Loại đất có chứa tỉ lệ phần trăm hạt sét và limon cao giữ nước và chất dinh dưỡng tốt nhất

VẬT LÝ ĐẤT

4.1. THÀNH PHẦN CƠ GIỚI ĐẤT

4.1.1. Khái niệm

Hạt cơ giới:

Có nhiều khái niệm khác nhau về hạt cơ giới đất, kể cả cách gọi chúng. Có tác giả cho rằng các hạt cơ giới đất là các nguyên tố cơ học. Năm 1926 Gedroi cho rằng những nguyên tố cơ học là những hòn cục vi tinh thể riêng biệt và về sau Tiurin cho rằng nguyên tố cơ học là những phần tử mà tất cả những nguyên tố của chúng phải nằm trong một mối liên hệ hoá học lẫn nhau.

Dưới tác động của điều kiện ngoại cảnh, đá và khoáng bị phong hoá tạo ra các hạt có đường kính to nhỏ khác nhau và trong quá trình hình thành đất xuất hiện thêm các hạt hữu cơ, hữu cơ - vô cơ. Những hạt vụn đó là phần tử cơ giới đất hay còn gọi là các hạt cơ giới đất.

Thành phần cơ giới:

Tỉ lệ các cấp hạt giữa các phần tử cơ giới có kích thước khác nhau trong đất được biểu thị theo phần trăm trọng lượng [%], được gọi là thành phần cơ giới đất hoặc còn được gọi là thành phần cấp hạt.

Trong đất các phần tử cơ giới thường liên kết với nhau thành những hạt lớn hơn [đó là đối tượng nghiên cứu ở phần sau - Kết cấu đất]. Vì vậy khi phân tích thành phần cơ giới đất, khâu đầu tiên là phải dùng các biện pháp cơ, lý, hoá học để làm tơi rời các hạt kết thành các hạt đơn.

4.1.2. Phân chia hạt cơ giới đất và tính chất các cấp hạt

Phân chia hạt cơ giới:

Việc phân chia các cấp hạt trong thành phần cơ giới đất được căn cứ vào đường kính của từng hạt riêng rẽ.

Cho đến nay tiêu chuẩn phân chia các cấp hạt của một số nước có khác nhau nhưng đều thống nhất với nhau ở một số mốc mà tại những mốc này sự thay đổi về kích thước đã dẫn tới sự thay đổi đột ngột về tính chất, xuất hiện một số tính chất mới.

Ví dụ: Mốc giới hạn khoảng từ 1 đến 2 mm đánh dấu sự xuất hiện tính mao dẫn hay mốc 0,01 đến 0,02 mm là mốc mà ở đó các cấp hạt bắt đầu xuất hiện tính dính, dẻo, khó thấm nước của hạt sét...

Việc phân chia cấp hạt theo thành phần cơ giới hiện nay vẫn đang tồn tại 3 bảng phân cấp chủ yếu là Liên Xô [cũ], Mỹ và bảng Quốc tế [Bảng 4.1].

Qua bảng 4.1 cho thấy về tổng thể cả 3 bảng phân loại đều căn cứ vào kích thước hạt cơ giới để chia chúng ra thành các nhóm với tên khác nhau. Các hạt cơ giới có kích thước từ 0,02 mm trở lên thuộc nhóm hạt cát [cát, sỏi, cuội, đá vụn]. Các hạt cơ giới có kích thước từ 0,002 mm trở xuống thuộc nhóm hạt sét và còn lại là các cấp hạt thuộc nhóm thịt [bụi]. Như vậy cả 3 bảng phân loại đều căn cứ vào những mốc quan trọng là những mốc mà ở đó tính chất của cấp hạt thay đổi để phân chia ra các nhóm khác nhau.

Tuy nhiên, các bảng phân loại có những điểm khác nhau: Bảng phân loại Quốc tế lấy mốc kích thước hạt thấp hơn [0,02, 0,002 mm] và phân chia đơn giản, dễ nhớ, dễ sử dụng, nhưng chưa thể hiện được hết tính chất khác nhau của thành phần cơ giới. Bảng phân chia của Mỹ và Liên Xô [cũ] lấy mốc kích thước hạt cao hơn [0,05, 0,005 mm] nhưng lại quá chi tiết và phức tạp.

Điều đáng lưu ý chung cho cả 3 bảng phân loại này là cấp hạt cơ giới từ 2 - 3 mm trở lên đã được phân chia quá sơ sài. Điều này sẽ gây khó khăn cho người sử dụng khi gặp các trường hợp đất có mức độ đá lẫn cao.

Vì vậy khi nghiên cứu đất vùng miền núi có nhiều sỏi, đá chúng ta cần phải căn cứ vào tác dụng của chúng đối với đất và cây trồng mà phân chia kỹ thêm các cấp hạt có kích thước từ 2 3 mm trở lên.

Bảng 4.1: Bảng phân chia cấp hạt của Quốc tế, Mỹ và Liên Xô [cũ]

[ĐVT: mm]

Tên	Quốc tế	Mỹ	Liên Xô [cũ]
Đá vụn	> 2	-	> 3
Cuội	-	> 2	3 - 1
Sỏi	-	2 - 1	-
Cát	2 - 0,2 thô 0,2 - 0,02 mịn	1 - 0,5 thô 0,5 - 0,25 trung bình 0,25 - 0,2 mịn 0,2 - 0,05 rất mịn	1 - 0,5 thô 0,5 - 0,25 trung bình 0,25 - 0,05 mịn
Thịt [bụi]	0,02 - 0,002	0,05 - 0,005	0,05 - 0,01 thô 0,01 - 0,005 trung bình 0,005 - 0,001 mịn
Sét	0,002 - 0,0002	< 0,005	0,001 - 0,0005 thô 0,0005 - 0,0001 mịn
Keo	< 0,0002	-	< 0,0001

[Nguyễn Thế Đặng và CS, 2008]

Theo phân cấp của Liên Xô [cũ] còn đưa ra một cách chia nữa là:

- Khi cấp hạt > 0,01mm gọi là cát vật lý

- Khi cấp hạt < 0,01mm gọi là sét vật lý.

