ảnh hưởng của thế oxy hóa – khử tới sự phát thải khí metan trong đất phù sa sông hồng

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Ý nghĩa đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Những nghiên cứu phát thải khí metan đất trồng lúa 1.1.1 Những nghiên cứu phát thải khí metan đất trồng lúa giới 1.1.2 Một số nghiên cứu phát thải khí metan đất lúa Việt Nam .6 1.2 Khí nhà kính .8 1.2.1 Khái niệm khí nhà kính 1.2.2 Nguyên nhân gia tăng hiệu ứng nhà kính Trái Đất 1.2.3 Tác hại khí nhà kính 11 1.3 Metan phát thải metan hoạt động sản xuất lúa gạo .11 1.3.1 Metan phát thải metan hoạt động sản xuất lúa gạo 11 1.3.2 Quá trình giải phóng CH4 từ đất lúa 12 1.3.3 Một số yếu tố ảnh hƣởng tới phát thải khí metan 13 1.3.4 Thế oxi hóa - khử hình thành khí metan đất .15 CHƢƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1 Mục tiêu nghiên cứu .18 2.1.1 Mục tiêu tổng quát .18 2.2.2 Mục tiêu cụ thể 18 2.2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 18 2.2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 18 2.2.2 Phạm vi nghiên cứu .18 2.3 Nội dung nghiên cứu 19 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 19 2.4.1 Phƣơng pháp luận tổng quát 19 2.4.2 Phƣơng pháp thực nghiệm 19 2.4.3 Phƣơng pháp lấy mẫu 21 2.4.4 Phƣơng pháp phân tích 22 2.4.5 Phƣơng pháp xử lý số liệu 24 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Đặc điểm đất trƣớc thí nghiệm 25 3.2 Mối quan hệ Eh độ ẩm đất phù sa sông Hồng .27 3.2.1 Lý chọn độ ẩm thí nghiệm 27 3.2.2 Tƣơng quan oxi hóa - khử (Eh) với điều kiện độ ẩm khác 28 3.3 Động thái biến đổi Eh qua giai đoạn thí nghiệm 31 3.4.1 Tƣơng quan Eh Fe2+ công thức .33 3.4.2 Tƣơng quan Eh Fe 2+/Fe3+ công thức 34 3.5 Sự phát thải khí CH4 dƣới thay đổi điều kiện nhiệt độ, độ ẩm khác 35 3.5.1 Sự phát thải khí CH4 điều kiện nhiệt độ, độ ẩm khác .36 3.5.2 Cƣờng độ phát thải khí CH4 qua giai đoạn thí nghiệm 37 3.5.4 Tƣơng quan lƣợng phát thải khí metan với chất hữu công thức 40 3.5.5 Tƣơng quan hồi quy CH4 với CHC, Eh, Fe2+/Fe3+ 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .44 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC TẾ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO .48 PHỤ LỤC 51 DANH MỤC BẢNG BIỂU - HÌNH ẢNH Bảng 1.1 Lƣợng CH4 phát thải từ đất lúa nƣớc .4 Bảng 1.2 Eh hệ oxi hóa khử 15 Bảng 2.1 Các công thức thí nghiệm .20 Bảng 2.2 Các tiêu phƣơng pháp phân tích 24 Bảng 3.1 Một số tiêu đánh giá chất lƣợng đất phù sa sông Hồng trƣớc thí nghiệm 25 Bảng 3.2 Thang pH đất mức độ chua đất 25 Bảng 3.3 Thang đánh giá tiêu đất 26 Bảng 3.4 Các công thức thí nghiệm .28 Bảng 3.5 Khoảng Eh trung bình theo độ ẩm khác .29 Bảng 3.6 Tƣơng quan hồi quy CH4 với CHC, Fe2+/Fe3+, Eh 42 Hình 1.1 Sơ đồ cân Cacbon đất 13 Hình 3.1 Các giai đoạn sinh trƣởng lúa nhu cầu tƣới (xấp xỉ) 28 Hình 3.2 Tƣơng quan oxi hóa khử (Eh) với điều kiện độ ẩm công thức a-A45-35, b-A45-25, c-N-35, d-N25, e-N75-35, f-N75-25 29 Hình 3.3 Động thái Eh qua ngày thí nghiệm 31 Hình 3.4 Tƣơng quan Eh Fe2+ công thức a-A45-35, b-A45-25, c-N-35, d-N25, e-N75-35, f-N75-25 33 Hình 3.5 Tƣơng quan Eh Fe2+/Fe3+ công thức a-A45-35, b-A45-25, cN-35, d-N25, e-N75-35, f-N75-25 34 Hình 3.6 Tổng lƣợng khí CH4 phát thải công thức 36 Hình 3.7 Cƣờng độ phát thải khí CH4 qua giai đoạn thí nghiệm 37 Hình 3.8 Tƣơng quan lƣợng phát thải khí metan với Eh công thức a-A4535, b-A45-25, c-N-35, d-N25, e-N75-35, f-N75-25 .38 Hình 3.9 Tƣơng quan lƣợng phát thải khí metan với chất hữu công thức a-A45-35, b-A45-25, c-N-35, d-N25, e-N75-35, f-N75-25 40 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CH4 : Khí metan CHC : Chất hữu EC : Độ dẫn điện dung dịch đất Eh : Thế oxy hóa - khử GWP : Tiềm nóng lên toàn cầu IPPC : Ủy ban liên phủ biến đổi khí hậu KNK : Khí nhà kính Kts : Kali tổng số Nts : Nitơ tổng số P ts : Photpho tổng số Pdt : Photpho dễ tiêu ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Ảnh