Tình hình chung về đất lúa nước

1 Chương 1 TÌNH HÌNH CHUNG VỀ ĐẤT LÚA NƯỚC 1.1 Đất lúa nước trên thế giới Theo số liệu của FAO (2004) sản lượng lúa của thế giới năm 2003 đạt 589 triệu tấn. Nó vượt xa sản lưọng lúa mì và chiếm khoảng 28,4% tổng sản lượng ngũ cốc của thế giới. Những năm gần đây sản lượng ngô trội hơn lúa, nhưng chủ yếu dùng để làm thức ăn gia súc chứ không phải dùng trực tiếp cho con người. Lúa là lương thực chính và đóng vai trò quan trong đối với người dân ở châu Á, một phần châu Phi và châu Mỹ, nuôi dưỡng khoảng gần một nửa số dân của thế giới hiện nay. Theo Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI, 2002) khoảng 11% tổng diện tích canh tác lúa của thế giới là ở vùng đất dốc, diện tích còn lại là đất ngập nước như: Đất lúa nhờ mưa, đất lúa ngập nước sâu, đất lúa có tưới. Lúa tuy có mặt ở nhiều nước trên thế giới, nhưng tập trung chủ yếu ở châu Á. Theo số liệu thống kê của IRRI, diện tích lúa trên thế giới năm 2004 như sau: Bảng 1.1 Diện tích lúa (gần đúng) trên thế giới từ năm 2000 đến năm 2004 (1000 ha) Năm Thế giới Châu Á Nam Mỹ Bắc và Trung Mỹ Châu Phi Châu Âu 2000 154121 138141 5652 1965 7616 606 2001 151654 136174 5119 2024 7584 568 2002 147578 131453 5028 1999 8384 557 2003 152241 134325 5181 1871 10238 573 2004 153257 134544 5799 2026 10220 594 Nguồn: //www. Irri.org/science/ricestat/15.6-2006 1.2 Đất lúa nước ở Việt Nam 2 Chương 2 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT LÚA NƯỚC Do canh tác trong điều kiện ngập nước, trạng thái khử chiếm ưu thế trong đất làm cho tính chất của đất diễn biến theo chiều hướng khác nhiều so với đất ban đầu chưa trồng lúa, hình thành loại đất mới với những đặc tính đặc trưng. 2.1 Học thuyết thế năng oxi hoá khử Quá trình oxy hoá khử là quá trình liên quan đến thu hoặc nhưòng oxy, hydro hoăc điện tử. Trong đó quá trình oxy hoá là quá trình nhận oxy hoặc loại hydro hoặc điện tử và làm tăng số oxy hoá. Ngược lại quá trình khử oxy là quá trình loại oxy hoặc nhận hydro hoặc điện tử và làm giảm số oxy hoá. Hai quá trình này liên hệ tương hỗ với nhau, chất cho điện tử bị oxy hoá, chất nhận điện tử bị khử oxy. Thế oxy hoá khử là mức đo trình độ oxy hoá khử của một hệ thống đo được nhờ một điện cực có tính trơ như cực bạch kim hay vàng tiếp xúc với hệ thống đo. Đối với một hệ thống như: Chất oxy hoá + n.e chất khử oxy Ví dụ, Fe3+ + e Fe2+, trong nhiệt động học, thế oxy hoá khử tính theo biểu thức sau đây: Eh =Eo + (RT/nF) ln(aOx/aRed) = Eo + (0,059/n) log(aOx/aRed) trong đó Eh: Thế năng oxy hoá khử (tính bằng von-V), Eo: Thế năng oxy hoá khử tiêu chuẩn khi hoạt độ chất oxy hoá bằng hoạt độ chất khử bằng 1, R: Hằng số khí lý tưởng (universal), T: nhiệt độ tuyệt đối, n: số điện tử trao đổi, F: Hằng số Faraday, aOx: Hoạt độ của chất oxy hoá (oxidant), aRed: Hoạt