.1. Khái niệm .......................................................................................................... 7
1.2.2. Đặc tính cơ bản của keo đất .............................................................................. 8

1.2.3. Phân loại keo đất ............................................................................................. 11
1.2.4. Các loại keo sét trong đất................................................................................ 17
1.3. Ảnh hƣởng của một số tính chất lý hóa đến đặc tính keo của khoáng sét trong
đất.............................................................................................................................. 22
CHƢƠNG II. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 25
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu. ....................................................................................... 25
2.2. Nội dung nghiên cứu.......................................................................................... 25
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu. .................................................................................. 25
2.3.1. Tách cấp hạt sét............................................................................................... 25
2.3.2. Xác định các tính chất lý – hóa học cơ bản của đất. ....................................... 26
2.3.3. Tách chiết axit humic ...................................................................................... 26
2.3.4. Xác định thành phần khoáng sét ..................................................................... 26
2.3.5. Thí nghiệm phân tán trong ống nghiệm.......................................................... 27
CHƢƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................... 29
3.1. Một số đặc tính lý – hóa học cơ bản của đất nghiên cứu ................................... 29
3.2. Thành phần khoáng sét trong mẫu đất nghiên cứu ............................................ 31
3.3. Ảnh hƣởng của pH, các ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong
đất nghiên cứu ........................................................................................................... 33
3.3.1. Ảnh hƣởng của pH .......................................................................................... 33
3.3.2. Ảnh hƣởng của cation ..................................................................................... 35
3.3.3. Ảnh hƣởng của anion ...................................................................................... 38
2


3.3.4. Ảnh hƣởng của axit humic .............................................................................. 41
3.4. Ảnh hƣởng của nƣớc tƣới tới trạng thái keo sét trong đất nghiên cứu .............. 43
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................ 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................... 47
PHỤ LỤC................................................................................. Error! Bookmark not defined.

3


LỜI MỞ ĐẦU
Sự tồn tại của khoáng sét trong môi trƣờng nƣớc 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 hƣớng 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 nƣớc, giữ dinh dƣỡng cũng nhƣ khả năng tích lũy KLN trong đất. Các yếu tố
môi trƣờng nhƣ pH, các ion, chất hữu cơ hòa tan có khả năng tác động tới khoáng
sét thông qua nhƣng cơ chế riêng biệt và ảnh hƣởng tới dạng tồn tại của khoáng sét.
Môi trƣờng đất trồng lúa nƣớc là một dạng môi trƣờng đặc thù. Việc dẫn
nƣớc vào ruộng đã làm giảm rất mạnh quá trình trao đổi khí thông thƣờng giữa đất
và khí quyển. Do canh tác trong điều kiện ngập nƣớc, trạng thái khử chiếm ƣu thế
trong đất làm cho tính chất của đất diễn biến theo chiều hƣớng khác nhiều so với đất
ban đầu khi chƣa trồng lúa, hình thành loại đất mới với những đặc tính đặc trƣng.
Tác động của nƣớc tƣới đối với môi trƣờng đất lúa không chỉ dừng lại ở việc làm
thay đổi trạng thái ngập nƣớc mà thành phần nƣớc tƣới, tính chất nƣớc tƣới cũng
gây ra những ảnh hƣởng nhất định.
Trên cơ sở đó đề tài:”Nghiên cứu ảnh hƣởng của pH, một số ion và chất
hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội”.
Đƣợc thực hiện với mục đich xác định động thái, dạng tồn tại của khoáng sét trong
các điều kiện môi trƣờng 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 nhƣ hạn chế nguy cơ mất
sét, mất dinh dƣỡng trong đất khu vực.

