CÁC QUAN HỆ CƠ BẢN GIỮA ĐẤT VÀ CÂY TRỒNG

CHƯƠNG 3
CÁC QUAN HỆ CƠ BẢN GIỮA ĐẤT VÀ CÂY TRỒNG
BÀI 1: SỰ CHUYỂN HÓA CÁC CHẤT DINH DƯỠNG TRONG ĐẤT
I Tổng quát về các tiến trình trong môi trường đất

Sự tương tác của các tính chất vật lý, hóa học và vi sinh vật của đất sẽ quyết định khả
năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng trong đất đối với cây trồng. Nghiên cứu các tiến
trình vật lý, hóa học và sinh học trong đất giúp chúng ta có khả năng quản lý đất một cách
thích hợp để tăng cường sự hữu dụng của các chất dinh dưỡng trong đất và khả năng sản
xuất của cây trồng. Mục đích của bài này là tóm tắt các phản ứng trao đổi ion trong đất, sự
di chuyển của ion trong dung dịch đất và sự hấp thu ion của cây trồng.
1 Sự hấp thu dinh dưỡng của cây trồng

Sự cung cấp chất dinh dưỡng đến rễ cây trồng là một tiến trình động. Cây hấp thu các
chất dinh dưỡng (cation và anion) từ dung dịch đất và giải phóng một lượng tương ứng các
ion như H+, OH-, HCO3-. Trong quá trình hô hấp rễ cây thải ra khí CO 2 chất này kết hợp với
H2O trong đất tạo thành axit cacbonic (H 2CO3) và đồng thời cây cũng giải phóng ra các axit
hữu cơ, trong dung dịch đất các axit này bị phân ly thành các ion dương và ion âm. Khi một
ion bị thải ra ngoài dung dịch đất tạo nên trạng thái mất cân bằng về điện tích và một ion
cùng dấu từ dung dịch đất sẽ di chuyển vào trong rễ cây để bù đắp sự mất cân bằng này và
tạo nên một sự cân bằng mới. Quá trình này liên tục tạo nên dòng chất thải ra từ rễ cây
trồng và dòng ion từ đất vào trong rễ cây. Nhờ các axit tiết ra từ rễ nên có thể hoà tan một số
chất dinh dưỡng trong vùng rễ từ đó rễ có thể hấp thụ dễ dàng các chất này.
Quá trình hấp thụ phụ thuộc một phần vào quá trình hô hấp của cây, cường độ hô hấp
càng cao thì các ion thải ra càng tăng và dòng dinh dưỡng hấp thụ vào càng mạnh.
Khi có sự thay đổi nồng độ ion trong dung dịch đất, dung dịch đất sẽ được đệm (cung
cấp) bởi các ion bị hấp thụ bề mặt trên các khoáng sét trong đất. Khi có sự mất đi của các
ion trong dung dịch đất sẽ dẫn đến sự giải phóng một phần tương ứng các ion từ bề mặt
khoáng sét này. Đất luôn có chứa các khoáng chất có thể tái bổ sung vào dung dịch đất với
nhiều loại ion khác nhau. Ngược lại khi nồng độ các ion trong dung dịch đất tăng lên do
bón phân hay do các nguyên nhân khác thì nhờ tính đệm này có thể dẫn đến sự hấp thụ hay

kết tủa các ion này.
Các tiến trình vi sinh vật trong đất rất biến động các vi sinh vật hấp thu các ion trong
dung dịch đất thành chất dinh dưỡng cho chúng từ đó chúng tổng hợp thành các mô của
riêng chúng, khi các vi sinh vật này chết đi các ion này sẽ được giải phóng trả lại cho dung
dịch đất. Chính sự hoạt động của các vi sinh vật sẽ hình thành và phân giải các chất hữu cơ
thành mùn trong đất. Các tiến trình động này phụ thuộc rất nhiều vào sự cung cấp năng
lượng (carbon) của chất hữu cơ, các chất khoáng, và nhiều yếu tố khác. Rễ cây trồng và vi
sinh vật đều sử dụng O2 từ trong đất và thải ra CO 2 cho các hoạt động trao đổi chất của
chúng. Kết quả là nồng độ CO 2 trong môi trường đất thường cao hơn môi trường không khí
bên trên. Sự khuếch tán các chất khí này trong đất chịu ảnh hưởng rất lớn bởi ẩm độ đất và
các yếu tố khác, các yếu tố này làm thay đổi pH dung dịch đất, sự hữu dụng của các chất
dinh dưỡng trong đất, và khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng bởi cây.
Nhiều yếu tố môi trường và các hoạt động của con người có thể ảnh hưởng đến nồng
độ các ion trong dung dịch đất, nồng độ này sẽ tương tác với các tiến trình hóa học và sinh
học trong đất. Tất cả các tiến trình trên đều rất quan trọng, quyết định đến khả năng hữu
dụng của các chất dinh dưỡng đối với cây trồng, tuy nhiên tùy thuộc vào từng chất dinh
1


dưỡng riêng biệt, tiến trình này có thể quan trọng hơn tiến trình khác và ngược lại. Ví dụ,
các tiến trình của vi sinh vật khá quan trọng đối với sự hữu dụng của N và S hơn là các phản
ứng trao đổi bề mặt của các khoáng, ngược lại đối với K, Ca và Mg các phản ứng trao đổi
bề mặt có thể là quan trọng hơn cả. Dĩ nhiên, các tiến trình này diễn ra rất phức tạp nên
trong phần này chỉ có thể mô tả một cách tổng quát về sự hữu dụng của các chất dinh dưỡng
đối với cây trồng.

Dinh dưỡng hấp
thu bởi cây trồng
Không khí trong
đất

1
1
10

9

8

Chất hữu cơ và
vi sinh vật

7

2
4
1

Dung
dịch
đất
11

12

6
1

Các ion trao đổi và
hấp thụ bề mặt

3
1

5
Các phần rắn và
khoáng trong đất

Nước trong đất

Hình 3.1 Các tiến trình trong dung dịch đất
2 Sự trao đổi ion trên keo đất
Sự trao đổi ion trong đất xảy ra trên bề mặt của các khoáng sét, các hợp chất vô cơ,
chất hữu cơ, và rễ cây. Sự kết hợp của các ion với các bề mặt này phụ thuộc vào loại khoáng
hiện diện trong thành phần dung dịch đất và có tính chuyên biệt cho từng loại ion là một tiến
trình thuận nghịch trong đó 1 cation hay 1 anion trong thành phần rắn được trao đổi với 1
cation hay 1 anion khác trong thành phần dung dịch. Nhưng nếu 2 thành phần rắn tiếp xúc
với nhau, sự trao đổi ion cũng có thể xảy ra giữa các bề mặt của chúng. Sự trao đổi cation
thường được xem là quan trọng hơn, bởi vì khả năng trao đổi anion của phần lớn đất nông
nghiệp rất thấp so với khả năng trao đổi cation. Các phản ứng trao đổi ion trong đất có ý
nghĩa rất quan trọng đến sự hữu dụng của các chất dinh dưỡng đối với cây trồng. Vì
vậy, chúng ta phải tìm hiểu được bản chất của sự trao đổi ion trong đất.
2.1 Sự trao đổi cation
2.1.1 Các loại khoáng sét
Thành phần rắn chiếm khoảng 50 % thể tích đất, phần thể tích còn lại được chiếm
giữ bởi nước và không khí. Phần rắn gồm các chất vô cơ và các chất hữu cơ với các mức độ
mùn hóa khác nhau. Thành phần vô cơ bao gồm các hạt cát, thịt và sét. Trong một số loại
2

