CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ ĐƠN VN TÍNH ALU Sử dụng đất nông nghiệp BĐKH Biến đổi khí hậu CER Đơn vị Giảm phát thải được chứng nhận CDM Cơ chế phát triển sạch ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu long ĐHN N
Trang 1
BÁO CÁO
ĐÁNH GIÁ SỰ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH
TỪ NÔNG NGHIỆP VÀ LÂM NGHIỆP Ở VIỆT NAM
ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU VÀ KIỂM SOÁT
KS Phan Thị Hải Luyến
KS Nguyễn Tuyết Lan
Hà nội, 5-2011
Trang 2BÁO CÁO
ĐÁNH GIÁ SỰ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ NÔNG NGHIỆP VÀ LÂM NGHIỆP Ở VIỆT NAM, ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU VÀ KIỂM SOÁT
BÁO CÁO GỬI ĐẾN:
Dự án tăng cường năng lực quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu
ở Việt Nam nhằm giảm nhẹ tác động và kiểm soát phát thải khí nhà kính - Hợp phần Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
KS Phan Thị Hải Luyến
KS Nguyễn Tuyết Lan
Trung tâm KT Tài nguyên Đất & MT
Trang 3MỤC LỤC
I CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ………
1.1 Biến đổi khí hậu và hiệu ứng nhà kính………
1.2 Phát thải khí nhà kính và những hệ quả môi trường ………
1.3 Phát thải khí nhà kính lĩnh vực nông nghiệp ………
II MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Mục tiêu nghiên cứu
2.2 Phương pháp nghiên cứu ………
2.3 Phương pháp tiếp cận………
III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ………
3.1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP DỰ TÍNH PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG LĨNH VỰC NÔNG, LÂM NGHIỆP 3.1.1 Các nguồn phát thải khí nhà kính trong nông, lâm nghiệp ………
3.1.2 Nhân tố ảnh hưởng tới phát thải khí nhà kính trong nông, lâm nghiệp ………
3.1.3 Phương pháp kiểm kê khí nhà kính trong sản xuất lúa nước ………
3.1.4 Phương pháp kiểm kê khí nhà kính trong chăn nuôi ………
3.1.5 Phương pháp kiểm kê khí nhà kính trong Lâm nghiệp ………
3.2 XÁC ĐNNH PHƯƠNG PHÁP KIỂM KÊ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG LĨNH VỰC NÔNG, LÂM NGHIỆP Ở VIỆT NAM … 3.2.1 Đề xuất phương pháp kiểm kê khí nhà kính trong sản xuất lúa nước …………
3.2.2 Đề xuất phương pháp kiểm kê khí nhà kính trong Chăn nuôi ………
3.2.3 Đề xuất phương pháp kiểm kê khí nhà kính trong Lâm nghiệp ………
3.2.4 Kiểm kê khí nhà kính trong Nông, Lâm nghiệp bằng công cụ ALU ………
3.3 ĐỀ XUẤT GIẢM THIỂU VÀ KIỂM SOÁT PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH 3.3.1.Đề xuất các biện pháp giảm thiểu phát thải khí nhà kính; 3 3.2 Biện pháp giám sát phát thải khí nhà kính trong nông, lâm nghiệp
3.4 ĐỀ XUẤT CÁC THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG PHƯƠNG PHÁP KIỂM KÊ KHÍ NHÀ KÍNH TRONG NÔNG, LÂM NGHIỆP 3.4.1 Tính cấp thiết và mục tiêu các thực nghiệm kiểm chứng ………
3.4.2.Nội dung của các thực nghiệm kiểm chứng ………
3.4.3 Kế hoạch thực nghiệm kiểm chứng phương pháp kiểm kê khí nhà kính IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHN ………
4.1 KẾT LUẬN ………
4.2 KIẾN N GHN ………
1
2
4
10
12
13
14
15
16
17
17
19
20
25
53
57
57
63
67
69
78
78
81
84
85
86
88
92
93
94
Trang 4DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1 Thành phần không khí khô, không bị ô nhiễm ………
Bảng 2 Số lượng phát thải các khí nhà kính trên toàn thế giới năm 1992………
Bảng 3 “Top” 20 nước có mức phát thải CO2 nhiều nhất trên thế giới (2009)………
Bảng 4 Tình hình phát thải khí nhà kính của các ngành kinh tế ở Việt N am (1994)…
Bảng 5 Lượng phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực nông, lâm nghiệp (1994)………
Bảng 6 Hệ số phát thải nhu động ruột theo phương pháp Tier 11 ………
Bảng 7 Hệ số methane phát thải từ nhu động ruột của bò dùng cho Tier 1………
Bảng 8 Hệ số chuyển đổi CH4 (Ym) đối với trâu bò………
Bảng 9 Hệ số chuyển đổi CH4 (Ym) của gia súc………
Bảng 10 Hệ số phát thải theo nhiệt độ trung bình hàng năm ở châu Á (0C)…………
Bảng 11 Hệ số phát thải methane đối với các nước đang phát triển………
Bảng 12 Khái niệm của một số phương pháp quản lý chất thải………
Bảng 13 Hệ số năng lượng thực cần cho nuôi dưỡng của vật nuôi (để tính N Em)……
Bảng 14 Hệ số năng lượng thực cần cho hoạt động nuôi dưỡng của vật nuôi ………
Bảng 15 Hằng số sử dụng để tính toán N Eg cho gia súc khác trừ (trâu, bò)…………
Bảng 16 Hằng số để tính toán năng lượng thực cho mang thai ………
Bảng 17 N ăng lượng cô đặc trong một số loại thức ăn cho bò ………
Bảng 18 Giá trị mặc định lượng N itơ thải ra hàng ngày (kg/1000 kg vật nuôi/ ngày)
Bảng 19 Gía trị mặc định thành phần N vật nuôi hấp thu của các loại gia súc………
Bảng 20 Gíá trị mặc định mất nitơ dạng N H3 và N Ox trong quátrình quản lý phân
Bảng 21 Gía trị mặc định tổng lượng N bị mất do quá trình quản lý phân………
Bảng 22 Gợi ý lựa chọn phương pháp tính toán phát thải trong chăn nuôi ở Việt N am Bảng 23 tổng hợp công thức tính tổng năng lượng ăn vào cho trâu, bò và gia súc khác Bảng 24 Dự báo tăng trưởng dân số………
Bảng 25 Diện tích canh tác
Bảng 26 Số lượng gia súc
Bảng 27 Diện tích rừng và đất rừng………
Bảng 28 Lượng phát thải khí nhà kính năm 2010, 2020 và 2030
Bảng 29 Các phương án giảm phát thải KN K kính tiềm năng trong nông, lâm nghiệp Bảng 30 Các thời kỳ tưới tiêu nước cho lúa để giảm phát thải khí nhà kính…………
Bảng 31 N ội dung các biện pháp giảm nhẹ phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp
3
5
6
10
11
29
29
30
30
32
32
35
41
42
43
45
47
48
50
51
53
65
66
76
76
76
77
77
78
79
80
Trang 5DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1 Phát thait CO2 toàn cầu từ 1750 – 2004 ………
Hình 2 N ồng độ CO2 khảo sát tại Hawai ………
Hình 3 N hiệt độ trái đất 1880-2000 ………
Hình 4 Dự báo nhiệt độ trái đất đến 2100 ………
Hình 5 Phổ hấp thu của các chất khí ………
Hình 6 Hiệu ứng nhà kính ………
Hình 7 Lỗ thủng tầng Ôzôn ở N am cực ………
Hình 8 Băng đang tan ở N am cực………
Hình 9 Máy ghi Chromatopac CR-6A………
Hình 10 Thiết bị lấy mẫu khí CH4 ruộng lúa………
Hình 11 Cây lựa chọn phương pháp tính phát thải KN K từ chăn nuôi………
8
8
8
8
8
8
9
9
21
21
64
Trang 6CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ ĐƠN VN TÍNH
ALU Sử dụng đất nông nghiệp
BĐKH Biến đổi khí hậu
CER Đơn vị Giảm phát thải được chứng nhận
CDM Cơ chế phát triển sạch
ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu long
ĐHN N Đại học nông nghiệp
GSO Tổng cục thống kê
GPG Hướng dẫn thực hành (Good practice guidance )
EPA Tổ chức bảo vệ môi trường
FAO Tổ chức N ông lương Thế giới
IPCC Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu
ISGE N hóm hỗ trợ Quốc tế về tài nguyên và môi trường
IRRI Viện nghiên cứu lúa Quốc tế
KHKT Khoa học kỹ thuật
KN K Khí nhà kính
KTTV&MT Khí tượng Thủy văn và Môi trường
KTN N Khí tượng nông nghiệp
LHQ Liên hợp Quốc
LULUCF Sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và rừng
MARD Bộ N ông nghiệp và Phát triển nông thôn
MON RE Bộ Tài nguyên và Môi trường
MUB Thức ăn gia súc giầu dinh dưỡng dạng “bánh’
N ASA Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ
N N &PTN T N ông nghiệp và Phát triển nông thôn
QG Quốc gia
TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh
UN DP Chương trình phát triển của Liên Hiệp Quốc
UN EP Chương trình môi trường Liên Hiệp Quốc
V-A-C-B Vườn – Ao – Chuồng - Biogaz
Trang 7I CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
Trang 81.1 BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH
Khí hậu là trạng thái nhiều năm của khí quyển xảy ra có tính quy luật ở một vùng đia
lý nào đó, được đặc trưng bởi các trị số thống kê các yếu tố khi tượng nhiều năm về bức xạ, nắng, nhiệt độ, độ Nm, lượng mưa, lượng bốc thoát hơi nước, mây, tốc độ và hướng gió Các trị số thống kê thông dụng là số trung binh, số min, số max, tần số, tần suất và độ biến động
N hư vậy, khí hậu phản ánh giá trị trung bình nhiều năm của thời tiết và nó thường có tính chất
ổn định theo những chu kỳ tự nhiên, ít thay đổi Trên trái đất, chu kỳ khí hậu tự nhiên là biến đổi mùa, khí hậu mỗi vùng ngoài những đặc điểm chung theo từng đới thì chúng còn chịu sự chi phối riêng của gió mùa khu vực Tuy nhiên, tất cả những đặc điểm chung và riêng đều duy trì tính ổn định theo thời gian Hàng năm, thời tiết thường biến động xung quanh giá trị trung bình đặc trưng của vùng khí hậu đó
Biến đổi khí hậu là sự biến đổi theo một xu thế nào đó dẫn tới các đặc trưng thời tiết dần dần trở nên khắc nghiệt hơn hoặc ôn hoà hơn, theo thời gian nó không trở lại xung quanh trị số khí hậu trung bình nữa [12]
Trong lịch sử địa chất của trái đất, sự biến đổi khí hậu đã từng nhiều lần xNy ra với những thời kỳ lạnh và nóng kéo dài hàng vạn năm mà chúng ta gọi là các thời kỳ băng hà kéo theo mực nước biển hạ thấp (biển lùi) hay thời kỳ gian băng kéo theo mực nước biển dâng cao (biển tiến) Thời kỳ băng hà cuối cùng đã xãy ra cách đây 10.000 năm và hiện nay là giai đoạn