Tính chất của các hạt cơ giới đất:

Những hạt cơ giới có kích thước khác nhau sẽ rất khác nhau về thành phần khoáng, thành phần hoá học và khác nhau về một số tính chất khác. Đất có nguồn gốc phát sinh khác nhau sẽ rất khác nhau về hàm lượng SiO2, FeO, Fe2O3, Al2O3 và các cấu tử khác. Chúng thay đổi một cách có quy luật theo sự nhỏ dần của những cấp hạt.

Khi đường kính hạt càng lớn, tỷ lệ SiO2 càng cao. Điều này cũng dễ hiểu vì thành phần hạt lớn [chuyển từ bụi sang cát], chủ yếu là thạch anh [SiO2 kết tinh]. Ngược lại kích thước hạt càng nhỏ thì hàm lượng Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, mùn, dung tích hấp thu... càng tăng.

Đáng lưu ý là 2 mốc quan trọng nhất về thay đổi đặc tính vật lý nước và cơ lý đất đột ngột do thay đổi kích thước:

+ Mốc 1 là khoảng 0,01 mm: Tính trương tăng đột ngột, xuất hiện sức hút ẩm lớn nhất và sức dính cực đại... vì vậy người ta đã đưa ra mốc 0,01mm để phân biệt 2 trạng thái cát vật lý và sét vật lý.

+ Mốc 2 là khoảng 1 mm: Tính thấm nước giảm và mao dẫn tăng rõ.

4.1.3. Phân loại đất theo thành phần cơ giới

Việc phân loại đất theo thành phần cơ giới có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là việc ứng dụng trong sản xuất. Nông dân khi canh tác trên đồng ruộng đã biết phân ra: Đất cát già, đất cát non, đất cát pha, đất thịt nhẹ, đất thịt nặng, đất sét, đất gan gà, gan trâu... vì mỗi loại như vậy lại thích hợp cho mỗi loại cây trồng nhất định và biện pháp canh tác thích hợp.

Nguyên tắc cơ bản của phân loại đất theo thành phần cơ giới là căn cứ vào tỷ lệ các cấp hạt cơ giới chứa trong đất khác nhau để phân ra các loại đất khác nhau có tính chất khác nhau.

Như vậy, mỗi một loại đất theo thành phần cơ giới sẽ có những tỷ lệ các cấp hạt cơ giới khác nhau và sẽ mang những tính chất khác nhau.

Trên thế giới có rất nhiều bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới. Trong phạm vi chương này chúng tôi xin trích dẫn ra đây 3 bảng phân loại: Của Liên Xô [cũ], Mỹ và Quốc tế.

4.1.3.1. Phân loại đất theo thành phần cơ giới của Liên Xô [cũ]

Bảng phân loại của Liên Xô chủ yếu dựa vào quan điểm của Katsinski:

Cơ sở phân loại là dựa vào cấp hạt cát vật lý [cấp hạt > 0,01mm] và sét vật lý [cấp hạt < 0,01 mm ] để phân chia ra thành nhiều loại đất khác nhau [Bảng 4.2].

Katsinski đã phân chia không chỉ dựa vào cấp hạt mà còn dựa vào từng loại đất. Vì vậy sử dụng khá đơn giản, ví dụ: Một loại đất potzon chứa 40 50 % cấp hạt sét vật lý thì đó là loại đất thịt nặng.

Sau này tác giả đã đưa ra thêm một bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới chi tiết hơn. Đối với đất lẫn nhiều đá vụn Katsinski cho rằng:

- Đất không lẫn đá: Đá vụn < 0,5 %. Đất này không ảnh hưởng đến công cụ làm đất và cây trồng.

- Đất lẫn ít đá: Đá vụn từ 0,5 - 5 %. Đất này có ảnh hưởng đến công cụ làm đất.

- Đất lẫn đá trung bình: Đá vụn 5 - 10 %. Rất khó khăn khi làm đất để trồng cây hàng năm. Nhưng khi trồng cây ăn quả thì vẫn không ảnh hưởng, thậm chí một số loại cây lại phù hợp khi đất có lẫn đá, ví dụ như dứa, chanh....

Bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới của Liên Xô [cũ] đã được sử dụng rộng rãi ở miền Bắc Việt Nam trước năm 1975. Hiện nay nó ít được sử dụng.

Bảng 4.2: Phân loại đất theo thành phần cơ giới của Liên Xô [cũ]

[theo N.A.Katsinski]

Tên gọi	% sét vật lý	% cát vật lý
Đất potzon	Đất đỏ vàng thảo nguyên	Đất mặn	Đất potzon	Đất đỏ vàng thảo nguyên	Đất mặn
Đất cát rời	0 - 5	0 - 5	0 - 5	100 - 95	100 - 95	100 - 95
Đất cát dính	5 - 10	5 - 10	5 - 10	95 - 90	95 - 90	95 - 90
Đất cát pha	10 - 20	10 - 20	10 - 25	90 - 80	90 - 80	90 - 85
Đất thịt nhẹ	20 - 30	20 - 30	15 - 20	80 - 70	80 - 70	85 - 80
Đất thịt T.bình	30 - 40	30 - 45	20 - 30	70 - 60	70 - 55	80 - 70
Đất thịt nặng	40 - 50	45 - 60	30 - 40	60 - 50	55 - 40	70 - 60
Đất sét nhẹ	50 - 65	60 - 75	40 - 50	50 - 35	40 - 25	60 - 50
Đất sét T.bình	65 - 80	75 - 85	50 - 65	35 - 20	25 - 15	50 - 35
Đất sét nặng	> 80	> 85	> 65	< 20	< 15	< 35

4.1.3.2. Phân loại đất theo thành phần cơ giới của Mỹ

Tại Mỹ và một số nước phương Tây khác có cách phân loại chi tiết hơn. Nguyên tắc phân loại được dựa vào tỷ lệ các cấp hạt sét, thịt [bụi, limon] và cát chứa trong đất. Mỗi sự phối hợp khác nhau của ba thành phần trên sẽ cho ta một loại đất [Bảng 4.3].

