Bài giảng Khoa học đất - Chương 5: Vật lý đất

 Cịn được gọi là thành phần cơ giới đất (hay chính là các thành phần các vật thể rắn vơ cơ), sa cấu đất đề cập đến các tỷ lệ khác nhau của ba loại hạt: cát, thịt và sét trong một loại đất nào đĩ 1) nước di chuyển trong đất 2) khả năng giữ nước của đất 3) độ phì của đất Theo FAO:  Sét <0,002 mm  Thịt 0,002 - 0,02 mm  Cát 0,02 - 2 mm Theo USDA:  Sét <0,002 mm  Thịt 0,002 - 0,05 mm  Cát 0,05 - 2 mm  0,02 mm đến 2 mm  Cĩ thể nhìn thấy được  Hình dạng: trịn hay gĩc cạnh  Cát thường cĩ màu trắng do chứa thạch anh  Cát cũng cĩ màu nâu do cĩ lẫn các khống khác  Trong đất cát cĩ màu nâu, vàng hay đỏ do cĩ lớp phủ Fe hay Al oxide  0,002 - 0,02 mm  Chỉ cĩ thể thấy được qua kính hiển vi  < 0,002 mm  Dạng phiến hay dạng hạt nhỏ  Các hạt sét cịn được gọi là keo ◦ Nĩ thường lơ lửng trong nước  Cĩ diện tích bề mặt cao Tinh khống silicate nguyên sinh Thạch anh Tinh khống phụ Tinh khống silicate hậu sinh gibbsite, hematite và limonite mica và tràng thạch illite (1/2), kaolinite (1/3), smectite (1/6) và montmorillonite quartz Cát Thịt Sét  Để xác định một loại đất cụ thể thuộc nhĩm sa cấu nào, người ta sử dụng một tam giác sa cấu - Sa cấu cát: + Cát (Sand) + Cát pha thịt (Loamy sand) - Sa cấu thịt: + Thịt rất mịn (Silt) + Thịt mịn (Silt loam) - Sa cấu thăng bằng: + Thịt pha sét cĩ cát (Sandy clay loam) + Thịt (Loam) + Thịt pha cát (Sandy loam) - Sa cấu sét: + Sét (Clay) + Sét pha thịt (Silty clay) + Thịt pha sét mịn (Silty clay loam) + Thịt pha sét (Clay loam) + Sét pha cát (Sandy clay) Một loại đất cĩ các cấp hạt gồm: -15% là sét -70% là thịt -15% là cát Tên sa cấu? Thịt mịn Thịt pha sét -sét: 30% -thịt: 35% -cát: 35%  Sa cấu đất được xem là một đặc tính quan trọng của đất. Sa cấu ảnh hưởng mạnh mẽ đến hầu hết các đặc tính vật lý đất và được xem như là nền tảng của các hệ thống phân loại đất  Sa cấu đất xác định: khả năng giữ và thốt nước trong đất, mức độ thống khí, ảnh hưởng độ phì nhiêu đất đai  Sa cấu đất cĩ ý nghĩa quan trọng trong sản xuất nơng nghiệp  các đặc tính đất liên quan đến sa cấu: ◦ đất cĩ lương cát cao, dễ cày xới ít tốn năng lương trong việc làm đất so với đất cĩ hàm lượng sét cao; ◦ đất cát cĩ ít lỗ hổng nhưng các lỗ hổng lại lớn hơn đất sét. Sau cơn mưa lớn đất sét giữ nước lại nhiều hơn đất cát Đặc tính đất Loại sa cấu Cát Thịt Sét Thống khí Trao đổi cation Thốt nước Khả năng bị nước xĩi mịn Khả năng thấm nước Cày đất Khả năng giữ nước Khả năng giữ dưỡng chất rất tốt thấp rất tốt dễ dàng nhanh dễ dàng thấp thấp tốt trung bình tốt trung bình trung bình trung bình trung bình trung bình Kém Cao Kém Khĩ khăn chậm khĩ khăn cao cao Một số đặc tính đất cĩ liên quan đến sa cấu đất  Dùng mẫu đất ướt se giữa các ngĩn tay nếu:  Cĩ cảm giác cộm tay  Bời rời – khơng tạo thành khối trừ khi rất ướt.  