ấm lên của thời kỳ gian băng N gười ta phân biệt 3 giai đoạn biến đổi khí hậu trái đất khác nhau là biến đổi trong thời đại địa chất, thời đại lịch sử và thời đại hiện đại
Sự trao đổi liên tục giữa khí quyển, địa quyển, thủy quyển và sinh quyển đã tạo nên những cân bằng động duy trì sự có mặt và tồn tại của các chất khí trong khí quyển Trong một đơn vị thể tích của không khí khô và sạch có chứa 78,08% nitơ (N2), 20,95% ôxy (O2), 0,93% acgon (Ar), 0,03% cacbonic Các chất khí nêon, hê li, cripton, hyđrô, xênon và ôzôn chỉ chiếm 0,01% (bảng 1) N goài ra, trong không khí còn có một số chất có thành phần biến động như hơi nước, bụi khói, các chất khí độc hại, các ion và các chất hữu cơ do thực vật thải ra Lượng cacbonic trong khí quyển cũng thường biến động khá nhiều Hàng năm thực vật cố định cacbonic trên phạm vi toàn cầu khoảng 4,9.1013kg Trong một ngày thực vật hấp thụ CO2
bắt đầu từ lúc mặt trời mọc do đó ban ngày lượng CO2 giảm thấp còn oxy tăng lên và đạt đến cực đại vào buổi chiều Sự trao đổi CO2 cũng xảy ra giữa đại dương và khí quyển vì đại dương chứa lượng CO2 lớn hơn 50 lần khí quyển Đại dương vì thế đóng vai trò điều chỉnh nồng độ CO2 trong khí quyển Các chất khí trong thành phần khí quyển kể trên hấp thu rất ít
Trang 9năng lượng bức xạ, đủ đảm bảo duy trì chế độ nhiệt bình thường của trái đất hình thành các
đới khí hậu khá ổn định hàng nghìn năm nay
Bảng 1 Thành phần không khí khô, không bị ô nhiễm
STT Tên chất Công thức Tỉ l ệ Tổng khối lượng (tấn)
Nguồn: Khí tượng nông nghiệp - 2005 [12]
N gày nay khí quyển trái đất bao gồm hỗn hợp các chất khí có nồng độ khác nhau
Khối lượng khí quyển ước tính khoảng 5,15 x 1015 tấn (Sytnick, 1985) Các đám cháy rừng và
đốt nhiên liệu hoá thạch thải ra khói, tro, bụi và các chất gây ô nhiẽm khí quyển như CO2,
CO, N H4, N Ox, HSCf, SO2, CFC… Các chất khí này có khả năng hấp thụ bức xạ sóng dài làm
cho nhiệt độ không khí tăng lên gọi là “hiệu ứng khí nhà kính” Với những gia tăng mạnh mẽ
của nền sản xuất và việc sử dụng các nhiên liệu hoá thạch (dầu khí, than đá ), con người đã
phát thải vào khí quyển các chất “khí nhà kính” N hiệt độ toàn cầu sẽ gia tăng từ 1,4oC đến
4oC từ 1996 đến 2100 và vì vậy sẽ kéo theo những nguy cơ ngày càng sâu sắc đối với chất
lượng môi trường N hiệt độ trái đất tăng lên do “hiệu ứng nhà kính” đã tác động đến đời sống
động, thực vật và con người, làm phương hại tới các công trình xây dựng và đặc biệt là làm
biến đổi khí hậu trái đất
Khái niệm về biến đổi khí hậu thời đại ngày nay, vì thế đã được Tổ chức Liên hợp
quốc xác định rõ là: “BĐKH được quy trực tiếp hoặc gián tiếp cho hoạt động của con người
Trang 10làm thay đổi nồng độ khí nhà kính trong khí quyển, làm tăng hiệu ứng nhà kính gây ra biến đổi hệ thống khí hậu trái đất” (Bản tin ISGE) [4]
1.2 PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH VÀ NHỮNG HỆ QUẢ MÔI TRƯỜNG
1.2.1 Phát thải khí nhà kính
Các công trình nghiên cứu cho chúng ta biết suốt thiên niên kỷ trước khi có cuộc cách mạng công nghiệp, hàm lượng CO2 trong khí quyển vẫn luôn luôn cân bằng ở mức 280 phần triệu (ppm) Tuy nhiên, từ đầu thế kỷ 19 đến nay hàm lượng khí CO2 trong khí quyển tăng nhanh và liên tục đến 360 - 380 ppm N ếu hàm lượng CO2 trong khí quyển tăng gấp đôi thì nhiệt độ trái đất sẽ tăng lên khoảng 30C Số liệu quan trắc trong 4 thập kỷ gần đây cho thấy cứ mỗi thập kỷ, hàm lượng CO2 trong khí quyển tăng 4%
Cacbonic và các chất khí nhà kính được sinh ra từ các nguồn phát thải sau đây:
a) Nguồn tự nhiên
• Cháy rừng: phát thải cacbon monoxit (CO), cacbon đioxit (CO2) và tro bụi
• Quá trình phân huỷ chất hữu cơ: phát thải amôniac, mêtan, oxit nitơ (N2O, N O) và
CO2
• Sấm sét: gây ra hiện tượng điện phân N itơ (N2) làm xuất hiện axit nitric (HN O3)
• Bão bụi: gió mạnh tung bụi cát vào không khí, sóng biển tung bọt nước mang theo muối biển vào không khí
• N úi lửa: phun thải vào không khí nham thạch nóng nhiều khói, bụi giàu sunfuadioxit, sunfit hữu cơ, mêtan và những loại khí khác
b) Nguồn nhân tạo:
Hàng năm lượng phát thải vào khí quyển trên toàn thế giới rất lớn, số liệu thống kê
1992 và 2009 của Liên hợp Quốc được trình bày ở bảng 2 &3
Theo thống kê Liên Hiệp Quốc (1991), các nước công nghiệp phát triển có số dân chỉ chiếm 1/4 dân số thế giới nhưng mức tiêu thụ năng lượng năm 1970 lớn gấp 7 lần, năm 1980 gấp 4 lần và năm 1990 khoảng 3 lần so với các nước đang phát triển
Cacbon đioxit và monoxit (CO 2 và CO): Theo Hoffman và Wells (1987), lượng CO2 sẽ tăng lên gấp hai lần vào giữa thế kỷ XXI Trong khí quyển lượng CO2 ước tính có khoảng 711.109 tấn (0,033%), trao đổi hàng năm với sinh quyển trên cạn khoảng 56.109 tấn và nhận khoảng 5.109 tấn do đốt cháy nhiên liệu hoá thạch Ðại dương chứa khoảng 580.109 tấn CO2 ở lớp nước mặt và khoảng 38.400.109 tấn ở lớp giữa và lớp sâu hơn Trao đổi cacbonic giữa mặt biển và khí quyển hàng năm khoảng 90.109 tấn/năm Theo Smith (1984), hàng năm trên trái đất phát thải khoảng 6,0.108 tấn CO (riêng Mỹ - 65.106 tấn)
Trang 11Bảng 2 Số lượng phát thải các khí nhà kính trên toàn thế giới năm 1992
1 Giao thông vận tải 58.1 1.2 0.8 15.1 7.3
Nguồn: Khí tượng nông nghiệp - 2005 [12]
Mêtan (CH 4 ): N guồn gây ô nhiễm chính của CH4 là các quá trình sinh học, ví dụ như sự lên
men đường ruột của loài động vật móng guốc, sự phân giải kị khí ở đất ngập nước CH4 bị oxi
hoá tạo thành hơi nước ở tầng bình lưu gây hiệu ứng nhà kính mạnh hơn nhiều so với hiệu
ứng trực tiếp của CH4 Theo Hoffman và Wells (1987) thì hiện nay hàng năm trên toàn thế
giới khí quyển thu nhận khoảng 400.109 – 765.109 kg CH4
Nitơ oxit (N 2 O): Theo số liệu của cơ quan vũ trụ Mỹ (N ASA) thì tỷ lệ tăng N 2O hàng năm
khoảng từ 0,2% - 0,3% Hoffman và Wells (1987) cho biết lượng N2O phát thải vào khí
quyển do phân giải các hợp chất hữu cơ, phân khoáng và những quá trình tự nhiên khác chiếm
tỷ lệ 70 - 80%, đốt cháy nhiên liệu khoảng 20 - 30%
Clorofluorocacbon (còn gọi là CFC): CFCl11 hoặc CFCl3 và CFCl2 hoặc CF2Cl2 (tên gọi kinh
doanh là Freon 12 hoặc F12), đó là những chất thông dụng của CFC, chúng có thể ở dạng sol
khí và không sol khí Dạng sol khí thường làm tổn hại tầng ôzôn Do có sự báo động về môi
trường, các nước phát triển đã bắt đầu hạn chế sử dụng dạng sol khí của CFC, nhưng dạng
không sol khí thì vẫn tiếp tục được sản xuất và ngày càng tăng về số lượng CFC có tính ổn
định cao và không bị phân huỷ Có những giả thiết cho rằng, nếu như sự phát thải CFC hiện
nay hoàn toàn được chấm dứt thì cũng phải cần khoảng 100 năm nữa mới phân huỷ hết lượng
CFC hiện có
Các loại khí khác: Sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa loài người đã phát triển sản xuất
nhiều loại sản phNm đặc biệt, phát thải vào khí quyển các loại khí hiếm, độc hại làm gia tăng
hiệu ứng nhà kính hoặc phá hủy tầng ôzôn
Trang 12Bảng 3 “Top” 20 nước có mức phát thải CO2 nhiều nhất trên thế giới (2009)
STT N ước Tổng lượng phát thải
Nguồn: Hội nghị Copenhagen (2009) [35]
1.2.2 Hiệu ứng nhà kính (The green house effect)
Số liệu quan trắc cho thấy, trong khoảng thời gian từ 1880 đến 1940, nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất đã tăng lên khoảng 0,50C, Từ năm 1940 đến 2000 nhiệt độ trái đất tăng ít nhất là 0,70C Trong hội thảo ở Châu Âu, các nhà nghiên cứu khí hậu cho rằng nhiệt độ của Trái đất sẽ tăng lên 1,5 - 4,50C vào năm 2050 do "hiệu ứng nhà kính" Từ 1976 đến nay nhiệt
độ bề mặt trái đất tăng mạnh, trung bình 0,180C/1 thạp kỷ Thập kỷ 1997-2006 nhiệt độ Bắc bán cầu tăng 0,530C, N am bán cầu tăng 0,270C so với trung bình thời kỳ 1961 - 1990
N guyên nhân là do khí quyển bị ô nhiễm, các chất “khí nhà kính” như CO2, CO, N O2,
CH4… hấp thu nhiều bức xạ sóng dài làm cho khí quyển nóng lên gọi là “hiệu ứng nhà kính”
Trang 13N hư chúng ta đã biết, mỗi chất khí trong thành phần khí quyển chỉ hấp thụ chọn lọc những tia bức xạ có bước sóng nhất định (hình 5)
• Khí cacbonic (CO2) hấp thụ các bước sóng từ 1,8 – 2,0μ; 2,5 – 3,0μ; 3,8 – 4,8μ và quan trọng hơn cả là dải bước sóng từ 12,9 đến 40,1μ
• Khí mêtan (CH4) hấp thu bước sóng 2,8 – 3,3μ và 6,9 – 8,1μ
• N O2 hấp thu bước song từ 3,0 – 5,1μ và 6,2 – 8,1μ
Ôzôn (O3) và ôxy (O2) có dải hấp thụ trong khoảng phổ cực tím (< 0,3μ) và bước sóng dài từ 8,0 – 10,0μ Ôzôn (O3) và ôxy (O2) hấp thụ các tia cực tím với bước sóng nhỏ hơn 0,3μ khá mạnh Sự hấp thụ các tia cực tím ở các lớp khí quyển tầng bình lưu dẫn đến sự phân ly phân tử ôzôn để tạo thành oxy N hờ có lớp ôzôn hấp thụ các tia bức xạ cực tím của mặt trời
mà sự sống trên trái đất được bảo vệ
