Các cation trao đổi trong đất chủ yếu là các nguyên tố thuộc nhóm I và II của bảng hệ
thống tuần hoàn. Trong các đất chua các cation Al3+và H+chiếm một lượng đáng kể, đôi khi
l à caion chiếm ưu thế nhất. Ở dạng trao đổi trong đất còn chứa nhiều nguyên tố vi lượng khác
như: Zn2+, Cu2+, Mn2+ Các nguyên tố này được tính đến khi đánh gia vai trò dinh dưỡng
đối với thực vật, còn đối với các tính chất vật lý, hoá lý của pha rắn cũng như dung dịch đất
chúng rất ít có ảnh hưởng. Sự trao đổi cation được nghiên cứu nhiều nhất đối với các cation
Ca2+, Mg2+, K+và Na+
23 trang |
Chia sẻ: maiphuongtt | Lượt xem: 2548 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Khả năng trao đổi cation của đất, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
97
Chương 6
KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI CATION CỦA ĐẤT
6.1 Khái niệm chung
Các cation trao đổi trong đất chủ yếu là các nguyên tố thuộc nhóm I và II của bảng hệ
thống tuần hoàn. Trong các đất chua các cation Al3+ và H+ chiếm một lượng đáng kể, đôi khi
là caion chiếm ưu thế nhất. Ở dạng trao đổi trong đất còn chứa nhiều nguyên tố vi lượng khác
như: Zn2+, Cu2+, Mn2+…Các nguyên tố này được tính đến khi đánh gia vai trò dinh dưỡng
đối với thực vật, còn đối với các tính chất vật lý, hoá lý của pha rắn cũng như dung dịch đất
chúng rất ít có ảnh hưởng. Sự trao đổi cation được nghiên cứu nhiều nhất đối với các cation
Ca2+, Mg2+, K+ và Na+.
K. K. Gedroits đã xem sự trao đổi ion là một trong các dạng khả năng hấp thụ của đất.
Theo Gedroits khả năng hấp thụ của đất là khả năng của đất có thể giữ các hợp chất hoặc
một phần của chúng ở trạng thái hoà tan cũng như trạng thái các hạt keo hữu cơ hoặc vô cơ,
các cơ thể vi sinh vật và trạng thái huyền phù. Ông đã chia khả năng hấp thụ của đất thành các
dạng chính sau:
+ Khả năng hấp thụ cơ học – là đặc tính của đất giữ trong lớp đất các hạt vật chất có
kích thước lớn hơn kích thước khe hở của đất.
+ Khả năng hấp thụ lý học – là sự làm thay đổi nồng độ của các phân tử chất tan trên
bề mặt tiếp xúc của các hạt đất.
+ Khả năng hấp thụ hoá học – là sự hình thành các muối không tan hoặc ít tan do sự
tương tác giữa các thành phần khác nhau của dung dịch đất. Những muối này sẽ bị kết tủa và
trộn lẫn với pha rắn của đất.
+ Khả năng hấp thụ lý hoá học hoặc hấp thụ trao đổi - là đặc tính của đất trao đổi một
phần các cation có trong pha rắn của đất bằng một lượng tương đương các cation ở trong dung
dịch tiếp xúc với nó.
+ Khả năng hấp thụ sinh học – là dạng hấp thụ các chất khác nhau của dung dịch đất
bởi các thực vật và vi sinh vật sống ở trong đất.
Khả năng trao đổi cation là một trong những đặc tính cơ bản nhất của đất. Vai trò và ý
nghĩa to lớn của nó được thể hiện ở những điểm sau:
+ Khả năng phân tán hoặc liên kết đất phụ thuộc vào thành phần cation trao đổi. Na+
trao đổi kích thích sự phân tán các hạt đất, hình thành lớp màng đất cứng và phá huỷ cấu trúc
đất. Ca2+ trao đổi làm tăng mức độ liên kết đất, thúc đẩy sự hình thành cấu trúc bền trong
nước. Các đặc tính nước của đất, tính trương, tính dính, sức hút ẩm cũng bị thay đổi.
