Mục tiêu nghiên cứu của luận án là mô phỏng và tính toán lượng CH4, N2O phát thải từ các hệ thống cây trồng có lúa tại vùng ven biển và trên toàn tỉnh Nam Định Đánh giá tiềm năng giảm phát thải CH4, N2O của các biện pháp canh tác cải tiến được xây dựng; từ đó đề xuất một số giải pháp giảm thiểu phát thải CH4, N2O tiềm năng.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ***************** NGUYỄN LÊ TRANG NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG HỆ THỐNG CANH TÁC LÚA NƢỚC TẠI NAM ĐỊNH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 9440301.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG Hà Nội - 2019 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Mai Văn Trịnh PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án Tiến sĩ cấp Đại học Quốc gia họp Trường Đại học Khoa học Tự nhiên vào hồi …giờ …., ngày tháng năm Có thể tìm hiểu Luận án Tiến sĩ tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam; - Trung tâm Thông tin Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lúa lương thực quan trọng bậc nhiều nước giới với tổng diện tích gieo trồng lúa tồn cầu 161,62 triệu với sản lượng thóc 728,07 triệu tấn, tương đương 487,35 triệu gạo (USDA, 2018) Sản xuất nơng nghiệp nói chung lúa gạo nói riêng đối mặt với nhiều tác động nghiêm trọng biến đổi khí hậu, nước biển dâng, khí hậu cực đoan (MONRE, 2014) Hoạt động sản xuất nơng nghiệp có từ lâu đời, đóng góp vào gia tăng hàm lượng khí nhà kính (CO2, CH4, N2O) khí Tổng phát thải KNK Việt Nam 293,3 triệu CO2-e ước tính cho năm 2020 2030 (khơng bao gồm lĩnh vực q trình cơng nghiệp) tương ứng năm 2020 474,1 triệu CO2eq năm 2030 787,4 triệu CO2-e Trong đó, phát thải KNK từ Nơng nghiệp 89,4 triệu CO2-e vào năm 2013; 100,8 triệu CO2-eq vào năm 2020 109,3 triệu CO2-eq vào năm 2030 Nguồn phát thải chủ yếu từ canh tác lúa nước, đốt phế phụ phẩm nông nghiệp chất thải chăn nuôi (MONRE, 2015) Đặc biệt, phát thải KNK từ canh tác lúa lớn nhất, đạt 44,1 triệu CO 2e năm 2010, chiếm 49,3% tổng phát thải KNK lĩnh vực Nông nghiệp Do vậy, tơi thực hiện: “Nghiên cứu phát thải khí nhà kính hệ thống canh tác lúa nước Nam Định đề xuất giải pháp giảm thiểu” nhằm góp thêm giải pháp thực NDC Việt Nam giảm 8% KNK nguồn lực nước 25% với hỗ trợ quốc tế Nghiên cứu phần kết dự án ClimaViet, hợp tác Việt Nam Chính phủ Nauy với tên gọi: “Biến đổi khí hậu tác động đến sản xuất lúa Việt Nam: Thử nghiệm giải pháp tiềm thích ứng giảm thiểu”, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam chủ trì thực hiện, giai đoạn 20142016, cá nhân NCS trực tiếp thực nội dung nghiên cứu luận án Mục tiêu, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu thực với mục tiêu sau: i) Nghiên cứu ảnh hưởng loại phân đạm chậm tan, vật liệu hữu đến phát thải khí nhà kính (CH4, N2O) hệ canh tác lúa nước Nam Định ii) Mơ tính tốn lượng CH4, N2O phát thải từ hệ thống trồng có lúa vùng ven biển toàn tỉnh Nam Định iii) Đánh giá tiềm giảm phát thải CH4, N2O biện pháp canh tác cải tiến xây dựng; từ đề xuất số giải pháp giảm thiểu phát thải CH4, N2O tiềm 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Phát thải KNK (CH4, N2O) phân hữu cơ, phân đạm chậm tan (Urea 46A+ Urea-NEB26) ruộng lúa - Phạm vi nghiên cứu: Thí nghiệm đồng ruộng tiến hành vụ liên tiếp (Vụ mùa 2014 vụ Xuân 2015) đất phù sa phù sa nhiễm mặn tỉnh Nam Định, đại diện cho nhóm đất phù sa phù sa nhiễm mặn hệ thống sơng Hồng Sau đó, sử dụng mơ hình DNDC kiểm định để tính tốn tổng lượng phát thải CH