Thành phần quang phổ của bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt đất bao gồm tia tử ngoại (λ < 0,39μ), các tia nhìn thấy (λ = 0,39 đến 0,76μ), và hồng ngoại (λ > 0,76μ) Về ban ngày, các tia bức xạ sóng ngắn từ mặt trời chiếu xuyên qua khí quyển xuống mặt đất Mặt đất nhờ hấp thu các tia này nên bị nóng lên, sau đó nó lại bức xạ trở lại khí quyển dưới dạng sóng dài
N hìn chung các tia bức xạ sóng dài thường tải rất nhiều năng lượng nên được gọi là các “tia nhiệt” Các chất “khí nhà kính” đến lượt nó lại hấp thu các bức xạ sóng dài làm cho bầu không khí bị nóng lên, đó là hiệu ứng nhà kính (xem hình 6) [12]
1.2.3 Suy thoái tầng ôzôn
Ôzôn (O3) là loại khí hiếm gặp ở lớp không khí gần mặt đất nhưng tập trung thành lớp dày ở tầng bình lưu từ 25 km đến khoảng 50 km Lớp ôzôn trên cao rất có ích vì nó làm nhiệm vụ hấp thụ các bức xạ tử ngoại từ mặt trời chiếu xuống N hững tia tử ngoại nguy hiểm
có bước sóng từ 0,20 - 0,39μ thường tác động đến ADN , gây đột biến tế bào và ung thư da ở người và động vật Tia tử ngoại cũng tiêu diệt các thực vật bậc thấp và làm chết noãn cầu và hạt phấn của thực vật bậc cao Lớp ôzôn có khả năng hấp thu các tia tử ngoại đã trở thành tác nhân bảo vệ sự sống trên mặt đất
Khả năng hấp thu các tia tử ngoại của ôzon diễn ra theo các bước sau:
Ôzôn ở tầng bình lưu thường tồn tại 1 cân bằng động, khi hấp thụ bức xạ tử ngoại nó
có thể bị phân huỷ thành ôxy, ngược lại, về ban đêm ôzôn được tái tạo lại:
Trang 14Hình 5 Phổ hấp thu của các chất khí Hình 6 Hiệu ứng nhà kính
Tia tử ngoại Tia tử ngoại
Trang 15O3 O2 + O và O2 O + O Trong số các chất khí do hoạt động sản xuất phát thải vào khí quyển, các chất CFC,
CH4, N2O, N O… có khả năng thúc đNy phân hủy tầng ôzôn, đặc biệt là CFC Trong tự nhiên CFC (Clorofluorocacbon) xâm nhập một cách chậm chạp vào tầng ôzôn của khí quyển, khi tiếp xúc với các tia tử ngoại CFC giải phóng Cl tự do
Hình 7 Lỗ thủng tầng Ôzôn ở Nam cực Hình 8 Băng đang tan ở Nam cực
Clo kết hợp với O nguyên tử theo phản ứng:
Cl + O = ClO
Các kết quả khảo sát cho thấy, Cl ở tầng bình lưu thường tồn tại dưới dạng bền vững như HCl, ClON O2 Vào mùa đông, vùng N am cực rất lạnh do không được bức xạ mặt trời chiếu tới nên trên tầng bình lưu xuất hiện các đám mây khí đóng băng Trên bề mặt các đám mây khí đóng băng này là điều kiện thuận lợi cho Cl tự do giải phóng khỏi các dạng bền vững Khi mùa xuân đến (tháng IX, tháng X), vùng N am cực bắt đầu có ánh sáng mặt trời chiếu tới,
Cl tự do sẵn có kết hợp với O do O3 phân huỷ tạo thành ClO Vì thế, thời gian này lỗ thủng tầng ô zôn ở N am cực đạt diện tích cực đại Một CFC có thể phá huỷ hàng nghìn phân tử ôzôn Hoạt động tương tự trong quá trình phân huỷ ôzôn còn có Brôm, N O và OH- Ví dụ,
OH- hoạt động phân huỷ O3 ở độ cao trên 40km như sau:
OH- + O3 = HO2 + O2 OH- + O2 + O
Các nhà khoa học dự đoán rằng đến năm 2030 sự suy thoái tầng ôzôn trên phạm vi
Trang 16ở vĩ độ 600 N ếu việc cấm sản xuất CFC có hiệu quả thì sự suy thoái do CFC trung bình vẫn ở
mức 2% và 8% ở 600 vào năm 2030 [12]
1.3 PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH KHU VỰC NÔNG NGHIỆP
1.3.1 Phát thải khí nhà kính ở Việt Nam
Việt N am nằm ở vùng Ðông N am Á thuộc bán đảo Ðông Dương, với diện tích tự nhiên trên 33 vạn km2, có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ cao và lượng mưa năm phong phú Việt N am là một nước nông nghiệp, phát thải khí nhà kính trong khu vực nông nghiệp chiếm một tỷ lệ khá lớn Trong bản thông báo lần thứ 2 của Việt N am cho Công ước khung của LHQ về BĐKH (5/2011), kết quả kiểm kê khí nhà kính 1994 – 2000 trình bày ở bảng 4
Bảng 4 Tình hình phát thải khí nhà kính của các ngành kinh tế ở Việt Nam
Đơn vị: Triệu tấn CO2-e
2 Các quá trình công nghiệp 3,8 3,7 5,6 4,6 10,0 6,6
3 Lâm nghiệp và thay đổi sử dụng đất 19,4 18,7 12,1 10,0 15,1 10,0
4 N ông nghiệp 52,5 50,5 57,4 47,4 65,1 43,1
Tổng cộng 103,9 100,0 121,2 100,0 150,9 100,0
Nguồn: Dự thảo Thông báo QG lần 2 về BĐKH (2011)[6]
1.3.2 Phát thải khí nhà kính khu vực nông nghiệp
Khu vực sản xuất nông nghiệp có nguồn phát thải khí nhà kính chủ yếu là mê tan (CH4), Ô xít nitơ (N2O), Monoxit cacbon (CO) và ôxit nitrogen (N Ox) Khí nhà kính phát thải
từ các hoạt động chăn nuôi, trồng trọt, nuôi trồng thuỷ sản Kết quả kiểm kê khí nhà kính khu vực nông nghiệp năm 2000 cho thấy, trồng lúa có nguồn phát thải CH4 lớn nhất, chiếm 57,5% tổng lượng phát thải của nông nghiệp, thứ đến là chăn nuôi gia súc 17,2% Tổng lượng phát thải khí nhà kính trong sản xuất nông lâm nghiệp (đã trừ phần quang hợp hấp thụ khí nhà kính trong lĩnh vực lâm nghiệp và thay đổi sử dụng đất) đạt được tương đương 56,1 triệu tấn
CO2 trong 2010, 49,4 triệu tấn năm 2020 và 45,0 triệu tấn vào năm 2030 (thông báo Quốc gia lần thứ hai về BĐKH 5/2011)
Bảng 5 Lượng phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực nông, lâm nghiệp (2000)
Trang 17N gành sản xuất CH 4
(N ghìn tấn)
N 2 O (N ghìn tấn)
CO (N ghìn tấn)
N O x
(N ghìn tấn)
Tổng CO 2
tương đương (Triệu tấn)
Tỷ lệ (%)
1 Chăn nuôi
Tiêu hóa thức ăn
Quản lý chất thải
368,12 164,16
7,73 3,45
11,9 5,3
Trang 18II MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 MỤC TIÊU, Ý NGHĨA VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu:
Tổng quan, chọn lựa các phương pháp kiểm kê khí nhà kính trong nông, lâm nghiệp
và áp dụng tính toán cho Việt N am;
Đề xuất các biện pháp giảm thiểu và kiểm soát phát thải khí nhà kính từ nông lâm nghiệp;
Đề xuất các mục tiêu, nội dung và sảm phNm thực nghiệm kiểm chứng các phương pháp kiểm kê và giảm thiểu sự phát thải khí nhà kính trong nông, lâm nghiệp ở Việt N am
2.1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việt N am nằm ở vùng Ðông N am Á thuộc bán đảo Ðông Dương, với diện tích tự nhiên trên 33 vạn km2, có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ cao và lượng mưa năm phong phú Việt N am là một nước nông nghiệp, sản suất nông lâm nghiệp cũng là một trong các khu vực có nguồn phát thải khí nhà kính cao Khu vực sản xuất nông lâm nghiệp có nguồn phát thải khí nhà kính chủ yếu là mê tan (CH4), Ô xít nitơ (N 2O), Monoxit cacbon (CO) và ôxit nitrogen (N Ox) do các hoạt động chăn nuôi, trồng trọt, lâm nghiệp và thay đổi sử dụng đất Kết quả kiểm kê khí nhà kính là một căn cứ khoa học giúp chúng ta có phương pháp đánh giá các phương án giảm nhẹ phát thải khí kính trong khu vực nông lâm nghiệp Phương pháp
Trang 19được sử dụng trong xây dựng và dánh giá các phương án giảm nhẹ khí nhà kính trong nông nghiệp nêu trên được tuân thủ theo sách hướng dẫn đánh giá giảm nhẹ khí nhà kính của Tiến
Sỹ J.Sathaye (1995), Trạng huống cơ bản được xây dựng dựa trên định hướng phát triển nông lâm nghiệp cho thế kỷ 21 Tuy nhiên, để tính toán lượng phát thải khí nhà kính trong nông, lâm nghiệp người ta đã phải sử dụng đến nhiều phương pháp ước lượng dẫn đến kết quả kiểm
kê đưa ra còn chưa chính xác
Theo chúng tôi kết quả kiểm kê khí nhà kính áp dụng cho các trạng huống hay đối với các phương án giảm nhẹ khí nhà kính sẽ bị chi phối bởi các điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của mỗi Quốc gia Đặc biệt, nước ta là một nước nhiệt đới có nhiệt độ cao và nhiều thiên tai, điều kiện kinh tế - xã hội đang diễn ra hết sức phức tạp nên việc kiểm kê khí nhà kính phải có những hệ số điều chỉnh phù hợp thì mới đáp ứng được độ tin cậy cho phép Vì thế, yêu cầu cần phải nghiên cứu một số nội dung như sau:
• Các nguồn phát thải khí nhà kính trong nông, lâm nghiệp
• Các nhân tố ảnh hưởng tới quá trình phát thải KN K trong nông lâm nghiệp
• Các sai số khi kiểm kê khí nhà kính trong sản xuất lúa nước (sai số do tính mùa vụ, độ dài thời kỳ ngập nước, giống lúa, độ sâu ngập nước…)
• Sai số trong kiểm kê khí nhà kính trong chăn nuôi (sai số lấy mẫu, sai số thống kê, tuổi gia súc, gia cầm…)
• Sai số trong kiểm kê khí nhà kính trong lâm nghiệp (sai số lấy mẫu, sai số thống kê diện tích, loại rừng, tuổi rừng…)
• Dự tính phát thải khí nhà kính trong lâm nghiệp theo các kịch bản phát triển kinh tế - xã hội đến 2050
• Đề xuất các biện pháp giảm thiểu phát thải KN K trong nông nghiệp và lâm nghiệp ở Việt N am (quản lý tưới, tiêu, thay đổi giống và mùa vụ, sử dụng phân bón hợp lý, chăn thả động vật phù hợp, trồng rừng phủ xanh đất trống, bảo vệ các khu rừng quốc gia, nông lâm kết hợp, khép kín vòng tuần hoàn các bon trong rừng)
• Đề xuất các thực nghiệm đồng ruộng để kiểm chứng phương pháp tính phát thải và biện pháp giảm thiếu sự phát thải khí nhà kính từ nông, lâm nghiệp (mô hình điều tiết nước, trồng rừng để phát triển bể hấp thu, phát triển công nghệ biogaz…)
• Đề xuất nâng cao năng lực quản lý đối với việc giảm thiểu và kiểm soát sự phát thải
KN K trong lĩnh vực nông, lâm nghiệp