4

CHƢƠNG 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, Thƣờng 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 đƣợc coi nhƣ 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. Lƣợng mƣa trung bình năm 1649 mm, lƣợng 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
hƣởng trực tiếp của khoảng 5 – 7 cơn bão. Bão mạnh nhất lên tới cấp 9, cấp 10. Bão
thƣờng trùng với thời kỳ nƣớc sông Hồng lên cao đe dọa không chỉ sản xuất nông
nghiệp và cả đời sống của ngƣời dân.
Do chịu ảnh hƣởng mạnh của gió mùa nên khí hậu ở đây biến động thất
thƣờng, ảnh hƣởng sâu sắc tới mùa vụ trong sản xuất nông nghiệp và cả quá trình
sinh trƣởng của các loại cây trồng. Thanh Trì có mùa đông lạnh và khô nhƣng chỉ
trong thời gian ngắn đầu mùa Đông, đầu mùa Xuân nhiệt độ không khí đã ẩm lên,
có mƣa phùn lên độ ẩm cao phù hợp với các loại rau, quả ôn đới phát triển. Nếu
đảm bảo đƣợc các điều kiện vật tƣ, kỹ thuật có thể phát triển cây vụ Đông rải rộng

trên diện tích đất canh tác của huyện.
5


 Thủy văn.
Trên địa bàn huyện có các sông lớn chảy qua nhƣ sông Hồng, sông Nhuệ,
sông Tô Lịch, sông Ngừ, sông Sét, sông Kim Ngƣu… Bên cạnh đó còn có một diện
tích lớn hồ đầm với các hồ đầm nhƣ Yên Sở, Linh Đàm, Định Công, Pháp Vân.
Chế độ thủy văn của các sông trong huyện chịu ảnh hƣởng trực tiếp hoặc
gián tiếp của chế độ thủy văn sông Hồng và đƣợc 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 đƣợc 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 tƣơi hay nâu xám,
pH từ trung tính đến ít chua, thành phần cơ giới từ cát pha đến thịt nặng, các chất
dinh dƣỡng tổng số từ khá đến giàu, các chất dễ tiêu khá. Đây là loại đất thuận lợi
cho phát triển cây thực phẩm, cây lƣơng thực và các loại hoa màu.
- Đất phù sa không đƣợc 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 đƣợc 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 nƣớc kém và không bị chua.
- Đất phù sa không đƣợc 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 nƣớc liên tục vào mùa hè, nên đất thƣờng ở trong tình trạng

yếm khí, tỷ lệ mùn khá, độ chua pH từ 4,5 – 6 do ảnh hƣởng của chất hữu cơ chƣa
phân giải.
- Đất phù sa đƣợc 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
6


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, nƣớc ngập bãi cát đƣợc
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 đƣợc sử dụng khai thác cát
phục vụ xây dựng, còn lại bỏ hoang.
- Khu vực đất còn lại gồm: Đất có mặt nƣớc, sông suối, đất khu dân
cƣ 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 thƣớc
khác nhau. Keo đất là những hạt rất ít tan trong nƣớc, có đƣờng kính rất nhỏ. Về
kích thƣớc của hạt keo giữa một số tác giả không thống nhất. Theo Garrison Sposito
(1939) đƣờng kính hạt keo dao động từ 0,01 - 10 m (1 m = 10-6 m), hoặc nhỏ hơn
1 m theo Brian L. McNeal (1966), hoặc nhỏ hơn 0,2 m theo A.E. Vozbutskaia
(1968) hoặc bán kính nhỏ hơn 1 m theo Van Olphen (1977),... Do kích thƣớc của
keo nhỏ nhƣ thế nên chúng thƣờng lơ lửng trong dung dịch, có thể chui qua giấy lọc
phổ thông và chỉ quan sát đƣợc cấu tạo của chúng bằng kính hiển vi điện tử. Số
lƣợng keo trong đất rất khác nhau tuỳ theo loại đất, từ 1 – 2% (đất cát) đến 40 –
50% khối lƣợng đất (đất sét nặng). Ngay cả khi có hàm lƣợng 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 đƣợc tạo thành do tác dụng phong hoá đá hoặc do sự ngƣng 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) nhƣ 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 thƣờng 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
7


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.

