- CHẤT HỮU CƠ CỦA ĐẤT 3.1 Khái niệm chung về chất hữu cơ của đất. - Chất hữu cơ đóng vai trò vô cùng quan trọng trong sự hình thành đất và độ phì nhiêu của đất. - Toàn bộ các hợp chất hữu cơ có trong đất được gọi là chất hữu cơ của đất. - Chất này bao gồm các tàn dư hữu cơ (xác thực vật, động vật không hoàn toàn giữ được cấu trúc ban đầu), các chất hữu cơ riêng biệt có bản chất đặc trưng hoặc không đặc trưng. - Vai trò của các hợp chất hữu cơ lớn đến mức vấn đề chất hữu cơ của đất luôn chiếm một trong những vị trí trung tâm của thổ nhưỡng học lý thuyết và thổ nhưỡng học thực hành.. - Phần hữu cơ của đất bao gồm các chất có liên quan với nhiều loại hợp chất khác nhau về thành phần hoá học và cấu tạo. - Đóng vai trò quan trọng nhất trong chúng là các hợp chất mùn đặc trưng và các hợp chất không đặc trưng: lignin, flavonoit, protit, gluxit, lipit, sáp, nhựa, các axit nucleic, các sản phẩm chuyển hoá và phân giải của các hợp chất kể trên và nhiều chất có phân tử nhỏ: hydrocacbon, rượu, axit.... - hợp chất chứa đạm. - Trong quá trình chuyển hoá các tàn dư nhiều hợp chất hữu cơ mới không có mặt trong các nguyên liệu ban đầu, ví dụ như các hydrocacbon đơn giản nhất, được hình thành... - Thành phần chất hữu cơ của đất rất đa dạng, còn hàm lượng của từng hợp chất hoặc nhóm hợp chất thay đổi từ vài phần trăm đến số lượng vết.. - Phần hữu cơ của đất là khái niệm chung nhất, bao gồm tất cả các chất hữu cơ có trong phạm vi phẫu diện đất, hoặc ở trạng thái tự do hoặc ở dạng các hợp chất hữu cơ-vô cơ, trừ những hợp chất là thành phần của các cơ thể sống. - Khái niệm này đồng nghĩa với thuật ngữ thường được sử dụng - "chất hữu cơ của đất". - Phần hữu cơ của đất được nghiên cứu riêng với phần vô cơ và các sinh vật. - Điều đó không có nghĩa là các thành phần hữu cơ và vô cơ tồn tại riêng rẽ trong đất. - Hơn thế nữa, phần lớn các chất mùn trong đất liên kết với các cation kim loại, các oxit, hydroxit hoặc các silicat để hình thành các hợp chất hữu cơ-vô cơ là các muối đơn giản, muối phức, các phức chất hấp phụ (sẽ nghiên cứu ở phần sau).. - Các chất mùn đặc trưng cùng với các hợp chất không đặc trưng ở trạng thái tự do hoặc ở dạng các chất hữu cơ-vô cơ hình thành mùn đất. - Mùn là tổng hợp tất cả các chất hữu cơ có trong đất nhưng không có trong thành phần của các sinh vật hoặc các hợp chất vẫn giữ nguyên cấu tạo ban đầu, không tham gia vào cấu tạo mô của các tàn dư này. - Vì vậy, mùn bao gồm các hợp chất hữu cơ riêng lẻ (trong đó có các hợp chất đặc trưng), các sản phẩm tương tác của chúng cũng như các hợp chất hữu cơ tồn tại ở dạng các hợp chất hữu cơ-vô cơ.. - Cần thiết phải tách trong thành phần mùn ra các chất mùn đặc trưng và các hợp chất không đặc trưng vì các axit mùn và humin là sản phẩm của quá trình hình thành đất. - Ngược lại, các hợp chất không đặc trưng được tổng hợp trong các sinh vật và đưa vào đất trong thành phần của các tàn dư thực vật và động vật.. - Dưới đây sẽ trình bày các hợp chất hữu cơ không đặc trưng và các axit mùn quan trọng nhất có mặt trong đất tham gia vào quá trình hình thành đất và tạo nên độ phì nhiêu đất.. - 3.2 Các hợp chất hữu cơ không đặc trưng (các phân tử sinh học) trong đất. - Các hợp chất không đặc trưng là nhóm các chất hữu cơ rất quan trọng. - trong đó bao gồm nhiều chất phổ biến trong sinh