2.1.3 Phạm vi và thời gian thực hiện đề tài
• Dự án sẽ tập trung phân tích phương pháp đánh giá kiểm kê khí nhà kính trong nông, lâm nghiệp Đề xuất các biện pháp giảm thiểu và phương pháp giám sát phát thải khí
Trang 20• Thời gian thực hiện từ tháng 11/2010 đến tháng 4/2011
2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Ứng dụng phương pháp dự tính phát thải KN K trong nông, lâm nghiệp của IPCC Để tránh bỏ sót, tổng quan sẽ được tiến hành trên cơ sở xác định các vấn đề liên quan đến kiểm
kê khí nhà kính trong lĩnh vực nông nghiệp và lâm nghiệp trên thế giới và ở Việt N am Các nội dung sẽ được liệt kê danh mục đã được phân loại theo nhóm để thuận lợi cho việc biên tập
và phân tích Phương pháp chuyên gia sẽ được áp dụng để thu thập các thông tin liên quan đến kinh nghiệm, quan điểm và những đề xuất trong việc phân tích, đánh giá kiểm kê KN K,
đề xuất các biện pháp giảm thiểu phát thải KN K trong nông, lâm nghiệp ở Việt N am trong thời gian tới
2.2.1 Thu thập tài liệu:
Số liệu sẽ được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau thuộc mạng lưới quốc gia:
• N hững số liệu chung liên quan đến sản xuất nông, lâm nghiệp dài hạn (diện tích của các loại cây trồng, đại gia súc, dân số….) trong cả nước sẽ được thu thập từ Tổng cục Thống
kê (GSO) và các cuộc điều tra tổng thể (2004, 2006 và 2009);
• Cơ sở dữ liệu về khí hậu, số liệu thực nghiệm đo đạc khí nhà kính, các kịch bản biến đổi khí hậu và các tài liệu khác có liên quan sẽ được thu thập từ các báo cáo chuyên đề, chuyên ngành KTTV, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ N ông nghiệp và Phát triển nông thôn và các cơ quan khác;
• Các chính sách, cơ chế và chương trình mục tiêu quốc gia sẽ được thu thập từ MON RE, MARD, GSO, báo cáo của các tỉnh;
• Từ kinh nghiệm và kiến thức của các chuyên gia
2.2.2 Phương pháp xử lý số liệu:
Số liệu được xử lý bằng phần mềm excel và mô hình kiểm kê khí nhà kính ALU (Agricultural Land Unit Management) của IPCC;
2.3 PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN
2.3.1 Tiếp cận có tính kế thừa các nghiên cứu có liên quan:
N ghiên cứu này sẽ kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây có liên quan để tránh lãng phí công sức, tiền bạc và tiết kiệm thời gian Các nghiên cứu trước đây có liên quan sẽ được tổng quan và đúc kết kinh nghiệm cho nghiên cứu này gồm có:
Trang 21• Tham khảo kế thừa tài liệu trong và ngoài nước về kiểm kê khí nhà kính;
• Tham khảo mô hình kiểm kê khí nhà kính ALU [39];
• Các số liệu hiện trạng về rừng, lúa và cây trồng cạn;
• Chiến lược phát triển N gành N ông nghiệp đến 2020 và tầm nhìn đén 2050;
• Các phương pháp đo đạc thực nghiệm và tính toán phát thải KN K ở Việt N am
2.3.2 Tiếp cận theo phương pháp có sự tham gia của nhóm và cộng đồng:
Các nhà khoa học, các chuyên gia sẽ được khuyến khích tham gia trong các nhóm thảo luận trong các hoạt động nghiên cứu, làm việc nhóm sẽ được ưu tiên trong nghiên cứu
2.3.3 Tiếp cận mang tính hệ thống:
Các hoạt động nghiên cứu sẽ được tiếp cận mang tính hệ thống Hệ quả bắt đầu từ nguyên nhân sự việc, các kết luận đưa ra trong quá trình nghiên cứu sẽ dựa vào kết quả phân tích biện chứng Các biện pháp đề xuất phải dựa vào kết quả nghiên cứu phân tích và đánh giá của nhiệm vụ và phải có tính thực tiễn, tính ứng dụng cao
Trang 22III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Trang 233.1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, DỰ TÍNH PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG LĨNH VỰC NÔNG, LÂM NGHIỆP
3.1.1 CÁC NGUỒN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG NÔNG, LÂM NGHIỆP
3.1.1.1 Các nguồn phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp
Trong nông nghiệp khí nhà kính phát thải chủ yếu bao gồm các loại CO2,N2O, CH4, nguồn phát thải khí nhà kính từ quá trình sản xuất lúa nước và chăn nuôi CH4 được phát thải qua quá trình biến đổi sinh học trong môi trường yếm khí ở đầm lầy, đất ngập nước trồng lúa… Theo Khali và Shearer (1993), bằng phương pháp đồng vị có thể thấy 70-80% CH4 của khí quyển đều có nguồn gốc sinh học N hững dẫn liệu đầu tiên chứng minh một lượng lớn
CH4 được phát thải từ vùng trồng lúa ở Mỹ và N am Âu (IRRI-1999) Sau đó những nghiên cứu chi tiết hơn được tiến hành ở Ý, Trung Quốc, Ấn Độ, N hật Bản và Đông N am Á Theo đánh giá của Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC, 1996) thì tổng lượng phát thải
CH4 từ các vùng trồng lúa nước dao động từ 20 – 100 Tt/năm (Tt - triệu tấn) [20]
Ở Việt N am theo kết quả kiểm kê khí nhà kính năm 2000 (Viện KTTV - 2002), lượng phát thải KN K khu vực nông nghiệp là 65,1 Tt CO2, chiếm 45,4% tổng lượng phát thải khí nhà kính Quốc gia Khí nhà kính khu vực nông nghiệp phát thải năm 1994 có lượng CH4 là lớn nhất, trong đó khu vực trồng lúa là 1559,7 Gt/năm (Gt – nghìn tấn), chiếm 62,4%, khu vực chăn nuôi là 18,7%, đất nông nghiệp khác 15,4%, còn lại là nguồn phát thải từ savan và đốt phế thải [9]
N gành chăn nuôi đã trở thành kẻ “đe dọa dấu mặt” góp phần làm xấu môi trường ở từng khu vực và toàn cầu Kết quả nghiên cứu mô hình KN K bò sữa (dairy GHG) đã ước tính sự phát thải KN K thực tế từ các hệ thống sản xuất sữa theo phương pháp đánh giá chu kì sống Các loại khí CH4, N2O và CO2 phát thải từ trang trại được tính bằng đơn vị tương đương CO2
(equivalent units - CO2) thì mô hình Dairy GHG vào khoảng 0,5-0,8 kg CO2 cho 1kg sữa Methane được sinh ra do sự phân hủy các hợp chất hữu cơ nhờ vi sinh vật trong điều kiện yếm khí CH4 phát thải từ quá trình lên men trong ống tiêu hóa động vật chiếm khoảng 20%, từ phân gia súc chiếm khoảng 7% tổng CH4 phát thải ra Động vật nhai lại (bò thịt, bò sữa, dê, cừu) đóng vai trò chính vào việc tạo ra CH4 vì chúng có dạ dày 4 túi, trong đó dạ cỏ
có dung tích rất lớn (khoảng 200 lít), tại đây xảy ra quá trình lên men vi sinh vật N hững chất khí tạo thành nằm ở phần trên dạ cỏ gồm chủ yếu CO2 và CH4 Cụ thể, thành phần các chất khí trong dạ cỏ như sau: H2 - 0,2%; O2 - 0,5%; N2 - 7,0%; CH4 - 26,8% và CO2 - 65,5% (nguồn: Sniffen, C.J and all, 1991) [7]
Trang 24Tỷ lệ các chất khí này phụ thuộc vào điều kiện sinh thái dạ cỏ và sự cân bằng của quá trình lên men Bình thường thì tỷ lệ CO2 gấp 2 - 3 lần CH4 Ước tính với một con bò trưởng thành có 132 - 264 galons chất khí dạ cỏ được sản sinh ra từ sự lên men và được ợ ra mỗi ngày Sự ợ hơi rất quan trọng đối với con vật để tránh bệnh chướng hơi nhưng lại là cách để
CH4 phát thải vào khí quyển N goài ra CH4 cũng được tạo ra do quá trình phân hủy phân gia súc trong điều kiện yếm khí bởi vi sinh vật [42]
3.1.1.2 Các nguồn phát thải khí nhà kính trong lâm nghiệp
Phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực lâm nghiệp (LULUCF) chủ yếu từ việc thay đổi trữ lượng rừng, sinh khối và chuyển đổi sử dụng đất Chu trình cacbon toàn cầu liên quan đến việc trao đổi CO2 giữa khí quyển, sinh quyển và đại dương Thực vật hấp thu CO2 trong khí quyển thông qua quá trình quang hợp để sản xuất các chất hữu cơ được lưu trữ trong các bộ phận trên và dưới mặt đất Số lượng lớn sinh khối trong các bộ phận thực vật trên và dưới mặt đất cuối cùng được chuyển đến bể chất hữu cơ chết bao gồm gỗ, rác hữu cơ chưa bị phân hủy lưu trữ trên hoặc dưới mặt đất Cácbon được cố định bởi chất hữu cơ chết tồn tại trong đất hoặc dưới hình thức tốt hơn là mùn CO2 phát thải ra bầu khí quyển từ nguồn sinh khối chết trong đất rừng hoặc từ quá trình hô hấp của sinh vật Phát thải CO2 chủ yếu do vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ gây ra Từ những chất hữu cơ cao phân tử, dưới tác dụng của các men
hô hấp sẽ bị phân giải thành các hợp chất phân tử nhỏ 2-3 cacbon và giải phóng CO2 [17]
Trong khuôn khổ kiểm kê quốc gia khí nhà kính ở Việt N am, các nhà khoa học Hội bảo vệ thiên nhiên & môi trường ghi nhận được việc chuyển đổi sử dụng đất cũng gây ra hiện tượng phát thải khí nhà kính Kiểm kê KN K năm 1994 cho thấy, chuyển đổi sử dụng đất gây phát thải trên 56 triệu tấn carbon dioxide (CO2), loại khí nhà kính bị quy là chịu trách nhiệm chính gây nên biến đổi khí hậu Số phát thải này là không nhỏ nếu biết rằng, cùng năm ấy, tổng lượng CO2 được hấp thụ do tăng trưởng sinh khối (trồng mới và tái sinh rừng tự nhiên) cũng chỉ đạt trên 50 triệu tấn mà thôi Cộng và trừ các nguồn phát thải và hấp thụ trong lâm nghiệp và chuyển đổi sử dụng đất ở nước ta đạt trên 19 triệu tấn CO2
Đến năm 1998, lượng phát thải giảm một chút, còn 12 triệu tấn CO2 N ăm 2000, tổng lượng phát thải trong lĩnh vực lâm nghiệp lại tăng trên 15 triệu tấn CO2, như vậy hiệu quả trồng rừng ở nước ta đã bị suy giảm Các nhà khoa học hy vọng, việc trồng rừng và chuyển đổi sử dụng đất ở nước ta sẽ không gây phát thải CO2 nữa, thay vào đó, còn có thể hấp thụ được khoảng 10 triệu tấn CO2 [17]