hƣởng oxi hóa - khử đến phát thải khí metan đất phù sa sông Hồng - SV thực hiện: Bùi Thùy Dung Mã số SV: DTZ1254403010065 Nguyễn Thị Thùy Linh Mã số SV: DTZ1254403010059 Trịnh Thị Phƣơng Thảo Mã số SV: DTZ1254403010079 - Lớp: KHMT-K10 Khoa: KHTĐ&MT Năm thứ: Số năm đào tạo: - Ngƣời hƣớng dẫn: ThS.NCS Mai Thị Lan Anh Mục tiêu đề tài: - Nghiên cứu ảnh hƣởng oxi hóa - khử đến phát thải khí metan đất phù sa sông Hồng - Đề xuất biện pháp nhằm giảm thiểu phát thải khí metan từ hệ thống canh tác lúa nƣớc Tính sáng tạo: - Hiện nay, Việt Nam chƣa có nghiên cứu phòng thí nghiệm ảnh hƣởng Eh tới phát thải khí CH4 đất phù sa sông Hồng Vì vậy, đề tài: “Ảnh hƣởng oxi hóa - khử tới phát thải khí metan đất phù sa sông Hồng” cung cấp thêm sở cho chiến lƣợc quản lý để giảm thiểu lƣợng phát thải khí nhà kính - Sự phát thải khí metan (CH4) đất dƣới thay đổi oxi hóa khử điều kiện nhiệt độ khác Kết nghiên cứu: - Đánh giá ảnh hƣởng oxy hóa – khử tới phát thải khí metan (CH4) điều kiện độ ẩm nhiệt độ khác - Tìm điều kiện độ ẩm phạm vi kiểm soát Eh thích hợp để hạn chế phát thải CH4 Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: - Cung cấp thêm sở cho chiến lƣợc quản lý để giảm thiểu lƣợng phát thải khí nhà kính Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có) Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài Bùi Thùy Dung Nhận xét ngƣời hƣớng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày Xác nhận Trƣờng (kí tên đóng dấu) tháng năm Ngƣời hƣớng dẫn (kí, họ tên) MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ô nhiễm môi trƣờng không vấn đề quốc gia mà trở thành vấn đề chung nhân loại đƣợc toàn giới quan tâm Môi trƣờng cung cấp cho ngƣời điều kiện cần thiết cho sống, tồn phát triển Tuy nhiên, ngƣời phải đối mặt với thay đổi nhanh môi trƣờng sống, đặc biệt tƣợng biến đổi khí hậu Theo IPCC (29/07/2013) dự báo nhiệt độ hành tinh tăng khoảng từ 0,3oC đến 4,8oC mực nƣớc biển tăng từ 26 – 82 cm vào năm 2100, thiên tai hạn hán, lũ lụt thƣờng xuyên xảy Nguyên nhân chủ yếu gây tƣợng biến đổi khí hậu gia tăng khí nhà kính (CO2, CH4, NOx ) Mặc dù hàm lƣợng phát thải khí metan (CH4) toàn cầu thấp so với cacbon dioxit (CO2) nhƣng lại khí gây hiệu ứng nhà kính lớn Hàm lƣợng khí metan (CH4) khí tăng khoảng 150% từ năm 1750 (IPCC (2001)) Nguồn phát thải khí metan (CH4) sinh qua trình biến đổi sinh học môi trƣờng yếm khí từ khu vực đầm lầy ruộng lúa nƣớc Khí metan (CH4) khoảng 40% đƣợc giải phóng có nguồn gốc tự nhiên (đất ngập nƣớc, đầm lầy), khoảng 60% lại có nguồn gốc từ ngƣời Cuộc họp vào ngày 31 tháng năm 2014 Ban Liên Chính phủ biến đổi khí hậu (IPCC) Yokahama (Nhật Bản) đƣa lời cảnh báo tác động tiềm chất khí nhƣ metan – với hiệu ứng nhà kính nhiều 32 lần so với hiệu ứng nhà kính cacbon đioxit Hiện nay, ngƣời ta tập trung vào hai nguồn phát thải khí metan khu vực đầm lầy ruộng lúa nƣớc Bằng phƣơng pháp đo đồng vị ngƣời ta đánh giá 70 - 80% CH4 khí có nguồn gốc sinh học (Khal Shearer, 1993) Việt Nam quốc gia sản xuất xuất lúa gạo hàng đầu giới, có khoảng triệu đất trồng lúa (Young cộng sự, 2002; FAOSTAT, 2013) [27] Trong đất trồng lúa khu vực đồng sông Hồng chiếm triệu ha, với số lúa chiếm 88% diện tích lƣơng thực vùng chiếm khoảng 14% diện tích gieo trồng lúa nƣớc Đến năm 2000 lƣợng phát thải khí nhà kính ngành nông nghiệp 65,1 triệu cacbon chiếm 45,4% tổng lƣợng phát thải khí nhà kính toàn quốc Theo kết kiểm kê khí nhà kính năm 1994, lƣợng khí nhà kính phát thải nông nghiệp 52,32 triệu cacbon, chiếm 51% tổng lƣợng phát thải nƣớc Nguồn phát thải chủ yếu CH4 trồng lúa phát thải 1,56 triệu cacbon/năm chiếm 62,4% (Viện khí tƣợng thủy văn, 1999) nguồn phát thải chủ yếu (Nguyễn Mộng Cƣờng cộng sự, (1999), Nguyễn Mộng Cƣờng, (2000)) Việc đồng nghĩa khu vực đất phù sa sông Hồng góp phần lớn vào việc phát thải khí nhà kính CH4 Tại Việt Nam nghiên cứu phát thải khí