dịch

thế
-

+

-

-

-

+

keo

-

quanh

-

Nhân

+

ng
Du

keo
Vi lạp

+

dịc
h

Ion quy
ết

h
địn

Hạt

Ion khô
ng

yển
chu

keo

khu
ếch

n
tá

ù
nb
điệ
p
Lớp
ké
iện
pđ
Lớ

Mi
xen

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:
8


a. Keo đất có tỷ diện lớn

Tỷ diện là tổng số diện tích bề mặt của một đơn khối lƣợng (g) hoặc một đơn
vị thể tích (cm3). Diện tích bề mặt của các hạt có kích thƣớc khác nhau đƣợc thể
hiện ở bảng 1. Keo đất có kích thƣớc rất bé nên tỷ diện của nó rất lớn. Theo số liệu
ở bảng 1, số lƣợng keo đất chỉ bằng 4% khối lƣợng pha rắn của đất, nhƣng có diện
tích bề mặt bằng 80% tổng diện tích bề mặt của đất. Nhƣ 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 thƣớc hạt

Hàm lƣợng

Diện tích bề mặt

(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

% bề mặt tổng số

b. Keo đất có năng lượng bề mặt
Các phân tử trong hạt keo chịu những lực tác động xung quanh nhƣ 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 đƣợc, từ đó sinh ra năng lƣợng tự do, sinh ra năng lƣợng bề
mặt chỗ tiếp xúc giữa các hạt keo với môi trƣờng xung quanh. Thành phần cơ giới
đất càng nặng thì tỷ diện càng lớn và do đó năng lƣợng bề mặt càng lớn, khả năng
hấp phụ vật chất càng cao.

9

c. Keo đất có mang điện
Ðây là một đặc tính rất quan trọng của keo đất mà các hạt đất có kích thƣớc
lớn không có. Do hạt keo có kích thƣớc 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
dƣơng. Trong đất có keo âm, keo dƣơng và keo lƣỡng 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 nƣớc thì chúng
nằm xa cách nhau, đó là trạng thái sol (hay hydrosol). Trong trƣờng hợp này môi
trƣờng phân tán là nƣớc, tƣớng phân tán là các hạt keo. Nhƣ thế sol chỉ keo ở trạng
thái lơ lửng trong chất lỏng. Hiện tƣợng này do các nguyên nhân: Do thế điện động
(điện thế zeta) làm cho các hạt keo đẩy nhau không tiến lại gần nhau đƣợc, hoặc do
màng nƣớc bao bọc ngoài keo ngăn cản không cho chúng dính liền nhau. Song
trong thiên nhiên lại có cả quá trình ngƣng 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 ngƣng tụ keo có thể do những nguyên nhân chính sau:
+ Keo ngƣng 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
ngƣng tụ do có cation trong dung dịch đất. Do chất điện giải là một muối, các
ion của muối này hydrat hoá lấy nƣớc của hạt keo, làm giảm bề dày màng nƣớc
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
tƣợng keo đất liên kết với nhau mà ngƣng tụ. Hoá trị của cation càng cao thì sức
ngƣng tụ keo càng mạnh. Nghiên cứu sự ngƣng tụ keo sét Gedroiz thấy rằng sức
ngƣng 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 nhƣ Na +, K+, H+ có tác dụng
ngƣng tụ nhƣng không bền, khi chất điện giải trong dung dịch bị rửa trôi thì xảy

ra hiện tƣợng tán keo.
10


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 ngƣng 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 ngƣng tụ do hiện tƣợng mất nƣớc: Tuỳ khả năng giữ nƣớc ngƣời ta
chia keo thành keo ƣa nƣớc và keo ghét nƣớc. Keo ƣa nƣớc trên bề mặt có những
phân tử nƣớc hoặc chất lỏng nhƣ dung dịch đất. Những keo ƣa nƣớc nhƣ gelatin,
axit silicic, nhựa cây, một vài chất hữu cơ trong đất, một số keo sét.... Keo ghét
nƣớc nhƣ hydroxít sắt, kaolinit... Chúng không có màng nƣớc xung quanh nên dễ
ngƣng tụ, chỉ cần dùng dung dịch muối nồng độ thấp. Trái lại các keo ƣa nƣớc chỉ