Trang 253.1.2 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI PHÁT THẢI KNK TRONG NÔNG, LÂM NGHIỆP
Quá trình phát thải khí nhà kính trong nông, lâm nghiệp chịu ảnh hưởng bởi nhiều nhân tố liên quan đến cơ chất (nguồn chất hữu cơ chứa C & N ) và điều kiện môi trường:
3.1.2.1 Điều kiện canh tác:
Trên ruộng lúa bón nhiều phân hữu cơ hoặc các loại đất lầy thụt chứa nhiều mùn thường làm gia tăng sự phát thải CH4 Trong rừng có nhiều thảm mục, cành lá chết khô, đất rừng càng tốt, giầu mùn thì phát thải CO2 càng nhiều Các chất thải trong chăn nuôi được phân giải bằng quá trình lên men yếm khí sinh ra khí methane (CH4), Cacbondioxide (CO2) và N2O
N hững yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí và sinh khí methane là yếu tố môi trường chăn nuôi Chất thải chăn nuôi không được quản lý chặt chẽ là nguồn chất hữu cơ phong phú đối với quá trình phát thải N2O, CH4 và CO2… Tỷ số C/N trong nguyên liệu sinh
KN K là những chất dinh dưỡng chính của vi khuNn yếm khí N ghiên cứu cho thấy trong những điều kiện thích hợp, tỷ lệ C/N vào khoảng 25/1 – 30/1 thì quá trình phân hủy sẽ tiến hành thuận lợi [9]
3.1.2.2 Mùa trong năm:
Khí hậu Việt N am phân hóa theo mùa khá rõ rệt, mỗi mùa đều có những đặc điểm riêng ảnh hưởng tới cường độ phát thải khí nhà kính Mùa hè, nhiêt độ và độ Nm không khí cao thích hợp đối với sự phát sinh, phát triển của vi sinh vật, thúc đNy quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ nên làm tăng cường độ phát thải khí nhà kính Mùa đông có nhiệt độ thấp nên
sự phát thải thường chậm hơn Mùa thu, trời thường ít mây, độ Nm không khí thấp nhưng ban ngày có nhiều nắng, nhiệt độ mặt đất và nước ruộng thường khá cao cũng thúc đNy hoạt động của nấm, vi khuNn phân giải chất hữu cơ làm tăng cường độ phát thải khí nhà kính…
N hiệt độ là yếu tố có ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình sản sinh khí methane N hiệt độ tối ưu cho quá trình này là 350C, nếu thấp hơn thì quá trình sinh khí CH4 sẽ giảm đi, ở mức 100C thì quá trình này sẽ ngưng hẳn N hiệt độ lên xuống thất thường cũng gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình sinh khí methane của vi khuNn [13]
3.1.2.3 Thời gian và số lượng vi sinh vật sinh khí methane:
Các vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ để phát thải N2O, CH4 và CO2… nhiều hay ít phụ thuộc vào thời gian và số lượng vi sinh vật Thời gian càng dài và số lượng vi sinh vật càng nhiều thì phát thải càng mạnh Đối với các chất thải chăn nuôi, trung bình thời gian ủ là
20 – 60 ngày, thời gian này sẽ ngắn đi nếu nhiệt độ càng cao và số lượng vi khuNn càng nhiều
N ếu trong quá trình ủ thấy vi sinh vật không phát triển thì cần phải kiểm tra lại nguyên liệu hoặc bổ sung vi sinh vật [14]
Trang 263.1.2.4 Độ pH và các độc tố:
Độ pH của quá trình lên men thường trung tính: đầu vào từ 6,8 – 7,2; đầu ra từ 7,0 – 7,5 N goài ra các độc tố có trong nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến lượng KN K sinh ra, thuốc sát trùng, thuốc tNy, nước xà phòng, thuốc trừ sâu sẽ làm cho số lượng vi sinh vật giảm đi và quá trình phát thải cũng giảm Kết quả nghiên cứu của Yagi và Minami (1990) cho thấy, điều
kiện pH trung tính (6,5 – 7,8) thuận lợi cho quá trình phát thải khí methane ở ruộng lúa [44]
3.1.2.5 Điện thế ôxy hóa – khử:
Sự phát thải CH4 trên vùng đất trồng lúa là quá trình phân giải chất hữu cơ ở điều kiện yếm khí Đây là quá trình phân giải sinh hóa phức tạp có sự tham gia của các vi khuNn hình thành và chuyển hóa CH4 (Methanobacterium) phụ thuộc vào các yếu tố môi trường, trong đó
chủ yếu là thế ôxy hóa khử (Eh), chất hữu cơ, chế độ nước, nhiệt độ và sự tham gia của loại
men sinh học -naphthylamine ở vùng rễ lúa Sự thay đổi chế độ nước sẽ kéo theo thay đổi
chế độ khí, nhiệt độ nên làm thay đổi thế ôxy hóa khử (Eh) ở vùng rễ lúa, làm giảm phát thải
CH4 Vì thế chế độ rút nước phơi ruộng giữa vụ, có tác dụng làm giảm phát thải CH4, bón phân hữu cơ làm tăng lượng phát thải CH4 nhưng bón phân vô cơ thì hạn chế phát thải CH4
(IRRI – 1999) Theo Yamane và Sato (1964), hiệu điện thế thích hợp cho quá trình phát thải methane ruộng lúa nước nằm trong khoảng từ -150 đến – 200 mV [34]
3.1.3 PHƯƠNG PHÁP KIỂM KÊ KHÍ NHÀ KÍNH TRONG SẢN XUẤT LÚA NƯỚC
3.1.3.1 Phương pháp trục tiếp phân tích KNK trên đồng ruộng:
Tổ chức đo đạc phát thải CH4 trên ruộng lúa nước đã được chú ý triển khai ở nhiều nước Đông N am Á từ đầu những năm 1990 Ở Việt N am, 1998 viện KTTV đã nghiên cứu thực nghiệm phát thải CH4 trên ruộng lúa nước tại trạm thực nghiệm KTN N Hoài Đức, Hà
N ội N ăm 2000 tiếp tục triển khai thực nghiệm thêm tại Bình Chánh, TP HCM Để phân tích trực tiếp KN K trên ruộng lúa cần phải thiết kế các thí nghiệm và dùng các thiết bị chuyên dụng lấy mẫu khí thải [2]
A Thực hiện lắp đặt thiết bị và lấy mẫu khí phát thải:
Đối với lúa nước, khí CH4 được sinh ra trong đất ở vùng rễ lúa, theo mạch dẫn của thân cây rồi phát thải qua bộ lá lúa Chọn từ 3 - 5 điểm đặt thiết bị lấy mẫu CH4 nằm trên đường chéo góc của thửa ruộng, mỗi điểm coi như là một lần nhắc lại Hệ thống cầu đo được thiết kế phục
vụ cho quan trắc viên đi lại lấy mẫu khí methane phải đảm bảo chắc chắn, tiện dụng Cầu đo
có thể được đóng bằng tre hoặc gỗ, bản cầu rộng 30 cm, yêu cầu không làm ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của cây lúa
Trang 27Hòm chứa khí là kiểu hòm kín một đầu hở, kích thước (cao x dài x rộng) là 52 x 53 x 33 cm Giá đỡ có rãnh hình chữ U chứa nước để ngăn khí từ ngoài vào, được đặt trước khi đặt hòm khí khoảng 3 – 4 giờ (xem hình 10)
Bình đựng mẫu khí để phân tích làm bằng thủy tinh có nắp đậy kín và có 2 ống vòi kín gắn ở trên nắp bình Bình đựng khí có dung tích 250 ml Vòi lấy khí đặt sâu xuống tận đáy bình lấy mẫu Trước khi lấy mẫu thì đổ nước vào đầy bình rồi đặt dốc ngược bình, nối liền với vòi dẫn khí bay lên từ hòm lấy mẫu khí Khi khí CH4 phát thải được bơm vào bình đựng mẫu thì nước trong bình sẽ chảy ra theo vòi dẫn nước để nhường chỗ chứa khí Trong bình hoàn toàn chỉ có khí CH4 dẫn lên từ hòm lấy mẫu, không khí từ bên ngoài không thể vào được vì đã có nước ngăn cách
Việc lấy mẫu được thực hiện mỗi tuần 3 lần Thời gian lấy mẫu bắt đầu từ 9h sáng, cứ 15 phút lấy 1 mẫu, lượng khí CH4 phát thải được tính trung bình theo giá trị của các mẫu Các mẫu khí tại các điểm đo phải được vận chuyển kịp thời đến phòng thí nghiệm phân tích ngay trong ngày, không để sang ngày hôm sau [9]
B Đo mực nước và các yếu tố môi trường:
Tại điểm đặt hòm lấy mẫu khí, mực nước ruộng lúa được đo bằng thước gỗ có chia vạch đến mm N hiệt độ trong hòm khí đo bằng nhiệt biểu thường đạt tiêu chuNn kiểm định của ngành Khí tượng Thủy văn Thu thập số liệu các yếu tố môi trường liên quan đến phát thải khí nhà kính trong thời gian triển khai thí nghiệm tại Trạm khí tượng gần nơi làm thí nghiệm nhất
Trang 28Số liệu thu thập bao gồm nhiệt độ không khí trung bình, tối cao, tối thấp, độ Nm không khí, bốc hoi nước, bức xạ, số giờ nắng, lượng mưa, tốc độ gió, khí áp trung bình ngày… [3]
Trong quá trình theo dõi thí nghiệm, thực hiện chế độ tưới tiêu ruộng lúa đầy đủ, đảm bảo nước ngập thường xuyên, giai đoạn lúa vào chắc phải đảm bảo đủ Nm không ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của cây lúa
C Phương pháp phân tích trong phòng:
Các mẫu khí lấy về được phân tích bằng máy GC – 14BP có trang bị FID và cột cacboxen –
1000 Máy GC – 14BP được kiểm định trước và sau mỗi lần phân tích, sử dụng khí methane
có nồng độ 9,37 ppmV làm chuNn Kết quả phân tích được xử lý và in qua máy ghi
Chromatopac CR-6A [9]
Hệ thống máy phân tích methane bao gồm:
+ Máy sắc ký khí (GC-14BP) với Ditector ion hóa ngọn lửa sử dụng trong phân tích mẫu khí
đã thu thập Có cung cấp khí mang là N itơ thông qua một máy sinh khí N ITROX độ tinh khiết 99,999% và tốc độ dòng đạt 550 cc/phút
+ Sử dụng khí Hydro DHG 125 có độ tinh khiết 99,999%, tốc độ dòng 125 cc/phút N ước ion hóa cung cấp cho máy sinh khí có chất lượng tối thiểu là 0,5 mêga Ôm/cm
+ Loại cột nhồi sử dụng trong hệ thống sắc ký khí là cột mao quản phím mỏng Cacboxen –
1000 có đường kính 0,3125 cm
+ Khí chuNn sử dụng so sánh các mẫu là CH4 đựng trong bình sắt với hàm lượng 9,37 ppmV không khí
+ Hệ thống phân tích kết quả được xử lý và in qua máy Chromatopac CR-6A
D Phương pháp tính toán lượng CH 4 phát thải trên ruộng lúa:
- Dòng phát thải trên ruộng lúa được tính toán theo lượng tăng tạm thời của chỉ số hỗn hợp methane trong buồng kín theo công thức:
xAxt x
x x x CH x
BV STP
2240016
60100016
6 4
273
x T
Trang 29T: nhiệt độ trong hòm vào thời điểm lấy mẫu (0C)