metan Đặc biệt trình phân giải chất hữu điều kiện yếm khí dẫn đến hình thành CH4 phụ thuộc vào nhiều điều kiện đề cập đến yếu tố môi trƣờng nhƣ điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, thời gian canh tác Độ oxi hóa khử yếu tố ảnh hƣởng tới phát thải khí CH4 Hiện nay, Việt Nam chƣa có nghiên cứu phòng thí nghiệm ảnh hƣởng Eh tới phát thải khí CH4 đất phù sa sông Hồng Vì vậy, đề tài :“Ảnh hưởng oxi hóa - khử tới phát thải khí metan đất phù sa sông Hồng” cung cấp thêm sở cho chiến lƣợc quản lý để giảm thiểu lƣợng phát thải khí nhà kính Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hƣởng oxi hóa - khử đến phát thải khí metan đất phù sa sông Hồng - Đề xuất biện pháp nhằm giảm thiểu phát thải khí metan từ hệ thống canh tác lúa nƣớc Ý nghĩa đề tài - Ý nghĩa khoa học: Hiểu đƣợc chế hình thành phát thải metan, ảnh hƣởng oxi hóakhử (Eh) đến phát thải khí metan - Ý nghĩa thực tiễn: Cung cấp thêm sở khoa học nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính ứng phó với tƣợng biến đổi khí hậu CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Những nghiên cứu phát thải khí metan đất trồng lúa 1.1.1 Những nghiên cứu phát thải khí metan đất trồng lúa giới Nhƣ ta biết, khí CO2, NH4, NOx, CFC… khí đóng vai trò nhƣ nhà kính khổng lồ bao quanh trái đất điều làm trái đất nóng dần lên Hiệu ứng nhà kính có vai trò quan trọng việc trì sống trái đất Metan loại khí nhà kính quan trọng hệ thống khí hậu, quang phổ hấp thụ hồng ngoại (Wang cộng sự, 1976) Sự gia tăng nhanh chóng hàm lƣợng khí metan, kéo theo hậu môi trƣờng đáng kể [25] Các nghiên cứu từ năm 1885 đến 1940 cho thấy nồng độ khí nhà kính tăng 0,008% nhiệt độ trái đất tăng lên 0,5% Vì vậy, nghiên cứu phát thải metan cần thiết để ƣớc tính xác nguồn, hấp thụ metan khí tìm cách để giảm lƣợng khí thải metan Lúa đƣợc trồng 140 triệu toàn giới thực phẩm chủ yếu đƣợc tiêu thụ nhiều trái đất Với 90% lƣợng gạo giới đƣợc sản xuất tiêu thụ châu Á, 90% phần trăm đất lúa tạm thời bị ngập lụt Các thủy sinh bán độc đáo phụ thuộc chất lúa cho phép phát triển cách hiệu mà nơi khác tồn tại, nhƣng lý làm cho lƣợng khí thải khí nhà kính lớn [23] Theo ICPP (1996) tổng lƣợng phát thải CH4 từ 20-100 triệu tấn/năm Năm 2000, tổng lƣợng khí metan phát thải hoạt động lúa gạo 625 triệu tấn, chiếm 15 % đến 20 % tổng lƣợng metan ngƣời tạo Mùa khô lƣợng khí metan thải chế độ ngập nƣớc Tùy vào điều kiện môi trƣờng mà đất lúa nơi giới phát thải lƣợng khí nhà kính khác nhau, khác điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, thời gian canh tác… Ngoài ảnh hƣởng oxy hóa - khử yếu tố ảnh hƣởng tới phát thải khí CH4 Bảng 1.1 Lƣợng CH4 phát thải từ đất lúa nƣớc CH4 giải CH4 giải Giai phóng đoạn (g/m2/ngày) trồng 64163 0,5 – 0,8 90-120 29-62 Có tƣới 32354 0,5 – 0,8 90-120 12-25 Nhờ nƣớc mƣa 0-30 cm 11587 0,5 – 0,8 90-120 4-11 Nhờ nƣớc mƣa 30-100 cm 5290 0,003 150 100cm 3650 0,5 – 0,8 90-120 2-4 Có tƣới 1820 0,5 – 0,8 90-120 1-2 Nhờ nƣớc mƣa Châu Mỹ 7036 0,3 – 0,8 90-150 1-6 Có tƣới Phần lại 1195 0,5 – 0,6 120-150 0,1 Có tƣới Tổng 128095 Diện tích Lục địa lúa Châu Á Châu Phi phóng Ghi (triệu tấn/năm) 53-114 (Nguồn: Bouwman, 1990) Sự hình thành CH4 ruộng lúa ảnh hƣởng đến nồng độ, phân bố CH4 khí đƣợc Koyama nghiên cứu Nhật Bản vào năm 1963 Koyama ƣớc tính tỷ lệ phát thải có CH4 đất lúa giới dựa phép đo phòng thí nghiệm mức sản xuất CH4 từ đất lúa Nhật Bản Tác giả ƣớc tính hàng năm phát thải CH4 từ ruộng lúa vào khí khoảng 190 triệu năm đầu thập kỷ 60 [16] Thí nghiệm đo trực tiếp ruộng lúa lƣợng CH4 phát thải đƣợc thực California (Mỹ) Cicerone Shetter (1981) Họ phát việc phát thải CH4 từ ruộng lúa chủ yếu thông qua trực tiếp từ lúa, khuếch tán diện bong bóng qua bề mặt nƣớc - không khí Hơn nữa, Cicerone (1983) báo cáo phụ thuộc theo mùa mạnh dòng CH4 phát thải từ ruộng lúa quan sát thấy lƣợng phát thải khí metan cao - tuần cuối trƣớc thu