Thành phần của đất: Vô cơ, hữu cơ, dung dịch, không khí

Thành phần của đất: Vô cơ, hữu cơ, dung dịch, không khí

1. Các thành phần khoáng (vô cơ) của đất.

Ngoại trừ đất hữu cơ, hầu hết các loại đất đều có khung cấu trúc là các hạt khoáng.

Các hạt này có kích thước rất khác nhau, từ kích thước rất to như các tảng đá, kích thước trung bình như hòn cuội, những mảnh vỡ của đá, kích thước rất bé như hạt cát, sét. Các hạt to là tập hợp của nhiều loại khoáng khác nhau. Các hạt có kích thước nhỏ hơn thường là các khoáng đơn giản. Vì vậy bất kì một loại đất nào cũng được hình thành từ những hạt có kích thước và thành phần cấu tạo khác nhau.

Kích thước các hạt đất:

Các hạt khoáng hiện diện trong đất rất khác nhau về kích thước. Ngoại trừ các mảnh vỡ của đá, các hạt đất có kích thước thay đổi từ 2.0mm-0.002mm.

Trong phạm vi kích thước này, người ta phân loại các cấp hạt như sau:

• Hạt cát: có kích thước từ 2-0.05mm, có thể nhìn thấy bằng mắt thường, và có cảm giác nhám thô khi miết giữa các ngón tay. Hạt cát không có tính dính nên chúng thường rời rạc.
• Hạt thịt: có kích thước 0.05-0.002mm. Hạt thịt không thể nhìn thấy các hạt riêng rẽ bằng mắt thường, có cảm giác mịn khi miết giữa các ngón tay, nhưng chúng không có tính dính cả khi bị ướt.
• Hạt sét: có kích thước <0.002mm, chúng thường dính vào nhau khi ướt và hình thành tảng khi khô. Trong cấp hạt sét, các hạt có kích thước <0.001mm, được gọi là hạt keo.
• Hạt keo: hạt sét có kích thước <0.001mm và các hạt hữu cơ là những hạt có tính keo, và chỉ có thể quan sát bằng kính hiển vi điện tử. Do đó kích thước cực kì nhỏ nên hạt keo có một diện tích bề mặt khổng lồ trên một đơn vị trọng lượng. Do bề mặt hạt keo có mang điện tích nên chúng có thể hấp phụ các ion (+) hoặc (-) và nước. Thành phần keo là yếu tố chính trong các phản ứng lý, hóa học của đất.

Tỷ lệ các thành phần hạt này trong đất được gọi là sa cấu của đất. Các loại sa cấu của đất thường gặp là thịt pha sét, sét pha thịt, thịt pha cát. Sa cấu ảnh hưởng đến rất nhiều tính chất của đất, nên ảnh hưởng rất lớn đến việc sử dụng đất.

Một số tính chất tổng quát của các hạt chính.

Để hiểu được ảnh hưởng của sét đến tính chất đất, chúng ta cần hiểu hàm lượng sét và loại sét. Hàm lượng và loại sét có ảnh hưởng rất lớn đến việc xây dựng cơ sở hạ tầng và cả trong sản xuất nông nghiệp. 

Các loại khoáng trong đất:

Các loại khoáng trong đất được chia làm hai loại, phụ thuộc vào nguồn gốc hình thành, đó là khoáng nguyên sinh và khoáng thứ

• Khoáng nguyên sinh: có thành phần cấu tạo rất ít thay đổi so với dung nham nóng chảy như các khoáng thạch anh, mica, felspar. Chúng chiếm tỉ lệ lớn trong thành phần hạt cát và thịt của đất.
• Khoáng thứ sinh: như khoáng sét silicate, các oxide sắt được hình thành từ sự phân hủy và phong hóa các khoáng nguyên sinh trong quá trình hình thành đất. Các khoáng thứ sinh chiếm tỉ lệ cao trong thành phần sét và một phần trong thịt.

Vai trò của khoáng:

• Cung cấp chất dinh dưỡng: các khoáng vô cơ trong đất là nguồn chứa hầu hết các nguyên tố dinh dưỡng tối cần thiết cho thực vật. Mặc dù phần lớn các chất này nằm trong thành phần cấu trúc của khoáng, một phần nhỏ nhưng rất quan trọng của các nguyên tố này ở dạng ion trên bề mặt keo đất. Do cơ chế hấp thu trao đổi nên rễ cây có thể hấp thu các ion bị hấp phụ trên bề mặt keo này.
• Hình thành cấu trúc đất: Sự sắp xếp các hạt đất tạo nên cấu trúc đất. Các hạt có thể tồn tại tương đối độc lập, nhưng phần lớn chúng liên kết với nhau thành các tập hợp. Các tập hợp này có thể có dạng hình cầu, hình khối, hình phiến, và các dạng khác. Cấu trúc đất có tầm quan trọng không thua kém gì so với sa cấu, cấu trúc đất sẽ khống chế sự vận chuyển của nước và không khí trong đất. Sa cấu và cấu trúc đất ảnh hưởng rất lớn đến tính thích hợp của đất đối với sự sinh trưởng của rễ thực vật.

