Bài viết này tập trung vào việc sử dụng mô hình DeNitrification & DeComposition để phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa nước ở đồng bằng sông Cửu Long(ĐBSCL), Việt Nam. Địa điểm nghiên cứu này thuộc xã Hậu Mỹ Bắc B (HMBB), tỉnh Tiền Giang - một vùng sản xuất lúa điển hình với 3 vụ/năm ở đồng bằng sông Cửu Long. Mời các bạn cùng tham khảo!
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Số 44, 2020 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DNDC TÍNH TỐN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HOẠT ĐỘNG CANH TÁC LÚA NƢỚC TẠI HUYỆN CÁI BÈ-TIỀN GIANG KHUONG DINH VAN1, TRANG HOANG2, LE HUNG ANH1, VERA SUSANNE ROTTER2 Institute of Environmental Science, Engineering and Management, Industrial University of Ho Chi Minh City (IUH), Ho Chi Minh City, Vietnam Department of Environmental Technology, Chair of Circular Economy and Recycling Technology, TU Berlin, 10623 Berlin, Germany vanc4vt@yahoo.com.vn Tóm tắt Ở Việt Nam, canh tác lúa nước chịu trách nhiệm lớn phát thải khí nhà kính quốc gia Gần đây, việc sử dụng mơ hình để mơ ước lượng phát thải từ cánh đồng lúa nhà khoa học ý tính cấp thiết khó khăn thực đo đạc thực địa Mơ hình DeNitrification & DeComposition (DNDC) thường sử dụng để mơ hình phát thải khí nhà kính từ cánh đồng lúa số nước phát triển mô hình DNDC riêng họ Tuy nhiên, chưa có phiên mơ hình DNDC riêng cho Việt Nam Nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng mơ hình DNDC để phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa nước đồng sông Cửu Long(ĐBSCL), Việt Nam.Địa điểm nghiên cứu thuộc xã Hậu Mỹ Bắc B (HMBB), tỉnh Tiền Giang - vùng sản xuất lúa điển hình với vụ / năm ĐBSCL Để thực nghiên cứu này, thơng tin khí hậu địa phương hoạt động canh tác nghiên cứu thực địa năm từ 05/03/2017 đến 04/03/2018 (365 ngày) thu thập, liệu điều kiện thực tế tìm thấy cánh đồng lúa nhập vào mơ hình sau để ước tính lượng khí thải nhà kính từ canh tác lúa năm Nghiên cứu phân tích độ nhạy mơ hình DNDC điều chỉnh với biến thể yếu tố khác bao gồm ba nhóm liệu khí hậu, kết cấu đất phương pháp canh tác Kết tính toán cho thấy, năm hoạt động canh tác lúa nước xã HMBB thải lượng khí thải CH4 N2O ước tính 8311 kg CO 2eq/ha and 8208 CO eq/ha Phân tích độ nhạy cho thấy phát thải CH bị ảnh hưởng đáng kể yếu tố thời gian ngập nước trình tưới phát thải N2O bị ảnh hưởng yếu tố tính chất đất đất bao gồm cacbon hữu đất (SOC) pH Các yếu tố lượng mưa trung bình hàng ngày tổng lượng phân bón NPK 20-20-15 TE sử dụng năm có tác động khơng đáng kể Kết nghiên cứu tương đồng với số nghiên cứu khác thực Việt Nam Do cần phải thực thêm nhiều nghiên cứu mơ hình DNDC để kiểm tra độ phù hợp việc mơ phát thải khí nhà kính Việt Nam để xây dựng phiên rành riêng cho Việt Nam Từ khố: DNDC, khí nhà kính1, mơ hình, lúa nước, Việt Nam, CH4, N2O ESTIMATE GREENHOUSE GAS EMISSION FROM RICE FIELD IN CAI BE DISTRICT, TIEN GIANG PROVINCE WITH DNDC Abstract In Vietnam, rice cultivation plays an important role in