hoạch, lƣợng khí CH4 phát thải hàng ngày đạt g/m Trong 100 ngày mùa, khí CH4 phát thải hàng ngày trung bình khoảng 0,25 g/m [12] Seller (1984) Tây Ban Nha tiến hành thí nghiệm đo lƣợng phát thải CH4 đƣa giá trị 35 - 59 triệu tấn/năm [24] Holzapfel Pschorn Seiler (1986) tiến hành đo CH4 phát thải từ cánh đồng lúa Ý khoảng thời gian 3.5.4 Tương quan lượng phát thải khí metan với chất hữu công thức a b c d e f Hình 3.9 Tương quan lượng phát thải khí metan với chất hữu công thức a-A45-35, b-A45-25, c-N-35, d-N25, e-N75-35, f-N75-25 40 Nhìn chung công thức có tƣơng quan lƣợng phát thải metan hàm lƣợng chất hữu đất Tƣơng quan chặt chẽ công thức N-25 (R2=0,9163), tiếp đến công thức N75-25 (R2=0,8724), A45-25 (R2=0,8547), N75-35 (R2=0,8043), A45-35 (R2=0,6665), cuối N-35 (R2=0,5591) Nhƣ vậy, lƣợng chất hữu cao lƣợng phát thải CH4 lớn Chất hữu đất ảnh hƣởng lớn đến điện oxy hoá khử đất, chất hữu thành phần cung cấp nguồn electron cho trình khử đặc biệt đất chứa nhiều chất hữu dễ oxy hoá, ngập nƣớc làm cho Eh hạ thấp cách rõ ràng Điều với nghiên cứu trƣớc Nguyễn Hữu Thành cộng (2011) nghiên cứu tình hình phát thải khí metan hoạt động canh tác lúa nƣớc đồng sông Hồng Kết nghiên cứu so với nghiên cứu Yu, Patrick (2003) cho tỷ lệ sản sinh metan thƣờng cao đất ngập có hàm lƣợng hữu cao [29] Ngoài thí nghiệm tiến hành đƣợc bổ xung thêm 4g rễ lúa nhƣ nguồn thức ăn cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ, vừa tăng hàm lƣợng chất hữu đất Chất hữu nguồn cung cấp electron cho trình khử đất xảy điều kiện Eh khác nhau, đặc biệt đất có Eh < 150mV (Ponnamperuma, 1972; Reddy cộng sự, 1989; Patrick Jugsujinda, 1992) [20][21] Ngoài cƣờng độ trình khử đất phụ thuộc vào hàm lƣợng chất hữu cơ, khả vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ, tính chất chất nhận electron [18] 41 3.5.5 Tương quan hồi quy CH4 với CHC, Eh, Fe2+/Fe3+ Bảng 3.6 Tƣơng quan hồi quy CH4 với CHC, Fe2+/Fe3+, Eh CT A4535 R 0,929 N-35 0,970 N7535 A4525 0,952 0,977 N-25 0,960 N7525 0,964 R2 0,864 0,942 0,907 0,954 0,882 0,929 p p- p- CHC Fe2+/Fe3+ 0,005 0,955 0,000 0,294 0,002 0,003 0,000 0,011 0,001 0,134 0,001 0,076 0,071 0,001 0,414 0,001 0,856 0,075 p-Eh 0,938 0,775 0,127 0,052 0,706 0,502 PTTQHQ Y=0,384*CHC + 3,114* Fe2+/Fe3+ +0,004*Eh – 1,14 Y= 1,291*CHC + 1,521* Fe2+/Fe3+ + 0,005*Eh -1,894 Y= 209,288*CHC + 1,751* Fe2+/Fe3+ +0,762*Eh -252,865 Y= -0,025*CHC + 0,014* Fe2+/Fe3+ + 0,045 Y= 2,863*CHC + 0,087* Fe2+/Fe3+ + 0,009*Eh – 4,72 Y= 2,312*CHC + 0,166* Fe2+/Fe3+ + 0,006*Eh -4,014 Nhìn chung, công thức chế độ nƣớc có mối tƣơng quan với CHC, Fe2+/Fe3+, Eh Tƣơng quan chặt chẽ công thức A45-25 với phƣơng trình tƣơng quan hồi quy Y= -0,025*CHC + 0,014* Fe2+/Fe3+ + 0,045 với R=0,977, tƣơng quan giải thích cho 95,4% mối quan hệ CH4 với biến độc lập CHC, Fe2+/Fe3+, Eh Trong chế độ nƣớc này, Fe2+/Fe3+ ảnh hƣởng đến mức độ phát thải khí metan nhiều (p=0,001), sau tới ảnh hƣởng CHC cuối Eh Tiếp đến công thức N-35 với phƣơng trình tƣơng quan hồi quy Y= 1,291*CHC + 1,521* Fe2+/Fe3+ + 0,005*Eh -1,894 với R=0,970, tƣơng quan giải thích cho 94,2% mối quan hệ CH4 với biến độc lập CHC, Fe2+/Fe3+, Eh, công thức Fe2+/Fe3+ ảnh hƣởng đến mức độ phát thải khí metan nhiều (p=0,001), sau tới ảnh hƣởng chất hữu cuối Eh Công thức N75-25 với R= 0,964, phƣơng trình tƣơng quan hồi quy Y= 2,312*CHC + 0,166* Fe2+/Fe3+ + 0,006*Eh 4,014, tƣơng quan giải thích cho 92,9% mối quan hệ CH4 với biến độc lập CHC, Fe2+/Fe3+, công thức Fe2+/Fe3+ ảnh hƣởng đến mức độ phát thải khí metan nhiều (p=0,075), sau tới ảnh hƣởng chất hữu cuối 42 Eh Với R=0,960 phƣơng trình tƣơng quan hồi quy Y= 2,863*CHC + 0,087* Fe2+/Fe3+ + 0,009*Eh – 4,72, công thức N-25 có tƣơng quan giải thích cho 88,2% mối quan hệ CH4 với biến độc lập CHC, Fe2+/Fe3+, Eh, công thức CHC ảnh hƣởng đến mức độ phát thải khí metan nhiều (p=0,134), sau tới ảnh hƣởng Eh cuối , Fe2+/Fe3+ Tiếp