N2O từ canh tác lúa nước toàn tỉnh Nam Định Ý nghĩa khoa học thực tiễn 3.1 Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu mô đánh giá phát thải KNK (CH4, N2O) hệ thống canh tác có lúa tiểu vùng sinh thái điển hình tỉnh Nam Định; xác định mức độ phát thải CH4, N2O áp dụng phân đạm chậm tan phân hữu Nghiên cứu lần đánh giá ảnh hưởng phân đạm chậm tan đến phát thải KNK sản xuất lúa 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Các kết nghiên cứu đề xuất sử dụng phân đạm chậm tan vật liệu hữu vừa đảm bảo sản xuất lúa hiệu vừa góp phần giảm thiểu phát thải KNK Các khuyến nghị hồn tồn chuyển giao cho hệ thống khuyến nơng để đưa vào qui trình sản xuất lúa thơng mình, thích ứng với BĐKH Những đóng góp đề tài: Luận án xác định ảnh hưởng dạng đạm chậm tan (Urea 46A+ Urea-NEB26) vật liệu hữu (phân bón hữu cơ, than sinh học) đến phát thải KNK (CH4, N2O) ruộng lúa nước Các kết luận sở khoa học quan trọng để xây dựng cơng thức bón phân phù hợp cho lúa đất phù sa phù sa nhiễm mặn tỉnh Nam Định mơ để sử dụng cho địa phương trồng lúa có điều kiện tương tự CHƢƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Khí nhà kính phát thải khí nhà kính Biến đổi khí hậu trở thành vấn đề tồn cầu bàn nghị tất quốc gia tổ chức quốc tế Các nhà khoa học trí cho thay đổi khí hậu (ví dụ tăng nhiệt độ) chủ yếu gia tăng bất thường khí nhà kính (KNK) khí quyển, chủ yếu từ hoạt động người, bao gồm: gồm nước (H2O), các-bon điơxít (CO2), mê-tan (CH4), ơxit-nitơ (N2O), ozone (O3), khí CFC CH4 N2O phát thải vào khí chủ yếu từ hoạt động nông nghiệp chiếm tương ứng 52% 75% [IPCC, 2007] Khí CO2, CH4, N2O KNK quan trọng góp phần gây hiệu ứng ấm lên toàn cầu mức 60%, 15% 5% [IPCC 2007] 1.2 Phát thải khí nhà kính nơng nghiệp giới Việt Nam 1.2.1 Phát thải khí nhà kính nơng nghiệp giới Nông nghiệp nguồn phát thải carbon dioxide (CO2) chính, nguồn phát thải khí mê-tan (CH4) ơxit nitơ (N2O) (Watson, 2015); Lượng khí thải phát q trình sử dụng phân bón tổng hợp chiếm 12,6% lượng phát thải nông nghiệp vào năm 2014 nguồn phát thải khí tăng nhanh với mức tăng 37% kể từ năm 2001 (FAO 2015) Khí nhà kính từ q trình phân hủy sinh học ruộng lúa tạo khí methane chiếm 10% tổng lượng khí thải nơng nghiệp, khí thải từ việc đốt đồng cỏ chiếm 5% Theo số liệu FAO, năm 2014, có tới 44,1% KNK liên quan đến nông nghiệp phát sinh châu Á, Châu Mỹ (25,2%), châu Phi (15,9%), châu Âu (11,2%) châu Đại dương (3,6%) 1.2.2 Phát thải khí nhà kính nơng nghiệp Việt Nam Theo Báo cáo cập nhật hai năm lần Lần thứ hai (2017) Việt Nam cho Công ước khung Liên hợp quốc Biến đổi khí hậu, tổng lượng KNK phát thải Việt Nam 259,0 triệu CO2 quy đổi có tính đến đóng góp việc sử dụng, thay đổi sử dụng đất trồng rừng (LULUCF) Trong đó, ngành lượng đóng góp phát thải KNK nhiều (51,63%), tiếp Nơng nghiệp (30,49%), cơng nghiệp (10,8%) chất thải (7,05%) Việc sử dụng, thay đổi sử dụng đất trồng rừng giúp giảm 11,68% lượng KNK phát thải vào môi trường Trong Nông nghiệp, phát thải KNK từ canh tác lúa nước nhiều nhất, chiếm 49,3%, đốt phụ phẩm 27%, đất nông nghiệp 26.7%, tiêu hóa thức ăn 11.4% quản lý chất thải (nông nghiệp) 9,9% Do vậy, giải pháp tiềm giảm phát thải tập trung kỹ thuật canh tác lúa, đốt phụ phẩm cải tiến sử dụng đất Nông nghiệp (MONRE, 2017) 1.3 Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa nƣớc 1.3.1 Thực trạng sản xuất lúa gạo giới Việt Nam Lúa lương thực gần 50% dân số giới (FAO, 2011) Diện tích trồng lúa giới mở rộng 30% so với năm 1961 mức 160 