Bảng 4.3: Phân loại đất theo thành phần cơ giới ở Mỹ

Nhóm đất	Tên đất chi tiết	% trọng lượng
Sét < 0,005mm	Limon 0,05 - 0,005mm	Cát 2 - 0,05mm
Đất cát	Đất cát	0 - 20	0 - 20	80 - 100
Đất thịt	Đất cát pha	0 - 20	0 - 50	50 - 80
Đất thịt pha cát	0 - 20	30 - 50	30 - 50
Đất thịt trung bình	0 - 20	50 - 100	0 - 30
Thịt nặng	Đất thịt nặng pha cát	20 - 30	0 - 30	50 - 80
Đất thịt nặng	20 - 30	20 - 50	20 - 50
Đất sét nhẹ	20 - 30	50 - 80	0 - 30
Sét pha	Đất sét pha cát	30 - 50	0 - 20	30 - 50
Đất sét	30 - 50	0 - 30	0 - 50
Đất sét pha thịt	30 - 50	50 - 70	0 - 20
Đất sét	Đất sét nặng	50 - 100	0 - 50	0 - 50

Từ bảng phân loại này ta cũng dễ dàng tìm ra tên loại đất theo thành phần cơ giới. Ví dụ: Khi phân tích một loại đất có chứa 45 % cấp hạt limon, 55 % cấp hạt cát thì đó là đất cát pha; đất chứa 80 % sét thì chắc chắn là đất sét nặng....

Việc phân loại đất theo Soil Taxonomy mặc dù thông thường được trình bày như ở bảng 6.3, nhưng có thể sử dụng phương pháp tam giác đều [Hình 4.1].

Nguyên lý của phương pháp này như sau: 3 nhóm cấp hạt: Sét, limon và cát được biểu thị ở 3 cạnh. Đỉnh tam giác tương ứng là 100%.

100

90

10


80

20




70

30

12


60

40




50

50

11

clay

40

60

10


30

8


9




70

7

20

80


4


5

10

90

3


6


2

sand

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

1

100

Hình 4.1: Phân loại đất theo thành phần cơ giới

của Soil Taxonomy [Mỹ]

Ghi chú:

1. Cát [Sand] 7. Thịt pha sét và cát [Sandy Clay Loam]

2. Cát pha [Loamy Sand] 8. Thịt pha sét [Clay Loam]

3. Thịt pha cát [Sandy Loam] 9. Thịt nặng pha sét [Silty Clay Loam]

4. Thịt nhẹ [Loam] 10. Sét pha cát [Sandy Clay]

5. Thịt trung bình [Silty Loam] 11. Sét pha thịt [Silty Clay]

6. Thịt nặng [Silt] 12. Sét nặng [Clay]

Hàm lượng của 3 nhóm cấp hạt vừa nêu được thể hiện ở 3 đường thẳng song song với đáy tam giác. Điểm giao nhau của 3 đường thẳng cắt nhau trong tam giác chính là vị trí cần tìm, theo vị trí này sẽ suy ra loại đất cần phân loại. Ví dụ: Một loại đất có chứa 35 % cấp hạt cát, 35 % cấp hạt bụi và 30 % cấp hạt sét thì 3 đường thẳng cắt nhau ở điểm thuộc khu vực số 8 là đất thịt pha sét [Clay Loam]; hay một loại đất chứa 20 % cát, 60 % bụi và 20 % sét thì sẽ rơi vào khu vực số 5 là đất thịt trung bình [Silty loam] v.v...

Phân loại đất theo thành phần cơ giới của Soil Taxonomy để thể hiện qua sơ đồ nên dễ hiểu, tương đối đơn giản và dễ áp dụng.

Tuy vậy, với ngôn ngữ tiếng Việt, tên gọi của một số loại đất hơi rườm rà, ví dụ như: Thịt pha sét và cát....

Bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới của Soil Taxonomy được áp dụng rất rộng rãi ở miền Nam nước ta, nhất là trước khi thống nhất đất nước.

4.1.3.2. Phân loại đất theo thành phần cơ giới của Quốc tế

Bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới của Quốc tế cũng được ứng dụng chung cho tất cả các loại đất và thể hiện được sự phối hợp khá tỷ mỷ giữa 3 thành phần cấp hạt chủ yếu là cát, bụi [thịt] và sét [Bảng 4.4].