the national greenhouse gas emission Re-cently, using models to simulate and estimate emission from rice paddies has been received atten-tion from scientists due to the low labor-demand and fewer difficulties comparing to field meas-urements DeNitrification & DeComposition (DNDC) model is commonly used to model green-house gas emissions from rice fields and several countries have developed their own DNDC models However, the DNDC model version, which can simulate the emission from paddy field specified for Vietnam is not yet available This study focuses on using the DNDC model to estimate greenhouse gas emissions from irrigated rice cultivation in Mekong Delta, Vietnam The site study of this research is Hậu Mỹ Bắc B commune (HMBB), Tien Giang province - a typical rice production area with crops per year in Mekong Delta To conduct this study, the information on local © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DNDC TÍNH TỐN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HOẠT ĐỘNG CANH TÁC LÚA NƯỚC TẠI HUYỆN CÁI BÈ-TIỀN GIANG 119 climate and farming practices in the site study in one year from 05/03/2017 to 04/03/2018 were collected as model input data The DNDC model was adjusted according to the conditions found in the local rice paddies This model was used to simulate and estimate green-house gas emissions from rice cultivation in year This study also analyzed the sensitivity of the model to the variations of different factors including climate data, soil textures, and farming methods The simulated results show that the year CH4 and N 2O emission from the rice field in HMBB was 8311 kg CO 2eq/ha and 8208 CO2 eq/ha respectively Sensitivity analysis indicated that CH4 emissions were significantly influenced by temperature and flooding time while N 2O emission was influenced by soil characteristics including soil pH, soil organic carbon and soil texture Daily precipitation and the total amount of mineral fertilizer used per year have negligible effects on green-house gas emissions from the rice field Further research is needed to develop the Vietnam-DNDC model Key works: DNDC, greenhouse gas, model, rice field, Vietnam, CH 4, N2O GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan Nông nghiệp ngành quan trọng Việt Nam Năm 2017, giá trị sản xuất nơng nghiệp đạt khoảng 786 nghìn tỷ đồng, tăng 2,9% so với năm 2016 chiếm 15,34% tổng sản phẩm quốc nội Việt Nam (Social and economic situation, 2017) Tuy nhiên, tỷ trọng việc làm ngành nông nghiệp cao nhiều so với tỷ trọng nông nghiệp GDP; Vào năm 2017, khoảng 40,3% lực lượng lao động tham gia vào nông nghiệp, lâm nghiệp ngư nghiệp (Social and economic situation, 2017) Có thể nói rằng, nơng nghiệp đóng góp tỷ trọng nhỏ GDP quốc gia tạo lượng lớn công ăn việc làm Sản xuất lúa gạo Việt Nam đồng sông Cửu Long đồng sơng Hồng đóng vai trị quan trọng việc cung cấp lương thực nước cho kinh tế quốc gia Việt Nam vùng nơng nghiệp có sản lượng cao giới nước xuất lớn thứ hai (sau Thái Lan) nước tiêu thụ gạo lớn thứ giới ((FAO), 2018) Ngoài ra, đồng sông Cửu Long trung tâm sản xuất lúa gạo đất nước Xuất gạo dự báo mức 7,2 triệu năm dương lịch 2018, tăng 14% so với năm 2017, nhu cầu cao từ nước nhập truyền thống ((FAO), 2018) Đất nơng nghiệp nguồn phát thải khí nhà kính nitơ ơ-xit (N 2O), carbon dioxide (CO2) metan (CH4) Nguồn phát thải tạo từ hoạt động sinh học phụ thuộc vào vô số tương tác phức tạp Hiểu tầm quan trọng tác động người q trình phát thải khí nhà kính từ đất sản xuất quan trọng để giảm thiểu tác động tiêu cực biến đổi khí hậu tiếp tục sản xuất nông nghiệp để đảm bảo lương thực cho lượngdân số ngày tăng Lượng khí thải hàng năm từ nông nghiệp Việt Nam tương đương với 65 triệu CO2, chiếm 43% tổng lượng khí thải nhà kính (Vietnam's Second National Communication to the United Nation Framework Convention on Climate change, 2010) Phát thải chủ yếu từ trồng lúa nước, chất thải chất thải động vật Dự báo lượng phát thải vào năm 2030 tiếp tục tăng gần 30% (hội thảo “Sử dụng hiệu phế phụ phầm nông nghiệp để cải thiện độ phì đất, tăng suất trồng giảm phát thải khí nhà kính”, 2012) Phương pháp phổ biến dùng để ước tính phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa nước thường sử dụng hướng dẫn IPCC (Uỷ ban liên phủ biến đổi khí hậu) với hệ số phát thải có sẵn hệ số phát thải đặc trưng quốc gia , việc sử dụng hệ số có sẵn dẫn đến sai số kết tính tốn (Keith Paustian et al, 2006) Hệ số phát thải đặc trưng vùng đo cách kết hợp hộp kín để lấy mẫu khí sử dụng GC (Sắc kí khí- Gas Chromatography) Tuy nhiên, phương pháp địi hỏi nhiều cơng sức, nhân lực bị ảnh hưởng điều kiện thời tiết Mô hình Denitrification-Decomposition (DNDC) mơ hình sinh địa hố, cho phép dự báo lượng các-bon đất, thất nitơ, phát thải số khí nhà kính CO 2, CH4 từ hệ sinh thái nông nghiệp Mơ hình xây dựng với thơng số đầu vào bao gồm tính chất vật lý hóa học đất, liệu khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm, ), thông số trồng lịch gieo sạ, tưới tiêu, thu hoạch, phương pháp bón phân Mơ hình dựa nhiều phương trình sinh hóa thực điều kiện môi trường khác hiếu khí, kỵ khí Cấu trúc mơ hình bao gồm hai thành phần: (1) thành phần bao gồm mơ hình phụ mơ hình khí hậu, đất, trồng mơ hình phân hủy; (2) thành phần © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 120 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DNDC TÍNH TỐN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HOẠT ĐỘNG CANH TÁC LÚA NƯỚC TẠI HUYỆN CÁI BÈ-TIỀN GIANG bao gồm mơ nitrat hóa, khử nitrat oxi hóa khử Thành phần (1) sử dụng để đánh giá nhiệt độ, độ ẩm, khả oxy hóa khử đất biến đổi cấu hình đất, suất trồng, ước tính hàm lượng carbon từ thực vật Các thơng số bị ảnh hưởng khí hậu, đất, suất trồng hoạt động người Thành phần thứ hai (2) ước tính lượng phát thải CO 2, CH4, NH3, NO, N2O, N2 từ hệ thống nông nghiệp Mối quan hệ chu trình khí hóa sinh học yếu tố carbon, nitơ sinh thái mơ hình hóa mơ hình DNDC Dựa cấu trúc mơ hình