Luận án tiến sĩ khoa học môi trường: Đánh giá nguy cơ môi trường do sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định

Mặc dù mỗi quan hệ tuyếntính thuận giữa quá trình rửa trôi NOs’, phát thải NaO và tỷ lệ phân đạm đã được xác nhận một cách rõ ràng, tuy nhiên, các nghiên cứu cụ thé theo vùng là cần thiế

ĐẠI HỌC QUOC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lý Thị Thu Hà

LUAN AN TIEN SI KHOA HOC MOI TRUONG

Hà Nội — 2023

ĐẠI HỌC QUOC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lý Thị Thu Hà

Chuyên ngành: Môi trường đất và nước

Mã số: 9440301.02

LUẬN AN TIEN SĨ KHOA HOC MOI TRUONG

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC:

1 PGS.TS Nguyễn Thi Hà

2 PGS.TS Ngô Thế Ân

Hà Nội — 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quảnghiên cứu trong luận án được đánh giá và phân tích một cách khách quan Các số

liệu tham khảo trong luận án này được trích dẫn đầy đủ.

TÁC GIÁ

Lý Thị Thu Hà

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc của mình tới tậpthé hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Thị Ha và PGS.TS Ngô Thế An, là nhữngngười đã gợi mở cho tôi các ý tưởng khoa học và hướng dẫn tôi trong suốt thời giannghiên cứu luận án bằng tất cả tâm huyết và sự quan tâm hết mực của người thầy đến

nghiên cứu sinh.

Tôi xin cảm ơn, Bộ môn Công nghệ môi trường, Khoa Môi trường, Trường

Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã truyền đạt và bồi dưỡngcho tôi những kiến thức, phương pháp học tập và nghiên cứu chuyên môn trong suốt

thời gian tôi thực hiện nghiên cứu tại Bộ môn, Khoa và Nhà trường.

Đặc biệt cảm ơn các anh, chị, em trong Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ môi trường, Khoa Tài nguyên và môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã

giúp đỡ tôi rất nhiều về cơ sở vật chất, trang thiết bị thí nghiệm, để tôi hoàn thành tốt

chương trình nghiên cứu của mình.

Tôi cũng xin cảm ơn Dự án DeltA dapt đã tài trợ cho nghiên cứu này và hỗ trợ

chuyên gia trong bố trí thí nghiệm, thu thập và phân tích số liệu

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, những người thân luôn động viên về tinhthần, thời gian và vật chất để tôi có động lực trong công việc vả nghiên cứu khoa học

TÁC GIÁ

Lý Thị Thu Hà

il

MO 6271055 ÔỎ 1

1 Tính cấp thiết của luận áin - ¿22 2 E+SE££E£+EE+EE£EEEEEEEEEEEEEEErEErrkrrkrree 1

2 Mục tiêu của luận áñn - - - 2 2211111111223 1111 1 91111111 ven vn 3

3 Nội dung nghiên cứu của luận án - - - 5 + 1S SH ng ngư4

4 Y nghia khoa hoc va thuc tiễn của luận AN oe eeeseseseseesessscesesetseseeeees 4

Al Y nghĩa khoa hoc của luận At eeeesceeseescceseeeseceseeseeeseeesecseeeseenseeeeeeseeeeeees 4

42 Ý nghĩa thực tiễn của luận ấn ¿2 2S SE+E£EE+E£EEEEEEEEEEEEEEErEerkrrrrree 45 Điểm mới của luận án - 2c ©s£++£+EE+EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkrrkervee 5

Chương I TONG QUAN CÁC VAN DE NGHIÊN CUU . 2 6

1.1 Thuat ngữ, khái niệm sử dung trong luận án - 25s << s++vexsses 6

1.2 Nhu cầu sử dụng phân đạm và hệ quả môi trường của sử dung phân đạm

trong hệ thống nông nghiỆp - 2-2 2© 2£ EE+EE+EE£EEE2EEEEEtEEEZEErExerkrred 71.2.1 Dạng tôn tại của nito trong hệ thống nông nghiệp -2 ¿ 5¿55+¿ 71.2.2 Nhu cau và hiệu quả sử dụng phân đạm cho trồng cây hang năm 91.2.3 Ảnh hưởng của sử dụng phân đạm đến môi trường -:-5+ 171.3 Đánh giá nguy cơ và rủi ro môi trường do sử dụng phân đạm trên đất

trồng cây hàng năm ¿2-52 £+E+EE£EE£EEEEEE2E12717112112117171.211 1xx rxe 241.3.1 Các phương pháp sử dụng trong đánh giá rủi ro rửa trôi nitơ từ đất trồng

cây hàng năm tới nước dưới đất - ¿- ¿+ k+Sx+E++EE£EE+EEEEEEEerEerkerkrrsres 241.3.2 Các phương pháp định lượng khí nhà kính phát thải từ đất trồng cây

WANG NAM 8 32

1.4 Nghiên cứu xác định nguy co và rủi ro môi trường do sử dụng phân dam

trong trồng cây hàng năm trên Thế giới và Việt Nam -: 37

1H

1.4.1 Nghiên cứu ứng dụng DRASTIC xác định tổn thương nitrat trong nước

ngầm do sử dụng phân đạm trong nông nghiỆp 2 ¿2 5 s+z++5s2 371.4.2 Nghiên cứu xác định nguy cơ phát thải khí nhà kính từ đất nông nghiệp

do sử dung phân đạm trong trồng trỌ( 2-2 2 2252££+E££E+£Eerxerxerszrs 421.5 _ Tổng quan về đất trồng cây hang năm và tài nguyên nước dưới đất tỉnh

892101277 —= 49

1.5.1 Hiện trạng dat trồng cây hang năm tỉnh Nam Định - ¿5+49

1.5.2 Địa chất thủy văn và tài nguyên nước dưới đất tinh Nam Định 511.6 Danh giá tông quan và các van dé luận án góp phan giải quyết 53Chương 2 DOI TƯỢNG, PHAM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 572.1 _ Đối tượng nghiên CỨU - - + S2SE+SE+EESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrkrree 57

2.2 Phạm vi nghiÊn CỨU - - S111 1v kg HH rưy 57 2.2.1 Phạm vi không gØ1an - - ó5 + 1x TH ng krưy 57 2.2.2 Phạm Vi thời Ø141 G Ă 111v 1H HH no HH rưy 58

2.2.3 Trinh tự thực hiện nội dung và khung nghiên cứu . -««++<<+++ 58

2.3 Phương pháp nghiÊn CỨU S< +13 EE91123 E111 111 1 1n ng ng rệt 59

2.3.1 Phương pháp thu thập dữ liệu 5 5c 225 32232 ESEESEEsssrerssrresrrrsee 59

2.3.2 Phương pháp lay mẫu và phân tích mẫu - 2-2 ++2+£+£++zx+rxzzsz 612.3.3 Phương pháp đánh giá rủi ro ô nhiễm nước dưới đất liên quan đến sử

dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm 2-2252 22 ++£xzse2 642.3.4 Phương pháp đánh giá nguy cơ môi trường liên quan đến phát thải khí

nhà kính do sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm 742.3.5 Phương pháp tinh cân bằng và hiệu quả sử dung nitơ -5 792.3.6 Phương pháp thống kê, xử lý số liệu, phân tích tong hợp 84Chương 3 KET QUÁ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN . 853.1 Hiện Trạng trạng sử dụng đất và bón phân đạm trên đất trồng cây hàng

năm tại huyện Giao “TÏhỦyy - c1 3 9 2 91H TH HH HH nh nh rư 85

3.1.1 Hiện trạng sử dung đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thuy 853.1.2 Kĩ thuật canh tác và hiện trang sử dụng phân đạm trên đất trồng cây

hàng năm huyện Giao Thuỷ c1 n3 9 33 11 Triệt 89

iv

3.1.3 Hiện trạng thành phan nitơ trên các loại sử dụng đất trồng cây hàng năm 943.2 Nguy cơ ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất Tầng nông do sử dụng phân

đạm trên đất trồng cây hàng năm 2 2 +©E++E++EE£EEtrEzrerrxerxerxee 973.2.1 Đánh giá tôn thương nước dưới đất tang nông tại huyện Giao Thủy 97

3.2.2 Đánh giá nguy cơ ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất từ hoạt động bón

phân đạm trên đất trồng cây hàng năm 2 2 2 E+cx+EE+E+zEzEzxeei 1063.2.3 Đánh giá rủi ro nước dưới đất tang nông tại huyện Giao Thủy 111

3.2.4 Độ tin cậy của mô hình đánh giá nguy co 6 nhiễm nitrat trong nước dưới

đất tang nông áp dụng cho huyện Giao Thủy 2: 2 5 z+sz+see: 1133.3 Nguy cơ phát thải khí nhà kính nitơ oxit (n2O) từ đất trồng cây hàng

cây hàng năm tại huyện Giao THUDY - ¿5c + + ssvxeereeerrrerrerrrke 147

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, - <2 s2 ©s<ss£©ss£essersevssersserseessersee 157

I KÉTLUẬN Ă-5Ă 252cc 157

2 KIÊN NGHỊ, -©2c 22c 221 2212211221212 cEcrkrrree 158DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIÁ LIÊN

QUAN DEN LUẬN ÁN 2-5 SE 212E1217121111211111111 1111 cre 160TÀI LIEU THAM KHẢO - 2-22 ©5£22E2E2‡EE2SEEE2EEE2112711221211211221 21c ee 161PHU LUC A VI TRÍ LAY MAU VA SO LIEU SƠ CẤP -2©22752 55c: iPHU LUC B MOT SO HINH ANH NGHIÊN CỨU 2- +: xxvi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VA CHỮ VIET TAT

Chữ/ký hiệu Tiếng Việt Tiếng Anh

BDKH Biến đổi khí hậu

CF Yếu tố kiểm soát Control Factor

COP Hội nghị các bên Conference of the parties

CV Dat chuyén rau

DI Chi số ton thương DRASTIC DRASTIC Index

DRASTIC Mô hình đánh giá ton thương Depth of water (D), net

nước dưới đất với 7 lớp đữ liệu: recharge (R), aquifer media(Độ sâu mực nước dưới đất (D), (A), soil media (5),lượng nước tái nạp thực (R), môi topography (T), the impact oftrường tang chứa nước dưới đất the vadose zone (I) and

(A), thành phần cơ giới đất (S), hydraulic conductivity (C)

địa hình (T), đới thông khí (1) va

độ thâm thủy lực (C)

ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long

ĐBSH Đồng bằng sông Hồng

ĐTCHN Dat trồng cây hàng năm

FRR Đất trồng lúa không nhiễm mặn

GSO Tổng cục thống kê General Statistic Office

HF Yếu tố nguy cơ Hazard Factor

HI Chỉ số nguy cơ Hazard index

IPCC Uy ban Liên chính phủ về biến đổi Intergovernmental Panel on

khí hậu Climate Change

IPNOA Chỉ số nguy cơ ô nhiễm nitrattừ The agricultural nitrate

nông nghiệp hazard index

vi

Chữ/kýhiệu Tiếng Việt Tiếng Anh

KNK Khí nhà kính

LUTs Các loại sử dung đất Land use types

NDĐ Nước dưới đất

NUE Hiệu quả sử dụng nito Nitrogen use efficiency

NVZ Vùng dé bi tôn thương do nitrat Nitrate Vulnerable Zone

RI Chi số rủi ro Risk index

RMSE Sai số bình phương trung bình Root mean square error

RV Dat luân canh rau — lúa

SIA Tích lũy tổng hợp Self-Integrating

Accumulators

SRR Đất trồng lúa bị nhiễm mặn

TN Tổng nitơ Total nitrogen

vii

Bang 1.1.

