Khoáng hóa là gì? Quá trình hình thành chất hữu cơ trong đất?

1. Khoáng hóa là gì?

Khoáng hóa là quá trình tự nhiên diễn ra trong lòng đất, tạo ra các vật liệu không hữu cơ như đá granite, đá vôi, đá phyllite, quặng sắt, quặng đồng, vàng, kim cương và nhiều loại khác. Quá trình này diễn ra qua nhiều yếu tố, bao gồm thời gian, áp suất, nhiệt độ và sự tương tác giữa các nguyên tố hóa học khác nhau. Vì vậy, khoáng hóa có thể tạo ra nhiều loại khoáng vật khác nhau.

Các quá trình khoáng hóa xảy ra ở độ sâu khác nhau trong lòng đất, từ vài mét đến hàng trăm mét dưới mặt đất. Việc này đồng nghĩa với việc các khoáng vật có thể được tìm thấy ở độ sâu khác nhau trong vỏ đất và có thể được khai thác bằng nhiều phương pháp khác nhau, từ khai thác mỏ truyền thống cho đến khai thác đá.

Mỗi loại khoáng vật có tính chất và đặc điểm khác nhau và được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Ví dụ, quặng sắt và quặng đồng được sử dụng để sản xuất thép và đồng hồ điện tử, trong khi vàng và kim cương được sử dụng trong trang sức và công nghệ cao. Ngoài ra, khoáng vật còn được sử dụng trong sản xuất thuốc, sơn và trong các sản phẩm điện tử.

Tóm lại, khoáng hóa là một quá trình tự nhiên quan trọng trong sinh thái của trái đất, tạo ra nhiều loại khoáng vật khác nhau và rất quan trọng đối với nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

2. Quá trình hình thành chất hữu cơ trong đất: 

Quá trình khoáng hoá chất hữu cơ trong đất không chỉ là một quá trình phức tạp và quan trọng, mà còn là một phần quan trọng trong chu trình dinh dưỡng và tuần hoàn vật chất trong hệ sinh thái đất. Quá trình này có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng đất, đặc biệt là độ phù sa, độ màu, độ xốp và độ thoát nước của đất. Do đó, việc hiểu rõ quá trình khoáng hoá chất hữu cơ trong đất là rất quan trọng để cải thiện chất lượng đất và tăng năng suất cây trồng.

Điều kiện môi trường của đất là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ của quá trình khoáng hoá. Độ ẩm, nhiệt độ, chế độ không khí, thành phần và tính chất dung dịch đất đều ảnh hưởng đến hoạt động của các vi sinh vật đất và tốc độ phân giải chất hữu cơ. Ví dụ, ở nhiệt độ 25 – 30oC, độ ẩm đất 70%, pH 6,5 – 7,5 và có đủ không khí, vi sinh vật đất sẽ hoạt động mạnh và quá trình khoáng hoá diễn ra nhanh chóng. Tuy nhiên, nếu độ ẩm đất quá cao hoặc quá thấp, quá trình khoáng hoá sẽ bị giảm và có thể dẫn đến tích tụ chất hữu cơ và hình thành mùn đất.

Ngoài điều kiện môi trường, các hợp chất hữu cơ khác nhau cũng có ảnh hưởng đến tốc độ khoáng hoá. Các hợp chất đường và tinh bột dễ bị khoáng hoá nhất, trong khi các chất protein, hemixenlulô và xenlulô khó bị khoáng hoá hơn. Điều này có thể giải thích bởi vì các hợp chất đường và tinh bột chứa nhiều liên kết đơn giản hơn, dễ bị phá vỡ và phân giải hơn so với các chất khác. Tuy nhiên, các hợp chất linhin, nhựa sáp cũng khó bị phân huỷ và tích tụ trong đất, gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường.