DNDC, liệu đầu vào mơ hình bao gồm điều kiện khí hậu, đất đai, trồng canh tác Chuẩn bị đầy đủ xác liệu đầu vào có ảnh hưởng lớn đến kết ước tính đầu Một số quốc gia có phiên phần mềm dựa DNDC riêng họ phát triển từ DNDC, chẳng hạn UK-DNDC, New Zealand-DNDC, EFEM-DNDC, Crop-DNDC, Wetland-DNDC, Forest-DNDC, ForestDNDC-Tropica, DNDC, Có thể thấy mơ hình DNDC áp dụng việc ước tính khí nhà kính từ canh tác lúa, mơ hình DNDC phát triển áp dụng nước phát triển giới Việc sử dụng mơ hình DNDC để xác định khí nhà kính CH4 N2O phát từ phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa nước nghiên cứu rộng rãi giới Tuy nhiên, nghiên cứu vấn đề Việt Nam cịn hạn chế Vì vậy, nghiên cứu nghiên cứu bước đầu phát thải khí nhà kính từ cánh đồng lúa thơng qua mơ hình DNDC ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Khu vực nghiên cứu - Địa điểm: Xã Hậu Mỹ Bắc B (HMBB), huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang, Việt Nam - Địa lý: Xã Hậu Mỹ Bắc B nằm phía bắc huyện Cái Bè, giáp hai tỉnh Đồng Tháp Long An với tuyến tỉnh lộ 865 kênh Nguyễn Văn Tiếp qua Con kênh kết nối huyện phía tây tỉnh Tiền Giang với tỉnh Đồng Tháp - Địa hình: Địa hình có đặc điểm huyện Cái Bè, địa hình liên tục rải rác thường xuyên tạo thành đồng với bề mặt phẳng Xã có địa hình thấp so với toàn huyện Chiều cao thay đổi từ - +0,6 đến + 1m (tỉnh Tiền Giang, 2019) Với địa hình thấp đất phẳng thích hợp cho trồng lúa, thuận lợi cho phát triển nông nghiệp - Khí hậu: Hậu Mỹ Bắc B nằm khu vực đồng sơng Cửu Long, có đặc điểm khí hậu đồng bằng, chịu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới gió mùa, khí hậu chia thành hai mùa rõ ràng suốt năm: mùa khơ mùa mưa Nhiệt độ trung bình năm 27,90⁰ C, cao 38,90⁰ C, thấp 14⁰ C Lượng mưa trung bình hàng năm cao, dao động2.200 mm/năm (tỉnh Tiền Giang, 2019) - Đặc điểm canh tác lúa: Ở xã HMBBlúa canh tác ba vụ/năm Mỗi vụ có thời gian, điều kiện canh tác điều kiện thời tiết khác 2.2 Dữ liệu đầu vào 2.2.1 Đất canh tác Mẫu đất canh tác lúa thu thập từ địa bàn nghiên cứu Các đặc tính mẫu đất xác định theo phương pháp liệt kê bảng sau: STT TÊN CHỈ TIÊU Tính chất đất (soil texture) pH SOC (soil organic carbon) Thành phần giới (car1, sét , bùn) Độ ẩm N bề nặt ban đầu Nitrate NO3Ammonium NH4+ Bảng Các tiêu phân tích mẫu đất PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐƠN VỊ TCVN 6862:2000 TCVN 8941:2011 TCVN 8567:2000 % % TCVN 4080:2011 % TCVN 5255:2009 TCVN 5255:2009 mg/100g đất mg/100g đất 2.2.2 Điều kiện canh tác mùa vụ Dữ liệu thử nghiệm thực địa liệu trồng thu thập cách vấn chủ hộ nông dân kết hợp hoạt động thu thập thông tin khu vực tài liệu tham khảo © 2020 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DNDC TÍNH TỐN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HOẠT ĐỘNG CANH TÁC LÚA NƯỚC TẠI HUYỆN CÁI BÈ-TIỀN GIANG 121 2.2.3 Dữ liệu khí hậu Dữ liệu thời tiết thu thập từ trạm khí tượng Cái Bè Theo yêu cầu mơ hình DNDC, liệu đầu vào tổ hợp sau - Ngày Julius, nhiệt độ trung bình, lượng