+ Sự hấp thụ chất hữu cơ của pha rắn, sự hình thành các hợp chất hữu cơ-vô cơ phụ
thuộc vào thành phần của các cation trao đổi. Các cation Fe, Al, Ca, Mg thúc đẩy sự tương tác
hữu cơ-vô cơ.
+ Các phản ứng giữa các cation trao đổi và các cation của dung dịch đất có ảnh hưởng
đến pH của dung dịch đất và thành phần muối của nó. Các phản ứng này cũng là một trong
những cơ chế quan trọng nhất hình thành tính đệm và tính chống chịu của đất đối với tác động
của mưa axit.
+ Các cation trao đổi là một trong những nguồn dinh dưỡng vô cơ trực tiếp của cây.
Đặc biệt sự cung cấp kali của đất cho cây được quyết định bởi hàm lượng kali trao đổi. Trong
nhiều loại đất dinh dưỡng Ca2+, Mg2+, Mn2+… được cung cấp từ đất.
+ Thành phần cation trao đổi là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất được sử
dụng để chẩn đoán và phân loại đất. Hiện nay nó còn được sử dụng rộng rãi khi chia đất thành
98
đất bão hoà và đất không bão hoà bazơ hoặc khi phân chia đất theo mức độ solonet người ta
phải tính tỷ lệ phần trăm Na+ so với tổng số cation trao đổi.
+ Thành phần cation trao đổi và sự thay đổi của nó là cơ sở khoa học để xây dựng các
phương án rửa cho đất mặn hoặc tưới nước cho đất bằng nước có chứa khoáng.
+ Các quy luật trao đổi cation là cơ sở lý luận cho một số biện pháp hoá học cải tạo đất
cả bón vôi cải tạo đất chua lẫn bón thạch cao cải tạo đất mặn kiềm.
Sự trao đổi cation:
Là trường hợp riêng của của trao đổi ion. Sự trao đổi cation là một quá trình trao đổi
thuận nghịch theo tỷ lượng giữa các ion của hai pha khi tiếp xúc
Phản ứng trao đổi giữa các cation và tổng quát có thể được mô tả như sau:
Đ( )m + n Đ( )n + m (6.1)
trong đó Đ - phức hệ hấp thụ của đất. Phản ứng trên chỉ ra rằng phức hệ hấp thụ của đất đã
đẩy vào dung dịch đất các cation để trao đổi bằng một lượng tương đương các cation loại
khác. Ví dụ, phản ứng trao đổi giữa Ca2+ và Na+:
ĐCa2+ + 2Na+ Đ(Na+)2 + Ca2+
(6.2)
hoặc Al3+ và Ca2+:
Đ(Al3+)2 + 3Ca2+ Đ(Ca2+)3 + 2Al3+. (6.3)
Để đặc trưng cho khả năng trao đổi cation của đất người ta sử dụng các khái niệm quan
trọng nhất như: phức hệ hấp thụ của đất, dung tích trao đổi cation (CEC), hấp phụ đặc trưng
và hấp phụ không đặc trưng, trung tâm hấp phụ, cation trao đổi, bazơ trao đổi, hằng số trao
đổi ion, hệ số chọn lọc và một vài chỉ tiêu khác.
Cation trao đổi và bazơ trao đổi
Cation trao đổi là các cation có trong thành phần của phức hệ hấp thụ của đất và chúng
có thể bị thay thế bởi các cation khác loại khi xảy ra tương tác với dung dịch muối trung tính.
