Tóm tắt: Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).

Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chun ngành: Mơi trường đất nước Mã ngành: 62440303 PHẠM NGỌC THOA KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DINH DƯỠNG VÀ GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH CỦA THAN TRE (Bambusa blumeana) VÀ THAN TRÀM (Melaleuca cajuputi) NĂM 2022 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ Người hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Hữu Chiếm Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp trường Họp tại: Phòng Bảo vệ luận án tiến sĩ (Phòng họp 3, lầu 2, Nhà điều hành), Trường Đại học Cần Thơ Vào lúc … … ngày … tháng … năm … Phản biện 1: Phản biện 2: Xác nhận xem lại Chủ tịch Hội đồng Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Trung tâm Học liệu, Trường Đại học Cần Thơ - Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Tạp chí quốc tế [1] Nguyễn Xuân Lộc, Đỗ Thị Mỹ Phượng, Nguyễn Hữu Chiếm, Ryota Kose, Takayuki Okayama, Phạm Ngọc Thoa, Nguyễn Đạt Phương and Takayuki Miyanishi 2018 Properties of Biochars Prepared from Local Biomass in the Mekong Delta, Vietnam Bioresources 13 (4): 73257344 (Nội dung luận án) Tạp chí nước [2] Pham Ngọc Thoa, Nguyễn Xuân Lộc, Đỗ Thị Mỹ Phượng, Nguyễn Hữu Chiếm 2019 Study on adsorption of ammonium from aqueous solution by bamboo biochar Journal of Vietnamese Environment J.Viet Env Spec.Iss.APE 2019 Pp.95-103 (Nội dung luận án) [3] Phạm Ngọc Thoa, Tăng Lê Hoài Ngân, Nguyễn Hữu Chiếm 2021 Nghiên cứu khả hấp phụ amoni nước thải biogas than sinh học từ tre Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường Số 37, tr.26-36 (Nội dung luận án) [4] Phạm Ngọc Thoa, Tăng Lê Hoài Ngân, Đặng Thị Minh Thùy, Nguyễn Đạt Phương, Đỗ Thị Mỹ Phượng, Nguyễn Xuân Lộc, Nguyễn Hữu Chiếm 2021 Nghiên cứu khả hấp phụ amoni môi trường nước than sinh học tràm Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nông thôn Tập 17, số 01, tr.129-136 (Nội dung luận án) [5] Phạm Ngọc Thoa, Tăng Lê Hoài Ngân, Đỗ Thị Mỹ Phượng, Nguyễn Xuân Lộc, Lê Thị Thanh Trúc, Huỳnh Thị Hồng Xuyến, Nguyễn Ngọc Hân, Nguyễn Hữu Chiếm 2021 Nghiên cứu khả hấp phụ nitrat môi trường nước than sinh học từ tràm Tạp chí khoa học Trường Đại học Vinh Tập 50 Số 1A, tr 40-53 (Nội dung luận án) [6] Phạm Ngọc Thoa, Tăng Lê Hoài Ngân, Đặng Thị Minh Thùy, Nguyễn Đạt Phương, Đỗ Thị Mỹ Phượng, Nguyễn Xuân Lộc, Nguyễn Hữu Chiếm 2021 Ảnh hưởng pH, khối lượng, thời gian nồng độ nitrat lên khả hấp phụ nitrat than tre nước thải biogas Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Tập 57 Số Chun đề Mơi trường Biến đổi khí hậu (2021), tr.1-10 (Nội dung luận án) [7] Phạm Ngọc Thoa, Tăng Lê Hoài Ngân, Nguyễn Hữu Chiếm 2021 Ảnh hưởng than sinh học từ tràm đến sinh trưởng, phát triển rau muống (Ipomoea aquatica Forsk) Tạp chí khoa học Trường Đại học Vinh Tập 50 Số 3A, tr 55-65 (Nội dung luận án) [8] Phạm Ngọc Thoa, Tăng Lê Hoài Ngân, Nguyễn Hữu Chiếm 2021 Ảnh hưởng nước thải biogas than sinh học tràm phát thải CH4 N2O từ đất trồng