Bang 1.2.

Bang 1.3.

Bang 1.4.

Bang 1.5.

Bang 1.6.

Bang 1.7.

Bang 1.8.

Bang 2.1.

Bang 2.2.

Bang 2.3.

Bang 2.4.

Bang 2.5.

Bang 3.1.

Bang 3.2.

Bang 3.3.

Bang 3.4.

Bang 3.5.

Bang 3.6.

Bang 3.7.

Bang 3.8.

Bang 3.9.

DANH MUC CAC BANG

Nhu cầu sử dụng phân đạm trên Thế giới và Chau A đến năm 2017

và dự báo đến năm 2020 -c¿++c2++cttttEkkrrrtrtrtirrrrrtrirrrrrrieg

Lượng phân N bón cho lúa trên thế giới - 2 2s + s+zs+zszsz

Lượng phân đạm sử dụng trong canh tác tại Việt

Nam -Luong N khuyén cáo su dung đối với một số loại rau tại Việt Nam

Hệ số phát thải N2O đối với đất nông nghiệp trên Thế giới

Diện tích đất nông nghiệp tỉnh Nam Định -. -2¿ 25252 Diện tích đất trồng cây hàng năm tinh Nam Định

-Tổng hợp trữ lượng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Nam Định

Phương pháp phân tích các thông số đánh giá

đất -Phân chia mức độ tôn thương NDD theo phương pháp DRASTIC

Phân lớp, giá tri và mô tả nguy cơ môi trường IPNOA

Thời vụ và phân bón cho cây trồng hàng năm 5: 5522 Tóm tắt phương pháp tính toán cân bằng N trong các loại sử Một số loại phân đạm hóa học sử dụng phổ biến trong trồng cây hàng năm tại huyện Giao TÏhỦyy - - 5s +1 nh ngư So sánh lượng phân đạm bón thực tế và theo hướng dẫn (khuyến cáo) đối với cây trồng hàng năm .2- 2+ 2¿©++x++zxzx+srxesrxez Đặc tính đất canh tác huyện Giao Thủy (n =3) -<css<ssx Đánh giá thông số độ sâu mực nước dưới đất 5: 5 s52 Kết quả tính lượng nước tái nạp tại huyện Giao

Thủy -Đánh giá thông số lượng nước tái nạp hàng năm

. viii

Kết quả xác định thành phần cơ giới đất của các phẫu diện đất tại

huyện Giao Thủy (n —222) - - s knhnHnHnHnHnHggnnnrnrệp

Kết quả đánh giá tham số thành phan cơ giới Đánh giá thông số đới thông khí 2 ¿5 5 s+£x+£++£z£z£zcxezKết quả đánh giá tham số độ thắm thủy lực 2-2 25+:Điểm số các lớp và chỉ số DI đánh giá tinh dé bị ton thương nội

đất -tại nước dưới đất đất -tại huyện Giao Thuy theo mô hình DRASTIC Lượng phân đạm bón tính theo diện tích đất tự nhiên tại huyện

€8) 21155 Ô.

Điểm số yếu tố nguy cơ tại huyện Giao Thủy - 2s:Đánh giá yếu tô kiểm soát Nts trong đất và kĩ thuật tưới Đánh giá yếu tô kiểm soát thực hành nông học và khí hậu Chỉ số nguy cơ và đánh giá mức độ nguy cơ ô nhiễm nitrat trong

nước dưới dat tại huyện Giao Thủy 2-22 s+cxccxezzsrsrredĐánh giá rủi ro ô nhiễm nitrat tới nước dưới đất tầng nông tại

j0/25I86108010) 1157 Ố=ỐỐÔ

Độ nhạy của các yếu tố đầu vào trong mô hình DRASTIC và

IPNOA áp dụng cho huyện Giao ThủỦy -S-ccc«seecseeeexke

Phát thải N2O trung bình và tổng tích lũy từ các ruộng chuyên lúa

Ảnh hưởng của các mức sử dụng phan bón N đến phát thải NoO Cân bang nitơ đất trồng cây hang năm huyện Giao Thủy Tóm tắt tỉ lệ % các nguồn N đầu vào và đầu ra trong đất trồng

cây hàng năm huyện Giao Thủy - Ă SSe*+ssissireree

Hiệu quả sử dụng phân N trên các loại sử dụng đất trồng

2201415000277

Đề xuất lượng đạm bón trên đất trồng cây hàng năm tại huyện

€0 201177

ix

DANH MỤC CÁC HINH VE, DO THỊ

Sự biến đổi của khoáng N trong dat dẫn đến phát thải N›O và rửa

trôi NOs qua các con đường khác nhau - -¿- «5s +s£+s£+sxsesserse 9

Sơ đồ khu vực nghiên CỨU 2-2 ¿+ +k+SE+EE£EE£EE2EEECEEerkerkerxrreee 58

Khung logic các nội dung và phương pháp chính của luận án 59

Khung đánh giá rủi ro ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất 70

VỊ trí thí nghiệm đo NaO trên DTCHN tại huyện Giao Thủy 74

Lắp đặt buồng thu khí tại thực địa, (a): Buong thu khí tại ruộnglúa, (b): buồng thu khí tại ruộng rau, (c): cầu gỗ dẫn từ bờ ruộngtới buồng thu Khí - - 2-2 2 2 S££E+E£EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkerkerkrei 76Lịch thời vụ và ngày bón phân, lay mẫu đất trên SRR và FRR 78Lich thời vụ và ngày bón phân, lay mẫu dat trên RV và CV 79

Sơ đồ dòng trong tính toán cân bang nito trên LUTs tại huyện

€0 7 79

Sơ đồ mô tả nguyên lý của phương pháp SIA -5- 5-52 82

Tỷ lệ (%) số hộ canh tác theo các nhóm cây trồng chính tại huyện

€0 ð ấn 86

Lượng phân dam sử dụng đối với một số cây trồng chính tại huyện

Giao Thuy (10 75/01Ẽ7 Ầ.Ầ 91

Lượng N bón trong một số loại sử dung đất trồng cây hang năm

tại huyện Giao Thủy (1=130) c Sc 1x Hee 92

Sự biến thiên NOz-N (a), NH¿*-N (b) va Nts (c) trong đất theo

thời gian ở 4 loại sử dụng đất (CS 0) GQnSS SH se, 95

Ti lệ phần trăm NO3-N và NH¿*-N trong đất chuyên rau và đấtrau -lúa (A) và trong đất lúa (B) so với Nts trong đất 96Ban đồ các lớp tổn thương va chi số ton thương nội tai nước dưới

đất theo mô hình DRASTIC c¿-222cc+evEEvterrrrrkkerrrrrrkeed 105Bản đồ chỉ số nguy cơ ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất tại huyện

Giao Thủy theo mô hình IPNOA 25c SĂSSsSssisssereesee 111

Hàm lượng NO; trong nước dưới đất tại huyện Giao Thủy (n = 6)

Mối quan hệ giữa hệ số rủi ro (RI) và nồng độ NOz' trong nước

dưới đất huyện Giao Thủy (n=130) - 2c s+cx+c++czzxezxecxeeTốc độ và tích lũy phát thải N›O từ đất chuyên canh lúa (n=27) Tốc độ và tích lũy phát thải N2O từ đất luân canh và chuyên canh

TAU (1 220 -.aaA.Ặ lBầ in.

Ban đồ phát thải N›O từ các loại sử dụng DTCHN chính của huyện

€8) 20011757 Ả

Tích lũy thải N2O từ các loại sử dụng đất và công thức bón phân

Tương quan giữa lượng phân bón và phát thải NzO trên DTCHN tại huyện Giao TỦ - sgk

Tương quan Person giữa các thông số môi trường đất với lượng

N2O phát thải trong mô hình chuyên canh rau - -‹ -«<+

Tương quan Person giữa các thông số môi trường đất với lượng

NÑaO phat thải trong mô hình RV - 5 55 + + skrserserrrrske

Tương quan Person giữa các thông số môi trường đất với lượng

N2O phát thải trong mô hình FRR - 555 sS+ssscrssreereses

Tương quan Person giữa các thông số môi trường đất với lượng

N2O phát thải trong mô hình SRR 555cc S+ssscrssreereses

So sánh tỉ lệ phát thai Ñ2O giữa các loại LỮT 5555

Nhiệt độ đất, độ âm đất LUTs thời điểm lây mẫu KNK N:O (0-10 cmchiều sâu) (n=27) (A) và điều kiện khí tượng huyện Giao Thủy (B) Lượng nitơ đầu vào và đầu ra trong các loại sử dụng đất trồng cây

hàng năm huyện Giao TÏhỦy - 5c +13 ksrsekeeeeersrersee

Tổng lượng N thất thoát khỏi đất nông nghiệp huyện Giao Thủy

(từ rửa trôi, phát thai khí NH3, Na, NO và N:©Ò)

XI

Hình 3.24 Ban đồ Nito thất thoát từ DTCHN và rủi ro 6 nhiễm nitrat nước

dưới dat (RI), phát thải khí N2O vào khí quyền huyện Giao Thủy 145Hình 3.25 Bản đồ hiệu quả sử dụng phân bón và rủi ro ô nhiễm nitrat nước

dưới dat (RI), phát thải khí N2O vào khí quyền huyện Giao Thủy 52Hình 3.26 Tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính do tái sử dụng rơm rạ tại