Thuật ngữ này đồng nghĩa với thuật ngữ cation hấp thụ. Các cation trao đổi Ca2+, Mg2+, K+
và Na+ được gọi là các bazơ trao đổi, bởi vì trong số các cation trao đổi ngoài các bazơ trao
đổi còn có H+, Al3+…. Các bazơ trao đổi chỉ chiếm một phần của cation trao đổi mặc dù
trong một số loại đất, tổng số cation trao đổi của đất thực tế là bazơ trao đổi (đất mặn kièm,
đất thảo nguyên khô hạn). Tuy nhiên việc sử dụng thuật ngữ “bazơ trao đổi” không thật chuẩn
xác, vì theo Bre”nsted-Lauri, bazơ là các các chất có khả năng kết hợp với các ion hydro. Theo
Arrenius, bazơ là các chất làm tăng nồng độ các ion hydroxyl trong dung dịch. Vì vậy không
phải chính các cation Ca2+, Na+… mà các hydroxit của chúng mới là các bazơ. Tuy nhiên
trong các tài liệu thổ nhưỡng học khái niệm “bazơ trao đổi” đã được sử dụng từ rất lâu đời, vì
vậy ngày nay vẫn phải sử dụng thuật ngữ này mặc dù tính không chính xác của thuật ngữ
không ít khi dẫn đến sự giải thích sai các quá trình hoá học đất. Ví dụ, có ý kiến cho rằng sự đi
vào đất của các ion Ca2+, Mg2+, Na+…đã gây ra sự giảm mức độ chua của đất không phụ
thuộc vào các anion kèm theo chúng.
99
Phức hệ hấp thụ của đất
Phức hệ hấp thụ của đất là nhân tố quyết định khả năng trao đổi cation của đất. Phức
hệ hấp thụ của đất là tổng hợp các phần khoáng, hữu cơ, hữu cơ-vô cơ của pha rắn của đất có
khả năng trao đổi ion. Không phải tất cả các pha rắn của đất đều có khả năng trao đổi cation.
Thực tế các khoáng vật như thạch anh không có khả năng trao đổi; các nhóm hạt cơ giới có
kích thước 2-5mm có khả năng trao đổi rất yếu. Chủ yếu khả năng hấp thụ và trao đổi cation
tập trung ở nhóm các các hạt mịn của đất. Nhóm hạt cơ giới có đường kính nhỏ hơn 2mm có
khả năng hấp thụ và trao đổi cation mạnh nhất. Nhóm hạt này bao gồm các nhôm silicát dạng
lớp (montmorilonit, kaolinit, hydromica…), các oxit và hydroxit Si, Fe, Al, các hợp chất mùn,
các hợp chất hữu cơ và các hợp chất hữu cơ-vô cơ khác, trong một số trường hợp có cả
CaCO3 và CaSO4.2H2O. Các thành phần khác có số lượng nhỏ và không có ảnh hưởng đến
sự trao đổi cation. Sự xuất hiện khả năng trao đổi cation của đất phụ thuộc vào kích thước và
đặc điểm hoá học bề mặt của pha rắn của đất.
Dung tích trao đổi cation (CEC – Cation Exchange Capacity)
Là đặc trưng quan trọng của phức hệ hấp thụ và của đất nói chung. Nó đồng nghĩa với
thuật ngữ thường được sử dụng “dung tích hấp thụ”. Thuật ngữ sau kém chặt chẽ hơn vì vậy
không nên sử dụng nó trong các công trình nghiên cứu khoa học cũng như sản xuất.
Theo K. K. Gedroits, dung tích hấp thụ bằng tổng số tất cả các cation có thể chiết từ
đất. Ông cho rằng, đối với một loại đất đây là đại lượng không thay đổi và chỉ có thể bị thay
đổi khi thay đổi bản chất của chính đất đó. Sau này người ta cũng đã nhận thấy rằng đại lượng
CEC phụ thuộc chủ yếu vào pH của dung dịch tương tác với đất và thay đổi một chút khi thay
thế dạng cation bão hoà này bằng dạng cation khác.
Dung tích trao đổi cation có thể hiểu là tổng số cation của một loại được đất giữ ở
trạng thái trao đổi trong điều kiện tiêu chuẩn và có khả năng trao đổi với các cation của dung
dịch tương tác với đất. Độ lớn của CEC được thể hiện bằng miligam đương lương trên 100g
đất hoặc thành phần của đất (mđ/100g). Theo hệ thống đơn vị quốc tế (SI), độ lớn của CEC
được thể hiện bằng centimol điện tích dương trên 1kg đất (cMc+ kg-1) tương đương với số
mili đương lượng gam trên 100g đất.