Khơng cộm tay  Khi ướt khơng trơn, dẻo, cĩ hình dạng và khơng bị rời ra khi bĩp  Ướt thì rất trơn, dẻo, nắn thành hình dạng bất kỳ một cách dễ dàng  Dễ kéo dài thành sợi  Rất cứng khi khơ Hàm lượng sét tập trung cao nhất ở vùng phù sa xa sơng (62.3%). Vùng trũng phèn, phù sa ven biển cĩ hàm lượng sét cũng khá cao (trên 50%). Kế đến là vùng Tứ giác Long Xuyên (45.9%) và phù sa ven sơng (44.4%). Đất ở Bán đảo Cà Mau và vùng đồi núi hàm lượng cát rất cao và ít sét  Vùng ven sơng Tiền và ven sơng Hậu cĩ sa cấu là thịt  Vùng xa sơng Tiền và sơng Hậu cĩ sa cấu là sét (tập trung nhiều nhất ở khu vực giữa sơng Tiền và sơng Hậu; vùng trũng Đồng Tháp Mười và Tứ Giác Long Xuyên)  Vùng ven biển và vùng đất giồng cĩ sa cấu là cát 2gr2 (rs - rl) 9h Trong đĩ: - V: Tốc độ lắng (cm/s) - g: Gia tốc trọng trường (~981 cm/s2) - r: Bán kính của cấp hạt (cm) - rs: Tỷ trọng rắn của các cấp hạt (~2,65 g/cm 3) - rl: Tỷ trọng của dung dịch (~0,996 g/cm 3 ở 30 0C) - h: Độ nhớt của dung dịch (~0,008 poise hay dyne/cm2/s) Định luật Stokes V = Sét Thịt Cát Sự phân bố các cấp hạt sau một thời gian lắng Cát Thịt Sét Lưu ý: Hạt cĩ kích thước càng lớn thì tốc độ lắng trong nước càng nhanh! a: Atterberg-cylinder; b: Andreasen-pipette; c: Kưhn-pipette VỊNH BIỂN ĐƠNG Diện tích bề mặt khác nhau của cùng một thể tích S = 6 x 1m2 = 6 m2 S S = 6 x (1/2m)2 x 23= 12 m2 S = 6 x (1/3m)2 x 33 = 18 m2 S = 6 x (1/10000m)2 x 100003 = 60000 m2 1/2 m 1/3 m Sự di chuyển của nước trong đất với các sa cấu khác nhau Sét Cát Thịt  Cĩ diện tích bề mặt thấp  Cung cấp ít chất dinh dưỡng cho cây trồng  Khoảng trống giữa các hạt cát làm cho mất nước nhanh do bốc hơi và thấm lậu  Giữ nước và chất dinh dưỡng kém dẫn đến dễ bị khơ hạn và thiếu dưỡng chất cho cây  Kích thước hạt nhỏ giữ nước nhiều hơn và ít bị thấm lậu hơn so với cát  Dễ bị nước cuốn trơi – xĩi mịn  Giữ nhiều chất dinh dưỡng hơn so với cát  Các khoảng trống trong đất nhỏ ◦ Sự di chuyển của nước và khơng khí chậm  Khả năng giữ nước ◦ Giữ nước nhiều – nhưng khơng phải tất cả đều hữu dụng cho cây.  Hấp phụ chất dinh dưỡng lớn Trọng lượng của một khối đất khơ kiệt Thể tích khối đất Tỷ trọng = Trọng lượng của một khối đất khơ kiệt Thể tích hạt đất Thể tích hạt đất: chỉ bao gồm phần thể tích rắn mà hạt đất chiếm Thể tích khối đất: gồm cả thể tích phần rắn và phần lổ hỗng chứa khơng khí g/cm3 g/cm3  Dung trọng (rb) ◦ rb = Dung trọng, g/cm 3 ◦ Ms = Trọng lượng đất khơ (g) ◦ Vb = Thể tích khối đất (cm 3) Trong đất rb: 1.1 - 1.6 g/cm 3 ◦ Chất hữu cơ càng nhiều thì dung trọng càng thấp ◦ Đất sét hay sét pha thịt ở đất mặt: rb  1 – 1,3 g/cm3 tuỳ vào chất hữu cơ nhiều hay ít ◦ Đất cát hay cát pha thịt, ít chc: rb  1,3 – 1,6 g/cm 3 ◦ Đất ở tầng sâu cĩ ít chất hữu cơ cĩ rb  2 g/cm 3 b s b V M r  Tỷ trọng (rp) ◦ rP = Tỷ trọng, g/cm 3 ◦ Ms = Trọng lượng đất khơ, g ◦ Vs = Thể tích hạt đất, cm 3 Trong đất rp: 2,6 – 2,8 g/cm 3 rp s s M V  Một khối đất sấy khơ cĩ thể tích là 1 cm3 cân nặng 1,33 g thì dung trọng sẽ là: rb = 1,33/1 = 1,33 g/cm 3. Cùng khối đất trên cĩ thể tích các hạt rắn (phần rắn) là 0,5 cm3 cân nặng 1,33 g thì tỷ trọng sẽ là: rs = 1,33/0,5 = 2,66 g/cm 3  là thể tích của các khoảng trống (hay lỗ hổng) trong đất chứa nước và khơng khí, nghĩa là thể tích khơng chiếm bởi chất rắn  tế khổng trung bình trong đất ~ ½ Trong đất : 30 - 60%  Độ xốp là tổng thể tích của các khoảng trống trong đất so với thể tích khối đất ϕ = %1001           p b r r ϕ = X 100%  Các tế khổng to thì dễ cho sự khuyếch tán khơng khí hoặc làm thống đất  Ở đất cát khơng cấu trúc, khơng khí di chuyển xuyên qua khe hở giữa các hạt cát.  