Quá trình khoáng hoá chất hữu cơ có thể diễn ra theo hai con đường khác nhau: thối mục và thối rữa. Thối mục là quá trình giải phóng khí trong điều kiện có đủ oxy, sản phẩm cuối cùng là các chất oxy hóa như CO2, H2O, NO3-, PO43-, SO42-. Trong khi đó, thối rữa là quá trình giải phóng khí trong điều kiện thiếu oxy do ngập nước hoặc do vi sinh vật hiếu khí phát triển nhanh. Sản phẩm cuối cùng của quá trình này bao gồm các chất oxy hóa như CO2, H2O và các chất khử như CH4, H2S, NH3. Thối rữa thường xảy ra ở các vùng đất ngập nước và có thể gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường, như tích tụ khí methan và gây ra hiện tượng thải độc hại.

Tóm lại, quá trình khoáng hoá chất hữu cơ trong đất là một quá trình phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng đất và năng suất cây trồng. Việc hiểu rõ quá trình này là rất quan trọng để quản lý đất và bảo vệ môi trường. Ngoài ra, việc sử dụng phân bón hữu cơ và các biện pháp cải tạo đất hiệu quả cũng có thể giúp tăng cường quá trình khoáng hoá và nâng cao chất lượng đất.

3. Những tác nhân ảnh hưởng đến tốc độ khoáng hóa: 

Tốc độ khoáng hoá các chất hữu cơ trong đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường, bao gồm bản chất của chúng, điều kiện môi trường và hoạt động của sinh vật đất. Chất đường và tinh bột là các hợp chất dễ bị khoáng hoá nhất, tiếp đó là các chất protein, hemixenlulô, xenlulô và các hợp chất linhin, nhựa sáp khó bị phân huỷ hơn.

Quá trình khoáng hoá chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố môi trường, bao gồm:

3.1. Nhiệt độ:

Nhiệt độ thích hợp cho quá trình khoáng hoá mạnh là trong khoảng từ 25 – 35°C. Khi nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều sẽ hạn chế tốc độ khoáng hoá.

3.2. Độ ẩm:

Độ ẩm ảnh hưởng rất lớn đến quá trình khoáng hoá. Khi độ ẩm quá cao, sự phân hủy chất hữu cơ sẽ bị giảm và khi độ ẩm quá thấp, quá trình khoáng hoá sẽ bị hạn chế.

3.3. pH của đất:

Trong khoảng từ 6,5 – 7,5 là điều kiện thuận lợi cho quá trình khoáng hoá.

3.4. Thoáng khí:

Khoáng hoá càng mạnh nếu đất có thông khí tốt.

3.5. Sự hiện diện của vi sinh vật:

Vi sinh vật đất đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân huỷ chất hữu cơ. Chúng giúp tăng cường quá trình phân hủy chất hữu cơ và tạo ra các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng.

Trong điều kiện như vậy, chất hữu cơ bị phân giải nhanh chóng và ít mùn được tích luỹ. Chính vì vậy, quá trình phân huỷ chất hữu cơ ở các đất có thành phần cơ giới nhẹ (như đất cát) cũng diễn ra nhanh hơn ở các đất có thành phần cơ giới nặng (đất thịt nặng và đất sét).

Ở Việt Nam, do điều kiện khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều nên rất thuận lợi cho quá trình khoáng hoá. Tuy nhiên, điều này dẫn đến quá trình tích lũy mùn ít và làm cho đất nghèo mùn và đạm. Do đó, để duy trì đất màu mỡ và đảm bảo sự phát triển của cây trồng, cần thường xuyên cung cấp các chất dinh dưỡng cho đất. Ngoài ra, việc bổ sung các vi sinh vật có lợi như vi khuẩn Azospirillum, vi khuẩn Rhizobium hay vi khuẩn Bacillus subtilis cũng giúp cải thiện quá trình khoáng hoá chất hữu cơ và tăng cường sự sinh trưởng của cây trồng.

Vì vậy, việc hiểu rõ về quá trình khoáng hoá chất hữu cơ là rất quan trọng trong việc quản lý đất và trồng trọt hiệu quả.

