Nghiên cứu sự phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước tại nam định và đề xuất các giải pháp giảm thiểu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN LÊ TRANG NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG CANH TÁC LÚA NƯỚC TẠI NAM ĐỊNH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2020 Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN LÊ TRANG NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG CANH TÁC LÚA NƯỚC TẠI NAM ĐỊNH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 9440301.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Cán hướng dẫn: PGS TS Mai Văn Trịnh PGS TS Nguyễn Mạnh Khải Hà Nội - 2020 Hà Nội - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn trực tiếp PGS.TS Mai Văn Trịnh PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải Các số liệu, kết nêu luận án trung thực từ đề tài nghiên cứu tập thể cán hướng dẫn Một số kết chúng tơi cơng bố tạp chí khoa học chun ngành, báo cáo khoa học với đồng ý đồng tác giả phù hợp với quy định hành Các số liệu, thông tin tham khảo, chứng minh so sánh từ nguồn khác trích dẫn theo quy định Việc sử dụng nguồn thông tin, số liệu phục vụ cho mục đích học thuật Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm lời cam đoan kết nghiên cứu luận án Hà Nội, ngày … tháng … năm 2020 Nghiên cứu sinh Nguyễn Lê Trang i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, nỗ lực thân, nhận giúp đỡ nhiều mặt cấp lãnh đạo, tập thể cá nhân Trước hết, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành tới PGS.TS Mai Văn Trịnh PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải, hai Thầy hướng dẫn khoa học hết lòng định hướng, dẫn, khích lệ tơi suốt q trình xây dựng đề cương, triển khai nghiên cứu hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Phòng Đào tạo Sau đại học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thầy, cô giáo Khoa Môi trường, Bộ mơn Cơng nghệ Mơi trường nhiệt tình giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập, nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến TS Bùi Thị Phương Loan - Viện Môi trường Nông nghiệp (IAE) đồng nghiệp IAE, lãnh đạo nông dân địa phương tỉnh Nam Định nhiệt tình hỗ trợ, giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lời cảm ơn đến Lãnh đạo đồng nghiệp Viện Di truyền Nông nghiệp, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, nhà khoa học bạn bè đồng nghiệp hai quan tạo điều kiện, đóng góp nhiều ý kiến thiết thực để tơi nghiên cứu hồn thành luận án Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bố mẹ người sinh thành, nuôi dưỡng nên người Tôi xin cám ơn tất người thân gia đình hai bên ln bên động viên, giúp đỡ khích lệ mặt để tơi nỗ lực hoàn thành luận án Nghiên cứu tài trợ Đại sứ quán Na Uy khn khổ dự án ClimaViet: “Biến đổi khí hậu tác động đến sản xuất lúa Việt Nam: Thử nghiệm giải pháp tiềm thích ứng giảm thiểu” Xin trân trọng cảm ơn./ Hà Nội, ngày tháng …năm 2020 Nghiên cứu sinh ii ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH, BIỂU ĐỒ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 12 1.1 Khí nhà kính phát thải khí nhà kính 12 1.1.1 Các loại khí nhà kính 12 1.1.2 Các nguồn phát thải khí nhà kính: 14 1.1.3 Phát thải khí nhà kính giới 15 1.1.4 Định hướng giảm phát thải khí nhà kính giới 17 1.2 Phát thải khí nhà kính nông nghiệp giới Việt Nam 21 1.2.1 Phát thải khí nhà kính nơng nghiệp giới 21 1.2.2 Phát thải khí nhà kính nơng nghiệp Việt Nam 22 1.3 Phát thải khí nhà kính canh tác lúa nước 26 1.3.1 Thực trạng sản xuất lúa gạo giới Việt Nam 26 1.3.2 Phát thải KNK sản xuất lúa gạo giới Việt Nam 28 1.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến phát thải KNK canh tác lúa nước 29 1.4.1 Q trình hình thành khí nhà kính canh tác lúa nước 29 1.4.