Bài giảng Khoa học đất - Chương 5, Bài 3: Độ thoáng và nhiệt độ thấp

 Chương 5
 bài 3
ĐỘ THOÁNG KHÍ & 
 NHIỆT ĐỘ ĐẤT
• TÍNH CHẤT
• -quyết định bởi tốc độ 
 trao đổi khí giữa đất và 
 khí quyển
• -tỉ lệ không khí trong 
 phần rỗng
• -thành phần khí trong 
 đất
• -quá trình oxi hóa khử
Vai trò:
- các hoạt động sinh học trong đất đều cần 
 oxygen.
- hạn chế thiếu O2 và ngộ độc CO2.
- Thực vật (không ngập) yêu cầu O2 tối 
 thiểu là 10% (khí quyển: 21%)
 độ thoáng khí của đất
được xác định thông qua hàm lượng O2 hữu 
 dụng trong đất, kiểm soát bởi:
1. tỉ lệ đại tế khổng
2. ẩm độ đất
3. mức độ hoạt động của sinh vật (tiêu thụ 
 O2)
khả năng chứa và mức độ tiêu thụ O2
cây thiếu O2 khi ẩm độ gần bảo hòa (>80% 
 độ rỗng chứa nước)-ngăn cản thoát CO2
1. thừa ẩm: bảo hòa nước
 -đất ngập nước
 -cây trồng chịu ngập-hệ thống dẫn khí
2. trao đổi khí trong đất: sinh vật sử dụng O2
 càng nhanh, nhu cầu trao đổi khí càng lớn
trao đổi theo cơ chế: (1) dòng chảy khối 
 lượng và (2) khuếch tán-quan trọng
các loại khí riêng biệt khuếch tán do chênh 
 lệch áp suất riêng của chúng-mặc dù áp 
 suất chung của không khí như nhau. Áp 
 suất khí quyển: 1atm. (-100kPa), áp suất 
 của O2 : -21kPa
 Xác định độ thoáng của đất
1. thành phần khí trong đất: so với khí quyển
 -N2: tương đương
 - O2 : thay đổi và thấp hơn rất nhiều: lớp đất mặt 
 <20%, tầng sâu <5%, thậm chí 0%.
 - CO2 : cao gấp 10 lần (0.35%). Nếu vượt 10%, ảnh 
 hưởng đến hoạt động của sinh vật.
 - CH4, H2S, C2H4: cao hơn do phân giải chất hữu 
 cơ, hoạt động của vi sinh vật yếm khí
2. độ rỗng: 
-độ thoáng lý tưởng: đất có độ rỗng: 50%, 
 không khí chiếm 50% độ trỗng.
-Hoạt động của sinh vật hạn chế nghiêm 
 trọng khi tỉ lệ không khí <20% độ rỗng 
 (10% thể tích đất).
nguyên nhân thiếu O2 : nước trong tế không 
 ngăn cản khuêch tán O2(tốc độ khuếch tán 
 O2 trong nước giảm 10.000 lần)
3. điện thế oxi hóa- khử (Eh):
đất thoáng khí: các nguyên tố hóa học hiện 
 diện ở trạng thái oxi hóa: Fe(III) trong 
 -
 FeOOH, N(V) trong NO3 .
đất kém thoáng khí; Fe(II) trong FeO, N(III) 
 +
 trong NH4 .
khi các nguyên tố hóa học hiện diện ở dạng 
 khử: chỉ thị đất yếm khí
3.1. phản ứng oxi hóa-khử:
(2+) (3+)
 + -
2FeO + 2H2O 2FeOOH + 2H + 2e
Fe(II) Fe(III)
Fe(II) chuyển 1 điện tử cho Fe(III).