hoá được đưa vào đất từ các tàn dư thực vật, động vật bị phân giải, hoặc do rễ cây tiết ra...Một phần các hợp chất không đặc trưng có thể được hình thành do sự phân giải các chất mùn đặc trưng. - Các hợp chất không đặc trưng có mặt trong đất ở trạng thái tự do hoặc liên kết với các phần vô cơ của đất. - Bảng 3.2 Các axit hữu cơ béo phổ biến. - Trong số các dịch này, các axit hữu cơ là đặc trưng nhất. - Nồng độ tổng số của các axit hữu cơ trong dung dịch đất dao động từ 0,01 đến 5 mol m-3, quá lớn so với nồng độ của các nguyên tố vết. - Ngoài các hữu cơ béo này, dung dịch đất còn chứa các axit thơm mà đơn vị cấu trúc cơ bản của nó là 1 vòng benzen. - Các axit hữu cơ có công thức hoá học chung R-CHNH2-COOH gọi là các axit amin, trong đó R là một đơn vị hữu cơ như CH3. - Chúng tích luỹ trong đất chủ yếu ở dạng phức với các keo hữu cơ và keo vô cơ.. - Những hợp chất này có thể chiếm đến một nửa lượng. - cacbon hữu cơ trong đất bao gồm cả những monosacarit được liệt kê ở bảng 3.4.. - Nó có thể chiếm tới 1/6 lượng cacbon hữu cơ trong đất. - Rượu coniferyl là một dạng phenol được polyme hoá để hình thành lignin, cùng với xenluloza nó là một dạng tiền thân quan trọng của các hợp chất mùn.. - Các chất mùn đặc trưng là các hợp chất cao phân tử có chứa đạm, màu sắc thẫm mức độ đậm nhạt khác nhau. - Humin bao gồm các axit mùn liên kết chặt chẽ với phần vô cơ của đất, các chất mùn đặc trưng đã bị khử cacboxyl mất đi khả năng hoà tan trong dung dịch kiềm, các hợp chất hữu cơ không đặc trưng và không hoà tan, có thể là cả các tàn dư chưa bị phá huỷ hoàn toàn cấu tạo ban đầu. - Như vậy, humin chính là nhóm các hợp chất hữu cơ khác nhau, chúng phân biệt với các nhóm khác chủ yếu bởi tính chất không hoà tan trong môi trường axit lẫn môi trường kiềm.. - Các axit mùn khác hẳn các nhóm chất hữu cơ khác của đất về đặc tính và thành phần.. - Thứ nhất, các axit fulvic là tổng số các chất hữu cơ hoà tan trong axit được tách ra trong quá trình phân tích thành phần mùn theo I.V. - (2) Sự chuyển hoá các hợp chất đơn giản trên của vi khuẩn. - (3) Chu trình C, H, N và O giữa chất hữu cơ của đất và sinh khối vi khuẩn;. - (4) Sự trùng hợp hoá các chất hữu cơ trên gián tiếp bởi vi khuẩn. - Các đặc tính hoá học của các hợp chất mùn thường được nghiên cứu sau khi tách đoạn chất hữu cơ của đất dựa trên các đặc điểm hoà tan.. - Độ chua tổng số của nhóm chức (total functional group acidity) của các hợp chất mùn thường được tính bằng tổng số các nhóm cacboxyl và nhóm OH phenol.. - Hợp chất O (g/kg) COOH (mol/kg) OH phenol (mol/kg). - Nghiên cứu các cấu trúc phân tử của các hợp chất mùn là vấn đề nghiên cứu khó khăn hiện nay. - Mặc dù cấu hình phân tử của các hợp chất mùn được tách đoạn chưa được mô tả một cách đầy đủ, nhưng các nhóm chức của các hợp chất mùn - đặc biệt là các nhóm phản ứng với. - Sự nổi trội của các nhóm cacboxyl và nhóm OH phenol trong số những nhóm chức này nhấn mạnh tính chua (axit) đáng kể của các hợp chất mùn. - hợp chất mùn đất ở các vùng khí hậu khác nhau. - Vì hầu hết độ chua tổng số của nhóm chức của các hợp chất mùn phân ly trong khoảng pH từ 5 đến 7 nên các phân tử axit humic và fulvic trong đất thường mang điện âm.. - Do đó mức độ phức tạp liên kết 4 đặc điểm này đối với các hợp chất mùn lớn hơn so với các phân tử sinh học.. - Chất