Bảng 4.4: Bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới của Quốc tế

Nhóm đất	Loại đất	% trọng lượng cấp hạt
Cát 2 - 0,02 mm	Bụi 0,02 - 0,002 mm	Sét 0,002 - 0,0002 mm
Cát	Đất cát	85 - 100	0 - 5	0 - 15
Thịt	Đất cát pha Đất thịt pha cát Đất thịt nhẹ	55 - 85 40 - 54 0 - 55	0 - 45 30 - 45 45 - 100	0 - 15 0 - 15 0 - 15
Thịt nặng	Đất thịt trung bình Đất thịt nặng Đất sét nhẹ	55 - 85 30 - 55 0 - 40	0 - 30 20 - 45 45 - 75	15 - 25 15 - 25 15 - 25
Sét	Đất sét pha cát Đất sét pha thịt Đất sét trung bình Đất sét Đất sét nặng	55 - 75 0 - 30 10 - 55 0 - 55 0 - 35	0 - 20 45 - 75 0 - 45 0 - 55 0 - 35	25 - 45 25 - 45 25 - 45 45 - 65 65 - 100

[Nguyễn Thế Đặng và CS, 2008]

Từ cách phân loại ở bảng 6.4 ta có thể dễ dàng gọi ra tên đất khi có số liệu phân tích của 3 thành phần cát, bụi và sét. Ví dụ: Khi một mẫu đất có thành phần cơ giới là 50 % cát, 45 % bụi và 5 % sét thì đất đó là đất thịt nhẹ.

Tuy nhiên, bảng phân loại của Mỹ và cả của Quốc tế cũng có nhiều điểm không hoàn chỉnh. Theo nguyên tắc thì 3 thành phần cát, bụi và sét khi phối hợp trong một loại đất phải là 100 %. Như vậy với cách phân chia ở trên sẽ có một vài loại đất khác nhau nhưng lại có tỷ lệ phối hợp 3 thành phần là giống nhau. Ví dụ: 50 % cát, 30 % bụi và 20 % sét thì cũng có thể là đất thịt trung bình, đất thịt nặng hoặc đất sét ...

Mặc dù vậy, bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới của Quốc tế hiện nay được sử dụng chính thống trên hầu hết các quốc gia trên Thế giới. Nước ta, từ những năm 90 của thế kỷ trước đã sử dụng bảng phân loại đất theo thành phần cơ giới của Quốc tế như là tiêu chuẩn phân loại đất và được áp dụng rộng rãi trong toàn quốc.

4.1.4. Tính chất đất theo thành phần cơ giới

Thành phần cơ giới đất ảnh hưởng lớn đến tính chất đất, tác động đến độ phì nhiêu của đất và cây trồng. Người ta ví thành phần cơ giới đất như là xương sống của đất. Khi tỷ lệ các cấp hạt có kích thước khác nhau, ở mỗi loại đất, mỗi tầng đất khác nhau, sẽ tác động trực tiếp đến tính chất đất là khác nhau và từ đó ảnh hưởng đến cây trồng. Ta có thể xét 3 loại đất điển hình:

4.1.4.1. Đất cát

Do cấp hạt cát chiếm đa số nên đất cát có tính chất đặc trưng sau:

- Thành phần cơ giới thô [nhẹ], khe hở giữa các hạt lớn nên thoát nước dễ, thấm nước nhanh nhưng giữ nước kém [dễ bị khô hạn].

- Thoáng khí, vi sinh vật háo khí hoạt động mạnh làm cho quá trình khoáng hoá chất hữu cơ và mùn xảy ra mãnh liệt. Vì vậy xác hữu cơ rất dễ bị phân giải, nhưng đất cát thường nghèo mùn.

- Đất cát nóng nhanh lạnh nhanh, nên gây bất lợi cho cây trồng và vi sinh vật phát triển.

- Đất cát khi khô thì rời rạc nên dễ cày bừa, ít tốn công, rễ cây phát triển dễ nhưng cỏ mọc cũng nhanh. Khi đất cát gặp mưa to hay do nước tưới sẽ bị bí chặt.

- Đất cát chứa ít keo, dung tích hấp thu thấp làm cho khả năng giữ nước, phân kém. Khi bón phân quá nhiều sẽ làm cây bị lốp đổ và mất dinh dưỡng do rửa trôi.

Do đặc điểm như vậy nên khi sử dụng đất cần hết sức lưu ý, như nên bón phân chia làm nhiều lần, vùi sâu. Đất cát nên ưu tiên trồng các cây lấy củ như: khoai lang, khoai tây, lạc, các cây rau đậu [dưa, đậu, đỗ các loại...]; các cây công nghiệp như cây thuốc lá.

Để cải tạo đất cát cần tăng lượng sét trong đất bằng biện pháp cày sâu lật sét, bón bùn ao, tưới nước phù sa mịn và bón phân hữu cơ...

4.1.4.2. Đất sét

Đặc trưng của đất sét thể hiện ở các mặt sau:

- Nếu đất sét mà không có kết cấu thì xấu.

- Đất sét khó thấm nước nhưng giữ nước tốt. Biên độ nhiệt độ đất sét thấp hơn đất cát.

- Đất sét kém thoáng khí, hay bị glây. Chất hữu cơ phân giải chậm nên đất sét tích luỹ mùn nhiều hơn đất cát. Mặt khác, sét - mùn là phức chất bền vững nên cũng tăng khả năng tích luỹ.

- Đất sét mà nghèo chất hữu cơ thì có sức cản lớn, cứng chặt, làm đất khó và khi bị hạn thì sẽ nứt nẻ làm đứt rễ cây trong đất.

- Đất sét chứa nhiều keo sét nên về cơ bản có dung tích hấp thu lớn, giữ nước, phân tốt nên ít bị rửa trôi [nhìn chung đất sét chứa nhiều dinh dưỡng hơn đất cát]. Cũng cần lưu ý: Nhiều khi đất sét giữ quá chặt dinh dưỡng nên cây trồng không hút được.

Đất sét không thích hợp cho các cây trồng lấy củ.

Đất sét khi khai thác sử dụng nên lưu ý bón phân hữu cơ và vôi. Nếu đất quá sét thì có thể bón cát, hay tưới nước phù sa thô.

4.1.4.2. Đất thịt

Đất thịt mang tính chất trung gian giữa đất cát và đất sét.

