Th.S Nguyễn Văn Phương
- Giới thiệu
Độ chua hay độ kiềm của đất được mô tả bằng thang đo pH (-log10[H+]), ảnh hưởng đến hàng loạt tính chất hoá học và sinh học trong đất. Tính chất này tác động đến qúa trình hấp thụ dinh dưỡng của rễ cây và hoạt động của vi sinh vật.
Chua hoá là quá trình tự nhiên liên quan đến sự hình thành đất. Sự chua hoá mạnh nhất là ở những vùng ẩm nơi có lượng mưa lớn gây ra sự rửa trôi mạnh. Ngược lại, ở những khu vực ít mưa hiện tượng rửa trôi không nhiều giúp đất giữ được các ion Ca2+, Mg2+, K+ và Na+, các ion này có thể hạn chế sự tăng các cation axit trong đất. Ngoài ra, độ chua của đất cũng do con người gây ra thông qua các hoạt động bón phân, đốt rừng,….
Để hiểu được quá trình chua hoá và kiểm soát nó, chúng ta cần biết ion H+ (yếu tố gây chua đất) đến từ đâu, nó thâm nhập vào đất như thế nào và bị mất đi bằng con đường nào?
- Các nguồn tạo ra ion H+
2.1. Axit cacbonic và các axit hữu cơ
Có lẽ yếu tố đóng góp lớn nhất vào độ chua của đất là axit cacbonic (một axit yếu). Axit này được hình thành từ khí CO2 trong đất hoà tan vào nước. Quá trình hô hấp của rễ cây và phân huỷ chất hữu cơ sinh ra một lượng lớn khí CO2 trong đất làm cho phản ứng chuyển dịch về phía bên phải, sinh ra ion H+ (phương trình phản ứng 1).
CO2 + H2O ⇌ HCO3– + H+ (1)
Ngoài ra, chất hữu cơ trong đất cũng bị phân huỷ bởi vi sinh vật để hình thành các axit hữu cơ yếu, các axit này cũng tham gia làm chua đất.
2.2. Sự tích luỹ chất hữu cơ
Sự tích luỹ chất hữu cơ cũng làm chua đất vì hai lý do sau: (1) chất hữu cơ tạo nên các phức hoà tan với các cation như Ca2+ và Mg2+, do đó làm mất đi các cation này thông qua rửa trôi; (2) chất hữu cơ là nguồn chứa ion H+ vì chúng có nhiều nhóm chức axit.
2.3. Sự oxy hoá nitơ (nitrat hoá)
Quá trình oxy hoá thường sinh ra ion H+. Các ion NH4+ từ các chất hữu cơ hoặc từ phân bón (amoni sulfat) bị oxy hoá bởi vi sinh vật hình thành ion nitrat (NO3–). Phản ứng này phóng thích ra ion H+ làm tăng độ chua của đất (phương trình phản ứng 2).
NH4+ + 2O2 = H2O + HNO3 + H+ (2)
2.4. Sự oxy hoá lưu huỳnh
Quá trình phân huỷ tàn dư thực vật xuất hiện phản ứng oxy hoá nhóm – SH, tạo ra axit sunfuric. Một nguồn quan trọng khác là phản ứng oxy hoá của khoáng pyrit (FeS2) cũng sinh ra axit sunfuric.
2.5. Mưa axit
Mưa chứa nhiều loại axit khác nhau, đóng góp ion H+ vào đất. Trên đường đi các hạt mưa hoà tan khí CO2, tạo nên axit cacbonic và làm giảm pH của nước mưa trước khi rơi xuống đất. Hơn nữa, mưa cũng hoà tan các khí của lưu huỳnh và nitơ (do sấm sét, núi lửa, cháy rừng cũng như đốt nhiên liệu hoá thạch) để tạo ra axit cho đất.
2.6. Hút cation của cây
Cây trồng phải cân bằng trong điện tích giữa âm và dương khi hút các chất dinh dưỡng từ dung dịch đất. Cây thường hút nhiều cation (Ca2+, Mg2+, K+) hơn anion (NO3–, SO42-) nên chúng sẽ trả lại ion H+ để cân bằng diện tích trong đất, gây chua đất.
2.7. Bón phân
Bón phân cho cây trồng cũng là nguyên nhân gây chua đất. Nhiều loại phân bón có tính axit hoặc sau khi bón vào đất thông qua các phản ứng sẽ sinh ra ion H+ (làm chua đất). Những loại phân thường gặp gây chua cho như Ure, amoni sulfat (SA) hay super lân. Trong khi, các loại phân có tính chất trung tính hay tính kiềm không được sử dụng trong thời gian dài. Kết quả là sau một thời gian dài sử dụng phân bón có tính axit làm đất chua hơn.
