Nghiên cứu mô phỏng sự phát thải khí nhà kính (CH4, n2o) trong môi trường đất lúa lưu vực sông vu gia

Việt Nam hiện là một trong những nước sản xuất và xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới IRRI, 2015 với diện tích canh tác lúa hàng năm đạt trên 7,7 triệu ha Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2017. Lúa là cây lương thực chính của Việt Nam, hàng năm tạo ra khoảng 44 triệu tấn lúa, tương đương khoảng 70% tổng sản lượng lương thực Tổng cục Thống kê, 2017; Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2017. Tuy nhiên, canh tác lúa được xem là nguồn phát thải khí nhà kính (KNK) lớn nhất trong ngành sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam với lượng phát thải ước tính là 37,4 triệu tấn CO2 tương đương (CO2tđ), chiếm 58% tổng lượng KNK từ nông nghiệp và 26,1% tổng lượng KNK quốc gia Bộ TNMT, 2014. Bên cạnh nhận thức vai trò quan trọng của sản xuất lúa gạo đối với an ninh lương thực và nền kinh tế quốc dân, các vấn đề về môi trường liên quan đến việc phát thải KNK từ canh tác lúa đã và đang được Chính phủ Việt Nam quan tâm và hiện trở thành một phần quan trọng của Chương trình Mục tiêu Quốc gia Ứng phó với Biến đổi khí hậu. Trên 85% diện tích đất lúa hàng năm ở Việt Nam là đất lúa nướcáp dụng chế độ tưới ngập thường kì, là điều kiện thuận lợi cho phát thải CH4 IAE, 2011. Việt Nam đã đặt mục tiêu giảm 20% lượng khí thải mê tan (CH4) và nitơ ôxít (N2O) từ hoạt động canh tác lúa đến năm 2020 Bộ Nông nghiệp PTNT, 2013. Hiện nay, phát thải KNK trong sản xuất nói chung và trong nông nghiệp nói riêng đã trở thành vấn đề toàn cầu. Lúa nước hiện là một trong những cây lương thực chính của thế giới nhưng phát thải CH4 và N2O từ canh tác lúa nước đang góp phần đáng kể vào quá trình ấm lên toàn cầu Bronson và nnk, 1997. Do vậy, việc xác định mức độ phát thải trong mỗi điều kiện canh tác đặc thù, từ đó thay đổi chế độ canh tác (tưới, bón phân, sử dụng rơm rạ) phù hợp nhằm duy trì năng suất lúa đồng thời đảm bảo giảm thiểu mức thải phát thải KNK Zhang và nnk, 2011 hiện đang được quan tâm nghiên cứu. Nhiều trung tâm, tổ chức khoa học trên thế giới đang tiến hành các nghiên cứu về vấn đề này trên quy mô và phương thức khác nhau. Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI), Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc (UNFAO), Liên minh toàn cầu nghiên cứu giảm phát thải KNK trong nông nghiệp (GRA) cũng đã thành lập một nhóm chuyên gia (Paddy Rice Research Group) tập trung nghiên cứu về vấn đề này. Khí CH4 là sản phẩm của quá trình phân huỷ kị khí chất hữu cơ bởi vi khuẩn sinh mêtan. Thông thường, môi trường có ôxy đầy đủ, hầu hết các C trong chất hữu cơ sẽ bị phân huỷ thành sản phẩm cuối cùng là CO2. Tuy nhiên, trong trường hợp không có hoặc thiếu ôxy, quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ không được thực hiện triệt để và C được giải phóng dưới dạng CH4. Trong khi đó, Khí N2O phát thải từ môi trường đất lúa là sản phẩm trung gian và được hình thành từ quá trình nitrat hóa (quá trình ôxy hóa sinh học NH4+ thành NO2 và NO3 trong điều kiện háo khí) và quá trình phản nitrat hóa (là quá trình khử NO3 hoặc NO2 thành khí N2 trong điều kiện yếm khí) và đều được tiến hành bởi các nhóm vi khuẩn trong đất. Quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa xảy ra gần như song song nhau trong đất lúa. Tầng đất có ôxy, nơi xảy ra quá trình nitrat hóa, rất mỏng và NO3 nhanh chóng bị phân tán vào tầng đất yếm khí bên dưới, nơi mà sự khử nitrat xảy ra, biến đổi NO3 thành N2 và N2O. trên thực tế lượng khí CH4 và N2O được tạo ra ở trong đất có thể lớn hơn nhiều so với lượng phát thải thực tế vào khí quyển do có thể bị giữ lại trong đất và tiếp tục chuyển thành các khí khác. Vì vậy, việc lượng hóa chính xác phát thải khí CH4 và N2O từ canh tác lúa khá phức tạp do biến động về điều kiện và phương thức canh tác (bón phân, chế độ tưới…), do sự khác nhau về đặc điểm sinh trưởng trong các giai đoạn khác nhau của cây lúa. Trong khi việc quan trắc, đo đạc phát thải KNK trên đồng ruộng rất tốn kém, thì áp dụng mô hình trong định lượng mức phát thài KNK là giải pháp khả thi đáp ứng cả yêu cầu về kĩ thuật và kinh tế. Mô hình DeNitrificationDeComposition (DNDC), một dạng mô hình sinh địa hóa, là công cụ đang được ứng dụng khá nhiều trong tính toán phát thải KNK từ các hệ sinh thái nông nghiệp. Hầu hết các kết quả cho thấy, mô hình DNDC phù hợp cho nghiên cứu sự phát thải KNK từ các hệ sinh thái nông nghiệp trong đó có lúa nước, mặc dù còn tồn tại sự khác biệt trong một số trường hợp nghiên cứu. Cho đến nay, việc áp dụng mô hình DNDC để ước lượng phát thải CH4, N2O từ các hệ sinh thái nông nghiệp đã dần được quan tâm tại Việt Nam. William Salas (2013) đưa ra đề xuất ý tưởng tích hợp mô hình DNDC trong hệ thống giám sát KNK phát thải từ các vùng canh tác lúa của Việt Nam. Viện Môi trường Nông nghiệp cũng áp dụng DNDC trong tính toán, dự báo lượng phát thải KNK trong một số hoạt động kiểm kê KNK gần đây… Tuy nhiên, do thiếu dữ liệuthông số thực tế để kiểm định và hiệu chỉnh mô hình cho phù hợp với từng đối tượng cây trồng và đặc điểm của vùng cụ thể ở Việt Nam, nên phần lớn các nghiên cứu trên vẫn phải sử dụng các thông số mặc định hay dữ liệu tham khảo để chạy mô hình DNDC. Hiện nay, Việt Nam đã có khá nhiều nghiên cứu về phát thải KNK (đặc biệt là các nghiên cứu trên đồng ruộng) nhưng tập trung chủ yếu tại đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long, hai vùng canh tác lúa chính chiếm trên 70% tổng diện tích lúa của Việt Nam. Các kết quả đã chỉ ra mức độ phát thải và phân bố không gian của các khu vực phát thải CH4, N2O từ các vùng lúa của hai vựa lúa này. Tuy nhiên, các nghiên cứu về phát thải CH4, N2O tại các vùng trồng lúa nhỏ hơn (như lưu vực sông VGTB, một trong những lưu vực sông lớn nhất và vùng lúa trọng điểm ở khu vực Nam Trung Bộ), với các đặc điểm rất khác về điều kiện khí hậu, đất đai, tập quán canh tác… hầu chưa được tiến hành. Bên cạnh đó, mặc dù kỹ thuật, quy trình đo và quan trắc KNK quy mô điểm trong canh tác lúa gần đây đã được cải thiện đáng kể, nhưng những dự báo phát thải KNK trong canh tác lúa quy mô vùng sinh thái hay toàn quốc vẫn còn khá nhiều hạn chế do thiếu phương phápcông cụ tính toán đủ tin cậy và toàn diện. Xuất phát từ những vấn đề lý luận trên cùng với yêu cầu cấp bách về việc lựa chọn, hoàn thiện phương pháp tính toán đủ tin cậy, nhanh chóng, ít chi phí để phục vụ cho nghiên cứu động thái phát thải KNK trong đất lúa ở quy mô điểm, tính toán mức phát thải và phân bố không gian phát thải KNK từ canh tác lúa ở quy mô vùng, đồng thời đưa ra được lựa chọn biện pháp canh tác tối ưu để sản xuất lúa ổn định về năng suất, bền vững về môi trường (giảm phát thải khí nhà kính), nghiên cứu sinh tiến hành đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng sự phát thải khí nhà kính (CH4, N2O) trong môi trường đất lúa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, tỉnh Quảng Nam”.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

_

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỰ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ

LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN, TỈNH QUẢNG NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2018

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC HÌNH x

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của nghiên cứu 1

2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 3

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 3

2.2 Nội dung nghiên cứu 4

3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 5

3.1 Ý nghĩa khoa học 5

3.2 Ý nghĩa thực tiễn 5

4 Đóng góp mới của luận án: 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 7