đến công thức N75-35 có phƣơng trình tƣơng quan Y= 209,288*CHC + 1,751* Fe2+/Fe3+ + 0,762*Eh -252,865 với R=0,952, tƣơng quan giải thích cho 90,7% mối quan hệ CH4 với biến độc lập CHC, Fe2+/Fe3+, CHC, công thức CHC ảnh hƣởng đến mức độ phát thải khí metan nhiều (p=0,003), sau tới ảnh hƣởng Eh cuối Fe2+/Fe3+ Cuối với R=0,929, công thức A45-35 có phƣơng trình tƣơng quan Y=0,384*CHC + 3,114* Fe2+/Fe3+ +0,004*Eh – 1,14, tƣơng quan giải 86,4% thích cho mối quan hệ CH4 với biến độc lập CHC, Fe2+/Fe3+, với ảnh hƣởng đến mức độ phát thải khí metan nhiều Fe2+/Fe3+ (p=0,071), sau tới ảnh hƣởng Eh cuối CHC 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ  Kết luận - Độ ẩm oxy hóa - khử có mối quan hệ chặt chẽ với Ðất khô có trình oxy hoá mạnh nên Eh cao, đất ẩm dƣ ẩm trình khử mạnh nên Eh đất thấp Theo nhƣ kết nghiên cứu, với điều kiện độ ẩm đất lớn 70±2 (%) 35oC 74 % 25oC đất phù sa sông Hồng oxy hóa – khử (Eh) nằm khoảng (-176 mV đến -287 mV) Đây khoảng hình thành CH4 đất phù sa sông Hồng Điều đặt thách thức kiểm soát độ ẩm cách tối ƣu để giảm thải lƣợng CH4 đƣợc hình thành đất lúa Thế oxy hóa- khử đất trồng lúa phù sa sông Hồng có xu hƣớng giảm dần diễn trình khử trung bình từ (-100mV) – (150mV) trình khử mạnh nằm khoảng Eh (-300mV) – (-100mV) đất - Qúa trình ngập nƣớc làm gia tăng hàm lƣợng Fe2+ khử sắt (III) hydroxit Fe, oxit Fe Đặc biệt với loại đất ngập 7,5 cm nƣớc có lƣợng Fe2+ lớn Fe2+ /Fe3+ lớn Tại xảy trình oxy hóa- khử mạnh nên Eh đạt giá trị thấp Tiếp đến công thức có độ ẩm đất giảm dần - Độ ẩm đất có ảnh hƣởng đến lƣợng phát thải khí CH4 Nghiên cứu cho thấy, với đất có độ ẩm cao lƣợng phát thải CH4 nhiều Với độ ẩm cao đất xảy trình khử mạnh, Eh giảm dẫn đến việc phát thải lƣợng CH4 Chất hữu ảnh hƣởng tới phát thải CH4 Tỷ lệ sản sinh metan thƣờng cao đất ngập có hàm lƣợng hữu cao  Kiến nghị - Các kết thử nghiệm phòng thí nghiệm cung cấp nhìn sâu sắc tác động oxi hóa khử đất với việc sản sinh phát thải khí metan Nó cho thấy nguy cho sản sinh CH4 tình trạng oxy hóa khử đất giảm xuống mức thấp Nghiên cứu cho thấy việc kiểm soát độ ẩm đất dao động khoảng 70±2 % điều kiện nhiệt độ 35oC 74% 25oC đất phù sa sông Hồng giúp giảm thiểu lƣợng khí CH4 từ hoạt động canh tác lúa nƣớc góp phần làm giảm nóng lên Trái đất 44 - Cần tiếp tục nghiên cứu dài hạn động thái phát thải khí metan từ điều kiện độ ẩm khác tác động yếu tố môi trƣờng để tìm biện pháp canh tác tối ƣu giảm thiểu phát thải khí metan gây nhà kính - Kết đề tài đề cập đến loại đất phù sa sông Hồng, số chế độ nƣớc cho vùng cụ thể, nên cần đƣợc tiếp tục nghiên cứu với loại vùng sinh thái khác với điều kiện khác nhƣ phân bón, chế độ nƣớc, giống lúa để tìm điều kiện cụ thể nhân tố nhằm giảm phát thải khí metan gây hiệu ứng nhà kính 45 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC TẾ Hình Đất rễ lúa chuẩn bị trƣớc thí nghiệm Hình Đất rễ lúa đƣợc đƣa vào chai thí nghiệm 46 Hình Quá trình đo oxy hóa – khử (Eh) Hình Qúa trình lấy khí 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tài liệu tiếng việt Nguyễn Việt Anh (2006), Nghiên cứu quản lý nước mặt ruộng nhằm giảm phát thải khí metan, tiết kiệm nước không làm giảm suất lúa đồng sông Hồng, trƣờng Đại học Thủy lợi, Hà Nội Nguyễn Việt Anh (2010), Nghiên cứu chế độ nước mặt ruộng hợp lý để giảm thiểu phát thải khí mê tan ruộng lúa vùng đất phù sa trung tính chua đồng sông Hồng, Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam, Hà Nội Trần Văn Chính (2010), Giáo trình thổ nhưỡng học, Đại học Nông Nghiệp I Hà Nội, Hà Nội Lƣu Đức Hải & Trần Nghi (2010), Giáo trình Khoa học đất, NXB Giáo Dục, Hà Nội Lê Xuân Phƣơng (2008), Giáo trình Vi sinh vật học môi trường, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, tr 116 Nguyễn Hữu Thành (2010), Giáo trình Hóa học đất, Đại học Nông Nghiệp I Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Hữu Thành, Nguyễn Đức Hùng, Trần Thị Lệ Hà, Nguyễn Thọ Hoàng (2011), “Nghiên cứu tình hình phát thải khí metan (CH4) hoạt động canh tác lúa nƣớc khu vực đồng sông Hồng”, Tạp chí Khoa học Phát triển 2012, Tập 10 (số 1), tr 165 - 172 Phan Văn Tự (2006), Bài giảng Khoa học đất, Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh Trần Văn Toàn (03/2011), Khí nhà kính nông nghiệp trình biến đổi, http://climatechangegis.blogspot.com/ 10 THVL, Chế độ nước phân bón cho lúa, http://thvl.vn/?p=157075 11 https://voer.edu.vn/m/co-khuan-sinh-methane-methanogens/768bf685 II Tài liệu tiếng anh 12 Cicerone & Shetter (1983), “Seasonal Variation of Methane Flux From a California Rice Paddy”, Journal of geophysical research, vol 88, No C15, pp 11,022-11,024 48 13 Conrad, Lupton F.S, Zeikus J.G (1987), Hydrogen metabolism and sulfate – dependant inhibition of methanogenesis in a eutrophic lake sediment, FEMS Microbiol, Ecol, pp.107–115 14 Holzapfel Pschorn & W Seile (1986), “Methane Emission During a Cultivation Period From an Italian Rice Paddy”, Journal of geophysical research, vol 91, No Dll, pp.11,803-11,814 15 Joulian C, Escoffier S, Le Mer J, Neue H.U, Roger P.A (1997), “Populations and potential activities of methanogens and methanotrophs in ricefields: relations with soil properties”, Eur J Soil Biol, 33, pp.105–116 16 Koyama (1963), “Gaseous Metabolism in Lake Sediment and Paddy Soils and the Producition of Atmospheric Methane and Hydrogen”, Journal of Geophys Research, 68 (13), pp.3971 17 Masscheleyn, P N, R D DeLaune, and W H Patrick, Jr (1993), “Methane and nitrous oxide emissions from laboratory measurements of rice soil suspension: Effect of soil oxidation-reduction status”, Chemosphere, 26, pp.251-260 18 Neue H.U, Roger P.A (1994), Potential of methane emission in major rice ecologies, in: Zepp R.G.(Ed.), Climate Biosphere Interaction: Biogenic Emissions and Environmental Effects of Climate Change, John Wiley and Sons, pp.65–93 19 Nouchi I Mariko S & Aoki K (1990), “Mechanism of methane transport from the rhizosphere to the atmosphere through rice plants”, Plant Physiol, pp.59-66 20 Patrick & Mahapatra (1986), “Transformation and availability to rice of nitrogen and phosphorus in waterlogged soils” 21 Ponnamperuma, F N (1972), “The chemistry of submerged soils”, Adv Agron, 24, pp.29–96 22 Reddy, K R., W H Patrick, and C W Lindau (1989), “Nitrificationdenitrification at the plant root-sediment interface in wetlands”, Limnol Oceanogr, 34 (6), pp.1004– 1013 49 23 Reiner Wassmann, Yasukazu Hosen, and Kay Sumfleth (2009), An Agenda for Negotiation in Copenhagen: Reducing Methane Emissions from Irrigated Rice, Agriculture and Climate Change 24 Seiler, W, Klug, M.J Reddy, (1984), Current Perspectives in Microbial Ecology American Society for Microbiology: Washington, DC, pp.468-477 25 Yagi et.al (1996), “Effect of water management on methane emission from a Japanese rice paddy field: Automated methane monitoring”, Global biogeochemical cycles, vol 10, No 2, pp.255-267 26 Yamane & Sato (1964), “Decomposition of glucose and gas formation in flooded soil”, Soil Science and Plant Nutrition, Vol 10, No.3 27 Young K B, Wailes E J, Crame, G L, & Khiem N T (2002), Vietnam's Rice Economy: Developments and Prospects 28 Yu et al (2001), “Nitrous oxide and methane emissions from different soil suspensions: effect of soil redox status”, Biol Fertil Soils, 34, pp.25–30 29 Yu Patrick (2003) “Redox range with minimum nitrous oxide and methane production in a rice soil under different pH”, Soil Sci Soc Am J, 67, pp.1952– 1958 50 PHỤ LỤC Bảng Thông tin hàm tƣơng quan CH4 với CHC, Fe2+/Fe3+, Eh công thức A45 – 25 b Model R R Square 977 a 954 Model Summary Adjusted R Square Std Error of the R Square Estimate Change 931 00221 954 Change Statistics F Change df1 df2 41.521 Sig F Change 000 a Model Regression Sum of Squares 001 Residual 000 Total 001 Mean Square 000 F 41.521 Sig b 000 000 Coefficients Unstandardized Coefficients Model ANOVA df B Std Error (Constant) 045 014 fe chc eh 014 -.025 000 002 007 000 a Standardized Coefficients Beta 1.520 -.449 524 t Sig 3.235 018 6.613 -3.634 2.425 001 011 052 Bảng Thông tin hàm tƣơng quan CH4 với CHC, Fe2+/Fe3+, Eh công thức A45 – 35 b Model R 929 R Square a 864 Model Summary Adjusted R Square Std Error of the R Square Estimate Change 795 73906 864 Change Statistics F Change df1 df2 12.664 Sig F Change 005 a Model Regression Sum of Squares 20.751 ANOVA df Residual 3.277 Total 24.028 Model Coefficients Unstandardized Coefficients Std Error (Constant) -1.140 14.911 fe chc 3.114 384 1.424 6.582 eh 004 F 12.664 Sig b 005 546 B Mean Square 6.917 a Standardized Coefficients Beta 918 046 047 51 043 t Sig -.076 942 2.187 058 081 071 955 938 Bảng Thông tin hàm tƣơng quan CH4 với CHC, Fe2+/Fe3+, Eh công thức N-25 b Model R 960 R Square a 922 Adjusted R Square 882 Model Summary Std Error of the R Square Estimate Change 10910 922 Change Statistics F Change df1 23.513 df2 Sig F Change 001 a Model Regression Residual 071 Total 911 B Std Error (Constant) -4.720 5.150 fe chc eh 087 2.863 009 457 1.651 023 Mean Square 280 F 23.513 Sig b 001 012 Coefficients Unstandardized Coefficients Model Sum of Squares 840 ANOVA df a Standardized Coefficients Beta 127 890 122 t Sig -.916 395 190 1.734 396 856 134 706 Bảng Thông tin hàm tƣơng quan CH4 với CHC, Fe2+/Fe3+, Eh công thức N-35 b Model R 970 R Square a 942 Adjusted R Square 912 Model Summary Std Error of the R Square Estimate Change 33744 942 Change Statistics F Change df1 32.254 df2 Sig F Change 000 a Model Regression Residual 683 Total 11.701 Model Sum of Squares 11.018 ANOVA df Coefficients Unstandardized Coefficients B Std Error (Constant) -1.894 1.424 fe chc eh 1.521 1.291 005 259 1.123 016 52 Mean Square 3.673 F 32.254 Sig b 000 114 a Standardized Coefficients Beta 845 247 070 t Sig -1.330 232 5.861 1.149 299 001 294 775 Bảng Thông tin hàm tƣơng quan CH4 với CHC, Fe2+/Fe3+, Eh công thức N75-25 b Model R R Square 964 a 929 Model Summary Std Error of the Estimate R Square Change 27802 929 Adjusted R Square 893 Change Statistics F Change df1 26.133 df2 Sig F Change 001 a Model Regression Sum of Squares 6.060 Mean Square 2.020 464 077 6.524 Residual Total ANOVA df Coefficients Unstandardized Coefficients Model B (Constant) fe chc eh F 26.133 Sig b 001 a Standardized Coefficients Beta Std Error -4.014 2.102 166 2.312 006 077 1.079 008 524 523 096 t Sig -1.910 105 2.154 2.143 714 075 076 502 Bảng Thông tin hàm tƣơng quan CH4 với CHC, Fe2+/Fe3+, Eh công thức N75-35 b Model R 952 R Square a 907 Adjusted R Square 861 Model Summary Std Error of the R Square Estimate Change 7.28907 907 Change Statistics F Change df1 19.510 df2 Sig F Change 002 a Model Regression Residual 318.783 Total 3428.581 Model Sum of Squares 3109.798 ANOVA Df Coefficients Unstandardized Coefficients B Std Error (Constant) -252.865 86.541 fe chc eh 1.751 209.288 762 1.997 44.573 430 53 Mean Square 1036.599 F 19.510 Sig b 002 53.131 a Standardized Coefficients Beta 270 1.168 555 t Sig -2.922 027 877 4.695 1.770 414 003 127 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Đọc lập – Tự Do – Hạnh phúc HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU XÁC NHẬN Đề tài: ẢNH HƢỞNG CỦA THẾ OXY HÓA – KHỬ TỚI SỰ PHÁT THẢI KHÍ METAN TRONG ĐẤT PHÙ SA SÔNG HỒNG Đã đƣợc sửa chữa theo góp ý hội đồng nghiệm thu Thái Nguyên, ngày… tháng năm 2015 TM HỘI ĐỒNG CHỦ NGHIỆM CHỦ TỊCH Văn Hữu Tập 54 [...]... nghiệm về ảnh hƣởng của thế oxy hóa khử trong đất tới sự phát thải khí nitơ oxit và metan từ các loại đất khác nhau, sự tƣơng ứng của thế oxi hóa - khử trong đất để CH4 và N2O phát thải từ một đất trồng lúa đã đƣợc nghiên cứu Tác giả chỉ ra rằng tại Louisiana (Mỹ) đất lúa đã cân bằng ở các mức độ oxi hóa khử đƣợc kiểm soát, từ 500 mV đến -250 mV Nghiên cứu cho thấy giá trị oxi hóa khử của đất -150 mV... với sự phát thải CH4 [17] Yu và cộng sự (2001) nghiên cứu ảnh hƣởng của thế oxy hóa khử trong đất tới sự phát thải khí nitơ oxit và metan từ các hệ thống loại đất khác nhau Bốn mẫu đất từ các cánh đồng lúa khác nhau Ở Mĩ, Trung Quốc (ruộng lúa) và Bỉ (ruộng ngô và lúa mì) đất đƣợc phân tán trong dung dịch với tỷ lệ (đất : nƣớc, 1: 4) sau đó đƣợc ủ và đánh giá sự phát thải của N2O và CH4 phát thải trong. .. Mục tiêu nghiên cứu 2.1.1 Mục tiêu tổng quát - Nghiên cứu ảnh hƣởng của thế oxi hóa - khử đến sự phát thải khí CH4 trong đất trồng lúa phù sa sông Hồng 2.2.2 Mục tiêu cụ thể - Sự phát thải khí metan (CH4) trong đất dƣới sự thay đổi của thế oxi hóa - khử và điều kiện nhiệt độ khác nhau - Theo dõi thế oxi hóa - khử (Eh) ở điều kiện độ ẩm khác nhau trong điều kiện nhiệt độ khác nhau  Từ đó đề xuất các giải... thế oxi hóa - khử trong đất và sự phát thải khí CH4 và CO2 đều có mối quan hệ Phát thải khí metan xảy ra dƣới đất cụ thể là điểm khả năng oxi hóa khử, và tỷ lệ phát thải là tỷ lệ nghịch với khả năng oxi hóa khử đất [1] Do đó phƣơng pháp nghiên cứu chủ yếu là thực nghiệm để tiến hành thí nghiệm, phân tích theo dõi sự phát thải khí metan (CH4) và sự thay đổi Eh trong đất thí nghiệm dƣới sự thay đổi của. .. hình thành metan trong đất phù sa trung tính (pH=7) [2] * Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hoá khử + Trong đất có thể chứa nhiều hệ thống oxy hoá khử có nồng độ khác nhau nhƣng Eh của đất sẽ tƣơng đƣơng với trị số Eh của hệ thống oxy hoá khử có nồng độ chất khử và chất oxy hoá cao nhất + Trong đất thoáng khí quá trình oxy hoá khử trong đất đƣợc quyết định bởi nồng độ O2 tự do trong không khí đất và O2... đất khác nhau trong điều kiện oxi hóa khử tiềm năng Kết quả cho thấy sự phát thải N2O đã đƣợc quy định trong một phạm vi hẹp của thế oxi hóa khử 120 mV - 250 mV Tỷ lệ phát thải CH4 tỷ lệ nghịch với khả năng oxi hóa khử đất Cả hai mối quan hệ tuyến tính và hàm mũ giữa phát thải CH4 và thế oxi hóa khử đất là có ý nghĩa Bằng cách ngoại suy các mối quan hệ tuyến tính phát thải CH4 đối với thế oxy hóa khử. .. (ox)/ (red) Trong đó Eo là điện thế tiêu chuẩn, nghĩa là điện thế phát sinh ở các điện cực nằm trong dung dịch có chất oxy hoá và chất khử oxy nồng độ 1N và là hằng số với mỗi hệ oxy hoá khử Thế oxi hóa - khử là một nhân tố quan trọng trong việc tạo ra CH4 trong đất Eh hay độ hoạt động electron của đất giảm từ từ sau khi ngập nƣớc Patrick (1981) đã chứng minh rằng thế oxi hóa - khử của đất phải dƣới... 30,885X – 97; R2 = 0,875 (R2 là hệ số tƣơng quan) [2] Khí metan phát thải trên vùng đất lúa là quá trình phân giải chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí có sự tham gia của các vi khuẩn Qúa trình hình thành và chuyển hóa CH4 có sự tham gia của vi khuẩn mentanobacterium, các yếu tố môi trƣờng nhƣ chất hữu cơ, nhiệt độ, độ ẩm và thế oxy hóa – khử (Eh)… Bằng việc tiến hành thực 7 nghiệm ảnh hƣởng của thế oxy hóa. .. sinh vật hiếu khí Chất khử là H2, Fe2+, Cu+ và vi sinh vật kị khí Quá trình oxy hóa - khử trong đất đều có thực vật và vi sinh vật tham gia cho nên đây là một quá trình sinh học Trong điều kiện oxy hóa hay khử, chất hữu cơ đều bị phân giải, tuy nhiên, cƣờng độ, sản phẩm phân giải có khác nhau Để đặc trƣng cho cƣờng độ oxy hóa - khử của dung dịch đất thƣờng xác định bằng điện thế oxy hóa – khử (kí hiệu... của con ngƣời bị suy giảm 1.3 Metan và sự phát thải metan trong hoạt động sản xuất lúa gạo 1.3.1 Metan và sự phát thải metan trong hoạt động sản xuất lúa gạo Hơn 90 % diện tích trồng lúa trên thế giới là diện tích đất ngập nƣớc trong điều kiện nhiệt độ nóng ẩm, đây là điều kiện thuận lợi cho sự sản sinh khí metan trong điều kiện yếm khí Theo ICPP (1996) thì tổng lƣợng phát thải CH4 là từ 20-100 triệu