Điện thế chuyển điện tử: điện thế oxi hóa 
 khử- đo bằng 1 điện cực bạch kim
đo điện thế oxi hóa-khử: các nguyên tố có 
 khuynh hướng cho/nhận điện tử
-đơn vị của Eh: volt (V), mV
-qui ước: Eh của nước=0; Eh (H2O)=0V
 -
½ H2 H+ + e
chất nhận e- : chất oxi hóa
chất cho e- : chất khử
3.2. Vai trò của oxygen:
 -
O2: chất oxi hóa mạnh do nhận e nhanh, 
 nên có thể oxi hóa các chất hữu cơ và vô 
 cơ
(0) (-2)
 + -
½ O2 + H + 2 e H2O
các e- này có thể nhận từ FeO
2FeO 2FeOOH +2H+ +2 e-
 + -
½ O2 + H + 2 e H2O
_________________________________
2FeO + ½ O2 2FeOOH
Eh phụ thuộc: các chất oxi hóa và pH
-các chất oxi hóa khác:
(5+) (3+)
 - + -
NO3- + 2 e + 2H NO2 +H2O
Fe, Mn, S cũng có các phản ứng tương tự
-Ảnh hưởng của pH.
Trong khoảng pH: 2-8, khi pH tăng-Eh giảm.
 -
Ví dụ: ở pH=6, Eh=500mV, tăng khử NO3
 -
 thành NO2 , khi Eh=200mV, tăng FeOOH 
 +
 khử thành Fe2 .
đất ngập nước có pH=6, khí metan chỉ hình 
 thành khi Eh< -200mV.
 -
N(V) trong NO3 bị khử thành N(III) trong 
 -
 NO2 : khi Eh= +280 đến – 220mV
trong khoảng Eh này, Mn cũng bị khử.
 các yếu tố hưởng đến độ thoáng
1. độ rỗng và tỉ lệ đại tế khổng: sa cấu, 
 dung trọng, cấu trúc, % chất hữu cơ, tế 
 khổng sinh học
2. tốc độ hô hấp của sinh vật: O2 và CO2
 trong đất phụ thuộc vào hoạt động vi 
 sinh vật, và hoạt động này phụ thuộc vào 
 hàm lượng chất hữu cơ
 độ thoáng khi và sinh thái
1. phân giải chất hữu cơ:
tốc độ và sản phẩm của quá trình phân giải 
 chất hữu cơ:
đủ O2: nhanh, CO2 và H2O
thiếu O2: chậm, CO2, ethanol CH3CH2OH, 
 C2H4và các acid hữu cơ gây độc cho 
 cây
đây là điều kiện hình thành đất hữu cơ 
 Histosol-than bùn 
2. trạng thái các nguyên tố hóa học:
2.1.Các chất dinh dưỡng:
nguyên tố oxi hóa khử
C CO2, C6H12O6 CH2, C2H2, CH3CH2OH
 - +
N NO3 NH4
 2- 2-
S SO4 H2S, S
Fe Fe3+ Fe2+
Mn Mn4+ Mn2+
2.2. Các nguyên tố khác: các kim loại nặng 
 như Cr, As, Se
3. màu sắc đất: biến màu của Fe và Mn.
đỏ, vàng, nâu đỏ: oxi hóa.
xám, xanh: khử
đốm, vệt màu: khô, ngập xen kẽ
 QuẢN LÝ ĐỘ THOÁNG KHÍ
Cải thiện cấu trúc đất:
 • tiêu nước
 • duy trì chất hữu cơ, dư thừa thực vật
 • luân canh, xen canh
 • làm đất hợp lý
 ĐẤT NGẬP NƯỚC
Là đất có tầng mặt bảo hòa nước 1 thời gian 
 dài trong năm, nhưng nhiệt độ vẫn đủ cao 
 hình thành nên trạng thái yếm khí trong 
 đất.
Vì vậy đất ngập nước hình thành nên quần 
 thể sinh vật, đất đặc trưng
 đất ngập nước
1. bảo hòa nước 1 thời gian dài, ngăn cản 
 khuếch tán của oxygen
2. thời gian ngập đất trải qua t2inh trạng 
 khử, chất nhận điện tử trong các phản 
 ứng hóa sinh không phải là O2.
3. biểu hiện các tính chất đặc trưng
 chỉ thị đất ngập nước
1. động thái, chuyển dạng các nguyên tố Fe, Mn, 
 S, và C.
2. tích lũy C: đất Histosol (than bùn), tầng humic-
 do tốc độ phân giải chậm hơn tốc độ tích lũy 
 chất hữu cơ
3. Fe bị khử thành Fe(II) hòa tan mạnh, di 
 chuyển đến vùng oxi hóa, kết tủa. Tầng sâu bị 
 khử nên có màu xám, chroma thấp.
