Báo cáo về thành phần của đất và hạt keo đất
Thực hiện bởi lớp Cử nhân khoa học Môi trường K6 Khoa khoa học Môi trường và Trái đất - Trường ĐH Khoa học Thái Nguyên
A. Thành phần của đất (Cấu tạo thổ nhưỡng)
I.Tổng quan về đất.
Khái niệm đất
Theo Docutraiev “ Đất là một thể thiên nhiên được hình thành dưới sự tác động đồng thời và tổng hợp của 5 yếu tố hình thành đất là: đá mẹ, địa hình, thời gian, khí hậu và sinh vật. Ngoài ra còn có yếu tố thủy văn, có vai trò vô cùng quan trọng trong việc hình thành đất.
2) Thành phần của đất
- Các loại đất dao động trong một khoảng rộng về thành phần và cấu trúc theo từng khu vực. Các loại đất được hình thành thông qua quá trình phong hóa của các loại đá và sự phân hủy của các chất hữu cơ. Các thành phần khoáng chất và các chất hữu cơ xác định cấu trúc và các thuộc tính khác của các loại đất.
- Theo các kết quả nghiên cứu hay áp dụng cho ngành Thổ nhưỡng học và để nghiên cứu Thổ nhưỡng quyển thì Đất là một tổ hợp gồm nhiều thành phần, để đặc trưng cho các thành phần cấu tạo của đất người ta thường dựa vào thành phần cơ giới của đất và các thành phần khác như thành phần hóa học và chất dinh dưỡng của đất, chất hữu cơ của đất, nước không khí và nhiệt trong đất, thành phần sinh học của đất....
II. Thành phần cơ giới của đất.
1) Khái niệm về cấp hạt cơ giới và thành phần cơ giới .
Kết quả của quá trình phong hóa làm cho đá và khoáng vật bị vỡ vụn ra thành những hạt lớn nhỏ khác nhau, được gọi là các phần tử cơ giới của đất.
Những phần tử cơ giới này chủ yếu là những phần tử vô cơ, cũng có thể là những phần tử hữu cơ hoặc hữu cơ – vô cơ, tuy nhiên do thành phần chủ yếu của đất là chất vô cơ ( trên 95%) nên số lượng của các phần tử cơ giới vô cơ vẫn chiếm ưu thế.



Những phần tử cơ giới có kích thước gần nhau thì gộp chung lại tạo thành một nhóm gọi là cấp hạt cơ giới. Các phần tử cơ giới thuộc nhóm này có kích thước và tính chất hóa học gần giống nhau. Người ta thường chia thành 3 cấp hạt cơ giới: cấp hạt limon, cấp hạt cát và cấp hạt sét.
Hàm lượng các hạt cơ giới được biểu thị theo tỉ lệ phần trăm trọng lượng đất. Tổ hợp các tỉ lệ phần trăm của các hạt sơ cấp trong đất thì được gọi là thành phần cơ giới của đất. Dựa vào tỉ lệ phần trăm các cấp hạt cơ giới đó người ta đặt tên cho các loại đất là: đất cát, đất thịt hoặc đất sét.
2) Ý nghĩa của việc xác định thành phần cơ giới đất.
Người ta ví 3 cấp hạt cơ giới : cát, limon và sét đã tạo nên bộ xương của đất. Vì thế thành phần cơ giới có ý nghĩa quan trọng đối với tính chất của đất.

Tính chất vật lý phụ thuộc phần lớn vào thành phần cơ giới của đất. Nó quyết định: tỷ trọng, dung trọng, độ xốp, tính dẻo, tính dính… của đất. Ảnh hưởng đến tính thông khí, giữ nước và nhiệt dung của đất.
Thành phần cơ giới của đất ảnh hưởng tới hóa tính của đất như: sự tích lũy và phân giải mùn, khả năng hấp phụ, tính đệm, tính oxihóa – khử của đất và chế độ cung cấp chất dinh dưỡng cho cây của đất.
Thành phần cơ giới ảnh hưởng tới sự hoạt động của vi sinh vật đất nên ảnh hưởng tới hoạt tính sinh học của đất.
III. Chất hữu cơ trong đất