0/9086/1008000ã)2000272577 — a 155

xii

MỞ ĐẦU

1 TINH CAP THIẾT CUA LUẬN AN

Nito (N) là thành phan dinh dưỡng quan trọng quyết định sự phát triển va năngsuất của cây trồng Thách thức lớn trong các hệ thống sản xuất nông nghiệp là kếthợp sản xuất thâm canh với hiệu quả sử dụng phân đạm (NUE) cao Việc sử dụng đấtnông nghiệp với cường độ cao hiện nay ở một số nước đã và đang gây ra các vấn đềmôi trường Nguyên nhân chủ yếu là do tăng lượng phân đạm sử dụng cho hệ thốngcanh tác Tỷ lệ bón phân đạm trung bình toàn cầu lên đến 220 kgN/ha.vụ, được ápdụng rộng rãi trong sản xuất rau dé tôi đa năng suất cây trồng [Rezaei Rashti, 2015].Các nghiên cứu cho thấy trong thời gian sinh trưởng, cây trồng thường chỉ hấp thu

được 50% lượng phân đạm bón [Lassaletta, 2014, Martinez-Feria, 2018], 50% lượng

còn lại tồn lưu trong môi trường, gây ra các van dé cho môi trường nước và biến đồikhí hậu cùng một số tác động khác tới sức khỏe con người [Lassaletta, 2016] Luong

N dư thừa có thê bị mất khỏi hệ thống đất - cây trồng do quá trình khử nitrat ở dạng

dinito (N›), nito oxit (N20) và oxit nitric (NO), do bay hơi amoniac (NH3), hoặc do quá trình rửa trôi nitrat (NO3°) [Bouwman, 2013] Trong đó, rửa trôi NO3 và phat thải

N2O là mối quan tâm đặc biệt vì NOs đang là tác nhân phô biến gây ô nhiễm nướcdưới đất trên toàn Thế giới [Zhou, 2015; Wang, 2019] và NoO là một khí nhà kínhquan trọng có khả năng gây nóng lên toàn cầu cao gap 265 lần so với CO2 trongkhoảng thời gian 100 năm [IPCC, 2019a] Dat trồng cây hàng năm (ĐTCHN) đượcxem là nguồn chính của N2O trong khí quyền, hiện đóng góp khoảng 60% lượng khíN2O toàn cầu từ hoạt động của con người [Saha, 2021]

Lượng NO; rửa trôi và N2O phat thải từ sản xuất nông nghiệp bị ảnh hưởngđáng kể bởi các biện pháp quản lý phân bón và nước Ngoài ra, rửa trôi NOx, phátthải NaO cũng có sự biến đổi lớn về không gian và thời gian, do sự thay đổi trong sửdụng đất, quản lý nông nghiệp, sự sẵn có của thành phần dinh dưỡng trong đất và địa

hình [Schelde, 2012] Do đó, phép ngoại suy các phát hiện từ nơi này hoặc khoảng

thời gian này sang nơi khác hoặc khoảng thời gian khác có thê dẫn đến sự đánh giá

quá thấp hoặc quá mức nghiêm trọng mức độ phát thải Mặc dù mỗi quan hệ tuyến

tính thuận giữa quá trình rửa trôi NOs’, phát thải NaO và tỷ lệ phân đạm đã được xác

nhận một cách rõ ràng, tuy nhiên, các nghiên cứu cụ thé theo vùng là cần thiết dé xácđịnh các biện pháp quản lý phân đạm tối ưu trong nông nghiệp nhằm giảm NO; rửatrôi và giảm N›O phát thải trong khi vẫn duy trì hoặc tăng năng suất cây trồng, đặcbiệt đối với các vùng khí hậu nhiệt đới mà dữ liệu cho đến nay vẫn còn chưa đầy đủ

[Snyder, 2009; Wang, 2011]; [Richards, 2016 ]; [Aliyu, 2018].

Hiện có nhiều phương pháp đánh giá nguy cơ ô nhiễm nước dưới đất (NDĐ)tang nông do sử dụng phân đạm trên đất nông nghiệp va mức phat thai NzO Trong

đó, phương pháp ứng dụng mô hình DRASTIC, IPNOA đánh giá nguy cơ ô nhiễm

nước dưới đất tầng nông và phương pháp buồng tĩnh đo NaO phát thải là phương phápphổ biến [Zaman, 2021], thé hiện được ưu thé vượt trội do tính hệ thống và năng lựcphân tích không gian đồng bộ Mô hình DRASTIC và IPNOA đã được ứng dụng rộngrãi ở Hoa Kỳ [Fritch, 2000]; Bồ Đào Nha [Pacheco, 2015]; Malaysia [Kura, 2015];Iran [Barzegar, 2019]; Ethiopia [Alamne, 2022]; An Độ (Chakraborty, 2022] vaTrung Quốc [Yu, 2022] Mô hình DRASTIC cũng đã được áp dụng tại Việt Nam[Bùi Trần Vượng, 2004; Nguyễn Đình Tiến, 2007; Phạm Quý Nhân, 2014] Tuy

nhiên, các công trình này mới chỉ dừng lại ở đánh giá tính rủi ro chung cho toàn khu

vực, chưa có công trình nào đánh giá tôn thương, nguy cơ từ khu vực dat trồng câyhàng năm, nguồn gây ra ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất, và chưa đánh giá day đủ

về độ tin cậy của mô hình áp dụng Vì vậy, cơ sở khoa học ứng dụng những mô hình

này tại Việt Nam vẫn cần tiếp tục nghiên cứu, phát triển.

Huyện Giao Thủy nằm ở vùng ven biển của tỉnh Nam Định, tiếp giáp với cửasông Hong, trên nền đất phù sa mầu mỡ nên rat thuận lợi cho canh tác nông nghiệp.Nhằm sử dụng đất có hiệu quả và thích ứng với biến đôi khí hậu, đặc biệt với các xãvùng ven biển bị xâm nhập mặn, huyện Giao Thủy nói riêng và tỉnh Nam Định nóichung đã xây dựng chính sách chuyền đổi từ các mô hình trồng lúa kém hiệu quảsang trồng rau, trồng màu hoặc kết hợp lúa và rau; lúa và nuôi trồng thủy sản [UBND

tỉnh Nam Định, 2020] Theo đó, sự mở rộng diện tích đất trồng mau thâm canh đã và

đang diễn ra trên một số vùng đất pha cát vàn cao [Nguyễn Thị Phương Hoa, 2021]

Tác động của việc chuyển đối cây trồng diễn ra nhanh, mạnh mẽ tại huyệnGiao Thủy đã dẫn đến sự thay đổi lớn về cau trúc và dinh dưỡng đất trong đó có thànhphần đạm Trong bối cảnh các đánh giá nguy cơ và rủi ro môi trường từ hoạt độngbón phân đạm trên đất nông nghiệp, đặc biệt đối với các loại DTCHN tại huyện làchưa đầy đủ, đánh giá rủi ro môi trường do sử dụng phân đạm trong canh tác nôngnghiệp liên quan đến rửa trôi NOx và phát thải N2O là rất cần thiết Chính vì vậy,luận án “Đánh giá nguy cơ môi trường do sử dụng phân đạm trên đất trồng câyhàng năm tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định” được thực hiện trên cơ sở kết hợpnhững phương pháp hiện đại nói trên để đưa ra giải pháp quản lý rủi ro môi trườngđối với nước dưới đất tầng nông và giảm thiêu phát thải khí nhà kính trên địa bàn

nghiên cứu.

2 MỤC TIEU CUA LUẬN ÁN

Mục tiêu chung:

Đánh giá được nguy cơ, rủi ro môi trường từ nito (dang NOs’) rửa trôi tới nước

dưới dat tang nông và khí nhà kính (NaO) phát thải liên quan đến sử dung phân đạmtrên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định

Mục tiêu cụ thể:

(1) Nghiên cứu được hiện trang sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm

tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định.

(2) Nghiên cứu được nguy cơ, rủi ro rửa trôi NOs tới nước dưới đất tang nông

và phát thải khí nhà kính NaO liên quan đến sử dụng phân đạm trên dat trồng cây

hàng năm tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định.

(3) Đề xuất được một số giải pháp quản lý rủi ro môi trường thông qua đánhgiá cân bằng N trên đất trồng cây hang năm nhằm giảm thiểu rửa trôi NOx tớinước dưới đất tầng nông và phát thải khí nhà kính NaO tại huyện Giao Thủy,

tỉnh Nam Định.

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

Luận án được thực hiện với 4 nội dung chính như sau:

Nội dung 1: Hiện trạng sử dụng đất và bón phân đạm trên đất trồng cây hàng

năm tại huyện Giao Thủy.

Nội dung 2: Đánh giá nguy cơ, rủi ro rửa trôi nitrat tới nước dưới đất tang nôngliên quan đến sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy

Nội dung 3: Đánh giá lượng khí nhà kính (N2O) phát thải liên quan đến sửdụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy

Nội dung 4: Đề xuất giải pháp giảm thiểu nguy cơ, rủi ro rửa trôi nitrat tớinước đưới đất tầng nông và phát thải khí nhà kính NaO tại huyện Giao Thủy

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIEN CUA LUẬN AN

4.1 Ý nghĩa khoa học của luận án

Luận án đã góp phần bố sung thông tin và bộ số liệu về hiện trạng sử dụngphân dam, dữ liệu về lượng khí nhà kính N2O phát thải trong các loại sử dụng đấttrồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy, tinh Nam Định — một trong các khu vựcven biển chịu tác động mạnh mẽ của biến đổi khí hậu Đồng thời, luận án cũng bốsung cơ sở khoa học về nguy cơ, rủi ro môi trường liên quan đến rửa trôi NOs tớinước đưới dat tầng nông và phát thải khí nhà kính N2O tới bầu khí quyên do sử dungphân đạm trong thâm canh trên đất trồng cây hàng năm

4.2 Ý nghĩa thực tiễn của luận án

Kết quả của luận án cung cấp thông tin tham khảo cho địa phương khu vựcnghiên cứu xây dựng kế hoạch cắt giảm khí nhà kính theo cam kết “Đóng góp doquốc gia tự quyết định của Việt Nam”, trong đó bao gồm các hệ số sử dụng trongkiểm kê khí nhà kính và các biện pháp bón phân hợp lý giảm phát thải, áp dụng trựctiếp cho canh tác một số cây hàng năm chính tại địa bàn nghiên cứu

Kết quả của luận án cung cấp thông tin về nguy cơ, rủi ro môi trường liên quanđến sử dụng phân dam trong canh tác nông nghiệp đối với nước dưới dat tang nông

và phát thải KNK, góp phần xây dựng cơ sở cho những chính sách sử dụng hợp lýphân đạm trong canh tác nông nghiệp nhằm bảo vệ môi trường.