ΔCH4 : hiệu số giữa giá trị lượng methane trong mẫu từ thời điểm 0 phút đến thời điểm t phút (hoặc từ thời điểm t phút đến thời điểm t + 15 phút)
A: Diện tích mặt hòm chứa khí che phủ ruộng lúa (53 cm x 33 cm) = 0,1749 m2)
Trọng lượng phân tử của CH4 là 16.103 mg và khối lượng phân tử CH4 là 22,4 x 10-3 m3 Cần phải xác định độ pH của nước và hiệu điện thế ruộng lúa để thấy khả năng sinh ra khí methane trong ruộng lúa
Sau khi tính được trị số F cho mỗi ngày giai đoạn từ cấy đến thu hoạch, biểu diễn các trị số này trên giấy kẻ ô li và tính tổng trị số dòng phát thải Methane từ khi cấy đến thu hoạch (đơn vị: g/m2) cho mỗi vụ lúa bằng việc cộng các diện tích dưới đường biến trình phát thải của từng ngày trong vụ trên giấy kẻ ô li Thực hiện tính toán theo công thức sau:
Tổng phát thải cả vụ (g/m2) = Số ô vuông dưới đường biến trình x Hệ số chuyển đổi (4)
3.1.3.2 Phương pháp kiểm kê cacbon hữu cơ trong đất
A Kiểm kê cacbon hữu cơ trong đất
Đất là bể chứa lượng cacbon lớn nhất, chiếm tới 2011 GtC hay 81% tổng số Cacbon trong sinh giới (WBGU 1998) Dòng trao đổi Cacbon giữa đất và khí quyển là 1 quá trình liên tục, chịu ảnh hưởng lớn của phương thức sử dụng và quản lý đất (Paustian et al 1997) Cacbon hữu cơ đất là 1 bể cacbon quan trọng cho nhiều hệ thống sử dụng đất, thậm chí cho việc kiểm kê khí nhà kính của từng loại hình sử dụng đất khác nhau, “cacbon hữu cơ trong đất cũng được coi là “chất hữu cơ trong đất”, bao gồm toàn bộ sản phNm phân hủy xác động, thực vật tới các chất “humic đất” Chất hữu cơ trong đất cũng bao gồm các khuNn lạc sống hoặc chết, các hợp chất do vi sinh vật tổng hợp từ sản phNm phân hủy xác động, thực vật Cacbon hữu cơ đất theo định nghĩa của IPCC (2006) là “Cacbon hữu cơ tại một độ sâu xác định bao gồm cả bộ rễ thực vật còn sống hoặc đã chết Phương thức sử dụng và quản lý đất có ảnh hưởng rất lớn đến cacbon hữu cơ trong đất Đất giầu mùn chiếm một lượng tối thiểu 12 – 20% tổng khối lượng cácbon hữu cơ và được tìm thấy dưới điều kiện đất ít khô hạn hoặc đầm lầy (Brady and Weil, 1999) Mọi loại đất khác có hàm lượng chất hữu cơ thấp gọi là đất vô cơ Các loại đất vô cơ tồn tại ở phần lớn các hệ sinh thái trên mặt đất [38]
Trang 30Các chất hữu cơ trong đất thay đổi theo hệ thống sử dụng đất, cacbon hữu cơ có thể thay đổi từ 50 – 84% so với cacbon tổng số trên đất rừng, và tới 97% trên đất đồng cỏ (Bolin
& Sukumar 2000) Cacbon hữu cơ trong đất có thể là nguồn cácbon chiếm vị trí chủ đạo trong các loại hình sử dụng đất như đồng cỏ và đồng ruộng (ruộng lúa) N guồn cacbon trong đất khá
ổn định khi điều kiện không bị xáo trộn như rừng và đồng cỏ tự nhiên Sự xáo trộn tầng đất mặt liên quan đến việc thay đổi sử dụng đất, dẫn tới quá trình oxy hóa chất hữu cơ và làm giảm nhanh cacbon hữu cơ trong đất Tầng đất mặt là nơi tập trung nhiều cacbon hữu cơ Biến động cacbon hữu cơ đất thông thường được giới hạn tới độ sâu 15 – 45cm là tầng đất có nhiều hoạt động của vi sinh vật nhất Cacbon hữu cơ thường được ước lượng ở độ sâu từ 0 – 30cm, bởi vì chúng có mặt hầu hết ở đây và hoạt động của rễ cây cũng tập trung ở tầng này
Sự thay đổi cacbon hữu cơ trong đất được ước lượng bằng công thức sau:
∆SC = (SCt2 – SCt1)/(t2 – t1) (5) Trong đó :
∆SC : biến động năm của cacbon hữu cơ trong đất (tấn/năm)
SCt1 : lượng cacbon hữu cơ trong năm đầu thời kỳ (tấn/ha)
SCt2 : lượng cacbon hữu cơ tại thời điểm t2 (5 hoặc 10 năm) (tấn/ha)
B Kiểm kê khí nhà kính phát thải do sử dụng đất
Kiểm kê trữ lượng cacbon hữu cơ trong đất (SOC) là cần thiết cho việc đánh giá phát thải khí nhà kính của các dự án trồng rừng, tái sinh rừng, nông lâm kết hợp, cải tạo đất, thâm canh lúa, cải tạo đồng cỏ, trồng cây chắn gió và quản lý lưu vực Ước lượng SOC đòi hỏi các kịch bản sau:
- Kịch bản cơ sở: SOC đã được ước lượng trước khi khởi đầu dự án trên các ô tiêu chuNn
- Kịch bản dự án: ước lượng SOC định kỳ theo các hệ thống sử dụng đất liên quan đến các
hoạt động của dự án
- Giai đoạn giám sát dự án: SOC được đo và ước lượng định kỳ cho từng hệ thống sử dụng
đất mà trong đó các hoạt động dự án được thực hiện
Cacbon hữu cơ trong đất thường được ước lượng trong hầu hết các dự án về sử dụng đất và được coi là chỉ thị ảnh hưởng hoạt động của dự án đến độ màu mỡ, sức chứa Nm đồng ruộng hay xói mòn đất Phương pháp ước lượng SOC đã được công nhận và sử dụng rộng rãi trong kiểm kê khí nhà kính quốc gia (IPCC 2003, 2006 Mac Dicken 1997, Hairial et al 2001) [38]
Trang 313.1.4 PHƯƠNG PHÁP KIỂM KÊ KHÍ NHÀ KÍNH TRONG CHĂN NUÔI
3.1.4.1 Sự phát thải KNK trong chăn nuôi
Kiểm kê khí nhà kính trong chăn nuôi bao gồm việc kiểm kê KN K phát thải qua hệ tiêu hóa của các loài động vật nhai lại và KN K phát thải do việc quản lý chất thải lên men háo khí
và yếm khí Theo tổ chức Liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) thì methane là chất khí gây hiệu ứng nhà kính cao gấp 21 lần so với CO2 và N2O gây hiệu ứng nhà kính cao gấp 310 lần so với CO2, chúng là thủ phạm của sự nóng lên toàn cầu Gần đây rất nhiều các thông tin công cộng đã mô tả ngành chăn nuôi như một kẻ “đe dọa dấu mặt” và góp phần làm xấu môi trường ở từng khu vực và trên toàn cầu Một mô hình KN K bò sữa (dairy GHG) đã được phát triển để ước tính sự phát thải GHG thực tế từ các hệ thống sản xuất sữa Dairy GHG sử dụng phương pháp đánh giá chu kì sống từng phần để tính toán lượng khí phát thải CH4, N2O, CO2
và các nguồn phát thải trong hệ thống sản xuất sữa Các chất khí CH4, N2O và CO2 phát thải
từ các trang trại (bao gồm cả lượng phát thải từ nguyên liệu đầu vào) được tính toán bằng đơn
vị tương đương CO2 (equivalent units - CO2e) và được tính từ lượng Carbon phát thải chia cho tổng sản lượng sữa sản xuất ra Mô hình Dairy GHG cho thấy lượng Carbon sản sinh ra do sản xuất sữa của hầu hết các nông trại là vào khoảng 0,5-0,8 CO2e cho 1kg sữa [7]
Methane (CH4) được sinh ra do sự phân hủy các chất hữu cơ bởi vi sinh vật trong điều kiện yếm khí Trong các nguồn CH4 do con người tạo ra thì ngành nông nghiệp phát thải là lớn nhất N ông nghiệp chiếm khoảng 7% tổng số GHG phát thải Trong đó, CH4 từ quá trình lên men trong ống tiêu hóa động vật chiếm khoảng 20%, từ phân gia súc chiếm khoảng 7% tổng CH4 thải ra Động vật nhai lại (bò thịt, bò sữa, dê, cừu) đóng góp chính vào việc tạo ra
CH4 vì chúng có dạ dày 4 túi, trong đó dạ cỏ có dung tích lớn (khoảng 200 lít), đã xảy ra quá trình lên men vi sinh vật N hững chất khí tạo thành nằm ở phần trên của dạ cỏ thì CO2 và CH4
chiếm tỷ trọng lớn nhất Thành phần đặc trưng của các chất khí trong dạ cỏ (%) như sau: Hydrogen (H2): 0,2%
Oxygen (O2): 0,5%
N itrogen (N2): 7,0%
Methane (CH4): 26,8%
Carbon dioxide (CO2): 65,5%
(Nguồn: Sniffen, C.J and H H Herdt The Veterinary Clinics of North America: Food
Animal Practice, Vol 7,No 2 Philadelphia, PA: W B Saunders Company, 1991) [33]
Tỷ lệ các chất khí phụ thuộc vào hệ sinh thái dạ cỏ và sự cân bằng quá trình lên men Bình thường thì tỷ lệ CO2 gấp 2-3 lần CH4 Ước tính với một con bò trưởng thành, có 132-264
Trang 32galons chất khí dạ cỏ được sản sinh ra và được ợ ra mỗi ngày Sự ợ hơi rất quan trọng đối với con vật để tránh bệnh chướng hơi nhưng cũng là cách để CH4 được đào thải vào khí quyển
N goài ra CH4 cũng được tạo ra do quá trình phân hủy phân gia súc trong điều kiện yếm khí [42]
Theo EPA, từ năm 1990-2004, tổng lượng phát thải KN K trong chăn nuôi, bò thịt giữ tỷ
lệ phát thải CH4 lớn nhất, khoảng 74%, bò sữa ước tính khoảng 24%, phần còn lại là của ngựa, cừu, lợn và dê N ói chung sự phát thải KN K đang tăng lên do số lượng bò thịt, bò sữa
và chất lượng thức ăn được cải tiến sử dụng để vỗ béo bò thịt
Một nghiên cứu của Huawei Sun và ctv (2008) cho biết, trung bình methanol và Ethanol phát thải là 0,33 và 0,51 gam/bò/giờ CO2e ở bò cạn sữa và phân bò cạn sữa; 0,7 và 1,27 gam/bò/giờ CO2e ở bò vắt sữa và phân của chúng Trung bình CH4 phát thải có liên quan với
sự lên men từ đường tiêu hóa của bò hơn là phân bò và giá trị này là 12,35 và 18,23 gam/bò/giờ CO2e đối với bò cạn sữa Bò vắt sữa phát thải khí CH4 và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) nhiều hơn so với bò cạn sữa [7]
Số bò sữa và lượng khí phát thải năm 2001 ở Mỹ như sau:
Tổng số bò sữa là 12.994.849 con; phát thải methane (CH4) - 2.079.176 tấn; Ammonia (N H3)
- 705.435 tấn; Hydrogen Sulfide (H2S) - 111.384 tấn; những hợp chất hữu cơ dễ bay hơi - 40.841 tấn, N itrous Oxide (N2O) - 8.772 tấn [42]
3.1.4.2 Phương pháp xác định methane phát thải từ nhu động ruột