1.1 Khí nhà kính và hiệu ứng ấm lên toàn cầu 7

1.2 Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam 10

1.2.1 Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới 10

1.2.2 Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp tại Việt Nam 13

1.3 Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa trên thế giới và ở Việt Nam 16

1.3.1 Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa trên thế giới 16

1.3.2 Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa tại Việt Nam 19

1.4 Cơ chế hình thành và phát thải khí CH4 và N2O trong môi trường đất lúa ngập nước 25

1.4.1 Cơ chế hình thành và giải phóng khí CH4 25

1.4.2 Cơ chế hình thành và giải phóng khí N2O 28

1.5 Một số yếu tố ảnh hưởng đến phát thải CH4 và N2O từ đất lúa 31

1.5.1 Biện pháp canh tác 32

1.5.5 Tính chất đất 35

1.6.1 Ứng dụng mô hình hóa trong tính toán phát thải KNK từ canh tác lúa

trên thế giới 43

1.6.2 Ứng dụng mô hình DNDC trong ước lượng phát thải KNK từ canh tác lúa tại Việt Nam 45

1.7 Nhận xét chung rút ra từ tổng quan nghiên cứu 48

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 50

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 50

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 50

2.2 Phương pháp nghiên cứu: 50

2.2.1 Phương pháp thu thập thông tin và điều tra nông hộ: 50

2.2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng 52

2.3.3 Phương pháp mô hình hoá 59

2.3.4 Hệ thống thông tin địa lý và kĩ thuật bản đồ 64

2.3.5 Phương pháp kiểm soát/hạn chế độ không chắc chắn của mô hình 67

2.3.6 Phương pháp xử lý thống kê 68

2.4 Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu 68

2.4.1 Địa hình, địa mạo 68

2.4.2 Khí hậu và thủy văn 69

2.4.3 Tài nguyên đất 71

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 73

3.1 Đặc điểm canh tác lúa vùng nghiên cứu 73

3.1.1 Hiện trạng sản xuất lúa vùng nghiên cứu 73

3.1.2 Đặc điểm môi trường đất lúa điểm thí nghiệm 79

3.2 Kiểm định khả năng áp dụng mô hình DNDC để tính toán phát thải KNK của mô hình DNDC 86

3.2.1 Phát thải khí CH4 86

3.2.2 Phát thải khí N2O 100

3.2.3 Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đối với kết quả đầu ra của mô hình 114

3.3.1 Tính toán phát thải CH4 và N2O quy mô vùng 1213.3.2 Bản đồ phát thải CH4 và N2O quy mô vùng 129

3.4 Đề xuất hệ số phát thải trong tính toán kiểm kê KNK và lộ trình áp dụng chế

độ tưới tiết kiệm nước cho vùng nghiên cứu 144

phương pháp bậc 2 (Tier 2) cho vùng nghiên cứu 1443.4.2 Đề xuất lộ trình áp dụng chế độ tưới tiết kiệm cho vùng nghiên cứu 146KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 148

1 Kết luận 148

2 Kiến nghị 149DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 151

Nông lương Liên Hiệp Quốc)

phủ về biến đổi khí hậu)

ước khung của Liên Hiệp Quốc về biến đổi khí hậu)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Một số đặc trưng của các KNK chính 8

Bảng 1.2: Giá trị tiềm năng gây ấm lên toàn cầu (GWP) của các KNK chính 9

Bảng 1.3: Dự tính phát thải KNK trong lĩnh vực nông nghiệp (1000 tấn CO2tđ) 15

Bảng 1.4: Phát thải KNK năm 2013 trong lĩnh vực nông nghiệp 15

Bảng 1.5: Diện tích canh tác lúa của Việt Nam năm 2013 (1000 ha) 19

Bảng 1.6: Diện tích lúa ngập nước thường xuyên và ngập gián đoạn năm 2013 20

\Bảng 1.7: Phát thải KNK từ canh tác lúa tại Việt Nam năm 2013 21

Bảng 1.8: Các phản ứng khử trong các khoảng giá trị Eh 26

Bảng 1.9: Động thái các chất trong đất theo mức giảm điện thế 37

Bảng 2.1: Một số thông tin chung về 2 điểm thí nghiệm đồng ruộng 53

Bảng 2.2: Phương pháp lấy mẫu và phân tích đất trước thí nghiệm 56

Bảng 2.3: Các tính chất đất sử dụng để tính toán phát thải tối đa và tối thiểu 67

Bảng 3.1: Chuyển đổi lịch canh tác lúa ở Quảng Nam 76

Bảng 3.2: Lượng phân vô cơ bón cho lúa ở Quảng Nam (kg/ha) 76

Bảng 3.3: Mức bón phân cho lúa theo khuyến cáo (kg/ha) 77

Bảng 3.4: Các phương thức sử dụng rơm rạ ở Quảng Nam 78

Bảng 3.5: Lý do nông dân chọn giống lúa 79

Bảng 3.6: Một số tính chất đất lúa (tầng 0-20 cm) tại điểm thí nghiệm 80

Bảng 3.7: Tương quan giữa cường độ phát thải CH4 với Eh và pH đất 93

Bảng 3.8: Phân tích thống kê tương quan giữa số liệu phát thải CH4 tính toán bằng mô hình với đo đạc từ thí nghiệm đồng ruộng 94

Bảng 3.9: Tổng phát thải CH4 tích lũy theo vụ tại các điểm thí nghiệm 97

Bảng 3.10: Tổng phát thải CH4 theo vụ được đo đạc từ thí nghiệm đồng ruộng và ước lượng/tính toán bằng mô hình (kg CH4/ha/vụ) 99

Bảng 3.11: Tương quan giữa cường độ phát thải N2O với Eh và pH đất 107

Bảng 3.12: Phân tích thống kê tương quan giữa số liệu phát thải N2Otính toán bằng mô hình với đo đạc từ thí nghiệm đồng ruộng 108

Bảng 3.13: Tổng phát thải N2O tích lũy theo vụ tại các điểm thí nghiệm 111

Bảng 3.14: Tổng phát thải N2O theo vụ được đo đạc từ thí nghiệm đồng ruộng và ước lượng/tính toán bằng mô hình (kg N2O/ha/vụ) 113

Bảng 3.15: Các kịch bản đánh giá mức độ nhạy cảm của các yếu tố đầu vào mô hình áp dụng cho hệ canh tác lúa có tưới 114

Bảng 3.16: Tính chất vật lý đất (của các nhóm đất trồng lúa) đầu vào mô hình 122

Bảng 3.17: Tính chất hóa học đất (của các nhóm đất trồng lúa) đầu vào mô hình.122 Bảng 3.18 Các thông số đầu vào mô hình về sinh khối cây trồng 123

Bảng 3.19: Mức phát thải CH4 từ canh tác lúa ở các chế độ tưới khác nhau 124

Bảng 3.20: Mức phát thải N2O từ canh tác lúa ở các chế độ tưới khác nhau 125

Bảng 3.21: Mức phát thải CH4 của các nhóm đất lúa khác nhau 127

Bảng 3.22: Mức phát thải N2O của các nhóm đất lúa khác nhau 128

Bảng 3.23: Tổng lượng phát thải khí CH4 từ canh tác lúa 136

Bảng 3.24: Tổng lượng phát thải khí N2O từ canh tác lúa 139

Bảng 3.25: Tổng GWP từ canh tác lúa 142

Bảng 3.26: Hệ số phát thải CH4 từ canh tác lúa ngập nước liên tục (không bón phân hữu cơ) vùng nghiên cứu 145

Bảng 3.27: Hệ số tỷ lệ cho các chế độ tưới tiêu (SFw) áp dụng trong canh tác lúa ngập nước vùng nghiên cứu 145

Bảng 3.28: Giá trị GWP do canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 1RN cho vùng nghiên cứu theo lộ trình thời gian 146

DANH MỤC HÌNH

2020 so với 1990) 11

Hình 1.2: Mức thải N2O từ hoạt động sản xuất nông nghiệp (1000-2000) 13

Hình 1.3: Xu thế phát thải/hấp thụ KNK trong các kỳ kiểm kê 14

Hình 1.4: Cơ cấu phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp năm 2013 21

Hình 1.5: Cơ chế hình thành và phát tán CH4 trong đất lúa nước 27

Hình 1.6: Các quá trình chuyến hóa nitơ trong đất 29

Hình 1.7: Vòng tuần hoàn nitơ trong đất lúa nước 30

Hình 2.1: Vị trí và địa hình điểm thí nghiệm 52

Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm đồng ruộng tại điểm thí nghiệm 1 54

Hình 2.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm đồng ruộng tại điểm thí nghiệm 2 54

Hình 2.4: Lịch điều tiết nước và bón phân trong thí nghiệm vụ Đông Xuân 55

Hình 2.5: Lịch điều tiết nước và bón phân trong thí nghiệm vụ Hè Thu 55

Hình 2.6: Cấu trúc của mô hình DNDC 61

Hình 2.7: Trình tự ứng dụng mô hình DNDC để tính toán phát thải KNK 64

Hình 2.8: Vị trí khu vực nghiên cứu 69

Hình 2.9: Phân bố lượng mưa các tháng trong năm 70

Hình 3.1: Phân bố đất lúa lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn 73