2. Chất hữu cơ trong đất

Sự bổ sung và phân giải chất hữu cơ:

Chất hữu cơ trong đất bao gồm rất nhiều hợp chất hữu cơ như các sinh vật (sinh khối đất), các hợp chất hữu cơ sản sinh trong các quá trình trao đổi chất trong đất. Xác bã động, thực vật và vi sinh vật liên tục bị phân giải trong đất và các chất mới cũng liên tục được tổng hợp bởi các vi sinh vật khác. Theo thời gian, chất hữu cơ sẽ bị mất dần dưới dạng CO₂ thải ra do quá trình hô hấp của vi sinh vật. Do có quá trình mất carbon như thế nên cần thiết phải có sự bù đắp của dư thừa động, thực vật tươi để duy trì hàm lượng chất hữu cơ trong đất.

Phần lớn CO₂ trong khí quyển được quang hợp bởi thực vật, nên trong điều kiện thực vật phát triển tốt, tốc độ bổ sung nhanh hơn sự giải nhanh của vi sinh vật, khi chết thực vật sẽ cung cấp một lượng chất hữu cơ rất lớn cho đất. Do CO₂ là nguyên nhân chính hình thành “hiệu ứng nhà kính”, làm khí hậu trái đất nóng dần lên, nên sự cân bằng giữa sự tích lũy và mất đi của chất hữu cơ thông qua sự hô hấp của vi sinh vật là vấn đề có ý nghĩa toàn cầu. Trong thực tế, lượng Carbon trong đất cao hơn lượng C trong sinh khối thực vật và khí quyển cộng lại.

Vai trò của chất hữu cơ:

Tuy chất hữu cơ chỉ chứa một tỉ lệ rất nhỏ trong đất, chỉ chiếm khoảng 1-6% trọng lượng, nhưng ảnh hưởng của chất hữu cơ đến các tính chất của đất rất lớn, các tính chất này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng của thực vật.

• Hình thành cấu trúc đất: chất hữu cơ liên kết với các hạt khoáng hình thành nên cấu trúc viên của đất, tạo cho đất có tính tơi xốp. Chất hữu cơ rất có hiệu quả trong việc tạo tính ổn định cấu trúc này do vi sinh vật và rễ thực vật tiết ra các chất có tính keo.
• Tăng khả năng giữ nước và dinh dưỡng: chất hữu cơ cũng làm tăng khả năng giữ nước của đất. Ngoài ra chất hữu cơ là nguồn cung cấp chính các chất dinh dưỡng cho thực vật như N, P, S. Khi chất hữu cơ bị phân giải, các chất dinh dưỡng này được giải phóng thành các dạng ion hòa tan cây trồng dễ dàng hấp thu. Cuối cùng, chất hữu cơ, bao gồm dư thừa động, thực vật, là nguồn thực phẩm chính cung cấp C và năng lượng cho vi sinh vật đất. Không có hoạt động hóa sinh quan trọng này, hệ sinh thái đất sẽ ngưng hoạt động.
• Mùn: một phức chất hữu cơ có màu đen hay nâu, tích lũy trong đất do chúng khá bền với sự phân giải của vi sinh vật. Sét là thành phần keo của các chất vô cơ, thì mùn thành phần keo của chất hữu cơ. Do mang điện tích trên bề mặt nên mùn và sét chính là cầu nối giữa các hạt của đất, cả hai mùn và sét đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành cấu trúc đất. Điện tích bề mặt của mùn và sét có khả năng hấp phụ và giữ các ion dinh dưỡng và các phân tử nước. Tuy nhiên, khả năng giữ chất dinh dưỡng và nước của mùn cao hơn rất nhiều so với sét tính trên một đơn vị trọng lượng. Khác với sét, mùn còn chứa một số thành phần khác như các chất kích thích sự sinh trưởng của thực vật. Tuy với một hàm lượng rất nhỏ trong đất nhưng mùn có thể kích thích sự gia tăng sinh trưởng của thực vật một cách đáng kể.