độ của chất khử (reductant). Sự hình thành các ion phức và sự biến đổi của nồng độ ion hydro làm thay đổi đáng kể thế oxy hoá khử. Sự hình thành các ion phức làm cho một phần chất oxy hoá hoặc chất khử bị mất hoạt tính. Ví dụ khi cho NaF vào hệ thống Fe3+ - Fe2+, do Fe3+ biến thành ion phức FeF63- làm cho Eh từ 0,73V giảm xuống đến 0V. Hoặc khi có mặt của các chất hữu cơ, vì Fe và Mn có khả năng tạo thành các phức càng của với một vài thành phần hữu cơ nên thế oxy hoá khử của hệ thống sắt và mangan bị thay đổi nhiều. Hình 2.1 Biểu đồ Eh-pH (Yamane và Koseki, 1976, dẫn theo Masakazu Mizutani, 1999). Đường chấm chỉ các hệ thống không tồn tại. Sự thay đổi của nồng độ ion hydro có thể do ion hydro tham gia vào tác dụng oxy hoá khử mà ảnh hưởng trực tiếp đến thế oxy hoá khử hoặc do ion hydro ảnh hưởng đến cân bằng ion mà ảnh hưởng gián tiếp đến thế oxy hoá khử. Do pH = -lgaH+ nên khi nồng độ ion hydro thay đổi làm pH thay đổi, kéo theo sự thay đổi của Eh. Mối quan hệ giữa Eh và pH được biểu thị bằng biểu đồ Eh-pH (hình 2.1). dEh/dpH là độ dốc của đường biểu diễn Eh-pH. Khi pH biến thiên một đơn vị thì Eh sẽ biến thiên từ 0 đến 0,06V. Trong đất, do sự có mặt của hệ hỗn tạp các chất hữu cơ và vô cơ, sự phụ thuộc Eh – pH càng thêm phức tạp. Vì vậy, ảnh hưởng của độ pH đến thế oxy hoá khử không thể lập thành một quy luật tổng quát được. Thế oxy hoá khử của một vài hệ thống biến thiên theo độ pH, hiện tượng này có ý nghĩa rất lớn trong việc giải thích hiện tượng oxy hoá khử của đất – nó có thể làm 3 thay đổi rất nhiều vị trí tương đối của một hệ thống về thứ tự oxy hoá khử, trong thứ tự đó, hệ oxy và hệ hydro đứng ở hai đầu. Ví dụ thế oxy hoá khử tiêu chuẩn của hệ: MnO2 + 4H+ + 2e Mn2+ + H2O và hệ NO3- + H2O + 2e NO2- + 2OH- là 1,23V và 0,00V. Điểm này chứng tỏ rằng chỉ sau khi một lượng lớn MnO2 bị khử thì muối nitrat mới bị khử thành muối nitrit. Nhưng khi đổi thành pH 7,0 thì thế oxy hoá khử tiêu chuẩn của hệ MnO2 – Mn2+ biến thành 0,43V và thế oxy hoá khử tiêu chuẩn của hệ NO3- - NO2- bị biến thành 0,41V. Do đó, ở pH 7,0 MnO2 và NO3- hầu như đồng thời bị khử. Ảnh hưởng của độ pH đến vị trí tương đối về thứ tự oxy hoá khử của hệ sắt càng rõ rệt hơn. Thế điện cực của hệ Fe3+ - Fe2+ là 0,77V. cho nên, trên lý luận, khi điện thế hạ thấp đến mức đủ để cho NO3- bị khử rõ rệt, thì trước đó rất lâu Fe3+ đã bị khử. Nhưng một số kết quả nghiên cứu trong đất yếm khí cho thấy, cho đến khi NO3- hầu như hoàn toàn mất đi, mà Fe2+ vẫn chưa xuất hiện với một số lượng rõ rệt. Khi điều chỉnh điện thế tiêu chuẩn đến pH 7,0 để so sánh thì hiện tượng không bình thường đó biến mất. Điện thế tiêu chuẩn của hệ NO3- - NO2- là 0,41V, của hệ Fe3+ - Fe2+ là 0,10V. Đất là một hệ thống oxy hoá khử phức tạp bao gồm các hệ thống oxy hoá khử khác nhau, ví dụ: Phản ứng