mưa - Ngày Julius, nhiệt độ tối đa, nhiệt độ tối thiểu, lượng mưa - Ngày Julius, nhiệt độ tối đa, nhiệt độ tối thiểu, lượng mưa, xạ - Ngày Julius, nhiệt độ tối đa, nhiệt độ tối thiểu, lượng mưa, tốc độ gió - Ngày Julius, nhiệt độ tối đa, nhiệt độ tối thiểu, lượng mưa, tốc độ gió, xạ, độ ẩm - Ngày Julius, nhiệt độ tối đa, nhiệt độ tối thiểu, lượng mưa, tốc độ gió, độ ẩm, - Ngày Julius, nhiệt độ tối đa, nhiệt độ tối thiểu, lượng mưa, độ ẩm Trong nghiên cứu này, tổ hợp thứ hai lựa chọn 2.3 Chạy mơ hình Sau thu thập liệu đầu vào cần thiết, cần thực số bước để mơ hình xác định đọc liệu đầu vào 2.3.1 Chuẩn bị liêu chạy mơ hình Sau thu thập liệu, cần hiệu chỉnh liệu cho mô hình đọc Trong đó, tệp liệu thời tiết có cần định dạng thành ba cột: ngày ( từ ngày tới ngày thứ 365-Jdays), nhiệt độ cao ngày (Tmax), nhiệt độ thấp ngày (Tmin), độ ẩm (Prec) Sau chuyển đối file thành định dạng text (.txt) Sau đó, nhập liệu sau vào mơ hình theo cách sau: - Điều kiện tự nhiên: vị trí, vĩ độ, file thời tiết định dạng lại (trong trường hợp JdayTmax- Tmin-Prec Nhiệt độ cao ngày-Nhiệt độ thấp ngày-Độ ẩm trung bình ngày) - Tính chất đất: chọn phân loại đất (theo thành phần giới) , sau nhập tiêu mẫu đất trường phân tích phịng thí nghiệm vào trống hộp thoại thông tin - Thông tin canh tác: nhập thơng tin số năm chạy mơ hình, số vụ lúa năm, thời gian liều lượng lần bơm tưới-tiêu, bón phân, Thực lưu tệp đầu vào sau nhấn nút chạy, mơ hình chạy khoảng thời gian đưa kết quả.Ta truy xuất kết tổng năm cửa sổ làm việc mơ hình xem kết chi tiết ngày 365 ngày tệp Excel tệp “Result” thư mục DNDC Kết đầu Excel xử lý, tìm thấy lỗi quy trình nhập có Ngồi ra, dùng cơng cụ vẽ biểu đồ Excel để có chế độ xem trực quan hơn, dễ dàng để phân tích, giải thích xử lý liệu 2.3.2 Lựa chọn yếu tố để đánh giá độ nhạy cảm mơ hình Kịch sở đặt dựa điều kiện khí hậu, đất đai quản lý thực tế canh tác lúaở xã Hậu Mỹ Bắc B Thử nghiệm độ nhạy mơ hình thực cách thay đổi tham số đầu vào phạm vi quan sát.Đối với khí hậu, tham số chọn nhiệt độ lượng mưa Đối với tính chất đất, tham số chọn bao gồm hàm lượng carbon hữu đất (SOC), thành phần giới đất, pH mật độ khối, Đối với hoạt động canh tác, tham số bao gồm chế độ nước, quản lý dư lượng, tỷ lệ áp dụng phân bón Ni tơ, Các tham số thay đổi thay đổi tham số tất tham số cịn lại mơ hình phải giữ ngun giống với kịch sở Trong xu hưởng tăng nhiệt độ tượng nóng lên tồn cầu trung bình thập kỉ, nhiệt độ tồn cầu lại tăng lên sấp xỉ độ C (Qiang Fu, et al) Trong vòng thập kỷ tới, giới cố gắng hạn chế mức tăng nhiệt độ độ C Sự thay đổi nhiệt độ làm ảnh hưởng tới yếu tố khác ví dụ độ ẩm tuyệt đối tăng lên khí giữ lại nhiều nước độ ẩm tương đối giảm xuống (Soden, Brian J.; Held, Isacc M, 2015) Ngồi ấm lên tồn cầu cịn ảnh hưởng tới nhiều yếu tố khác mây, lượng mưa, pH đất nước,… Lấy ví dụ để đánh giá độ nhạy cảm mơ hình tham số NH4+,tham số lập thành kịch với giá trị khác dựa giá trị gốc thực tế kết phân tích mẫu trường Ta lập kịch bao gồm kịch gốc kịch