đất luôn hiện diện một số mảnh vụn và thô với hàm lượng khác nhau. Thành phần sét bao
gồm chủ yếu là khoáng silicate được hình thành từ sự kết hợp của tứ diện silica và bát diện
aluminum. Cấu trúc của tứ diện silica là một cation Si 4+ nối với 6 anion OH-. Một chuỗi dài
hay là một tầng của tứ diện và bát diện được nối kết với nhau để hình thành các tầng
silicate.
Các khoáng sét silicate trong đất có cấu trúc dạng lớp (tầng) và có 3 nhóm chính là:
2:1, 2:1:1 và 1:1. Sét 1:1 bao gồm nhiều tầng mỗi tầng chứa 1 lá silica và một lá aluminum.
Kaolinite là khoáng sét quan trọng nhất trong nhóm này. Sét 2:1 cũng gồm nhiều tầng, mỗi
tầng chứa 2 lá silica ở giữa là một lá aluminum, ví dụ sét 2:1 là smectite (montmorillonite,
mica illite) và vermiculite. Mica muscovite và biotite là các khoáng nguyên sinh 2: 1 thường
có nhiều trong thành phần thịt và cát của đất.
Chlorite cũng là sét silicates có dạng tầng thường tìm thấy trong đất các sét này ngoài cấu
trúc 2:1 đã nói ở trên còn có một lá hydroxide là tầng trung gian nên còn gọi là sét 2:1:1.
2.1.2 Nguồn gốc và điện tích trên keo đất
Nguồn điện tích (-) chủ yếu liên kết với các silicates tầng bắt nguồn từ sự thay thế
hoặc là các cation Si4+ hay Al3+ với các cation có điện tích nhỏ hơn. Sự thay thế các cation
trên các khoáng được gọi là sự thay thế đồng dạng và xảy ra chủ yếu trên các khoáng 2: 1, ít
có sự thay thế trên các khoáng 1: 1. Sự thay thế đồng dạng xảy ra trong thời gian hình thành
các khoáng (hàng nghìn năm) vì vậy nên nó không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi
trường hiện tại.
Trong Mica sự thay thế của 1 Al 3+ cho mỗi cation Si4+ trong một tầng tứ diện dẫn đến
cân bằng một điện tích (-). Trong montmorillonite Mg 2+ hay Fe2+ thay thế cho 1 Al3+ trong
các tầng bát diện dẫn đến sự cân bằng một điện tích (-) cho mỗi sự thay thế. Trong các
khoáng vermiculite 2: 1 sự thay thế đồng dạng xảy ra trên cả hai tầng tứ diện và bát diện
chia xẻ các tính chất đặc biệt của khoáng này nên có thể ảnh hưởng đến số lượng thật của
điện tích bề mặt (-). Bảng 4.1 tóm tắt các tính chất này, ví dụ, thường sự thay thế đồng dạng
xảy ra trên tầng tứ diện định vị điện tích (-) gần với bề mặt khoáng hơn là sự thay thế trong
tầng bát diện. Điện tích bề mặt (-) cao kết hợp với hình dạng đồng nhất của các tầng tứ diện
cho phép các cation K+ trung hòa điện tích (-) giữa hai tầng trong khoáng 2: 1. Kết quả là
các khoáng mica thể hiện một khoảng trống nhỏ để hấp dẫn các cations. Vì thế mica có khả

năng trao đổi cation thấp hơn là montmorillonite do các bề mặt của tầng trung gian không
phơi bày ra ngoài.
2.1.2 Các loại điện tích trên keo đất
Điện tích âm (-) do sự thay thế đồng dạng được phân bố đồng đều trên bề mặt của
các khoáng sét được gọi là điện tích thường xuyên, điện tích này không bị ảnh hưởng bởi
pH của dung dịch. Nguồn điện tích (-) khác có thể hiện diện trên các khoáng sét là do các
cạnh bị vỡ của các silicate tầng. Số lượng điện tích (-) hay (+) trên các cạnh bị vỡ này tùy
thuộc vào pH của dung dịch đất. Điện tích các cạnh bị vỡ gọi là điện tích phụ thuộc pH.
Trong những điều kiện chua (pH thấp) cạnh bị vỡ mang điện tích dương bởi vì các ion H +
thừa do các gốc Si – OH và Al – OH bị phơi bày ra. Khi pH dung dịch đất tăng, một số ion
H+ này bị trung hòa và điện tích âm trên các cạnh bị vỡ tăng. Khi pH > 7 dẫn đến sự trung
hòa gần như toàn bộ H+ trên các gốc Si – OH và Al – OH trong trường hợp đó điện tích âm
do cạnh bị vỡ là tối đa.
Chỉ có 5 – 10 % điện tích âm trên các sét 2: 1 là điện tích phụ thuộc pH, ngược lại có
hơn 50 % điện tích âm trên các khoáng sét 1: 1 là điện tích phụ thuộc pH.
Nguồn điện tích âm phụ thuộc pH khác được cung cấp bởi các phân tử hữu cơ phức
tạp có liên quan đến mùn hay chất hữu cơ trong đất.
3


Phần lớn điện tích âm bắt nguồn từ sự phân ly H+ từ các gốc carboxylic acid
(-COOH -COO- + H+) và phenolic (C6H4OH  C6H4O- + H+). Khi pH tăng một số
ion H+ bị trung hòa nên điện tích âm trên bề mặt của các phân tử lớn này gia tăng.
2.1.3 Khả năng trao đổi cation của đất
Khả năng trao đổi cation của đất được thể hiện bằng tổng điện tích âm (-) hữu hiệu
để thu hút các ion có điện tích dương (+) trong dung dịch. Đó là một trong những tính chất
hóa học quan trọng của đất và có ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự hữu dụng của các chất dinh
dưỡng trong đất. CEC của đất được diễn tả bằng ly đương lượng (milliequivalents) điện tích
(-)/100 g đất khô (meq/100 g đất). CEC cũng thể hiện tổng meq/100g các cation được giữ
trên các điện tích âm. Đơn vị meq được dùng thay cho trọng lượng bởi vì CEC thể hiện điện

tích và vì các cation khác nhau mang điện tích khác nhau nên thường dùng đương lượng hay
tổng điện tích để định lượng hóa CEC của đất. Các định nghĩa về đương lượng và trọng
lượng đương lượng như sau.
Trọng lượng nguyên tử: trọng lượng gram của 6.10 23 nguyên tử của một chất. Một
mole của một chất có 6.1023 nguyên tử, phân tử, ions, hợp chất vì vậy đơn vị của trọng
lượng nguyên tử là grams/mole.
Trọng lượng đương lượng: khối lượng của một chất (ví dụ cation, anion, hợp chất sẽ
phản ứng thay thế 1gram H+, tương đương với số lượng điện tích avogadro (+ hay -). Trọng
lượng này bằng với trọng lượng gram của 6.1023 điện tích, vì vậy đơn vị của trọng lượng
đương lượng là gram / đương lượng (g/eq)
Tóm tắt các định nghĩa về trọng lượng nguyên tử và trọng lượng đương lượng tương tự
nhau:
Trọng lượng nguyên tử = gram/6.1023 ion hay phân tử
Trọng lượng đương lượng = gram/6.1023 điện tích.
Sử dụng đương lượng trong hóa học đất là cách thuận lợi để diễn tả hàm lượng các
ion trao đổi trong đất. Trong trao đổi các cation các vấn đề về trọng lượng nguyên tử và
trọng lượng đương lượng có quan hệ như sau:
Trọng lượng đương lượng của chất “A” = trọng lượng nguyên tử của “A”/hóa trị A.
Ví dụ:
Trọng lượng đương lượng của K+ = 39 g/mole/(1 eq/mole) = 39 g/eq
Trọng lượng đương lượng của Ca = 40 g/mole/(2 eq/mole) = 20 g/eq
Trọng lượng đương lượng của AL = 27 g/mole/(3 eq/mole) = 9 g/eq
Vì hệ thống đơn vị SI thường được sử dụng trong khoa học. Vì thế meq/100 g trở thành
cmol/ kg trong đơn vị SI; centimole điện tích / 1 kg đất. Sự chuyển đổi 1 meq/100 g đất =
cmol/ 1 kg đất. Trong phần này chúng ta sử dụng đơn vị meq/ 100 g vì phần lớn các phòng
phân tích sử dụng đơn vị này để diễn tả CEC.
Nếu một loại đất có chứa 1 mole ion Ca2+(6.1023 ion) do đó nó sẽ có 2.6.1023 điện tích. Theo
định nghĩa trọng lượng đương lượng thì trọng lượng của 6.10 23 điện tích, có nghĩa là 1
đương lượng của Ca2+ nặng 20 g/eq hay 20 g/6.1023 điện tích. Cần nhớ rằng 1 mole Ca2+
nặng 40 g/6.1023 ion.