5 DIEM MỚI CUA LUẬN ÁN

- Đã đánh giá được nguy cơ, rủi ro ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất tầngnông tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định liên quan đến lượng và cách thức bón phânđạm tương ứng với các loại sử dụng đất trồng cây hàng năm Đồng thời đã đưa rađược mối tương quan giữa kết quả đánh giá rủi ro và mức độ ô nhiễm nitrat trongnước đưới đất tầng nông

- Đã đánh giá được mối quan hệ giữa lượng phân đạm sử dụng trên đất trồng

cây hang năm tại huyện Giao Thuy với lượng khí nhà kính N2O phat thải.

- Đã bước đầu tính toán được cân bang nito, từ đó chi ra được hiệu quả sửdụng phân đạm khác biệt giữa các loại sử dụng đất trồng cây hàng năm trong mối liên

hệ với nguy cơ ô nhiễm NOz trong nước dưới đất tầng nông và phát thải khí nhà kínhN2O làm cơ sở đề xuất các giải pháp giảm rửa trôi NOx và phát thải N›O

CHUONG I

TONG QUAN CAC VAN DE NGHIEN CUU

1.1 THUAT NGỮ, KHÁI NIEM SỬ DUNG TRONG LUẬN ÁN

Dat trồng cây hàng năm: đất trồng cây hang năm (ĐTCHN) là loại đất được

sử dụng cho mục đích gieo trồng, thu hoạch và kết thúc chu kỳ sản xuất trong thời giankhông quá 1 năm Theo đó, DTCHN sẽ thuộc nhóm đất nông nghiệp và bao gồm:

+ Dat trồng lúa: gồm loại đất chuyên trồng lúa nước, đất trồng lúa nước cònlại và đất trồng lúa nương

« Những loại đất được sử dụng vào trong mục đích trồng các loại cây hàngnăm khác (Thông tư số 27/2018/TT-BTNMT ngày 14/12/2018 của Bộ Tài nguyên

và Môi trường quy định về thống kê, kiểm kê đất đai và lập bản đồ hiện trạng sửdụng đất”)

Dat nhiễm mặn: Dat nhiễm mặn từ quan điểm nông nghiệp, là đất đó có tồntại các loại muối hòa tan ở một nồng độ cao hơn bình thường, gây ảnh hưởng xấu đếncây trồng Hiện nay, dé đánh giá độ mặn của dat, trên thế giới người ta dùng đại lượng

EC là độ dẫn điện của đất, có đơn vị là dS/m (1dS/m = 0,64%o) Dat mặn là nhữngloại đất có độ dẫn điện lớn hơn 4 dS/m ở 25°C tương đương với nồng độ mudi hòa

tan khoảng 2,56 %o (cách tính thông thường tại Việt Nam)

Nước dưới đất: Nước dưới dat (NDĐ) gồm tat cả nước tồn tại dưới dạng khácnhau phân bố trong các chỗ trống, các khe nứt của đất đá nằm dưới mặt đất trong đónước có thê được lưu giữ Nước dưới đất có diện tích phân bồ rộng rãi từ vùng 4mướt cho đến các sa mạc, ở núi cao, vùng cực của Trải đất

Nước dưới dat tầng nông (Tang chứa nước lỗ hồng Holocen (qh2)): là tầngchứa nước nông (tang chứa nước thứ nhất ké từ mặt đất)

Nguy cơ: là bất kì tác nhân nào có thê gây tổn hại sức khỏe và tính mạng chocon người, hay gây thiệt hại về tài sản hoặc môi trường

Rui ro: là một sự kiện, tác động tiêu cực không thê đoán trước được về khả

năng xảy ra, thời gian và vi tri cũng như mức độ nghiêm trọng và hậu quả của nó Rui

ro được xác định là sự kêt hợp giữa xác suât hoặc tân suât xảy ra của một môi nguy

hiêm và mức độ hậu quả cua sự cô xảy ra Rui ro môi trường là những môi đe dọa có

thê gây hại cho cả môi trường sống và con người

Đánh giá rủi ro là quá trình khoa học trong đó các rủi ro gây ra bởi các mốinguy hiểm vốn có liên quan đến quá trình hoặc các tình huống được ước tính theođịnh lượng hoặc định tính Ví dụ, trong vòng đời của rủi ro hóa học có thể phát sinhtrong quá trình sản xuất, phân phối, sử dụng, tái chế hoặc xử lý Đánh giá rủi ro đượcthực hiện để kiểm tra tác động của một chất đối với con người (Đánh giá rủi ro sức

khỏe) và hệ sinh thái (Đánh giá rủi ro môi trường).

Đánh giá rủi ro môi trường (ERA) là một quá trình xác định và đánh giá các

tác động bắt lợi đối với hệ sinh thái, động vật và con người

Tính dễ bị tốn thương của nước dưới đất là một thuật ngữ được sử dụng débiểu thị các đặc điểm tự nhiên của mặt đất xác định mức độ nước dưới đất có thé dédang bị ô nhiễm do các hoạt động của con người Tính dé bị tốn thương của NDD cóthé là nội tại hoặc cụ thé, tinh dé bị tổn thương nội tại của tầng chứa nước có thé đượcđịnh nghĩa là khả năng mà chất gây 6 nhiễm đưa vào bề mặt đất có thé tiếp cận vàkhuếch tán trong NDD

Rii ro ô nhiễm nước dưới đất: Rui ro có thé được định nghĩa là khả năngxảy ra hoặc tần suất dự kiến của một hậu quả bat lợi cụ thể Được áp dụng cho NDB,thê hiện khả năng bị ô nhiễm phát sinh từ các nguồn hoặc hoạt động có khả năng gây

ô nhiễm (được gọi là mối nguy) Mối nguy thê hiện rủi ro khi có khả năng ảnh hưởngđến thứ gì đó có giá trị (mục tiêu, trong trường hợp này là nước dưới đất)

1.2 NHU CÂU SỬ DỤNG PHAN DAM VÀ HỆ QUA MOI TRUONG CUA SUDUNG PHAN DAM TRONG HE THONG NONG NGHIEP

1.2.1 Dạng tồn tại của nito trong hệ thống nông nghiệp

Nito là một nguyên tố rất linh hoạt, tồn tại ở cả dạng vô cơ và hữu cơ, cũngnhư nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau Các dạng chủ yếu của N trong đất là amoni

(NH¿}), nitrat (NO3_) và các nitơ hữu cơ, trong đó khoảng 90-98% là dạng hữu cơ và

chỉ có ít hơn 2% dạng vô cơ [Mirzakhaninafchi, 2022] Thông qua một số quá trìnhsinh hóa, đặc biệt là các quá trình khoáng hóa và có định N, các dạng N hữu cơ và vô

cơ của đất có thé được biến đôi từ dạng này sang dạng khác Nitơ hữu cơ có liên quanđến axit nucleic, axit amin, protein và đường amino trong khi N dang vô cơ bao gồmamoni - N và nitrat — N hòa tan sẵn có dé cây trồng và vi sinh vật dé dang sử dụng,hấp thu hoặc có thê bị rửa trôi, bay hơi

Quá trình khoáng hóa xảy ra trong đất khi vi sinh vật chuyên hóa N hữu cơthành các dạng vô cơ Bước đầu tiên của quá trình khoáng hóa được gọi là quá trìnhamin hóa, trong đó vi sinh vật (chủ yếu là sinh vật dị dưỡng) phân hủy các protein

phức tạp thành các axit amin, amin trung gian va amin đơn giản hon (phản ứng 1.1).

Các vi sinh vật di đưỡng cần các hợp chất hữu cơ làm nguồn cung cấp cacbon (C) vànăng lượng Các vi sinh vật tự dưỡng có thê lấy năng lượng từ quá trình oxi hóa cácnguyên tố hoặc hợp chất vô cơ như Fe, S, NHa*, NOz-, hoặc từ năng lượng bức xạvới nguồn cung cấp C từ CO›

Amin hóa: Protein — R-NH2 + CO2 (1.1)

Quá trình amon hóa là bước thứ hai của quá trình khoảng hóa, trong đó các

nhóm amin (-NH;) được chuyền thành amoni Tương tự, các vi sinh vật (chủ yếu là

tự dưỡng) thực hiện quá trình này (phản ứng 1.2).

Quá trình amon hóa: R-NH2 + HO —› NH3 + R-OH (1.2)

Quá trình nitrat hóa là quá trình trong đó NH4* được chuyên thành NOz” và

sau đó thành NOz: Quá trình này xảy ra tự nhiên trong môi trường, với sự tham gia

của vi khuẩn (phương trình 1.3 và 1.4):

NH¿" + 3/2 O2 > NO; + 2H” + HO (1.3)

NO; +1⁄2O; > NO:_ (1.4)

Trạng thai N trong đất thay đổi tùy thuộc vào một số yếu tố tự nhiên và nhântạo, trong đó yếu tố nhân tạo thường rất quan trọng Các yêu tố nhân tạo quan trọngliên quan đến loại sử dụng đất và quản lý canh tác như kĩ thuật tưới, kĩ thuật làm đất

Hình 1.1 Sự biến đổi của khoáng N trong dat dẫn đến phát thai N2O va rửa

trôi NO3 qua các con đường khác nhau

1.2.2 Nhu cầu và hiệu quả sử dụng phân đạm cho trồng cây hàng năm

a Trên Thế giới

Tắt cả các hệ thống cây trồng như độc canh, đa canh và xen canh, đã được thựchiện trên khắp thé giới Các hệ thống đa canh phô biến hơn so với độc canh Trên thégiới, các hệ thống cây trồng chính gồm lúa - lúa mì, bông - lúa mì, ngô - lúa mì, đậutương - cây rum, mía - đậu, hướng dương - bông, v.v Ở châu Âu, hệ thống trồng lúa

mì - hạt cải dầu và lúa mì - ngũ cốc hạt nhỏ rat phổ biến [Peyraud, 2014] Ở TrungTây Hoa Kỳ, ngô - đậu tương là hai loại cây trồng luân canh chiếm ưu thế [Plourde,2013] Trong khi đó, ở châu Á, lúa - lúa mì là loại luân canh chiếm ưu thế Luân canhlúa - lúa mì chiếm diện tích khoảng 18 triệu ha ở châu Á, trong đó 75% diện tích ởđồng bằng Ấn Độ - Hangetic gồm Ấn Độ, Pakistan, Bangladesh và Nepal tương ứng10; 2,2; 0,8 và 0,5 triệu ha [Mishra, 2012] Đậu tương và ngô vụ hè được trồng luâncanh với cỏ lúa mạch đen Y, phổ biến ở các vùng cận nhiệt đới Nam Mỹ của Brazil,

Argentina, Uruguay va Paraguay [Barth Neto, 2014] Tương tự Việt Nam, Trung

Quốc có một lịch sử lâu dài về thực hành luân canh cây trồng và cảnh quan nôngnghiệp được đặc trưng bởi các cánh đồng nhỏ, cường độ canh tác cao và cây trồng đadạng Hệ thống canh tác gồm luân canh ngô - đậu tương - lúa mì ở Đông Bắc TrungQuốc, luân canh cây trồng đa dạng ở Cao nguyên hoàng thổ Tây Bắc Trung Quốc,luân canh ngô - lúa mì - đậu tương và hệ thống hai vụ lạc - lúa mì ở đồng băng BắcTrung Quốc [Zhao, 2020] Luân canh rau - lúa cũng rất phô biến, tiếp đó là hệ thốngluân canh rau — rau — rau và rau — rau Các loại rau phô biến của Trung Quốc bao gồmbắp cải, cải xanh, củ cải mùa đông, đậu Hà Lan, đậu dài và các loại dưa, cà tím, dưachuột, và một số loại khác [Liu, 2022].