điện hoá Eo (V) Eo lúc pH=7,0 (V) O2 + 4H+ + 4e 2H2O 1,23 0,82 Fe3+ + e Fe2+ 0,77 - MnO2 + 4H+ + 2e Mn2+ + 2H2O 1,23 0,43 NO3- + H2O + 2e NO2- + 2OH- 0,00 0,41 Fumarat + 2H+ + 2e Suxinat -0,03 Oxalaxetat + 2H+ + 2e Malat -0,10 Fe(OH)3 + e Fe2+ + 3OH- 0,77 -0,10 Pyruvat + 2H+ + 2e Lắctat -0,18 Axetaldehyt + 2H+ + 2e Etanol -0,19 SO32- + 3H2O + 6e S2- + 6OH- -0,61 -0,20 2H+ + 2e H2 0,00 -0,41 SO42- + H2O SO32- + 2OH- -0,60 -0,49 Trong bảng này, điện thế oxy đại biểu mức cao nhất của tác dụng oxy hoá, còn điện thế hydro đại biểu mức cao nhất của tác dụng khử oxy. Trên lý thuyết, trong bảng này, bất cứ một hệ thống nào cũng đều có thể xảy oxy hoá hệ đứng dưới nó. Qua trên thấy rõ: Trong đất được thoát nước tốt và được thông khí, ở pH = 7,0 hệ thống có thể tác dụng là những hệ thống mà điện thế của chúng khi ở pH = 7,0 là dương so với hệ Fumarat – Suxinat. Trong những hệ thống này, oxy rõ ràng là quan trọng nhất. Trong đất thoát nước tốt, oxy được cung cấp vô hạn với một áp suất riêng phần rất cao. Cho nên hệ oxy có chiều hướng chi phối điện thế. Hệ sắt gần như là một hệ quan trọng thứ hai trong đất do: (a) Trong đất có nhiều hợp chất sắt. (b) Khi trong đất bị ngập nước nồng độ của sắt hai tăng lên. (c) Khi chuẩn độ điện thế, dịch chiết đất bằng axit sunfuric biểu hiện rất giống như hệ Fe3+ - Fe2+; (d) Điện thế của đất nằm trong điện thế của hệ sắt. Trong đất thoáng khí, hệ sắt không được thừa nhận là hệ chủ đạo, đó là vì nồng độ của nó thấp và bị hệ oxy mạnh hơn che lấp và khi pH lớn hơn 2,5 điện thế của hệ sắt sẽ quyết định bởi suất riêng phần của oxy và nồng độ của ion H+. Nói một cách khác, trong đất được thông khí tốt hệ sắt được thay thế bằng hệ oxy. Trong đất được tháo nước tốt, ngoài hệ sắt ra còn lại hệ MnO2 – Mn2+ và hệ NO3- - NO2-, hai hệ này cũng thay đổi theo hệ oxy. Hệ MnO2 – Mn2+ có tầm quan trọng nhất định. Tầm quan trọng đó là ở chỗ hệ này rất phổ biến trong đất. Độ hoà tan của Mn2+ lớn hơn độ hào tan của Fe3+ và Fe2+, hơn nữa thế oxy hoá khử tiêu chuẩn ở pH = 7,0 của hệ này gần với điện thế ở cùng độ pH quan sát được trong đất được thoát nước tốt. Điều khó khăn là cũng giống như Fe2+, Mn2+ bị oxy trong không khí oxy hoá rất nhanh cho nên nồng độ của Mn2+ là quyết định bởi áp suất oxy và pH. Theo Hemstock và Low (1953), khi độ pH=2,7, oxy trong không khí vẫn có thể oxy hóa Mn2+ 4 (nồng độ là 0,00027% dung dịch đất), cho nên trong đất được thông khí tốt, cũng giống như hệ Fe3+ - Fe2+, hệ MnO2 – Mn2+ bị che lấp bởi hệ oxy. Về thứ tự oxy hoá khử, hệ NO3- - NO2- hầu như ngang bằng với hệ MnO2 – Mn2+. Điện thế của hệ này nằm trong phạm vi điện thế của đất. Ngoài ra, nó là hệ thống có nồng độ thường là cao nhất trong dung dịch đất. Tuy nhiên hệ này có nhược điểm là: trong nhiệt động học hệ NO3- - NO2- không thuận nghịch. Có