Sử dụng đương lượng để diễn tả nồng độ hay hàm lượng của các chất dinh dưỡng
trong đất rất thuận lợi bởi vì nó chính là bản chất của các phản ứng trao đổi nói chung và
trao đổi cation nói riêng. Nếu Ca 2+ thay thế K+ trên phức trao đổi mỗi cation Ca 2+ sẽ thay thế
2 cation K+, nhưng một đương lượng Ca 2+ chỉ thay thế một đương lượng K + hay một đương
lượng của cation nào khác. Vì vậy: một đương lượng chất A = 1 đương lượng chất B, với A,
B là các cation, hợp chất.
4


Khái niệm này rất quan trọng để hiểu và định lượng hóa nhiều phản ứng hóa học
trong nghiên cứu độ phì phân bón.
Để xác định trọng lượng đương lượng của một hợp chất cần phải hiểu các phản ứng
liên quan của hợp chất đó.
Ví dụ: CaCO3 +2HCl  Ca2+ +2Cl- +H2O +CO2
Như vậy trọng lượng đương lượng của CaCO 3 trong phản ứng này là: một mole CaCO 3
trung hòa hết 2 mole HCl vì thế trọng lượng đương lượng = trọng lượng phân tử /2= 100/2 =
50 g/eq.
CEC của các khoáng sét phổ biến và chất hữu cơ được trình bày trong bảng 3.1. Các loại đất
có hàm lượng sét 2:1 chiếm ưu thế sẽ có khả năng trao đổi cation cao hơn đất chủ yếu chứa
sét 1 :1.
Bảng 3.1 CEC của một số keo đất phổ biến
Khoáng sét
Kiểu tầng
Điện
tích CEC
Điện tích phụ
tầng
(cmol/kg)
thuộc pH
Kaolinitc

1:1
0
1 – 10
Cao
Mica (illinite)
2:1
1,0
20 – 40
Thấp
Vermiculite
2:1
0,8
120 – 150
Thấp
Montmorillonitec
2:1
0,4
80 – 120
Thấp
Chlorite
2:1:1
1,0
20 – 40
Cao
Chất hữu cơ
100 – 300
Cao
CEC chịu ảnh hưởng rất lớn bởi bản chất và hàm lượng khoáng sét và keo hữu cơ
hiện diện trong đất. Các loại đất có hàm lượng sét và chất hữu cơ cao sẽ có khả năng trao
đổi CEC cao hơn đất cát và đất có hàm lượng chất hữu cơ thấp.

Các ví dụ về giá trị CEC của các loại đất có sa cấu khác nhau như sau:
Cát (màu sáng) 3-5 meq/100 g
Cát (màu tối) 10- 20 meq/100 g
Thịt 10 – 15 meq/100 g
Thịt nặng 15 – 25 meq/100 g
Sét và thịt pha sét 20 -50 meq/100 g
Đất hữu cơ 50 -100 meq/100 g
2.1.4 Các cation hấp thụ - trao đổi chính trong đất
Các cation chủ yếu có liên quan với CEC của các thành phần rắn khác nhau. Ngoại
3+
trừ Al , hầu hết các cation trao đổi là các chất dinh dưỡng của cây trồng. Trong đất chua các
cation này chủ yếu là Al3+, H+, Ca2+, Mg2+, K+, và một lượng nhỏ Na+. Trong đất trung tính
và kiềm cation chủ yếu là Ca2+, Mg2+, K+, Na+ và một lượng rất nhỏ Al3+. Cation được giữ
trên các vị trí trao đổi có các lực hấp phụ khác nhau, vì thế các cation bị giữ yếu trên đó sẽ
dễ dàng bị thay thế hay trao đổi với các cation khác. Với hầu hết các khoáng trong đất lực
hấp phụ cation (hay lyotropic series) theo thứ tự như sau:
Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH4+ > Na+
Các tính chất của cation quyết định lực hấp phụ hay giải phóng của cation đó. Đầu
tiên lực hấp phụ tỉ lệ thuận với điện tích trên các cation. Ion H + là duy nhất vì kích thước rất
nhỏ của nó và mật độ điện tích cao nên có áp lực hấp phụ mạnh, lực hấp phụ của nó nằm
giữa Al3+ và Ca2+. Kế đến lực hấp phụ của các cation có điện tích tương tự thì được quyết
định bởi kích thước hay bán kính của cation khi ngậm nước (bảng 3.2). Khi kích thước
cation ngậm nước tăng thì khoảng cách giữa cation và bề mặt sét tăng. Các cation ngậm

5


nước có kích thước lớn thì không thể nằm gần vị trí trao đổi như là các ion có kích thước
nhỏ hơn, kết quả là các cation này bị giảm lực hấp phụ.

Bảng 3.2 Bán kính một số nguyên tố
Nguyên tố
Trọng lượng Trọng lượng
nguyên tử
đương lượng
(g/mol)
(g/eq)
Al3+
27
9
+
H
1
1
2+
Ca
40
20
2+
Mg
24
12
K+
39
39
+
NH4
18
18
+

Na
23
23
H2PO4
97
97
SO4296
48
NO3
62
62
Cl
35
35
OH17
17

Bán kính ion (nm)
Không ngậm Ngậm nước
nước
0,051
0,099
0,066
0,133
0,143
0,097

0,96
1,08
0,53

0,56
0,79

Sự trao đổi của một cation này với một cation khác chủ yếu được thực hiện bởi hàm
lượng (nồng độ) các cation được cho vào. Nguyên lý này được sử dụng để xác định CEC
các loại đất trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, khi chỉ có một lượng nhỏ cation được thêm
vào, sự giải phóng hay trao đổi chịu ảnh hưởng bởi cation bổ sung có liên quan. Ảnh hưởng
của cation bổ sung xảy ra khi sự trao đổi một cation này với một cation khác trở nên dễ
dàng hơn vì áp lực của cation thứ ba hay cation bổ sung gia tăng. Ví dụ, sự trao đổi của
NH4+ với Ca2+ xảy ra hoàn toàn hơn khi Al3+ chiếm ưu thế trong hệ thống, so với hệ thống có
cation bổ sung là Na+. Bởi vì Na+ được trao đổi với NH4+ dễ hơn, vậy sẽ có ít NH4+ trao đổi
với Ca2+. Vì NH4+ không dễ trao đổi với Al 3+ vì vậy sẽ có nhiều NH4+ tồn tại trong dung dịch
để trao đổi với Ca2+.
2.1.5 Xác định CEC
Một phương pháp cổ điển để đo CEC là trích mẫu đất với dung dịch 1N Amonium
acetate trung tính. Tất cả các cation trao đổi trên keo đất được thay thế bởi các ion NH 4+ và
CEC trở nên bão hòa với NH 4+. Nếu đất đã được bảo hòa NH 4+ được trích tiếp tục với một
dung dịch muối như là muối KCl 1N. Các ion K + sẽ thay thế các ion NH4+ đuợc hấp phụ
+
trước đó, nếu
H+ huyền phù đất-KCl được lọc thì dịch lọc sẽ chứa
H+ các ion NH 4 bị đất hấp phụ
+
trước đó. Hàm
Ca2+ lượng NH4 là số đo của CEC.
Ca2+
Đất

9NH4+

Đất

Mg2+

Mg2+

+

K+
Al3+

K
Al3+

+ 9NH4Oac

+
Dung dịch đất

Đất

9NH4+

Đất

Đất

9K+

6

Dung dịch


+ 9NH4+ + 9Cl-

+ 9KCl

Ví dụ, giả sử nồng độ NH4+ trong dung dịch lọc là 270 ppm (20 g đất được trích với 200 ml
dung dịch KCl) CEC được tính như sau:
270 ppm NH4+ = 270 mgNH4+/L
270 mg NH4+/L x (0,2 L/20 gram đất) = 2,7 mg NH4+/g đất
(2,7 mg NH4+/g đất)/(18 mg NH4+ /meq) = 0,15 meq CEC/g đất
0,15 meq CEC/g đất x 100 = 15 meq /100g đất
CEC = 15 meq/100 g đất
2.1.6 Độ bảo hòa base
Một đặc tính quan trọng của đất là độ bão hòa base, được định nghĩa là % tổng CEC
được chiếm giữ bởi các cation kiềm ( Ca 2+, Mg2+, K+, Na+) để diễn tả độ bão hòa base, giả sử
rằng các cation sau đây được đo trong dịch trích 200 ml NH4Oac thu được trong 20 g đất.
Ca2+ = 100 ppm
Mg2+ = 30 ppm
K+ = 78 ppm
Na+=23 ppm
Trọng lượng đương lượng của các cation này tra trong bảng 3.2. Các tính sau đây
được sử dụng để diễn tả các nồng độ cation bằng đơn vị của CEC và xác định độ bão hòa
base.
Ca2+ =100 ppm = 100 mg/L x(0,2L/20 g đất)/(20 mg/meq)x100/100 = 5 meq Ca2+
Mg2+ =30 ppm =100 mg/Lx(0,2 L/20 g đất)/(12 mg/meq)x100/100 =2,5 meq Mg2+
K+ =78 ppm = 100 mg/L x(0,2 L/20 g đất)/(39 mg/meq)x100/100 = 2 meq K+
Na+ =23 ppm = 100 mg/L x(0,2 L/20 g đất)/(23 mg/meq)x100/100 = 1 meq Na+
Tổng số = 10,5 meq base / 100g