Methane phát thải từ động vật do nhu động ruột nhờ quá trình phân hủy thức ăn của các vi sinh vật trong đường ruột Lượng methane phát thải phụ thuộc vào hình thức tiêu hóa, tuổi, trọng lượng của vật nuôi và số lượng, chất lượng của thức ăn Các loài nhai lại như trâu, bò… là nguồn phát thải methane chính so với các loài gia súc không nhai lại như lợn, ngựa…
Hệ thống tiêu hóa ảnh hưởng đáng kể tới tỷ lệ phát thải methane N hững loài nhai lại có dạ cỏ
là nơi vi sinh vật tiêu thụ cellulose tạo ra khí methane gồm có bò, trâu & dê Các loài không nhai lại như ngựa, la và các loài có dạ dày đơn như lợn phát thải methane ít vì hệ tiêu hóa của chúng không có dạ cỏ N hìn chung lượng thức ăn ăn vào càng nhiều thì lượng methane phát thải ra càng lớn Mặc dù ở khía cạnh nào đó thì lượng methane thải ra có thể bị ảnh hưởng bởi thành phần thức ăn Lượng thức ăn ăn vào còn phụ thuộc vào kích thước của vật nuôi, tỷ lệ tăng trưởng và sản phNm của vật nuôi (ví dụ như vật nuôi cho sữa, cho lông, hoặc mang thai)
Để tăng thêm độ tin cậy cho số liệu kiểm kê methane phát thải nên tính theo các nhóm vật nuôi Khi kiểm kê khí nhà kính trong chăn nuôi chỉ cần tính methane phát thải đối với các loài vật nuôi, không cần tính lượng methane phát thải từ các động vật nhai lại hoang dã [29]
Trang 33A Ba phương pháp tính toán methane:
Tier 1: là phương pháp đơn giản mà cách tính dựa vào hệ số phát thải mặc định lấy từ các
nguồn tài liệu Tier 1 thích hợp đối với hầu hết vật nuôi ở những nước mà nhu động ruột gia súc không phải là nguồn phát thải chính hoặc thiếu tài liệu chi tiết về đặc tính nổi bật của vật nuôi Khi đó nguồn phát thải từ nhu động ruột gia súc được xác định bằng cách ngoại suy từ
những loại vật nuôi chính theo phương pháp Tier 1
Các bước tính toán Tier 1 như sau:
Bước 1: tính số lượng vật nuôi (số lượng vật nuôi được xác định từ các nguồn tin cNn)
Bước 2: tìm hệ số phát thải Bước này xác định hệ số mặc định phù hợp với điều kiện nước
mình
Bước 3: Tính lượng methane phát thải của các nhóm vật nuôi bằng cách nhân hệ số phát thải với số lượng vật nuôi (công thức 6) Tính lượng phát thải trong chăn nuôi bằng tổng phát thải của các nhóm vật nuôi (công thức 7)
Lượng metan phát thải do nhu động ruột của một nhóm vật nuôi:
EEmissions= EF(T) (N(T)/ 106) (6) Trong đó :
EEmission: phát thải metan từ nhu động ruột của một nhóm vật nuôi, Gg CH4 năm-1
EF(T): hệ số phát thải mặc định của nhóm vật nuôi
N(T): số lượng vật nuôi thuộc nhóm đó
Tổng lượng metan phát thải do nhu động ruột của vật nuôi:
Total CH4 Enteric = ∑ Ei (7) Trong đó :
Total CH4 Enteric : tổng methane phát thải từ nhu động ruột của vật nuôi, Gg CH4 năm-1
Ei: lượng metan phát thải của nhóm vật nuôi thứ i
Tier 2: Phương pháp này phức tạp hơn, đòi hỏi số liệu chi tiết về tổng năng lượng thức ăn ăn
vào và hệ số chuyển đổi cho từng nhóm vật nuôi Tier 2 được sử dụng khi nhu động ruột gia
súc là nguồn phát thải chính, chiếm tỷ lệ lớn trong các nguồn phát thải của quốc gia Tier 2
được sử dụng đối với vật nuôi có số lượng gồm nhiều nhóm nhỏ, sự sai khác rõ Phương pháp này cần phải tính các hệ số phát thải, khác với việc sử dụng giá trị mặc định sẵn có Cân nhắc
chính khi sử dụng Tier 2 là việc thu thập các số liệu chi tiết để tính toán hệ số phát thải
Bước 1 - tính số lượng vật nuôi (Số lượng vật nuôi được xác định từ các nguồn đáng tin cậy) Bước 2 - tìm hệ số phát thải: hệ số phát thải cho mỗi nhóm vật nuôi được tính toán dựa vào số
liệu chi tiết đã thu được trong bước 1 Hệ số phát thải cho mỗi nhóm vật nuôi phụ thuộc tổng năng lượng cung cấp từ thức ăn ăn vào và hệ số chuyển hóa methane của loài vật nuôi đó
Trang 34Bước 3 - tổng lượng methane phát thải được xác định bằng cách nhân hệ số phát thải với số lượng vật nuôi trong nhóm (công thức 6) và tính tổng phát thải của tất cả các nhóm vật nuôi (công thức 7) [30]
Cải tiến phương pháp Tier 2 để kiểm kê phát thải khí methane từ hệ thống tiêu hóa của vật nuôi luôn được khuyến khích nhắm tăng thêm độ tin cậy cũng như xác định nguyên nhân của
sự biến động phát thải methane Hiện tại quy trình tính toán Tier 1 và Tier 2 trước hết phải ước tính được tổng năng lượng thức ăn ăn vào hàng ngày và hàng năm của mỗi vật nuôi, sau
đó được nhân với hệ số chuyển đổi CH4 cho mỗi đơn vị thức ăn (Ym) Vẫn còn nhiều thiếu sót cần phải được cải tiến trong việc tính toán lượng thức ăn ăn vào và hệ số chuyển đổi methane
N hững nhân tố ảnh hưởng đến lượng thức ăn tiêu thụ cần phải được xem xét đến bao gồm:
Giống và kiểu di truyền làm thay đổi năng lượng cần thiết trong nuôi dưỡng
Sức ép của điều kiện môi trường (nóng, lạnh) ảnh hưởng đến lượng thức ăn ăn vào và nhu cầu cần thiết khi nuôi dưỡng
Sút kém khả năng tiêu hóa với mức tiêu thụ tăng lên, hoặc thành phần thức ăn hạn chế lượng thức ăn ăn vào
Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số chuyển đổi Ym cần tính đến trong phương pháp Tier 2 bao gồm:
Ảnh hưởng của khả năng tiêu hóa (DE%)
Trọng lượng thức ăn khô ăn vào bởi chúng liên quan đến trọng lượng vật nuôi
Thành phần hóa học của thức ăn
N hững hợp chất kháng vi sinh vật trong nguyên liệu làm thức ăn
Số lượng vi sinh vật trong hệ thống tiêu hóa của vật nuôi
Tier 3: Một số quốc gia có lượng phát thải CH4 từ nhu động ruột gia súc rất quan trọng có thể
sử dụng phương pháp này Ở Việt N am không nên sử dụng Tier 3 để tính lượng phát thải methane
B Hệ số phát thải methane
a Hệ số phát thải mặc định dùng cho Tier 1 (Y m ):
Hệ số phát thải mặc định cho nhu động ruột đã được xác định từ các kết quả nghiên cứu trước đó và đã được phân loại theo vùng để dễ sử dụng Bảng 6 và 7 trình bày hệ số phát thải của mỗi loài vật nuôi Hệ số phát thải của lợn khác nhau đáng kể giữa các nước phát triển
và đang phát triển là do sự khác nhau về đặc điểm nuôi dưỡng và cho ăn N goài ra, các giá trị
của hệ số phát thải khác nhau tùy vào điều kiện của từng vùng và nhóm vật nuôi.[24]
Trang 35Bảng 6 Hệ số phát thải nhu động ruột theo phương pháp Tier 1 1
(kg CH 4 /đầu gia súc/năm)
Loại vật nuôi Các nước phát
triển
Các nước đang phát triển
Trọng lượng của vật nuôi
Nguồn: hệ số phát thải đối với trâu dựa theo Gibb và Johnson (1993); hệ số phát thải cho
các loài khác theo Crutzen và cộng sự (1986)
Bảng 7 Hệ số methane phát thải từ nhu động ruột của bò dùng cho Tier 1
Đặc điểm vùng Châu Á Loại vật
nuôi
Hệ số phát thải2,3 (kg CH4/ đầu bò/ năm)
N hận xét
Bò nuôi được sử dụng với nhiều
mục đích như cung cấp sức kéo,
thỉnh thoảng cung cấp sữa Số
lượng ít, chăn thả tự do Tất cả
các loại bò đều có kích thước
nhỏ hơn so với các khu vực khác
Bò sữa
Bò loại khác
68
47
Sản lượng sữa trung bình 1,650 kg sữa/con/năm
Sử dụng với nhiều mục đích, bò đực và bò non
b Tính toán hệ số phát thải methane dùng cho Tier2 (Y m ):
Ở một mức độ nhất định, năng lượng cung cấp bởi thức ăn ăn vào được chuyển đổi thành
lượng CH4 phát thải phụ thuộc vào hệ số tương tác giữa yếu tố thức ăn và vật nuôi N ếu hệ số
chuyển đổi chưa được nghiên cứu thì có thể sử dụng những giá trị mặc định liệt kê trong bảng
8&9 Hệ số chuyển đổi methane bằng 0 khi vật nuôi còn non chỉ uống sữa Hệ số chuyển đổi
CH4 rất quan trọng trong việc tính toán phát thải nên cần nghiên cứu bổ sung cho từng nhóm
vật nuôi và loại thức ăn khác nhau Ở vùng nhiệt đới, một số giá trị của hệ số chuyển đổi
methane đối với súc vật ăn cỏ, chăn thả ngoài trời (trâu, bò) trình bày trong bảng 8
Hiện nay lượng phát thải methane từ hệ thống tiêu hóa gia súc (cấp quốc gia, vùng hay toàn
cầu) đều dựa vào hệ số chuyển đổi methane tính theo điều kiện nuôi dưỡng và đặc điểm của
vật nuôi Phương pháp tính hệ số chuyển đổi đã loại bỏ phần năng lượng mất đi do hô hấp của
vật nuôi nhốt (Một nghiên cứu sử dụng phương pháp đánh dấu nguyên tử SF6 cho phép tính
Trang 36hệ số chuyển đổi methane phát thải cho cả vật nuôi nhốt và chăn thả tự do nhằm hoàn thiện phương pháp tính toán phát thải methane ứng dụng cho các quốc gia trên toàn cầu) [29]
Bảng 8 Hệ số chuyển đổi CH4 (Ym) đối với trâu bò
Bò nuôi nhốt vỗ béo (khi mà thức ăn tinh chứa 90% thức ăn cô đặc) (3,0 ± 1,0)%
Các loại trâu bò khác được nuôi bằng phụ phNm của trồng trọt (6,5 ± 1,0)% Các loại trâu bò khác được nuôi chủ yếu bởi chăn thả (6,5 ± 1,0)%
b: giá trị sai khác ± so với giá trị Y m hiện tại
Nguồn : do nhóm chuyên gia của IPCC nghiên cứu
Từ những kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của đặc điểm dinh dưỡng của vật nuôi đến hệ
số chuyển đổi giúp chúng ta hiểu rõ hơn cơ chế hoạt động của các vi sinh vật methane hóa thức ăn trong hệ thống tiêu hóa từ đó đề xuất chiến lược giảm thiểu phát thải methane và xác định các hệ số chuyển đổi methane đối với từng nhóm vật nuôi và cách nuôi dưỡng
Bảng 9 Hệ số chuyển đổi CH4 (Ym) của gia súc
Gia súc non (nhỏ hơn 1 tuổi) 4,5% ± 1,0%
Ghi chú : b: giá trị sai khác ± so với giá trị Y m hiện tại