lúa Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường Số 40 Tr 28-40 (Nội dung luận án) CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Than sinh học (TSH) vật liệu rắn giàu cacbon tạo sau than hoá sinh khối nhiệt độ cao điều kiện thiếu oxy, chứa hàm lượng cacbon cao ổn định hàng trăm đến hàng nghìn năm sau bón vào đất (Lehmann and Joseph, 2015) Một số loại TSH sử dụng xử lý NH4+ cho kết tốt than bã ngô 400-500ºC, than rơm 500ºC, than bạch đàn 600ºC hấp phụ NH4+ với lượng từ 0,7-4,5 mg N/1g than (Fidel et al., 2018), (Khalil et al., 2018), (Yao et al., 2012) Các nghiên cứu gần TSH có khả hấp phụ NO3- từ dung dịch chẳng hạn than bã ngơ 600ºC hấp phụ NO3- với lượng 1,4-1,5 mg N/g (Fidel et al., 2018), hay TSH biến tính từ bã mía 600ºC hấp phụ NO3- tối đa đến 28,21 mg N/g (Hafshejania et al., 2016) Hiện nay, ngày có nhiều cơng trình nghiên cứu công nhận tiềm hấp phụ nitrogen TSH ứng dụng TSH kiểm sốt nhiễm nguồn nước Một lợi ích tiềm khác TSH bổ sung TSH vào đất có khả làm giảm phát thải khí N2O CH4 thơng qua cô lập cacbon đất, mang lại lợi ích khác, chẳng hạn cải thiện độ phì nhiêu đất, giữ độ ẩm cho đất tăng suất trồng Tuy nhiên, tác động xác việc sử dụng TSH phát thải KNK đất có nhiều kết khác nhiều nghiên cứu điển hình (Cayuela et al., 2014; Lorenz and Lal, 2014) Hàm lượng CH4 N2O đất tăng đáng kể số nghiên cứu (Yanai et al., 2007; Zwieten et al., 2010; Jones et al., 2011; Wang et al., 2012), lại giảm không thay đổi nghiên cứu khác (Rogovska et al., 2011; Feng et al., 2012; Zheng et al., 2012; Case et al., 2014; Quin et al., 2015) Ví dụ, thí nghiệm đất trồng lúa bổ sung TSH sản xuất từ rơm lúa mì làm giảm 41,8% lượng khí thải N2O (Zhang et al., 2012b) Ngành chăn nuôi phát triển mạnh Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL), nguồn chất thải lớn từ hoạt động chăn nuôi mối đe dọa hệ sinh thái nước (Cruse et al., 2014) Mặc dù chất thải chăn nuôi xử lý thông qua hệ thống biogas nước thải sau biogas có nồng độ ion hịa tan cao, đặc biệt ion NH4+ NO3- , cần phải có biện pháp để quản lý nguồn chất thải Bên cạnh chăn ni ĐBSCL nơi sản xuất lượng lớn lúa gạo rau màu hoạt động trồng trọt trở thành nguồn sinh khí gây hiệu ứng nhà kính mà chủ yếu khí N2O CH4 Trong đó, CH4 có hấp phụ xạ nhiệt cao gấp 21 lần so với khí CO2, đóng góp 16% vào q trình tăng nhiệt độ mơi trường, chu kỳ tồn CH4 khoảng 100 năm Khí N2O đóng góp 6% làm tăng nhiệt độ mơi trường, có chu kỳ tồn khí lâu từ 130-150 năm Khí N2O hình thành q trình phân hủy hợp chất nitơ đất chủ yếu từ nguồn phân đạm (IPCC, 2014) Hiện nay, nhiều phương pháp áp dụng nhằm loại bỏ ion NH4+ NO3- khỏi nguồn nước phương pháp hấp phụ ngày ý rộng rãi đơn giản, hiệu suất cao, giá thành rẻ, dễ ứng dụng vào thực tiễn Các vật liệu sử dụng làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ ion NH4+ NO3- thường zeolit than sinh học (TSH) Nguồn nguyên liệu để sản xuất TSH đa dạng phân, bùn, sinh khối thực vật (Lehmann et al., 2016).Trong đó, ĐBSCL nơi có lượng sinh khối thực vật dồi tận dụng để sản xuất TSH tre tràm Tre (Bambusa blumeana) loài