3. Dung dịch đất

Nước có vai trò cực kì quan trọng trong hệ sinh thái đất. Nước cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của thực vật và các sinh vật khác trong đất. Chế độ ẩm quyết định khả năng sản xuất của đất. Sự di chuyển của nước và các chất hòa tan xuyên suốt phẩu diện đất có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và hàm lượng tài nguyên nước trong vùng đó. Sự di chuyển của nước trong đất cũng là yếu tố chính trong quá trình hình thành đất. Hai tính chất quan trọng của nước trong đất cần chú ý là:

• Sự di chuyển của nước trong đất phụ thuộc vào khả năng giữ nước trong các tế khổng của đất rất khác nhau tùy thuộc vào hàm lượng nước và kích thích các tế khổng. Sự hấp phụ giữa nước và các hạt đất sẽ hạn chế rất lớn sự di chuyển của nước trong đất.
• Do nước trong đất luôn nhiễm bẩn, chứa hàng trăm chất hữu cơ và vô cơ hòa tan, nên nước trong đất thường được gọi là “dung dịch đất”. Dung dịch đất là nơi chứa các chất dinh dưỡng hòa

Sự di chuyển của nước trong đất:

Khi ẩm độ đất thích hợp cho sự sinh trưởng của thực vật, nước trong các tế khổng lớn và trung bình có thể di chuyển và được thực vật hấp thu. Tuy nhiên khi thực vật sử dụng hết loại nước dễ di chuyển này, nước chỉ tồn tại trong các vi tế khổng và trong các màng nước mỏng xung quanh hạt đất. Các hạt đất giữ nước rất chặt, nên thực vật khó có thể hấp thu. Vì vậy không phải tất cả lượng nước trong đất là hữu dụng đối với thực vật. Tùy thuộc vào loại đất, có khoảng ¼-2/3 lượng nước được giữ trong đất không hữu dụng đối với thực vật.

Dung dịch đất:

dung dịch đất chứa một lượng nhỏ nhưng rất có ý nghĩa các hợp chất vô cơ hòa tan. Các hạt keo hữu cơ và vô cơ giải phóng các chất dinh dưỡng vào dung dịch đất, từ đây rễ thực vật sẽ hấp thu. Quá trình này rất có ý nghĩa với thực vật bậc cao và phụ thuộc vào tính chất của dung dịch đất và các hạt keo trong đất.

Một tính chất quan trọng khác của dung dịch đất là độ chua và kiềm của dung dịch đất. Nhiều phản ứng hóa học và sinh học phụ thuộc vào nồng độ ion H⁺ và OH^– trong đất. Nồng độ các ion này còn ảnh hưởng đến khả năng hòa tan hay khả năng hữu dụng của nhiều nguyên tố dinh dưỡng đối với thực vật.

Nồng độ ion H⁺ và OH^– trong dung dịch đất thường được xác định bằng cách đo pH dung dịch đất. pH được định nghĩa là logarith âm của nồng độ H⁺. pH kiểm soát tính chất của nhiều phản ứng hóa học và sinh học trong đất.

4. Không khí trong đất

Các tế khổng trong đất có kích thước rất khác nhau và chứa nước hoặc không khí. Khi đầy nước, không khí sẽ bị đuổi ra ngoài tế khổng, vì vậy hàm lượng không khí trong đất tỉ lệ nghịch với hàm lượng nước. Không khí trong đất có nồng độ O₂ thấp hơn trong khí quyển, ngược lại CO₂ trong đất có nồng độ cao hơn khí quyển, cả hai đều do quá trình hô hấp của sinh vật và rễ thực vật. Các đặc điểm chính của không khí trong đất:

• Thành phần khí trong đất khác rất nhiều so với khí quyển do một số khí được sử dụng bởi vi sinh vật và rễ thực vật, đồng thời các sinh vật giải phóng ra một số loại khí khác.
• Ẩm độ không khí trong đất thường rất cao (100%), trừ loại đất rất khô.
• Nồng độ CO₂ cao hơn hằng trăm lần so với khí quyển.
• Nồng độ O₂ thấp, khoảng 5-10% thể tích không khí.

5. Tương tác của các thành phần đất đến sự cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng

Bốn thành phần chính của đất không tác động riêng rẽ mà luôn có sự tương tác ảnh hưởng đến tính chất của đất. Ví dụ, khi ẩm độ đất thích hợp sẽ ảnh hưởng đến khả năng cung cấp dinh dưỡng của đất, đồng thời kiểm soát hàm lượng không khí trong đất. Các hạt khoáng có khả năng hấp phụ nước nên sẽ quyết định đến khả năng di chuyển và hữu dụng của nước, hợp chất hữu cơ do có tính keo nên ảnh hưởng đến sự hình thành cấu trúc đất và làm tăng độ rỗng của đất, vì vậy sẽ ảnh hưởng đến chế độ nước và không khí trong đất.