Không nên đồng nhất dung tích trao đổi cation với tổng số cation trao đổi. Tổng số
cation trao đổi được xác định là tổng số cation chiết được từ đất không bị mặn, không bị nhiễm
cacbonat bằng dung dịch muối trung tính. Tổng số cation trao đổi đặc trưng cho trạng thái tự
nhiên của đất, nó có thể trùng về mặt số lượng với CEC, nhưng có thể khác nó rất cơ bản. Bởi
vì CEC phụ thuộc vào pH, nên nó có thể cao hơn hoặc thấp hơn tổng số cation trao đổi phụ
thuộc vào độ lớn của pH mà tại đó người ta xác định CEC.
Vì dung tích trao đổi cation phụ thuộc vào pH, đồng thời cần phải đặc trưng cho đất
không chỉ ở trạng thái tiêu chuẩn mà còn ở trạng thái tự nhiên, người ta chia thành ba dạng
CEC:
+ Dung tích trao đổi cation tiêu chuẩn - được xác định bằng dung dịch đệm với điều
kiện giá trị pH không thay đổi… Với mục đích này ở Liên Xô (cũ) người ta tiến hành bão hoà
đất ion Ba2+ bằng dung dịch đệm có pH 6,5. Sau khi bão hoà người ta xác định CEC theo số
lượng Ba2+ được đất hấp thụ.
+ Dung tích trao đổi cation thực tế (hoặc hữu hiệu) - được xác định bằng cách xử lý đất
với dung dịch muối không có tính đệm. Dung tích trao đổi cation thực tế xấp xỉ bằng tổng số
cation trao đổi.
+ Dung tích trao đổi cation phân hoá (hoặc phụ thuộc pH) - biểu hiện sự tăng thêm (gia
số) của dung tích trao đổi cation cùng với sự tăng pH của dung dịch cân bằng: DCEC/DpH. Để
tìm CEC phân hoá, người ta bão hoà đất cation một loại bằng các dung dịch đệm có giá trị pH
100
khác nhau (ví dụ 6,5 và 8,2), sau đó tính hoặc tổng gia số của CEC hoặc gia số của nó trên
một đơn vị pH.
Dung tích trao đổi cation phụ thuộc vào thành phần cơ giới của đất và cấu tạo của các
chất có trong thành phần của phức hệ hấp thụ. Sự tăng lên của CEC ở các đất có thành phần
cơ giới nặng không chỉ do sự tăng lên của tỷ diện mà còn do sự thay đổi bản chất của các chất
tạo thành các nhóm hạt khác nhau. Các hạt mịn (limon, set) có chứa các nhôm silicát dạng
phân lớp và các hợp chất mùn là những chất có đặc trưng: có mật độ điện tích trên một đơn vị
diện tích bề mặt cao hơn so với các các khoáng vật nguyên sinh của các nhóm hạt thô.
Bề mặt của đất được quyết định bởi bề mặt của một vài nhóm hạt quan trọng nhất. Đó
là bề mặt cơ bản của các khoáng vật sét mà đại diện là các khối tứ diện oxit silic và khối bát
diện nhôm hydroxit, bề mặt của các oxit và hydroxit Al và Fe dạng tinh thể hoặc vô định hình,
bề mặt được tạo thành bởi các nhóm chức khác nhau của các hợp chất hữu cơ. Diện tích bề
mặt của các khoáng vật khác nhau bị thay đổi trong một phạm vi rộng và phụ thuộc vào loại
cation bão hoà. Người ta chia bề mặt của đất thành các loại: bề mặt tổng số - được xác định
căn cứ theo sự hấp phụ nước hoặc xetylpiridinbromua - [C6H5N+-CH2(CH2)14CH3]Br-; bề
mặt ngoài - được xác định căn cứ vào sự hấp phụ N2 và bề mặt trong – là hiệu số giữa bề mặt
tổng số và bề mặt ngoài.
Ví dụ, montmorilonit có bề mặt trong khoảng 500-800 m2g-1, còn bề mặt ngoài chỉ
khoảng 50-150 m2g-1; ilit dạng lớp hỗn hợp tương ứng là 100-120 và 40-80 m2g-1; còn
kaolinit nói chung không có bề mặt trong trong khi bề mặt ngoài chỉ đạt 10-20 m2g-1.