dễ sinh trưởng phát triển, có khả tự tái sinh (Mohamed et al., 2007), phổ biến Việt Nam Tuy nhiên, phát triển nhanh chóng rừng tre sau biến thành rừng độc canh nguyên nhân làm giảm đa dạng sinh học, dinh dưỡng đất phá hoại cấu trúc vật chất đất (Yiping and Henley, 2010; Song et al., 2011; Buckingham et al., 2011) Mặt khác, tính đến năm 2015, khoảng 11,1 triệu diện tích rừng tự nhiên cịn lại, tràm (Melaleuca cajuputi) chiếm 176 nghìn (Bazile et al., 2016) Ước tính gần triệu phụ phẩm gỗ sản xuất hàng năm từ rừng tự nhiên (Agency, 2012) Việc quản lý không nguồn sinh khối dồi ĐBSCL gây lãng phí góp phần làm tăng nguy nhiễm mơi trường Do đó, sản xuất TSH từ sinh khối làm giảm tác động tiêu cực đến môi trường Than sinh học tre tràm ứng dụng việc xử lý ô nhiễm môi trường nước, đồng thời góp phần hạn chế phóng thích khí gây hiệu ứng nhà kính q trình sản xuất nơng nghiệp, xuất phát từ vấn đề thực tiễn đề tài “Khả hấp phụ dinh dưỡng giảm phát thải khí nhà kính than tre (Bambusa blumeana) than tràm (Melaleuca cajuputi)” thực 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.2.1 Mục tiêu tổng quát Xác định khả hấp phụ dinh dưỡng giảm phát thải nhà kính từ TSH tre (Bambusa blumeana) TSH tràm (Melaleuca cajuputi) từ nước thải sau biogas Cần Thơ vùng ĐBSCL 1.2.2 Mục tiêu cụ thể - Xác định khả hấp phụ ammonium nitrate TSH tre tràm dung dịch nước thải sau biogas - Xác định khả làm giảm phát thải khí CH4 N2O TSH tre tràm đất trồng lúa đất trồng hoa màu 1.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 1.3.1 Ý nghĩa khoa học Chất hấp phụ TSH tre tràm tạo quy trình đạt tiêu chuẩn (nung điều kiện mơi trường khí trơ (N2), khơng lẫn O2 kiểm soát nhiệt độ nung) Khả hấp phụ dinh dưỡng khí nhà kính TSH xác định thơng qua hàng loạt thí nghiệm, tất thơng số có từ thí nghiệm thống kê theo phương pháp khoa học đại áp dụng phổ biến giới Từ làm sở cho việc giải thích chế hấp phụ TSH cách khoa học logic 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn Than sinh học tre tràm giúp xử lý ô nhiễm hữu nguồn nước mơ hình sản xuất nơng nghiệp VACB phổ biến ĐBSCL Than sinh học tre tràm sau hấp phụ NH4+ NO3- tận dụng nguồn phân hữu Bổ sung TSH tre tràm cho đất trồng lúa hoa màu giúp cải thiện tính chất lý hóa đất, đồng thời giảm phóng thích chất gây hiệu ứng nhà kính CH4, N2O Kết đề tài sử dụng để bổ sung tài liệu phục vụ cho việc giảng dạy, học tập, nghiên cứu trường đại học viện nghiên cứu Ngồi đề tài cịn nguồn thơng tin q giá giúp cho quyền địa phương công tác sản xuất nông nghiệp bền vững cho tương lai ĐBSCL 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nguyên liệu tạo TSH phịng thí nghiệm gồm tre (Bambusa blumeana) tràm (Melaleuca cajuputi) thu thập Cần Thơ vùng ĐBSCL Đề tài tập trung nghiên cứu, đánh giá tiềm hấp phụ ammonium nitrate dung dịch chuẩn nước thải sau biogas (nguyên liệu nạp phân heo) TSH tre tràm phịng thí nghiệm thuộc Khoa Môi trường Tài nguyên thiên nhiên, Đại học Cần Thơ Đánh giá khả làm giảm phát thải khí CH4 N2O mơ hình trồng lúa hoa màu, điều kiện nhà lưới, thuộc Khoa Môi