với giá trị tham số thay đổi sau: +10%, +20%, -10% -20% Trong số trường hợp áp dụng nguyên tác tăng giảm theo % tham số ví dụ nhiệt độ độ C (⁰ C) Cơ sở để lựa chọn giá trị tham số khoảng © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DNDC TÍNH TỐN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HOẠT ĐỘNG CANH TÁC LÚA NƯỚC TẠI HUYỆN CÁI BÈ-TIỀN GIANG 122 thay đổi đủ lớn để kết đầu kịch ước lượng thực tế giảm tăng tạo khác biệt để so sánh Trong số trường hợp, liệu đầu vào thực tế áp dụng nguyên tắc tăng giảm 10% số liệu thành phần giới, Ví dụ độ sâu cày bừa, phải thực phân loại theo hệ thống phân loại định mơ hình pH đất, thơng số nhiệt độ ta lập kịch tăng giảm theo đơn vị +1⁰ C, +2⁰ C, -1⁰ C -2⁰ C Kịch sở thiết lập dựa liệu thực tế khí hậu, đất đai tập quán canh tác ba mùa vụ trồng năm huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang Các yếu tố sau ảnh hưởng đến lượng khí thải CH4 N2O Trong kết đầu ra, việc dung đơn vị kgC/ha để định lượng khí thải CH hay kgN/ha để định lương N2O ta dùng đơn vị kgCO2 quy đổi/ha (kgCO2 equivalent/ha hay CO2e) thuận tiện dùng cho việc định lượng loại khí thải nhà kính Đây thuật ngữ để mơ tả loại khí nhà kính khác đơn vị chung Đối với loại loại khí nhà kính với định lượng bất kỳ, CO 2e biểu thị lượng CO2 có tác động nóng lên tồn cầu tương đương (Brander, 2012) Một lượng khí nhà kính biểu thị dạng đơn vị CO2e cách nhân lượng khí với số GWP (Tiềm gây nên hiệu ứng nóng lên tồn cầu-Global warming potential) (Stocker, T.F et al, 2013) Ví dụnếu 1kg khí mêtan phát ra, điều biểu thị 25kg CO2e (1kg CH4 * 25 = 25kg CO 2e) Bảng Bảng thiết lập kịch nghiên cứu độ nhạy cảm Thông số đầu vào STT I II Dữ liệu thời tiết Nhiệt độ trung bình năm Lượng mưa trung bình ngày Đất Loại đất Đơn vị ◦C Mm III Khoảng giá trị để kiểm tra đô nhạy cảm 28,32 -2 -1 45,22 -20% -10% +10% +20% Đất cát pha (sandy loam) Đất thịt nhẹ (silt loam) Đất thịt pha cát Đất (sandy clay loam) Đất sét pha thịt (silty clay loam) 5,5 Đất sét pha (loam) Ph SOC Phƣơng pháp canh tác Tổng lượng phân u-rê sử dụng vụ Giá trị thực tế 4,6 % kg/ha Tổng lượng phân kg/ha NPK 2020-15 te sử dụng vụ Thời gian ruộng ngập Ngày nước trung bình lần tưới-tiêu 3,5 0,1 1,5 125 lần1:50 60 lần1:24 90 lần1:36 150 lần1:60 180 lần1:72 lần2:75 lần2:36 lần2:54 lần2:90 lần2:108 500 250 375 750 1000 12 14 3,93 10 10 Kết chạy mơ hình theo kịch gốc (thực tế) dùng làm đường sở cho nghiên cứu độ nhạy cảm Dựa vào chênh lệch kết kịch gốc kết việc chạy kịch ước tính, ta biết tham số nhạy hay tác động nhiều phát thải khí nhà kính CH4 N2O KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết theo tham số thực tế Mơ phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa nước xã Hậu Mỹ Bắc B thực © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DNDC TÍNH TỐN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HOẠT ĐỘNG CANH TÁC LÚA NƯỚC TẠI HUYỆN CÁI BÈ-TIỀN GIANG 123 năm, bao gồm ba vụ: vụ hè-thu 2017, vụ III 2017 vụ đông-xuân 2017-2018 Thời gian cụ thể từ ngày tháng năm 2017, đến ngày tháng năm 2018 3.1.1 Phát thải 35 30 25 20 15 10 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 -1 C kgC/ha Ngày CH4-flux Temp.