Hình 3.2: Biến động diện tích lúa gieo trồng hàng năm (2000-2015) 74

Hình 3.3: Động thái Eh đất thí nghiệm vụ Đông Xuân 82

Hình 3.4: Động thái Eh đất thí nghiệm vụ Hè Thu 82

Hình 3.5: Động thái pH đất thí nghiệm vụ Đông Xuân 83

Hình 3.6: Động thái pH đất thí nghiệm vụ Hè Thu 83

Hình 3.7: Động thái nhiệt độ đất thí nghiệm điểm nghiên cứu 1 85

Hình 3.8: Động thái nhiệt độ đất thí nghiệm điểm nghiên cứu 2 85

Hình 3.9 (a, b, c, d): Động thái phát thải CH4 trong vụ Đông Xuân 90

Hình 3.10 (a, b, c, d): Động thái phát thải CH4 vụ Hè Thu 91

Hình 3.11 (a, b, c, d, e, f, g, h): Tương quan giữa giá trị phát thải CH4 ước lượng/tính toán bằng mô hình và đo đạc tại điểm nghiên cứu 1 95

Hình 3.12 (a, b, c, d, e, f, g, h): Tương quan giữa giá trị phát thải CH4 ước lượng/tính toán bằng mô hình và đo đạc tại điểm nghiên cứu 2 96

Hình 3.13 (a, b, c, d): Động thái phát thải N2O vụ Đông Xuân 105

Hình 3.14 (a, b, c, d): Động thái phát thải N2O vụ Hè Thu 106

Hình 3.15 (a, b, c, d, e, f, g, h): Tương quan giữa giá trị phát thải N2O ước lượng/tính toán bằng mô hình và đo đạc tại điểm nghiên cứu 1 109

Hình 3.16 (a, b, c, d, e, f, g, h) Tương quan giữa giá trị phát thải N2O ước lượng/tính toán bằng mô hình và đo đạc tại điểm nghiên cứu 2 110

Hình 3.17: Ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến phát thải CH4 116

Hình 3.18: Ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến phát thải N2O 119

Hình 3.19: Bản đồ phát thải CH4 từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới TN 131

Hình 3.20: Bản đồ phát thải CH4 từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 1RN 131

Hình 3.21: Bản đồ phát thải CH4 từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 2RN 132

Hình 3.22: Bản đồ phát thải CH4 từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 3RN 132

Hình 3.23: Bản đồ phát thải N2O từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới TN 134

Hình 3.24: Bản đồ phát thải N2O từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 1RN 134

Hình 3.25: Bản đồ phát thải N2O từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 2RN 135

Hình 3.26: Bản đồ phát thải N2O từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 3RN 135

Hình 3.27: Bản đồ tổng phát thải CH4 (theo huyện) từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới TN 137

Hình 3.28: Bản đồ tổng phát thải CH4 (theo huyện) từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 1RN 137

Hình 3.29: Bản đồ tổng phát thải N2O(theo huyện) từ canh tác lúa áp dụng dưới chế độ tưới TN 140

Hình 3.30: Bản đồ tổng phát thải N2O(theo huyện) từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 1RN 140

Hình 3.31: Bản đồ tổng GWP (theo huyện) từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới TN 143

Hình 3.32: Bản đồ tổng GWP (theo huyện) từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 1RN 143

Hình 3.33 (a1, a2, a3, b1, b2, b3): Biểu đồ lộ trình đề xuất áp dụng chế độ tưới tiết kiệm 1RN cho vùng nghiên cứu 147

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của nghiên cứu

Việt Nam hiện là một trong những nước sản xuất và xuất khẩu gạo hàng đầuthế giới [IRRI, 2015] với diện tích canh tác lúa hàng năm đạt trên 7,7 triệu ha [BộNông nghiệp và PTNT, 2017] Lúa là cây lương thực chính của Việt Nam, hàngnăm tạo ra khoảng 44 triệu tấn lúa, tương đương khoảng 70% tổng sản lượng lươngthực [Tổng cục Thống kê, 2017; Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2017] Tuy nhiên, canhtác lúa được xem là nguồn phát thải khí nhà kính (KNK) lớn nhất trong ngành sản

lượng KNK quốc gia [Bộ TNMT, 2014] Bên cạnh nhận thức vai trò quan trọng củasản xuất lúa gạo đối với an ninh lương thực và nền kinh tế quốc dân, các vấn đề vềmôi trường liên quan đến việc phát thải KNK từ canh tác lúa đã và đang đượcChính phủ Việt Nam quan tâm và hiện trở thành một phần quan trọng của Chươngtrình Mục tiêu Quốc gia Ứng phó với Biến đổi khí hậu Trên 85% diện tích đất lúahàng năm ở Việt Nam là đất lúa nướcáp dụng chế độ tưới ngập thường kì, là điều

2020 [Bộ Nông nghiệp & PTNT, 2013]

Hiện nay, phát thải KNK trong sản xuất nói chung và trong nông nghiệp nóiriêng đã trở thành vấn đề toàn cầu Lúa nước hiện là một trong những cây lương

phần đáng kể vào quá trình ấm lên toàn cầu [Bronson và nnk, 1997] Do vậy, việcxác định mức độ phát thải trong mỗi điều kiện canh tác đặc thù, từ đó thay đổi chế

độ canh tác (tưới, bón phân, sử dụng rơm rạ) phù hợp nhằm duy trì năng suất lúađồng thời đảm bảo giảm thiểu mức thải phát thải KNK [Zhang và nnk, 2011] hiệnđang được quan tâm nghiên cứu Nhiều trung tâm, tổ chức khoa học trên thế giớiđang tiến hành các nghiên cứu về vấn đề này trên quy mô và phương thức khácnhau Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI), Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc(UN-FAO), Liên minh toàn cầu nghiên cứu giảm phát thải KNK trong nông nghiệp(GRA) cũng đã thành lập một nhóm chuyên gia (Paddy Rice Research Group) tậptrung nghiên cứu về vấn đề này

Khí CH4 là sản phẩm của quá trình phân huỷ kị khí chất hữu cơ bởi vi khuẩnsinh mê-tan Thông thường, môi trường có ôxy đầy đủ, hầu hết các C trong chất hữu

không có hoặc thiếu ôxy, quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ không được thực hiện

môi trường đất lúa là sản phẩm trung gian và được hình thành từ quá trình nitrat hóa

kiện yếm khí) và đều được tiến hành bởi các nhóm vi khuẩn trong đất Quá trìnhnitrat hóa và phản nitrat hóa xảy ra gần như song song nhau trong đất lúa Tầng đất

nhiều so với lượng phát thải thực tế vào khí quyển do có thể bị giữ lại trong đất vàtiếp tục chuyển thành các khí khác Vì vậy, việc lượng hóa chính xác phát thải khí

canh tác (bón phân, chế độ tưới…), do sự khác nhau về đặc điểm sinh trưởng trongcác giai đoạn khác nhau của cây lúa

Trong khi việc quan trắc, đo đạc phát thải KNK trên đồng ruộng rất tốn kém,thì áp dụng mô hình trong định lượng mức phát thài KNK là giải pháp khả thi đápứng cả yêu cầu về kĩ thuật và kinh tế Mô hình DeNitrification-DeComposition(DNDC), một dạng mô hình sinh địa hóa, là công cụ đang được ứng dụng khá nhiềutrong tính toán phát thải KNK từ các hệ sinh thái nông nghiệp Hầu hết các kết quảcho thấy, mô hình DNDC phù hợp cho nghiên cứu sự phát thải KNK từ các hệ sinhthái nông nghiệp trong đó có lúa nước, mặc dù còn tồn tại sự khác biệt trong một sốtrường hợp nghiên cứu Cho đến nay, việc áp dụng mô hình DNDC để ước lượng

Nam William Salas (2013) đưa ra đề xuất ý tưởng tích hợp mô hình DNDC trong

hệ thống giám sát KNK phát thải từ các vùng canh tác lúa của Việt Nam Viện Môitrường Nông nghiệp cũng áp dụng DNDC trong tính toán, dự báo lượng phát thảiKNK trong một số hoạt động kiểm kê KNK gần đây… Tuy nhiên, do thiếu dữliệu/thông số thực tế để kiểm định và hiệu chỉnh mô hình cho phù hợp với từng đốitượng cây trồng và đặc điểm của vùng cụ thể ở Việt Nam, nên phần lớn các nghiên

cứu trên vẫn phải sử dụng các thông số mặc định hay dữ liệu tham khảo để chạy môhình DNDC

Hiện nay, Việt Nam đã có khá nhiều nghiên cứu về phát thải KNK (đặc biệt

là các nghiên cứu trên đồng ruộng) nhưng tập trung chủ yếu tại đồng bằng sôngHồng và đồng bằng sông Cửu Long, hai vùng canh tác lúa chính chiếm trên 70%tổng diện tích lúa của Việt Nam Các kết quả đã chỉ ra mức độ phát thải và phân bố

(như lưu vực sông VG-TB, một trong những lưu vực sông lớn nhất và vùng lúatrọng điểm ở khu vực Nam Trung Bộ), với các đặc điểm rất khác về điều kiện khíhậu, đất đai, tập quán canh tác… hầu chưa được tiến hành Bên cạnh đó, mặc dù kỹthuật, quy trình đo và quan trắc KNK quy mô điểm trong canh tác lúa gần đây đãđược cải thiện đáng kể, nhưng những dự báo phát thải KNK trong canh tác lúa quy

mô vùng sinh thái hay toàn quốc vẫn còn khá nhiều hạn chế do thiếu phươngpháp/công cụ tính toán đủ tin cậy và toàn diện

Xuất phát từ những vấn đề lý luận trên cùng với yêu cầu cấp bách về việc lựachọn, hoàn thiện phương pháp tính toán đủ tin cậy, nhanh chóng, ít chi phí để phục

vụ cho nghiên cứu động thái phát thải KNK trong đất lúa ở quy mô điểm, tính toánmức phát thải và phân bố không gian phát thải KNK từ canh tác lúa ở quy mô vùng,đồng thời đưa ra được lựa chọn biện pháp canh tác tối ưu để sản xuất lúa ổn định vềnăng suất, bền vững về môi trường (giảm phát thải khí nhà kính), nghiên cứu sinh

trong môi trường đất lúa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, tỉnh Quảng Nam”.

2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu này được thực hiện với các mục tiêu sau:

- Đánh giá hiện trạng, đặc điểm về canh tác lúa tại các vùng trồng lúa chính ởlưu vực sông VG-TB và xây dựng cơ sở dữ liệu đầu vào cho mô hình DNDC

mối quan hệ với biện pháp canh tác (chế độ tưới, sử dụng phân bón), yếu tố mùa vụ,giai đoạn sinh trưởng của lúa và một số tính chất đất cơ bản (pH, Eh, nhiệt độ đất)

- Kiểm định khả năng ước lượng/tính toán phát thải CH4, N2O của mô hìnhDNDC và xác định mức tác động/nhạy cảm của một số biện pháp canh tác, tính chất

vùng nghiên cứu (tập trung vào sự thay đổi chế độ tưới)

(Scaling factor) của các chế độ tưới và đề xuất lộ trình thời gian áp dụng chế độ tướirút nước 1 lần giữa vụ (1RN) cho toàn vùng nghiên cứu để vừa giảm phát thảiKNK, vừa duy trì được năng suất lúa

2.2 Nội dung nghiên cứu

Căn cứ vào mục tiêu nghiên cứu của đề tài, nghiên cứu sinh tiến hành các cácnội dung nghiên cứu sau:

- Rà soát, điều tra và thu thập các tài liệu, số liệu, dữ liệu về phương thứccanh tác tại các vùng lúa chính của tỉnh Quảng Nam, số liệu khí tượng, đất đai… và

- Xây dựng thí nghiệm đồng ruộng để đánh giá ảnh hưởng của biện phápcanh tác (chế độ tưới, sử dụng phân bón), thời vụ, tính chất đất (pH, Eh, nhiệt độ

sông VG-TB

- Tiến hành kiểm định mô hình DNDC thông qua đánh giá tương quan thống

liệu tính toán/ước lượng bởi mô hình Đồng thời, thực hiện kiểm tra độ nhạy(sensitive test) mô hình đối với các nhóm yếu tố đầu vào chính (biện pháp canh tác,tính chất đất, số liệu khí tượng) nhằm xác định những yếu tố có tác động/ảnh

- Sử dụng mô hình DNDC đã kiểm định để tính toán/ước lượng phát thải

toàn cầu (GWP) (tập trung vào các kịch bản thay đổi chế độ tưới) cho toàn lưu vựcsông VG-TB;

- Đề xuất hệ số phát thải CH4, hệ số tỷ lệ của các chế độ tưới trong canh táclúa ở lưu vực sông VG-TB; đồng thời đề xuất lộ trình thời gian áp dụng chế độ tướirút nước 1 lần giữa vụ, hướng tới canh tác lúa phát thải thấp ở vùng nghiên cứu.

3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

3.1 Ý nghĩa khoa học

- Nghiên cứu cung cấp dữ liệu phát thải quan trắc từ thí nghiệm đồng ruộng

có độ tin cậy cao phục vụ cho việc hiệu chỉnh, kiểm định độ chính xác của mô hìnhDNDC (Phần mềm kiểm kê KNK từ canh tác lúa) Từ đó, sử dụng mô hình đã kiểmđịnh để tính toán mức phát thải KNK và tiềm năng giảm phát thải của các biện phápcanh tác cải tiến (trong đó có tưới nước tiết kiệm) cho những vùng có điều kiệntương tự như lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn (VG-TB)

- Nghiên cứu cung cấp thêm các cơ sở khoa học và dữ liệu tham khảo chocác nghiên cứu giảm phát thải KNK trong nông nghiệp ở Việt Nam

- Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu và đề xuất biệnpháp canh tác phù hợp cho sản xuất lúa bền vững, phát thải các-bon thấp (vừa đảmbảo được năng suất, vừa giảm phát thải KNK) tại lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Những kết quả thu được từ nghiên cứu này sẽ là dữ liệu cơ sở có giá trịtrong công tác kiểm kê KNK từ sản xuất nông nghiệp nói chung và sản xuất lúa nóiriêng của toàn vùng và các khu vực có điều kiện tương tự ở Việt Nam

- Các kết quả nghiên cứu còn có thể được sử dụng trong lập kế hoạch quản

lý, sử dụng đất nông nghiệp với trọng tâm là các lồng ghép các chiến lược thích ứng

và giảm nhẹ biến đổi khí hậu (BĐKH) vào trong các dự án, chương trình phát triểnsản xuất nông nghiệp ở khu vực ven biển miền Trung Việt Nam

4 Đóng góp mới của luận án:

- Nghiên cứu đầu tiên ở lưu vực sông VG-TB kết hợp 3 thành phần trongmột nghiên cứu điển hình: (i) dữ liệu thực địa về lượng phát thải KNK theo cáccách quản lý khác nhau (quản lý nước, sử dụng phân bón) ở địa điểm nghiên cứu;(ii) dữ liệu về phương thức canh tác được thu thập từ nông dân địa phương và đặctrưng về khí hậu, đất đai… (iii) các kết quả định lượng về phát thải KNK được tính

toán bằng mô hình DNDC đã được kiểm định và hiệu chỉnh phù hợp các điều kiệnthực tế (tập quán canh tác, đất đai, khí hậu…) của địa phương

- Sử dụng dữ liệu không gian và kỹ thuật GIS để tích hợp kết quả tính toán từ

canh tác lúa nước tại vùng nghiên cứu

- Đề xuất hệ số phát thải mê tan (EFi) và hệ số tỷ lệ đối với các chế độ tưới(SFw) (sử dụng để tính toán kiểm kê KNK theo Tier 2 của IPCC) và đề xuất lộ trình

áp dụng tưới tiết kiệm cho khu vực nghiên cứu, từ góp phần hoàn thiện bộ cơ sở dữliệu quốc gia về phát thải KNK trong nông nghiệp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Khí nhà kính và hiệu ứng ấm lên toàn cầu

Biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu đang trở thành một vấn đề “thời sự” trongkhoa học và chính trị hiện nay Có rất nhiều tranh luận về nguyên nhân gây raBĐKH là do hoạt động của con người hay vận động của tự nhiên Tuy nhiên, quacác quan trắc và nghiên cứu lâu dài trên phạm vi toàn cầu, các kết quả đã chứngminh rằng: sự thay đổi khí hậu đương đại (ví dụ như tăng nhiệt độ) chủ yếu là do sựphát thải các khí nhà kính (KNK) từ các hoạt động của con người, bao gồm: gồm

khí chlorofluorocacbon (CFC)… [IPCC, 2007] Đây là những khí có khả năng hấpthụ các bức xạ sóng dài (hồng ngoại) được phản xạ từ bề mặt trái đất khi được mặttrời chiếu sáng Các KNK trong khí quyển cho phép bức xạ sóng ngắn (< 0,7µm)

từ mặt trời đi qua, nhưng hấp thụ bức xạ song dài (≥ 0,7µm) đi từ bề mặt trái đất

Nhiệt độ trung bình toàn cầu được xác định bởi sự cân bằng giữa năng lượng

từ mặt trời và năng lượng nhiệt từ mặt đất Hiện tượng các tia bức xạ sóng ngắn củamặt trời xuyên qua bầu khí quyển đến mặt đất, được phản xạ trở lại thành các bức

xạ nhiệt sóng dài, tiếp đó được các KNK trong bầu khí quyển hấp thụ và phân tánnhiệt trở lại trái đất và làm nóng bầu khí quyển, được gọi là “hiệu ứng nhà kính tựnhiên” [IPCC, 2007] Hiệu ứng nhà kính là nguyên nhân chính làm tăng nhiệt độ bềmặt trái đất và thay đổi hình thái khí hậu [IPCC, 2007] Các nghiên cứu đã chứng

con người có liên quan đến sự thay đổi khí hậu toàn cầu Môi trường đất được coi làmột nguồn lưu giữ KNK trong hầu hết các hệ sinh thái trên cạn Theo tính toán của

khí quyển [IPCC, 1996]

Tác động của hiệu ứng nhà kính đã làm tăng nhiệt độ toàn cầu trung bìnhtrong khoảng 0,3-0,6°C trong thế kỷ trước và dự đoán sẽ tăng từ 1,1°C đến 6,4°Cvào năm 2100 trong đó nhiệt độ ở vùng có vĩ độ trung và cao tăng lên càng nhiều

thì sau 100 năm nữa hoặc trong thời gian ngắn hơn, mức độ hiệu ứng nhà kínhgiống như kỷ Jura sẽ tái xuất hiện Lúc đó băng ở hai cực của trái đất sẽ tan ra, đấtliền sẽ bị thu hẹp, nhiệt độ tăng cao và một lượng lớn sinh vật sẽ bị huỷ diệt VùngBắc cực nóng lên nhanh gấp 2 lần mức nóng trung bình trên toàn cầu Diện tích củaBiển Bắc cực được bao phủ bởi băng trong mỗi mùa hè đang thu nhỏ lại Tính từnăm 1980, vùng Bắc Âu đã mất khoảng 20-30% lượng băng trên biển Trong vòng

100 năm qua, mực nước biển trên phạm vi toàn cầu đã tăng từ 1-2 mm mỗi năm.Nếu tính từ năm 1993, mực nước biển tăng khoảng 3,1 mm/năm Mực nước biểntăng, cư dân sống ở các đảo thấp và các thành phố ven biển đối mặt với tình trạngngập lụt [Church và White, 2011]

Nồng độ KNK tương đối ổn định trong khoảng một nghìn năm trước cuộc

[Nguồn: IPCC, 2007]Các KNK khác nhau về khả năng hấp thụ nhiệt trong khí quyển Tác độngcủa phát thải KNK lên khí quyển không chỉ liên quan đến tính chất bức xạ, mà cònliên quan đến thời gian chất khí tồn tại trong khí quyển, yếu tố chính trong việc xác

quyển khoảng 120 năm và tiếp tục đóng góp vào quá trình bức xạ nhiệt (với tácđộng giảm dần) trong nhiều thập kỷ; một số khí CFCs có thời gian tồn tại rất dài và

có thể góp phần làm nóng trái đất trong nhiều thế kỷ [IPCC, 2001]

Tiềm năng gây ấm toàn cầu (Global Warming Potential – GWP) của mộtchất KNK nào đó được định nghĩa là tỉ số đo khả năng bẫy nhiệt của một đơn vị

khối lượng của chất khí đó với một đơn vị khối lượng khí CO2 trong cùng một thờigian (năm) so sánh (ngắn có thể là 20 năm, thông thường là 100 năm hoặc dài hơnđến 500 năm) Nói cách khác, GWP là một chỉ số được sử dụng để ước lượng cáctác động tiềm tàng trong tương lai của các loại KNK khác nhau đối với khí hậu toàncầu theo nghĩa tương đối (IPCC, 2001) Ví dụ: Tính trên một đơn vị khối lượng cơ

sở của chất khí và trong một khoảng thời gian 100 năm, GWP (hay khả năng giữ

Bảng 1.2: Giá trị tiềm năng gây ấm lên toàn cầu (GWP) của các KNK chính

[Nguồn: Báo cáo thường niên lần 4, IPCC, 2007]

hoạt động nông nghiệp [IPCC, 2007]

vật và động vật ở đất ngập nước và ruộng lúa, sự lên men đường ruột trong dạ dàycủa các loài đại gia súc móng guốc [Maunder, 1992] Các hoạt động sinh nhiều khí

địa quyển ra khí quyển qua các hoạt động khai khoáng hoặc chế biến khoáng sản

đáng kể do môi trường kị khí trong đất ngập nước là điều kiện lý tưởng cho quá

Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA, 2016), hoạt động của con người đóng

[Soyez và Graßl, 2008], trong đó khoảng 60% liên quan đến hoạt động của con

được xem là khí gây hiệu ứng nhà kính quan trọng thứ hai Từ năm 1750 đến năm

quan sát của Dlugokencky và nnk (2003), từ năm 1985 đến năm 2000 nồng độ khí

tăng này dường như diễn ra chậm lại Theo báo cáo của NOAA (2008), nồng độ

học trong nông nghiệp, do đốt các nhiên liệu hóa thạch, phân giải các hợp chất hữu

cơ, sản xuất các chất nylon, đốt sinh khối, phá rừng [Li và nnk, 2000]… Theo kếtquả công bố bản Báo cáo Đánh giá thứ hai của IPCC [1996] về Tiềm năng gây nóng

trong khí quyển vào khoảng hơn 100 năm nên có ảnh hưởng lâu dài đối với nhiệt độ

khí quyển khoảng 17,7 Gg N [Mosier và nnk, 1998]

1.2 Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam

1.2.1 Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới

Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng đối với của hầu hết các quốc gia trênthế giới, đặc biệt là các nước đang phát triển Hơn 60% dân số thế giới sống ở nôngthôn và các sản phẩm nông nghiệp giúp duy trì an ninh lương thực Tuy nhiên, cáchoạt động nông nghiệp cũng ảnh hưởng đến môi trường toàn cầu thông qua các tácđộng đến khí quyển, môi trường đất, nước và các hệ sinh thái tự nhiên Liên quanđến sự ấm lên toàn cầu, nhiều nghiên cứu gần đây đã khẳng định rằng nông nghiệpchính là một trong những nguồn phát thải KNK chính và là bể chứa các-bon

Theo IPCC, 3 loại KNK được quan tâm nhất trong nông nghiệp là CO2

21,8% phát thải từ đất; 17,2% phát thải từ chăn nuôi; 3,5% từ đốt phụ phẩm nôngnghiệp, đốt đồng cỏ… Trong trồng trọt, lượng phát thải KNK trung bình từ canh tác

bởi Nguyễn Văn Bộ và nnk, 2016] Theo tính toán của US-EPA (2016), đến năm

1990, chủ yếu ở các quốc gia đang phát triển (Hình 1.1)

Hình 1.1: Tỷ lệ % tăng/giảm phát thải CH 4 và N 2 O từ hoạt động nông nghiệp

(năm 2020 so với 1990)

[Nguồn: US-EPA, 2016]

90% N2O trong khí quyển có nguồn gốc từ hoạt động sản xuất nông nghiệp[Bouwman, 1998] Theo thống kê của IPCC, nông nghiệp đóng góp 84% tổng

[IPCC, 2007] Theo ước tính của Tổ chức nông lương của Liên Hiệp Quốc (FAO) ,

hết khí CH4 trong khí quyển là từ các động vật nhai lại, cháy rừng, canh tác lúa nước

nghiệp truyền thống và sử dụng phân bón trong nông nghiệp [IFA và FAO, 2001]

tăng lên trong tương lai khi phân bón nitơ sử dụng ngày càng nhiều nhằm tăng năngsuất cây trồng, đáp ứng nhu cầu nuôi sống con người Theo số liệu của Viện nghiêncứu lúa quốc tế (IRRI), hàng năm riêng sản xuất lúa sử dụng gần 20% tổng lượngphân bón nitơ toàn cầu, từ đó phát thải lượng N2O đáng kể vào khí quyển[Wassmann và Dobermann, 2006] Smith và nnk (2007) ước tính nông nghiệp thải

đóng góp 67% lượng khí thải do con người tạo ra Căn cứ vào dự báo nhu cầu tiêuthụ phân khoáng nitơ và diện tích đất canh tác, Hiệp hội phân bón quốc tế (IFA) và

xuất nông nghiệp có thể tăng tới 90% trong giai đoạn từ 1996-2026 [IFA và FAO,2001]

là phát thải có nguồn gốc từ phân bón N vô cơ và phân hữu cơ, được dự báo là sẽ

phần: từ quá trình tổng hợp N từ khí quyển, chất thải/phân của vật nuôi và con

(Zaman và nnk, 2012.)

phần là do việc sử dụng phân bón vô cơ ngày càng tăng lên [Steven, 1998] Theobáo cáo mới nhất của Tổ chức khí tượng thế giới (WMO), hoạt động của con người(chăn nuôi, canh tác lúa, sử dụng nhiên liệu hóa thạch, đốt phế phụ phẩm nông

phát thải từ hoạt động trồng lúa, phân hủy chất thải động vật và đốt sinh khối đóng

góp 8-10% tổng lượng CO2tđ và N2O từ trồng trọt (đốt nhiên liệu hóa thạch, nhiên

liên quan đến phá rừng, làm đất canh tác và các mục đích khác [WMO, 2016]

Hình 1.2: Mức thải N 2 O từ hoạt động sản xuất nông nghiệp (1000-2000)

[Nguồn: WMO, 2016]

Giám sát sự phát thải KNK từ hoạt động của nông nghiệp là một trong những chiến lược quan trọng giúp các nhà hoạch định chính sách kiểm soát và đáp ứng các nghĩa

vụ quốc tế trong cắt giảm phát thải KNK trên quy mô toàn cầu

1.2.2 Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp tại Việt Nam

Trong giai đoạn từ năm 1994 đến 2013, tổng lượng phát thải KNK ở ViệtNam (bao gồm cả lĩnh vực sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp -

thải trong lĩnh vực năng lượng tăng nhanh nhất (gấp gần sáu lần từ 25,6 triệu tấn

phát thải/hấp thụ KNK qua các kỳ kiểm kê được thể hiện tại Hình 1.3 [Bộ TàiNguyên Môi trường, 2017]

Hình 1.3: Xu thế phát thải/hấp thụ KNK trong các kỳ kiểm kê

[Nguồn: Bộ Tài Nguyên Môi trường, 2017]

Theo kết quả kiểm kê KNK năm 1994, lượng KNK phát thải trong lĩnh vực

chiếm 18,70% tổng lượng KNK phát thải của cả nước Đến năm 2005, lượng KNK

lượng KNK phát thải của cả nước (trong đó, phát thải từ trồng lúa chiếm 44,49%; từđất nông nghiệp 32,22%; từ lên men tiêu hóa của động vật nhai lại là 11,54%, cònlại là từ quản lý phân bón, đốt phụ phẩm nông nghiệp và đốt đồng cỏ); trong lĩnh

sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp - LULUCF) hoặc 266 triệu tấn

chiếm 36,7% tổng lượng phát thải KNK quốc gia, là nguồn phát thải KNK lớn thứ 2

thải quốc gia; Lĩnh vực LULUCF đã chuyển từ phát thải sang hấp thụ KNK vào

hiện tốt các hoạt động trồng và bảo vệ rừng [Bộ Tài nguyên Môi trường, 2017]

cháy phế phụ phẩm nông nghiệp có thể sẽ gia tăng lượng KNK phát thải nhưng tỷ lệđóng góp vào tổng phát thải quốc gia không lớn, dao động từ 2,1-2,4% (Bảng 1.3).

Bảng 1.4: Phát thải KNK năm 2013 trong lĩnh vực nông nghiệp

[Nguồn: Bộ Tài nguyên Môi trường, 2017]

10,72% tổng lượng KNK phát thải từ quá trình lên men của động vật nhai lại trongchăn nuôi:, 9,69% từ phân chuồng, 26,95% từ đất nông nghiệp và 2,15% từ phế phụphẩm nông nghiệp Tổng lượng phát thải KNK từ lĩnh vực nông nghiệp trong năm

thải N2O từ đất canh tác nông nghiệp khác với 24,04 triệu tấn CO2tđ [Bộ Tài nguyênMôi trường, 2017].

1.3 Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa trên thế giới và ở Việt Nam

1.3.1 Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa trên thế giới

Lúa là cây lương thực chính của gần 50% dân số thế giới [Fageria và nnk,2011] Gần 90% sản lượng lúa gạo của thế giới được sản xuất và tiêu thụ ở Châu Á[FAO, 1998] Sản xuất lúa gạo được dự báo sẽ tăng trong những thập kỷ tới để đảmbảo an ninh lương thực trước áp lực gia tăng dân số thế giới Tuy nhiên, nhiệt độtoàn cầu tăng, chế độ mưa thay đổi và diễn biến thời tiết biến đổi khó lường có thể

sẽ ảnh hưởng đến năng suất và sản lượng lúa toàn cầu [Wassmann và nnk, 2010]

Các các hệ thống canh tác có lúa được coi là một nguồn phát thải KNK quantrọng [Neue và nnk, 1994, IPCC, 1996, Neue & Sass, 1998; Wassmann và nnk,

chung và trồng trọt nói riêng [IPCC, 2007] Hệ canh tác lúa nước cung cấp gần90% sản lượng gạo toàn cầu [Fageria và nnk, 2011] nhưng đóng góp 80% tổng

và đóng góp 18% hiệu ứng nóng lên toàn cầu [Denman và nnk, 2007] Theo báo cáo

Châu Âu Sau đó những nghiên cứu chi tiết được tiến hành tại Ý, Ấn Độ, Nhật Bản,Trung Quốc, và các quốc gia Đông Nam Á

Đầu những năm 1960, tác giả Koyama tiến hành nghiên cứu sự hình thành và

cùng thời điểm Dựa trên số liệu quan trắc từ các cánh đồng trồng lúa tại California

tác lúa trên thế giới khoảng 59 triệu tấn/năm Năm 1984,từ số liệu trong thí nghiệm

động 35 - 59 triệu tấn/năm Dựa trên các số liệu thí nghiệm tại Italia, Schutz (1989)

triệu tấn/năm Theo số liệu của IPCC, tổng lượng CH4 phát thải từ hoạt động canh

đất trồng lúa này chỉ chiếm 0,3% diện tích bề mặt trái đất [IPCC, 1996]

trong 2 thập kỷ gần đây, nhưng đến nay vẫn chưa có số liệu chính thức về lượng

biến động trong môi trường kị khí của đất lúa ngập nước và dễ dàng bị khử thành

đất lúa chịu ảnh hưởng của khá nhiều các yếu tố tự nhiên và nhân tạo [Majumdar,

1997, IPCC đã sử dụng hệ số phát thải (EF) mặc định tương đương 1,25% lượng Nđầu vào từ phân bón và mức phát thải nền đối với phát thải trực tiếp từ đất nôngnghiệp là 1 kg N/ha/năm [IPCC,1997] Cách tính toán này áp dụng chung cho mọiloại hình canh tác, không phân biệt đất trồng lúa nước hay đất trồng cạn Tuy nhiên,theo báo cáo của Bouwman và nnk (2002) dựa vào số liệu công bố trước năm 1999,

chỉ ở mức 0,25% tổng lượng N bón vào đất (thấp hơn so với mức phát thải canh tác

Đến năm 2006, IPCC điều chỉnh hệ số phát thải EF xuống còn 1% tổng lượng Nđầu vào (bao gồm từ phân khoáng, phân/chất hữu cơ được xử lý, tàn dư thực vật và

N được khoáng hóa từ đất) [IPCC, 2006] Dựa vào đó, theo tính toán mới nhất củaIPCC, đất canh tác nông nghiệp trên toàn thế giới phát thải khoảng 2,8 TgN khí

khoảng 16% lượng khí N2O toàn cầu, tuy nhiên phát thải N2O từ đất lúa nước vẫnchưa được tách riêng khỏi đất trồng cạn [Denman và nnk., 2007] Trên thực tế,

cây trồng cạn do những đặc thù phức tạp của hệ sinh thái đất lúa nước

canh tác lúa trên thế giới do có nhiều yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến lượng phátthải [Neue và nnk, 1997], nhưng phải khẳng định rằng canh tác lúa bền vững phải

thâm canh cao Do đó, nếu các chiến lược giảm nhẹ phù hợp không được xây dựng

và áp dụng triệt để thì việc tăng cường sản xuất lúa gạo cũng sẽ dẫn đến việc tăng

Hiện nay việc thực hiện kiểm kê KNK của các quốc gia thường theo cáchướng dẫn của IPCC [IPCC 2000, 2006] Tuỳ từng mức độ sẵn có của số liệu đầuvào mà mỗi quốc gia có thể lựa chọn phương pháp/bậc tính toán (Tier) khác nhau.Hướng dẫn kiểm kê KNK của IPCC (2006) giới thiệu 3 Tiers, với mức độ phức tạp

và yêu cầu về dữ liệu và độ chính xác gia tăng Các Tier này cho kết quả kiểm kêKNK với sai số trong kiểm kê từ mức độ tối đa tới mức độ tối thiểu

Phương pháp bậc 1 (Tier 1): Là hướng dẫn đơn giản và cơ bản nhất và yêucầu ít dữ liệu nhất Dữ liệu tính toán và các hệ số phát thải được lấy từ nguồn dữliệu công bố toàn cầu Sử dụng Tier 1 để tính toán kiểm kê phát thải KNK thì kếtquả có độ sai số khá cao

Phương pháp bậc 2 (Tier 2): Tier 2 sử dụng phương pháp tiếp cận giống nhưTier 1 nhưng áp dụng hệ số thay đổi phát thải dựa trên dữ liệu của từng quốc gia cụthể với độ phân giải và chi tiết cao hơn, kết quả có độ chính xác hơn Tier 1

Phương pháp bậc 3 (Tier 3): là phương pháp tính toán bậc cao nhất, bao gồm

dữ liệu từ hệ thống quan trắc phát thải đồng bộ trên thực địa và/hay có thể áp dụngcác mô hình để tính toán cho từng trường hợp cụ thể, với dữ liệu có độ phân giảicao được chi tiết hoá ở cấp vùng sinh thái, tỉnh hoặc huyện Phương pháp bậc này sẽcho kết quả ước tính với độ chắc chắn cao hơn Tier 1 và Tier 2

1.3.2 Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa tại Việt Nam

Việt Nam hiên có hơn 7 triệu ha đất nông nghiệp trong 4,2 triệu ha là đất lúa.Sản xuất lúa gạo đóng một vai trò quan trọng trong đảm bảo an ninh lương thực, ansinh xã hội và duy trì sự ổn định nền kinh tế (tạo việc làm ở nông thôn, thu ngoạitệ…) của Việt Nam Diện tích lúa gieo trồng hàng năm đã tăng từ 6,8 triệu ha năm

1995 lên gần 7,8 triệu ha vào năm 2016, chiếm gần 60% tổng diện tích gieo trồnghàng năm (Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2017) và hiện giữ ổn định ở mức này Năm

2016, Việt Nam sản xuất được khoảng 43,6 triệu tấn lúa, tương đương 28,3 triệu tấngạo, xuất khẩu được trên 6 triệu tấn gạo [Tổng cục Thống kê, 2017]

Trong điều kiện Việt Nam, việc kiểm kê phát thải KNK chủ yếu được tínhtheo Tier 1 hoặc Tier 2 với các hệ số phát thải mặc định áp dụng chung cho toànquốc, không thể hiện được sự khác nhau về địa hình, thời tiết, thổ nhưỡng, câytrồng, mức độ thâm canh… Việt Nam hiện chưa thể đầu tư các hệ thống quan trắcphát thải rộng khắp, lặp lại định kỳ ngoài hiện trường Do vậy, phương pháp môhình hóa đang được xem xét áp dụng để nhằm mô phỏng động thái và tính toán mứcphát thải KNK ở mức cơ sở và mức dự báo

Bảng 1.5: Diện tích canh tác lúa của Việt Nam năm 2013 (1000 ha)

và lúa nương chỉ chiếm 10% Diện tích lúa áp dụng chế độ tưới ngập thường xuyênchiếm gần 96% tổng diện tích canh tác lúa nước toàn quốc Diện tích lúa áp dụngngập nước gián đoạn (rút nước một lần hoặc nhiều lần) chỉ chiếm chưa đầy 5% tổngdiện tích lúa nước gieo trồng năm 2013 Phần lớn diện tích lúa nước áp dụng chế độ

tưới rút nước giữa vụ thuộc các vùng đang áp dụng kĩ thuật canh tác cải tiến (SRI),

3 giảm-3 tăng, 1 phải-5 giảm… [Bộ Tài nguyên Môi trường, 2017]

Bảng 1.6: Diện tích lúa ngập nước thường xuyên và ngập gián đoạn năm 2013

tổng lượng KNK phát thải của ngành nông nghiệp và chiếm 17,2% tổng lượng phátthải KNK của Việt Nam (Bảng 1.7; Hình 1.4) Sản xuất lúa dự kiến sẽ vẫn là nguồn

24,5 nghìn tấn từ lúa tưới ngập nước gián đoạn – rút nước nhiều lần là 2,1 nghìntấn, phát thải từ lúa tưới nhờ nước trời là 112,5 nghìn tấn [Bộ Tài nguyên Môitrường, 2017]

Hình 1.4: Cơ cấu phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp năm 2013

[Nguồn: Bộ Tài nguyên Môi trường, 2017]

Trong những năm gần đây, Việt Nam đã tiến hành nhiều nghiên cứu về phátthải KNK từ canh tác nông nghiệp (trong đó tập trung nhiều vào canh tác lúa) tạicác vùng sinh thái nông nghiệp khác nhau với các phương thức canh tác khác nhau.Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu được thực hiện là thí nghiệm trên quy mô nhỏ,

\Bảng 1.7: Phát thải KNK từ canh tác lúa tại Việt Nam năm 2013

Chế độ quản lý nước

Phát thải (1000 tấn CH4)

Phát thải (1000tấn N2O)

Quy đổi (1000 tấn

CO2tđ)

(ktt: không tính toán) [Nguồn: Bộ Tài nguyên Môi trường, 2017]

Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Hữu Thành và nnk (2011) về phát thải khímê-tan trên đất lúa (thời kỳ lúa đẻ nhánh rộ) tại các tỉnh vùng đồng bằng sông Hồng

cho thấy: Trong vụ mùa, cường độ phát thải khí CH4 đạt cao nhất ở 5 tuần sau cấy

cuối vụ Trong vụ xuân, cường độ phát thải cao nhất vào 9 tuần sau cấy, đạt

vụ mùa Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy tốc độ phát thải mê-tan tương quan

Theo Nguyễn Văn Tỉnh và Nguyễn Việt Anh (2006), biện pháp rút nước

động tưới tiêu nước trên ruộng theo yêu cầu sinh trưởng của cây lúa, áp dụng hìnhthức tưới ngập, kết hợp rút cạn nước phơi ruộng ở một số giai đoạn phát triển củalúa, vừa thúc đẩy cây lúa phát triển đạt năng suất cao, đồng thời cản trở và kìm hãm

so với tưới ngập nước thường xuyên, nhưng giảm rõ nhất ở giai đoạn lúa hồi xanhđến làm đòng

Từ kết quả nghiên cứu chế độ nước mặt ruộng hợp lý để giảm thiểu phát thải

trong đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Hồng Tác giả cũng chỉ ra rằng

mùa là 11,25%, vụ xuân là 8,97% so với công thức tưới ngập thường xuyên Kết

xanh đến đứng cái - làm đòng

Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ tưới cho lúa đến sự phát

15-20% so với tưới ngập thường xuyên Các kết quả cho thấy mối tương quan

thuận với nhiệt độ

Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của phân bón đến sự phát thải khí CH4 trênđất lúa nước (đất thịt pha cát) ở Thái Nguyên của Vũ Vân Anh (2015) cho thấy:

đòng (khoảng 45-70 ngày sau khi cấy) và thấp nhất vào giai đoạn hạt vào chắc vàchín Bón phân đầy đủ cho lúa giúp tối ưu hóa năng suất nhưng cũng làm tăng đáng

Trong suốt quá trình sinh trưởng của lúa, Eh của đất giảm dần từ đầu vụ và đạt thấpnhất (-224 mV đến -163 mV) ở thời kỳ lúa đẻ nhánh rộ, tương ứng với thời điểm

với hàm lượng Mn dễ tiêu và nhiệt độ môi trường

Theo nghiên cứu của Vũ Thắng và nnk, đất phù sa trồng lúa ở đồng bằng

lúa miền Bắc Bón phân cho lúa để tối ưu năng suất làm tăng lượng phát thải

việc đầu tư thâm canh trong thực tế sản xuất hiện nay có thể triệt tiêu sự khác nhau

45-60 ngày sau khi cấy, giai đoạn lúa đẻ nhánh tối đa đến kết thúc phân hóa đòng

Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu và số liệu tính toán chính

tấn phân bón các loại được sử dụng hàng năm (trên 20% sử dụng cho trồng lúa),trong đó có 2,2 triệu tấn phân urea (chưa kể lượng lớn phân đạm chứa trong phânDAP và tổng hợp NPK các loại), hiệu suất sử dụng phân bón chỉ từ 45-50% thì một

Không kể thất thoát xói mòn, rửa trôi thì riêng lượng phân N bị mất do bốc hơi cũngchiếm đến 15-20% số lượng phân N còn lại, tương đương với hơn 500.000 tấn phânurê/năm Đây là số lượng thất thoát khá lớn, trong đó phần đóng góp vào phát thảiKNK là rất đáng kể [Nguyễn Văn Bộ và nnk, 2016]

Hiện nay việc áp dụng biện pháp canh tác lúa tiên tiến để sử dụng nước, phânbón hiệu quả, tiết kiệm và giảm phát thải KNK đang là giải pháp mang tính chiếnlược trước mắt và lâu dài Kỹ thuật tưới nước ướt khô xen kẽ (hay còn gọi là ngậpkhô xen kẽ, nông lộ phơi - AWD) là kỹ thuật quản lý nước tiết kiệm trong trồng lúa.

Kỹ thuật này sử dụng chu trình rút nước và tưới nước xen kẽ nhau, giữ mực nướctrong ruộng ở mức độ tốt nhất cho sự sinh trưởng của cây lúa trong suốt một vụ Kỹthuật này đang được Cục Bảo vệ thực vật, Viện Nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) vàcác chuyên gia trồng trọt khuyến cáo nhiều nhất bởi vì giúp tiết kiệm 30-35% lượngnước sử dụng, giảm phát thải KNK từ 46-69% và tăng năng suất bình quân 9–15%[Mai Văn Trịnh và nnk, 2015] Tuy nhiên đến nay Việt Nam mới chỉ áp dụng biệnpháp tưới ướt khô xen kẽ (đầy đủ) trên 3,22% tổng diện tích gieo trồng lúa toànquốc (7.753.200 ha) với quy mô nhỏ lẻ, chủ yếu ở các tỉnh miền Bắc và miền Trung[Mai Văn Trịnh và nnk, 2015]

Theo kết quả của Huỳnh Quang Tín và nnk (2015) về áp dụng tưới ướt khôxen kẽ cho lúa tại Tiền Giang, nếu áp dụng triệt để đúng quy trình tưới “ngập khôxen kẽ” kết hợp chăm sóc lúa đúng quy trình 1 Phải-5 Giảm (1P-5G), sẽ giúp giảm

Số liệu từ mô hình 100 ha của Huỳnh Quang Tín và nnk (2012) tại An Giang chothấy áp dụng tưới ướt khô xen kẽ và bón phân đạm theo bảng so màu lá (LCC) giúptăng năng suất lúa 0,6 giảm hơn 19-31% so với mô hình đối chứng (tưới ngập vàbón phân theo nông dân)

Kết quả nghiên cứu của Trần Đăng Hòa vào nnk (2015) tại huyện DuyXuyên, tỉnh Quảng Nam cho thấy: tưới ướt khô xen kẽ và tưới vừa đủ ẩm khôngảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển và năng suất lúa, nhưng giảm phát thải KNK

khô xen kẽ giảm 19 - 34%; chế độ tưới nước vừa đủ ẩm giảm 15- 19% so với tướingập thường xuyên Tưới nước vừa đủ ẩm tiết kiệm 31 - 35%, tưới ướt khô xen kẽtiết kiệm được 26-32% lượng nước tưới so với tưới ngập thường xuyên Tuy nhiên,

ngập thường xuyên từ 25-45%

Nghiên cứu của Tô Lan Phương và nnk (2012) thực hiện tại đồng bằng sôngCửu Long cho thấy: kết hợp bón phân hữu cơ vi sinh BioGro và áp dụng tưới ướtkhô xen kẽ giúp giảm 50% lượng phân N, giảm được 3 lần bơm tưới, tiết kiệm 22%

lượng nước tưới ở vụ hè thu, đồng thời làm tăng năng suất 170 kg/ha Áp dụng tưới

đến phát thải trên ruộng lúa tại Nam Định của Viện Khoa học Nông nghiệp ViệtNam cho thấy: có thể tiết kiệm được ít nhất 30% phân đạm với hầu hết các loại câytrồng dựa vào cơ chế giảm quá trình thủy phân urea, qua đó cũng có thể giảm được

đồng ruộng [Nguyễn Văn Bộ và nnk, 2016]

1.4 Cơ chế hình thành và phát thải khí CH 4 và N 2 O trong môi trường đất lúa ngập nước.

1.4.1 Cơ chế hình thành và giải phóng khí CH 4

kiện kị khí Thông thường, môi trường có ôxy đầy đủ, hầu hết các C trong chất hữu

không có ôxy, quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ không được thực hiện triệt để và C

phân huỷ kị khí chất hữu cơ bởi cổ khuẩn sinh mê-tan (methanogens - nhóm vi

khuẩn kị khí bắt buộc) [Neue, 1993] trong điều kiện thế ôxy hóa khử thấp 150mV, Eh) xảy ra sau khi đất bị ngập trong vài ngày Mê-tan còn được sản sinh rabởi nhóm các chủng vi sinh vật phức tạp bao gồm các vi sinh vật thủy phân, lên

(<-men (Homoacetogenic) làm phân huỷ chất hữu cơ dưới điều kiện kị khí [Fey và

lượng phát thải thực tế vào khí quyển do bị giữ lại trong đất [Neue, 1993], và có thể

đối lập, tức là khử để tạo ra CH4 và ôxy hóa CH4 thành CO2[Wassmann và Aulakh,

Sebacher và nnk (1986) khi đất bị ngập nước trên 10 cm ít có tác động làm tăng quá

tương quan thuận với độ sâu tầng đất ngập

Bảng 1.8: Các phản ứng khử trong các khoảng giá trị Eh

- Pschoru và nnk, 1986]

Hình 1.5: Cơ chế hình thành và phát tán CH 4 trong đất lúa nước

[Nguồn: Yagi và nnk., 1997; Le Mer và nnk, 2001]

1-2% tổng lượng phát thải từ đất lúa [Butterbach-Bahl và nnk, 1997]

nước tiếp giáp với bề mặt đất, sau đó thoát dần vào khí quyển Hiện tượng khuếchtán CH4 đóng góp khoảng 8-9% tổng lượng khí CH4 [Sebacher và nnk, 1983;Butterbach-Bahl và nnk, 1997]

• Vận chuyển thông qua hệ mô khí (lỗ khí) của thân cây (Aerenchymasystem), từ đó phát tán qua lóng và phiến lá lúa (De Bont và nnk, 1978; Seiler,

tổng lượng phát thải CH4 của đất lúa ngập nước [Cicerone và Shetter, 1981;Holzapfel-Pschorn và Seiler, 1986; Schütz và nnk, 1989] Ở giai đoạn đầu của quá

trình sinh trưởng (khi mà thân và lóng cây lúa còn nhỏ), khoảng 50% lượng CH4

phát tán vào không khí là qua phiến lá lúa [Wang và nnk., 1997]

Hệ thống mô khí của thân cây lúa không chỉ vận chuyển khí mê-tan từ đấtvào khí quyển mà còn vận chuyển ôxy từ bầu khí quyển đến vùng rễ lúa, hỗ trợ hô

hình thành các bong bóng khí chỉ có ý nghĩa ở đất không trồng lúa [De Bont vànnk., 1978; Conrad và Rothfuss, 1991; Gerard và Chanton, 1993]

Theo nghiên cứu của Schütz và nnk (1989) và Sass và nnk (1992), 50% khímê-tan được tạo ra trong giai đoạn đầu của cây lúa (giai đoạn sinh dưỡng), nhưng

đoạn 2 tuần tuổi Tuy nhiên, nếu ruộng được bón lót phân hữu cơ với hàm lượng

cây lúa [Wassmann và nnk, 2000]

1.4.2 Cơ chế hình thành và giải phóng khí N 2 O

các ống rỗng của đất khi cạn nước; lan toả từ khoảng trống của đất vào tầng nước

lúa thường xuyên ngập nước [Yu và nnk, 1997] Tuy nhiên, người ta có thể phát

ruộng (5 - 7 ngày) rồi lại tưới nước trở lại ruộng lúa [Wassmann và nnk, 2000]

môi trường đất lúa là sản phẩm trung gian và được hình thành từ quá trình nitrat hóa(trong điều kiện hiếu khí (ôxy hóa)) và quá trình phản nitrat hóa (trong điều kiện

thành trong điều kiện hạn chế ôxy bằng cách chuyển hóa nitrit hoặc hydroxylamine

Trong quá trình phản nitrat, tỷ lệ N2O hình thành liên quan đến lượng N2 tăng khi

Eh đất từ 200 đến 500 mV [Yu và nnk, 2007]

Hình 1.6: Các quá trình chuyến hóa nitơ trong đất

[Nguồn: Wrage và nnk, 2001]

a) Quá trình nitrat hóa:

đổi amoni thành nitrat được tiến hành đầu tiên bởi các vi khuẩn sống trong đất vàcác loại vi khuẩn nitrat hóa khác Trong giai đoạn nitrat hóa đầu tiên này, sự ôxy

(Nitrosocous, Nitrospira, Nitrosolobus), quá trình này chuyển đổi amoni thành nitrit

(NO2-) Tiếp theo, các loại vi khuẩn Nitrobacter ôxy hóa nitrit thành nitrat

nhiều nitrit trong đất sẽ gây ngộ độc cho thực vật Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớnđến hoạt động của các vi sinh vật chuyển hoá nitơ, trong đó Nitrobacter nhạy cảm

với nhiệt độ hơn so với Nitrosomonas Trong điều kiện khí hậu lạnh, đất sẽ tích lũy

b) Quá trình phản nitrat sinh học (khử nitrat):

nitơ ôxít) nhờ vi khuẩn phản nitrat hoá hay vi khuẩn kị khí không bắt buộc (có thể

sống trong các môi trường hiếu khí) điển hình như: Pseudomonas denitrficans,

Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Micrococcus denitrificans, Bacillus licheniformis, Achromobacter severinii.Các vi khuẩn này sử dụng nitrat

hóa xảy ra trong điều kiện thiếu hụt oxy, đăc biệt ở các đất ngập nước Ước tính cókhoảng 10 – 30% lượng N bón bị mất dưới dạng khí do quá trình này gây nên Cóthể mô tả quá trình phản nitrat hóa như sau:

cơ Các vi khuẩn cố định nitơ ở nốt sần cây họ đậu có khả năng thực hiện 2 chức

Hình 1.7: Vòng tuần hoàn nitơ trong đất lúa nước

[Nguồn: Yu và nnk, 1997]

Theo Fillery và nnk (1984), sự hiện diện của lớp nước mặt trong ruộng lúa

đã tạo ra sự khác nhau lớn giữa các dạng N trong hệ thống canh tác lúa nước so với

hệ thống cây trồng cạn Sự hiện diện của lớp nước mặt này đã ngăn cản sự dichuyển của ôxy xuống các tầng đất sâu hơn Ở thời điểm ngập nước, lớp nước mặt

đã tạo điều kiện cho hoạt động của các VSV nằm ở giao diện giữa lớp nước và lớpđất mặt Các hoạt động của các VSV hiếu khí và quá trình sinh hóa trong đất đã sử