trường Tài nguyên thiên nhiên, Đại học Cần Thơ 1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tạo TSH mức nhiêt độ bao gồm 500ºC, 700ºC 900ºC từ nguồn nguyên liệu tre tràm, sau xác định tính chất vật lý hóa học TSH - Khảo sát khả hấp phụ ammonium nitrate dung dịch Hình 3.9 Mơ hình thu khí lúa 3.3.2 Thí nghiệm Khảo sát ảnh hưởng của than tre/than tràm đến phát thải khí CH4 N2O đất trồng cải Thí nghiệm bố trí hồn tồn ngẫu nhiên, điều kiện nhà lưới đảm bảo ánh sáng cho sinh trưởng phát triển (38-40 kLux), gồm nghiệm thức lần lặp lại Đất trồng rau cải xanh phối trộn với than sinh học tre (hoặc tràm) theo mức tỉ lệ khác nhau: 0; 2; 10; 20 tấn/ha Diện tích chậu trồng 0,042 m2, khối lượng đất chậu 0,35 kg, chậu gieo hạt cải, sau ngày loại bỏ giữ lại khỏe mạnh Các nghiệm thức bón phân hóa học mức khuyến cáo 70-50-35 kg N-PK/ha (Thi Hùng, 2005) Bón phân giai đoạn 12, 19 26 ngày sau trồng Theo dõi ghi nhận tiêu sinh trưởng Thu mẫu khí N2O CH4 vào tuần 1, 2, 3, sau trồng Phương pháp thu mẫu Phương pháp thu mẫu khí thực theo phương pháp Parkin et al., (2003).Tần suất thu mẫu lần/tuần Thời gian thu mẫu cố định khoảng từ đến 11 sáng Các bước thu mẫu gồm: Lấy mẫu to (ngay sau đặt buồng khí ), t1, t2 thời điểm sau 10 phút, 20 phút với cách lấy mẫu tương tự mẫu to Sau lấy mẫu ghi chép thông số nhiệt độ thời điểm lấy mẫu vào phiếu theo dõi Nồng độ CH4 N2O xác định sắc ký khí (SRI 8610C) trang bị detector ion hóa lửa (FID) detector bắt giữ điện tử (ECD) 3.3.3 Tính tốn lượng phát thải Cường độ phát thải khí CH4 N2O (mg/m2/giờ) tính tốn theo cơng thức sau Parkin et al., (2003) Trong đó: ∆C thay đổi nồng độ khí CH4 N2O khoảng thời gian ∆t; v A thể tích hộp lấy mẫu khí diện tích đáy hộp đo khí; M khối lượng nguyên tử khí đó; V thể tích chiếm mol khí nhiệt độ áp suất tiêu chuẩn (22,4L); P áp suất khí (mbar), P0 áp suất tiêu chuẩn (1.013 mbar); Tkelvin: 273 + Ttb; Ttb = (T0 + T1 + T2 + T3)/4 Tổng phát thải CH4 tính tốn dựa vào cơng thức sau Parkin et al., (2003) = (n2 − n1) × Fn1+Fn2 + (n3 − n2) × Fn2+Fn3 + ⋯ (nc − ns) × Fnc+Fn x2 2 Trong đó: n1, n2, n3 ngày lần lấy mẫu thứ 1, 3; nx ngày lấy mẫu lần thứ x trước lần lấy mẫu cuối cùng, nc ngày lần lấy mẫu cuối Fn1, Fn2, Fn3, Fnx, Fnc lượng phát thải trung bình ngày khí CH4 (mg.m- 2.ngày-1) ứng với ngày lấy mẫu n1, n2, n3, nx nc Dựa vào cách tính IPCC (2007), tính tốn tiềm nóng lên tồn cầu thông qua việc quy đổi tất loại khí CO2 tương đương (CO2eq): Hệ số quy đổi N2O về: CO2eq = N2O × 298 Hệ số quy đổi CH4 về: CO2eq = CH4 * 25 (3.12) Tổng lượng phát thải khí nhà kính tính theo cơng thức sau: GWP (kg CO2eq /ha )= Phát thải CH4* 25 + Phát thải N2O × 298 (3.13) CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU NỘI DUNG TÍNH CHẤT VẬT LÝ- HỐ HỌC CỦA THAN SINH HỌC ĐƯỢC TẠO TỪ TRE VÀ TRÀM Than sinh học tre tràm nung 700°C có cấu trúc xốp, có diện tích bề mặt riêng (BET) 357,5 283,9 (m 2/g) Bên cạnh đó, TSH tre, tràm cịn có CEC nằm khoảng 14,34-15,12 cmolc/kg, đồng thời chứa nhóm chức –OH, –COOH Ngồi ra, TSH tre, tràm có EC thấp (dưới 246 S/cm), lượng tro (