lẽ, cũng vì nguyên nhân đó, nên khi nghiên cứu thế oxy hoá khử của đất, hệ NO3- - NO2- rất ít được người ta chú ý đến. Nhưng do ảnh hưởng của men, tế bào vi sinh vật và các chất keo tồn tại trong đất, những vật mang năng lượng làm trở ngại đến tính thuận nghịch tương hỗ, đều có thể bị loại trừ và hệ NO3- - NO2- càng phát sinh tính thuận nghịch của nó. Vì vậy hệ NO3- - NO2- có ảnh hưởng rõ rệt đến điện thế của hệ oxy hoá khử đất. Ngoài ra trong đất còn tồn tồn tại các hệ oxy hoá khử vô cơ khác: Cu2+ - Cu+, Co3+ - Co2+, SO42- - S2-… Hệ Oxalaxetat – Malat của hệ khử oxy là một thành phần của vòng tuần hoàn tricacboxylic trong sự hô hấp không có oxy, do khử hydro của axit suxinic theo phương trình: CH2COOH-CH2COOH CH2COOH=CH2COOH +2H+ + 2e và thông qua quá trình trung gian của chất chuyển vận hydro để kết hợp với oxy không khí. Trong điều kiện yếm khí, ngoài oxy không khí ra, các chất khác cũng có thể là chất nhận hydro (ví dụ, muối nitrat). Hệ Oxalaxetat – Malat cũng giống như hệ Fumarat – Malat, tồn tại rộng rãi trong các hệ thống sinh vật, nó là một thành phần trong chu trình Krebs. Tuy rằng hệ này cũng giống như các hệ tương tự với nó, có thể cung cấp hydro hoạt tính, nhưng vì cân bằng của hệ này rất kém, cho nên đóng góp của nó cho hệ oxy hoá khử không thể lớn hơn được. Trong các hệ hữu cơ của đất, quan trọng nhất là hai hệ yếm khí điển hình: Pyruvat – Lactat, Axetaldehyt - Etanol. Trong điều kiện hiếu khí, khi sự phân giải đường sinh ra DPN (điphosphopyriđin nucleotit) có tính khử oxy, qua quá trình trung gian của chất vận chuyển hydro, bị oxy không khí oxy hoá. Khi điều kiện trở thành yếm khí, DPN có tính khử oxy hoá trở lại, còn axit pyruvic hoặc sản phẩm của axit pyruvic bị khử oxy. Như thế là đã xảy ra hai loại hệ oxy hoá khử, hệ Pyruvat – Lactat, và hệ Axetaldehit - Etanol: CH3COCOOH + 2H+ + 2e CH3CHOHCOOH CH3CHO + 2H+ + 2e C2H5OH Căn cứ vào sự tồn tại rộng rãi của các hệ này, và dựa vào nồng độ tương đối cao phát hiện trong điều kiện yếm khí trong đất ngập nước, chúng có thể có đóng góp nhất định đối với hệ oxy hoá - khử của đất. Các nhân tố ảnh hưởng đến điện thế oxy hoá khử của đất là mức độ thoáng khí, hàm lượng các chất hữu cơ dễ phân giải và dạng gốc muối của đất. Mức độ thoáng khí của đất ảnh hưởng rõ rệt đến điện thế oxy hoá khử. Thông khí tốt và do đó giữ được nồng độ oxy cao có thể sinh ra điện thế cao, còn bất kỳ nhân tố nào làm cho nồng độ của oxy giảm thấp đều đưa đến kết quả ngược lại. Bảng 2.1 Biến thiên của nồng độ oxy và Eh của bùn hồ ở những độ sâu khác nhau Độ sâu (cm) 0 1.2 2.4 4.8 Oxy hoà tan (mg/l) 4,0 0,4 0,1 0,0 Eh ở pH=7 (V) 4,5 0,2 -0,1 -0,1 Nguồn: Mortiemer (1942) Chất hữu cơ trong đất cũng ảnh hưởng lớn đến điện thế oxy hoá khử của đất, đặc biệt khi trong đất chứa nhiều chất hữu cơ dễ oxy hoá, khi ngập nước làm cho Eh hạ thấp một cách rõ ràng. Pha keo của đất cũng có thể ảnh hưởng đến hệ oxy hoá khử của đất. Thực nghiệm đã chứng minh được rằng thể keo của đất ít nhất cũng có thể ảnh hưởng đến quan hệ Eh – pH của đất. Kohnke (1934) phát hiện đường cong Eh – pH của hệ Fe3+ - Fe2+ khác rất nhiều so với đất, nhưng khi cho đất sét đã điện phân vào hệ thống thì đường cong Eh – pH của hệ Fe3+ - Fe2+ gần với đường cong Eh – pH của đất. 5 Thế oxy hoá khử là một tính chất hoá lý giản đơn nhất dùng để đánh giá mức độ oxy hoá khử của đất. Đất khô, thoát nước, thoáng khí, chứa nhiều chất dạng oxy hoá được thể hiện bằng thế oxy hoá khử cao và ngược lại, đất ngập nước, bí, chặt, trong đất chứa nhiều chất khử được biểu hiện qua thế oxy hoá khử thấp. Theo U. Kh. Patric (dẫn theo D. X. Orlov,. Hoá học đất. 1992) có thể phân loại quá trình oxy hoá khử của đất dựa vào giá trị Eh như sau: Quá trình khử mạnh: (-0,30) – (-0,10)V Quá trình khử trung bình: (-0,10) – (+0,15)V Quá trình khử yếu: (+0,15) – (+0,45)V Quá trình oxy hoá: (+0,45) – (+0,70)V 2.2 Đặc tính đất trong điều kiện ngập nước 2.2.1 Hình thái phẫu diện của đất lúa nước Phẫu diện đất lúa thường bao gồm các tầng sau: (1) Tầng canh tác: Ký hiệu Ac, dày từ 10 đến 20 cm, là tầng chịu ảnh hưởng sâu sắc của con người. Ở đây vật chất và năng lượng thay đổi lớn, vi sinh vật đất cũng hoạt động rất mạnh. Vì thế, đây là tầng có vai trò rất quan trọng đối với sinh trưởng và phát triển của cây lúa. Tầng này chia thành hai lớp: Hình 2.2 Phẫu diện đất lúa nước + Lớp oxy hoá (lớp bùn lỏng): Chỉ dày vài milimet, gồm các hạt đất rất mịn nên có thể kết thành váng khi cạn nước. Lớp đất này luôn ở tình trạng oxy hoá (Eh từ 250 đến 400 mV) vì thế thường có mầu nâu vàng. Chất hữu cơ ở đây phân giải tương đối mạnh. + Lớp khử oxy (lớp bùn nhão): Do bị ngập nước và xác hữu cơ phân giải trong điều kiện yếm khí nên sinh ra nhiều chất khử làm cho Eh ở đây thấp (< 200 mV). Sự hình thành hai lớp oxy hoá và khử oxy có ý nghĩa nhất định trong việc sử dụng phân đạm. Nếu bón đạm amôn vào lớp oxy hoá sẽ biến thành NO3-. NO3- không được keo đất hấp phụ nên thấm xuống lớp khử oxy, sau đó bị khử thành NO2- rồi thành N2 bay đi. Đó là hiện tượng mất đạm trong đất lúa (quá trình phản nitrat hoá). Muốn khắc phục tình trạng này cần kết hợp sục bùn, vùi đạm xuống sâu và phá huỷ lớp oxy hoá. Dựa vào màu sắc tầng canh tác có thể đánh giá mức độ thuần thục của đất. Ví dụ đất có màu đen hoặc xám đen là thuần thục và giàu mùn; đất có màu xám gio hoặc xám trắng là xấu vì đất nghèo mùn và chất dinh dưỡng trong đó có sắt bị rửa trôi. Khi cạn nước mà tầng canh tác có màu nâu đỏ bọc quanh thành các khe hở là đất khá thuần thục (nông dân Trung Quốc gọi là đất huyết lươn). (2) Tầng đế cày: Ký hiệu là P, thường ở độ sâu từ 10 đến 20 cm tiếp theo tầng canh tác. Tầng này được hình thành do quá trình trồng lúa nước lâu đời, các hạt sét từ tầng canh tác lắng xuống cộng thêm tác dụng cơ học của máy kéo, cày, bừa, trâu, bò và người làm cho tầng này trở nên chặt, ít thấm nước và khí. Thời gian trồng lúa càng lâu đời thì tầng này xuất hiện càng rõ và mỏng dần đến ổn định (chiều dày từ 5 đến 10 cm). Lớp ôxi hoá Lớp khử Tầng canh tác AA Tầng đế cầy P Tầng tích tụ B Tầng Gley G 6 Sự hình thành tầng đế cày có ý nghĩa quan trọng đối với độ phì đất lúa. Nó có thể ngăn cản nước thấm quá nhanh bảo đảm cho tầng canh tác giữ được nước trong thời gian tương đối lâu, các chất dinh dưỡng ít bị thấm trôi đi. Tuy nhiên, nếu tầng này quá chặt thì nước lại thấm khó, ảnh hưởng xấu đến sự đổi mới hoàn cảnh dinh dưỡng ở tầng canh tác, cản trở bộ rễ phát triển. (3) Tầng tích tụ: Ký hiêu là B. Nếu trồng lúa nước lâu đời, mức độ thoát nước tốt thì tầng tích tụ xuất hiện vệt loang lổ đỏ, vàng, trắng, đen…của sắt và mangan và hàm lượng sét cao. Vì vậy tầng này còn gọi là tầng loang lổ. Nếu bí nước, nước ngầm cao thì tầng này thường có màu xám hoặc glây mạnh. Độ dày của tầng tích tụ tuỳ thuộc vào mức độ phát triển của đất lúa và mực nước ngầm cao thấp. Nếu mức độ phát triển cao, thời gian cannh tác lâu dài và nước ngầm thấp thì tầng B dày. (4) Tầng glây: Ký hiệu là G. Tầng này hình thành do ảnh hưởng thường xuyên của nước ngầm làm cho đất bí, các hợp chất của Fe hoá trị 3 bị khử oxy thành hợp chất Fe hoá trị 2 làm cho đất có màu xanh xám, xanh lơ. Nếu đất thoát nước tốt thì ngoài màu xanh ra còn điểm thêm một số vệt đỏ, vàng. Tầng G thường có hàm lượng sét cao và điện thế oxy hoá khử, Eh rất thấp. Mực nước ngầm càng cao thì tầng glây xuất hiện càng nông. Ở các đất trũng glây thường ở độ sâu 30 - 40 cm so với mặt đất, thậm chí xuất hiện ngay trên tầng canh tác. Tầng glây ở độ sâu 60 – 80 cm là thích hợp nhất cho sự phát triển của cây lúa. Nếu ở nông hơn 60 cm đất thường bị lầy, bí. Nếu sâu hơn 80 cm (do nước ngầm ở sâu) thì khó giữ nước trên mặt không phù hợp với sự sinh trưởng của cây lúa. Tuy nhiên ở những nơi chủ động về nước tưới thì tầng glây ở độ sâu dưới 80 cm cây lúa vẫn có thể sinh trưởng tốt và cho năng suất cao. 2.2.2 Đặc tính vật lý của đất ngập nước Một trong những ảnh hưởng trực tiếp của việc dẫn nước vào ruộng là sự giảm rất mạnh quá trình trao đổi khí thông thường giữa đất và không khí. Mức ảnh hưởng đó có thể thấy rất rõ thông qua trị số tương đối của hệ số khuyếch tán D trong không khí và nước. Trong phương trình: V = - aD(T/To)2dp/dl trong đó: V: Tốc độ khuếch tán, cm3 cm-2giây-1. a: Tỷ lệ khe hở dp/dl: Gradian áp lực. T: nhiệt độ tuyệt đối. Đối với oxy, tỷ số Dnước/Dkhông khí là 10-4. Do đó sự xâm nhập của oxy (và những chất khí khác trong không khí) bị hạn chế nhiều. Các chất khí của đất cũng bị ảnh hưởng với một mức độ như thế khi thoát ra ngoài do tác dụng khuyếch tán. Kết quả cuối cùng là nồng độ oxy trong đất giảm xuống đến một trị số rất thấp, mà nồng độ các chất khí của đất, chủ yếu là CO2 thì lại tăng lên, đặc biệt là trong những điều kiện có lợi cho các sinh vật hoạt động. Tuy rằng, quan hệ giữa nồng độ của O2 và CO2 không nhất định là nghịch đảo với nhau, nhưng chắc chắn là nồng độ của CO2 trong đất ngập nước cao hơn nồng độ CO2 của đất bình thường. Sự giảm sút của O2 và sự tích luỹ của CO2 sẽ đưa lại hậu quả quan trọng, điểm này về sau sẽ thảo luận sau. Hạn chế ở mức độ cao sự khuyếch tán của oxy, không có nghĩa là trên toàn phẫu diện của đất ngập nước đều không có oxy. Ở lớp đất mặt (vài mm đến 1 cm) và dưới một độ sâu nhất định, nồng độ của oxy có thể tương đối lớn. Giữa hai lớp đó là lớp đất hầu như không có oxy. Có thể do sự phát triển mạnh của rễ cây ở vùng này làm giảm giảm lượng oxy (do hô hấp của rễ cây). Việc giảm oxy đi liền với sự tăng thêm các sản phẩm khí điển hình như metan và nitơ do sự phân giải yếm khí các chất hữu cơ. Theo Harrison và Aiyer (1913) tỷ lệ tương đối của các chất khí đó thay đổi rất lớn: Tổng lượng metan thay đổi từ 15% đến 75%, nitơ khoảng từ 7 10% đến 95%. Khí cacbonic thường cùng tồn tại với một ít oxy và hydro. Tỷ lệ CO2 thay đổi từ 1% đến 20%, trung bình là 5%. Khí oxy rất ít. Hydro thường là không có, nhưng trong một vài nơi đất chưa trồng trọt có thể cao đến 10%. Ngập nước cũng có ảnh hưởng đến các tính chất vật lý khác của đất như: kết cấu, tính chất cơ lý và nhiệt độ đất, tuy rằng không rõ ràng như những tác dụng đã nói ở trên. Sturgis (1936) nhấn mạnh rằng ngập nước có ảnh hưởng phá hoại kết cấu của đất. Theo ông trong tình trạng trồng lúa lâu dài, sự phân tán của đất là nguyên nhân làm cho năng suất tụt xuống. Nhưng nguyên nhân của nó có phải là do bản thân ngập nước hay là do tích luỹ những chất có tính kiềm do nước dẫn vào ruộng, điều đó chưa rõ lắm. Ngập nước ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của đất như tính dính, tính dẻo và tính liên kết. Đứng về sự sinh trưởng của lúa mà nói, sự thay đổi quan trọng duy nhất có lẽ là làm giảm các trở ngại cơ giới gặp phải trong đất cạn. Ảnh hưởng của ngập nước đối với nhiệt độ của đất tuân theo hai tính chất nhiệt học quan trọng của nước, đó là nhiệt dung và nhiệt bốc hơi lớn của nước. Nhiệt dung của nước lớn ngăn cản không cho nhiệt độ đất ngập nước thay đổi nhiều; nhiệt bốc hơi cao làm cho đất ngập nước mát hơn đất khô. Tác dụng làm nguội của việc dẫn nước làm giảm tác hại của nhiệt độ cao ở những vùng nóng, còn tác dụng làm ổn định nhiệt độ đất của nước thì làm giảm tác hại của nhiệt độ thấp ban đêm. 2.2.3 Đặc tính hoá lý của đất ngập nước Sự ngập nước của đất có thể gây ra một loạt thay đ