ngƣng tụ trong trƣờng 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 ƣa nƣớc cũng có thể ngƣng tụ do
màng nƣớc quanh nó bị mất.
+ Keo ngƣng tụ do sự liên kết hai hạt keo mang điện trái dấu: Nhƣ trên đã
nói, đa số keo đất mang điện âm. Tuy nhiên vẫn gặp một số keo mang điện dƣơng
nhƣ keo Fe(OH)3, Al(OH)3, khi keo âm và keo dƣơng kết hợp với nhau, sau lúc
trung hoà điện tạo thành gel hỗn hợp. Nếu số lƣợng keo âm nhiều gấp bội keo
dƣơng thì các keo âm bao bọc keo dƣơng 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 lƣợng keo phụ thuộc tỷ lệ sét và mùn trong đất, đất càng nhiều sét
và mùn thì càng chứa nhiều keo. Ngƣời ta phân loại keo đất dựa vào các yếu tố sau:
11


a. Dựa vào tính mang điện
Theo tính mang điện của keo, có thể chia keo đất thành các loại: Keo âm,
keo dƣơng và keo lƣỡng 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. Thƣờng gặp là axit silicic, axit humic,
keo sét... Ví dụ cấu tạo keo axit silicic nhƣ hình 2. Phân tử axit silicic trên bề mặt
hạt nhân phân ly thành các ion:
H2SiO3 = 2H+ + SiO32Anion SiO32- đƣợc 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 t¸
n

Ion

kh«ng di chu
n
yÓn
Io
q.® thÕ h
iÖu
n
Io
Nh©n

+
+

SiO2 yH2O SiO32-

+

SiO32-

+
+

H+

+

H+

H+
H+

SiO32+

H+

SiO32-

H+

H+
H+

+

Hình 2: Sơ đồ cấu tạo keo âm (theo Gorbunov)
+ Keo dƣơng (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 dƣơng là X-OH. Các keo dƣơng thƣờng gặp trong
đất là Fe(OH)3, Al(OH)3 (trong môi trƣờng axit). Cũng có thể là kaolinit do quá
trình ion hoá tạo thành keo dƣơng:
...O3SiO2(OH)Al2(OH)3  ...O3SiO2(OH)Al2(OH)2]+ + OHVí dụ cấu tạo keo Fe(OH)3 (hình 3)
12


khuÕch

Ion

t¸n

kh«ng di chu
n
yÓn
o
I
q.® thÕ

Ion

hiÖ
u

Nh©n

-

+

Cl-

FeO+
FeO+

+

Fe(OH)3

+

-

-

+

FeO+
FeO+

+

FeO

ClCl-

+

-

-

Cl-

Cl-

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+ + ClCation FeO+ đƣợc hấp phụ ngay trên bề mặt hạt nhân làm thành lớp ion
quyết định thế. Các anion Cl- đƣợc phân bố ở tầng ion trao đổi.
+ Keo lƣỡng tính (Ampholitoit)
Keo này mang điện âm hay dƣơng phụ thuộc vào phản ứng của môi trƣờng
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 lƣỡng tính trong đất thƣờng gặp là Fe(OH)3, Al(OH)3,... Ví dụ:
Đối với keo Fe(OH)3, khi pH < 7,1 biểu hiện keo dƣơng, nhƣng 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 dƣơng)
Fe(OH)3 + NaOH  Fe(OH)2O- + Na+ + H2O (keo âm)
Ðối với keo Al(OH)3 khi pH < 8,1 biểu hiện keo dƣơng, 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 dƣơng)
Al(OH)3 + NaOH  Al(OH)2O- + Na+ + H2O (keo âm)