Tuỳ theo tỷ lệ cát và sét trong đất thịt mà sẽ thiên về hướng có tỷ lệ lớn. Ví dụ: Nếu đất thịt nhẹ thì ngả về phía đất cát, còn đất thịt nặng thì ngả về đất sét.

Nhìn chung đất thịt nhẹ và đất thịt trung bình có chế độ nước, nhiệt, không khí điều hoà thuận lợi cho các quá trình lý hoá xảy ra trong đất. Mặt khác, cày bừa, làm đất cũng nhẹ nhàng. Đa số cây trồng sinh trưởng và phát triển thuận lợi trên loại đất này. Vì vậy nông dân thường ưa thích đất thịt nhẹ và thịt trung bình.

4.1.5. Phương pháp xác định thành phần cơ giới trên đồng ruộng

Ta có thể xác định thành phần cơ giới đất đơn giản ngoài đồng như sau [Phương pháp ướt - còn gọi là phương pháp vê giun] [Bảng 4.5]:

Bảng 4.5:Thành phần cơ giới đất xác định theo phương pháp vê giun

Thành phần cơ giới	Hình thái mẫu đất khi vê thành sợi
Sợi không được hình thành Cát	.............................................................. ..............................................................
Sợi thành từng mảnh rời rạc Cát pha
Sợi đứt từng đoạn khi vê tròn Thịt nhẹ
Sợi liền nhau nhưng đứt từng đoạn khi uốn thành vòng tròn Thịt trung bình
Sợi liền nhau nhưng bị nứt khi uốn thành vòng tròn Thịt nặng
Sợi liền nhau, vòng tròn nguyên vẹn sau khi uốn Sét

Tẩm nước với đất đến trạng thái độ ẩm thích hợp, không ướt quá hoặc khô quá [tuyệt đối không được sử dụng nước bọt để làm tẩm ướt]. Dùng 2 ngón tay vê đất thành sợi trên lòng bàn tay, đường kính của sợi khoảng 3 mm; uốn thành vòng tròn trên lòng bàn tay, đường kính vòng tròn khoảng 3 cm. Nếu sợi không thể hình thành khi uốn thì đó là cát; sợi tuy được hình thành nhưng thành từng mảnh rời rạc - đó là cát pha; sợi đứt thành từng đoạn khi vê tròn - đó là thịt nhẹ v.v...

4.2. KẾT CẤU ĐẤT

4.2.1. Khái niệm

Trong đất, các hạt cơ giới thường không nằm riêng rẽ mà liên kết lại với nhau để tạo thành những đoàn lạp - những cấu trúc riêng biệt hay còn gọi là kết cấu đất.

Như vậy, kết cấu đất là chỉ sự sắp xếp các hạt cơ giới trong đất. Kết cấu đất là sự phản ánh về số lượng, chủng loại các loại hạt kết trong một tầng đất hay cả phẫu diện đất. Các hạt kết của đất có hình dạng và kích cỡ khác nhau. Kết cấu đất được hình thành và phát triển cùng với quá trình hình thành, phát triển và sử dụng đất.

Theo Gedroi [1926] những đoàn lạp có kích thước nhỏ hơn 0,25 mm gọi là những vi đoàn lạp, những đoàn lạp lớn hơn 0,25 mm gọi là đoàn lạp lớn, hoặc còn gọi là những đại đoàn lạp.

Trạng thái tồn tại của kết cấu đất:

V

ề phương diện hình thái, Zakharov phân cấu trúc đất thành 3 loại [Hình 4.2].

Hình 4.2: Các dạng cấu trúc đất theo phương diện hình thái

[Theo S.A.Zakharov]

Dạng kết cấu hình khối [I]:

Có nhiều loại khác nhau, được phân ra bởi hình dạng bề mặt của hạt kết:

- Loại có bề mặt phẳng, góc cạnh rõ ràng và loại có bề mặt phẳng và tròn xen kẽ. Hai loại này thường có đường kính lớn hơn 5 mm.

- Cấu trúc viên: Có hình cầu, chủ yếu tìm thấy ở tầng A, có kích thước nhỏ từ 1 - 10 mm, là loại hạt kết tốt của đất.

Dạng kết cấu hình trụ [II]:

Được phát triển theo chiều sâu. Được hình thành ở các loại đất sét, đặc biệt là keo sét monmorilonit như đất macgalit hay đất kiềm, đất mặn trong điều kiện khô hạn. Sự hình thành của loại hạt kết này tạo ra các khe hở lớn theo chiều thẳng đứng. Đất có loại hạt kết này thường thấm nước tốt.

Dạng kết cấu hình tấm, phiến, dẹt [III]:

Là dạng cấu trúc phát triển theo chiều ngang, dẹt, mảng. Loại hạt kết này được hình thành chủ yếu ở các loại đất có thành phần cơ giới nặng mới được lắng đọng trong điều kiện khô hạn. Loại này thường có độ bền kém, được hình thành do sự trương co của các hạt sét.

Người ta phân hạt kết theo kích thước như bảng 4.6

Về phương diện nông học, kết cấu viên và kết cấu cục nhỏ được gọi là những kết cấu tốt, gồm những đoàn lạp có kích thước từ 0,25 đến 10 mm. Về phương diện chất lượng, kết cấu được coi là tốt nếu chúng có độ xốp thích hợp, sau khi mưa, sau khi tưới, qua suốt quá trình làm đất như cày, bừa, vun xới v.v.. chúng vẫn giữ được độ bền trong nước, độ bền cơ học.