Mật độ điện tích bề mặt thay đổi trong phạm vi rộng: đối với montmorilonit và
vermiculit, nó khoảng 1,2-1,6 mđ m-2, đối với ilit khoảng 2,5-3,2 mđ m-2. Mật độ điện tích
được gây ra do sự thay thế đồng hình trong mạng lưới tinh thể, thực tế không phụ thuộc vào
pH; ngược lại đối với các oxit, hydroxit Fe và Al, mật độ điện tích và CEC là hàm số của pH.
Ví dụ, khi pH bằng 4, gipxit Al(OH)3 và gơtit (FeOOH) không có điện tích âm, còn số lượng
điện tích dương khoảng 2,5-3,6 mđ m-2. Nhưng khi pH bằng 8, số lượng điện tích dương giảm
xuống còn 0,02-0,4 mđ m-2 và xuất hiện các điện tích âm với số lượng khoảng 0,2 mđ m-2.
Điều này được gây ra bởi tính chất lưỡng tính của các nhóm phân bố trên bề mặt của hạt. Ví dụ
đối với gipxit
(6.4)
Các nhóm chức bề mặt của gơtit và các hydroxit khác diễn ra phản ứng tương tự cũng
như các các nhóm AlOH, Si-OH, Si-O-Si ở các chỗ đứt gãy của các tinh thể khoáng vật khác.
Điện tích âm của của phần hữu cơ của phức hệ hấp thụ đất được gây ra do sự có mặt
trong thành phần của chúng các nhóm chức ion như các nhóm chức có nguồn gốc ion trong đó
có nhóm cacboxyl COOH và nhóm hydroxyl phenol.
Độ lớn của CEC phụ thuộc vào số các điện tích âm trên một đơn vị khối lượng hoặc
trên một đơn vị diện tích bề mặt của phức hệ hấp thụ đất.
Trong các loại đất thường các điện tích âm của bề mặt chiếm ưu thế, nhưng thực tế
luôn tồn tại các điện tích dương mặc dù số lượng rất bé, ví dụ do nhóm amin –NH2 có trong
thành phần của các polypeptit hoặc các axit humic; các điện tích dương đặc trưng cho bề mặt
của các hydroxit Al và Fe, chúng sinh ra ở những chỗ đứt gãy của các tinh thể. Vì vậy, cùng
với các cation đất có thể hấp thụ và trao đổi anion. Trong các khoáng vật nhóm montmorilonit
(smectit), mica và các silicat dạng lớp loại hình 2:1 khác điện tích âm sinh ra do sự thay thế
101
đồng hình của các ion Si4+, Al3+ hoặc Mg2+ ở các lớp khối bát diện và khối tứ diện bằng các
ion có hoá trị nhỏ hơn – Al3+, Mg2+, Fe2+ hoặc Li+. Ở các khoáng vật loại montmorilonit độ
lớn của CEC gần tương đương với sự dư thừa điện tích âm. Ion K+ đi vào khoảng trống sáu
cạnh của mica bị giữ chặt và không bị chiết trong các phản ứng trao đổi. Vì vậy, trong các loại
mica và các khoáng vật tương tự mica CEC tương ứng với các điện tích âm sinh ra ở những
chỗ dứt gãy của tinh thể hoặc do sự phá huỷ mạng lưới tinh thể. Ở những chỗ đứt gãy của tinh
thể mica, phenspat và các khoáng vật khác điện tích âm sinh ra do các nhóm hydroxyl của khối
bát diện nhôm hydroxit phân bố trên bề mặt và có khả năng tách ra ion hydro. Ngoài ra, do kết
quả của quá trình phong hoá trên bề mặt của các phenspat hình thành các lớp mỏng các oxit và
hydroxit vô định hình của Al và Si cũng có khả năng trao đổi cation. Như vậy, cơ chế liên kết
các cation ở trạng thái trao đổi rất đa dạng. Độ bền liên kết của cation trao đổi với các trung
tâm hấp phụ khác nhau về nguồn gốc và bản chất là không giống nhau và điều này dẫn đến các
qui luật trao đổi cation trong các loại đất khác nhau không được mô tả một cách chặt chẽ bằng
các phương trình đơn giản trên cơ sở định luật tác dụng khối lượng.