Độ bão hòa base % =(tổng các base/ CEC) x100
= |(10,5 meq/100 g)/(15 meq/100 g)| x100 = 70%
% độ bão hòa của bất cứ cation nào cũng có thể tích tương tự. Ví dụ, từ các số liệu trước, %
độ bảo hòa của Mg2+ = (2,5 meq Mg/10,5 meq CEC) x100 = 23,8 %Mg.
Theo qui luật chung, độ bão hòa base (% BS) của các loại đất bình thường không
canh tác, đất vùng khô hạn cao hơn các loại đất trong vùng khí hậu ẩm, hoặc canh tác lâu
năm. Mặc dù điều này không phải luôn đúng, nhất là trong các vùng khí hậu ẩm, và BS %
của các loại đất được hình thành từ đá vôi hay các loại đá phún xuất kiềm thì lại cao hơn là
đất hình thành trên sa thạch hay các loại đá phún xuất chua.
Sự hữu dụng của các cation dinh dưỡng như Ca 2+, Mg2+, và K+ đối với cây trồng gia
tăng theo sự gia tăng của BS %. Ví dụ, một loại đất có BS là 80 % có thể sẽ cung cấp các
cation cho cây trồng đang sinh trưởng dễ dàng hơn nhiều so với đất có BS là 40 %. Sự quan
hệ giữa BS % và sự hữu dụng của các cation bị thay đổi bởi bản chất của keo đất. Theo qui
luật đất có hàm lượng keo hữu cơ hay keo 1: 1 cao có thể cung cấp các cation cho cây trồng
với lượng lớn ở 1 BS % thấp hơn nhiều so với đất có hàm lượng keo 2: 1 cao.

7


BS % luôn có quan hệ với pH đất. Khi % Ca 2+, Mg2+ và K+ trên các vị trí trao đổi
tăng, pH sẽ tăng. Trong ví dụ này, pH5,5 tương đương với khoảng 50 % BS và pH: 7,0,
tương đương với 90 % BS.
Sự tương quan giữa pH và BS có khác nhau giữa các loại đất khác nhau. Tuy nhiên, việc xác
lập mối tương quan này có thể hữu ích cho việc đánh giá nhu cầu bón vôi cho các loại đất
chua.
2.2 Sự trao đổi anion
2.2.1 Nguồn điện tích dương (+)
Các anion trong dung dịch đất cũng chịu sự hấp phụ trên các vị trí mang điện tích (+)
trên các bề mặt của khoáng sét và chất hữu cơ. Các điện tích dương (+) có tác dụng hấp phụ
tĩnh điện và trao đổi các anion có nguồn gốc trong các nối của khoáng sét bị phá vỡ, chủ yếu

là trong lá bát diện aluminum, sự phơi bày các gốc OH - ra ngoài trên các cạnh khoáng sét.
Sự trao đổi anion cũng có thể xảy ra trên các gốc OH - trên bề mặt hydroxyl của sét kaolinite.
Sự thay thế các ion OH- từ các oxide Fe, Al ngâm nước được xem là một cơ chế quan trọng
đối với sự trao đổi anion, đặc biệt là trong các loại đất phong hóa mạnh của vùng nhiệt đới
và á nhiệt đới và những loại đất này có khả năng trao đổi anion rất lớn.
2.2.2 Khả năng trao đổi anion
Khả năng trao đổi anion (AEC) tăng khi pH giảm. Ngoài các loại đất có chứa sét 1: 1
cao và các loại đất có chứa oxide Fe, Al ngậm nước cao thì sự trao đổi anion lớn hơn trong
các loại đất chứa sét 2: 1 cao. Các khoáng sét montmorillonite thường có AEC < 5 meq/100
g. Ngược lại kaolinite có AEC > 43 meq/100 g ở pH: 4,7. Các loại đất sản xuất nông nghiệp
có giá trị pH cao hơn giá trị này nên AEC của các loại đất không có ý nghĩa nhiều trong sự
trao đổi anion.
2.2.3 Các anion hấp thụ - trao đổi trong đất
Các anion như Cl-, NO3- có thể bị hấp phụ, mặc dù không phổ biến như là H 2PO4- và
2SO4 . Thứ tự hấp phụ anion là H2PO4- > SO42- >NO3- = Cl- . Trong phần lớn các loại đất thì
H2PO4- là anion chính bị hấp phụ, mặc dù trên một số loại đất chua hàm lượng SO 42- cũng bị
hấp phụ đáng kể.
Các cơ chế có tác dụng làm cho các anion được giữ lại trong đất phức tạp hơn nhiều,
ngoài lực hấp phụ tĩnh điện đơn giản có liên quan đến phần lớn các phản ứng trao đổi cation
thì các anion cũng có thể được giữ lại do các hạt đất thông qua sự hấp phụ đặc biệt hay các
phản ứng hấp phụ hóa học, sự hấp phụ này không phải là hấp phụ tĩnh điện.
2.3 Khả năng đệm của đất
2.3.1 Định nghĩa khả năng đệm của đất
Sự hữu dụng của các chất dinh dưỡng đối với cây trồng tùy thuộc vào nồng độ của
các chất dinh dưỡng trong dung dịch đất, nhưng quan trọng hơn là tùy thuộc vào khả năng
duy trì nồng độ các chất dinh dưỡng của đất. Khả năng đệm thể hiện khả năng của đất tái
cung cấp một ion nào đó vào dung dịch đất. Khả năng đệm có liên quan đến tất cả các phần
rắn hay các vị trí trao đổi hay hấp phụ các cation/ anion. Do đó pH của dung dịch đất được
đệm bởi H+ trao đổi và sẽ không tăng cho đến khi có một lượng lớn các acid trao đổi được
trung hòa. Tương tự như thế, khi rễ cây trồng hấp thu hay lấy đi các chất dinh dưỡng như

K+, thì K+ trao đổi sẽ được giải phóng để tái cung cấp K + cho dung dịch đất. Với một số chất
dinh dưỡng như H2PO4- các khoáng lân ở dạng rắn sẽ hòa tan để tái cung cấp hay đệm
H2PO4- cho dung dịch đất.
8


Khả năng đệm (BC) cũng được diễn tả bằng tỉ lệ của nồng độ bị hấp phụ (∆Q) và
nồng độ ion trong dung dịch (∆I): BC = (∆Q/∆I)
2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng đệm của đất
BC trong đất tăng khi CEC tăng, chất hữu cơ tăng. Ví dụ, BC của đất chứa sét
montmorillonite có hàm lượng chất hữu cơ cao sẽ lớn hơn đất chứa sét kaolinite và có hàm
lượng chất hữu cơ thấp. Vì CEC tăng theo hàm lượng sét nên đất có sa cấu mịn sẽ có BC
cao hơn đất có sa cấu thô. Ví dụ, nếu K + trao đổi giảm do cây trồng hấp thu, thì khả năng
đệm K+ sẽ bị giảm khi nồng độ trong dung dịch giảm. Chất dinh dưỡng sẽ bị thiếu và cần
phải bón phân K+ để tăng K+ trao đổi. Bón phân P sẽ làm tăng H 2PO4- trao đổi, nhưng quan
trọng hơn là một số H2PO4- sẽ bị kết tủa dưới dạng các hợp chất rắn góp phần làm tăng khả
năng đệm P của đất. BC là tính chất quan trọng của đất, có ảnh hưởng rất lớn đến sự hữu
dụng của các chất dinh dưỡng và sự quản lý phân bón.
2.4 Khả năng trao đổi cation của rễ cây
Rễ cây trồng có CEC biến thiên từ 10 – 30 meq/100g ở các cây 1 lá mầm như họ hòa
thảo và từ 40 – 100 meq/100g ở các cây hai lá mầm. Các tính chất trao đổi ở rễ chủ yếu do
các gốc carboxyl (- COOH), tương tự các vị trí trao đổi trên mùn và chiếm 70 – 90 % khả
năng trao đổi cation của rễ.
Các cây họ đậu và các cây khác có CEC cao thường có xu hướng hấp thu nhiều
cation có hóa trị 2 như Ca 2+ hơn là các cation có hóa trị 1, trong khi đó các cây họ hòa thảo
thì có xu hướng ngược lại. Các tính chất trao đổi cation của rễ này giúp ta giải thích tại sao
trong một đồng cỏ gồm hỗn hợp cây họ hòa thảo và cây họ đậu trồng trên loại đất có K +
thấp thì cây họ hòa thảo tồn tại nhưng cây họ đậu lại chết. Các cây họ hòa thảo được xem là
loại cây hấp thu K+ hiệu quả hơn cây họ đậu.
Bảng 3.3 Khả năng trao đổi CEC của rễ cây trồng

Stt
Giống
CEC (meq/100 g rễ khô)
1
Lúa mì
23
2
Bắp
29
3
Đậu
54
4
Cà chua
62
2.5 Khả năng và cơ chế cung cấp chất dinh dưỡng của đất
Trong nông nghiệp lớp đất mặt (là lớp đất chủ yếu cung cấp chất dinh dưỡng cho cây
trồng) từ 0 – 20 cm được quan tâm nhiều hơn các tầng khác, trong khối lượng đất trồng
trọt/ha có chứa trung bình số lượng các chất dinh dưỡng như thể hiện ở bảng 3.4
Bảng 3.4 Khả năng cung cấp một số chất dinh dưỡng của đất
Nguyên tố dinh dưỡng
Tỉ lệ (%)
Số lượng (kg/ha)
Đạm (N)
0,04 – 0,2
1200 – 6000
Lân (P2O5)
0,02 – 0,2
600 – 6000
Kali (K2O)

0,5 – 3,0
15000 – 90000
Bảng 3.4 số lượng chất dinh dưỡng đạm, lân, kali trong đất có khả năng hình thành
một khối lượng nông sản khổng lồ bằng năng suất trung bình thu hoạch liên tục trong hàng
trăm năm nhưng trong thực tế sản xuất nông nghiệp cây trồng vẫn thường bị thiếu chất dinh
dưỡng, do đó cần thiết phải được bón phân. Bên cạnh đó nhiều chất dinh dưỡng trong đất ở
dạng khó tiêu phải phụ thuộc vào quá trình thoái hóa của vi sinh vật mới được chuyển thành
9


chất dinh dưỡng dễ tiêu cây có khả năng hấp thu được. Hầu hết đạm ở trong đất là dạng đạm
hữu cơ trong thành phần mùn, chỉ khi mùn bị khoáng hóa giải phóng đạm NH 4+, NO3- thì
cây mới sử dụng được. Quá trình chuyển hóa chất dinh dưỡng trong đất không đáp ứng kịp
thời đòi hỏi của cây trồng. tỉ lệ các chất dinh dưỡng trong đất không cân đối, ba chất dinh
dưỡng chính là đạm, lân, kali trong đất thường không cân đối với nhau, do đó cần phải bổ
sung các chất dinh dưỡng giúp cây trồng sinh trưởng và phát triển.
3. Sự khoáng hoá các chất dinh dưỡng trong đất
4 Sự hấp thụ các chất dinh dưỡng của đất
Chất dinh dưỡng trong đất bị hấp thụ chủ yếu ở các dạng chính sau:
4.1 Hấp thu sinh học
Sự hấp thu sinh học là quá trình chuyển hóa các hợp chất vô cơ hòa tan thành các
hợp chất hữu cơ không hòa tan của cơ thể các sinh vật trong đất. Quá trình hấp thu sinh học
có ý nghĩa rất lớn đến việc hình thành đất và bón phân cho cây trồng. Sự hấp thụ sinh học
trong điều kiện dung dịch đất có chứa nhiều chất dinh dưỡng, cây không sử dụng hết, là quá
trình có lợi. Ngược lại trong điều kiện đất nghèo chất dinh dưỡng nếu vi sinh vật phát triển
quá nhiều, hiện tượng hấp thu sinh học xảy ra sẽ làm cho cây thiếu chất dinh dưỡng. Ví dụ,
khi bón nhiều chất hữu cơ chưa hoai vào trong đất (tỉ lệ C/N cao) các vi sinh vật phân hủy
cellulose phát triển nhanh cạnh tranh N, P 2O5, K2O với cây trồng, có thể dẫn đến cây trồng
bị thiếu các khoáng này. Đó là quá trình bất lợi nhất thời đối với cây trồng, vì phải qua một
thời gian các vi sinh vật này chết đi cơ thể bị khoáng hóa mới cung cấp chất dinh dưỡng cho

cây trồng. Vi sinh vật sống trong đất càng nhiều thì hấp thu sinh học càng lớn.
4.2 Hấp thu cơ học
Đó là quá trình các khoáng bị hấp thu vào khe hở hay mao quản của các hạt, điều này
thể hiện ở các vùng đất bồi có khả năng giữ được các hạt phù sa có chứa nhiều chất dinh
dưỡng. Khi bón bột apatit hay phosphoric những hạt này được giữ lại không bị nước cuốn
trôi nhờ có khả năng hấp thụ cơ học của đất. Cũng nhờ có những mao quản này mà đất có
khả năng giữ lại các vi sinh vật trong đất không bị nước cuốn trôi đi.
4.3 Hấp thụ lý học (hấp thụ phân tử)
Đây là hình thái hấp thu trên bề mặt hạt keo, keo đất là các hạt vô cùng nhỏ, mỗi hạt
keo gồm rất nhiều phân tử, các phân tử này có sức hút các phân tử khác trong dung dịch đất.
Nhờ có loại hấp thu này đất có khả năng giữ lại trên bề mặt hạt keo những phân tử nhiều
loại chất. Cường độ hấp thu này phụ thuộc tổng điện tích các hạt keo. Khi tổng số các hạt
keo tăng lên thì diện tích tăng lên và cỡ hạt giảm xuống. Vì vậy, trong đất nếu tỉ lệ hạt sét
càng cao thì khả năng hấp thu lý học càng lớn. Những phân tử các chất hòa tan trong dung
dịch đất bị hạt đất hấp thu mạnh hơn là phân tử nước, cho nên, trong dung dịch bọc xung
quanh bề mặt hạt đất, nồng độ của chất đó cao hơn là ở những chỗ khác. Trong trường hợp
đó, xảy ra sự hấp thu phân tử dương, còn gọi là hấp thu lý học dương. Đây là cơ chế của sự
hấp thu nhiều loại hợp chất hữu cơ, như các loại rượu, acid hữu cơ, các chất cao phân tử. Về
phương diện hấp thu lý học dương trong số các loại hợp chất khoáng, đất chỉ hấp thu bazơ.
Đối với những chất khoáng tan trong nước, có hiện tượng hấp thu âm. Hiện tượng hấp thu
âm thường xảy ra khi đất gặp những dung dịch Cl, NO 3-. Ví dụ, ta rửa đất khô bằng dung
dịch NaNO3 thì không những trong nước rửa nồng độ nitrate sẽ không hạ thấp mà trái lại
tăng lên. Lý do là vì đất hấp thu những phân tử nước, cho nên cũng lượng nitrate đó lại ở
trong một lượng nước ít hơn, cho nên nồng độ cao hơn. Nhờ có hiện tượng hấp thu lý học
10


âm Cl và NO3- cho nên những chất này rất dễ di chuyển trong đất đồng thời với nước. Khi
độ ẩm trong đất cao lên thì sự rửa trôi Cl và NO 3- sẽ có thể trôi nhanh xuống những lớp sâu.
Vì vậy, khi ta bón NH4Cl cho đất thì Cl- bị rửa trôi và không có khả năng tích lũy trong đất