Bảng 4.6: Đánh giá hạt kết theo kích thước [mm]

Đánh giá	Hình tấm	Hình trụ	Hình khối	Viên
Rất nhỏ hay rất mỏng	< 1	< 10	< 5	< 1
Nhỏ hay mỏng	1 - 2	10 - 20	5 - 10	1 - 2
Trung bình	2 - 5	20 - 50	10 - 20	2 - 5
To hay dày	5 - 10	50 - 100	20 - 50	5 - 10
Rất to hay rất dày	> 10	> 100	> 50	> 10

[Raymond W. Miller và Roy L. Donahue, 1990]

Bên cạnh những kết cấu lớn [> 0,25 mm], để đánh giá chất lượng đất còn cần phải dựa vào đặc trưng của kết cấu nhỏ [vi đoàn lạp]. Những đoàn lạp có kích thước 0,01 - 0,25 mm và bền trong nước là những vi đoàn lạp tốt.

Vai trò của kết cấu đất:

Kết cấu đất là yếu tố quyết định đến độ xốp của đất, có nghĩa là tổng các khe hở trong đất. Đất có kết cấu không những có độ xốp cao mà còn có tỷ lệ giữa khe hở mao quản và khe hở phi mao quản phù hợp.

Khe hở mao quản [nằm trong hạt kết] là nơi chứa nước, giữ nước của đất còn khe hở phi mao quản [khe hở giữa các hạt kết] là nơi chứa không khí và tăng cường sức thấm nước của đất.

Với đất sét kết cấu kém, hạt cơ giới nhỏ nên các khe hở mao quản là chủ yếu. Ngược lại ở đất cát, cấp hạt thô nên các khe hở phi mao quản chiếm đa số.

Có thể nói kết cấu đất là công cụ để điều tiết độ phì của đất.

- Về chế độ nước:

Đất có kết cấu kém như đất sét, chủ yếu là khe hở mao quản nên thấm nước kém, dễ bị úng ngập, nước chảy bề mặt phát sinh sớm về mùa mưa nhưng lại dễ bị hạn về mùa khô. Ngược lại với đất sét, đất cát do chủ yếu là khe hở lớn nên thấm nước nhanh, giữ nước kém, dinh dưỡng dễ bị mất do rửa trôi.

Khắc phục được cả 2 yếu điểm trên, đất có kết cấu tốt vừa có khả năng thấm nước tốt và giữ nước tốt, đồng thời điều hòa chế độ không khí cho đất.

- Về chế độ dinh dưỡng:

Do hạn chế của đất kết cấu kém về việc điều hoà chế độ nước và chế độ không khí trong đất nên nó ảnh hưởng lớn tới quần thể vi sinh vật đất, tới quá trình tổng hợp và phân giải chất hữu cơ, cung cấp dinh dưỡng cho cây, tạo chất độc trong đất.

Ngược lại, đất cát có kết cấu kém thì môi trường oxy hoá mạnh ít tích luỹ mùn cho đất. Độ ẩm trong đất không được duy trì liên tục nên cũng hạn chế quá trình hoà tan chất dinh dưỡng, cung cấp cho cây.

Với đất có kết cấu tốt, do điều hoà được chế độ nước và chế độ không khí, vi sinh vật hoạt động thuận lợi và cân bằng, tạo cho đất vừa tích lũy mùn vừa giải phóng dinh dưỡng cung cấp cho cây được thuận lợi.

Tóm lại, có thể rút ra những ưu điểm của đất có kết cấu như sau:

+ Đất tơi, xốp, làm đất dễ dàng, hạt dễ mọc, rễ cây dễ phát triển

+ Nước thấm nhanh mà vẫn giữ được nhiều nước.

+ Đất thoáng khí, đầy đủ oxy cho cây và vi sinh vật hoạt động.

+ Nước, không khí điều hòa với nhau. Hai quá trình phân giải và tích lũy chất hữu cơ cùng xảy ra do đó cây có đủ thức ăn và mùn vẫn được tích lũy.

+ Giảm được xói mòn nhờ nước thấm nhanh khi mưa nên ít chảy tràn trên bề mặt. Mặt khác, khi mưa to chỉ phá hủy những hạt kết lớn thành hạt kết bé....

4.2.2. Quá trình hình thành kết cấu đất

Có thể chia quá trình hình thành kết cấu thành 2 là quá trình hình thành hạt kết nhỏ và quá trình hình thành hạt kết lớn.

Quá trình hình thành hạt kết nhỏ:

Quá trình hình thành hạt kết nhỏ được thực hiện chủ yếu do quá trình ngưng tụ keo đất. Theo H.A.Katsinski thì khi các hạt keo đất chuyển động và tiếp xúc với nhau chúng sẽ ngưng tụ với nhau để tạo nên hạt kết cấp 1. Khi chưa trung hoà về điện hoặc chưa bão hòa, các hạt cấp 1 tiếp tục ngưng tụ ra hạt kết cấp 2 rồi cấp 3... [Hình 4.3].

Hiện tượng tụ keo xảy ra chủ yếu do keo mang điện trái dấu: Do keo đất mang điện nên các keo mang điện trái dấu sẽ hút nhau để tạo thành trạng thái gel. Hiện tượng tụ keo có thể xảy ra với cả các keo cùng dấu khi trong môi trường có chất điện giải mạnh hoặc do hiện tượng mất nước.

Ngoài sự kết hợp giữa các hạt keo mang điện trái dấu hoặc cùng dấu như trên thì sự kết hợp giữa các chất vô cơ và hữu cơ để tạo ra hạt kết nhỏ cũng có vai trò rất quan trọng.

Quá trình hình thành hạt kết lớn:

Đây là quá trình kết gắn hạt đất nhỏ bằng các hạt kết dính.

Các chất kết dính có thể là chất vô cơ như Ca2+, Fe3+, Al3+ hoặc keo hữu cơ, mùn, protit, các axit hữu cơ và muối của chúng.