Dung tích trao đổi cation của các chất hợp thành đất thay đổi trong một phạm vi rộng:
thực tế từ 0 (đối với màng thạch anh) đến 500-900 mđ/100g (đối với các axit humic). Độ lớn
của CEC phụ thuộc vào thành phần của phức hệ hấp thụ của đất. Kaolinit phụ thuộc vào mức
độ phân tán có dung tích trao đổi cation từ 2 đến 15 mđ/100g, haluazit - từ 15 đến 30,
montmorilonit - từ 70 đến 150, sau khi nghiền - đến 200-250, ilit - từ 20 đến 30 và mica - từ 5
đến 10 mđ/100g (bảng 6.1).
Bảng 6.1 Dung tích trao đổi cation của một số khoáng vật
Khoáng vật CEC, mđ/100g Khoáng vật CEC, mđ/100g
Smectit 55-120 Vermiculit 60-150
Kaolinit 2-15 Chlorit 10-40
Haluazit 15-25 Muscovit 10-50
Ilit 20-40 Alophan 50-100
Nguồn: D. S. Orlov, 1992
Diện tích bề mặt có đóng góp lớn nhất cho giá trị CEC của các khoáng vật, những chỗ
đứt gãy của các tinh thể có vai trò ít hơn. Vai trò của khoảng không gian giữa các lớp tinh thể
không giống nhau và phụ thuộc vào loại mạng lưới tinh thể.
Các hợp chất mùn có dung tích hấp thụ lớn nhất, giá trị CEC của chúng phụ thuộc chặt
chẽ vào pH. Trong các môi trường trung tính và chua chỉ có hydro của các nhóm cacboxyl
tham gia vào phản ứng trao đổi. Trong môi trường kiềm, chẳng những các nhóm cacboxyl mà
các nhóm hydroxyl phenol và một vài nhóm hydroxyl khác cũng phân ly làm cho CEC tăng lên
đáng kể. Cần phải biết rằng các nhóm cacboxyl của các axit mùn không giống nhau. Hằng số
phân ly của các nhóm COOH phụ thuộc vào vị trí của chúng trong phân tử và sự bao bọc xung
quanh. Khả năng hydro của nhóm cacboxyl phân ly tăng đặc biệt mạnh khi tồn tại gần đó
những nhóm thế mang điện tích âm. Một phần nhóm COOH của các axit mùn tham gia tích
cực vào các phản ứng trao đổi cation khi pH 5-6; những nhóm khác (yếu hơn) tham gia phản
ứng chỉ khi tăng pH. Như theo quan sát của một số tác giả giá trị CEC của keo humic tăng lên
từ 40-120 mđ/100g khi pH 2,5 đến 150-370 mđ/100g khi pH 8,0.
Ở các tầng đất giàu mùn giá trị CEC chủ yếu do chất hữu cơ quyết định. Theo số liệu
của M. A. Vinokurov CEC của phần hữu cơ của đất cao cao hơn CEC của phần vô cơ 10-30
lần. Khi hàm lượng mùn khoảng 5-6% thì khoảng 30-60% CEC tương ứng với phần hữu cơ
(bảng 6.2).