nhiều làm ảnh hưởng xấu đến cây trồng, trái lại nitrate bị rửa trôi nhiều thì hiệu lực phân
đạm sẽ kém, do đó nitrate chủ yếu dùng để bón thúc mà Cl nên bón sớm trước khi gieo
trồng.
4.4 Hấp thu hóa học
Sự hấp thu hóa học là quá trình chuyển hóa một số chất trong đất từ thể hòa tan sang
thể rắn, ít tan hơn và lẫn vào trong thành phần rắn của đất. Sự hấp thu hóa học chỉ xảy ra với
các chất có khả năng tạo thành hợp chất khó tan. Ion NO 3- và Cl- trong đất không bị hấp thu
vì những loại này có khả năng tạo ra với các cation trong đất thành những hợp chất dễ hòa
tan. Trái lại, lân rất dễ bị hấp thu hóa học vì dễ hình thành các hợp chất ít tan.
Sự hấp thu hóa học khác hấp thu lý học ở chỗ trong quá trình này các loại muối biến
đổi hẳn tính chất và chỉ trở lại tình trạng cũ trong điều kiện nhất định đồng thời thành phần
muối trong dung dịch thay đổi hẳn, nồng độ muối giảm. Sự hấp thu hóa học có khi có lợi
cũng có khi có hại. Sự chuyển biến lân từ dạng dễ tiêu sang dạng khó tiêu khiến cho hiệu
suất sử dụng phân lân giảm đi, gọi là lân bị giữ chặt. Sự cố định một số chất vi lượng trong
điều kiện đất quá chua hoặc quá kiềm, dẫn đến hiện tượng cây bị thiếu vi lượng ở một vài
loại đất. Nhưng kết tủa một phần nhôm, măngan trong đất chua bằng biện pháp bón vôi
hoàn toàn có lợi, vì nồng độ nhôm, măngan quá cao gây độc hại cho cây. Kết tủa một phần
Al còn làm tăng hiệu lực phân lân.
4.5 Hấp thu lý hóa học
Là sự trao đổi ion nằm trong dung dịch đất và ion nằm trên bề mặt keo. Các hạt keo
đất, keo hữu cơ hoặc keo vô cơ có thể hấp thu một số chất hòa tan trên bề mặt hạt keo của
nó. Người ta gọi đó là hấp thu lý hóa học. Keo đất thường mang điện âm, một số trường hợp
mang điện dương do đó trong đa số trường hợp nó có thể hút một ít ion dương. Trong điều
kiện nhất định các ion đó có thể thoát ra khỏi keo đất và trở lại vào trong dung dịch đất.
Thông thường việc hấp thu ion của một chất sẽ đẩy ra khỏi keo đất một số ion khác. Tổng
lượng cation hấp thu tương ứng với lượng cation bị đẩy ra, một số cation này thay thế một
số cation khác trong keo đất và nồng độ ion trong dung dịch không thay đổi. Vì vậy quá
trình hấp thu này còn gọi là hấp thu trao đổi.
Tính chất của đất khi tiếp xúc với một dung dịch muối nào đó có thể trao đổi cation
với dung dịch, gọi là tính hấp thu trao đổi, hay tính hấp thu lý hóa học. Tùy theo tính điện

của keo mà nó có khả năng hấp thu anion hay cation. Phần lớn keo đất có điện âm vì vậy
cation được hấp thu là chủ yếu.

11


BÀI 2: HẤP THU DINH DƯỠNG CỦA RỄ CÂY TRỒNG
Bộ rễ có khả năng thu nhận các chất vô cơ hoặc hữu cơ từ các dạng ion hoặc các
dạng liên kết, dạng ion như nitơ: N-NO 3- hoặc N-NH4+, HPO42-, H2PO4-. Giữa rễ và keo đất
luôn xảy ra quá trình trao đổi ion. Các ion có thể liên kết chặt trong keo đất hoặc ở dạng khó
tan nhưng nhờ rễ cây chuyển hóa vào đất nhiều loại acid hữu cơ ( a. malic, a. xitric…) và acid
cacbonic biến các chất khó tan thành các chất dễ tan cho rễ cây hấp thụ. Hoặc nhờ bộ rễ có
khả năng tiết ra một số enzym như amilase, protease, phosphatase, urease… có thể phân giải
các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản dễ hấp thụ.

1 Sự di chuyển của các ion từ đất đến rễ cây trồng
Để được hấp thu bởi rễ cây trồng các ion phải tiếp xúc với rễ cây trồng. thông thường
các ion có thể di chuyển đến bề mặt của rễ bằng ba cách
Ion tiếp xúc trực tiếp với rễ
Dòng chảy khối lượng của nước có chứa các ion trong dung dịch
Sự khuếch tán các ion trong dung dịch đất.
Hàm lượng chất dinh dưỡng được cung cấp do sự khuếch tán thường được xác định bằng sự
chênh lệch giữa tổng dinh dưỡng do cây hấp thu và số lượng được cung cấp do tiếp xúc trực
tiếp và dòng chảy khối lượng.
1.1 Sự tiếp xúc trực tiếp của rễ
Sự tiếp xúc trực tiếp của rễ là một cơ chế hấp thu được tăng cường do sự sinh trưởng
của các rễ mới xuyên suốt khối lượng đất và cũng có thể do sự lan truyền của các loại nấm
trong vùng rễ. Khi hệ thống rễ phát triển và ăn sâu vào trong đất nhiều hơn, thì dung dịch
đất và các bề mặt đất có giữ các ion hấp thụ sẽ tiếp xúc với khối lượng rễ, và sự hấp thu các
ion này xảy ra do cơ chế trao đổi tiếp xúc. Các ion trên bề mặt lông hút của rễ (như H +) có

thể trao đổi với các ion bị giữ trên bề mặt các sét và chất hữu cơ trong đất bởi vì sự tiếp xúc
trực tiếp giữa rễ và các hạt đất. Các ion bị giữ bởi lực tĩnh điện ở các vị trí này có xu hướng
dao động trong một thể tích nhất định. Khi thể tích giao động của 2 ion trùng lấp nhau các
ion sẽ trao đổi vị trí. Bằng cách này, Ca 2+ trên bề mặt sét có thể được hấp thu và được sử
dụng bởi cây trồng.
Hàm lượng chất dinh dưỡng rễ cây trồng hấp thu do tiếp xúc trực tiếp là hàm lượng
có trong một thể tích đất bằng với thể tích của rễ. Rễ chiếm < 1 % thể tích đất, tuy nhiên nếu
rễ phát triển xuyên qua các tế khổng trong đất với hàm lượng dinh dưỡng trung bình cao
hơn sẽ tiếp xúc tối đa 3 % chất dinh dưỡng hữu dụng có trong đất.
Sự tiếp xúc trực tiếp của rễ và chất dinh dưỡng có thể gia tăng do các nấm vùng rễ
(mycorrhiza), một loại cộng sinh giữa nấm và rễ cây. Ảnh hưởng này đạt cao nhất khi cây
trồng trên đất có độ phì nhiêu kém mức độ lan truyền của nấm cũng tăng cường trong điều
kiện đất có pH chua ít hàm lượng P thấp, đủ N và nhiệt độ thấp. Các sợi nấm có tác dụng
tương tự như là sự phát triển của rễ cây, dẫn đến sự tiếp xúc lớn hơn.
Có hai nhóm nấm vùng rễ chính, ectomycorrhizas và endomycorrhizas. Nhóm
ectomycorrhizas hiện chủ yếu trong các loài cây ôn đới nhưng cũng có thể tìm thấy ở vùng
bán khô hạn.
Nhóm endomycorrhizas thì phổ biến hơn. Trong vùng rễ phần lớn cây trồng nông
nghiệp đều có nấm Vesicula arbuscular. Nấm này phát triển trong phần vỏ rễ, bên trong các
tế bào rễ các cấu trúc nhỏ gọi là arbuscules được hình thành. Các cấu trúc arbuscules được
xem như là vị trí vận chuyển các chất dinh dưỡng từ nấm đến các cây chủ.
Sự hấp thu dinh dưỡng của rễ gia tăng là do bề mặt hấp thu của rễ lớn hơn khi có sự
hiện diện của các loại nấm này. Điều này được xác định là lớn hơn đến 10 lần so với các rễ
12


không có sự hiện diện của nấm. Các sợi nấm vươn rộng đến 8 cm vào trong đất xung quanh
rễ vì thế làm gia tăng sự hấp thu dinh dưỡng, đặc biệt là các chất dinh dưỡng có độ khuếch
tán kém như P.
Sự hấp thu lân được tăng cường chủ yếu là do sự sinh trưởng của rễ được cải thiện