Hình 4.3: Sự hình thành những vi đoàn lạp khi ngưng tụ keo đất

[Theo H.A.Katsinski]

Ghi chú: a. Những phần tử keo ban đầu và ion của những chất điện ly

b. Những vi đoàn lạp ở giai đoạn 1

c. Những vi đoàn lạp ở giai đoạn 2

d. Những vi đoàn lạp ở giai đoạn 3

e. Những vi đoàn lạp ở giai đoạn 4

Theo Robert [1933], và Lutz [1934] thì trong đất đỏ vàng nhiệt đới, chua, Fe3+ và Al3+ có vai trò quan trọng trong việc kết gắn tạo hạt kết. Điều đó được lý giải bởi sự biến đổi từ Fe3+ thành Fe2+ và ngược lại, giúp Fe có khả năng di chuyển và ngưng tụ mạnh.

Theo Baver và Harpen [1935], thì sét và mùn đều có vai trò rất quan trọng trong việc hình thành kết cấu. Tuy nhiên mùn có vai trò quan trọng hơn trong việc kết gắn các cấp hạt có đường kính lớn [như cát].

Vai trò của các chất kết gắn ở đây còn được thể hiện qua việc bao bọc qua hạt kết kém bền được tạo bởi quá trình trương co của đất tạo ra các hạt kết bền hơn.

4.2.3. Các yếu tố tạo kết cấu đất

4.2.3.1. Chất hữu cơ và mùn

Chất hữu cơ và mùn là yếu tố đóng vai trò chủ đạo trong quá trình hình thành kết cấu đất.

Theo Tuilin và Gapon [1937], thì keo hữu cơ có thể kết hợp với sét qua cầu nối Ca hoặc Fe, Al để tạo kết cấu đất theo sơ đồ sau:

Nhóm 1: Qua cầu nối Ca:

Si O Ca OOC COO Ca O Si

R

Si O Ca OOC COO Ca O Si

Nhóm 2: Qua cầu nối Fe, Al:

Si O FeOH OOC COO FeOH O Si

R

Si O FeOH OOC COO FeOH O Si

Các hợp chất mùn tạo thành màng bao bọc xung quanh các hạt đất, gắn chúng lại với nhau tạo kết cấu đất.

Như vậy, rõ ràng khi đất giàu mùn thì sẽ tạo ra nhiều kết cấu tốt, đất sẽ tốt.

4.2.3.2. Sét

Bản thân sét cũng là những chất kết gắn có giá trị. Vì vậy sét làm tăng cường kết cấu đất, đặc biệt ở những loại đất có hàm lượng sét Monmorilonit cao.

Theo Peterson [1944], thì Monmorilonit có vai trò quan trọng trong việc tạo ra kết cấu hình trụ và hình khối. Trong khi đó Kaolinit lại tạo ra hạt kết hình tấm.

Baver [1935] cho biết hàm lượng sét có đường kính nhỏ hơn 5m có tương quan chặt chẽ với lượng hạt kết có đường kính lớn hơn 0,05 mm.

4.2.3.3. Các cation

Vai trò của các cation trong đất với sự hình kết cấu thể hiện qua 2 chức năng: Ngưng tụ các hạt cơ giới tạo ra các hạt kết nhỏ và kết gắn các hạt đất nhỏ tạo ra các hạt kết lớn.

Thường các cation đa hoá trị như Fe3+, Al3+, Ca2+ có ý nghĩa hơn nhiều so với các cation hoá trị 1. Nếu cation cùng hoá trị thì cation nào có bán kính thuỷ hoá nhỏ sức ngưng tụ sẽ lớn hơn.

Theo thứ tự từ mạnh đến yếu thì: Fe3+>Al3+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+.

Ngoài ảnh hưởng trực tiếp để tạo ra kết cấu, các cation còn ảnh hưởng gián tiếp thông qua quá trình kết hợp với keo mùn, keo sét để nâng cao chất lượng kết gắn.

Trong các cation, Ca2+ được coi là cation quan trọng và có ý nghĩa nhất trong việc tạo thành các hạt kết bền. Tác dụng này là do CaCO3 , một loại keo xi măng có ở trong đất. Vì vậy, bón vôi cho đất là một biện pháp tăng lượng keo xi măng canxi, tạo kết cấu cho đất.

4.2.3.4. Sinh vật

Sinh vật là nguồn cung cấp chất hữu cơ chính của đất để tạo mùn, một vật liệu quan trọng kết gắn các phần tử đất tạo nên kết cấu đất.

Thực vật và vi sinh vật trong quá trình sống thải ra các chất hữu cơ vào đất có tác dụng như một chất kết dính. Động vật trong quá trình sống đào bới làm đất tơi xốp. Giun đất vừa đào bới đất vừa cung cấp một lượng phân, là những hạt kết viên có giá trị.

4.2.3.5. Khí hậu

Khí hậu vừa có ảnh hưởng trực tiếp, vừa có ảnh hưởng gián tiếp tới kết cấu đất. Nhiệt độ và độ ẩm có liên quan tới quá trình trương co của đất, là cơ sở để tạo ra các hạt kết hình trụ, hình tấm và hình khối.

Khí hậu ảnh hưởng đến quá trình hình thành đất nói chung nên tạo ra các loại đất có thành phần cũng như hàm lượng mùn, Fe, Ca và độ chua khác nhau. Đó là các yếu tố chủ đạo trong việc hình thành hạt kết.

4.2.3.6. Biện pháp canh tác

Các biện pháp canh tác như làm đất, chăm sóc, bón phân...nếu đúng kỹ thuật đều làm cho đất tơi xốp, tái tạo kết cấu đất. Khi làm đất mà độ ẩm đất đạt từ 60 80 % độ ẩm tối đa và không làm đất quá kỹ sẽ làm cho kết cấu đất không bị phá vỡ. Trong bón phân thì bón phân hữu cơ sẽ làm cho đất có kết cấu tốt.