1) Khái niệm, thành phần và nguồn gốc chất hữu cơ trong đất.
a. Khái niệm.
Tất cả các chất hữu cơ khi đi vào trong đất đều trở thành chất hữu cơ của đất. Chất hữu cơ của đất là dấu hiệu cơ bản để phân biệt đất với sản phẩm phong hóa từ đá mẹ. Đá chỉ có thể trở thành đất khi trong sản phẩm phong hóa của đá xuất hiện chất hữu cơ.
Chất hữu cơ là một bộ phận cấu thành nên đất, là nguyên liệu tạo nên độ phì nhiêu của đất.
Chất hữu cơ là phần quý nhất của đất, nó là kho dự trữ dinh dưỡng cho cây trồng.
Số lượng, thành phần và tính chất của chất hữu cơ trong đất ảnh hưởng lớn tới quá trình hình thành đất và các tính chất lý, hóa, sinh học xảy ra trong đất.
b. Thành phần của chất hữu cơ trong đất.
Chất hữu cơ trong đất có thể chia thành 2 phần:
Các chất hữu cơ chưa bị phân giải (còn nguyên hình thể ban đầu) trong đất ( rễ cây, thân lá cây rụng, xác động vật…)
Các chất hữu cơ đã bị phân giải. Bộ phận này được chia thành 2 phần: + Nhóm chất hữu cơ ngoài mùn ( không phải là chất mùn): đó là sản phẩm phân giải của chất hữu cơ, bao gồm các chất hữu cơ đơn giản chứa C và N như gluxit, protit, lipit,các axit hữu cơ, linhin, nhựa, sáp….( chiếm 10 - 15%).
+ Nhóm hợp chất hữu cơ phức tạp gọi là mùn(chiếm 85 - 90%).
c. Nguồn gốc chất hữu cơ của đất.
- Chất hữu cơ của đất có nhiều nguồn gốc khác nhau: đó là các tàn tích sinh vật, bao gồm: xác thực vật, động vật và vi sinh vật (trong đó xác thực vật chiếm tới 4/5 tổng số chất hữu cơ của đất); sản phẩm bài tiết cả sinh vật, các sản phẩm phân giải và tổng hợp được của vi sinh vật.
Riêng đối với đất trồng trọt, chất hữu cơ trong đất còn có nguồn gốc do con người đã bổ sung vào đất các nguồn chất hữu cơ khác nhau như: phân chuồng, phân bắc, phân xanh, rác hữu cơ, bùn ao…
2) Quá trình biến hóa chất hữu cơ trong đất.

Chất hữu cơ trong đất được biến đổi theo 3 con đường:
- Phân giải liên tục để biến thành các hợp chất khoáng, gọi là quá trình khoáng hóa ( hay vô cơ hóa ).
- Vừa phân giải, vừa tổng hợp để biến thành các hợp chất cao phân tử gọi là mùn, gọi là quá trình mùn hóa.
- Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ để làm thức ăn tạo nên chất hữu cơ cho cơ thể chúng, gọi là quá trình dinh dưỡng của vi sinh vật.
Ba quá trình này luôn luôn xảy ra đồng thời ở trong đất. Nhưng tùy theo điều kiện cụ thể từng nơi, từng lúc mà quá trình này có thể mạnh hơn quá trình khác và ngược lại.

Trong 3 quá trình trên thì quá trình dinh dưỡng của vi sinh vật chỉ là tạm thời, vì vòng đời của vi sinh vật ngắn, khi chúng chết đi thì chất hữu cơ của chúng lại được trả lại cho đất. Có thể tóm tắt bằng sơ đồ sau:












Chất hữu cơ
Muối khoáng, các chất khác như: NH3, CO2, H2O,H2S,CH4, PH..
Mùn. Gồm có: acid humic,acid fulvic,humin
Khoáng hóa
Khoáng hóa từ từ
Mùn hóa
N2
VSV cố định đạm
IV. Thành phần hóa học của đất
1. Thành phần hóa học đất.