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến phát thải KNK canh tác lúa nước 36 1.5 Cơ sở pháp lý sách, chiến lược quốc gia nhằm cắt giảm phát thải khí nhà kính Việt Nam 41 1.5.1 Chiến lược sách quốc gia giảm thiểu phát thải khí nhà kính ứng phó với biến đổi khí hậu 41 1.5.2 Các sách ban hành liên quan đến phát triển nông nghiệp bền vững, bảo vệ mơi trường giảm phát thải khí nhà kính 45 1.6 Các biện pháp quản lý thực hành sản xuất lúa nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính 48 1.7 Tổng quan việc ứng dụng mô hình hóa mơ phát thải KNK từ canh tác lúa 54 1.8 Kết luận rút từ tổng quan nghiên cứu 58 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 60 2.1 Đối tượng, vật liệu phạm vi nghiên cứu: 60 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu: 60 2.1.2 Vật liệu nghiên cứu: 60 2.1.3 Phạm vi nghiên cứu 62 2.2 Nội dung nghiên cứu: 62 2.3 Phương pháp nghiên cứu: 63 2.3.1 Thu thập, xử lý thông tin sơ cấp, thứ cấp điều tra khảo sát 63 2.3.2 Thí nghiệm đồng ruộng 63 2.3.3 Quan trắc, lấy mẫu đo đạc 68 2.3.4 Phương pháp mơ hình hóa 72 2.3.5 Hệ thống thông tin địa lý phương pháp đồ 75 2.3.6 Phương pháp xử lý thống kê 77 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 78 3.1 Thực trạng sản xuất nông nghiệp tỉnh Nam Định 78 3.1.1 Hiện trạng đất nông nghiệp tỉnh Nam Định 78 3.1.2 Thực trạng thủy lợi phục vụ nông nghiệp xâm nhập mặn tỉnh Nam Định 82 3.1.3 Hiện trạng sản xuất nông nghiệp tỉnh Nam Định 86 3.1.4 Hiện trạng sử dụng phân bón 89 3.1.5 Tập quán canh tác nhận thức người dân địa phương biến đổi khí hậu 90 3.2 Ảnh hưởng phân đạm chậm tan đến phát thải khí nhà kính 94 3.2.1 Ảnh hưởng phân đạm chậm tan đến phát thải CH ruộng lúa 94 3.2.2 Ảnh hưởng phân đạm chậm tan đến phát thải N 2O ruộng lúa 98 3.2.3 Ảnh hưởng phân đạm chậm tan đến tổng lượng phát thải KNK ruộng lúa 105 3.3 Ảnh hưởng vật liệu hữu đến phát thải khí nhà kính từ đất lúa Nam Định 106 3.3.1 Ảnh hưởng vật liệu hữu đến cường độ phát thải CH canh tác lúa 106 3.3.2 Ảnh hưởng vật liệu hữu đến cường độ phát thải N2O canh tác lúa 111 3.3.3 Ảnh hưởng chất hữu đến tổng lượng phát thải KNK (tiềm nóng lên tồn cầu) 114 3.4 Ảnh hưởng loại phân đạm vật liệu hữu tới suất lúa 115 3.4.1 Ảnh hưởng loại phân đạm tới suất lúa 115 3.4.2 Ảnh hưởng vật liệu hữu tới suất lúa 116 3.5 Phát thải KNK tiềm canh tác lúa tỉnh Nam Định 116 3.5.1 Xây dựng liệu mơ hình hóa theo khơng gian 116 3.5.2 Phát thải KNK canh tác lúa nước Nam Định 120 3.5.3 Mơ phát thải khí nhà kính đất lúa cho toàn tỉnh Nam Định 122 3.5.4 Xây dựng đồ phát thải KNK cho canh tác lúa nước tỉnh Nam Định 124 3.6 Đề xuất biện pháp nhằm giảm phát thải khí CH4 N2O từ canh tác lúa nước cho khu vực tỉnh Nam Định 127 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 133 CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 137 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt ANLT AWD BAU BĐKH BUR1/ BUR2 Tên tiếng Việt/Anh An ninh lương thực Altenative Wetting and Drying (Tưới khô ướt xen kẽ ) Business as usual (Kịch thông thường) Biến đổi khí hậu The initial (second) biennial updated report of Vietnam to the United Nations framework convention on climate change (Báo cáo cập nhật hai năm lần, lần thứ (lần thứ hai) Việt Nam cho Công ước Khung Liên hợp quốc Biến đổi khí hậu) BVTV Bảo vệ thực vật CEC Cation exchange capacity (Khả trao đổi cation) CLRRI Cuu Long Delta Rice Research Institute (Viện Lúa đồng sông Cửu Long) CO2e CO2 equivalent (CO2 tương đương) CSA Climate Smart Agriculture (Nông nghiệp thơng minh với khí hậu) DAT Day after transplant (Ngày sau cấy) DNDC DeNitrification-DeComposition (Mơ hình sinh địa hóa) DOC Dissolve Organic Carbon ( Các bon hữu hòa tan) ĐBSH Đồng sông Hồng EF Emission Factor (Hệ số phát thải) Eh Điện oxy hóa khử FAO Food and Agriculture Organization (Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên hợp quốc) GIS Geographic Information System (Hệ thống thông tin địa lý) GWP Global Warming Potential (Tiềm gây ấm toàn cầu) IAE Institute of Agricultural Enviroment (Viện Môi trường Nông nghiệp) ICM Integrated Crop Management (Quản lý trồng tổng hợp ) IMHEN Institute of Meteorology, Hydrology and Climate Change (Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn BĐKH ) IRRI International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế ) ISPONRE Institute of Strategy and Policy on Natural Resources and Environment (Viện chiến lược sách tài nguyên môi trường) IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change ( Ủy ban Liên phủ BĐKH) IPM Intergrated Pest Management (Quản lý dịch hại tổng hợp) KHCN Khoa học & Công nghệ KHKT Khoa học Kỹ thuật KNK Khí nhà kính LULUCF Land use, Land use change and Forestry (Sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất lâm nghiệp) MONRE Ministry of Natural Resources and Environment (Bộ Tài Nguyên Môi trường) NDC National Determined Contribution (Đóng góp quốc gia tự định) PC Phân chuồng RCP Representative Concentration Pathways (Kịch nồng độ KNK đặc trưng) SOC/OC SRI SSNM TGST TSH UNFCCC VSV WFPS WMO Soil Organic Carbon (Các bon hữu đất) System of Rice Intensification (Hệ thống canh tác lúa cải tiến) Site Specific Nutrient Management (Bón phân theo vùng đặc thù ) Thời gian sinh trưởng Than sinh học United Nations Framework Convention on Climate Change (Công ước khung Liên Hiệp Quốc biến đổi khí hậu) Vi sinh vật Water-Filled Pore Space (Điều kiện ngập nước) World Meteorological Organization (Tổ chức khí tượng giới) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số đặc trưng KNK (IPCC, 2013) 13 Bảng 1.2 GWP KNK 15 Bảng 1.3 Phát thải khí nhà kính tồn cầu theo lĩnh vực năm 2017 15 Bảng 1.4 Thay đổi tổng phát thải KNK Việt Nam (triệu CO 2e) 23 Bảng 1.5 Phát thải KNK Việt nam theo lĩnh vực (2013) 24 Bảng 1.6 Tổng hợp kết kiểm kê quốc gia KNK năm 2013 25 Bảng 1.7 Dự báo phát thải KNK nông nghiệp cho 2020 2030 (1000 CO2e) 25 Bảng 1.8 Sản xuất lúa gạo toàn cầu châu lục số quốc gia hàng đầu, 2017 26 Bảng 1.9 Mười nước sản xuất lúa gạo hàng đầu giới năm 2017 26 Bảng 1.10 Diện tích lúa Việt Nam tỉnh Nam Định 1995-2018 27 Bảng 1.11 Diện tích canh tác lúa Việt Nam năm 2013 (nghìn ha) 29 Bảng 1.12 Trình tự giảm số oxi hóa ion vơ theo Eh tương ứng (Patrick, 1978) 33 Bảng 1.13 Định hướng giảm phát thải KNK Việt Nam 44 Bảng 2.1 Thành phần hoạt chất kìm hãm hoạt động men urease 61 Bảng 2.2 Thành phần hóa học loại chất hữu dùng cho nghiên cứu62 Bảng 2.3 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 65 Bảng 2.4 Thành phần hoá học đất khu vực nghiên cứu 65 Bảng 2.5 Cơng thức thí nghiệm xác định ảnh hưởng đạm chậm tan đến phát thải KNK canh tác lúa nước 66 Bảng 2.6 Lượng phân bón sử dụng điểm nghiên cứu thí nghiệm 66 Bảng 2.7 Thí nghiệm xác định ảnh hưởng vật liệu hữu đến phát thải KNK canh tác lúa nước 67 Bảng 2.8 Lịch thời vụ canh tác lúa hai địa điểm nghiên cứu 67 Bảng 2.9 Các tiêu phân tích đất 68 Bảng 2.10 Các thời điểm lấy mẫu khí theo giai đoạn sinh trưởng Thịnh Long Rạng Đông 71 Bảng 2.11 Bảng thống kê thông số dùng mơ hình 75 Bảng 3.1 Các loại đất khu vực nghiên cứu tỉnh Nam Định 80 Bảng 3.2 Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Nam Định (2015) 81 Bảng 3.3 Biến động diện tích đất lúa Nam Định 2010-2015 81 Bảng 3.4 Thống kê diện tích mức thích hợp lúa nước (ha) 82 Bảng 3.5 Năng lực tưới tiêu vùng Nam Định năm 2014 83 Bảng 3.6 Khoảng cách xâm nhập mặn từ cửa sông vào nội địa sông Nam Định (km) 85 Bảng 3.7 Chuyển dịch cấu kinh tế nông nghiệp Nam Định (2009-2014) 88 Bảng 3.8 Hiện trạng bón phân cho trồng tỉnh Nam Định 89 Bảng 3.9 Lượng phân bón vơ cho lúa điểm nghiên cứu (kg/ha) 90 Bảng 3.10 Thống kê dân số tỉnh Nam Định qua năm (Đv: Người) 90 Bảng 3.11 Thông tin nông hộ hai điểm nghiên cứu 91 Bảng 3.12 Thu nhập trung bình hộ nông dân (điều tra 2013), triệu đồng/hộ 91 ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN LÊ TRANG NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG CANH TÁC LÚA NƯỚC TẠI NAM ĐỊNH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số:... 3.5.2 Phát thải KNK canh tác lúa nước Nam Định 120 3.5.3 Mô phát thải khí nhà kính đất lúa cho tồn tỉnh Nam Định 122 3.5.4 Xây dựng đồ phát thải KNK cho canh tác lúa nước tỉnh Nam Định. .. 49,3% tổng phát thải KNK lĩnh vực Nông nghiệp Do vậy, thực đề tài: ? ?Nghiên cứu phát thải khí nhà kính canh tác lúa nước Nam Định đề xuất giải pháp giảm thiểu? ?? nhằm tìm hiểu góp thêm giải pháp thực