Nguồn : do nhóm chuyên gia của IPCC nghiên cứu
Bảng 9 trình bày một số hệ số chuyển đổi methane của gia súc non và trưởng thành Các hệ số này có thể áp dụng đối với các nhóm vật nuôi có đặc điểm tương tự chưa xác định
hệ số chuyển đổi
Hệ số chuyển đổi cho mỗi loại vật nuôi có thể được mở rộng theo công thức 8:
Công thức tính hệ số chuyển đổi phát thải CH4 từ một loại vật nuôi :
GE: tổng lượng thức ăn ăn vào MJ/gia súc/ngày
Ym: hệ số chuyển đổi phát thải methane ngày,
Hệ số 55,65 (MJ/kg CH4) là năng lượng của methane
Trang 37Công thức tính hệ số phát thải này giả định rằng các hệ số phát thải tính cho một loại vật nuôi trong một năm (365 ngày) Trong trường hợp cụ thể hệ số phát thải có thể tính theo từng thời
kỳ nhất định, khi đó thì 365 sẽ được thay thế bằng số ngày trong giai đoạn đó.[33]
3.1.4.3 Phát thải khí CH4 từ quản lý chất thải của vật nuôi
A Phương pháp tính toán
CH4 phát thải trong quá trình cất giữ và xử lý chất thải gia súc trong điều kiện kỵ khí Khi chất thải được cất trữ và xử lý dưới dạng lỏng (đựng trong lagoon, bể chứa hoặc hầm hố) phân hủy trong điều kiện yếm khí sẽ phát sinh ra một lượng đáng kể khí CH4 N hiệt độ và thời gian cất giữ ảnh hưởng rất lớn tới lượng CH4 phát thải
Tính lượng CH4 phát thải từ chất thải một loại vật nuôi:
EF(T) N(T)
CH4Manure = ∑ - (9)
106
Trong đó :
CH4Manure : CH4 phát thải từ chất thải của vật nuôi nuôi nhốt, Gg CH4 năm-1
EF(T): Hệ số phát thải cho vật nuôi nhốt, Kg CH4 đầu gia súc năm-1
N(T): số lượng vật nuôi
T: loài của vật nuôi
Chất thải cất trữ dưới dạng rắn (đống ủ) hoặc thải ra trên đồng cỏ thì phân hủy trong điều kiện hiếu khí vì vậy phát sinh ít CH4 hơn
B Hệ số phát thải CH 4 từ quản lý chất thải của vật nuôi
Cách tốt nhất để xác định các hệ số phát thải là thực hiện một số đo đạc thực nghiệm những giá trị phát thải ở các vùng điển hình N hững kết quả thu được từ đo đạc có thể sử dụng để tính hệ số phát thải theo phương pháp Tier 2
a Hệ số phát thải mặc định dùng cho Tier 1:
Khi sử dụng phương pháp Tier 1, giá trị mặc định các hệ số phát thải methane của từng loại vật nuôi theo nhiệt độ trung bình trình bày trong bảng 10 và 11 Đối với những trường hợp không theo dõi nhiệt độ thì có thể sử dụng giá trị nhiệt độ trung bình cả nước tuy nhiên độ chính xác không cao do phát thải methane từ chất thải vật nuôi phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ (đặc biệt là dạng chất thải lỏng hay hồ sệt) [29]
Bảng 10 là hệ số phát thải mặc định tính cho châu Á, với đặc điểm quản lý là một nửa phân bò dùng để đun nấu, nửa còn lại được phân hủy dưới dạng rắn Khoảng 40% phân lợn được phân hủy dưới dạng chất lỏng, phân trâu cất trữ dưới dạng khô trên đồng cỏ hoặc đất trồng trọt
Trang 38Bảng 10 Hệ số phát thải theo nhiệt độ trung bình hàng năm ở châu Á ( 0 C)
Ghi chú : Những sai số của các hệ số phát thải này là khoảng ± 30%
Bảng 11 liệt kê giá trị mặc định của hệ số phát thải methane từ chất thải của mỗi loài
vật nuôi Hệ số phát thải được tính riêng cho các nước đang phát triển vì đặc điểm nuôi dưỡng
ở các nước này khác nhau (trừ đối với gia cầm nuôi lấy trứng) Hệ số phát thải cho những vật
nuôi khác trong bảng đều được giả định là chất thải phân hủy trong điều kiện khô (ngoài đồng
cỏ, đồi núi, trang trại trâu bò sữa trên đồng) [33]
Bảng 11 Hệ số phát thải methane đối với các nước đang phát triển
(Kg CH 4 /đầu gia súc/ năm)
Loài vật nuôi Hệ số phát thải theo nhiệt độ trung bình hàng năm (0C)
Mát (< 150C) Bình thường (15- 250C) Ấm (> 250C)
Gia cầm 0,01 0,02 0,02
Ghi chú : Sai số của các hệ số phát thải này là ± 30%
b Tính hệ số phát thải cho phương pháp Tier 2:
Phương pháp Tier 2 được sử dụng khi chất thải súc vật là nguồn phát thải CH4 chính,
trong trường hợp các số liệu mặc định của IPCC không phù hợp với đặc điểm vật nuôi và cách
xử lý chất thải Các nước có số lượng lớn trâu, bò và lợn như Việt N am nên sử dụng Tier 2 để
tính toán lượng methane phát thải Phương pháp Tier 2 phụ thuộc vào hai yếu tố quan trọng
ảnh hưởng đến lượng methane phát thải:
• Đặc điểm chất thải:
Bao gồm lượng chất thải đặc (WS) trong phân của gia súc và lượng methane cao nhất
phát sinh (B0) từ chất thải vật nuôi Lượng WS trong phân có thể ước tính dựa vào số lượng,
loại thức ăn và khả năng tiêu hóa thức ăn N hững hàm số biến thiên này đã được dùng cho
phương pháp Tier 2 khi tính toán hệ số phát thải methane do nhu động ruột của vật nuôi
Trang 39Lượng methane cao nhất phát sinh (B0) từ chất thải vật nuôi cũng có thể được đo trong phòng thí nghiệm Lượng methane cao nhất phát sinh (B0) từ chất thải vật nuôi thay đổi tùy thuộc mỗi loài vật nuôi và chế độ nuôi dưỡng Theo lý thuyết thì lượng methane lớn nhất có thể phát thải phụ thuộc vào lượng chất thải đặc (WS) của gia súc N hững vật liệu độn chuồng (rơm rạ, mùn cưa…) không được tính vào lượng chất thải đặc WS của vật nuôi vì cách sử dụng chúng rất khác nhau ở các nước [32]
• Đặc điểm hệ thống quản lý chất thải của vật nuôi:
Bao gồm các hệ thống quản lý phân và hệ số chuyển đổi methane (MCF) của phân gia súc trên từng hệ thống quản lý chất thải Hệ số này phản ánh khả năng phát thải methane cao nhất mà chất thải vật nuôi có thể phát sinh (B0) Khi tính toán lượng methane phát thải cần tính đến kỹ thuật ủ phân của từng vùng Bảng 12 miêu tả các hệ thống xử lý chất thải vật nuôi Giá trị của hệ số chuyển đổi methane theo mỗi phương pháp xử lý chất thải ở các điều kiện nhiệt độ có thể thay đổi từ 0 – 100% Cả hai yếu tố nhiệt độ và thời gian ủ phân đóng vai trò quan trọng chi phối hệ số chuyển đổi MCF Phân được xử lý dưới dạng lỏng trong điều kiện nhiệt độ cao và thời gian dài sẽ phát thải nhiều methane, MCF có thể đạt tới 65-80% Trong khi đó phân xử lý khô trong điều kiện nhiệt độ thấp hầu như không phát thải methane, MCF chỉ khoảng 1%
Tính toán hệ số phát thải theo Tier 2 đòi hỏi phải xác định hệ số chuyển đổi methane (MCF) trung bình theo các phương pháp quản lý chất thải của từng vùng khí hậu Giá trị MCF trung bình sau đó được nhân với tỷ lệ bài tiết chất thải đặc (WS) và khả năng phát thải metan cao nhất (B0) của mỗi loại vật nuôi [43]
Công thức tính hệ số phát thải CH4 từ quản lý chất thải gia súc :
MCFS,k
EF(T) = WS(T) 365 [ B0(T) 0,67 kg/m3 ∑ - MS (T,S,k) ] (10)
S,k 100Trong đó :
• EF(T): Hệ số phát thải metan hàng năm cho vật nuôi nhốt T, Kg CH4 đầu gia súc năm-1
• WST: Chất thải đặc không ổn định của vật nuôi T thải ra trong một ngày, kg chất thải rắn/ đầu vật nuôi/ ngày-1
• 365: Cơ sở tính toán lượng phát thải một năm từ số liệu của một ngày
• Bo(T): Khả năng phát thải CH4 lớn nhất từ chất thải của vật nuôi T thải ra, m3 CH4 kg-1chất thải đặc thải ra
• 0.67: hệ số chuyển đổi từ thể tích CH4 (m3) sang kg
Trang 40• MCF(S,K): Hệ số chuyển đổi metan chất thải của vật nuôi tính cho phương pháp S trong điều kiện nhiệt độ K, %
• MS(T,S,K): Tỷ lệ chất thải của vật nuôi T được xử lý theo cách S trong điều kiện nhiệt
độ k, không thứ nguyên (dimensionless)
N ếu các số liệu chi tiết để tính hệ số phát thải CH4 theo Tier 2 không thể thu được thì những
số liệu như số lượng vật nuôi, lượng chất thải đặc, và các số liệu khác vẫn có thể dùng để nâng cao độ chính xác khi tính toán phát thải với việc sử dụng các hệ số phát thải mặc định
Kết quả đo đạc thực nghiệm có thể sử dụng để cải thiện hệ số chuyển đổi methane (MCF) Tương tự, việc đo đạc thực nghiệm khả năng phát sinh methane lớn nhất (B0) của chất thải ở vùng nhiệt đới theo những chế độ nuôi dưỡng khác nhau là rất cần thiết để điều chỉnh hệ số mặc định [29]
Tính toán tỷ lệ chất thải đặc thải ra (WS):
Chất thải đặc (WS) là những vật liệu trong phân vật nuôi bao gồm cả phần có thể phân hủy sinh học và phần không thể phân hủy sinh học Chất thải đặc của mỗi loài vật nuôi chi phối khả năng phát sinh metan lớn nhất (B0)
Công thức tính chất thải đặc thải ra:
DE% 1- ASH
WS = [GE (1 - - ) + (UE GE)] [( -)] (11)
100 18,45 Trong đó:
• WS: Chất thải đặc không ổn định của vật nuôi thải ra trong một ngày, kg chất thải đặc khô/ đầu vật nuôi/ngày-1
• GE: Tổng năng lượng ăn vào, MJ ngày-1
• DE%: Tỷ lệ thức ăn có khả năng tiêu hóa được
• (EU.GE): N ăng lượng của nước tiểu, thường bằng 0,04 GE bị mất qua thải nước tiểu của động vật nhai lại; giảm xuống còn 0,02 đối với động vật nhai lại được nuôi chủ yếu bằng thức ăn hạt
• ASH: phần tro có trong phân được tính như một phần của thức ăn khô (cụ thể là 0,08 đối với bò)
• 18,45: Hệ số chuyển đổi, tổng năng lượng chứa trong một kg thức ăn khô (MJ kg-1)
Số liệu về chất thải đặc trung bình có thể tính được dựa vào lượng thức ăn ăn vào Chất thải đặc trong phân vật nuôi tương đương với phần thức ăn không tiêu hóa được và thải ra dưới dạng rắn kết hợp với nước tiểu