Bảng 1.1 Nhu cầu sử dụng phân đạm trên Thế giới và Châu Á đến năm 2017

Dong A 41 039 41 509 41 888 42 278 42 578 42 890

Nguon: FAO, 2017

Việc tăng cường sử dụng phân bón, đặc biệt là phân đạm, đã thúc day manh

mẽ năng suất cây trồng Nhu cầu về phân đạm được dự báo sé tăng trung bình hangnăm là 1,5% từ năm 2015 đến năm 2020 Khu vực châu Á có nhu cầu về phân đạmchiếm lượng lớn so với các khu vực khác trên Thế giới, tăng từ 66,29 lên 71,48 triệutan tương ứng năm 2015 và 2020, tăng 7,8% trong giai đoạn nay (Bang 1.1) [FAO,2017] Khoảng 50% lượng phân đạm toàn cầu được bón cho các loại ngũ cốc chínhnhư: ngô (17%), lúa mì (18%) và lúa (16%) [Heffer, 2013] Các khuyến cáo về tỷ lệphân đạm tối ưu thường dựa trên các nghiên cứu thử nghiệm trước đó, phụ thuộc vào

giông, kêt cau dat và việc chuân bi luông gieo hạt.

10

Xu hướng sử dụng phân N để trồng lúa ngày càng phổ biến ở nhiều nơi trênthế giới Lượng phân N sử dụng đã tăng lên gấp nhiều lần ở các nước trồng lúa Ví

dụ, ở Ấn Độ, mức tiêu thụ phân bón N trong nông nghiệp đã tăng từ 0,44 kg/ha trong

giai đoạn 1951—1952 lên 86,2 kg/ha trong giai đoạn 2013-2014 [FAI, 2015] Tỷ lệ

tiêu thụ phân N dé trồng lúa 6 Bangladesh năm 2006 là 104 kg/ha [Shah, 2008] vàtăng lên 130 kg/ha vào năm 2021 [Islam, 2022], cho thay xấp xỉ 25% nhu cầu N cholúa cao hơn trong 15 năm qua Tỷ lệ bón N cho lúa ở Trung Quốc là 145 kg/ha vào

năm 1997 và tăng lên 300 kg/ha vào năm 2006 [Liu, 2016] Dang chú ý là tỷ lệ bón

N cao tới 360 kg/ha ở vùng hồ Taihu của Trung Quốc [Zhao, 2012] Tỷ lệ N cho lúa

ở Nepal dao động từ 54 đến 78 kg/ha [Baral, 2019], trong khi ở Ai Cập, tỷ lệ này

trung bình lên tới 270 kg/ha [Chivenge, 2021].

Châu Á là nơi đóng góp lớn nhất trong sản xuất lúa gạo của thế giới với hơn90% sản lượng Ở châu Á, lúa thường được trồng bởi các hộ nông dân Ngoài sự thiếunhận thức của người trồng lúa về việc bón phân cân đối, trợ cấp đầu vào nông nghiệpcao hơn và giá phân bón N thấp hơn đã dẫn đến lượng N đầu vào trong nông nghiệptăng vượt quá nhu cầu cây trồng [Ladha, 2005] Tuy nhiên, điều đáng chú ý là đữ liệuhiện có về tỷ lệ sử dụng phân bón cho trồng trọt ở các quốc gia khác nhau thườngmâu thuẫn và không đáng tin cậy [Chivenge, 2021] Dữ liệu về tỷ lệ sử dụng N đểtrồng lúa được trình bày trong Bảng 1.2 [Alam, 2023], cho thấy sự khác biệt lớn giữa

các quôc gia khác nhau.

Trung Quốc đứng đầu về sản lượng lúa gạo hàng năm, chiếm 29% sản lượnggạo thế giới [FAO, 2013] Tỷ lệ bón N cho lúa đã tăng lên trong 20 năm qua và việcbón phân N quá mức đã được báo cáo Ví dụ, năm 2009, Peng và cộng sự cho biết,

tỷ lệ sử dụng phân đạm trung bình để sản xuất lúa gạo ở Trung Quốc là 180 kg/ha,cao hơn khoảng 75% so với mức trung bình của thế giới [Peng, 2009] Cho đến năm

2014, Chen và cộng sự chỉ ra lượng N được bón cho lúa là 209 kg/ha, được cho là lớn

hơn 90% so với mức trung bình toàn cầu [Chen, 2014], đặc biệt, khoảng 300—

350 kg N/ha đã được áp dụng ở tỉnh Giang Tô [Sui, 2013].

11

Bảng 1.2 Lượng phân N bón cho lúa trên thế giới

STT Tên nước Lượng N bón (kg/ha/vụ)

12

trên tám tiểu vùng sinh thái nông nghiệp của Trung Quốc Kết quả cho thấy ty lệ bón

N trung bình là 210 kg/ha, dao động từ 30 đến 744 kg/ha trên các cánh đồng và từ

131 đến 316 kg/ha trên các vùng Tỷ lệ N tối ưu theo vùng được xác định từ các thínghiệm trung bình là 167 kg/ha và thay đổi từ 114 đến 224 kg N/ha cho các vùng

khác nhau [Wu, L., 2015] Nghiên cứu trên 1070 cánh đồng, Ding và cộng sự xác

định tỉ lệ phân N bón cho 1 vụ lúa là 165, 180, 160, 153 và 173 kg/ha lần lượt ở vùngtrung tâm, vùng phía đông, vùng phía Bac Trung Quốc [Ding, 2020]

Đối với rau, khoảng thời gian trồng thường rất ngắn, mức bón trung bìnhtoàn cầu là 220 kgN/ha mỗi vụ, được áp dụng rộng rãi trong sản xuất rau dé tối đanăng suất cây trồng [Rezaei Rashti, 2015] Ở New Zealand, theo khuyến cáo,lượng N sử dụng đối với bắp cải, cải canh và súp lơ vào vụ đông và vụ hè lần lượt

từ 195 -115; 125 -70; 230 — 135 kgN/ha; đối với cà rốt, khoai tây tương ứng là 100

và 225 kgN/ha (mục tiêu 100 tan/ha) và xà lách 120 kgN/ha (mục tiêu 30 tan/ha)[Reid & Morton, 2019] Georgia là Bang sản xuất bắp cải tươi hàng đầu ở Hoa

Kỳ, phan lớn rau được trồng trên đất cát ở đồng bang ven bién phía nam, nơi dé

bị rửa trôi dinh dưỡng đất như N, lượng phân N khuyến nghị bón cho bắp cải là

191 — 315 kgN/ha [da Silva, 2020] Nghiên cứu về bón phân N cho cà chua, Pandit

đã chỉ ra lượng tối ưu để tăng năng suất tăng lên 43% là 200 kg N/ha [Pandit,

2022] Tại Hàn Quốc, lượng N bón cho rau thường cao hơn từ 1,73 — 4,95 lần lượng bón tiêu chuẩn, cao nhất được ghi nhận cho rau lay củ ở Hanrim vaHankyung tương ứng là 500,5 và 487,1 kg N/ha [Koh, 2021] Trong nghiên cứu cua Jia và cộng su, tỉ lệ bón phân đạm hàng năm cho ruộng luân canh rau 4 vụ/năm

tại Nanjing, Trung Quốc dao động từ 2302 đến 5572 kgN/ha/năm, trung bình 3714kgN/ha/năm, nằm trong khoảng 576 đến 1412 kgN/ha/vụ [Jia, 2012] Giá trị điểnhình được đưa ra với canh tác rau ở Trung Quốc là 234-870 kgN/ha áp dụng cho

cả ngoài đồng và trong nhà kính [Min & Shi, 2018]

Loại phân bón sử dụng, phương pháp và thời điểm bón có thé ảnh hưởngđến hiệu quả sử dụng nitơ (NUE) NUE là tỷ lệ giữa lượng N mà cây trồng hap

thu với lượng N được bón Gia tri NUE cao có nghĩa là N bón có hiệu qua cho sự

13

phát triển của cây trồng Tuy nhiên, lượng phân N bón quá cao có thể không manglại lợi ich đáng ké cho năng suất cây trồng mà còn làm giảm đáng ké NUE và gây

nguy cơ cho môi trường Ví dụ, ở Châu Phi, Elrys và cộng sự [Elrys, 2020] đã báo

cáo răng tong lượng N đầu vào tăng từ 35 lên 181 kg N/ha/năm trong giai đoạn

2016 — 2050 dé đạt được khả năng tự túc lương thực Tuy nhiên, bón thừa N dẫnđến NUE thấp, sản lượng cây trồng hầu như không tăng khi lượng phân bón Ntăng mạnh Lassaletta và cộng sự phân tích tổng quan mối quan hệ giữa năng suất

vụ mùa và lượng phân N bón trong vòng 50 năm trên toàn thế giới đã phát hiện rarằng chỉ có 47% lượng N bón được chuyên hóa thành năng suất nông nghiệp, sovới 68% vào năm 1960 [Lassaletta, 2014] Điều này cũng phù hợp với phát hiệncủa Yan và cộng sự nghiên cứu trong các hệ thống ngũ cốc trên phạm vi toàn cầu[Yan, 2020] Đối với rau, các nghiên cứu cũng cho thấy lượng phân N đầu vàovượt quá 300 và 500 kgN/ha/vụ, gần gấp đôi so với nhu cầu của hầu hết các loạicây rau ở một số vùng, dẫn đến NUE thấp với giá trị lần lượt là 1§ và 33% ở miềnnam và miền bắc Trung Quốc [Min, 2011]