triệu Bên cạnh đó, sản lượng lúa gạo năm 2016 đạt 741 triệu tấn, có mức tăng ấn tượng với gấp 3,5 lần so với 215 triệu năm 1961 Châu Á khu vực canh tác sử dụng lúa gạo cao giới, chiếm tới 90% sản lượng lúa gạo toàn cầu (FAO, 2017) Tổng diện tích gieo cấy lúa Việt Nam năm 2018 đạt 7,57 triệu (chiếm 50,18% diện tích gieo trồng nước), giảm 135 nghìn (1.7%) so với năm 2017; Năng suất lúa trung bình đạt 5.81 tấn/ha, tăng 4,7%, vậy, dù diện tích có giảm song sản lượng đạt 43.979 ngàn tấn, tăng 2,9% so với năm 2017 (MARD, 2017) 1.3.2 Phát thải KNK sản xuất lúa gạo giới Việt Nam Với 167,2 triệu lúa nước (năm 2017), ước tính ngành phát thải vào môi trường 529 triệu CO2eq, chiếm 10% tổng lượng KNK phát thải từ ngành nơng nghiệp Tại Việt Nam, với diện tích canh tác lúa chiếm tới gần 70% diện tích đất sản xuất nơng nghiệp, lúa nước đóng góp 57% tổng lượng KNK phát thải ngành nông nghiệp với gần 37,4 triệu CO2eq (năm 2014) gồm chủ yếu khí CH4 N2O (FAO, 2017) Hiện nay, Việt Nam với phương thức canh tác ngập nước chế độ bón phân tại, mơi trường yếm khí tạo điều kiện để vi sinh vật đất phân hủy chất hữu tạo thành CH4 phân đạm dư đất phát thải lượng lớn khí N2O, khiến cho sản xuất lúa gạo trở thành nguồn phát thải KNK trồng trọt với 91% lượng khí phát thải so với trồng cịn lại 1.4 Những yếu tố ảnh hƣởng đến phát thải KNK canh tác lúa nƣớc 1.4.1 Quá trình hình thành khí nhà kính canh tác lúa nƣớc Methane (CH4) sản sinh đất chất hữu bị phân hủy điều kiện yếm khí Trong mơi trường đất thiếu ơxy, q trình phân hủy chất hữu không triệt để C chuyển thành CH4 Sau hình thành, CH4 giải phóng vào khí thơng qua khuếch tán, sủi bọt khí hệ thống mơ khí Khí N2O ruộng lúa sản phẩm trung gian hình thành từ trình nitrat hóa (trong điều kiện ơxy hóa) phản nitrat hóa (trong điều kiện khử) Trong q trình nitrat hóa, N2O hình thành chuyển hóa nitrite hydroxylamine Trong trình phản nitrat, tỷ lệ N2O hình thành liên quan đến lượng N2 tăng O2 tăng lên C giảm xuống N2O phát thải nhiều Eh từ 200500 mV 1.4.2 Những yếu tố ảnh hƣởng đến phát thải KNK canh tác lúa nƣớc Một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp đến hình thành phát thải CH4 N2O chế độ nước (tưới tiêu), quản lý chất hữu (tàn dư trồng, rơm rạ phân hữu cơ…), khí hậu (nhiệt độ), tính chất đất (chất hữu cơ, pH Eh, vi sinh vật), hoạt động canh tác khác làm đất, bón phân… 1.5 Định hƣớng biện pháp thực hành nhằm cắt giảm phát thải khí nhà kính Việt Nam Việt Nam quốc gia phát triển, nguồn lực hạn chế, song tiên phong thực cam kết quốc tế BĐKH Việt Nam cam kết đóng góp vô điều kiện đến năm 2030 Việt Nam giảm 8% lượng phát thải khí nhà kính so với BAU, đó: Cường độ phát thải đơn vị GDP giảm 20% so với mức năm 2010; Độ che phủ rừng tăng lên 45% Mức độ đóng góp tăng lên 25% nhận hỗ trợ quốc tế thông qua hợp tác song phương đa phương thông qua việc thực chế theo Thỏa thuận Khí hậu Tồn cầu, cường độ phát thải đơn vị GDP giảm 30% so với năm 2010 Các biện pháp phổ biến để giảm thiểu phát thải N2O CH4 đồng thời từ ruộng lúa: quản lý nước, quản lý chất hữu đất, quản lý phân bón, lựa chọn giống trồng phù hợp số phương pháp canh tác khác 1.6 Kết luận rút từ tổng quan nghiên cứu Hoạt động nơng nghiệp nói chung canh tác lúa nói riêng nguồn phát thải CH4 N2O chính, đặc biệt nước phát triển, đóng góp lớn vào việc gây hiệu ứng nhà kính tồn cầu Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến phát thải CH4 N2O đất lúa ngập nước, chế độ tưới/nước bón phân yếu tố Khí CH4 phát thải