102
Không thể xem CEC của đất là tổng số các giá trị CEC của các thành phần cấu thành
đất. Các chất hữu cơ và các chất vô cơ của đất tương tác với nhau, điều hoà lẫn nhau sự dư
thừa điện tích. Các hợp chất mùn bao phủ các hạt khoáng làm cho cho bề mặt của chúng khó
Bảng 6.2 Dung tích trao đổi cation của phần hữu cơ và vô cơ của đất (Gorbunov)
Đất Tầng Mùn,
%
CEC, mđ/100g đất
Phần hữu cơ Phần vô cơ Tổng số
% CEC của phần hữu
cơ so với CEC đất
C he rno zem
bình thường
An 7,20 31,2 25,6 56,8 55
A1 5,96 27,9 25,0 52,9 53
Cher no zem
đã khử kiềm
An 9,00 38,8 19,1 57,9 67
A1 9,40 41,4 19,4 60,8 68
B 5,50 29,3 21,4 50,7 58
Đất màu hạt
dẻ
A 2,07 7,4 8,6 16,0 46
AB 1,60 6,0 11,3 17,3 35
Ghi chú: An - tầng canh tác
tiếp xúc với các cation của dung dịch. Theo L. N. Alekxandrova, sự hình thành các phức chất
và hợp chất hấp phụ của các axit mùn với các cation của sắt và hydroxit của chúng làm giảm
CEC. Trong các muối phức dị cực, sắt và nhôm nằm ở phần anion của phân tử và không tham
gia vào các phản ứng trao đổi . Theo L. N. Alekxandrova những muối này (muối phức dị cực)
có công thức tổng quát như sau:
trong đó R - gốc axit mùn, M – Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Al(OH)2+, Al(OH)2+, M1 – các
cation Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Al3+. Trong các phức chất này chỉ có các cation ở phía ngoài
(M1) tham gia vào sự trao đổi cation, còn phần các nhóm cacboxyl bị bao bọc chặt bởi các
cation M sẽ không ảnh hưởng đến giá trị của dung tích trao dổi cation. CECcủa các muối như
vậy nhỏ hơn CEC của các axit mùn tự do 1,5 đến 2 lần.
Dung tích trao đổi cation của đất phụ thuộc vào thành phần cơ giới đất, tỷ lệ
SiO2/R2O3 và pH của đất. Thành phần cơ giới đất càng nặng CEC càng lớn (bảng 6.3)
Bảng 6.3 Các cấp hạt khác nhau và CEC của đất
Cấp hạt (mm) CEC (mđ/100g đất)
0,25 – 0,005 0,3
0,005 – 0,001 15,0
0,001 – 0,0025 37,2
< 0,0025 69,9
Tỷ lệ SiO2/R2O3 càng lớn thì CEC càng lớn (bảng 6.4)
Bảng 6.4 Quan hệ giữa tỷ lệ SiO2/R2O3 và CEC của đất
Tỷ lệ SiO2/R2O3 CEC (mđ/100 g đất)
103
3,18 70,0
2,68 42,6
1,98 21,5
1,40 7,7
0,42 2,1
pH đất tăng lên thì CEC tăng lên (bảng 6.5)
Bảng 6.5 Ảnh hưởng của pH đến CEC của một số keo sét
Keo Kaolinit Monmorilonit
pH 2,5 - 6,0 7,0 2,5 - 6,0 7,0
CEC (mđ/100g đất) 4 10 95 100
Vì vậy giá trị CEC ở các đất khác rất khác nhau (bảng 6.6). Thành phần khoáng vật sét chủ
yếu của các loại đất đỏ nâu, đỏ vàng (đất feralit) là kaolinít quyết định giá trị không cao của
CEC (thường không vượt quá 10 mđ/100g đất). Ngược lại, đất macgalit-feralit do vừa chứa
Bảng 6.6 CEC của một số loại đất Việt Nam
Loại đất CEC (mđ/100 g đất)
Đất đỏ nâu phát triển trên đá bazan 8 - 10
Đất đỏ vàng phát triển trên đá phiến sét 7 - 8
Đất đỏ phát triển trên đá vôi 6 - 8
Đất đỏ vàng phát triển trên đá liparit (riolit) 4 - 6
Đất macglit – feralit 30 - 40
Đất phèn 10 - 12
Đất bạc màu 4 - 6
Đất phù sa sông Hồng 10 - 15
nhiều chất hữu cơ, mặt khác trong đất chứa một tỷ lệ nhất định khoáng sét loại hình 2:1
montmorilonit làm cho đất có dung tích hấp thụ cao hơn (30-40 mđ/100g đất). Đất phù sa
sông Hồng, đất phèn, đất mặn có CEC trung bình từ 10 đến 15 mđ/100g đất. Đất bạc màu, đất
cát biển có thành phần cơ giới nhẹ, rất nghèo chất hữu cơ nên cũng có C