13


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 dƣới. Các keo hữu cơ thƣờng 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
lƣợng nhỏ Na, K, Ca, Mg, Fe, Al, Si... Ví dụ cấu tạo keo axit humic (hình 4).
khuÕch t¸

n
kh « n g d i c hu
n
yÓ n
o
I
t
q.® hÕ h
iÖu
n
Io
Nh©n
COO-

Ion

+
+

H+
COOR(COOH)n COO 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 đƣợc 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 lƣợng nhƣ 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 thƣờng liên kết chặt với các chất
khoáng hoặc các keo vô cơ tạo thành keo hữu cơ – vô cơ phức tạp. Theo L.N.
14

Alexandrova (1994) các hợp chất hữu cơ vô cơ trong đất đƣợc chia thành 3 nhóm:
Các muối dị cực, các muối phức dị cực và các phức chất hấp phụ.
khuÕch t¸
n
kh«ng di chu
yÓn
Ion
q.® thÕ h
iÖu
n
Io
2Nh©n
SiO 3

Ion

2 )n

O

Ca2+

SiO3 2+
SiO 2- H

Ca2+

3

2-

O3
Si
2S iO 3

+
+

(Si

= = =

+

=

+

)m
l O3
(A 2

+

+

=

+

+

Mg2+

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 nhƣ sau:
(COO)nMem
R
(O)pMeq

Trong đó Me là Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+... Các muối dị cực cũng có thể
đƣợc hình thành do sự tƣơng tác giữa các axit mùn với các khoáng vật sét qua cầu nối
canxi có cấu tạo nhƣ 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 đƣợc 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.
15


L.N. Alexandrova (1994) gọi những hợp chất có bản chất kép nhƣ vậy là
muối phức dị cực. Muối này có cấu tạo nhƣ sau:
OH
H2O

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 tƣơng 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
H2O ...R
(OH)m

SiO2.nH2O

COO Me1+

H2O ...[RMe]
OH

(b) Phức mùn silic

16


(COOH)n
O- ...R
(OH)m
Si

COO

O

OH ...[RMe]

Me
O
(COOH)n-1

OOC
Al

Al

R
(OH)m-1

O
(COOH)n
OH ...R
O

(OH)m

Si
COO
O- ...[RMe]

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,
đƣợc 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 đƣợc gọi là các khoáng vật sét.
Chúng đƣợc phân biệt với nhau bởi mức độ phân tán cao, không tan trong nƣớc.
Trong đất có nhiều loại keo sét, nhƣng 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 nhƣ mica và
sự thay thế đồng hình.
+ Cấu tạo lớp của keo sét đƣợc 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 đƣợc 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. Nhƣ thế thì khi ghép thành phiến hai bên là hai lớp oxi, giữa là lớp silic.
- Phiến gipxit: Phiến này đƣợc 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).
17


+ Hiện tƣợng thay thế đồng hình
- Ở một số khoáng vật, trong đó có các khoáng vật sét (keo sét) có hiện
tƣợng một số nguyên tố trong mạng lƣới 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 tƣợng 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 tƣơng đƣơng. 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+
thƣờng bị Al3+ thế, có trƣờng 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 tƣơng đƣơng
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 dƣơng. Ví dụ Al3+ thế cho Si4+ thì khoáng vật mang điện âm,
P5+ thế cho Si4+ khoáng vật mang điện dƣơng. Hiện tƣợng thay thế đồng hình

18


thƣờng 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 nhƣ 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 lƣới tinh thể keo
trung hoà về điện và có công thức tƣơng ứng là Al2Si2O5(OH)4, nhƣng bề mặt sƣờn
lộ trần khi phá huỷ có hoá trị không bão hoà gây ra sự hấp phụ các ion từ môi
trƣờng xung quanh. Haluazit khác với kaolinit bởi sự tồn tại của nƣớc trong mạng
lƣới 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 tƣợng thay thế đồng hình xảy ra trong mạng lƣới
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 nƣớc và không có khả năng trƣơng lở.
- Do các đặc điểm trên mà khả năng hấp phụ của kaolinit thƣờng thấp (CEC = 5 –
15 lđl/100g keo). Bởi vậy, đất nào chứa nhiều keo nhóm kaolinit thì tính giữ phân và giữ
nƣớc kém.