4. Quá trình mùn hoá: 

Quá trình mùn hoá là một quá trình quan trọng trong việc tái tạo đất tự nhiên và duy trì độ màu đen đặc trưng cho đất. Nó là quá trình phân giải và tái tổng hợp các chất hữu cơ tạo thành chất mùn đất. Các sinh vật đất chịu trách nhiệm tích cực trong quá trình này.

Quá trình mùn hoá được diễn ra theo nhiều giai đoạn khác nhau và có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ và chất lượng của quá trình này. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình mùn hoá bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, độ tinh khiết của các chất hữu cơ và sự hiện diện của các vi sinh vật đất.

Để hiểu rõ hơn về quá trình mùn hoá, chúng ta có thể xem xét đường tích luỹ chất hữu cơ trong đất sau một năm bón (theo Brady 1990). Chất mùn là hợp chất hữu cơ có phức tạp, chúng được hình thành từ quá trình mùn hoá các chất hữu cơ thông thường. Thành phần của các chất hữu cơ trong đất (protein, linhin, lipit, axít amin, hydratcacbon…) đều có thể là vật chất tham gia hình thành chất mùn đất.

Tuy nhiên, về bản chất của quá trình hình thành chất mùn vẫn còn có ý kiến khác nhau. Có người cho rằng quá trình hình thành chất mùn chỉ đơn thuần là các phản ứng hoá học. Đại diện cho quan điểm này là Vacsman và Scheffer. Theo Vacsman (1936), hạt nhân của chất mùn được hình thành do linhin kết hợp với các chất khoáng kiềm trong đất, sau đó các phản ứng oxy hoá sẽ gắn kết thêm các axít hữu cơ khác để hình thành chất mùn. Ngoài ra trong quá trình phân giải các xác hữu cơ, một loại sản phẩm màu đen vô định hình, có thành phần phức tạp được hình thành gọi là chất mùn. Schefer cho rằng sự hình thành axít humic có thể bằng con đường sinh hoá và cũng có thể bằng con đường hoá học đơn thuần. Bằng con đường hoá học, các axít humic được tạo thành từ các phenol, quinol và các aminoaxit thông qua các phản ứng oxy hoá và trùng hợp.

Ngày nay, nhiều bằng chứng cho thấy sự hình thành chất mùn có sự tham gia tích cực của các quá trình sinh hoá, đặc biệt là các vi sinh vật đất. Sự hình thành chất mùn bằng con đường hoá học đơn thuần là rất hạn chế, nó chỉ có thể gặp ở những nơi có điều kiện bất lợi cho các quá trình sinh học như đất quá chua hoặc quá nhiều độc tố. Chúng ức chế các quá trình sinh học xảy ra.

Theo quan điểm sinh hoá về sự hình thành chất mùn, chất mùn được hình thành từ sản phẩm phân giải và tái tổng hợp các chất hữu cơ thông thường với sự tham gia tích cực của các phản ứng sinh hoá, đặc biệt là các men do các vi sinh vật tiết ra. Điều này cho thấy vai trò quan trọng của các sinh vật đất trong quá trình mùn hoá. Các vi sinh vật như vi khuẩn và nấm là những sinh vật phổ biến trong đất và chúng thực hiện các quá trình sinh học để phân giải các chất hữu cơ thành các sản phẩm nhỏ hơn, dễ hấp thụ hơn bởi các cây trồng. Các sinh vật này cũng tiết ra các enzyme để hỗ trợ việc phân giải các chất hữu cơ.

Việc hiểu rõ hơn về quá trình mùn hoá sẽ giúp chúng ta có những cách làm tốt hơn trong việc bảo vệ và phát triển đất đai. Các phương pháp tái tạo đất, bón phân, chăm sóc cây trồng và sản xuất nông nghiệp bền vững cũng đều cần dựa trên kiến thức về quá trình mùn hoá để đạt được hiệu quả cao nhất. Chúng ta cần sử dụng các phương pháp bảo vệ đất như trồng cây phủ đất, chống lại sự thay đổi khí hậu và sử dụng phân bón hữu cơ để đảm bảo rằng quá trình mùn hoá được thúc đẩy và đất đai được phục hồi và bảo vệ.