hữu cơ của đất đóng vai trò quan trọng trong quá trình đệm cả với proton lẫn nồng độ cation kim loại trong dung dịch đất. - Các phương trình 3.2 và 3.3 là các cách tương đương biểu thị quá trình trao đổi cation giống nhau và không có liên quan nào đến cấu trúc phân tử đối với hợp chất mùn được nghiên cứu. - 6 và nó rất đặc trưng cho các hợp chất mùn của đất. - Đó cũng là lý do tại sao các hợp chất mùn đất có vai trò rất quan trọng đối với tính đệm của các đất chua.. - 3.5 Các phản ứng với các phân tử hữu cơ. - Các hợp chất hữu cơ phản ứng với chất hữu cơ của đất chủ yếu có nguồn gốc từ các thuốc trừ sâu, phân bón, phân xanh và các sản phẩm biến đổi của của các hợp chất này. - Mùn ở dạng hoà tan, như axit fulvic có thể hình thành các phức chất với các hợp chất hữu cơ và sau đó những hợp chất này có thể di chuyển một cách tự do cùng với nước thấm sâu theo chiều sâu của phẫu diện đất. - Đặc điểm này làm cho nó phản ứng như một chất trao đổi cation với các hợp chất hữu cơ có chứa các nguyên tử N liên kết trong phối trí khối tứ diện (tạo thành bazơ bậc 4) và mang điện tích dương. - Những cấu trúc này xuất hiện ở cả các hợp chất dạng chuỗi (hợp chất béo) và các. - trong đó các gốc R tượng trưng cho các đơn vị hữu cơ liên kết với nguyên tử N. - Các nghiên cứu quang phổ của phản ứng này chỉ ra rằng sự di chuyển điện tử nào đó từ các nhóm chức của mùn đến hợp chất N bậc 4 xảy ra, do đó làm tăng độ bền vững của phức hệ mùn-hữu cơ.. - Các hợp chất hữu cơ có chứa các nhóm chức mang điện tích dương khi ở dạng nhận thêm 1 proton cũng có thể phản ứng với hợp chất mùn đất bằng sự trao đổi cation như ở phương trình 3.8. - với NH trong chất hữu cơ của đất: C=O…HN. - Mặt khác, nhóm NH trong thuốc trừ sâu s-triazin có thể hình thành các liên kết hydro với các nhóm C=O trong hợp chất mùn. - Các hợp chất mùn chứa các nhóm cacboxyl,hydroxyl, cacbonyl và amin rất đa dạng bao quanh phân tử tạo ra nhiều triển vọng cho hydro liên kết với các hợp chất hữu cơ. - Nhiều khung phân tử của chất hữu cơ đất không tích điện. - Tuy thế cấu trúc không tích điện này có thể phản ứng rất mạnh với phần không tích điện của hợp chất hữu cơ do các tương tác Van Dec Van. - Tương tác van Dec Van giữa các hợp chất không phân ly hoặc các phần không phân ly của các hợp chất với chất hữu cơ của đất thường mạnh hơn các tương tác giữa các hợp chất này với nước của đất. - Tình trạng này tạo ra sự hoà tan của các phân tử không phân cực trong nước thấp và xu hướng cho nó phản ứng với chất hữu cơ của đất bằng các tương tác Van Dec Van. - trong đó n là số mol của hợp chất A phản ứng với khối lượng đơn vị đất tương đương với nồng độ dung dịch đất ([A. - trong đó n/ƒom là số mol của A phản ứng với khối lượng đơn vị chất hữu cơ đất. - trong đó: Sw là độ hoà tan trong nước của một hợp chất có hệ số phân bố là Kom. - Ví dụ, giả định rằng, đối với các hợp chất hữu cơ không phân ly phản ứng với đất thịt pha limon có chứa 19 g chất hữu cơ/kg, a = 2,188, b = 0,729 trên cơ sở các giá trị Kom trong dải từ 10 đến 104 kg kg-1 tương quan với các giá trị Sw trong dải từ 10-3 đến 10 mol m-3. - Sự tăng của của độ hoà tan trong nước tương ứng với sự giảm của sự phân bố vào trong chất hữu cơ của đất. - Phù hợp với quan điểm này người ta đã quan sát thấy rằng, tốc độ của phản ứng giữa