- Tác hại của đất chua
Rõ ràng, độ chua đất là yếu tố môi trường rất quan trọng cho sự phát triển của sinh vật đất, bao gồm cây trồng, độ vật và vi sinh vật. Đất càng chua thì nồng độ ion H+ trong đất càng nhiều. Ion này không đóng vai trò trao đổi như các cation khác mà tấn công vào các khoáng đất làm giải phóng cation nhôm (Al3+). Sau khi được tách ra khỏi cấu trúc khoáng, ion Al3+ được hấp thụ trên bề mặt keo đất (tại các vị trí trao đổi) hoặc ở dạng tự do trong dung dịch. Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy cation Al3+ có tính độc cao với hầu hết các sinh vật, là nguyên nhân gây chính gây hại cho cây trồng. Khi được hấp thụ vào rễ nhôm chiếm giữ các vị trí của canxi trên màng tế bào, kiềm hãm sự phát triển màng tế bào, dẫn đến rễ phát triển bất bình thường, có thể là thối rễ. Ngoài ra, nhôm cũng ảnh hưởng bất lợi đến sự tổng hợp photpho, sự chuyển hoá năng lượng và sinh tổng hợp DNA của cây trồng.
Bên cạnh đó, đất càng chua hoà tan càng nhiều mangan và sắt, đây cũng là những nguyên tố gây độc cho cây trồng nếu ở nồng độ cao.
- Cách xác định độ chua đất
Hiện nay, có nhiều cách xác định độ chua đất. Người ta có thể đo trực tiếp pH ngoài đồng ruộng bằng dụng cụ đo (Hình 1) hoặc so màu (Hình 3), hoặc gửi mẫu đến phòng thí nghiệm để phân tích như hình dưới (Hình 2). Tuy nhiên, với cách đo trực tiếp có thể gây ra sai số lớn, đặc biệt là cách so màu dựa vào bảng màu pH, phương pháp này rất khó xác định do màu sắc không rõ ràng, đôi khi màu sắc của dung dịch mẫu nằm ngoài dãy màu của bảng màu nên rất khó đánh giá (Hình 3). Việc sử dụng máy đo pH tại phòng thí nghiệm vẫn là phương pháp chính xác nhất, đặc biệt phục vụ cho nghiên cứu. Ngoài ra nó giúp việc xác định liều lượng vôi cho cây trồng thông qua đo pH một cách chính xác hơn.
- Độ chua đất đỏ bazan trồng cà phê ở Tây Nguyên
Qua phân tích độ chua (pHKCl) 124 mẫu đất trồng cà phê được bà con nông dân gửi đến Viện Khoa học Kỹ thuật Nông Lâm nghiệp Tây Nguyên từ 2013 – 2015, kết quả cho thấy ở biểu đồ sau:
Biểu đồ 1. Sự biến động pHKCl đất trồng cà phê
pHKCl trong đất cho thấy biến động mạnh từ 3,20 đến 4,75 (trung bình: 3,92 ± 0,32), ở mức từ chua vừa đến rất chua. Vậy, độ chua của những mẫu đất này cần được cải thiện để giúp cây cà phê hút các chất dinh dưỡng tốt hơn.
- Làm thế nào để cải thiện độ chua (tăng pH)?
Để giảm độ chua (tăng pH) người ta thường bón những chất có tính kiềm cho đất. Chúng có thể là (CaCO3) chứa gốc CO32-, Ca(OH)2 chứa gốc OH– hoặc các oxit kiềm thổ (CaO, MgO) và được gọi là vôi trong sản xuất nông nghiệp. Khi được bón vào đất chúng sẽ trung hoà ion H+ nhờ các gốc CO32- hoặc OH– thông qua các phản ứng:
CO32- + 2H+ = CO2 + H2O (3)
OH– + H+ = H2O (4)
Hai phương trình phản ứng (3) và (4) cho thấy nồng độ ion H+ bị trung hoà và giảm xuống, hay nói cách khác độ chua của đất được cải thiên.
Ngoài việc cải thiện độ chua của đất, những chất này còn cung cấp canxi hoặc/và magiê cho đất, hai nguyên tố trung lượng rất qua trọng cho cây trồng, đặc biệt chúng hầu như bị thiếu ở những loại đất chua.
Đối với đất đỏ bazan trồng cà phê nếu pHKCl <4.0 Viện Khoa học Kỹ thuật Nông Lâm nghiệp Tây Nguyên khuyến cáo bón 1.200 kg vôi/ha (CaCO3 hoặc đôlômit -CaCO3.MgCO3), 2 năm bón một lần để giảm độ chua đồng thời bổ sung Ca/Mg cho cây trồng. Với mỗi khoảng pH khác nhau, liều lượng vôi được khuyến cáo khác khau để đáp ứng tốt nhất chho sự hấp thụ dinh dưỡng và sinh trưởng phát triển của cây trồng.
Ngoài ra, bón phân hữu cơ thường xuyên cũng góp phần giảm tốc độ chua hoá của đất nhờ hạn chế sự rửa trôi các cation kiềm và kiềm thổ.