°
7,2A

°
0,2A

PhiÕn
gipxit
PhiÕn
oxit silic

Hình 7: Sơ đồ cấu trúc kaolinit
19

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 dƣ thừa đƣợc 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 đƣợc 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 lƣợng nƣớc đƣợc hút vào khe hở giữa
các paket. Khi hút nƣớc keo sét montmorilonit trƣơng ra.
- Hiện tƣợng 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 nƣớc 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 nƣớc 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
20


+ Nhóm hydromica
- Chiếm một lƣợng 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 tƣơng 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 tƣợng thay thế đồng hình xảy ra trong mạng lƣới 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 thƣờng có
tính trƣơng thấp và khả năng hấp phụ không cao.
- Khả năng hấp phụ của hydromica khoảng 20 - 40 lđl/100g keo.
+ Trong đất cũng thƣờng gặp vermiculit gần giống hydromica, giữa các
paket của mạng lƣới tinh thể của keo này tồn tại lớp kép các phân tử nƣớc bao
quanh các kim loại, thƣờng là Mg. Vermiculit là magiealuminsilicat, Mg có
trong các khối bát diện. Trong các khối bát diện Mg2+ có thể đƣợc thay thế bằng

Fe2+, còn trong các khối tứ diện Si4+ đƣợc thay thế bằng Al3+. Công thức tổng
quát của vermiculit nhƣ sau:
(Mg2+,Fe2+)3(Si,Al)4O10(OH)2.4(H2O)
21


Vermiculit có dung tích hấp phụ khá cao, CEC của nó dao động từ 60 – 150
lđl/100g keo.
Trong đất còn gặp các keo dạng lớp hỗn hợp. Trong mạng lƣới 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 phƣơng pháp hoá học, phƣơng pháp quang phổ, phƣơng pháp
nhiệt, phƣơng pháp quang tuyến X và phƣơng pháp hiển vi điện tử có thể khái quát
về sự phân bố của chúng nhƣ 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).
1.3. Ảnh hƣởng của một số tính chất lý hóa đến đặc tính keo của khoáng sét
trong đất
Sự tồn tại của các cation và khoáng sét trong đất phụ thuộc rất lớn vào các
yếu tố lý – hóa đất. Sự kết hợp các tính chất đất sẽ đặc trƣng cho nguồn gốc phát

sinh và khả năng giữ các chất dinh dƣỡng cũng nhƣ các chất ô nhiễm trong đất,
trong đó các cation và anion hữu cơ. Chúng tồn tại dƣới dạng dung dịch các muối
và có mặt trong các cấu trúc tinh thể khoáng. Khi đất có TPCG nặng, chứng tỏ đất
chứa lƣợng lớn cấp hạt sét, đồng thời hàm lƣợng cation lớn, một phần do chúng có
mặt trong cấu trúc tinh thể của sét, mặt khác cation đƣợc các hạt sét hấp phụ lên bề
mặt mang điện tích âm.
22