từ ruộng lúa chủ yếu trình phân giải chất hữu điều kiện mơi trường yếm khí N2O phát thải từ phân giải đạm Trong định hướng phát triển nông nghiệp hữu cơ, giải pháp để vừa hướng tới nông nghiệp sạch, vừa thân thiện với mơi trường, giảm thiểu phát thải KNK, nghiên cứu phương pháp sử dụng phân bón hữu phân đạm hợp lý nhiệm vụ cấp thiết Mô hình sinh địa hóa DNDC mơ hình kiểm định để tính tốn, ước lượng dự báo phát thải CH4 N2O từ hoạt động sản xuất nông nghiệp, đặc biệt canh tác lúa nước, nghiên cứu này, áp dụng việc kiểm kê phát thải KNK cho địa phương giúp địa phương có chiến lược phát triển nơng nghiệp nói chung canh tác lúa nói riêng phù hợp CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng, vật liệu phạm vi nghiên cứu: 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Đất phù sa điển hình, nhiễm mặn nhẹ vụ xuân phù sa nhiễm mặn hệ thống sông Hồng tỉnh Nam Định; - Lúa canh tác vụ: Vụ Mùa 2014 Vụ Xuân 2015 - Phân bón: Phân hữu ủ, than sinh học, đạm urê, đạm chậm tan (đạm vàngAgrotain đạm xanh-NEB26) - Khí nhà kính: CH4 N2O 2.1.2 Vật liệu nghiên cứu - Phân đạm trắng urê Ninh Bình; Phân đạm xanh urea + NEB26; Phân đạm phân giải chậm màu vàng cam urê + agrotain - Phân ủ; Than sinh học 2.1.3 Phạm vi nghiên cứu Các điểm nghiên cứu đồng ruộng đặt thị trấn Thịnh Long, huyện Hải Hậu Nông trường Rạng Đông, huyện Nghĩa Hưng Điểm so sánh xã Hải Phúc, huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định Thời gian nghiên cứu: Các thí nghiệm điều tra thực giai đoạn 2014-2016 phân tích kết điều tra, quan trắc mơ hình hóa giai đoạn 2016-2018 2.2 Nội dung nghiên cứu: (1) Điều tra trạng sản xuất lúa bón phân cho lúa tỉnh Nam Định điểm nghiên cứu (Huyện Hải Hậu Nghĩa Hưng); (2) Xây dựng liệu trạng sản xuất lúa tỉnh để xác định phát thải KNK tiềm với điều kiện khí hậu, đất đai, trồng canh tác khác nhau; (3) Tiến hành thí nghiệm đồng ruộng để đánh giá ảnh hưởng dạng phân đạm, chất hữu đến phát thải CH4 N2O suất lúa (4) Kết hợp mơ hình hố, hệ thống thơng tin địa lí đo đếm ngồi thực địa để tính tốn lập đồ phân bố lượng phát thải KNK đơn vị đồ khác nhau; (5) Đề xuất giải pháp kỹ thuật giảm phát thải CH4 N2O sở kết nghiên cứu thu 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu: 2.3.1 Thu thập thông tin điều tra khảo sát - Số liệu thứ cấp (điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, sản xuất nông nghiệp canh tác lúa) thu thập từ quan chuyên ngành như: Tổng cục Thống kê, Bộ Nông nghiệp PTNT, Sở Nông nghiệp PTNT tỉnh Nam Định - Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Nam Định: Sử dụng kết điều tra Viện Thổ nhưỡng Nơng hóa (2016) - Số liệu khí tượng: Thu thập từ 04 trạm khí tượng (Nam Định, Thái Bình, Ninh Bình, Văn Lý) năm 2014-2015 - Số liệu sơ cấp: Thu thập thông qua điều tra nhanh nông dân vào tháng 34/2014 với 80 hộ điểm thuộc huyện lựa chọn 2.3.2 Thí nghiệm đồng ruộng 2.3.2.1 Địa điểm thời gian thực thí nghiệm Các thí nghiệm đồng ruộng tiến hành hai vụ Vụ mùa 2014 Vụ Xuân 2015 thị trấn Thịnh Long, huyện Hải Hậu thị trấn Rạng Đông, huyện Nghĩa Hưg 2.3.2.2 Bố trí thí nghiệm - Thí nghiệm bố trí theo kiểu khối hồn chỉnh (CBD) với lần nhắc lại, kích thước thí nghiệm 20 m2 (5mx4m) với lần nhắc lạ nhằm đánh giá ảnh hưởng phân bón đến phát thải CH4 N2O - Thí nghiệm bố trí với yếu tố: + Ảnh hưởng phân đạm chậm tan đến phát thải CH4, N2O đến suất lúa, sử dụng loại phân giảm phân giải chậm + Ảnh hưởng phân hữu đến phát thải CH4, N2O đến suất lúa, sử dụng công thức kết hợp phân vô nông dân sử dụng kết hợp với phân ủ than sinh học 2.3.3 Quan trắc, lấy mẫu đo đạc 2.3.3.1 Quan trắc yếu tố môi trường, sinh trưởng suất lúa - Tính chất đất; - Độ mặn nước ruộng - Các tiêu sinh trưởng, phát triển lúa: - Lượng phát thải khí CH4, N2O đo lần/vụ vào giai đoạn hồi xanh, đẻ nhánh rộ, làm đòng, trỗ chín sữa 2.3.3.2 Lấy mẫu khí Thu mẫu khí phương pháp sử dụng buồng kín (Mai Văn Trịnh, 2016) với đợt lấy mẫu, đợt lấy lần lặp lại lần Tổng số mẫu cơng thức thí nghiệm vụ 1.260 mẫu 2.3.3.3 Phương pháp phân tích khí Phương pháp phân tích khí: Sử dụng máy sắc kí khí Bruker 450-GC 2011với đầu dẫn FID (phân tích CH4) ECD (phân tích N2O) gắn với máy vi tính 2.3.4 Phƣơng pháp mơ hình hố - Mơ hình DNDC phiên 9.5 sử dụng cho nghiên cứu DNDC dạng mơ hình sinh địa hóa đất, cho phép dự báo lượng các-bon giữ lại đất, phát thải khí nhà kính (CH4, N2O ) từ hệ sinh thái nông nghiệp - Mô hình DNDC có chế độ chạy: theo điểm (site mode) theo vùng (regional mode) * Các liệu đầu vào mơ hình: liệu khí tượng thủy văn (nhiệt độ, lượng mưa, tốc độ gió, xạ mặt trời, độ ẩm); liệu canh tác (giống, thời gian gieo cấy, phân bón, tưới nước, thu hoạch…); liệu đất đai (pH, tỷ trọng, TPCG, hàm lượng OC…) * Các liệu đầu mơ hình: Lượng phát thải khí CH4, N2O đơn vị diện tích canh tác lúa, nhiều số khác liên quan đến OC, Eh, độ ẩm đất… 2.3.5 Hệ thống thông tin địa lý phƣơng pháp đồ Phương pháp xây dựng đồ: - Phân tích chồng xếp hiển thị 2.3.6 Phƣơng pháp xử lý thống kê Số liệu điều tra thí nghiệm xử lý thống kê phần mềm thống kê SPSS (Ver.19) Statistic 9.0 Đồ thị vẽ chương trình Excel Bảng 0.3 Ảnh hƣởng phân đạm chậm tan đến lƣợng phát thải N2O Lƣợng phát thải N2O thay đổi so đối chứng (urea thƣờng), % Công thức thí nghiệm Vụ mùa 2014 Vụ xuân 2015 Tổng vụ Thịnh Long Rạng Đông Thịnh Long Rạng Đông Thịnh Long Rạng Đơng Do bón đạm xanh -17,6 -37,5 -10,5 -11,5 -13,85 -25,43 Do bón đạm vàng -29,1 -42,7 -14,8 -6,2 -23,81 -25,44 3.2.3 Ảnh hƣởng phân đạm chậm tan đến tổng lƣợng phát thải KNK ruộng lúa Số liệu tổng hợp phát thải qui CO2e cho thấy, trung bình phát thải CH4, N2O ruộng lúa Nam Định biến động khoảng 17-23 CO2e/ha/năm, chủ yếu CH4, gấp hàng trăm lần phát thải N2O qui CO2e Bón đạm chậm tan không làm ảnh hưởng nhiều đến phát thải CH4 song giảm có ý nghĩa với N2O, mức độ giảm vụ mùa cao nhiều so với vụ xuân (22,5 lần) Về tổng thể, đất phù sa, bón đạm xạnh đạm vàng làm giảm phát thải N2O mức 13,8 21,3% mức giảm đạt 25,4 25,7% đất phù sa nhiễm mặn Do vậy, tất đạm bón cho lúa (khoảng 1,7 triệu tấn/năm) đạm chậm tan lượng phát thải N2O giảm 143-252 ngàn CO2e/năm 3.3 Ảnh hƣởng chất hữu đến phát thải khí nhà kính từ đất lúa Nam Định 3.3.1 Ảnh hƣởng chất hữu đến cƣờng độ phát thải CH4 canh tác lúa *Vụ mùa 2014 Cường độ phát thải CH4 cao ghi nhận đất phù sa có thành phần giới nặng Thịnh Long 70.57mg CH4/m2/h, đất phù sa nhiễm mặn, thành phần giới nhẹ Rạng Đơng cường độ phát thải khí mêtan cao 93,8 mg CH4/m2/h Bón phân ủ với liều lượng 10 tấn/ha làm tăng phát thải CH lên 1,6 lần Thịnh Long 1,8 lần Rạng Đơng so với đối chứng Bón NPK kết hợp 10 phân ủ cho tổng phát thải cao nhất, đạt 894kg CH 4/vụ đạt cường độ phát thải cao thời kỳ so với công thức khác Bón phân ủ cho cường độ phát thải cao tăng dần theo thời gian sinh trường, đó, than sinh học cho hiệu giảm phát thải CH cao nhất, giảm so khơng bón phân 4,4%, giảm so bón NPK 42,16% giảm so bón NPK+phân ủ 56,26% Hình 0.9 Ảnh hƣởng phân bón chất hữu đến cƣờng độ phát thải CH4 Thịnh Long, vụ mùa 2014 Phát thải CH4 Rạng Đơng có quy luật tương tự đất phù sa Thịnh Long, cường độ phát thải CH4 cao ghi nhận công thức bón phân ủ đạt tới 93,83mg CH4/m2/h, cao khơng bón phân thời điểm (66 ngày sau cấy) tới gần lần Về giá trị tuyệt đối, bón NPK phân ủ cho phát thải CH4 cao nhất, đạt 886kg CH4/vụ, không khác biệt so với phát thải công thức Thịnh Long (894kg CH4/vụ) Hình 0.10 Ảnh hƣởng phân bón chất hữu đến cƣờng độ phát thải CH4 Rạng Đông, vụ mùa năm 2014 Áp dụng thêm phân ủ với tỷ lệ 10 t/ha với NPK cho lúa làm tăng tỷ lệ phát thải CH4 lên 1,3 lần Thịnh Long (đất có thành phần giới nặng) Rạng Đơng (đất có thành phần giới nhẹ) so với bón phân NPK Một kết hợp khác NPK than sinh học (4.150kg/vụ) làm tăng phát thải CH4 lên 1,1 lần hai loại đất Tuy nhiên, sử dụng bón NPK, phân ủ biochar, lượng phát thải CH4 tăng lên từ 13-16% hai loại đất so với bón NPK, thấy kết hợp than sinh học phân ủ làm giảm từ 10-15% lượng CH4 phát thải từ phân ủ *Vụ xuân 2015 Hình 0.11 Ảnh hƣởng phân bón chất hữu đến cƣờng độ phát thải CH4 Thịnh Long, vụ xn 2015 Hình 0.12 Ảnh hƣởng phân bón chất hữu đến cƣờng độ phát thải CH4 Rạng Đông, vụ xuân 2015 Kết đo phát thải đất phù sa Thịnh Long Rạng Đơng (Hình 3.19 3.20), cường độ phát thải CH4 tăng dần tất công thức đạt cực đại thời điểm 64 ngày sau cấy sau giảm dần hai loại đất Cường độ phát thải cao ghi nhận cơng thức bón NPK phân ủ (NPK+Comp) Cường độ phát thải CH4 vụ xuân thấp nhiều vụ mùa loại đất Về tổng lượng phát thải CH4 (Bảng 3.29 3.30) cho thấy, lượng phát thải CH4 khơng có khác biệt nhiều hai loại đất nghiên cứu vụ thí nghiệm Sự khác biệt rõ ràng phát thải vụ mùa cao vụ xuân nhiều từ 2-3 lần Trong vụ mùa, lượng phát thải cao ghi nhận công thức NPK Phân ủ (886-894 kg CH4/ha/vụ) thấp công thức bón NPK (676-692 kgCH4/ha/vụ) Cịn vụ xn, lượng phát thải cao ghi nhận công thức NPK Phân ủ, song 401-449kg CH4/ha/vụ) thấp cơng thức bón NPK với 291-297 kg CH4/ha/vụ) Bón than sinh học chưa thấy có tác dụng rõ ràng việc giảm phát thải CH4 Bảng 0.4 Thay đổi phát thải CH4 dƣới tác động phân hữu so với đối chứng hai vụ hai địa điểm nghiên cứu Thay đổi phát thải CH4 so với đối chứng (%) Công thức Vụ mùa Vụ xuân Thịnh Long Rạng Đông Thịnh Long Rạng Đông NPK 0 0 NPK Phân ủ +32,3 +28,0 +54,3 + 35,2 NPK TSH +10,4 +7,4 +12,0 + 3,4 NPKPhân ủ TSH +12,6 +16,3 +42,0 +30,6 Kết nghiên cứu cho thấy phát thải KNK công thức bón phân hữu theo thứ tự NPK + COMP > NPK + COMP + Biochar > NPK + Biochar > NPK Như cơng thức bón kết hợp phân hữu (phân compost) có lượng CH phát thải toàn vụ cao 401- 449 kg CH4/ha (tăng 35% so với đối chứng) 3.3.2 Ảnh hƣởng chất hữu đến cƣờng độ phát thải N2O canh tác lúa Có thể thấy vụ mùa (Hình 3.21 3.22), điều kiện nhiệt độ cao, ngập nước thường xuyên, chất hữu phân hủy mạnh nên đất lúa chủ yếu phát thải CH4 phát thải N2O không đáng kể, không thấy khác biệt cường độ phát thải N2O hai điểm nghiên cứu Kết chúng tơi hồn tồn phù hợp với cơng bố R.Wassman (2013) Hình 0.13 Ảnh hưởng phân bón chất hữu đến cường độ phát thải N2O Thịnh Long vụ mùa 2014 Hình 0.14 Ảnh hưởng phân bón chất hữu đến cường độ phát thải N2O Rạng Đông vụ mùa 2014 Trong vụ xn, cơng thức có ảnh hưởng định đến cường độ phát thải N2O, mức độ không lớn Qui luật tương tự hai loại đất cường độ phát thải N2O tăng dần đạt cực đại thời điểm 53 ngày sau cấy, tức lúa vào giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng mãnh liệt sau giảm dần mức đầu vụ Tuy nhiên, cường độ phát thải N2O cao ghi nhận công thức bón NPKPhân ủ TSH đạt mức 0,8mg N2O/m2/h, cao 30% so với công thức khác Tại điểm Rạng Đông, đất phù sa nhiễm mặn, mức độ phát thải cực đại thấp hơn, đạt 0,5mg N2O/m2/h chênh lệch với công thức khác không nhiều Nguyên nhân ảnh hưởng đối kháng ion Na+ có đất mặn ion NH4+ đất, với việc Na+ làm cho pH nước tăng, làm cho việc đạm qua bay dạng NH3 xảy nhanh hơn, không đủ để chuyển hóa thành N2O (Ali, et al., 2012) Hình 0.15 Ảnh hưởng phân bón chất hữu đến cường độ phát thải N2O Thịnh Long vụ xn năm 2015 Hình 0.16 Ảnh hưởng phân bón chất hữu đến cường độ phát thải N2O Rạng Đông vụ xuân năm 2015 Về giá trị tuyệt đối (Bảng 3.25), vụ mùa, phân tích cường độ phát thải, chưa phát qui luật ảnh hưởng phân hữu than sinh học đến phát thải N2O vụ Trên đất phù sa nhiễm mặn, tổng lượng phát thải khí N2O cao cơng thức bón NPK (thơng thường nơng dân bón) đạt 0,938 kg N2O/ha/vụ; tổng lượng phát thải N2O tích lũy thấp 0,570 kg N2O/ha/vụ bón NPK+phân ủ vụ xuân 0,633 kg N2O/ha/vụ vụ mùa Như NPK, bón loại vật liệu hữu cơ, than sinh học có xu hướng giảm lượng phát thải N2O, nhiên cần nghiên cứu thêm để khẳng định khả Bảng 0.5 Thay đổi phát thải N2O dƣới tác động phân hữu so với đối chứng hai vụ hai địa điểm nghiên cứu Thay đổi phát thải N2O so với đối chứng (%) Công thức Vụ mùa Thịnh Long Vụ xuân Rạng Đông Thịnh Long 0 NPK Phân ủ 31,26 -39,23 2,11 -27,82 NPK TSH 36,47 -35,50 -29,10 -8,21 NPKPhân ủ TSH -4,37 -36,99 47,26 -19,50 NPK Rạng Đông 3.3.3 Ảnh hƣởng chất hữu đến tổng lƣợng phát thải KNK (tiềm nóng lên tồn cầu) Tổng lượng phát thải KNK tính tiềm nóng lên tồn cầu (GWP), thơng qua việc quy đổi tất loại khí CO2 tương đương (CO2e) Việc bón bổ sung phân khống NPK với loại phân hữu khác phân ủ, than sinh học làm tăng GWP so với bón NPK, theo thứ tự sau: NPK Urea 46A+ (0,439) Tổng lượng phát thải N2O biến động từ 0,619-0,931kg N2O/ha/vụ điều kiện bón 100-110kgN/ha dạng urea thường 0,439-0,758kg N2O/ha/vụ bón urea 46A+ Trong vụ Mùa, nhiệt độ cao, bay NH cao nên sử dụng Urea 46A+ có tác dụng làm giảm phát thải cách rõ rệt Mức độ giảm phát thải N2O tới 42,7% đất phù sa nhiễm mặn Trong vụ Xuân, nhiệt độ thấp nên sai khác bón đạm thường đạm vàng không cao vụ mùa, dao động khoảng 6,2 - 14,8% Việc giảm phát thải N2O lượng bón đạm cơng thức Urea 46A+ (đạm vàng) thấp urea thường 25% Bón loại vật liệu hữu (phân ủ, than sinh học) có ảnh hưởng rõ rang đến phát thải KNK, đặc biệt CH4 Trên đất phù sa nhiễm mặn, bón NPK+ phân ủ phát thải CH4 tăng gấp 1,7 lần so với công thức đối chứng (chỉ bón NPK) Phát thải khí CH4 cao cơng thức bón phân ủ kết hợp với NPK; bón thêm than sinh học phát thải CH4 giảm dần Chỉ bón phân khống (NPK) mức phát thải mê tan thấp Đối với phát thải N2O ngược lại, tổng lượng phát thải khí N2O tích lũy cao bón NPK (mức thơng thường nơng dân) phát thải 0,938 kg N/ha/vụ; tổng lượng phát thải N2O tích lũy thấp cơng thức bón than sinh học, thứ tự 0,570 kg N2O /ha/vụ xuân 0,633 kg N2O /ha/vụ vụ mùa Sử dụng phân bón chậm tan với liều lượng đạm thấp nông dân từ 25-50% song không làm giảm suất, thể vai trò chất ức chế hoạt động urease vừa tiết kiệm chi phí cho nông dân vừa giảm phát thải KNK, hạn chế ô nhiễm nguồn nước mặt nước ngầm Kiến nghị Mơ hình DNDC để tính lượng phát thải KNK canh tác lúa nước qui mô tỉnh khảng định tính xác, đề nghị tỉnh triển khai ứng dụng mơ hình để mơ phát thải KNK đến cấp huyện để cung cấp sở cụ thể cho điều hành sản xuất nông nghiệp bon thấp lồng ghép BĐKH vào qui hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế xã hội địa phương Vai trò phân đạm chậm tan rõ, khía cạnh kinh tế môi trường địa phương cần xây dựng chương trình ứng dụng rộng rãi loại phân Than sinh học vừa làm tăng suất lúa vừa giảm phát thải KNK, chon lấp bon, nhiên công nghệ sản xuất than sinh học chưa cho phép sản xuất qui mô lớn, giá thành thấp, vậy, địa phương cần phối hợp sở nghiên cứu để phát triển công nghệ sản xuất than sinh học cho tỉnh CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Ngo Duc Minh, Mai Van Trinh, Reiner Wassmann, Bjorn Ole Sander, Tran Dang Hoa, Nguyen Le Trang, Nguyen Manh Khai (2015), “Simulation of Methane Emission from Rice Paddy Fields in Vu Gia-Thu Bon River Basin of Vietnam with the DNDC Model: Field Validation and Sensitivity Analysis”, VNU Journal of Science: Earth and Environmental Sciences Vol 31 (1), pp 36-48 Ngo Duc Minh, Mai Van Trinh, Tran Dang Hoa, Hoang Trong Nghia, Nguyen Manh Khai, Nguyen Le Trang, Bjorn Ole Sander, Reiner Wassmann (2016), “Modelling Nitơ-ơxít (N2O) emission from rice field in impacts of farming practices: A case study in Duy Xuyen district, Quang Nam province (Central Vietnam)”, Journal of Vietnamese Environment (J Viet Env) – Special Issue (4), pp.223-228 DOI: 10.13141/jve.vol8.no4.pp223-228 Published online by Technische Universität Dresden ISSN 2193-6471 https://oa.slub-dresden.de/ejournals/jve Nguyễn Văn Bộ, Mai Văn Trịnh, Bùi Thị Phương Loan, Lê Quốc Thanh, Phạm Anh Cường, Nguyễn Lê Trang (2016) “UREA-AGROTAIN phát thải khí nhà kính”, Hội nghị Khoa học trồng Quốc gia lần thứ 2, Cần Thơ 11-12/8/2016, Viện KHNNVN, Nhà Xuất Nông nghiệp, tr 80-85 Mai Văn Trịnh, Bùi Thị Phương Loan, Vũ Dương Quỳnh, Vũ Đình Tuấn, Lục Thị Thanh Thêm, Nguyễn Lê Trang (2016) “Bước đầu nghiên cứu ảnh hưởng loại phân bón hữu khác đến phát thải nhà kính ruộng lúa vụ mùa, đất phù sa phù sa nhiễm mặn tỉnh Nam Định”, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nông thôn, số tháng 10 năm 2016, tr 71-78 Lục Thị Thanh Thêm, Nguyễn Lê Trang, Mai Văn Trịnh (2016) “ ng dụng mơ hình DNDC tính tốn phát thải khí nhà kính canh tác lúa nước đất phù sa, đất mặn vùng đồng ven biển tỉnh Nam Định”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 71, tr 82-87 Nguyễn Lê Trang, Bùi Thị Phương Loan, Mai Văn Trịnh, Nguyễn Văn Bộ, Nguyễn Thu Thủy (2018), “Nghiên cứu ảnh hưởng loại vật liệu hữu đạm chậm tan đến suất lúa phát thải khí nhà kính đất phù sa nhiễm mặn huyện Nghĩa Hưng, tỉnh Nam Định”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam, 91, tr 100-105 Nguyen Le Trang, Bui Thi Thu Trang, Mai Văn Trinh, Nguyen Tien Sy, Nguyen Manh Khai (2019), “Application of DNDC Model for Mapping Greenhouse Gas Emission from Paddy Rice Cultivation in Nam Dinh Province”, VNU Journal of Science: Earth and Environmental Sciences Vol 35 (2), pp 23-32 ... cứu phát thải khí nhà kính hệ thống canh tác lúa nước Nam Định đề xuất giải pháp giảm thiểu? ?? nhằm góp thêm giải pháp thực NDC Việt Nam giảm 8% KNK nguồn lực nước 25% với hỗ trợ quốc tế Nghiên cứu. .. toàn tỉnh Nam Định iii) Đánh giá tiềm giảm phát thải CH4, N2O biện pháp canh tác cải tiến xây dựng; từ đề xuất số giải pháp giảm thiểu phát thải CH4, N2O tiềm 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối... i) Nghiên cứu ảnh hưởng loại phân đạm chậm tan, vật liệu hữu đến phát thải khí nhà kính (CH4, N2O) hệ canh tác lúa nước Nam Định ii) Mơ tính toán lượng CH4, N2O phát thải từ hệ thống trồng có lúa