Ở đất mịn hơn (cĩ nhiều thịt và sét hơn là chỉ cĩ cát), với cấu trúc khối nhẵn cạnh, khơng khí sẽ di chuyển xuyên qua tế khổng giữa các đơn vị cấu trúc và xuyên qua các tế khổng hình ống.  Ở đất cĩ sa cấu nặng, trong điều kiện khơ, các khe nứt giữa các cục đất được dùng để vận chuyển khí  Các tế khổng lớn trong đất, khơng chỉ cĩ vai trị nổi bật là cung cấp oxy cho rễ cây nĩ cịn rút nước dư thừa khỏi vùng rễ  Độ xốp cao hơn cĩ thể đưa đến kết quả là đất khơng đủ chặt để chống lại sự đổ ngã, đặc biệt là cây thân to  Đất cĩ độ xốp rất thấp, đưa đến nhiều trở ngại trong nơng nghiệp so với đất cĩ độ xốp cao. Đất cĩ độ xốp thấp tạo ra sự cản trở rất lớn cho sự phát triển của rễ Cấu trúc đất (kết cấu đất) Hình dạng Kích thước Mức độ phát triển  Trong đất, các hạt cơ giới thường khơng nằm riêng rẽ mà liên kết lại với nhau để tạo thành những đồn lạp - những cấu trúc riêng biệt hay cịn gọi là kết cấu đất  Đồn lạp là những hạt đất rất nhỏ kết hợp với nhau qua các quá trình lí học, hố học, lí - hố, sinh học, tạo thành những viên, làm cho đất xốp, thống, trồng trọt tốt  Theo hình thái các đồn lạp cĩ các dạng: cĩ gĩc cạnh, dạng phiến, dạng trịn, dạng khơng cân đối  Dạng hạt (viên): cĩ hình cầu, chủ yếu tìm thấy ở tầng A, cĩ kích thước nhỏ từ 1 – 10 mm, là loại hạt kết tốt của đất  Dạng hạt, viên  Dạng tấm, phiến, dẹt  Cịn gọi là cơ cấu đất, chỉ sự sắp xếp các hạt trong cơ giới đất. Sự sắp xếp này cĩ sự kết gắn cĩ nguồn gốc vơ cơ và hữu cơ tạo ra các hạt kết của đất cĩ hình dạng và kích cỡ lớn nhỏ khác nhau ◦ đất khơng cĩcấu trúc (cơ cấu): hạt đơn rời rạc ◦ đất cĩ cấu trúc: cụm (viên), phiến, khối gĩc cạnh, lăng trụ  Sự sinh trưởng cây trồng địi hỏi đất cĩ một cơ cấu tốt, vì nĩ làm ảnh hưởng đến ◦ Việc thấm và thốt nước. ◦ Việc cung cấp nước cho cây trồng. ◦ Việc hút dưỡng chất của rễ cây. ◦ Độ thống khí. ◦ Việc phát triển của rễ cây. ◦ Việc cày bừa và chuẩn bị đất. ◦ Việc nẩy mầm và mọc của hạt giống sau khi gieo.  Một loại đất cĩ cơ cấu lý tưởng là cĩ cơ cấu viên và cĩ nhiều lỗ hổng. Trong điều kiện này, đất dễ canh tác (cày bừa, chuẩn bị đất), cho phép rễ cây ăn sâu vào đất tốt hơn, và thống khí  Để duy trì một cơ cấu đất thích hợp cho sản xuất cây trồng, cần tiến hành ◦ cày khi đất cĩ độ ẩm thích hợp và duy trì việc thường xuyên bổ sung chất hữu cơ cho đất. (bĩn phân hữu cơ, trả lại tàn dư thực vật cho đất..). ◦ Cày khi đất quá ướt sẽ làm vở cơ cấu của đất, tạo nên dạng đánh bùn. Khi đĩ độ thống khí của đất bị ảnh hưởng và rễ cây trồng sẽ thiếu oxy dễ sản sinh ra một số sản phẩm phụ trong quá trình hơ hấp hiếm khí như rượu ethylic gây độc cho cây trồng Cấu tử đất “ped” hạt, viên khối gĩc cạnh lăng trụ cột phiến Bời rời (dạng hạt riêng lẻ) Khối Đất khơng cĩ cấu trúc Viết chì dài 19 cm hạt, viên khối gĩc cạnh lăng trụ cột phiến bời rời (dạng hạt riêng lẻ) khối Cĩ dạng trịn hoặc elip nhỏ Bề mặt nhẵn Photo – Dr. Lindo - NCSU