Các cation có khả năng tác động đến sự phân tán của sét thông qua cơ chế
trung hòa điện tích bề mặt và làm giảm lớp điện kép của các hạt sét. Sự có mặt của
các cation hóa trị cao hơn trong dung dịch thƣờng làm cho sét bị keo tụ nhanh hơn.
Nguyễn Ngọc Minh và nnk (2009) đã chứng minh rằng các cation tác động đến tốc
độ keo lắng của mẫu khoáng sét (chứa chủ yếu illit) theo thứ tự cation hóa trị III >
hóa trị II > hóa trị I.
Trong khi đó các anion đƣợc nhìn nhận là một trong những nguyên nhân
thúc đẩy sự tán keo. Sự có mặt của các anion này làm biến đổi một phần lớp điện
kép thông qua hai cơ chế: làm tăng điện tích âm trên bề mặt, hoặc cạnh tranh hấp
phụ vào các vị trí mang điện tích dƣơng trên “bề mặt rìa”. Các anion hữu cơ
(humat) là keo âm, do đó khi bị hấp phụ bởi khoáng sét sẽ làm điện tích âm tổng thể
của khoáng sét tăng thêm. Kết quả là các anion hữu cơ có mặt càng nhiều thì sự tán
keo càng đƣợc thúc đẩy. Ảnh hƣởng của các anion hữu cơ đến sự phân tán khoáng
sét cũng đã đƣợc đề cập trong nhiều nghiên cứu (Shanmuganathan và Oades, 1983;
Penner và Lagaly, 2001; Frenkel và nnk, 1992). Tejada và Gonzalez (2007) đã
chứng minh các anion hữu cơ làm giảm tính ổn định của cấu trúc đất. Trong đất
giàu hữu cơ, khoáng sét bị rửa trôi với tốc độ nhanh hơn. Hiện tƣợng này là do sự
tán keo của khoáng sét trong dung dịch đất dƣới sự ảnh hƣởng của chất hữu cơ hòa
tan trong đất. Trong môi trƣờng có phản ứng axit, các anion vô cơ thƣờng bị hấp
phụ trên “bề mặt rìa”, nơi có các vị trí mang điện tích dƣơng. Liên kết “anion – bề
mặt rìa”. Vì vậy, trạng thái tán keo đƣợc thúc đẩy. Các anion hóa trị càng cao thì

khả năng cạnh tranh hấp phụ vào bề mặt rìa càng lớn, và càng thúc đẩy quá trình tán
keo. Khả năng thúc đẩy trạng thái tán keo tuân theo thứ tự sau: PO43- > SO42- > Cl-.
Axit humic mang điện tích âm bị hấp phụ trên bề mặt sét làm giảm khả năng
keo tụ của sét. Khi pH tăng, axit humic âm điện hơn do đó sẽ làm tăng thêm sự
phân tán của sét. Độ chua của đất ảnh hƣởng đến các quá trình xảy ra trong đất. Đối
với khoáng sét, pH ảnh hƣởng đến sự chuyển hóa từ khoáng này sang dạng khoáng
khác, cho nên pH là nguyên nhân quan trọng trong sự tạo thành khoáng sét của đất
cùng với sự kết hợp của các yếu tố khác nhƣ khí hậu, địa hình, nhiệt độ… Dƣới tác
động của điều kiện tự nhiên khí hậu nóng ẩm, mƣa nhiều, địa hình cao, dốc, đá mẹ
dễ phong hóa, đặc biệt các loại đá trung tính (vôi), kiềm (mắc ma bazơ), trầm tích
23


sét… bị phá hủy triệt để; các cation kiềm (K, Na) và kiềm thổ (Ca,…) cùng axit
silicic bi rửa trôi mạnh (pH chua) thì sự tạo thành khoáng sét chủ yếu là kaolinit.
Điều này phù hợp với quy luật hình thành và chuyển hóa khoáng sét của đất ferralit
nhiều nhà khoáng sét và thổ nhƣỡng thế giới đã nghiên cứu và khẳng định (Corens,
1938; Caller, 1950; Hardon, 1950; Groocbnop, 1974; Jackson, 1968…).
Ảnh hƣởng của độ ẩm lên khoáng sét thể hiện rõ nhất khi trong đất tồn tại
khoảng trƣơng nở 2:1 (montmorillonit). Cấu trúc đất khi đủ ẩm rất tốt, do các
khoáng này kết hợp với mùn dạng humatcanxi lên cũng khá bền vững. Nếu đất quá
khô montmorillonit sẽ co lại mạnh làm đất nứt lẻ, khô cứng, độ ẩm cây héo lớn…
làm ảnh hƣởng đến sự sống của thực vật. Còn nếu đất quá ƣớt và thời gian quá lâu
thì sự trƣơng nở sẽ phá vỡ cấu trúc đất, gây bí và thiếu oxy.
Ngoài ra sự có mặt của các ion trong đất cũng làm ảnh hƣởng tới khả năng
hấp phụ của khoáng sét. Khoáng sét hấp phụ cation hay anion tùy thuộc vào bản
chất mang điện. Nếu lƣợng ion để hấp phụ quá lớn thì bản thân khoáng sét có sự
chọn lọc các yếu tố mang điện tích phù hợp và đẩy những ion mang điện không phù
hợp. [11]
Nhƣ vậy giữa các tính chất lý – hóa học đất và khoáng sét trong đất có mối