Trong đất có chứa tất cả 92 nguyên tố tự nhiên, nhưng phương tiện kĩ thuật phân tích đến nay người ta mới phát hiện thấy trên 45 nguyên tố hóa học nằm trong các hợp chất vô cơ hữu cơ và vô cơ – hữu cơ trong đất. Hàm lượng chúng chênh lệch nhau ít nhiều so với thành phần hóa học bình quân của vỏ trái đất, bởi vì trong đất trồng còn chứa chất hữu cơ và chịu sự chi phối của khí hậu và sinh vật. Theo Vinograt trong vỏ trái đất cũng như trong đất có 4 nguyên tố chiếm tỉ lệ lớn nhất là O, Si, Fe, Al.
Hàm lượng bình quân một số nguyên tố hóa học trong vỏ trái đất và trong đất (%)
2) Một số nguyên tố quan trọng trong đất.
a. N trong đất.
- N là nguyên tố cần tương đối nhiều cho các loại cây, nhưng trong đất thường chứa ít đạm. Hàm lượng đạm trong đất phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng mùn ( thường N chiếm 5-10% khối lượng của mùn).
- Các dạng đạm trong đất thường ở hai dạng là đạm vô cơ hoặc đạm hữu cơ, ngoài ra còn có dạng đạm ở thể khí.
Nguồn gốc đạm trong đất: tác dụng của vi sinh vật cố định đạm, tác dụng của sấm sét, do tưới nước bổ sung đạm cho đất…
b. Silic trong đất.
- Nguyên tố Si chiếm tỷ lệ % đứng thứ hai sau Oxy. Si đóng vai trò hình thành các hợp chất vô cơ của vỏ trái đất. Dạng Si phổ biến nhất trong đất là SiO2 ( thạch anh).
- Những khoáng vật của silicat có các nhóm sau: Silicat, aluminosilicat, các loại axit…








c. Nhôm trong đất.
- Al có trong thành phần của nhóm khoáng aluminosilicat. Khi phong hóa đá mẹ Al được giải phóng dưới dạng Al(OH)3 dạng keo.
- Al trong đất nhiều hay ít phụ thuộc vào thành phần khoáng vật của đá mẹ, khí hậu và địa hình.
Ngoài các nguyên tố đã kể trên, trong đất còn rất nhiều các nguyên tố hóa học khác tạo nên tính chất đặc trưng cho từng loại đất ở các vùng khác nhau trên Trái đất.
VI. Nước, không khí và nhiệt trong đất.
1. Nước trong đất.

Nhà bác học người Nga G.H.Vuxoski đã ví nước trong đất như “máu trong cơ thể động vật”, bởi vì nước có vai trò đặc biệt quan trọng đối với các quá trình hóa học, sinh hóa học xảy ra ở trong đất, là yếu tố không thể thay thế được, quyết định sự sống của toàn bộ sinh vật trên Trái đất.
Các dạng nước trong đất: Nước có trong đất có 7 dạng do khi xâm nhập vào đất nó chịu ảnh hưởng của nhiều lực khác nhau như lực hấp phụ, lực thẩm thấu, lực mao quản và trọng lực, vì vậy nước di chuyển hay được giữ lại bằng những lực khác nhau, tạo thành nhiều dạng nước.
Các dạng nước đó là:
+ Nước liên kết hóa học. + Nước ngầm.
+ Nước hấp phụ. + Nước ở thể rắn.
+ Nước mao quản. + Hơi nước.
+ Nước trọng lực.
2. Không khí trong đất.
Các chất khí có trong đất rất cần thiết cho các sinh vật đất, cho các quá trình sinh học diễn ra thuận lợi.
Trong số các chất khí, người ta đặc biệt chú trọng tới hai khí là Oxy và Cacbonic. Hai chất khí này tác động về nhiều mặt tới các tính chất đất, làm ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến các sinh vật sinh sống trên mặt đất, đặc biệt đối với cây trồng.
Không khí sẽ choán hết tất cả các khe hở không chứa nước có trong đất. Nước và không khí trong đất về khối lượng là những yếu tố đối kháng nhau. Ngoài các khí kể trên, trong đất còn có các loại khí khác như: NH3, H2S, CH4…



Bảng về thành phần khí quyển và không khí đất (% về thể tích)
3) Nhiệt trong đất.