Trên quy mô toàn cầu, dư thừa N vẫn tiếp tục ở mức cao Bất kỳ dạng N nào

còn lại trong đất, không được vi sinh vật cô định hoặc thực vật sử dụng, đều có thé là

nguồn ô nhiễm N tiềm tàng Theo Abascal (2020), tổng quan trên 292 mẫu NDD ởcác châu lục, cho thấy có 20; 1; 9; 30 mẫu tương ứng ở châu Á, châu Mĩ, châu Âu vàchâu Phi bị nhiễm NOs" vượt hướng dẫn của Tô chức Y tế thé giới (WHO) về nướcuống (50 mg/l) [Abascal, 2020] Kiểm soát ty lệ chuyên hóa N và lượng N bón là giải

pháp tăng NUE và giảm ô nhiễm môi trường do bón phân N, từ đó giảm lượng dư

thừa N khoáng trong sinh quyền và giảm sự thất thoát N ở thé khí và rửa trôi

b Tại Việt Nam

Hang năm Việt Nam tiêu thụ khoảng 1 1 triệu tan phân bón với lượng phân hóahọc chiếm 90%, trong đó có 2,3 triệu tấn urê [N guyen, 2017] Năm 2018, tiêu thụ

phân bón của Việt Nam là 415,3 kg/ha Mức tiêu thụ phân bón của Việt Nam tăng từ

49,2 năm 1969 lên 415,3 kg/ha năm 2018, với tốc độ tăng trung bình năm là 6,71%.Lượng phân N sử dụng và tỉ lệ thay đổi hàng năm được chỉ ra trong Bảng I.3

14

Bảng 1.3 Lượng phân đạm sử dụng trong canh tác tại Việt Nam

[7H Ị 1 |}

Nguồn: [FAO, 2018]

Đối với lúa, trên thực tế, tỉ lệ N bón rat đa dạng tùy thuộc vào giống lúa, điềukiện đất dai và tập quan của nông dân Cụ thé, khuyến cáo lượng phân bón cho một sốgiống lúa như giống N26; lai 2 dong HYT116; thuần Gia Lộc; 26; P9 và HYT 83 tương

ứng là: 200-210; 120; 120; 110 — 120; va 160 kg N/ha [VAAS, 2020] Thí nghiệm

lượng đạm bón cho giống lúa MT10 trồng vụ Hè Thu tại Ninh Thuận, bao gồm 4 mứcbón 100, 120, 140 và 160 kg N/ha Kết quả cho thay năng suất và hiệu quả kinh tế caonhất ở thí nghiệm với lượng bón đạm 140 kg N/ha [Phan, 2018] Thực tế, lượng phân

N thường được sử dụng nhiều hơn lượng khuyến cáo Ví dụ ở tỉnh An Giang và KiênGiang, hai tỉnh sản xuất lúa gạo lớn nhất ĐBSCL, lượng phân N bón cho lúa nhiều hơn20-30% so với lượng được khuyến cáo Cụ thé, ở Kiên Giang bón nhiều hơn 38kgN/ha/vụ (lượng khuyến cáo và lượng áp dụng tương ứng là 96 và 134 kgN/ha/vụ)

Ở An Giang mức bón nhiều hơn 28 kgN/ha/vu (lượng khuyến cáo và lượng áp dụngtương ứng là 151 và 179 kgN/ha/vu) [Nguyen, 2017] Điều tra hiện trạng canh tác lúavới 80 hộ nông dân ở hai xã Thủy Phú và Hương Toàn, Trần Thị Xuân Phương và cộng

sự đã chỉ ra cơ cấu giống lúa khá đa dạng với 16 giống gồm giống dài và trung ngày

15

(NN4B, X21, Xi23, JO2 ), giống ngăn ngày và cực ngăn ngày (Khang dân 18, TH5,

HT1, HNó, KHI, Hà Phát 3, PC6, BT7, ) Lượng phân bón vô cơ sử dụng cao hon

mức khuyến cáo của Trung tâm Khuyến nông, Lâm nghiệp và Khuyến ngư Thừa ThiênHuế, vụ hè thu bón 177 và 123 kgN/ha, vụ đông xuân bón 123 và 117 kgN/ha lần lượt

ở 2 xã Thủy Phú và Hương Toản [Trần Thị Xuân Phương, 2021] Nhằm mục đích đánh

giá ảnh hưởng của lượng đạm bón đến sự phát triển bộ rễ, quang hợp và tích luỹ chấtkhô của cây lúa trong các điều kiện hạn khác nhau, Tran Thi Thiem và cộng sự chỉ ra,tong chiều dài rễ và khối lượng chất khô tăng khi tăng lượng đạm ở mức từ 60 đến 180kgN/ha trong điều kiện hạn nhẹ Ngoài ra, trong điều kiện tưới nước đủ âm, tổng chiềudài rễ có mối quan hệ thuận và chặt ở mức ý nghĩa với khối lượng chất khô khi bón

đạm ở mức 120 và 180 kgN/ha.

Bảng 1.4 Lượng N khuyến cáo sử dụng đối với một số loại rau tại Việt Nam

Loại rau Sở NN và PTNT Hà Nội (kgN/ha) * | BO NN và PINT**

Thap nhat Cao nhat

Cai xanh 55 90 60

Ca chua 220 300 250 Dua chuột 170 220 250

Cải bắp 170 220 200

Súp lơ 110 140 170

Củ cải 106 127 170 Khoai tây 100 120 -

*: Ban hành kèm theo Quyết định số 2660/QD-SNN ngày 29/12/2017; Quyết định số

2993/QD-SNN ngày 30/12/2016 của Giám đốc Sở NNN và PTNT Hà Nội

** Ban hành theo Quyết định số 3073/QD-BNN-KHCN ngày 28/10/2009 của Bộ trưởng Bộ

NN và PTNT

16

Đối với rau củ, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn khuyến cáo lượngphân đạm sử dụng khác nhau đối với mỗi loại, trong đó rau cải xanh khuyến cáolượng phân đạm thấp nhất, khoảng 60 kgN/ha, nhiều nhất là ớt, mướp đắng và bí đao,

còn các loại rau củ khác lượng bón tương đương nhau, trung bình khoảng 150 - 250

kgN/ha (Bảng 1.4).

1.2.3 Anh hưởng của sử dung phan đạm đến môi trường

a Hệ quả môi trường của việc sử dụng phan dam

Phân bón hóa học cũng như phân chuồng là nguồn chính gây ô nhiễm cáchợp chất chứa N trong nông nghiệp Chu trình N trong các hệ thống cây trồng rấtphức tạp và đặc trưng bởi nhiều biến đổi liên quan đến ca N hữu cơ, vô cơ va thấtthoát các hợp chất N thông qua bay hơi, rửa trôi cũng như hap thu/cé định N của vikhuẩn và cây trồng Ở quy mô đồng ruộng, chu trình N trong các hệ thống sản xuấtnông nghiệp có thê được đơn giản hóa thành mô hình “lỗ trong đường ống” (Hình

1.2) [Oenema, 2009].

N đầu ra:

Nông sản

~ ie Ur

N đầu vào: eee ®@

Phan dam, N dau ra:

Trong chu trình N, ngoài N tích lũy trong nông sản, các hợp chất N có thể

bị bay hơi hoặc rửa trôi từ các hệ thống cây trồng và gây ra các vấn đề ô nhiễmmôi trường như: oxit nitơ (N2O) và amoniac (NH3) bay hơi từ đất nông nghiệp vàokhí quyên, sau đó trở lại đất thông qua N lắng đọng Ngoài ra, bón quá nhiều phânđạm dẫn đến NUE thấp và lượng N dư thừa trong đất cao, đi vào nước mặt và

NDD thông qua quá trình rửa trôi nitrat (NO3), gây ra hiện tượng phú dưỡng nước

mặt và ô nhiễm NDĐ Sự nóng lên toàn cầu, axit hóa đất, phú dưỡng nước mặt và

ô nhiễm NDD đã được báo cáo là kết quả của việc thất thoát N từ các hệ thống

nông nghiệp.

*) Tích lũy trong rau ăn lá

Phân đạm, chủ yếu là loại nitrat, được sử dụng rộng rãi trong trồng rau, nếutốc độ hấp thụ vượt quá tốc độ khử thành amoni sẽ dẫn đến tích lũy nitrat trong tếbào lá Tỷ lệ sử dung phân đạm có mối quan hệ mật thiết với lượng nitrat tích lũytrong các loại rau ăn lá và ăn củ Rau ăn lá có tốc độ tăng trưởng nhanh nên có thénhanh chóng hap thụ nitrat Vì nitrat tích tụ chủ yếu trong lá nên các loại rau ăn láđược coi là ngu6n giàu nitrat nhất trong số các loại rau [Colla, 2018] Ảnh hưởngcủa việc bón đạm đối với sự tích lũy nitrat đã được nghiên cứu rộng rãi trong cácđiều kiện được kiểm soát, như canh tác trong chậu [Liu, 2014] Nhiều yếu tố ảnhhưởng đến tích lũy nitrat trong rau như các đặc tính vật lý và hóa học của đất[Beule, 2019], loại rau [Salehzadeh, 2020], chế độ bón phân [Li, 2020] Theonhiều tác giả, bón phân hữu cơ, được đặc trưng bởi sự giải phóng chậm các dạngnitơ có sẵn cho cây trồng, dẫn đến giảm hàm lượng nitrat trong rau so với phân

khoáng [Kyriacou, 2019].

Nitrat và nitrit được Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) coi là hợpchất gây ung thư cho con người vì khi phản ứng với các amin và amit, tạo thành hợpchat N-nitroso, là chất gây ung thu Nong độ nitrat cao cũng có liên quan đến cácbệnh như suy giáp và methemoglobin máu Cộng đồng Châu Âu (EC) đã thiết lậpgiới hạn tối đa đối với hàm lượng nitrat trong một số loại rau được coi là tích lũy

nitrat cao như rau cai bó xôi, rau diệp, rau xà lách rocket và ngũ coc Một sô nghiên

18

cứu đã chỉ ra, hàm lượng nitrat trong rau có thể vượt giới hạn cho phép khi tỷ lệ phânđạm bón vượt quá 200 kg/ha, đặc biệt đối với rau xà lách rocket và rau cải bó xôi

[Kyriacou, 2019].