(C) Hình 3.1 Phát thải CH4 theo ngày năm Hình 3.1 trêntrên mơ tả lượng khí thải CH4 Nhìn chung, có 15 lần lượng phát thải CH4 tăng đột biến; điều tương ứng với thời gian tưới-tiêu ba vụ (năm lần tưới cho vụ) Dữ liệu lượng khí thải mêtan liên quan mật thiết đến thay đổi nhiệt độ, thời điểm phát thải CH4 tăng đột ngột, thường thời điểm thay đổi đột biến biểu đồ nhiệt độ Nhiệt độ tăng cao giúp thúc đẩy hoạt động vi sinh vật, thúc đẩy phân hủy chuyển hóa chất 450 400 mm nƣớc 350 300 250 200 150 100 50 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 Ngày Hình 3.2 Quá trình tưới-tiêu nước mơ hình ghi nhận Hình 3.2 cho thấy liên hệ phát thải CH4 trình tưới-tiêu Mối quan hệ giải thích với đặc điểm việc tạo khí mêtan Đất ngập nước yếu tố việc phát thải khí mêtan ruộng lúa, mơi trường yếm khí thuận lợi cho vi khuẩn sinh mêtan phát triển Trong vụ hè-thu, phát thải khí metan đạt mức cao cao lên tới ~ kgC / / ngày, vụ III ~ kgC / / ngày vụ đông xuân ~ 2,5kgC / / ngày Trong ba vụ mùa, lượng khí thải mêtan cao nửa đầu vụ mùa sau giảm xuống Bởi kênh phát thải metan thơng qua lúa (Kofi K Boateng et al, 2017) © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DNDC TÍNH TỐN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HOẠT ĐỘNG CANH TÁC LÚA NƯỚC TẠI HUYỆN CÁI BÈ-TIỀN GIANG 124 N2O emission 4.5 35 30 3.5 25 kgN/ha 2.5 20 15 1.5 C 3.1.2 10 0.5 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 Ngày Time of fertilization N2O-flux Temp.(C) Hình 3.3 Phát thải N2O theo ngày năm (kgN/ha) Biểu đồ mô tả lượng khí thải nhà kính N2O năm canh tác Có thể thấy lượng khí thải N2O vụ hè-Thu 2017 đông-xuân 2017-2018 lớn so với vụ III-2017 Cụ thể thời điểm bón phân lần 1, vụ, phát thải N 2O tăng đột ngột để tạo thành đỉnh nhỏ sau Đặc biệt, vào lần bón phân thứ hai (sử dụng Urea DAPB) thứ ba (sử dụng NPK) vụ hè-thu đông-xuân trải qua gia tăng đột ngột lượng khí thải N 2O Ở vụ III,có tượng tương tự đỉnh điểm phát thải N2O không hai vụ nêu Có thể nói kết hợp Urê DAP (Diamoni photphat)ở lần bón phân thứ hai có tác động lớn đến lượng khí thải N2O (Ghi chú: vụ lúa, lần bón phân sử dụng Urê, lần thứ hai sử dụng Urê DAP Lần bón phân thứ ba thứ tư sử dụng NPK với liều lượng khác nhau) Khí thải N 2O sinh từ q trình phản nitrat hố đất vi khuẩn phẩn nitrat hoạt động điều kiện mơi trường kỵ khí (Martens, 2005) Q trình biểu thị biểu đồ 16 14 kgN/ha 12 10 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 Ngày denitrification 0-10cm denitrification 10-20cm denitrification 20-30cm Hình Quá trình phản Nitrat hố diễn lớp đất (0-10cm; 10-20cm; 20-30cm) © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DNDC TÍNH TỐN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HOẠT ĐỘNG CANH TÁC LÚA NƯỚC TẠI HUYỆN CÁI BÈ-TIỀN GIANG 125 Theo biểu đồ này, q trình khử nitrat hóa diễn chủ yếu