- Nguồn nhiệt chính cung cấp cho đất là ánh sáng mặt trời. Hằng số năng lượng mặt trời là năng lượng của tia sáng nặt trời chiếu thẳng góc đến 1cm² đất trong 1 phút khi Trái đất cách Mặt trời một khoảng trung bình. Hằng số này là 1946calo/cm²/phút, nhưng thực tế lại thấp hơn nhiều do sự khúc xạ vào khí quyển, phản xạ của mặt đất.
- Ngoài nguồn nhiệt trên, nhiệt trong đất còn được sinh ra từ các phản ứng hóa học, sinh hóa học diễn ra trong đất và nguồn nhiệt khác như: nhiệt thấm ướt, nhiệt từ trong lòng đất, từ các nguyên tố phóng xạ…
- Chế độ nhiệt rất quan trọng đối với quá trình hình thành và phát triển của đất, liên quan chặt chẽ tới các quá trình lý học, hóa học, sinh hóa học trong đất. Nhiệt độ trong đất còn ảnh hưởng trực tiếp tới tất cả các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Ví dụ: sự phát triển của rễ và nốt sần cây họ đậu, sự phát triển của thân, lá, hoa và độ chín quả… đều đòi hỏi những nhiệt lượng cần thiết. Ngoài ra đối với sinh vật đất, nhiệt độ đống vai trò chủ đạo trong đời sống và các hoạt động của chúng…nhiệt độ thích hợp cho sinh vật đất phát triển và hoạt động là từ 25 - 30ºC.
V. Thành phần sinh vật trong đất.
1. Vi sinh vật đất.

- Tập đoàn vi sinh vật trong đất rất nhiều và rất phong phú, có thể có tới hằng trăm triệu con trong 1gam đất, khả năng sinh sản của vi sinh vật là rất lớn. Trong đất vi sinh vật có vai trò rất quan trọng với hai chức năng chính là tổng hợp và phân giải chất hữu cơ, tạo nên đạm cho đất.
- Các loại vi sinh vật trong đất:
Vi khuẩn: nhóm vi khuẩn phân giải các hợp chất hiđrôcácbon và nhóm vi khuẩn tham gia quá trình chuyển hóa các hợp chất N.
Frankia_cộng sinh với rễ phi lao
Rhizobium-cộng sinh với rễ họ đậu
+ Xạ khuẩn: là sinh vật đơn bào, có hệ khuẩn Ty, có khả năng tạo kháng sinh.
Xạ khuẩn steptomyces
Nocardia- khuẩn lạc- khuẩn ty
+ Tảo: chứa diệp lục, có khả năng quang hợp, tạo chất hữu cơ cho đất.
Tảo cát có trong cát, đại dương và trong đất
1. Thực vật đất.
Thực vật là nguồn cung cấp chất hữu cơ chủ yếu cho đất do có khả năng quang hợp tổng hợp được chất hữu cơ từ các chất vô cơ đơn giản ( CO2, H2O…), góp phần hình thành đất.
Thảm thực vật phân bố trên mặt đất rất khác nhau, hình thành các loại rừng đặc trưng cho từng loại đất khác nhau: nếu là đồng cỏ hay xen kẽ đồng cỏ với rừng lá rộng thì hình thành loại đất đen có hàm lượng mùn rất cao, ngược lại dưới rừng lá kim là các loại đất nghèo dinh dưỡng và chua.
Thực vật còn xúc tiến quá trình phong hóa đá hình thành mẫu chất. Rễ cây làm tăng độ tơi xốp, thoáng khí của đất, tăng độ phì nhiêu cho lớp đất mặt. Nó còn hạn chế sự rửa trôi, giữ ẩm cho đất.
Rừng thông ở Sapa
Rừng taiga ở Nga
Xương rồng ven hoang mạc
Rừng ngập mặn
3. Động vật đất.