4. Fe khử màu xám xanh, oxi hóa màu đỏ-vùng 
 có vệt, đốm màu: vùng oxi hóa-khử.
5. chroma<1: chỉ thị điều kiện khử
6. hình thái oxi hóa-khử: tầng trên của đất 
 ngập nước, tầng sâu (có thể) đất vùng 
 cao)
7. hạt đất màu sáng, xung quang rễ cây 
 màu đỏ: do oxi khuếch tán theo hệ thống 
 dẫn khí
8. thực vật ưa ngập: hệ thống dẫn khí 
 aerenchyma, rễ khí sinh, thân xốp
 Hóa học đất ngập nước
Tính chất chính của đất ngập nước là:
O2 hòa tan thấp: chỉ lớp bùn (1-2cm) tầng 
 mặt có tính oxi hóa
Eh thấp: đủ để khử Fe hình thành đặc điểm 
 oxi hóa-khử (gley), khử sulphate thành 
 H2S, CO2 thành CH4
Các phản ứng này liên quan đến chu kỳ 
 luân chuyển C, N, và S.
 NHIỆT ĐỘ ĐẤT
1. Tác động của nhiệt độ đất:
 1. Sinh trưởng, phát triển của thực vật.
 2. : 25-30oC
 3. Hoạt động của vi sinh vật: 35-40oC
2. nhiệt độ đất phụ thuộc:
 - nhiệt năng đất hấp thu
 - nhiệt năng cần để thay đổi nhiệt độ đất
 - nhiệt cần cho quá trình bốc hơi nước
50% bức xạ mặt trời đến bề mặt đất
10% đất hấp thu
phần còn lại: phản xạ lại khí quyển
Tỉ lệ phản xạ này gọi là: albedo.
Albedo: 0.1-0.2: Đất có màu sậm
 0.5: đất màu sáng
đất màu sậm hấp thu năng lượng cao, nhưng nhiệt độ đất 
 không cao!
Do chứa nhiều nước
ngoài màu sắc, các yếu tố: hướng dốc, mưa, độ che phủ..
 Các tính chất nhiệt của đất
1. Nhiệt riêng: lượng nhiệt cần để nâng 
 nhiệt độ 1 đơn vị trọng lượng đất lên 1oC.
nhiệt riêng của nước: 1.oocal/g (cần 1cal để 
 nhiệt độ của 1g nước tăng lên 1oC).
Nhiệt riêng của nước> đất
2. Nhiệt và bốc hơi nước.
nhiệt cần cho bốc hơi 1 lít nước: 540kcal 
 (2.257J).
Ẩm độ đất giảm 1%, nhiệt độ đất giảm 12oC. 
 Nhưng thực tế, năng lượng cần cho bốc 
 hơi được nhận trực tiếp từ năng lượng 
 mặt trời.
Nhiệt độ đất ẩm < đất khô: bốc hơi và nhiệt 
 riêng đất ẩm > đất khô
 xác định nhiệt riêng hay khả năng 
 giữ nhiệt của đất
đất A: ẩm độ trọng lượng=10%; đất B= 30%
nhiệt riêng của nước=1cal/g
nhiệt riêng của đất= 0.2cal/g
đất A: 10g nước/100g đất khô; hay 0.1g nước/1g đất khô.
để tăng 1oC: 
0.1g nước cần: 0.1g*1cal/g= 0.1cal; 
1g đất cần: 1g*0.2cal/g= 0.2cal
Vậy để tăng 1oC cho 1.1g đất ẩm, cần 0.3cal.
nhiệt riêng: đất A= 0.3cal/1.1g đất= 0.237cal/g đất
công thức tổng quát tính nhiệt riêng của đất:
C(đất ẩm)= (c1m1 +c2m2)/(m1+m2).
c1m1: nhiệt riêng và trọng lượng đất khô
c2m2: nhiệt riêng và trọng lượng nước
Đất B: C= 0.385cal/g
Đất B, ẩm hơn, có nhiệt riêng cao hơn, khả 
 năng giữ nhiệt cao hơn
 Kiểm soát nhiệt độ đất
1. che phủ bằng chất hữu cơ (dư thừa thực 
 vật
2. kiểm soát nước (ẩm độ đất)-không để 
 quá ẩm trong vùng lạnh, quá khô trong 
 vùng nóng.