lớp đất mặt (0-10 cm) mãnh liệt mùa (Mùa hè-Thu 2017) Từ liệu trên, thấy thời điểm phát thải N2O xảy tương đương trình khử nitrat Nguyên liệu cho trình chủ yếu anion NO 3- đất chủ yếu tạo q trình nitrat hóa mơ tả sơ đồ đây: 70 60 kgN/ha 50 40 30 20 10 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 Ngày nitrification 0-10cm nitrification 10-20cm nitrification 20-30cm Hình Q trìnhNitrat hố diễn lớp đất (0 - 10cm, 10 - 20cm, 20 - 30 cm Có thể thấy q trình nitrat hóa gây vi khuẩn hiếu khí đất Do đó, q trình nitrat hóa diễn điều kiện trái với trình phản nitrat hóa nói Khi mơi trường đất trở nên thống mát, cho phép vi khuẩn hiếu khí hoạt động, dẫn đến q trình nitrat hóa diễn mạnh mẽ đồng thời loại bỏ q trình phản nitrat hóa Ngược lại, mơi trường đất trở nên yếm khí, q trình khử nitrat diễn mạnh mẽ trình nitrat hóa bị triệt tiêu Điều minh họa sơ đồ hai trình lớp đất (0 - 10cm) 70 60 40 30 20 10 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 kgN/ha 50 Ngày nitrification 0-10cm denitrification 0-10cm Hình Q trình Nitrat hố phản Nitrat hoá lớp đất (0 - 10cm) © 2020 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DNDC TÍNH TỐN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HOẠT ĐỘNG CANH TÁC LÚA NƯỚC TẠI HUYỆN CÁI BÈ-TIỀN GIANG 126 3.1.3 Ƣớc tính phát thải GHG xã Hậu Mỹ Bắc B (HMBB) Bảng Tổng kết lượng khí thải nhà kính từ canh tác lúa nước năm (3 vụ) xã HMBB Loại khí nhà kính phát thải Lượng khí thải phát N2O 17,1kgN/h GWP CH 293kgC/ha 8.311 8.208 kgCO2 quy đổi/ha kgCO2 quy đổi/ha 23.864 kgCO2 quy đổi/ha Net GWP Trong phạm vi nghiên cứu này, tập trung vào hai loại phát thải chính: CH4 N2O Sử dụng mơ hình DNDC sau hiệu chỉnh ước tính tổng lượng khí thải CH N2O từ canh tác lúa nước xã Hậu Mỹ Bắc B Tổng diện tích xã 1997,7ha, diện tích lúa 72,1% tương đương 1.440ha Giả sử điều kiện trồng lúa xã tương tự nhau: - Lượng phát thải CH4 ước tính 293 kgC / theo GWP 8.208 kgCO2 / ha, lượng phát thải CH4 xã Hậu Mỹ Bắc B 421.920kgC GWP tương đương 2.872.800 kgCO2 - Tương tự, lượng phát thải N2O 17,1kgN / chuyển đổi GWP tương đương 8311 kgCO2 Như vậy, tổng lượng khí thải N2O xã Hậu Mỹ Bắc B 24.624 kgN GWP tương đương với 11.967.840 kg CO2 Phát thải CH4 lưu vực sông Vũ Gia - Thu Bồn vùng cao dựa số đo thực tế 131,4 kgC/ha/vụ ước tính với DNDC 153,6 kgC/ha/vụ chế độ tưới thoát nước xen kẽ (Alternate WettingDrying -AWD) Phát thải vùng đất thấp tưới với phương pháp tưới 347,6 kg/ha/vụ dựa quan sát thực tế 384,2 kg/ha/vụ theo ước tính DNDC (Ngơ Đức Minh et al , 2014) Sự khác biệt giải thích khác biệt số vụ lúa canh tác năm Vũ Gia hai vụ tạ đồng sông Cửu Long ba vụ Ngoài phương pháp canh tác lúa khí hậu địa bàn hai nghiên cứu có khác biệt định Lượng khí thải CH4 Trung Quốc cao Hải Nam, Tứ Xuyên, Hồ Bắc, Quảng Đông > 200kgC/ha/năm Đây nơi người dân trồng hai vụ năm có khí hậu ấm áp (khá giống với Việt Nam) với tính chất đất có hàm lượng sét cao Trong đó, lượng khí thải thấp từ tỉnh Thiên Tân, Hà Bắc, Ninh Hạ, Liêu Ninh Cam Túc