*) Làm chua đất

Sự khác biệt của các phương pháp bón N như liều lượng N bón, dang phânbón N gây chua hóa đất khác nhau Lượng N bón cao dẫn đến mất nitrat và suy giảmcation bazơ, có thé gay ra hiện tượng chua hóa đất [Lucas, 201 1] Cac dang phân bón

N khác nhau cũng có thé gây ra những tac động khác nhau đến quá trình axit hóa đất

Ví dụ, ion NH4* và anion NO; tir phân bón N có thé đóng các vai trò khác nhau trongviệc ảnh hưởng đến quá trình axit hóa Các ion NH¿† có thé thay thế các cation bazơ(Caa*, Mga*, Kt, Na) liên kết với bề mặt đất và khiến chúng dễ dàng bị rửa trôi khỏiđất [Matschonat, 1996], làm giảm khả năng đệm của chúng chống lại quá trình axithóa Hơn nữa, khi ion NH4* được rễ cây hap thụ, ion H* sẽ được giải phóng vào dungdich đất và gây ra hiện tượng axit hóa dat [Smith 2008] Trong khi các anion NO”dẫn đến sự mat mát các cation kim loại thông qua quá trình rửa trôi dựa trên sự cânbằng điện tích trong dung dịch đất [Rothwell, 2008]

Guo và cộng sự đã chỉ ra ở khu vực thâm canh và bón đạm với tỷ lệ cao trong

20 năm, độ pH của đất giảm 0,30 — 0,80 đơn vi so với mức ban đầu [Guo, 2010].

Chien và cộng sự chỉ ra độ chua của đất ảnh hưởng từ nguồn phân đạm theo thứ tự

(NH¿)zSO¿ > NHaCl > NH4aNO3 > NH3 khan > uré [Chien, 2008].

*) Bay hoi amoniac

Tất cả các loại phân bón chứa amoni, vi dụ như amoni nitrat, amoni sunfat vàurê (NH¿NOa, NH¿SO¿ và CHuN›O) đều có kha năng bay hơi Phân urê thường bayhơi nhiều hơn các loại phân đạm khác và thường diễn ra trong khoảng thời gian từhai đến ba tuần sau khi bón Amoniac (NHa) bay hơi chiếm một lượng đáng kể (trungbình 10-14%) tông lượng nito thất thoát [Zhou, 2021], đây là một trong các conđường chính làm thất thoát nitơ NH3 dé bay hơi không chi là tiền chất của các hạtmịn trong khí quyền mà còn là nguyên nhân gây ra hiện tượng phú dưỡng nước mặt

19

và axit hóa đất khi lắng đọng Các yếu tố ảnh hưởng đến bay hoi NH; trong các hệthống nông nghiệp như điều kiện khí tượng (nhiệt độ, tốc độ gió), chế độ nước, hệthống canh tác (tinh chất dat và đặc điểm cây trồng), thực hành canh tác, chang hạnnhư phân bón và biện pháp tưới tiêu và các yếu tố khác.

*) Riva trôi nitrat

Nitrat trong đất hình thành từ quá trình oxi hóa amoni (nitrat hóa), có théhòa tan trong nước Bon phân quá mức dẫn đến thất thoát N dưới dạng NO" thôngqua quá trình rửa trôi và phân tán vào môi trường, ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng

đất, an toàn thực phẩm, chất lượng nước và không khí Nước mưa và nước tưới

tiêu tạo điều kiện thuận lợi cho NOz- đi chuyên vào các lớp đất và ra khỏi vùng

rễ Do đó, NOz_ tổn tại trong đất phụ thuộc vào loại đất và điều kiện khí tượng.Trên toàn cầu, rửa trôi NO3 là con đường thất thoát N chính trong các hệ thốngnông nghiệp, xap xi 19% tổng lượng N bón trên thé giới bị rửa trôi đưới dang NO

và NOs rửa trôi từ đất nông nghiệp đã được xác định là nguồn NOz' chiếm ưu thế

trong NDD.

Rửa trôi NO3" trong đất cát cao hơn so với đất sét do đất cát có tỉ lệ lỗ hồngcao và kích thước lớn hơn Rửa trôi NO3” ở vùng âm cao hơn so với vùng khô hạn vabán khô hạn [Jabloun, 2015] Trên thực tế, quá trình khoáng hóa chậm dẫn đến sự

tích tụ NOazˆ và NO: sẽ nhanh chóng bị rửa trôi khi có mưa Quá trình rửa trôi NO3ˆ

có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng do bùng phát tảo trong các hồ chứa, đồng thời cóthé đi vào cơ thé con người qua nước uống, gây ảnh hưởng tới sức khỏe

*) Phat thai khí nhà kính nito oxit

Oxit nitơ (N›O) không chỉ là một loại khí nhà kính mạnh với tiềm năng nónglên toàn cầu trong 100 năm gap 298 lần so với COa (IPCC 2015) mà còn là chất làmsuy giảm lớp ôzôn ở tang bình lưu N2O phát thải từ dat cả trong điều kiện hiếu khí(quá trình nitrat hóa) và điều kiện ky khí (quá trình khử nitrat) Các vi sinh vật sản

xuất N2O là vi khuẩn cỗ oxi hóa amoniac, vi khuẩn oxi hóa amoniac, sinh vật di

dưỡng oxi hóa amoniac, nắm và vi khuân khử nitrat [Chalk, 2019] Việc lạm dụng

20

phân đạm dẫn đến phát thải N2O từ đất đã gây ra các van dé môi trường nghiêm trọng

ở quy mô khu vực cũng như toàn câu, có thê làm khí hậu nóng lên.

Tương tự như tất cả các quá trình sinh học, quá trình sản xuất NaO của vi sinhvật được kiểm soát bởi một loạt các yếu tố như lượng nito vô cơ sẵn có trong đất, độ

am và nhiệt độ của đất cũng như kết cấu của đất Do đó, lượng khí NaO trong đất từcác hệ thống nông nghiệp bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các biện pháp quản lý phân bón

và nước Ngoài ra, phát thải N2O trong dat cho thay sự thay đổi lớn về không gian vàthời gian, do sự thay đổi trong sử dụng đất, quản lý nông nghiệp, sự sẵn có của chấtdinh dưỡng trong đất và địa hình Do đó, phép ngoại suy các phát hiện từ nơi nàyhoặc khoảng thời gian này sang nơi khác hoặc khoảng thời gian khác có thê gây ra sựđánh giá quá thấp hoặc quá mức nghiêm trọng lượng phát thải

Ngoài ra, mặc dù các ước tính hiện tại về lượng khí N2O phát thải từ nôngnghiệp toàn cầu là nhất quán, tuy nhiên số lượng dé liệu còn rất thiếu cho một số khuvực dẫn đến số liệu ước tính cho qui mô khu vực rất không chắc chăn Ước tính 3,3tan NaO/năm trên toàn cầu phat thải từ các vùng đất trồng trọt được bón phân là ratkhông chắc chan (khoảng tin cậy trung bình 95%: -51 đến 107%), rất có thé là do cácphép do phát thai N2O từ các hệ thống nông nghiệp nhiệt đới và cận nhiệt đới thể hiệnquá thấp Cho đến nay, các phép đo lượng phat thải N2O trong đất trong nhiều năm ởcác hệ thống cây trồng nhiệt đới còn rất thiếu [Snyder, 2009, Wang, 2011], [Richards,

21

nông độ thấp N trong dat cát do mat mát qua rửa trôi cao và nồng độ N cao trong đấtphù sa và đất sét do NHat được cô định bởi khoáng sét [Onweremadu, 2011].

*) Ảnh hưởng của lượng mưa và độ ẩm dat

Lượng mưa tăng làm thay đôi độ âm của đất và tăng khả năng thắm sâu cácchat trong hệ thống trồng trọt Những thay đổi như vậy có khả năng làm thay đổichu trình N và thất thoát N thông qua tác động lên quá trình vận chuyển N cũng như

động lực học của thực vật và vi sinh vật [McCulley, 2009], như quá trình khoáng

hóa hoặc sự hấp thụ, tất cả đều có thể ảnh hưởng đến khả năng mất N của đất Cảhai quá trình khử nitrat và nitrat hóa tạo ra NOs' và khí N2O đều bị ảnh hưởng đáng

kế bởi hàm lượng nước trong đất vì các quá trình này điều chỉnh lượng oxy cungcấp cho vi khuẩn đất trong điều kiện hiếu khí và ky khí của đất Hàm lượng nướctrong đất cao có thé tăng cường quá trình khử nitrat Sử dụng cơ sở dữ liệu toàn cầugồm 82 nghiên cứu thực địa về cây ngũ cốc vùng ôn đới có mưa với 961 quan sát,cho thay lượng và cường độ mưa giải thích sự biến đổi lớn nhất trong quá trình rửa

trôi NOz' (lên tới 24 kgN/ha) [Tamagno, 2022] Thí nghiệm thực địa kéo dài 234

ngày dé đánh giá tác động của lượng mưa đối với quá trình rửa trôi N, sự biến đổi

N của đất và hàm lượng N trong các hệ thống cây trồng có cày xới và không càyxới ở vùng Thượng Trung Tây nước Mi, kết quả cho thấy, việc tăng lượng mưatrong các hệ thống trồng trọt có cày xới sẽ làm tăng lượng N rửa trôi vào nước dướiđất, quản lý đất không cày xới có thể giúp hệ thống giảm tác động của thâm canhlàm mắt nitrat [Hess, 2020]

Lượng khí N2O phát sinh từ quá trình khử nitrat hóa tăng mạnh ở sức chứa 4mđồng ruộng tối đa (WFPS) trên 70% Ngược lại, quá trình nitrat hóa là quá trình chính

dé tạo ra NO ở WFPS thấp hơn (từ 30 đến 60%) Việc tạo thành NaO tối đa có thé

đạt được ở mức 70% WFPS từ cả qua trình nitrat hóa và khử nitrat hóa Tương tự,

mức phát thải NoO tối ưu sẽ nằm trong khoảng từ 70 đến 80% WEPS, tùy thuộc vàoloại đất Trong trường hợp bón phân và tưới đồng thời, độ âm thấp (45% WFPS) cóthé tạo ra lượng phat thai N20 tối da [Amha, 2011]