các hợp chất hữu cơ không phân ly và mùn đất có thể được mô tả bằng một cơ chế liên quan đến sự khuếch tán của chất hữu cơ đó vào keo mùn (sự khuếch tán hạt) thay cho cơ chế khuếch tán màng mỏng là cơ chế chi phối sự trao đổi cation.. - Lớp phủ bên ngoài các khoáng vật đất bởi hợp chất mùn đóng một vai trò quan trọng trong chu trình của các nguyên tố hoá học và trong sự hình thành các hạt kết của đất. - Nhưng sự hoà tan một phần của các lớp màng mùn và sự giải phóng các các hợp chất hữu cơ hòa tan bởi hệ động vật và thực vật đất cũng cung cấp một số anion phản ứng trong dung dịch đất, những ion này có thể liên kết với các khoáng vật sét không bị phủ lớp màng và giúp hoà tan chúng.. - Sự liên kết giữa các pha rắn trong đất và mùn chưa được rõ lắm bởi vì các cấu trúc phân tử trong hợp chất hữu cơ của đất còn chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ. - Ở phần 3.2 đã chỉ ra rằng các hợp chất mùn rất phức tạp về cấu trúc cho đến nay vẫn chưa thể đưa ra khái niệm một cách đầy đủ trừ các nhóm chức phản ứng của chúng (bảng 3.5). - Đặc điểm được nhận thấy rõ nhất của hợp chất mùn là tác động của các nhóm chức. - Vì vậy danh mục các nhóm chức ở bảng 3.5 cung cấp cơ sở để hiểu hợp chất mùn phản ứng với các hạt đất như thế nào.. - Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trong đó các hợp chất hữu cơ mẫu có cấu trúc phân tử đã biết phù hợp với hợp chất mùn đất được phản ứng với các loại khoáng vật đất mẫu.. - Những cơ chế này cần áp dụng với những nhóm chức trong hợp chất mùn khi nó phản ứng với các khoáng vật của đất. - Bảng 3.7 Các cơ chế liên kết giữa các nhóm chức hữu cơ và khoáng vật của đất. - Liên kết hydrô Amino, cacbonyl, cacboxyl, OH phenol Tương tác Van Dec Van Các dơn vị hữu cơ không mang điện tích. - Tính axit bề mặt này tạo ra khả năng cho các nhóm chức hữu cơ chọn lọc proton như NH2 và C=O có thể được liên kết nhờ phản ứng thu thêm một proton. - Ví dụ, nhóm cacboxyl trong các hợp chất mùn kết hợp với monmorilonit bằng liên kết cation khi các cation hoá trị 1 tồn tại và bằng liên kết cầu nước khi các cation hoá trị 2 tồn tại.. - H2O(l) (3.16) trong đó: -MOH biểu thị 1 molhydroxyl liên kết với 1 kim loại M (M = Al hoặc Fe) trong khoáng vật đất và S-COO- là 1 mol nhóm cacboxyl của hợp chất mùn. - Điều kiện này cũng làm thuận lợi cho quá trình phong hoá hoá học và sự trao đổi phối tử được coi là bước đầu tiên trong sự phân huỷ các khoáng vật đất bịhydroxyl hoá bởi các nhóm cacboxyl của hợp chất mùn. - Mặt khác, các tương tác Van Dec Van chỉ quan trọng đối với các sự kết hợp mùn-khoáng vật đất như là đối với các phản ứng hợp chất hữu cơ-mùn. - Khái niệm về chất hữu cơ của đất, thế nào là mùn đặc trưng, chất hữu cơ không đặc trưng trong đất?. - Các hợp chất hữu cơ không đặc trưng trong đất và đặc điểm của chúng.. - Hợp chất mùn đặc trưng là gì? Thành phần phần mùn và đặc điểm của chúng.. - Phản ứng giữa chất hữu cơ của đất (mùn) với phân tử hữu cơ trong đất. - Các loại phản ứng của chất hữu cơ đất với phân tử hữu cơ. - Sơ đồ tổng quát phản ứng trao đổi của mùn đất với chất hữu cơ có nhóm chức mang điện dương.. - Cơ chế liên kết giữa các nhóm chức hữu cơ với khoáng vật của đất. - Vai trò của phản ứng của chất hữu cơ với các khoáng vật trong đất.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt