(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ tưới cho lúa đến sự phát thải khí metan ở đất trồng lúa huyện bố trạch, tỉnh quảng bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Thúy Hằng NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TƢỚI CHO LÚA ĐẾN SỰ PHÁT THẢI KHÍ METAN Ở ĐẤT TRỒNG LÚA HUYỆN BỐ TRẠCH, TỈNH QUẢNG BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Thúy Hằng NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TƢỚI CHO LÚA ĐẾN SỰ PHÁT THẢI KHÍ METAN Ở ĐẤT TRỒNG LÚA HUYỆN BỐ TRẠCH, TỈNH QUẢNG BÌNH Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Việt Anh PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải Hà Nội - 2014 Lời cám ơn Để hoàn thành luận văn, nỗ lực thân, nhận nhiều quan tâm giúp đỡ nhiệt tình tập thể, cá nhân ngồi trường Tơi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Nguyễn Việt Anh – Trường Đại học Thủy Lợi PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội hướng dẫn tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn cán huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình tận tình giúp đỡ tạo điều kiện giúp tơi hồn thành tốt luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy, giáo Khoa Mơi trường nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ tơi suốt q trình học tập Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè ln ủng hộ giúp đỡ suốt thời gian qua Do thời gian kinh nghiệm hạn chế nên luận văn tơi cịn nhiều thiếu sót, tơi kính mong góp ý thầy cơ, bạn bè để luận văn hoàn chỉnh Xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Sinh viên Nguyễn Thị Thúy Hằng MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu, nội dung Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn CHƢƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan kết nghiên cứu phát thải metan 1.1.1 Kết nghiên cứu phát thải metan giới 1.1.2 Kết nghiên cứu nƣớc 1.1.2.1 Kiểm kê khí nhà kính lĩnh vực Năng lƣợng 1.1.2.3 Kiểm kê khí nhà kính lĩnh vực lâm nghiệp 1.1.2.4 Kiểm kê khí nhà kính lĩnh vực chất thải 1.1.2.5 Kiểm kê khí nhà kính lĩnh vực Nông nghiệp 1.2 Cơ chế hình thành khí CH4 14 1.2.1 Sự phân giải chất hữu hình thành CH4 15 1.2.2 Vi sinh vật hình thành CH4 19 1.2.3 Sự ơxi hố CH4 hình thành CH4 22 1.2.4 Thế ơxy hố-khử (Eh) hình thành CH4 23 1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến phát thải CH4 26 1.3.1 Ảnh hƣởng chế độ tƣới đến phát thải CH4 26 1.3.2 Ảnh hƣởng tính chất lý-hố học đất đến phát thải CH4 30 1.3.3 Ảnh hƣởng trồng lúa mùa vụ đến phát thải CH4 33 1.4 Khái quát phƣơng pháp tƣới truyền thống tƣới tiết kiệm 37 1.4.1 Phƣơng pháp tƣới ngập thƣờng xuyên (NTX) 37 1.4.2 Phƣơng pháp tƣới nông lộ phơi (NLP) 38 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.1 Địa điểm đối tƣợng nghiên cứu 40 2.2 Nội dung nghiên cứu 40 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 40 2.3.1 Phƣơng pháp kế thừa 40 2.3.2 Phƣơng pháp lấy mẫu thực địa 40 2.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu phịng thí nghiệm 44 2.3.4 Phƣơng pháp thí nghiệm đồng ruộng 45 2.3.5 Phƣơng pháp phân tích 41 CHƢƠNG KẾT QỦA NGHIÊN CỨU 49 3.1 Điều kiện tự nhiên huyện Bố Trạch – tỉnh Quảng Bình 49 3.1.1 Vị trí địa lý 49 3.1.2 Các yếu tố khí tƣợng 50 3.2 Một số tính chất lý – hóa học đất nghiên cứu 54 3.2.1 Thành phần giới 54 3.2.2 Tính chất hóa đất 55 3.3 Kết nghiên cứu phịng thí nghiệm 57 3.3.1 Biến động Eh qua hai phƣơng pháp tƣới 57 3.3.2 Biến động pH qua hai phƣơng pháp tƣới 58 3.4 Kết nghiên cứu đồng ruộng 60 3.4.1 Biến động Eh pH qua hai phƣơng pháp tƣới thí nghiệm đồng ruộng60 3.4.2 Biến động lƣợng phát thải khí CH4 qua hai chế độ tƣới thí nghiệm đồng ruộng 62 3.5 Ảnh hƣởng chế độ tƣới đến lƣợng phát thải khí CH4 ruộng lúa 67 3.6 Đề xuất chế độ tƣới lúa hợp lý nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính, tiết kiệm nƣớc khu vực huyện Bố Trạch - Quảng Bình 70 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 Kết luận 72 Kiến nghị 73 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Mơ tả vị trí ruộng lúa thí nghiệm……………………………………… … ……5 Bảng 1.2 Kết thí nghiệm đo đạc phát thải khí CH4………………….… ……… Bảng 1.3.Lựa chọn kịch giảm thiểu - Jakenan (Indonesia) ……….……… ….…6 Bảng 1.4 Kết kiểm kê khí nhà kính khu vực nơng nghiệp năm 2000…………… Bảng 1.5 Diện tích trồng lúa với chế độ quản lý nước khác …………… …11 Bảng 1.6 Tổng lượng phát thải khí Mêtan suất lúa trường hợp tưới ngập thường xuyên nông lộ phơi (Trạm KTNN Hoài Đức, vụ mùa năm 2000)….…11 Bảng 1.7 Lượng phát thải khí Mêtan trường hợp tưới ngập thường xuyên rút nước định kỳ Trạm khí tượng nơng nghiệp Hồi Đức………………………………12 Bảng 1.8: Eh hệ ơxy hố-khử……………… ……………… …………23 Bảng 2.1 Các tiêu nước tưới khu thí nghiệm……………… ………… ….…42 Bảng2.2.Chỉ tiêu phương pháp phân tích……………………… … ………… ….48 Bảng3.1.Một số tính chất hố đất khu thí nghiệm……………… ………… … 52 Bảng3.2 Động thái Eh hai công thức tưới………………………………… ………54 Bảng3.3 Động thái pH hai công thức tưới…………………………………….…… 56 Bảng 3.4 Biến động Eh qua hai phương pháp tưới đồng ruộng………………… 57 Bảng 3.5 Biến động pH qua hai phương pháp tưới đồng ruộng……………….……58 Bảng 3.6 Lượng phát thải khí CH4 ruộng tưới ngập thường xuyên…………….60 Bảng 3.7 Tổng lượng phát thải khí CH4 ruộng tưới ngập thường xuyên…… .61 Bảng 3.8 Lượng phát thải khí CH4 ruộng lúa tưới nơng lộ phơi………….… 62 Bảng 3.8 Tổng lượng phát thải khí CH4 (tưới nông lộ phơi…………………….……63 Bảng 3.9 So sánh lượng phát thải khí CH4 ruộng lúa trường hợp tưới ngập thường xuyên tưới nông lộ phơi………………………………….… ………… 65 Bảng 3.1.0 So sánh tổng lượng phát thải khí Mêtan suất lúa trường hợp tưới ngập thường xuyên tưới nông lộ phơi…… …………………… ………… 66 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Diện tích trồng lúa với chế độ quản lý nước khác nhau…………….… 10 Hình 1.2 Biểu đồ diễn biến lượng phát thải khí Mêtan trường hợp tưới ngập thường xuyên rút nước định kỳ Trạm khí tượng nơng nghiệp Hồi Đức………………………………………………………………………… ………….….…….13 Hình 1.3 Sơ đồ đặc điểm hình thành mê tan đất ngập nước trồng lúa Việt Nam…………………………………………………………………… 14 Hình 1.4 Sơ đồ phân huỷ Xenlulozo………………….………… ………………….…… 16 Hình 1.5 Sơ đồ phân giải hợp chất hữu chứa N………………….………….… 17 Hình 1.6 Quá trình phân huỷ chất hữu chuyển hoá lượng điều kiện yếm khí …………………………………………………… ………………… ……….………… 17 Hình 1.7 Đồ thị phát thải CH4 & CO2 điều kiện yếm khí….… …………… 17 Hình 1.8: Giản đồ ổn định hệ ơxy hố- khử phụ thuộc vào Eh pH … … 24 Hình 1.9: Động thái Eh phương án thí nghiệm nhiệt độ 200C ….…… 25 Hình 1.10 Động thái nhiệt độ (a d), phát thải CH4 (b e), Eh pH (c f) điều kiện đất ngập nước liên tục khơng liên tục …………………………………… 31 Hình 1.11 Động thái pH số loại đất ngập nước………… …………… 32 Hình 1.12 Mơ q trình phát thải CH4 đất trồng lúa nước………… …….34 Hình 1.13 Động thái Eh đất trồng lúa khơng trồng lúa…… ……… ……….35 Hình 1.14 Q trình trao đổi ơxy lúa…………………………………….…… 35 Hình 2.1 Bố trí thí nghiệm Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình…………………… …… 42 Hình 2.2 Mơ lớp nước mặt ruộng tưới ngập thường xuyên (đối chứng) … 44 Hình 2.3 Mô lớp nước mặt ruộng tưới nông lộ phơi……………… ……… 45 Hình 2.4 Thiết bị lấy mẫu mêtan (CH4) đồng ruộng…………………….…….… 47 Hình 3.1 Bản đồ hành huyện Bố Trạch - tỉnh Quảng Bình…………… ………50 Hình 3.2 Phẫu diện đất khu thí nghiệm………………………………………….…… 52 Hình 3.3 Diễn biến Eh cơng thức thí nghiệm…………………………….… …54 Hình 3.4 Diễn biến pH cơng thức thí nghiệm………….……………………… 56 Hình 3.5.Diễn biến Eh qua hai phương pháp tưới đồng ruộng…… …………… 57 Hình 3.6 Diễn biến pH qua hai phương pháp tưới đồng ruộng……………….… 59 Hình 3.7.Biểu đồ diễn biến lượng phát thải CH4 ruộng tưới ngập thường xuyên…………………………………………………………………………………… … ……61 Hình 3.8 Biểu đồ diễn biến lượng phát thải khí CH4 ruộng tưới nơng lộ phơi… 63 Hình 3.9 Biểu đồ so sánh diễn biến lượng phát thải CH4 trường hợp tưới ngập thường xuyên nông lộ phơi…………… …………………………………… .66 Hình 3.10 Mơ lớp nước mặt ruộng nông lộ phơi……………………… … .68 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, biến đổi khí hậu hệ biến đổi khí hậu vấn đề đƣợc quan tâm nhiều quốc gia giới Nguyên nhân gây biến đổi khí hậu gia tăng chất thải khí nhà kính vào khí quyển, có khí CO2, CH4 N2O từ hệ thống canh tác nơng nghiệp, đặc biệt khí CH4 từ hệ thống canh tác lúa nƣớc CH4 khí nhà kính (KNK) chủ yếu khí Sự phát thải ngày dƣ thừa KNK vào khí hoạt động kinh tế xã hội, ngƣời làm cho khí hậu biến đổi nhanh chóng Trong khoảng 100 năm qua, nhiệt độ trung bình tồn cầu tăng lên 0,3-0,6 0C mực nƣớc biển dâng lên 10-20 cm, hậu tăng KNK khí Nguồn phát thải khí CH4 ruộng lúa nƣớc, đầm lầy tự nhiên, mỏ khai khống, v.v , đó, khu vực sản xuất lúa nƣớc chiếm tỷ lệ lớn [3] Việt Nam nƣớc nông nghiệp với khoảng 80% dân số sống vùng nông thôn, nông nghiệp Việt Nam dựa sở trồng trọt chăn ni, trồng trọt chiếm vị trí quan trọng Việt Nam có diện tích đất canh tác trồng lúa khoảng triệu Đối với ruộng lúa, phân huỷ yếm khí chất hữu ruộng lúa, sản sinh CH4 phát tán vào khơng khí thông qua trồng Chất hữu đƣợc phân huỷ ruộng lúa bao gồm: - Dịch thải tiết rễ tế bào rễ; - Các thành phần hữu bón vào ruộng (phân hữu cơ, thân, trồng, v.v…); - Các sinh vật sản sinh điều kiện ngập nƣớc Có thể thấy rằng, điều kiện ngập nƣớc ruộng lúa hoàn cảnh thuận lợi dẫn đến trình sản sinh phát thải CH4 ruộng lúa Vì đề tài “Nghiên cứu ảnh hƣởng chế độ tƣới cho lúa đến phát thải khí metan đất trồng lúa huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình” đƣợc đƣa nhằm đƣa chế độ tƣới hợp lý nhằm giảm thải khí CH4 Mục tiêu nghiên cứu -Nghiên cứu ảnh hƣởng chế độ tƣới đến phát thải khí CH4 ruộng lúa huyện Bố Trạch - Đề xuất chế độ tƣới lúa hợp lý để giảm thiểu phát thải khí CH4 mà khơng ảnh hƣởng đến suất lúa huyện Bố Trạch Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi lãnh thổ: Địa bàn nghiên cứu cánh đồng lúa thuộc huyện Bố Trạch tỉnh Quảng Bình - Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung đánh giá ảnh hƣởng chế độ tƣới tới phát thải khí CH4 ruộng lúa đƣa chế độ tƣới phù hợp để giảm thải khí CH4 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn: a) Ý nghĩa khoa học - Đánh giá mối tƣơng quan biện pháp tƣới ngập thƣờng xuyên tƣới nông lộ phơi phát thải CH4 ruộng trồng lúa b) Ý nghĩa thực tiễn Đối với khu vực nghiên cứu đánh giá đƣợc phần tình trạng phát thải CH4 ruộng lúa Dựa vào góp phần đƣa giải pháp khắc phục tình trạng giúp cho phát triển nơng nghiệp theo hƣớng bảo vệ môi trƣờng Các sản phẩm nghiên cứu đề tài sở khoa học góp phần rà soát lại quy hoạch phát triển kinh tế xã hội hạn chế hậu thiên tai, sử dụng bền vững đất đai Đây cho nhà hoạch định sách quản lý ... Thúy Hằng NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TƢỚI CHO LÚA ĐẾN SỰ PHÁT THẢI KHÍ METAN Ở ĐẤT TRỒNG LÚA HUYỆN BỐ TRẠCH, TỈNH QUẢNG BÌNH Chun ngành: Khoa học mơi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ... hoàn cảnh thuận lợi dẫn đến trình sản sinh phát thải CH4 ruộng lúa Vì đề tài ? ?Nghiên cứu ảnh hƣởng chế độ tƣới cho lúa đến phát thải khí metan đất trồng lúa huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình? ?? đƣợc... chế độ tƣới hợp lý nhằm giảm thải khí CH4 Mục tiêu nghiên cứu -Nghiên cứu ảnh hƣởng chế độ tƣới đến phát thải khí CH4 ruộng lúa huyện Bố Trạch - Đề xuất chế độ tƣới lúa hợp lý để giảm thiểu phát