22

*) Ảnh hưởng nhiệt độ đất

Nhiệt độ điều hòa lượng phát thải N2O từ dat thông qua ảnh hưởng đến hoạtđộng của vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn khử nitrat và các vi sinh vật khác Phân tíchtương quan cho thấy mối tương quan thuận rat đáng kê giữa lượng phát thải N2Otrong dat và nhiệt độ đất Nhiệt độ đất điều chỉnh lượng khí thải NzO chủ yếu bằngcách tác động đến cấu trúc của cộng đồng vi sinh vật khử nitrat loại nirS và hoạtđộng của vi khuẩn khử nitrat tăng từ 1,5 đến 3,0 lần khi nhiệt độ tăng 10°C [Xing,2021] Mặt khác, nhiệt độ đất cũng làm tăng quá trình hô hấp của vi sinh vật trongđất, tạo điều kiện yếm khí cho sinh vật khử nitrat dẫn đến phát thải N2O cao hơn[Braker, 2010] Theo nguyên tắc thông thường, lượng khí N2O thấp khi nhiệt độ đất

dưới 15°C Nhiệt độ được xác định là thuận lợi cho quá trình tạo ra khí N2O là

15-27°C Với phạm vi nhiệt độ không khí từ khoảng 7 - 38°C, lượng khí hàng ngày

tăng tuyến tính Tương tự, nhiệt độ tăng từ 12 giờ đến 15 giờ trong ngày có tươngquan thuận với lượng khí N2O hình thành Lượng khí N2O thấp nhất vào sáng sớm

[Steenwerth, 2008].

*) Ảnh hưởng của tỉ lệ phân dam

Phát thải N2O liên quan rõ rệt đến tỷ lệ phân đạm bón Tỷ lệ phân dam là yếu

tố dự báo tốt nhất về lượng phát thải N›O từ đất nông nghiệp Tam quan trọng củamối quan hệ giữa phân dam và phát thai NzO đã được trình bày dưới dạng các hệ sốphát thải (EFs) do Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) đề xuất Tỷ lệphân bón đầu vào do IPCC đề xuất dé ước tính lượng phát thải NO trực tiếp ở mức1,0 và 0,8% tương ứng đối với phân bón hóa học và phân động vật (IPCC, 2006).Bón phân đạm (phân hữu cơ và vô cơ) với lượng thích hợp có thể làm giảm lượng

khí NaO trong khi vẫn duy trì hiệu quả về năng suất cây trồng.

*) Ảnh hưởng việc làm đất

Không làm đất và giảm làm đất là một trong những phần chính của nôngnghiệp bảo tồn Ưu điểm của phương pháp không làm đất hoặc giảm làm đất là tănglượng cacbon hữu cơ và tông lượng nitơ trong đất đã được đánh giá trong các nghiên

23

cứu với thời gian dài Tuy nhiên, tác động của các phương pháp làm đất đối với phátthải N2O từ nhiều nghiên cứu trước đây đã đưa ra những kết quả gây tranh cãi Vi dụ,lượng phát thải N›O cao hơn khi không làm đất hoặc giảm làm đất so với làm đất

thông thường khi bón phân uré [Snyder, 2009] Lượng phát thải N2O hàng ngày trong

các phương pháp thông thường cao hơn đáng kể so với không làm đất tuy nhiên lượng

phat thải N2O theo mùa là không rõ rệt.

1.3 ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ VÀ RỦI RO MOI TRUONG DO SỬ DỤNG PHANĐẠM TRÊN ĐÁT TRÒNG CÂY HÀNG NĂM

1.3.1 Các phương pháp sử dụng trong đánh giá rủi ro rửa trôi nitơ từ đất trồngcây hàng năm tới nước dưới đất

a Các phương pháp sử dụng để đánh giá ton thương nước dưới dat

Có nhiêu cách tiêp cận khác nhau được sử dụng đê ước tính mức độ tôn thương

NDĐ, được chia thành 3 nhóm phương pháp:

(1) Phương pháp chong xếp và chỉ sốPhương pháp lập chỉ số và chồng xếp chỉ xem xét các đặc điểm của đất và

vùng chưa bão hòa Trong đó có các phương pháp Cài đặt và phức hợp thủy văn; Hệ

thống ma trận; và Hệ thống xếp hạng Cách xây dựng các nhóm dé bị tổn thươngbang cách sử dụng các xếp hạng khác nhau liên quan đến các đặc điểm vật lý củatham số nghiên cứu Các phương thức chồng xếp và chỉ số đã được định lượng vàgán các điểm số và trọng số khác nhau cho các thuộc tính trong việc phát triển cáclớp dé bị ton thương, và được biểu diễn trên bản đồ Công nghệ GIS đã giúp áp dụngcác phương pháp lập chỉ số và chồng xếp bản đồ ngày càng dễ dàng DRASTIC[Aller, 1987] là mô hình áp dụng phương pháp chồng xếp và chỉ số được sử dụngphổ biến nhất trong các phương pháp đánh giá liên quan như SINTACS, GOD, AVI,

EPIK, SI [Focazio, 2002].

(2) Phương pháp thong kê

Phương pháp thống kê đánh giá tính dé bị tổn thương của NDD thông qua các

mô hình phân tích hoặc hồi quy thống kê, bao gồm từ thống kê mô tả về nồng độ chat

24

gây ô nhiễm đến phân tích hồi quy phức tạp hơn Các phương pháp thống kê sử dụngnồng độ chất gây ô nhiễm hoặc xác suất nhiễm ban là biến phụ thuộc Phương phápthong kê cũng được sử dụng bởi các cơ quan quan lý có cơ sở dữ liệu cần thiết về 6nhiễm NDD trong khu vực dé phát triển các mô hình.

(3) Phương pháp sử dụng mô hình mô phỏng dựa trên quy trình

Phương pháp sử dụng các kỹ thuật mô phỏng dé dự báo quá trình liên quanđến vận chuyển chất gây ô nhiễm Các phương pháp sử dụng các mô hình mô

phỏng dựa trên quy trình đòi hỏi các giải pháp phân tích hoặc dữ liệu cho các

phương trình toán học đại diện cho các quá trình kết hợp kiểm soát vận chuyểnchất gây ô nhiễm

b Các mô hình đánh giá ton thương nước dưới đất dựa trên các phương pháp

(1) Mô hình GOD

Mô hình này được Foster phát triển vào năm 1987 dé nghiên cứu tinh dé bịton thương của tang chứa nước khi chat ô nhiễm đi theo chiều dọc từ vùng ô nhiễmqua vùng không bão hòa, mà không xem xét sự di chuyển trong vùng bão hòa[Ferreira & Oliveira, 2004] Ba tham số chính được xem xét: 1) sự xâm nhập củaNDĐ, 2) tầng chứa nước và 3) độ sâu của NDĐ Chi số dễ bị ton thương được tínhtoán bằng cách chọn xếp hạng của tham số xâm nhập NDD và sau đó nhân với xếphạng về tầng chứa nước và tham số độ sâu tầng nước Các chỉ số GOD được chiathành năm lớp, có giá trị cực trị từ 0 đến 1 Sau đó, ban đồ dé bị tổn thương NDDđược xây dựng bằng cách sử dụng công cụ ArcGIS Chỉ số dễ bị tốn thương có théđược tính bằng công thức sau:

Chỉ số dễ tốn thương GOD = Cix Cạ x Ca (1.5)

Trong đó: Ci: Xếp hạng về sự xâm nhập của NDĐ; Ca: Xếp hạng về tầng chứa

nước của vùng chưa bão hòa; Ca: Xếp hạng độ sâu của NDD

GOD có thé áp dụng và cho kết quả tốt đối với khu vực có điện tích lớn vaGIS là một công cụ hiệu quả để phân tích và xử lý dữ liệu không gian lớn

[Khodapanah, 2011].

25

(2) Mô hình DRASTIC

DRASTIC là một mô hình dé bị tổn thương NDD để đánh giá tiềm năng 6nhiễm của các khu vực rộng lớn bằng cách sử dụng các thiết lập địa chất thủy văncủa khu vực Mô hình được phát triển bởi Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA)vào những năm 1980 [Aller, 1987] như là một hệ thống tiêu chuẩn dé đánh giá tính

dé bị tốn thương nội tại của NDD đối với chat 6 nhiễm

Mô hình này sử dụng một hệ thống xếp hang, gan các trọng số tương đối chonhiều tham số, giúp đánh giá mức độ ton thương của NDD đối với chat ô nhiễm Hệthống DRASTIC xem xét bảy tham số: độ sâu của mực NDĐ (D), lượng nước tái nạp(R), môi trường tang chứa NDD (A), thành phan cơ giới đất (S), địa hình (T), đớithông khí (I) và độ thấm thủy lực của đất (C)

Mỗi tham số được chia thành một khoảng phạm vi và được chỉ định bởi xếphạng dựa trên tầm quan trọng của tham số trong tổn thương Bảy tham số được sửdụng dé xác định các đơn vị thủy văn khác nhau chịu ảnh hưởng khác nhau trong cácquá trình vận chuyền và suy giảm ô nhiễm trong đất Giá trị số này được gọi là tham

số trọng số, từ 1 đến 5 được gan cho từng tham số và phan ánh mức độ ảnh hưởngcủa các tham số Mỗi tham số, trọng số được liệt kê điểm xếp hạng dựa trên các điểm

số liên quan từ 1 đến 10, điểm thấp nhất đại diện cho tình trang 6 nhiễm dé bị tốnthương thấp hơn

Chỉ số tổn thương cuối cùng (DI) là tổng trọng số của bảy tham số và có théđược tính băng công thức:

Chỉ số DRASTIC (Di) =DrDw + RrRw + ArAw + SrSw + TrTw + Irlw + CrCw (1.6)

Trong đó: w - trong số cho tham số, r- điểm xếp hang cho tham số

Độ sâu mực NDP (D) - Day là lớp quan trọng được EPA chon dé đưa vào môhình DRASTIC vì đây là yếu tố chủ yêu quyết định độ thấm sâu của chất gây ô nhiễm,

ví dụ như quãng đường mà nitrat di chuyên trước khi có thé đến tầng chứa nước Tangchứa nước sâu hơn cũng có nghĩa là có nhiều khả năng suy giảm nồng độ chất ô nhiễm

xảy ra, điêu nay có lợi cho việc giảm 6 nhiém trong tang chứa NDD Sự giảm độ sâu

26