liên hệ hết sức mật thiết. Tƣơng tác qua lại giữa khoáng sét và các thành phần khác
nhau trong đất cùng với những tác động đến đặc tính keo của cấp hạt sét sẽ đƣợc
tìm hiểu kỹ trong nghiên cứu này.

24


CHƢƠNG II. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu.
Đất đƣợc lấy tại khu vực canh tác lúa nƣớc của xã Đại Áng, huyện Thanh
Trì, Hà Nội vào tháng 03/2013. Tọa độ: 20o54'40,38" VB; 105o48'41,76" KĐ. Mẫu
đất đƣợc lấy theo độ sâu (0 ÷ 25, 25 ÷ 50, 50 ÷ 75 và 75 ÷ 100 cm). Đất ở khu vực
nghiên cứu là đất phù sa sông Hồng có tầng glây. Đất ít đƣợc bón phân hữu cơ và
thuốc trừ sâu. Ngƣời dân chủ yếu dùng phân đạm và lân, sử dụng nƣớc tƣới từ sông
Nhuệ. Lúa đƣợc trồng 2 vụ/năm rồi bỏ hoang.
Nƣớc sông Nhuệ đƣợc lấy tại 3 vị trí khác nhau (gần khu vực trạm bơm để lấy
nƣớc tƣới vào ruộng):
- Vị trí 1 (M1): 20o55’59,94’’ VB – 105o48’24,19’’ KĐ
- Vị trí 2 (M2): 20o54’17,70’’ VB – 105o48’49,35’’ KĐ
- Vị trí 3 (M3): 20o56’16,71’’ VB – 105o48’12,41’’ KĐ
2.2. Nội dung nghiên cứu.
Nghiên cứu thành phần cơ giới và một số đặc tính lý hóa học cơ bản của đất
lúa xã Đại Áng (TPCG, CEC, CHC, hàm lƣợng sắt, nhôm tổng số…).
Nghiên cứu sự ảnh hƣởng của pH, các ion (Na+, Ca2+, Al3+, Cl-, SO42-, PO43-)
và chất hữu cơ hòa tan (axit humic) đến trạng thái keo sét trong đất nghiên cứu.
Đánh giá thực tế trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì dƣới ảnh
hƣởng của nƣớc tƣới từ sông Nhuệ.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu.
2.3.1. Tách cấp hạt sét.
Cấp hạt sét (< 2µm) đƣợc tách ra khỏi các cấp hạt có kích thƣớc lớn hơn

trong mẫu đất lúa Thanh Trì theo phƣơng pháp phân tán và gạn trong cột lắng. Cấp
hạt sét tách ra từ cột lắng đƣợc sấy khô rồi pha trong nƣớc cất 2 lần để tạo dung
dịch có hàm lƣợng sét ~ 10 mg.mL-1 phục vụ cho các thí nghiệm tán phân tán trong
ống nghiệm. Quy trình thực hiện cụ thể nhƣ sau:
50g mẫu đất được hòa vào 1L nước cất và lắc trên máy lắc trong 24h. Sau
đó huyền phù được chuyển vào cột lắng có độ cao 40 cm. Sau 23h11’ phần dung
dịch ở phía trên (0 – 30cm) chứa duy nhất cấp hạt sét được hút ra qua ống hút. Quá
trình này lặp lại 4 lần để đạt hiệu suất tách sét lớn nhất. Dung dịch huyền phù chứa
25