nhờ nấm Mycorrhiza. Sự cải thiện sinh trưởng này có thể dẫn đến sự hấp thu các nguyên tố
khác nhanh hơn nữa.
1.2 Dòng chảy khối lượng
Sự di chuyển các ion trong dung dịch đất đến bề mặt của rễ cây do dòng chảy khối
lượng cũng là một yếu tố quan trọng trong sự cung cấp các chất dinh dưỡng cho cây trồng.
Dòng chảy khối lượng xảy ra khi các ion dinh dưỡng và các chất hòa tan khác được vận
chuyển trong dòng chảy của nước đến rễ, là kết quả của quá trình thoát hơi của cây trồng.
Dòng chảy khối lượng cũng có thể xảy ra do sự bốc hơi và thấm lậu của nước trong đất.
Hàm lượng các chất dinh dưỡng di chuyển đến rễ do dòng chảy khối lượng được
quyết định bởi lưu lượng nước hay sự tiêu thụ nước của cây trồng, và nồng độ trung bình
của các chất dinh dưỡng trong dòng nước đó. Dòng chảy khối lượng cung cấp một lượng rất
lớn Ca2+, Mg2+ trong nhiều loại đất, cũng như phần lớn các chất dinh dưỡng di động khác
như NO3- và SO42-. Khi ẩm độ đất giảm (lực giữ nước của đất tăng), thì sự di chuyển của
nước bị giảm dần. Vì vậy sự di chuyển của nước đến bề mặt rễ cũng bị chậm lại. Sự di
chuyển do dòng chảy khối lượng sẽ giảm khi nhiệt độ thấp do nhu cầu thoát hơi nước của
cây trồng thấp so với ở nhiệt độ cao. Ngoài ra, sự vận chuyển của các ion trong dòng chảy
của nước bị bốc hơi ở mặt đất cũng sẽ giảm ở nhiệt độ thấp.
1.3 Cơ chế khuếch tán
Sự khuếch tán xảy ra khi một ion chuyển từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ
thấp hơn. Phần lớn các chất dinh dưỡng P và K trong đất di chuyển đến rễ là do sự khuếch
tán. Khi rễ cây hấp thụ các chất dinh dưỡng từ dung dịch đất ngay bề mặt rễ, thì nồng độ
chất dinh dưỡng ngay bề mặt rễ bị giảm thấp rất nhiều so với nồng độ trong dung dịch của
toàn bộ khối đất. Vì vậy, sự chênh lệch về nồng độ được hình thành làm cho các ion di
chuyển đến rễ cây. Một loại cây có nhu cầu cao đối với chất dinh dưỡng nào đó sẽ dẫn đến
sự chênh lệch nồng độ lớn, làm tăng tốc độ khuếch tán ion đó từ dung dịch đất đến bề mặt
rễ. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự khuếch tán của các chất dinh dưỡng trong đất,
trong đó yếu tố quan trọng nhất là mức độ chênh lệch nồng độ. Phương trình sau đây diễn tả
mối quan hệ này (định luật Fick)
dC/dt = De A dC/dX
với: dC/dt là tốc độ khuếch tán ( sự thay đổi nồng độ theo thời gian)

dC/dX là sự chênh lệch nồng độ theo khoảng cách
De là hệ số khuếch tán hữu hiệu
A diện tích ion khuếch tán
Phương trình khuếch tán trên cho thấy rằng tốc độ khuếch tán của chất dinh dưỡng
(dC/dt) tỉ lệ thuận với độ chênh lệch nồng độ (dC/dX). Khi sự khác nhau về nồng độ chất
dinh dưỡng giữa bề mặt rễ và dung dịch khối đất tăng thì tốc độ khuếch tán cũng tăng.
Tương tự, khi diện tích mà ion khuếch tán qua tăng thì dC/dt tăng. Tốc độ khuếch tán cũng
tỉ tệ với hệ số khuếch tán D e, hệ số này khống chế khoảng cách mà chất dinh dưỡng có thể
khuếch tán đến rễ. Với một khoảng cách cố định giữa các rễ, thì D e quyết định thành phần
các chất dinh dưỡng trong đất có thể đi đến rễ trong một thời kỳ sinh trưởng nhất định của
cây trồng De được diễn tả như sau:
De = Dwθ(b/T)
13


Với Dw là hệ số khuếch tán trong nước, θ là ẩm độ theo thể tích đất, T là yếu tố khúc
khuỷu, uốn khúc (tortuosity), b là khả năng đệm của đất.
Tương quan trên cho thấy rằng khi ẩm độ tăng thì D e tăng, điều này sẽ làm tăng tốc độ
khuếch tán, dC/dt. Khi ẩm độ trong đất giảm, các màng nước bao quanh các hạt đất trở nên
mỏng hơn và sự khuếch tán các ion thông qua các màng trở nên quanh co hơn. Sự vận
chuyển các chất dinh dưỡng đến bề mặt rễ có thể hữu hiệu nhất ở độ ẩm đồng ruộng. Vì thế,
khi tăng θ sẽ làm giảm sự quanh co của chiều dài đường đi của các ion khuếch tán nên làm
tăng dC/dt.
Sự uốn khúc của T cũng có tương quan với sa cấu của đất, sự khuếch tán chất dinh
dưỡng trong đất có sa cấu càng mịn thì đường đi của ion đến rễ càng quanh co hơn. Vì T
tăng theo hàm lượng sét nên 1/T giảm nên hệ số khuếch tán giảm và vì thế dC/dt giảm. Vì
vậy các ion khuếch tán thông qua ẩm độ đất trong các loại đất sét tương tự như các ion sẽ bị
hút vào các vị trí hấp thu trên sét hơn là trên đất cát.
Hệ số khuếch tán trong đất De có tương quan thuận với hệ số khuếch tán của cùng
một chất dinh dưỡng đó trong nước Dw. Gắn liền với Dw là yếu tố nhiệt, nên nhiệt độ tăng

thì Dw, De và dC/dt tăng. Hệ số khuếch tán có tương quan nghịch với BS của đất. BC của đất
tăng sẽ làm giảm De và sẽ làm giảm tốc độ khuếch tan chất dinh dưỡng. Vì vậy, BC giảm do
tăng nồng độ dinh dưỡng trong dung dịch cũng sẽ làm tăng sự chênh lệch nồng độ, dC/dt,
nên góp phần làm tăng tốc độ khuếch tán.
Sự hấp thụ các ion ở bề mặt rễ tác động đến quá trình hình thành và duy trì sự chênh
lệch nồng độ, chịu tác động mạnh mẽ bởi nhiệt độ. Trong khoảng nhiệt độ từ 20 – 30 oC khi
nhiệt độ tăng 10oC thì tốc độ hấp thu tăng 2 lần hay cao hơn. Sự khuếch tán các ion dinh
dưỡng thường chậm trong hầu hết các trường hợp và xảy ra trong một khoảng cách rất gần
xung quanh bề mặt rễ. Khoảng cách trung bình cho sự khuếch tán là 1 cm đối với đạm, 0,02
cm đối với lân, và 0,2 cm đối với kali. Khoảng cách trung bình giữa các rễ bắp trong khoảng
15 cm đất mặt là 0,7 cm, cho thấy rằng một số chất dinh dưỡng có thể cần phải được
khuếch tán đến ½ khoảng cách này là 0,35 cm trước khi chúng được hấp thu bởi rễ cây
trồng. Rễ không hấp thu tất cả các chất dinh dưỡng cùng tốc độ. Vì vậy, một số ion có thể
tích lũy ở bề mặt rễ, đặc biệt là trong giai đoạn cây trồng hấp thu nước nhanh, điều này dẫn
đến một số hiện tượng được gọi là khuếch tán ngược, trong đó có sự chênh lệch nồng độ và
vì thế một số ion sẽ di chuyển xa dần bề mặt rễ và đi ngược trở lại dung dịch đất. Sự khuếch
tán ngược này thường thấp hơn nhiều so với sự khuếch tán đến bề mặt rễ, tuy nhiên khi
nồng độ chất dinh dưỡng cao trong vùng rễ có thể ảnh hưởng đến sự hấp thu các chất dinh
dưỡng khác.
Sự khuếch tán và dòng chảy khối lượng trong sự cung cấp ion đến bề mặt rễ phụ
thuộc vào khả năng cung cấp các ion này của các thành phần rắn của đất cho dung dịch đất.
Nồng độ các ion trong dung dịch chịu ảnh hưởng rất lớn bởi bản chất của các thành phần
keo đất và mức độ bảo hòa cation của các keo này. Ví dụ, mức độ giải phóng Ca từ keo đất
do sự hấp thu của cây trồng biến động theo thứ tự: tan bùn > kaolinite > illinite >
montmorillonite >. Sét 2: 1 bảo hòa 80 % Ca sẽ cung cấp % Ca giải phóng bằng với
kaolinite bảo hòa 35 % Ca hay than bùn bảo hòa 25 % Ca.
Nghiên cứu các cơ chế dòng chảy khối lượng và khuếch tán cũng quan trọng trong
việc quản lý phân bón. Các loại đất có tốc độ khuếch tán thấp do BC cao, độ ẩm thấp, hay
hàm lượng sét cao có thể cần được bón các chất dinh dưỡng không di động gần rễ cây để tối
đa sự hữu dụng của các chất dinh dưỡng và hấp thu của cây trồng.