4.2.4. Nguyên nhân làm đất mất kết cấu

Có nhiều nguyên nhân phá kết cấu đất. Tuy nhiên có thể tổng hợp làm 3 nhóm nguyên nhân chính như sau:

4.2.4.1. Nguyên nhân cơ giới

Đó là sự tác động cơ giới của người, công cụ máy móc và súc vật trong quá trình canh tác. Khi làm đất quá kỹ, nhất là làm đất không đúng độ ẩm sẽ làm phá vỡ kết cấu đất.

Ngoài ra hạt kết còn bị phá vỡ tác động của mưa, gió, nhất là trên đất dốc bị xói mòn mạnh thì kết cấu lớp đất mặt bị phá vỡ nghiêm trọng.

4.2.4.2. Nguyên nhân hoá học

Đó là sự trao đổi thay thế của các cation hoá trị 1 vào vị trí của các cation hoá trị 2, 3 trong các liên kết, cắt đứt cầu nối, phá vỡ liên kết trong các hạt kết.

Ví dụ:

Si O Ca OOC COO Ca O Si

R + 8KCl

Si O Ca OOC COO Ca O Si

4[ Si O K] + R [COO-K]4 +4CaCl2

Việc sử dụng phân vô cơ đơn độc, hay bón muối ăn cho đất của nông dân một số vùng là nguyên nhân gây mất kết cấu đất.

4.2.4.3. Nguyên nhân sinh vật

Đó là sự phân giải mùn là chất kết gắn trong hạt kết bởi vi sinh vật trong điều kiện đất nghèo mùn, môi trường hảo khí mạnh, như cày ải ở đất bạc màu là nguyên nhân làm đất mất kết cấu.

4.2.5. Biện pháp duy trì và cải thiện kết cấu đất

Có rất nhiều phương pháp làm cải thiện kết cấu đất nhưng dưới đây là những phương pháp chủ yếu:

4.2.5.1. Tăng cường mùn cho đất

Tăng cường bón các loại phân hữu cơ cho đất như phân chuồng, phân xanh, than bùn và các loại phân địa phương khác, đồng thời để lại tối đa sản phẩm phụ của cây trồng trên đồng ruộng có tầm quan trọng đặc biệt với việc cải thiện kết cấu đất.

4.2.5.2. Tác động bởi thực vật

Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy độ bền trong nước của đoàn lạp tỷ lệ thuận với đặc tính và khối lượng của hệ rễ thực vật, đặc biệt là đối với các loại cây họ đậu. Vấn đề quyết định ở chỗ là phải nâng cao năng suất của các loại thực vật này để có nhiều rễ và xác của chúng để tác động lên độ phì nhiêu của đất nói chung và cải thiện kết cấu đất nói riêng.

4.2.5.3. Thực hiện chế độ canh tác hợp lý

Làm đất đúng thời điểm phù hợp và không quá kỹ, bón phân hữu cơ, bón phân hữu cơ kết hợp với vô cơ, giữ ẩm thích hợp v..v. là một trong những biện pháp làm tăng cường kết cấu đất.

4.2.5.4. Bón vôi

Bón vôi cho đất chua và bón thạch cao cho đất mặn là biện pháp không chỉ khử độc cho đất mà còn làm tăng cường kết cấu đất.

Cần tránh sử dụng phân vô cơ đơn độc, chấm dứt tập quán bón muối ăn cho đất của nông dân một số vùng. Cần kết hợp phân hữu cơ, phân vô cơ và vôi.

4.2.5.5. Sử dụng những hợp chất cao phân tử

Từ những năm 50 của thế kỷ XX đến nay, để tăng kết cấu cho đất người ta dùng những hợp chất cao phân tử: chất trùng hợp [polyme] và chất trùng hợp [isopolyme], chúng được gọi là Crylium.

Phổ biến hiện nay, có các loại sau:

- VAMA.CRD 186 [Vinylacetatemaleic acid] của Mỹ: có dạng bột màu trắng, khi hòa tan trong nước có trạng thái hồ dính, pH= 3.

- HPAN.CRD 189 [Hyđrolyze polyacrylonitrile] của Mỹ: Dạng bột màu vàng, hút ẩm mạnh, dễ tan trong nước, pH = 9,2.

- Aerotif của Mỹ: dễ tan trong nước, pH = 8,5 9,4.

- P.A.A của Nga.

Viện Thổ nhưỡng Nam Kinh [Trung Quốc] đã thí nghiệm bón chất P.A.A cho đất nâu vàng đã thu được kết quả rất rõ: Nếu bón với liều lượng 0,01 % so với trọng lượng đất tầng canh tác thì hàm lượng hạt kết kích thước >0,25 mm bền trong nước đạt 30,1 %. Nếu bón liều lượng 0,1 % thì đạt tới 82,9 % so với công thức đối chứng chung là 19,8 %.

Việc ứng dụng hợp chất cao phân tử để cải thiện kết cấu đất là rất khả quan, nhưng do giá thành cao nên hiện nay áp dụng còn ít. Tuy nhiên, một số nước tiên tiến, người ta sử dụng chất này khá phổ biến cho đất trồng các cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, hoặc dùng cho cải tạo đất mặn và đặc biệt sử dụng bón cho đất dốc để hạn chế xói mòn.

Với sự phát triển nhanh và mạnh của ngành hóa học cao phân tử, giá thành các chất này chắc chắn sẽ giảm dần và sẽ được áp dụng rộng rãi hơn vào trong sản xuất.

Поделитесь с Вашими друзьями: