Nghiên cứu ảnh hưởng của quản lý nước mặt ruộng đến phát thải khí N2O trên đất phù sa sông Hồng không được bồi hàng năm trồng lúa ở tỉnh Hưng Yên được nghiên cứu thực nghiệm trên quy mô 50,2 ha tại xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên trong 3 năm (2015 ÷ 2017). Kết quả đã xác định được đất vùng nghiên cứu có tính khử mạnh (Eh < -100 mV), pH trung tính là môi trường thuận lợi cho sự hình thành và phát thải khí N2O, lớn nhất trong khoảng giá trị Eh từ -100 mv đến - 200 mV và pH 6 ÷ 8.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUẢN LÝ NƯỚC MẶT RUỘNG ĐẾN PHÁT THẢI KHÍ N2O TRÊN ĐẤT PHÙ SA SÔNG HỒNG KHÔNG ĐƯỢC BỒI HÀNG NĂM TRỒNG LÚA Ở TỈNH HƯNG YÊN Nguyễn Đăng Hà Tổng cục Thủy lợi Tóm tắt: Nghiên cứu ảnh hưởng quản lý nước mặt ruộng đến phát thải khí N2O đất phù sa sông Hồng không bồi hàng năm trồng lúa tỉnh Hưng Yên nghiên cứu thực nghiệm quy mô 50,2 xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên năm (2015 ÷ 2017) Kết xác định đất vùng nghiên cứu có tính khử mạnh (Eh < -100 mV), pH trung tính mơi trường thuận lợi cho hình thành phát thải khí N2O, lớn khoảng giá trị Eh từ -100 mv đến - 200 mV pH ÷ Lượng phát thải khí N2O giai đoạn sinh trưởng phát triển lúa đất phù sa sơng Hồng, giai đoạn sinh trưởng từ cấy đến kết thúc đẻ nhánh có lượng N2O phát thải lớn Lượng phát thải khí N2O chế độ tưới theo công thức tưới truyền thống, khô vừa khô kiệt thấp, dao động khoảng 0,3 đến 0,4 ppm Chế độ nước mặt ruộng nghiên cứu khơng ảnh hưởng đến lượng phát thải khí N2O Từ khóa: Khí N2O, tưới tiết kiệm nước cho lúa, giảm phát thải khí nhà kính Summary: The study on the effect of irrigation regime on N2O emission in the annual alluvial soil of the Red River without sedimentation used for rice cultivation was experimentally studied on a scale of 50.2 in Phu Thinh commune, Kim Dong district, Hung Yen province for years (2015 2017) The results have determined that the soil in the study area has a strong reducing property (Eh < - 100 mV), neutral pH is a favorable environment for the formation and emission of N2O, the largest in the Eh value range from -100 mv to – 200 mv and pH from -8 N2O emissions for each growth and development stage of rice on the alluvial soil of the Red River, in which the growth stage from transplanting to tillering has the largest amount of N2O Emissions of the irrigation regimes according to the traditional irrigation formula, dry medium and dry are all very low, ranging from 0.3 to 0.4 ppm The studied field surface water regime did not affect N2O emissions Keywords: N2O gas, Water saving irrigation for rice, reducing greenhouse gas emissions GIỚI THIỆU* Theo tóm tắt IPCC [4] đất canh tác phát thải khoảng 2,8 TgN khí N2O năm, chiếm khoảng 42% lượng N2O người gây khoảng 16% lượng khí thải toàn cầu Nhưng lượng phát thải từ ruộng lúa nước chưa tách riêng khỏi trồng cạn Gần đây, nhiều nghiên cứu cho rằng: trồng lúa nước nguồn phát thải vào khí CH4 N2O N2O ruộng lúa nước chưa thật rõ ràng bình diện quốc tế đặc biệt cịn chưa khảo sát điều kiện trồng lúa nước Việt Ngày nhận bài: 21/10/2021 Ngày thông qua phản biện: 23/11/2021 Nam Theo Wassmannr R (2010) [5] Các khí nhà kính gây nên biến đổi khí hậu Nồng độ khí nhà kính (CO2, CH4, N2O Halocarbons) tăng lên kể từ trước cách mạng công nghiệp hoạt động người Theo Forster, (2007) [6] lượng phát thải khí nhà kính (CH4 N2O) phát thải CH4 tương ứng 25 lần N2O tương ứng 298 lần so với khả CO2 sinh Việt Nam có khoảng 7,72 triệu đất lúa gieo trồng hàng năm, lượng phát thải khí nhà kính (CH4 N2O) môi trường không nhỏ Mặt khác, nguồn nước tưới ngày khan Ngày duyệt đăng: 07/12/2021 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ cần phải tiết kiệm, tìm giải pháp giảm thiểu phát thải khí nhà kính trồng lúa nước, đặc biệt phát thải khí N2O cịn nghiên cứu chun sâu điều kiện thực tế Việt Nam, “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ tưới đến phát thải đinitơ ôxit (N2O) đất phù sa sông Hồng không bồi hàng năm sử dụng để trồng lúa tỉnh Hưng Yên” có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao 2.2 Bố trí thí nghiệm Khu thí nghiệm quản lý tiết kiệm nước, giảm phát thải khí nhà kính (KNK) thiết lập sau: 2.1 Thời gian địa điểm Thí nghiệm thực diện tích 50,2 hộ dân đội 8, 9, 10 11 xã Phú Thịnh Bố trí thành khu vực để quản lý nước tưới theo quy trình nghiên cứu, khu lựa chọn ô/thửa ruộng để nghiên cứu điển hình, theo dõi lượng nước tưới lấy mẫu để phân tích, đo đạc lượng KNK với công thức sau: Thời gian nghiên cứu 36 tháng: từ tháng 01/2015 đến tháng 12/2017 + Khu tưới khơ kiệt (S): diện tích 9,1 ha, chọn S1 S2 có diện tích 1.690,3 m2 Địa điểm nghiên cứu: Nghiên cứu bố trí cánh đồng Cửa Quán (khu tưới khô kiệt – S), Trũng Khoai (khu tưới khô vừa - W) Đường Cam (khu tưới truyền thống - C) thuộc xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên + Khu tưới khô vừa (W): 8,11 ha, chọn ô W1, W2 diện tích 1.591,3 m2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU + Khu truyền thống (C): 32,99 ha, chọn ô C1, C2 diện tích 2.304 m2 Các mẫu khí lấy chuyển Trường Đại học Kyoto, Nhật Bản thí nghiệm tiêu KNK (N2O CH4) 2.3 Cơng thức tưới 2.3.1 Công thức - tưới khô kiệt (AWDS) AWDs =H*f(t) (1) Trong đó: H mực nước ruộng (cm), từ (-15) cm ÷ cm Hình 1: Sơ đồ bố trí khu thí nghiệm [1] f(t) thời gian sinh trưởng trồng (ngày) VỤ XUÂN Giai đoạ n H (cm) Lúa hồ i xanh đẻ 23 nhánh f(t) (ngày) Ghi Ngày thứ 0÷30 Duy trì lớp nước mặ t ruộ ng cm thời sau cấ y (30 ngày) gian 30 ngày sau cấ y (thời điểm đẻ nhánh), gặ p mưa tháo nước giữ mức cm (phả i tiêu thoát nước thời gian 01 ngày) Cuố i đẻ nhánh (-15) Ngày thứ 31 ÷ Tháo cạ n, phơ i khơ mặ t ruộ ng 42 sau cấ y (12 ngày) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VỤ XUÂN Giai đoạ n H (cm) Giai đoạ n lúa 12 hình thành bơng f(t) (ngày) Ghi Ngày thứ 43÷49 Tướ i giữ ẩ m lớ p nướ c mặ t ruộ ng 1,0÷2cm, sau cấ y (7 ngày) mực nướ c rút xuố ng thấ p hơ n mặ t ruộ ng 15 cm tướ i lạ i Giai đoạ n lúa 12 làm đòng trổ Ngày thứ 50÷77 Tướ i giữ ẩ m lớ p nướ c mặ t ruộ ng 1÷2 cm sau cấ y (28 ngày) Giai đoạ n lúa (-15) ngậ m sữa Ngày thứ 78÷100 Tướ i giữ ẩ m lớ p nướ c mặ t ruộ ng 1÷2 cm, sau cấ y (23 ngày) mực nướ c rút xuố ng thấ p hơ n mặ t chắ c xanh Giai đoạ n lúa ruộ ng 15 cm tướ i lạ i (-15) chín – Ngày thứ 101 Đ ể khô ruộ ng đế n thu hoạ ch ÷110 VỤ MÙA Giai đoạ n lúa hồ i 23 xanh đẻ nhánh Ngày thứ ÷ 20 Duy trì 2÷3 cm nế u gặ p mưa tháo nướ c giữ sau cấ y (20 ngày) mức 23 cm (chú ý phả i tiêu thoát nướ c thờ i gian 01 ngày) Giai đoạ n cuố i (-15) đẻ nhánh Ngày thứ 21 ÷ Tháo cạ n, phơ i khơ mặ t ruộ ng, Nế u gặ p mưa 30 sau cấ y (10 phả i tháo kiệ t ngày ngày) Giai đoạ n lúa 12 hình thành bơng Giai đoạ n lúa Ngày thứ 31 ÷ 37 Tướ i giữ ẩ m lớ p nướ c mặ t ruộ ng ÷ cm, sau cấ y (7 ngày) mực nướ c 12 Ngày thứ 38 ÷ làm địng trổ 57 sau cấ y (20 bơng ngày) Giai đoạ n lúa (-15) Luôn giữ lớ p nướ c mặ t ruộ ng ÷ cm Ngày thứ 58÷85 Tướ i giữ ẩ m lớ p nướ c mặ t ruộ ng ÷ cm, ngậ m sữa sau cấ y (28 mực nướ c rút xuố ng thấ p hơ n mặ t ruộ ng chắ c xanh ngày) 15 cm tướ i lạ i, nế u gặ p mưa phả i tháo nướ c ruộ ng xuố ng cịn 1÷2 cm ngày Giai đoạ n lúa chín – thu hoạ ch (-15) Ngày thứ 86 ÷95 Tháo cạ n, phơ i khơ mặ t ruộ ng sau cấ y (10 ngày) 2.3.2 Công thức 2- tưới khơ vừa (AWDW) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ AWDW =H*f(t) (2) Trong đó: H mực nước ruộng (cm), từ (-5) cm ÷ cm; f(t) thời gian sinh trưởng trồng (ngày) VỤ XUÂN Giai đoạ n H (cm) f(t) (ngày) Ghi Lúa hồ i xanh đẻ 23 Ngày thứ 0÷30 Duy trì lớp nước mặt ruộ ng cm thời sau cấ y gian 30 ngày sau cấy (thời điểm đẻ nhánh), (30 ngày) gặp mưa tháo nước giữ mức cm nhánh (phải tiêu thoát nước thời gian 01 ngày) Cuố i đẻ nhánh (-5) Ngày thứ 31 ÷ 42 Tháo cạ n, phơ i khô mặ t ruộ ng sau cấ y (12 ngày) Giai đoạ n lúa 12 hình thành bơng Giai đoạ n lúa 12 Ngày thứ 43÷49 Tướ i giữ ẩ m lớ p nướ c mặ t ruộ ng 1÷2cm, sau cấ y mực nướ c rút xuố ng thấ p hơ n mặ t (7 ngày) ruộ ng cm tướ i lạ i Ngày thứ 50÷77 làm địng trổ sau cấ y (28 ngày) Giai đoạ n lúa (-5) ngậ m sữa Ngày thứ 78÷100 Tướ i giữ ẩ m lớ p nướ c mặ t ruộ ng 1÷2 cm, sau cấ y (23 ngày) mực nướ c rút xuố ng thấ p hơ n mặ t chắ c xanh Giai đoạ n lúa Tướ i giữ ẩ m lớ p nướ c mặ t ruộ ng 1÷2 cm ruộ ng cm tướ i lạ i (-5) Ngày thứ 101 ÷110 Đ ể khơ ruộ ng đế n thu hoạ ch chín – thu hoạ ch VỤ MÙA Giai đoạ n lúa hồ i 23 xanh đẻ nhánh Ngày thứ ÷ 20 Duy trì 2÷3 cm nế u gặ p mưa tháo nướ c giữ sau cấ y (20 ngày) mức 23 cm (chú ý phả i tiêu thoát nướ c thờ i gian 01 ngày) Giai đoạ n cuố i (-5) đẻ nhánh Giai đoạ n lúa sau cấ y (10 ngày) mưa phả i tháo kiệ t ngày 12 hình thành bơng Giai đoạ n lúa Ngày thứ 21 ÷ 30 Tháo cạ n, phơ i khô mặ t ruộ ng, Nế u gặ p Ngày thứ 31 ÷ 37 Tướ i giữ ẩ m lớ p nướ c mặ t ruộ ng ÷ cm, sau cấ y (7 ngày) 12 làm đòng trổ mực nướ c Ngày thứ 38 ÷ 57 Ln giữ lớ p nướ c mặ t ruộ ng ÷ cm sau cấ y (20 ngày) Giai đoạ n lúa (-5) Ngày thứ 58÷85 Tưới giữ ẩm lớp nước mặ t ruộ ng ÷ cm, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ngậ m sữa sau cấ y mực nước rút xuố ng thấp mặt ruộ ng chắ c xanh (28 ngày) cm tưới lại, gặp mưa phải tháo nước ruộ ng xuố ng cịn 1÷2 cm ngày Giai đoạ n lúa (-5) chín – thu hoạ ch Ngày thứ 86 ÷95 Tháo cạ n, phơ i khô mặ t ruộ ng sau cấ y (10 ngày) 2.3.3 Công thức - Công thức tưới đối chứng (AWDc) AWDc =H*f(t) (3) Trong đó: H mực nước ruộng (cm), từ cm 10 cm f(t) thời gian sinh trưởng trồng (ngày) Mực nước ruộng giữ suốt trình sinh trưởng phát triển lúa từ 5-10cm, lúa chín tháo cạn nước để thu hoạch Thời gian sinh trưởng lúa công thức từ cấy đến thu hoạch phụ thuộc vào loại giống lúa thời tiết, nhìn chung tổng thời gian sinh trưởng lúa vụ xuân 110 ngày, vụ mùa 95 ngày Nước khu vực quản lý theo mực nước so với mặt ruộng theo thời gian sinh trưởng lúa, mực nước - cm - 15 cm lựa chọn áp dụng nghiên cứu thử nghiệm Hình 2: Sơ đồ lấy nước cho khu sử dụng cống điều tiết [1] 2.4 Phương pháp đo đạc, lấy mẫu phân tích N2O 2.4.1 Phương pháp kiểm sốt đo đạc khí nhà kính 2.4.1.1 Vị trí, số lần thời gian lấy mẫu - Đặt cầu tre nối từ bờ ruộng đến vị trí lấy mẫu cho vị trí cầu tre cách vị trí đặt chân đế khoảng 20 cm để thuận lợi cho trình thao tác lấy mẫu tránh làm xáo trộn tầng đất chân đế, dẫn tới ảnh hưởng đến kết phát thải N2O - Điểm đặt chân đế thiết bị lấy mẫu cần phản ánh tính đại diện cho hệ thống canh tác lúa đặt cách bờ ruộng m - Chân đế đặt sâu mặt đất từ ÷ 10 cm - Chân đế đặt trước lấy mẫu lần ngày, sau đặt cố định ruộng lúa suốt trình lấy mẫu (cả vụ lúa) Hình 3: Sơ đồ lấy mẫu KNK - Trong lần lấy mẫu, cho cơng thức thí nghiệm, mẫu liên tục lấy TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ thời điểm to, t1 (10 phút), t2 (20 phút), thời gian lấy mẫu cách 10 phút khí cột mao quản phím mỏng Cacboxen – 1000 có đường kính 0,3125 cm 2.4.1.2 Lấy mẫu khí N2O + Khí chuẩn sử dụng so sánh mẫu CH4, CO2, N2O đựng bình sắt với hàm lượng 9,37 ppmV khơng khí Khí nhà kính lấy mẫu tuần lần đồng thời quan trắc thí điểm (mỗi lấy mẫu) Các mẫu khí phân tích phịng thí nghiệm Trường Đại học Kyoto - Nhật Bản 2.4.2 Phân tích phịng thí nghiệm Các mẫu khí lấy phân tích máy GC – 14BP có trang bị FID cột cacboxen – 1000 Máy GC – 14BP kiểm định trước sau lần phân tích, sử dụng khí methane có nồng độ 9,37 ppmV làm chuẩn Kết phân tích xử lý in qua máy ghi Chromatopac CR-6A Hệ thống máy phân tích methane bao gồm: + Máy sắc ký khí (GC-14BP) với Ditector ion hóa lửa sử dụng phân tích mẫu khí thu thập Có cung cấp khí mang nitơ thơng qua máy sinh khí NITROX độ tinh khiết 99,999% tốc độ dịng đạt 550 cc/phút + Sử dụng khí Hydro DHG 125 có độ tinh khiết 99,999%, tốc độ dịng 125 cc/phút Nước ion hóa cung cấp cho máy sinh khí có chất lượng tối thiểu 0,5 mêga Ơm/cm + Loại cột nhồi sử dụng hệ thống sắc ký + Hệ thống phân tích kết xử lý in qua máy Chromatopac CR-6A 2.4.3 Phương pháp tính tốn lượng N2O phát thải ruộng lúa Dịng phát thải ruộng lúa tính tốn theo lượng tăng tạm thời số hỗn hợp CH4, CO2, N2O buồng kín theo cơng thức: f dc 273 V M dt 22.4 273 T A (4) Trong đó: f cường độ phát thải khí nhà kính (mg/m2/h); c nồng độ khí (ppm); t thời gian (h); M khối lượng phân tử (g mol-1) (CH4 = 16, CO2 = 44, N2O = 44); T nhiệt độ khơng khí buồng (oC); V khối lượng khơng khí buồng (m3); A diện tích mặt cắt ngang buồng (m2) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết đo đạc lượng phát thải khí N2O 3.1.1 Lượng phát thải khí N2O cơng thức vụ chiêm xuân năm 2015 Bảng 1: Giá trị trung bình mẫu với hai lần lặp lại lượng phát thải khí N2O vụ chiêm xuân năm 2015 Đơn vị tính: ppm Chỉ số Số mẫu (n) Lượng N2O trung bình (tb) Phương sai mẫu (psm) Phương sai tổng thể (pstt) Công thức W 80 0,3413 0,0003 0,0003 C 80 0,3405 0,0003 0,0003 S 80 0,3372 3,8876E-05 3,8390E-05 Ghi chú: C - Công thức truyền thống; W - Công thức khô vừa; S - Công thức khô kiệt Bảng cho thấy, giá trị lượng phát thải N2O công thức vụ chiêm xuân năm 2015, hầu hết lần xác định giao động khoảng từ 0,3 đến 0,4 ppm Các giá trị mẫu không khác biệt nhiều theo thời gian sinh trưởng lúa Giá trị trung bình mẫu hai lần lặp lại công thức truyền thống (C) 0,3405 ppm, công thức khô vừa (W) 0,3413 ppm, công thức khô kiệt (S) 0,3372 ppm cho thấy, khác biệt lượng phát thải khí N2O cơng thức vụ chiêm xuân năm 2015 thấp TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC không đáng kể Theo lượng N2O phát thải, trật tự cơng thức xếp sau: W > C > S Cường độ phát thải khí N2O vụ chiêm xuân năm 2015 thể hình CƠNG NGHỆ Hình 4: Biểu đồ cường độ phát thải khí N2O vụ chiêm xuân năm 2015 [2] Hình cho thấy, khí N2O nhỏ, giao động từ 0,00027 mg/m2-phút đến 0,0037 mg/m2-phút Cường độ phát thải trung bình vụ chiêm xuân (0,00081 mg/m2-phút) Trong cơng thức tưới, cường độ phát thải khí N2O khu khô kiệt thấp 33% khu khô vừa 23% khu tưới truyền thống 3.1.2 Lượng phát thải khí N2O cơng thức vụ mùa năm 2015 Bảng 2: Giá trị trung bình lượng phát thải khí N2O vụ mùa năm 2015 Đơn vị tính: ppm Chỉ số Số mẫu (n) Lượng N2O trung bình (tb) Phương sai mẫu (psm) Phương sai tổng thể (pstt) C 72 0,3971 0,0127 0,0125 Bảng cho thấy, lượng phát thải khí N2O cơng thức truyền thống (C) khô vừa (W) khô kiệt (S) vụ mùa năm 2015, hầu hết lần xác định dao động chủ yếu khoảng 0,3 đến 0,4 ppm Các giá trị mẫu cho thấy, khác biệt nhiều lần xác định theo thời gian sinh trưởng lúa Công thức W 72 0,3710 0,0063 0,0061 S 72 0,3460 0,0004 0,0004 nhỏ, trung bình từ 0,00027 mg/m2-phút đến 0,0067 mg/m2-phút Hệ số phát thải trung bình vụ mùa (0,00081 mg/m2-phút) Trong cơng thức tưới, cường độ phát thải khí N2O khu khô kiệt thấp 33% khu khô vừa 23% khu tưới truyền thống Giá trị trung bình mẫu hai lần lặp lại công thức truyền thống (C) 0,3971 ppm, công thức khô vừa (W) 0,3710 ppm, công thức khô kiệt (S) 0,3460 ppm cho thấy, khác biệt lượng phát thải khí N2O cơng thức thấp không đáng kể Theo lượng N2O phát thải, trật tự cơng thức xếp sau: C > W > S Cường độ phát thải khí N2O vụ mùa năm 2015 thể hình cho thấy, khí N2O Hình 5: Biểu đồ cường độ phát thải khí N2O vụ mùa năm 2015 [2] 3.1.3 Lượng N2O phát thải công thức vụ chiêm xuân năm 2016 Bảng 3: Giá trị trung bình mẫu lượng phát thải khí N2O vụ chiêm xuân năm 2016 Đơn vị tính: ppm TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Chỉ số Số mẫu (n) Lượng N2O trung bình (tb) Phương sai mẫu (psm) Phương sai tổng thể (pstt) Công thức W 78 0,3425 0,0012 0,0012 C 78 0,3480 0,0002 0,0002 Bảng cho thấy, lượng phát thải khí N2O cơng thức truyền thống, khô vừa khô kiệt vụ chiêm xuân năm 2016, hầu hết lần xác định dao động chủ yếu khoảng 0,3 đến 0,4 ppm Các giá trị mẫu cho thấy khơng có khác biệt nhiều lần xác định theo thời gian sinh trưởng lúa S 78 0,3776 0,0176 0,0174 cường độ phát thải khí N2O khu tưới truyền thống thấp 23% khu khô vừa 8% khu tưới khơ kiệt Trong q trình đo đạc lấy mẫu phân tích thời điểm người dân bón phân vơ (đạm urê) nên số liệu phát thải khí N2O cao đột biến Giá trị trung bình mẫu hai lần lặp lại cơng thức truyền thống (C) 0,3480 ppm, công thức khô vừa (W) 0,3425 ppm, công thức khô kiệt (S) 0,3776 ppm cho thấy, khác biệt lượng phát thải khí N2O cơng thức vụ chiêm năm 2016 thấp, không đáng kể Theo lượng N2O phát thải, trật tự cơng thức xếp sau: S>C > W Cường độ phát thải khí N2O vụ chiêm xuân năm 2016 thể hình cho thấy, cường độ phát thải trung bình vụ chiêm xuân năm 2016 0,003 mg/m2-phút Trong cơng thức tưới, Hình 6: Biểu đồ cường độ phát thải khí N2O vụ chiêm xuân năm 2016 [3] 3.1.4 Lượng phát thải khí N2O công thức vụ mùa năm 2016 Bảng 4: Giá trị trung lượng phát thải khí N2O vụ mùa năm 2016 Đơn vị tính: ppm Chỉ số Số mẫu (n) Lượng N2O trung bình (tb) Phương sai mẫu (psm) Phương sai tổng thể (pstt) C 48 0,3213 0,0002 0,0002 Bảng cho thấy, lượng phát thải khí N2O công thức vụ mùa năm 2016, hầu hết lần xác định, dao động khoảng 0,3 đến 0,4 ppm Các giá trị mẫu không khác biệt nhiều lần xác định theo Công thức W 48 0,3292 0,0004 0,0004 S 48 0,3351 0,0022 0,0022 thời gian sinh trưởng lúa Giá trị trung bình mẫu hai lần lặp lại công thức truyền thống (C) 0,3213 ppm, công thức khô vừa (W) 0,3292 ppm, công thức khô kiệt (S) 0,3351 ppm cho thấy, khác biệt lượng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC phát thải khí N2O công thức vụ mùa năm 2016 thấp, không đáng kể theo lượng N2O phát thải, trật tự cơng thức xếp sau: S > W > C CÔNG NGHỆ nên số liệu phát thải khí N2O cao đột biến Hệ số phát thải khí N2O vụ mùa năm 2016 thể hình Hình cho thấy, cường độ phát thải trung bình vụ mùa năm 2016 0,0011 mg/m2-phút Trong công thức tưới, cường độ phát thải khí N2O khu tưới truyền thống thấp 23% khu khô vừa 8% khu tưới khơ kiệt Trong q trình đo đạc lấy mẫu phân tích thời điểm người dân bón phân vơ (đạm urê) Hình 7: Biểu đồ hệ số phát thải khí N2O vụ mùa năm 2016 [3] 3.1.5 Lượng phát thải khí N2O cơng thức vụ chiêm xuân năm 2017 Bảng 5: Giá trị trung bình lượng phát thải khí N2O vụ chiêm xn năm 2017 Đơn vị tính ppm Chỉ số Số mẫu (n) Lượng N2O trung bình (tb) Phương sai mẫu (psm) Phương sai tổng thể (pstt) C 132 0,3531 0,0009 0,0009 Bảng cho thấy, lượng phát thải khí N2O công thức vụ chiêm xuân năm 2017, hầu hết lần xác định, dao động khoảng 0,3 đến 0,4 ppm Các giá trị mẫu không khác biệt nhiều lần xác định theo thời gian sinh trưởng lúa Công thức W 132 0,3502 0,0011 0,0011 S 132 0,3546 0,0012 0,0012 độ phát thải ô khô kiệt vụ xuân 0,0678 mg/m2-h; ô khô vừa 0,084 mg/m2-h; ô truyền thống 0,0584 mg/m2-h Giá trị trung bình mẫu hai lần lặp lại công thức truyền thống (C) 0,3531 ppm, công thức khô vừa (W) 0,3502 ppm, công thức khô kiệt (S) 0,3546 ppm cho thấy, khác biệt lượng phát thải khí N2O công thức vụ chiêm xuân năm 2017 thấp, không đáng kể Theo lượng N2O phát thải, trật tự cơng thức xếp sau: S > C > W Hình 8: Biểu đồ cường độ phát thải khí N2O vụ chiêm xuân năm 2017 [3] Cường độ phát thải khí N2O vụ chiêm xuân năm 2017 thể hình cho thấy, Cường 3.1.6 Lượng phát thải khí N2O công thức vụ mùa năm 2017 Bảng 6: Giá trị trung bình lượng phát thải khí N2O vụ mùa năm 2017 Đơn vị tính ppm TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Chỉ số C 96 0,3602 0,0012 0,0011 Số mẫu (n) Lượng N2O trung bình (tb) Phương sai mẫu (psm) Phương sai tổng thể (pstt) Bảng cho thấy, lượng phát thải khí N2O công thức vụ mùa năm 2017 hầu hết lần xác định dao động khoảng 0,3 đến 0,4 ppm Các giá trị mẫu không khác biệt nhiều lần xác định theo thời gian sinh trưởng lúa Giá trị trung bình mẫu hai lần lặp lại công thức truyền thống (C) 0,3602 ppm, công thức khô vừa (W) 0,3684 ppm, công thức khô kiệt (S) 0,3696 ppm cho thấy, khác biệt lượng phát thải khí N2O cơng thức thấp, khơng đáng kể Theo lượng N2O phát thải, trật tự cơng thức xếp sau: S > W > C Cường độ phát thải khí N2O vụ mùa năm 2017 thể hình Hình cho thấy, cường độ phát thải khí N2O vụ mùa năm 2017 khu khô kiệt 0,0169 mg/m2h, khu khô vừa 0,0167 mg/m2-h, khu truyền Công thức W 96 0,3684 0,0008 0,0008 S 96 0,3696 0,0014 0,0014 thống 0,0456 mg/m2-h Kết so với vụ chiêm xuân nhỏ 1,71 đến 6,74 lần Hình 9: Biểu đồ cường độ phát thải khí N2O vụ mùa năm 2017 [3] 3.2 Đánh giá ảnh hưởng chế độ tưới đến phát thải khí N2O năm thí nghiệm 3.2.1 So sánh phát thải khí N2O công thức vụ chiêm xuân vụ mùa năm thí nghiệm - So sánh giá trị trung bình mẫu cơng thức vụ chiêm xuân vụ mùa (Bảng 7) Bảng 7: Giá trị trung bình mẫu lượng N2O năm thí nghiệm Đơn vị tính ppm Vụ năm thí nghiệm Chiêm xuân năm 2015 Mùa năm 2015 Chiêm xuân năm 2016 Mùa năm 2016 Chiêm xuân năm 2017 Mùa năm 2017 C 0,3405 0,3971 0,3408 0,3213 0,3531 0,3602 Bảng cho thấy, giá trị trung bình mẫu cơng thức lượng phát thải khí N2O công thức vụ chiêm xuân vụ mùa năm thí nghiệm dao động khoảng 0,3 10 Công thức W 0,3413 0,3710 0,3425 0,3292 0,3503 0,3684 S 0,3372 0,3460 0,3776 0,3351 0,3546 0,3696 đến 0,4 ppm Với hàm lượng khác biệt nhỏ cho thấy, lượng phát thải khí N2O công thức vụ chiêm xuân vụ mùa năm thí nghiệm có khác biệt thấp TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC không đáng kể CÔNG NGHỆ khoảng nhỏ (0,3 đến 0,4 ppm) nên khác biệt thấp khơng có nhiều ý nghĩa Nói cách khác, đất nghiên cứu có lượng phát thải khí N2O thấp Trong điều kiện đó, thay đổi chế độ tưới khơng làm thay đổi rõ rệt lượng N2O phát thải 3.2.2 Lượng phát thải khí N2O cơng thức Giá trị trung bình mẫu lượng phát thải khí N2O cơng thức thí nghiệm: truyền thống, khơ vừa khô kiệt dao động khoảng 0,3 đến 0,4 ppm tất vụ Do vậy, lượng phát thải khí N2O cơng thức tất vụ nghiên cứu giống đặc điểm thấp Sự khác biệt lượng phát thải khí N2O xảy cơng thức hay mùa vụ năm nghiên cứu xảy Lượng phát thải N2O qua năm (2015 - 2017) có xu lớn từ giai đoạn lúa cấy đến hết giai đoạn đẻ nhánh, thấp vào thời điểm lúa xanh chuẩn bị thu hoạch Bảng 8: Kết lượng phát thải khí N2O cơng thức vụ năm thí nghiệm (quy đổi tấn/ha) N20 Khí phát thải Năm 2015 Xuân-WS Số ngày Năm 2016 Năm 2017 Mùa-SA Xuân-WS Mùa-SA Xuân-WS Mùa-SA 108 95 106 95 115 86 Khô kiệt (S) Cường độ phát thải (mg/m h) 0,0047 0,0887 0,2535 0,0622 0,0678 0,0169 Lượng phát thải (tấn/ha) 0,0001 0,0020 0,0064 0,0014 0,0019 0,0003 Lượng theo CO2e (tấn/ha) 0,0363 0,6029 1,9219 0,4224 0,5576 0,1040 Khô vừa (W) Cường độ phát thải (mg/m h) 0,0175 0,2069 0,0820 0,0905 0,0840 0,0167 Lượng phát thải (tấn/ha) 0,0005 0,0047 0,0021 0,0021 0,0023 0,0003 Lượng theo CO2e (tấn/ha) 0,1349 1,4056 0,6219 0,6146 0,6907 0,1025 Truyền thống (C) Cường độ phát thải (mg/m2.h) 0,0431 0,2807 0,0217 0,0165 0,0584 0,0456 Lượng phát thải (tấn/ha) 0,0011 0,0064 0,0006 0,0004 0,0016 0,0009 Lượng theo CO2e (tấn/ha) 0,3328 1,9072 0,1647 0,1120 0,4804 0,2803 Trong diễn biến phát thái khí N2O khác năm, mức phát thải quy đổi N2O có xu hướng giảm dần khu khơ vừa khô kiệt (năm 2015) tăng dần từ khu khô kiệt, khô vừa đạt giá trị lớn đo khu canh tác truyền thống Năm 2017 có thay đổi rõ rệt tổng mức khí N2O quy đổi, khu khơ vừa có giá trị lớn (0,08 mg/m2.h) khơng có chênh lệch q lớn khu ruộng khô kiệt (S) đạt 0,067 mg/m2.h, truyền thống (C) đạt 0,058 mg/m2.h 3.3 Thế ô xy hóa khử phát thải khí N2O 3.3.1 Năm 2015 Hình 10 cho thấy, việc phát thải lớn tập trung pH đạt từ ÷8 Phát thải vụ mùa có xu hướng lớn vụ chiêm xuân Nhiệt độ thích hợp cho phát thải N2O giao động từ 20÷35oC Độ ẩm đất < 25%V cho phát thải khơng đáng kể TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 11 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Hình 10: Sự tương quan khí N20 với đất Eh, pH đất độ sâu cm năm 2015 [4] 3.3.2 Năm 2016 Hình 11: Sự tương quan khí N2O với Eh pH năm 2016 Hình 11 cho thấy, quan hệ lượng phát thải khí N2O với Eh vàp pH, diễn khoảng Eh từ -100 mv đến -150 mv, phát thải vụ mùa có xu hướng lớn vụ chiêm xuân, phát thải tập trung với pH từ ÷ 3.3.3 Năm 2017 Hình 12: Sự tương quan khí N2O với Eh năm 2017 12 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ (Vụ xuân ; vụ mùa ) Hình 12 cho thấy, quan hệ lượng phát thải - Trong giai đoạn sinh trưởng phát triển khí N2O với Eh pH, giá trị Eh đo mức lúa, lượng N2O phát thải lớn giai – cm so với mặt ruộng cho giá trị cao nhất, sau đoạn lúa từ cấy đến hết giai đoạn đẻ giảm dần theo độ sâu xuống mặt đất Giá trị đo nhánh, giai đoạn có bón nhiều đạm urê; trung bình vụ mùa mực – cm là: - 262 lượng N2O phát thải thấp vào thời điểm mV; - 15 cm là: - 306 mv – 30 cm là: - 345 mv; lúa xanh chuẩn bị thu hoạch giá trị đo vụ chiêm xuân mực – cm là: - - Kết nghiên cứu tính tốn qua năm (2015 240 mv; - 15 cm là: - 302 mv – 30 cm là: - 345 ÷ 2017) tổng lượng phát thải khí N2O mv Giá trị đo trung bình vụ chiêm xn có cao cơng thức tưới khơ kiệt từ 0,0003 ÷ 0,0064 so với vụ mùa Lượng phát thải tập trung (tấn/ha-vụ), tương đương từ 0,1 ÷ 1,9 tấn/ha-vụ khoảng Eh từ - 200 mv đến - 400 mv (theo CO2e); công thức tưới khơ vừa 0,0003 ÷ Cường độ phát thải vụ mùa lớn vụ chiêm 0,0047 (tấn/ha-vụ), tương đương từ 0,1 ÷ 1,4 xuân năm 2017 tấn/ha - vụ (theo CO2e); cơng thức tưới truyền thống 0,0009 ÷ 0,0064 (tấn/ha-vụ), tương đương KẾT LUẬN - Đất phù sa sông Hồng khơng bồi hàng từ 0,3 ÷ 1,9 tấn/ha-vụ (theo CO2e) năm trồng lúa tỉnh Hưng Yên chế độ tưới khác có tính khử mạnh (Eh < 100mV), pH trung tính mơi trường khơng thuận lợi cho hình thành NO3- thuận lợi cho hình thành phát thải khí N2O phát thải lớn khoảng giá trị Eh từ -100 mv÷-200mV pH từ 6÷8 - Giá trị trung bình mẫu lượng phát thải khí N O công thức truyền thống, khô vừa khô kiệt vụ năm thí nghiệm thấp, dao động khoảng 0,3 đến 0,4 ppm Sự khác biệt lượng phát thải khí N O công thức tưới khác mùa vụ thấp, khơng có ý nghĩa thống kê LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Viện Nước, Tưới tiêu Môi trường - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam TS Lê Xuân Quang - đồng ý cho tạo điều kiện để tác giả tham gia thực đề tài sử dụng số liệu, tài liệu đề tài cấp nhà nước hợp tác quốc tế theo nghị định thư với Nhật Bản “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nhật Bản hệ thống thủy lợi nội đồng nhằm nâng cao hiệu sử dụng nước, giảm phát thải khí nhà kính sản xuất lúa vùng Đồng sơng Hồng” vào cơng trình nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Viện nước, Tưới tiêu Môi trường (2018) Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ theo Nghị định thư “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nhật Bản hệ thống thủy lợi nội đồng nhằm nâng cao hiệu sử dụng nước, giảm phát thải khí nhà kính sản xuất lúa vùng đồng sơng Hồng” Mã số: NĐT.06.JPN/15 - chủ nhiệm TS Lê Xuân Quang [2] Lê Xuân Quang (2019) Đánh giá hiệu phát thải khí nhà kính (CH4, N2O) canh tác TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 13 CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ lúa xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên [3] Le Xuan Quang, Kimihito Nakamurab and Others (2019) Effect of organizational paddy water management by a water user group on methane and nitrous oxide emissions and rice yield in the Red River Delta,Vietnam Agricultural Water Management 217; 179 - 192 [4] Denman K.L, Brasseur G, Chidthaisong A, Ciais P, Cox P.M, Dickinson R.E, Hauglustaine D Heinzec, Holland E, Jacob D, Lohman U, Ramachandram S, dasilava Dias P.L Wolsy S.C Zhang x (2007) Coupling between changesin the climate siptem and biogeochemistry In Solomons, Qin D, Manning M, Chen Z, Marquis M, Arery K.B, Tignor M, Miller H.L (eds) climate change 2007: the physical science basis Contribution of Wosking Group I to the Forth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climale change Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York USA [5] Corton T.M., Bajita J.B , Gsosper F.S , Pamloma R.R , Asis C.A , Wassmann R , Latin R.S & Buendia L.V, (2000) Methane emissions from irrigated and intensively managed rice fields in central Luzon, Philippines Nutrient Lyling in Agroecosyotems, 58, pp.37 – 53 [6] Forster, P., et al (2007) Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing In: Solomon, S., Ed., Climate Change 2007: The Physical Science Basis Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Cambridge 14 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 ... thiểu phát thải khí nhà kính trồng lúa nước, đặc biệt phát thải khí N2O cịn nghiên cứu chun sâu điều kiện thực tế Việt Nam, ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ tưới đến phát thải đinitơ ôxit (N2O) đất phù. .. nhỏ 1,71 đến 6,74 lần Hình 9: Biểu đồ cường độ phát thải khí N2O vụ mùa năm 2017 [3] 3.2 Đánh giá ảnh hưởng chế độ tưới đến phát thải khí N2O năm thí nghiệm 3.2.1 So sánh phát thải khí N2O cơng... đất phù sa sông Hồng không bồi hàng năm sử dụng để trồng lúa tỉnh Hưng Yên? ?? có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao 2.2 Bố trí thí nghiệm Khu thí nghiệm quản lý tiết kiệm nước, giảm phát thải khí nhà