2 Sự hấp thu ion của rễ cây trồng
Sự hấp thu ion của rễ cây trồng từ dung dịch đất gồm hai tiến trình: hấp thu chủ động
và hấp thu thụ động thể hiện bằng việc có hoặc không tiêu hao năng lượng. Hấp thu thụ
14


động là tiến trình các ion di chuyển một cách thụ động đến “ranh giới” từ đó các ion sẽ được
vận chuyển một cách chủ động đến các bộ phận trong tế bào của cây trồng. Thành phần
dung dịch hay nồng độ ion bên ngoài ảnh hưởng rất lớn đến các tiến trình và mỗi tiến trình
đều có tầm quan trọng nhất định đối với dinh dưỡng khoáng và sự sinh trưởng của cây
trồng.
2.1 Sự hấp thu thụ động (không tiêu hao năng lượng)
Một phần rất lớn tổng diện tích của rễ có khả năng tiến hành hấp thu thụ động các
ion. Gian bào ( outer space) nơi sự khuếch tán và trao đổi ion xảy ra, được định vị trong các
màng của tế bào biểu bì (epidermis) và vỏ ( cortex) của rễ, và các màng nước trong khoảng
trống giữa các tế bào. Các màng của tế bào là nơi định vị chủ yếu của gian bào. Các khoảng
trống này, ở bên ngoài màng ngoài cùng (casparian) là một rào cản sự khuếch tán và trao
đổi.
Các ion trong dung dịch đất đi vào mô rễ qua các tiến trình khuếch tán và trao đổi
ion. Nồng độ các ion trong gian bào thường thấp hơn nồng độ các ion trong dung dịch đất,
vì thế khuếch tán xảy ra do sự chênh lệch nồng độ. Bên phía trong của tế bào vỏ mang điện
tích âm (-) nên tạo lực hấp dẫn đối với cation. Sự trao đổi các cation sẽ dễ dàng xảy ra dài
theo bề mặt của tế bào ngoài cùng của rễ và điều này giải thích tại sao cây trồng hấp thu
lượng cation thường vượt cao hơn sự hấp thu anion. Nhưng để duy trì sự trung hòa điện tích
tế bào rễ phải giải phóng ion H+ nên làm giảm pH dung dịch đất gần rễ.
Sự khuếch tán và trao đổi là các tiến trình thụ động bởi vì sự hấp thu vào gian bào
được kiểm soát bởi nồng độ ion (khuếch tán) và sự khác nhau về điện tích (trao đổi ion).
Các tiến trình này không có sự chọn lọc và không cần năng lượng. Hấp thụ động xảy ra bên
ngoài dãy caspirian và nguyên sinh chất (plasmalemma) đó là ranh giới các màng hay các
rào cản sự khuếch tán và trao đổi ion.

Các gian bào của tế bào ngoài cùng của phần thịt lá cũng là nơi các ion có khả năng
khuếch tán và trao đổi. Nhưng phần lớn các ion dinh dưỡng đi đến gian bào của lá qua mạch
mộc (xylem) từ rễ. Các ion khoáng trong nước mưa, nước tưới và trong phân bón lá thấm
vào trong lá thông qua khí khổng và biểu bì (cuticle) để vào bên trong lá, nơi đây chúng sẵn
sàng cho sự hấp thu của các tế bào lá.
Sự di chuyển các ion từ rễ đến thân được quyết định bởi tốc độ hấp thu nước và thoát
hơi nước điều này cho thấy dòng chảy khối lượng có vai trò rất quan trọng trong sự di
chuyển các ion.
2.2 Sự hấp thụ ion chủ động (tiêu hao năng lượng)
Một lớp màng có tác dụng như ranh giới giữa gian bào và nguyên sinh chất, các ion
được hấp thu thụ động chiếm giữ các khoảng không giữa các tế bào. Tuy nhiên nguyên sinh
chất sẽ ngăn chặn sự vận chuyển thụ động của các chất dinh dưỡng vào bên trong tế bào.
Bởi vì nồng độ ion bên trong tế bào cao hơn bên ngoài tế bào nên sự vận chuyển ion qua
màng nguyên sinh chất phải do sự chênh lệch hóa điện. Vì vậy sự vận chuyển ion qua màng
nguyên sinh chất vào trong tế bào chất (cytoplasm) cần có năng lượng tạo ra từ sự trao đổi
chất của tế bào. Các bộ phận khác trong tế bào cũng được bao quanh bởi màng không thấm.
Ví dụ, tonoplast là một màng chắn đối với không bào, không bào điều chỉnh hàm lượng
nước trong tế bào và có tác dụng như một nơi dự trữ các ion vô cơ, đường, và các amino
acid.
Cơ chế chất mang ion (ion carrier) là một chất được hình thành do trao đổi chất, sẽ
kết hợp với các ion tự do. Phức chất mang ion này sau đó có thể xuyên qua các màng và các
vật cản không thấm. Sau khi vận chuyển hoàn tất, phức chất mang ion bị đứt các nối hóa
15


học, ion được giải phóng vào không bào và trong một số trường hợp chất mang được cho là
được giữ lại trong không bào.
Sự vận chuyển ion chủ động là một tiến trình chọn lọc, nên chỉ các ion chuyên biệt
được vận chuyển hay được “mang” xuyên qua màng nguyên sinh chất do các chất mang
chuyên biệt. Ví dụ, mặc dù kali (K), rubidium (Rb), cesium (Cs) có sự cạnh tranh cùng một

chất mang nhưng chúng không cạnh tranh với các nguyên tố khác như Ca, strontium (Sr), và
barium (Ba). Tuy nhiên ba nguyên tố sau lại có sự cạnh tranh với nhau về chất mang.
Selenium (Se) cạnh tranh với SO42-, nhưng không cạnh với phosphate hay các anion có hóa
trị 1. Có một điều đặc biệt là H 2PO4- và HPO42- có chất mang riêng và không cạnh tranh với
chất khác để đi vào trong không bào.
Các tính chất hấp thu vận chuyển và sử dụng chất dinh dưỡng khoáng trong cây trồng
phần lớn do di truyền quyết định. Các kiểu di truyền trong các giống có thể rất khác nhau về
tốc độ hấp thu và vận chuyển các chất dinh dưỡng, hiệu quả sử dụng các chất trao đổi chất,
thích ứng với điều kiện nồng độ các chất dinh dưỡng cao và nhiều yếu tố khác.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hút chất dinh dưỡng của cây
Quá trình hấp thụ dinh dưỡng của cây trồng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: môi trường,
giống, các yếu tố về đất.
Các yếu tố về môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, gió… đều có ảnh hưởng
tới quá trình hấp thu dinh dưỡng của rễ cây trồng. Khi các yếu tố môi trường thuận lợi thì
quá trình hấp thụ dinh dưỡng diễn ra mạnh mẽ, phân bón có hiệu quả cao, ngược lại khi điều
kiện môi trường bật lợi thì sự hấp thụ chất dinh dưỡng của cây trồng bị hạn chế vì vậy hiệu
lực của phân bón sẽ thấp.
Các yếu tố về giống cây trồng như tuổi cây, sức khoẻ của cây, tình hình sâu bệnh
hại…, khi cây trồng khoẻ có sức sinh trưởng mạnh, cây hô hấp mạnh quá trình hấp thụ chất
dinh dưỡng sẽ tăng và ngược lại. Nên khi bón phân cần bón vào lúc cây có sức sinh trưởng
tốt và phải chăm sóc cho cây có sức khoẻ tốt thì hiệu quả bón phân mới tăng.
Thành phần và tỷ lệ các chất dinh dưỡng trong đất thích hợp thì khã năng hấp thụ các
chất dinh dưỡng của cây sẽ tăng và ngược lại, trong dung dịch đất luôn hiện diện một hỗn
hợp các ion với thành phần và nồng độ khác nhau, các ion này luôn có sự tác động lẫn
nhau,có thể là tương hổ hoặc đối kháng với nhau. Quan hệ tương hỗ xảy ra khi có hiện diện
của ion này làm tăng sự hấp thụ của cây trồng đối với ion khác, quá trình này thường xảy ra
với các ion trái dấu. Ví dụ, khi trong dung dịch đất có NH + làm tăng khả năng hút H2PO4hoặc H2PO42- của cây hay khi có K+ thì làm quá trình hút NO3+- tăng.
Quan hệ đối kháng xảy ra khi sự có mặt của ion này làm giảm sự hấp thụ của ion
khác, quan hệ đối kháng thường xảy ra với các ion cùng dấu điện tích, đặc biệt cùng hoá trị.
Ví dụ, khi nồng độ K+ cao làm hạn chế sự hấp thụ Ca2+, Mg2+ và ngược lại, hay khi NO3cao ức chế sự hấp thụ HPO42-, tuy nhiên quan hệ đối kháng chỉ xảy ra khi nồng độ các ion

vượt quá ngưỡng thích hợp, trong trường hợp bình thường quá trình này rất ít khi xảy ra.

16