Động vật sống trong và trên đất gồm nhiều loại: từ động vật nguyên sinh đến các loại côn trùng như giun, dế, kiến, động vật có xương sống như chuột.
Động vật cung cấp chất hữu cơ cho đất bằng các chất thải của chúng cũng như cả cơ thể mình khi chúng chết đi. Mặt khác động vật cũng góp phần cải thiện một số tính chất vật lý của đất như tăng độ thoáng khí hay tạo kết cấu tốt cho đất. Trong đó phải kể đến vai trò của giun đất.Trong đất có thể có nhiều giống giun và số lượng của chúng cũng khá lớn, theo Russell, trong 1ha đất tốt có thể có tới 2.500.000 con giun. Mỗi năm có khoảng 34 tấn đất đi qua cơ thể số lượng giun nói trên để đất trở nên có kết cấu viên, bền vững và giàu chất hữu cơ. Darwin ví giun đất là anh thợ cày của nhà nông.
Giun đất
Tổ mối ở Nam mĩ
Những con kiến sống ở khu vực khí hậu khô hạn cần dự trữ thức ăn để sống sót trong một thời gian dài. Ở sa mạc Bắc Mỹ, loài kiến Myrmecocystus sử dụng cơ thể như một thùng chứa đồ, dự trữ chất dinh dưỡng để có thể “tiếp tế” cho bạn cùng tổ khi cần.
B. Hạt keo đất và cấu tạo của hạt keo.
Khái niệm keo đất.
Thể rắn của đất bao gồm các hạt có kích thước khác nhau tạo nên các cấp hạt của đất. Mỗi cấp hạt đất có thành phần khoáng vật khác nhau, với những tính chất lý, hóa học khác nhau ảnh hưởng rất lớn tới các tính chất vật lý, hóa học, sinh học của đất.
Cấp hạt có kích thước từ 1-100mµ (theo Ghedroiz, Nga) có những đặc tính khác hẳn các cấp hạt có kích thước lớn hơn nên được gọi là keo đất. Về kích thước của keo đất, hiện nay các tài liệu còn quy định khác nhau.
Keo đất là những hạt có kích thước rất nhỏ, phải quan sát cấu trúc và hình dạng dưới kính hiển vi điện tử.
Hạt keo đất chui qua được giấy lọc phổ thông, không hòa tan trong nước, không lắng đọng mà ở trạng thái lơ lửng và chuyển động Brown. Cấu trúc và thành phần hóa học của keo đất có những đặc tính riêng biệt, quyết định những tính chất vật lý, hóa học cơ bản của đất.
II. Cấu tạo của keo đất: keo đất cấu tạo gồm 3 phần như sau:
Nhân keo.
Là một tập hợp phân tử không mang điện. Có thể là chất vô cơ hoặc chất hữu cơ.
Vô cơ thường gặp là: H2SiO3, Fe(OH)3, Al(OH)3…. Bền trong dung dịch, khó bị phá hủy.
Hữu cơ thường gặp là các acid mùn, protein…
Nhân ở trạng thái vô định hình hoặc tinh thể.
2. Tầng ion quyết định điện thế.
Nằm sát nhân keo, tầng ion này quyết định điện thế của hạt keo, nếu là cation thì là keo dương, nếu là anion thì là keo âm.
Nhân + tầng ion quyết định điên thế gọi là vi lạp.
3. Tầng ion bù.
Là lớp ion bao bọc vi lạp, có điện lượng bằng điện lượng của lớp ion quyết định điện thế nhưng ngược dấu. Tầng ion này được chia thành hai lớp:
Lớp ion không di chuyển: nằm sát tầng ion quyết định điện thế.
Lớp ion khuếch tán: do nằm xa tầng ion quyết định điện thế nên linh động hơn, sự trao đổi ion của hạt keo với môi trường xảy ra ở lớp ion này.
Như vậy: - tầng ion quyết định điện thế + nhân gọi là vi lạp.
- vi lạp + lớp ion bù không di chuyển gọi là ion keo.
- Ion keo + lớp ion bù khuếch tán gọi là hạt keo.

- tầng ion bù + tầng ion quyết định điện thế gọi là lớp điện kép.
- Nhân keo + lớp điện kép gọi là hạt keo.
Trạng thái của hạt keo luôn luôn động, nên hạt keo luôn luôn mang điện.
Hạt keo được hình thành chủ yếu bằng hai con đường: phân tán ion vào môi trường và tổng hợp ion từ môi trường.